JP5105390B2 - Thin secondary battery and battery module for large current discharge - Google Patents
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Description
本発明は、大電流放電用薄形二次電池及び電池モジュールに係り、特に、正極板及び負極板をセパレータを介して配置した電極群と電解液とをアルミニウム箔を内層として含むフィルム状容器で密封した矩形状の大電流放電用薄形二次電池及び該大電流放電用薄形二次電池を複数個用いた電池モジュールに関する。 The present invention relates to a thin secondary battery and a battery module for discharging a large current, and in particular, a film-like container including an electrode group in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are disposed via a separator and an electrolytic solution as an inner layer. The present invention relates to a sealed rectangular thin secondary battery for large current discharge and a battery module using a plurality of the thin secondary batteries for large current discharge.
従来、電気自動車などの電源には、いわゆる円筒密閉形二次電池(単電池)を複数個直列ないし並列に接続した組電池(電池モジュール)を、更に複数個直列ないし並列に接続した大電流放電用電源が用いられていた。このような大電流放電用電源では、一般に、円筒密閉形二次電池が、例えば、40〜100個用いられている。 Conventionally, a power source of an electric vehicle or the like is a large current discharge in which a plurality of battery packs (battery modules) connected in series or in parallel with a plurality of so-called cylindrical sealed secondary batteries (unit cells) are further connected in series or in parallel. A power supply was used. In such a large current discharge power source, for example, 40 to 100 cylindrical sealed secondary batteries are generally used.
円筒密閉形二次電池には円筒形容器が用いられるが、この円筒形容器には、コスト低減のため、鉄系材料を用いるのが一般的である。しかしながら、鉄は比重が大きいため、電池の軽量化を図る上で大きな制約となっていた。この問題は、射出成形の樹脂製容器を用いた小型の密閉式鉛電池においても共通しており、重量がさほど軽くならない上に、肉厚の関係で体積効率を上げることが難しい、という問題があった。このため、古くからラミネートフィルムを電池容器(フィルム状容器)として用いた技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 A cylindrical container is used for the cylindrical sealed secondary battery, and an iron-based material is generally used for the cylindrical container for cost reduction. However, since iron has a large specific gravity, it has been a major limitation in reducing the weight of the battery. This problem is common to small sealed lead-acid batteries using injection-molded resin containers, and it is difficult to increase volumetric efficiency due to wall thickness as well as the weight is not so light. there were. For this reason, a technique using a laminate film as a battery container (film-like container) has been proposed for a long time (see, for example, Patent Document 1).
しかし、ラミネートフィルムを電池容器に用いた電池は、一般に積層式の電極群から電流を取出す端子を、正負両極とも4辺のうちの同一の1辺に取出す構造であるため、電極に端子を取り付けるために集電体から延出された矩形状の導出部(いわゆる『耳』)を必要とする。鉛電池では一般に格子を鋳造で作るため、耳を形成するのは比較的容易であるが、厚みが数十μ程度の金属箔に活物質を薄く塗工するリチウム電池の電極では、塗工後に機械加工によって耳を形成する必要があり、加工時に粉塵の発生が避けられない。塗工後の電極は洗浄が困難なため、耳形成時に発生する粉塵を完全に除去することができない。このため、電池に粉塵が混入して微小短絡につながりやすい、という問題があった。 However, since a battery using a laminate film as a battery container generally has a structure in which a terminal for taking out current from a laminated electrode group is taken out to the same one of four sides for both positive and negative electrodes, the terminal is attached to the electrode. Therefore, a rectangular lead-out portion (so-called “ear”) extending from the current collector is required. In lead batteries, the lattice is generally made by casting, so it is relatively easy to form the ears. However, in the case of lithium battery electrodes where the active material is thinly applied to a metal foil with a thickness of about several tens of microns, Ears must be formed by machining, and dust is unavoidable during processing. Since the electrode after coating is difficult to clean, the dust generated during ear formation cannot be completely removed. For this reason, there has been a problem that dust is likely to be mixed into the battery and easily cause a short circuit.
また、両極を同一の1辺に取出す結果、耳から遠い部分の活物質は有効に使われず、特に大電流放電時の特性を劣化させる要因となり、発進時に大電流放電が不可欠のハイブリッド車用電源となる電池の構造としては適していなかった。 In addition, as a result of taking out both poles on the same side, the active material in the part far from the ear is not used effectively, which causes deterioration of the characteristics at the time of high current discharge in particular, and the power source for hybrid vehicles where high current discharge is indispensable at the start It was not suitable as a battery structure.
また、フィルム状容器は金属製容器に比べて軽い半面、外周を熱溶着で封止するため、ある程度の幅を必要とするので、この部分にムダ空間ができることになり、体積効率の点では必ずしも大きな効果が期待できない。端子のない辺はラミネートフィルムを折曲げることによってかなりムダ空間を減らすことができるものの、端子を取出す辺については体積効率を高める対処がなかった。 In addition, since the film-like container is lighter than the metal container and the outer periphery is sealed by heat welding, a certain amount of width is required, so there is a waste space in this part, and it is not necessarily in terms of volume efficiency. A big effect cannot be expected. Although the side where there is no terminal can considerably reduce the waste space by bending the laminate film, the side where the terminal is taken out has not been dealt with to increase the volume efficiency.
更に、ラミネートフィルムを容器として用いるには、内容物(電極群)と略同形の凹みを形成する必要があるが、このようないわゆるカップ成形は、ガスバリア性を向上させるために設けられたアルミニウム箔の層が内部にあるため、あまり深い形状に成形することはできない。このため、フィルム状容器を用いた電池の容量は、円筒密閉形電池と同等とすることが困難で、ハイブリッド車のような大きな出力を要求される用途に適用することは難しかった。その上、フィルム状容器を用いた電池は寸法精度が低く、かつ保持が難しいため、多数の単電池を集積して電池モジュールとする必要のあるハイブリッド車などの用途には、耐振性の面からも採用が難しかった。 Furthermore, in order to use the laminate film as a container, it is necessary to form a dent having substantially the same shape as the contents (electrode group). Such so-called cup molding is an aluminum foil provided to improve gas barrier properties. Because of the inner layer, it cannot be formed into a very deep shape. For this reason, it is difficult to make the capacity of a battery using a film-like container equal to that of a cylindrical sealed battery, and it has been difficult to apply to a use requiring a large output such as a hybrid vehicle. In addition, batteries using film-like containers have low dimensional accuracy and are difficult to hold. Therefore, for applications such as hybrid vehicles where a large number of single cells need to be integrated into a battery module, from the viewpoint of vibration resistance It was difficult to adopt.
なお、端子の材質に関し、リチウム電池においては一般に正極端子としてアルミニウム又はアルミニウム合金、負極端子には銅又は銅合金が望ましいが、アルミニウムと銅の溶接は超音波接合や電子ビーム溶接など接合方法が限られている。超音波接合は電池の内部に振動による悪影響が出やすく、電子ビーム溶接は極めて高コストであるなど欠点がある。これを回避するため、負極端子としてニッケルを用いることも行われているが、抵抗溶接で接合できるというメリットがある半面、電気抵抗が銅に比べて大きく、大電流放電用途の電池には適していないという問題があった。 Regarding the material of the terminal, in general, lithium batteries preferably use aluminum or an aluminum alloy as a positive electrode terminal and copper or a copper alloy as a negative electrode terminal. However, welding of aluminum and copper is limited by a joining method such as ultrasonic bonding or electron beam welding. It has been. Ultrasonic bonding tends to be adversely affected by vibration inside the battery, and electron beam welding has disadvantages such as extremely high cost. In order to avoid this, nickel is also used as the negative electrode terminal, but it has the merit that it can be joined by resistance welding, but it has a larger electrical resistance than copper and is suitable for batteries for large current discharge applications. There was no problem.
本発明は上記事案に鑑み、粉塵による短絡がなく軽量で高出力を得ることができる大電流放電用薄形二次電池及び該大電流放電用薄形二次電池を複数個用いた電池モジュールを提供することを課題とする。 In view of the above circumstances, the present invention provides a thin secondary battery for large current discharge capable of obtaining a high output without being short-circuited by dust, and a battery module using a plurality of the thin secondary batteries for large current discharge. The issue is to provide.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、正極板及び負極板をセパレータを介して配置した電極群と電解液とをアルミニウム箔を内層として含むフィルム状容器で密封した矩形状の大電流放電用薄形二次電池であって、正極端子と負極端子とが前記フィルム状容器の対向する2辺にそれぞれストラップ部を介して取出され、前記ストラップ部は、それぞれ前記正極端子および前記負極端子と一体であり、前記フィルム状容器内に収容されており、前記正極端子は、前記ストラップ部と一体のアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、前記電解液と接触する部分を除く少なくとも片面にニッケルによるクラッド加工が施されたことを特徴とする。また、本発明の第2の態様は、正極板及び負極板をセパレータを介して配置した電極群と電解液とをアルミニウム箔を内層として含むフィルム状容器で密封した矩形状の大電流放電用薄形二次電池であって、正極端子と負極端子とが前記フィルム状容器の対向する2辺にそれぞれストラップ部を介して取出され、前記ストラップ部は、それぞれ前記正極端子および前記負極端子と一体であり、前記フィルム状容器内に収容されており、前記負極端子は、前記ストラップ部と一体の銅又は銅合金からなり、電池外部に露出した部分の少なくとも片面にニッケルによるクラッド加工が施されたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the first aspect of the present invention is a rectangular shape in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are sealed with a film-like container including an aluminum foil as an inner layer and an electrode group in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are arranged via a separator A thin-type secondary battery for large current discharge, wherein a positive electrode terminal and a negative electrode terminal are respectively taken out via two strap portions on opposite sides of the film-like container, and the strap portions are respectively connected to the positive electrode terminal and the positive electrode terminal It is integral with the negative electrode terminal and is accommodated in the film-like container, and the positive electrode terminal is made of aluminum or aluminum alloy integral with the strap portion, and nickel is formed on at least one surface except a portion in contact with the electrolytic solution. It is characterized by being subjected to clad processing . The second aspect of the present invention is a rectangular thin film for large current discharge in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are sealed with a film container containing an electrode group and an electrolytic solution with an aluminum foil as an inner layer. In the secondary battery, a positive electrode terminal and a negative electrode terminal are respectively taken out via two strap portions on opposite sides of the film-like container, and the strap portions are integrated with the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, respectively. Yes, the negative electrode terminal is made of copper or a copper alloy integral with the strap portion, and at least one surface of the portion exposed to the outside of the battery is clad with nickel. It is characterized by.
第1及び第2の態様では、電池容器にフィルム状容器を用いたため電池の軽量化を図ることができると共に、正極端子と負極端子とをフィルム状容器の対向する2辺にそれぞれストラップ部を介して取出し、ストラップ部を、それぞれ正極端子および前記負極端子と一体とし、フィルム状容器内に収容する構造としたので、集電体への活物質の塗工後に、集電体の端面に耳を形成するための加工が不要となるため粉塵による短絡の無い信頼性の高い電池が得られ、大電流放電時に電極全体の活物質が有効に利用されるため高い出力を得ることができる。第1の態様では、正極端子は、ストラップ部と一体のアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、電解液と接触する部分を除く少なくとも片面にニッケルによるクラッド加工が施されている。また、第2の態様では、負極端子は、ストラップ部と一体の銅又は銅合金からなり、電池外部に露出した部分の少なくとも片面にニッケルによるクラッド加工が施されているため、端子の接続が抵抗溶接で可能となり、超音波振動による悪影響やコストの上昇を回避できると共に、電池の内部抵抗の上昇を、実用上支障のない程度まで抑制することができる。なお、第1及び第2の態様の電池は、積層式のみならず、捲回式の電極群を用いても、端子の取出しが極めて容易である。 In the first and second aspects, since the film container is used as the battery container, the battery can be reduced in weight, and the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are respectively connected to the two opposite sides of the film container via strap portions. The strap portion is integrated with the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, respectively, and is housed in a film-like container. After applying the active material to the current collector, the end face of the current collector is Since the processing for forming is not required, a highly reliable battery without a short circuit due to dust is obtained, and a high output can be obtained because the active material of the entire electrode is effectively used during large current discharge. In the first aspect, the positive electrode terminal is made of aluminum or an aluminum alloy integral with the strap portion, and at least one surface except for the portion that comes into contact with the electrolytic solution is clad with nickel. In the second aspect, the negative electrode terminal is made of copper or a copper alloy integral with the strap part, and at least one surface of the part exposed to the outside of the battery is clad with nickel so that the connection of the terminal is a resistance. It becomes possible by welding, and it is possible to avoid an adverse effect and cost increase due to ultrasonic vibrations, and it is possible to suppress an increase in the internal resistance of the battery to a practically satisfactory level. In the batteries of the first and second aspects, it is very easy to take out the terminals even when using not only a laminated type but also a wound type electrode group.
第1の態様において、正極端子と負極端子とを、それぞれ単一のストラップ部を介してフィルム状容器の対向する2辺に2つ以上取出すようにすれば、端子で生じる電池の内部抵抗を低減させることができる。また、ストラップ部を、電極群との接合部付近で『く』の字形に折曲げるようにすれば、電池の体積効率を高めることができる。 In the first aspect, if two or more of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are taken out to two opposite sides of the film-like container through a single strap portion, the internal resistance of the battery generated at the terminal is reduced. Can be made. Further, if the strap portion is bent in the shape of a “<” in the vicinity of the joint portion with the electrode group, the volume efficiency of the battery can be increased .
また、上記課題を解決するために、本発明の第3の態様は、第1又は第2の態様の二次電池を複数個用いた電池モジュールにおいて、隣接する2つの二次電池の一方の正極端子と他方の負極端子とが接合されており、前記一方の正極端子及び前記他方の負極端子が接合部を含めて前記フィルム状容器で被覆されたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a third aspect of the present invention is a battery module using a plurality of secondary batteries according to the first or second aspect, and one positive electrode of two adjacent secondary batteries. A terminal and the other negative electrode terminal are joined together, and the one positive electrode terminal and the other negative electrode terminal are covered with the film-like container including a joint portion.
第3の態様では、隣接する2つの二次電池の一方の正極端子と他方の負極端子とが接合されており、接合部を含めて一方の正極端子及び他方の負極端子がフィルム状容器で被覆されているため、端子部の封止によるムダ空間をおよそ1/2程度に低減させることができると共に、隣接する2つの二次電池が直列接続された一体の電池として取り扱うことができるため、フィルム状容器のカップ成形深さの限界から来る容量の小ささを補い金属製円筒形電池と同等の容量を確保しながら、重量はなお軽い電池を得ることができる。 In the third aspect, one positive electrode terminal and the other negative electrode terminal of two adjacent secondary batteries are joined, and one positive electrode terminal and the other negative electrode terminal including the joint part are covered with a film container. Therefore, the waste space due to the sealing of the terminal portion can be reduced to about ½, and the two adjacent secondary batteries can be handled as an integral battery connected in series. It is possible to obtain a battery that is still light in weight while ensuring a capacity equivalent to that of a metal cylindrical battery by compensating for the small capacity that comes from the limit of the cup forming depth of the container.
更に、上記課題を解決するために、本発明の第4の態様は、第1又は第2の態様の二次電池を複数個用いた電池モジュールにおいて、前記二次電池は各々2つずつ直列接続されてタンデム電池が構成され、前記タンデム電池は2つずつ並列接続されてユニット電池が構成された接続構造を有しており、前記タンデム電池の各々は積層配置されており、前記ユニット電池間には板状の金属製隔壁が配置され、前記ユニット電池の前記タンデム電池が積層された積層方向の両側端面には金属製側板が配置された配置構造を有しており、前記ユニット電池を構成するタンデム電池の一面同士は両面粘着テープで貼り合わせられており、該タンデム電池の他面は前記隔壁又は前記側板に両面粘着テープで固定された固定構造を有することを特徴とする。 Furthermore, in order to solve the above-mentioned problem, a fourth aspect of the present invention is a battery module using a plurality of secondary batteries according to the first or second aspect, wherein each of the secondary batteries is connected in series two by two. A tandem battery, and the tandem batteries have a connection structure in which two tandem batteries are connected in parallel to form a unit battery, and each of the tandem batteries is arranged in a stacked manner. Has a structure in which plate-shaped metal partition walls are arranged, and metal side plates are arranged on both side end surfaces of the unit battery in the stacking direction in which the tandem batteries are stacked. One side of the tandem battery is bonded with a double-sided adhesive tape, and the other side of the tandem battery has a fixing structure fixed to the partition wall or the side plate with a double-sided adhesive tape.
第4の態様では、タンデム電池が2つずつ並列接続されてユニット電池が構成されているため容量を高めることができ、タンデム電池の各々が積層配置されているため体積効率を高めることができると共に、ユニット電池間に板状の金属製隔壁が配置され、ユニット電池のタンデム電池が積層された積層方向の両側端面には金属製側板が配置されているため、各二次電池を外圧から保護し、積層されたタンデム電池に蓄積される熱を放熱して各二次電池の電池性能を確保することができ、更に、ユニット電池を構成するタンデム電池の一面同士は両面粘着テープで貼り合わせられており、該タンデム電池の他面は隔壁又は側板に両面粘着テープで固定されているので、車載された場合でも実用上十分な耐振性を得ることができる。 In the fourth aspect, the capacity can be increased because two tandem batteries are connected in parallel to form a unit battery, and the volume efficiency can be increased because each of the tandem batteries is stacked. Since the plate-shaped metal partition walls are arranged between the unit batteries, and the metal side plates are arranged on both end surfaces in the stacking direction where the tandem batteries of the unit batteries are stacked, each secondary battery is protected from external pressure. The heat accumulated in the stacked tandem batteries can be dissipated to ensure the battery performance of each secondary battery. Furthermore, one side of the tandem battery constituting the unit battery is bonded with a double-sided adhesive tape In addition, since the other surface of the tandem battery is fixed to the partition wall or the side plate with a double-sided adhesive tape, practically sufficient vibration resistance can be obtained even when mounted on a vehicle.
本発明によれば、電池容器にフィルム状容器を用いたため電池の軽量化を図ることができると共に、正極端子と負極端子とをフィルム状容器の対向する2辺にそれぞれストラップ部を介して取出し、ストラップ部を、それぞれ正極端子および前記負極端子と一体とし、フィルム状容器内に収容する構造としたので、集電体への活物質の塗工後に、集電体の端面に耳を形成するための加工が不要となるため粉塵による短絡の無い信頼性の高い電池が得られ、大電流放電時に電極全体の活物質が有効に利用されるため高い出力を得ることができる、という効果を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the weight of the battery for using a film-like container in a battery container, takeout City the positive terminal and the negative terminal through respective strap portions opposite the two sides of the film-like container The strap portion is integrated with the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, respectively, and is housed in a film-like container, so that an ear is formed on the end face of the current collector after application of the active material to the current collector. This eliminates the need for processing to obtain a highly reliable battery that is free from short circuits due to dust, and the active material of the entire electrode is effectively used during large current discharge, so that high output can be obtained. be able to.
以下、図面を参照して、本発明が適用可能な電池モジュールの実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of a battery module to which the present invention can be applied will be described with reference to the drawings.
1.単電池の作製
まず、本実施形態の電池モジュールに用いられる大電流放電用薄型二次電池(以下、単電池という。)について説明する。
1. First, a thin secondary battery for large current discharge (hereinafter referred to as a single battery) used in the battery module of this embodiment will be described.
(正極の作製)
平均粒径が10μmのマンガン酸リチウム、平均粒径が3μmの炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(商品名:KF#120、呉羽化学工業(株)製)とを、溶媒であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて混合してスラリーを作製する。このスラリーを集電体である厚みが20μmのアルミニウム箔の両面に塗布、乾燥後、プレスして一体化する。その後、幅が94mmに切断して短冊状の正極を作製した。塗工部の高さは86mm、無地部(図1の参照符号7)の高さは10mmとした。
(Preparation of positive electrode)
Lithium manganate having an average particle diameter of 10 μm, carbon powder having an average particle diameter of 3 μm, and polyvinylidene fluoride (trade name: KF # 120, manufactured by Kureha Chemical Industry Co., Ltd.) as a binder are used as solvents N -Disperse in methyl-2-pyrrolidone and mix to make slurry. This slurry is applied to both sides of an aluminum foil having a thickness of 20 μm as a current collector, dried, and then pressed to be integrated. Then, the width | variety was cut | disconnected to 94 mm and the strip-shaped positive electrode was produced. The height of the coating part was 86 mm, and the height of the plain part (reference numeral 7 in FIG. 1) was 10 mm.
(負極の作製)
平均粒径が20μmの炭素粒子と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(商品名:KF#120、呉羽化学工業(株)製)とを溶媒であるN−メチル−2−ピロリドンに投入し混合して、スラリー状の溶液を作製する。このスラリーを集電体である厚みが10μmの銅箔の両面に塗布、乾燥後、プレスして一体化する。その後、幅を96mmに切断して短冊状の負極を作製した。塗工部の高さは88mm、無地部(図1の参照符号9)の高さは10mmとした。
(Preparation of negative electrode)
Carbon particles having an average particle diameter of 20 μm and polyvinylidene fluoride (trade name: KF # 120, manufactured by Kureha Chemical Industry Co., Ltd.) as a binder are put into a solvent N-methyl-2-pyrrolidone and mixed. To prepare a slurry-like solution. This slurry is applied to both sides of a copper foil having a thickness of 10 μm as a current collector, dried, and then pressed to be integrated. Then, the width | variety was cut | disconnected to 96 mm and the strip-shaped negative electrode was produced. The height of the coating part was 88 mm, and the height of the plain part (
(単電池組立)
厚さ25μm、幅100mmのポリエチレン多孔膜からなるセパレータに正極を熱溶着で袋状に封入した。図1に示すように、封入した正極19枚と負極20枚とを正極端子2、負極端子3の配置方向が上下となるように交互に重ねて、それぞれ正極端子2と一体の正極ストラップ部6、負極端子3と一体の負極ストラップ部8をそれぞれ正極集電体及び負極集電体と超音波溶接し、電極群4から正極端子2及び負極端子3を導出した。
(Single cell assembly)
A positive electrode was sealed in a bag shape by thermal welding in a separator made of a polyethylene porous film having a thickness of 25 μm and a width of 100 mm. As shown in FIG. 1, 19 positive electrodes and 20 negative electrodes enclosed are alternately stacked such that the arrangement directions of the
正極ストラップ部6には、厚さ0.3mmのアルミニウム合金A3003−H12を用い、電解液に接するおそれのない正極端子2の部分(電池内部に露出した部分)のみ、片面に厚さ0.1mmのニッケルをクラッド加工した。一方、負極ストラップ部8には、厚さ0.3mmの銅板C1020−1/2Hを用い、電池外部に露出した負極端子3の部分のみ両面に厚さ0.05mmのニッケルをクラッド加工した。電極群4の厚さはおよそ4.8mmである。
The positive electrode strap 6 is made of aluminum alloy A3003-H12 having a thickness of 0.3 mm, and only the portion of the
電極群4を、カップ状に成形したPP−アルミ箔−PETからなる厚さ約120μmのラミネートフィルム1に載置し、同一構成の平面状のラミネートフィルム1’を載せて、熱溶着によって封止した。この際、一部溶着せずに残しておいた合せ面から注射器を用いて所定量の電解液を注入した後、再度この部分を熱溶着して密封し、単電池とした。熱溶着部10の幅は、全周にわたって約10mmとした。正極端子2、負極端子3は、それぞれ単一のストラップ部6、8を介して、フィルム状容器の対向する2辺に2つ取出されている。なお、単電池の容量は約3.2Ahである。
The
図1に示すように、ストラップ部6、8を電池のラミネートフィルムと平行となるように接合すると、ストラップ部6、8の空間が電池の体積効率を損なうため、図2に示すように、正極端子と一体の正極ストラップ部6、負極端子と一体の負極ストラップ部8が、電極群4との接合部近傍のa部で『く』の字形に折曲げられた正極端子17、負極端子18を用いることが好ましい。
As shown in FIG. 1, when the
2.タンデム電池の作製
次に、(隣接する)2つの単電池を直列接続して一体化したタンデム電池を作製した。図3に示すように、一方の単電池の正極となるアルミニウム合金製の正極端子20と、他方の単電池の負極となるニッケル製の負極端子19とを、予め接合部21でレーザ溶接によって一体に突合せ接合し、接合部21が略中央に来るようにして、接合部21を含めて正極端子20及び負極端子19をラミネートフィルム1、ラミネートフィルム1’の熱融着で被覆した。熱溶着部の幅を他の辺と同様に10mmとした。
2. Production of Tandem Battery Next, a tandem battery in which two (adjacent) unit cells were connected in series and integrated was produced. As shown in FIG. 3, a
3.電池モジュールの組立て
次に、図4に示すように、4個のタンデム電池を積層して電池モジュールを作製した。タンデム電池の一面同士は両面粘着テープ23で貼合せられており、貼合せられた2つのタンデム電池で1つのユニット電池が構成されている。タンデム電池の長手方向上下の熱融着部22(図3も参照)は体積効率を向上させるために、カップ状に形成したラミネートフィルム1側に折り曲げられている。本実施形態の電池モジュールは2つのユニット電池で構成されている。
3. Assembly of Battery Module Next, as shown in FIG. 4, four tandem batteries were stacked to produce a battery module. One side of the tandem battery is bonded with a double-sided
(接続構造)
両面粘着テープ23で貼合せられ積層されたタンデム電池は2つずつ並列接続されている。従って、各ユニット電池は2つの単電池が直列、かつ、2つの単電池が並列に接続されている。2つのユニット電池(中央隔壁24の片側の正極端子と他方の側の負極端子)は、ニッケル板のブスバ27の抵抗溶接によって直列接続されている。このため、本実施形態の電池モジュールは、4つの単電池が直列、かつ、2つの単電池が並列に接続されている。電池モジュールの容量は、2つの単電池が並列接続のため、およそ6.4Ahである。
(Connection structure)
Two tandem batteries laminated and laminated with the double-sided
(配置構造)
また、電池モジュールは、上述したように、4個のタンデム電池が積層されており、ユニット電池間には、厚さ0.5mmのアルミニウム合金からなる中央隔壁24が配置されている。また、ユニット電池のタンデム電池が積層された積層方向の両側端面には、中央隔壁24と同じ厚さ0.5mmのアルミニウム合金製の2枚の側板25、26が配設されている。換言すれば、ユニット電池は側板25又は26と中央隔壁24とで挟まれた配置構造を有している。
(Arrangement structure)
In addition, as described above, the battery module includes four tandem batteries stacked, and a
(固定構造)
上述したように、各タンデム電池の一面同士は両面粘着テープ23で貼合せられているが、他面は両面粘着テープ23で中央隔壁24又は側板25、26に貼り付けられ固定されている。そして、側板25、26及び中央隔壁24は、これらに形成されたボルト穴に螺合するボルト28で固定されている。
(Fixed structure)
As described above, one surface of each tandem battery is bonded with the double-sided
次に、本実施形態の電池モジュールの作用、効果について説明する。 Next, the operation and effect of the battery module of this embodiment will be described.
本実施形態の単電池は、ラミネートフィルム1、1’からなるフィルム状容器が用いられているので、電池の軽量化を図ることができる。また、正極端子2(17)と負極端子3(18)とを電池容器の対向する2辺にそれぞれストラップ部6、8を介して取出す構造としたので、集電体への活物質の塗工後に、集電体の端面に耳を形成するための加工が不要となる。従って、耳加工で生じる粉塵によって発生する短絡が生ぜず、信頼性の高い電池を得ることができる。更に、大電流放電時に電極全体の活物質が有効に利用されるため高い出力を得ることができる。
Since the unit cell of the present embodiment uses a film-like container composed of the
また、本実施形態の単電池では、正極端子2(17)と負極端子3(18)とを、それぞれ単一のストラップ部6、8を介して電池容器の対向する2辺に2つ以上取出すようにしたので、端子で生じる電池の内部抵抗を低減させることができる。更に、正極端子2(17)は、正極ストラップ部6と一体のアルミニウム合金からなり、電解液と接触する部分を除く少なくとも片面にニッケルによるクラッド加工が施されており、負極端子3(18)は、負極ストラップ部8と一体の銅板からなり、電池外部に露出した部分のみ両面にニッケルによるクラッド加工が施されているため、端子の接続が抵抗溶接で可能となり、超音波振動による悪影響やコストの上昇を回避できると共に、電池の内部抵抗の上昇を、実用上支障のない程度に抑制することができる。
Moreover, in the cell of this embodiment, two or more positive electrode terminals 2 (17) and negative electrode terminals 3 (18) are taken out to two opposite sides of the battery container via
また、本実施形態の単電池では、ストラップ部6、8が、電極群4との接合部境界付近(図2のa部)で『く』の字形に折曲げられているので、電池の体積効率を高めることができる。
Further, in the unit cell of this embodiment, the
本実施形態のタンデム電池では、2つの単電池の一方の正極端子20と他方の負極端子21とが接合されており、接合部21を含めて一方の正極端子20及び他方の負極端子21がラミネートフィルム1、1’で被覆されている。このため、端子部の封止によるムダ空間をおよそ1/2に低減させることができる。また、2つの単電池を直列接続された一体のタンデム電池として取り扱うことができるため、ラミネートフィルム1のカップ成形深さの限界から来る容量の小ささを補い金属製円筒形電池と同等の容量を確保しながら、重量はなお軽い電池を得ることができる。
In the tandem battery of this embodiment, one
本実施形態の電池モジュールでは、上記の通りタンデム電池が2つずつ並列接続されてユニット電池が構成されているため容量を高めることができる。また、タンデム電池の各々が積層配置されているため体積効率を高めることができると共に、ユニット電池間にアルミニウム合金製の中央隔壁24が配置され、ユニット電池のタンデム電池が積層された積層方向の両側端面にはアルミニウム合金製の側板25、26が配置されているため、各単電池を外圧から保護でき、積層されたタンデム電池に蓄積される熱を放熱し各単電池の電池性能を確保することができる。更に、ユニット電池を構成するタンデム電池の一面同士は両面粘着テープ23で貼り合わせられており、タンデム電池の他面は中央隔壁24又は側板25、26に両面粘着テープ23で固定されているので、実用上十分な耐振性を得ることができる。
In the battery module of this embodiment, since the unit battery is configured by connecting two tandem batteries in parallel as described above, the capacity can be increased. Further, since each of the tandem batteries is stacked and arranged, the volume efficiency can be increased, and a
(従来技術との比較)
本実施形態の単電池と、比較のために電極無地部を耳状に加工した従来構造の単電池(とをそれぞれ100個つくり、性能を比較した。
(Comparison with conventional technology)
For comparison, each of the unit cells of the present embodiment and a unit cell of a conventional structure (for example, the uncoated portion of the electrode processed into an ear shape) were manufactured and the performance was compared.
電気自動車の始動時の電流に相当する50〜200Aで放電して直流抵抗を比較すると、本実施形態の単電池が平均1.91mΩであったのに対し、従来構造の単電池は2.24mΩであり、本実施形態の単電池は、従来構造の単電池に比べて明らかに大電流放電性能が上回っていることが確かめられた。 When the DC resistance was compared by discharging at 50 to 200 A corresponding to the current at the start of the electric vehicle, the average cell of this embodiment was 1.91 mΩ, whereas the single cell of the conventional structure was 2.24 mΩ. Thus, it was confirmed that the unit cell of this embodiment clearly has a higher current discharge performance than the unit cell of the conventional structure.
また、従来構造の電池は100個中7個に塵埃の発生に起因する微小短絡が発生したのし対し、塗工後の電極の端面に耳を加工する必要がない本実施形態の単電池では、短絡不良は皆無であった。 In addition, in the battery of the conventional structure, 7 out of 100 batteries have micro short-circuits caused by the generation of dust, whereas the single battery of this embodiment does not need to process the ears on the end face of the electrode after coating. There was no short circuit failure.
更に、本実施形態のタンデム電池は、端子を『く』の字形に折曲げたことと、隣接する電池の端子を一体に形成したことにより、電池モジュールの長手方向の寸法を従来構造の電池を用いた場合に比べておよそ30mm縮めることができ、体積効率が約12%向上した。 Furthermore, the tandem battery according to the present embodiment has a battery module with a conventional structure having a dimension in the longitudinal direction of the battery module by bending the terminal into a "<" shape and integrally forming the terminal of the adjacent battery. Compared to the case where it was used, it could be reduced by about 30 mm, and the volumetric efficiency was improved by about 12%.
なお、本実施形態では、積層式の電極群4を例示したが、本発明はこれに限定されず、図5に示すように、捲回式の電極群12を用いても、容易にストラップ部を溶接し、単電池を組立てることができる。図5において、参照符号13、14は、それぞれ正極無地部、負極無地部である。
In the present embodiment, the stacked
また、本実施形態では、単電池を2個直列に接続したタンデム電池を積層する例を示したが、本発明はこれに限らず、単電池を3個以上直列接続した電池にも適用可能であることは論を待たない。 Moreover, in this embodiment, although the example which laminates | stacks the tandem battery which connected two unit cells in series was shown, this invention is applicable not only to this but the battery which connected three or more unit cells in series. There is no reason to wait.
本発明は粉塵による短絡がなく軽量で高出力を得ることができる大電流放電用薄形二次電池及び該大電流放電用薄形二次電池を複数個用いた電池モジュールを提供するものであるため、大電流放電用薄形二次電池の製造ないし販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。 The present invention provides a thin secondary battery for large current discharge capable of obtaining a light output and high output without a short circuit due to dust, and a battery module using a plurality of the thin secondary batteries for large current discharge. Therefore, it contributes to the manufacture or sale of a thin secondary battery for large current discharge, and thus has industrial applicability.
1 ラミネートフィルム(フィルム状容器の一部)
1’ ラミネートフィルム(フィルム状容器の一部)
2、17、20 正極端子
3、18、19 負極端子
4、12 電極群
6 正極ストラップ部(ストラップ部)
8 負極ストラップ部(ストラップ部)
10、22 溶着部
21 接合部
23 両面粘着テープ
24 中央隔壁(隔壁)
25、26 側板
1 Laminate film (part of film container)
1 'Laminate film (part of film container)
2, 17, 20
8 Negative strap (strap)
10, 22 Welding
25, 26 Side plate
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