JP5448140B2 - 電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、組み立てを容易に行えるラミネート電池連続体および電池モジュールに関するものである。
近年、携帯電話やノートパソコンに代表される携帯端末に使用される電池は軽量かつ高容量のものが必要とされる例が増大しており、比較的形状の自由度が高いラミネートフィルムを用いて電極や電解質等の電池要素を密閉したラミネート電池が採用されるようになってきた。また、ラミネート電池は２個以上を積層させて多直の電池パックや電池モジュールの構造をとりやすく、それらが電動アシスト自転車や電動工具、電気自動車のように大電流が必要となる機器に使用される例が増大している。
２個以上のラミネート電池を電気的に接続させ積層する方法として、例えば特許文献１が挙げられる。これはラミネート外装扁平形電池が、少なくとも２以上直列に接続されてなる電池モジュールであって、電池同士の接続が、一方の電池の正極端子リードと他方の電池の負極端子リードとの間に配設され、かつ片端が上記一方の電池の正極端子リードと溶接され、他端が上記他方の電池の負極端子リードと溶接されてなる接続導体によりなされている。
複数のラミネート電池単体を用いて組み立てを行う際に積層させて直列や並列に接続する作業には、高精度或いは熟練技術を要したり、溶接機等の設備の関係上、１つ１つのラミネート電池単体を順番に重ねながら溶接しなければならなかったりと多大な工数がかかってしまう問題点があった。
すなわち、本発明の技術的課題は、ラミネート電池単体の組み立てを容易に行える電池モジュール及びその製造方法を提供することにある。
本発明のラミネート電池連続体は、正極集電体の少なくとも片面に正極合剤層を有する正極と負極集電体の少なくとも片面に負極合剤層を有する負極とをセパレータを介して巻回または複数枚積層されてなる電池要素と、電解質と、前記電池要素から引き出された正極引き出しタブおよび負極引き出しタブとを有するラミネート電池単体が、少なくとも２個以上を連続して整列され、１組のラミネートフィルムにより前記ラミネート電池単体毎に、ラミネート電池単体の周囲が熱溶着によって封止された熱溶着部を有するラミネート電池連続体と、
前記熱溶着部に設けられた位置決め穴と、
前記位置決め穴に挿通されて前記ラミネート電池単体を固定する固定用バーと、を備える。つづら折りに積層された複数の前記ラミネート電池単体の前記位置決め穴に跨がって挿通された固定用バーによって、前記複数のラミネート電池単体が固定されたことを特徴とする。
前記熱溶着部に設けられた位置決め穴と、
前記位置決め穴に挿通されて前記ラミネート電池単体を固定する固定用バーと、を備える。つづら折りに積層された複数の前記ラミネート電池単体の前記位置決め穴に跨がって挿通された固定用バーによって、前記複数のラミネート電池単体が固定されたことを特徴とする。
本発明により、電池モジュール組立に際しては、１組のラミネートフィルムで２個以上のラミネート電池単体を予め整列して封止したラミネート電池連続体を用いるため組み立てを容易に行える電池モジュールの提供が可能となった。
本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明によるラミネート電池連続体の斜視図である。正極集電体の少なくとも片面に正極合剤層を有する正極と負極集電体の少なくとも片面に負極合剤層を有する負極とをセパレータを介して巻回または複数枚積層されてなる電池要素と、電解質と、電池要素から引き出された正極引き出しタブ３ａおよび負極引き出しタブ３ｂを有するラミネート電池単体２が、少なくとも２個以上を同方向に等間隔で連続して整列され、１組のラミネートフィルム６によりラミネート電池単体２毎に封止されてラミネート電池連続体１が作製される。熱溶着後、各ラミネート電池単体２周囲のラミネートフィルム６の熱溶着部を打ち抜き、ラミネート電池単体組み立て品を組み立てる際、容易に位置決めができるようにするために円形の穴４を設けることができる。
図１では、ラミネート電池単体が、少なくとも２個以上を同方向に等間隔で整列されているが、必ずしも同方向である必要はなく、例えば、正極引き出しタブと負極引き出しタブが反対方向に引き出され、ラミネート電池単体が互い違いの方向に整列されていてもよく、また必ずしも等間隔である必要もない。ラミネート電池単体の組み立てが容易に行えればよく、ラミネート電池単体の形状や引き出しタブの接続位置によって方向や間隔を決めることができる。
各電池要素の正極、負極の両極からラミネートフィルム外部に引き出されるタブは、ストレート状やＬ字状のものなど、さまざまな形状を自由に選択できる。また、ラミネート電池連続体は任意の数のラミネート電池単体を並べることが可能である。更に、位置決めのための穴形状や、つづら折りをしやすくするための折り曲げ部等をラミネートフィルムに設けてもよい。
正極集電体にはアルミニウムまたはアルミニウム合金製の箔を、負極集電体には銅または銅合金製の箔を用いることができる。
正極引き出しタブには、アルミニウムやアルミニウム合金製のものをタブとして使用できる。負極引き出しタブには、ニッケル、ニッケル合金や銅材にニッケルめっきを施したものをタブとして使用できる。
図２は、図１のラミネート電池連続体から電池要素を７個分切断して１綴りとしたラミネート電池連続体に接続タブを接続した平面図である。図１のラミネート電池連続体から電池要素を７個分切断している。ラミネート電池単体２の引き出しタブの６箇所に、接続タブ８が、片端が一方の電池の正極引き出しタブ３ａと、他端が他方の電池の負極引き出しタブ３ｂに配設され、それぞれ超音波溶接にて電気的に接続される。次いで接続タブ８を両面から覆うように絶縁テープ７を貼付、絶縁してラミネート電池連続体１が作製される。なお、図２において、接続タブを表すため、絶縁テープを透視した状態で破線で示した。接続タブからは、電圧検出のために端子等を使用してリードを引き出すことが可能である。この接続タブには、ストレート状やコ字状のタブなどさまざまな形状を用いることができる。
図７は、本発明によるラミネート電池連続体のラミネート電池単体組み立てを示す斜視図である。ラミネート電池連続体は、ラミネート電池単体がつづら折りされており、穴４に位置決めと固定用のアルミバー９aを挿入しながら積層させて縦横方向の位置を固定して、上下に固定カバー９ｂを接着剤等で取り付けて製造される。
従来技術では電池１つ１つを並べながら電気的な接続を行うため、ラミネート電池単体の重ね合わせ、位置決め、接続タブの配設、溶接、つづら折り等の複数の工程を、ラミネート電池単体を積層する度に繰り返し行わなければならないが、本発明ではそれぞれまとめて行うことが可能で、作業効率や生産性の向上につながる。
図８は、本発明による電池モジュールを示す透視斜視図である。ラミネート電池単体組み立て品１０ｂに外装ケース１０ａで外装して電池モジュール１０を作製する。ラミネート電池連続体両端の正負極から電流を流すためのリードを溶接する等して電流を引き出すことが可能である。
図９は、本発明の他の例による電池モジュールを示す透視斜視図である。ラミネート電池単体組み立て品１０ｂを平面状に並べ、外装ケース１０ａで外装して電池モジュール１０を作製する。接続タブからは、電圧検出のために端子等を使用してリードを引き出すことが可能であり、ラミネート電池連続体両端の正負極から電流を流すためのリードを溶接する等して電流を引き出すことが可能である。このような平坦な形状をとる場合であれば、１綴りのラミネート電池連続体であるために電池要素ごとの位置決めをする必要がないため、容易に電池モジュールを組み立てることが出来る。
ラミネート電池連続体を積層させるためには基本的にラミネート電池単体を１列に並べてつづら折りにするだけで容易に組立が出来る。更にラミネート電池連続体は積層させるだけでなく、平面状に配置させてモジュール化することなど、容易に様々な形態のセル組み立てを行うことが可能である。
図１０は、本発明のラミネート電池連続体の一部を示す平面図である。つづら折りして積層することが可能となるためには、ラミネート電池単体間の折り曲げ部幅１７は、ラミネートの曲率を考慮し、電池１３の厚みの１．５倍以上とすることが好ましい。
以下に本発明の実施例を詳述する。
（実施例１）
図１に示すように、アルミニウム箔の両面に正極合剤層を有するシート状の正極と、銅箔の両面に負極合剤層を有するシート状の負極とを、セパレータを介してそれぞれ複数枚積層されてなる電池要素と電解質と電池要素から引き出された正極引き出しタブ３ａおよび負極引き出しタブ３ｂを有するラミネート電池単体２が、同方向に等間隔で連続して整列され、１組のラミネートフィルム６によりラミネート電池単体２毎に封止してラミネート電池連続体１を作製した。熱溶着後、各ラミネート電池単体２の周囲のラミネートフィルム６の熱溶着部を打ち抜き、円形の穴４を設けた。
図１に示すように、アルミニウム箔の両面に正極合剤層を有するシート状の正極と、銅箔の両面に負極合剤層を有するシート状の負極とを、セパレータを介してそれぞれ複数枚積層されてなる電池要素と電解質と電池要素から引き出された正極引き出しタブ３ａおよび負極引き出しタブ３ｂを有するラミネート電池単体２が、同方向に等間隔で連続して整列され、１組のラミネートフィルム６によりラミネート電池単体２毎に封止してラミネート電池連続体１を作製した。熱溶着後、各ラミネート電池単体２の周囲のラミネートフィルム６の熱溶着部を打ち抜き、円形の穴４を設けた。
正極の製作は、コバルト酸リチウムを９４質量部と、ポリビニリデンフルオライド（以下ＰＶＤＦと表記）を３質量部と、導電性カーボン３質量部を混合して、正極材料とした。この正極材料をＮ−メチル−２−ピロリドン（以下ＮＭＰと表記）に分散させてスラリー状とした。得られたスラリー状の正極合剤層を厚さ１５μｍのアルミニウム箔上に塗布し乾燥後、厚さ１６０μｍの正極を得た。
負極の製作は、炭素材料粉末を９６質量部とＰＶＤＦを３質量部と、導電性カーボン１質量部を混合して、負極材料とした。この負極材料をＮＭＰに分散させてスラリー状とした。得られたスラリー状の負極合剤層を厚さ１０μｍの銅箔上に塗布し乾燥後、厚さ１１０μｍの負極を得た。
正極と負極を、セパレータを介して積層して、電池要素を製作した。正極には正極引き出しタブを、負極には負極引き出しタブを溶接した。
ラミネートフィルムは、厚さ２０μｍのＰＥＴ層（外層）と厚さ８０μｍのアルミニウム層（中層）と厚さ２０μｍのＰＰ層（内層）とが積層されてなるものを用いた。
ラミネート電池連続体の寸法に関して、図１０を用いて説明する。ラミネート電池単体長さ１１が１３１ｍｍ、ラミネート電池単体幅１２が６９ｍｍ、ラミネート電池単体厚みが５ｍｍのラミネート電池単体を、ラミネート電池単体間隔１４が２０ｍｍを有して等間隔に配置した。上下からラミネートフィルムで覆い熱溶着を施した後の寸法は、電池長さ１５が１６２ｍｍ、電池幅１６が８２ｍｍ、電池厚み１３が６ｍｍ、折り曲げ部幅１７が９ｍｍであった。各々のラミネート電池単体からラミネートフィルム外部に引き出された引き出しタブに関しては、正極負極ともに引き出しタブ幅１８が１３ｍｍ、引き出しタブ１９の厚みが０．２ｍｍであった。位置決め穴径２０はφ７ｍｍとし各々のラミネート電池単体を中心として穴間長さ２１が１５０ｍｍ、穴間幅２２が７８ｍｍとなるように配置させた。
ラミネートの曲率を考慮し、ラミネート電池単体間の折り曲げ部幅１７は９ｍｍで、電池厚み６ｍｍの１．５倍とした。これにより、ラミネート電池単体をつづら折りして積層することができた。
図２に示すように、図１のラミネート電池連続体から電池要素を７個分切断して１綴りとしたラミネート電池連続体に接続タブを接続した。ラミネート電池単体２の引き出しタブの６箇所に、銅材にすずめっきを施した幅１３ｍｍ、厚み０．２ｍｍの接続タブ８が、片端が一方の電池の正極引き出しタブ３ａと、他端が他方の電池の負極引き出しタブ３ｂに配設され、それぞれ超音波溶接にて電気的に接続した。次いで接続タブ８を両面から覆うように絶縁テープ７を貼付、絶縁してラミネート電池連続体１を作製した。接続タブからは、電圧検出のために端子を使用してリードを引き出した。
図６は、本発明によるラミネート電池連続体のつづら折りを示す斜視図である。１綴りとしたラミネート電池連続体１をジグザグに折りたたみ、つづら折りを行った。
図７に示すように、穴４に位置決めと固定用のφ６ｍｍ、高さ４６ｍｍのアルミバー９aを挿入しながら積層させて縦横方向の位置を固定し、上下に固定カバー９ｂを接着剤で取り付けた。
本実施例は２４Ｖ電圧仕様のために７直としたが、他の電圧仕様の場合には７以外の直列数とすることが出来ることは言うまでもない。
（実施例２）
図３は、本発明の他の例によるラミネート電池連続体の斜視図である。ラミネート電池単体２を等間隔に配置して上下からラミネートフィルム６で覆い、各々のラミネート電池単体２周囲のラミネートフィルム６を熱溶着により封止してラミネート電池連続体１を作製した。引き出しタブはラミネートフィルム６の外部へ引き出されており、一方の電池の正極引き出しタブと他方の電池の負極引き出しタブでコ字状タブ５を形成させた。
図３は、本発明の他の例によるラミネート電池連続体の斜視図である。ラミネート電池単体２を等間隔に配置して上下からラミネートフィルム６で覆い、各々のラミネート電池単体２周囲のラミネートフィルム６を熱溶着により封止してラミネート電池連続体１を作製した。引き出しタブはラミネートフィルム６の外部へ引き出されており、一方の電池の正極引き出しタブと他方の電池の負極引き出しタブでコ字状タブ５を形成させた。
ここでは、ラミネート電池単体が、少なくとも２個以上を同方向に等間隔で整列されているが、必ずしも同方向である必要はなく、また必ずしも等間隔である必要もない。ラミネート電池単体の組み立てが容易に行えればよく、ラミネート電池単体の形状や引き出しタブの接続位置によって方向や間隔を決めることができる。
図４は、図３のコ字状タブの詳細図である。図３の破線部分を詳細に記したコ字状タブ５は、Ｌ字状正極引き出しタブ５aと棒状負極引き出しタブ５ｂから成っており、それらの一部は重なっている。棒状負極引き出しタブ５ｂは、銅材にニッケルめっきを施した幅１３ｍｍ、厚み０．２ｍｍのタブであり、Ｌ字状正極引き出しタブ５aは、アルミニウム製のタブである。重複部分を溶接して、ラミネート電池単体同士を電気的に接続した。
図５は、図３のラミネート電池連続体から電池要素を７個分切断して１綴りとしたラミネート電池連続体を示す平面図である。図３のラミネート電池連続体から電池要素を７個分切断し、絶縁テープ７により絶縁を施して１綴りのラミネート電池連続体１を作製した。これは図２に示す実施例１に記載の１綴りのラミネート電池連続体と同様の構造となる。この後、実施例１と同様に組み立て、電池モジュールを作製した。
コ字状タブからは、電圧検出のために端子を使用してリードを引き出し、また、ラミネート電池連続体両端の正負極から電流を流すためのリードを溶接して電流を引き出せるようにした。
本実施例は２４Ｖ電圧仕様のために７直としたが、他の電圧仕様の場合には７以外の直列数とすることが出来ることは言うまでもない。
（実施例３）
図１に示す実施例１のラミネート電池連続体から電池要素７個分を切断し、図２に示す１綴りのラミネート電池連続体を作製した。
図１に示す実施例１のラミネート電池連続体から電池要素７個分を切断し、図２に示す１綴りのラミネート電池連続体を作製した。
図９に示すように、実施例３ではラミネート電池単体組み立て品１０ｂを平面状に並べ、外装ケース１０ａで外装して電池モジュール１０を作製した。接続タブからは、電圧検出のために端子を使用してリードを引き出し、ラミネート電池連続体両端の正負極から電流を流すためのリードを溶接して電流を引き出せるようにした。このような平坦な形状をとる場合であれば、１綴りのラミネート電池連続体であるために電池要素ごとの位置決めをする必要がないため、容易に電池モジュールを組み立てることが出来た。
実施例３では図２に示すラミネート電池連続体を用いたが、図５に示すラミネート電池連続体を用いても同様の電池モジュールを組み立てることが出来るのは言うまでもない。
また、本実施例は２４Ｖ電圧仕様のために７直としたが、他の電圧仕様の場合には７以外の直列数とすることが出来ることは言うまでもない。
実施例の結果を総合して考慮すれば、ラミネート電池単体の組み立てを容易に行えるラミネート電池連続体および電池モジュールの提供が可能となった。
以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。
１ ラミネート電池連続体
２ ラミネート電池単体
３ａ 正極引き出しタブ
３ｂ 負極引き出しタブ
４ 穴
５ コ字状タブ
５ａ Ｌ字状正極引き出しタブ
５ｂ 棒状負極引き出しタブ
６ ラミネートフィルム
７ 絶縁テープ
８ 接続タブ
９ａ アルミバー
９ｂ 固定カバー
１０ 電池モジュール
１０ａ 外装ケース
１０ｂ ラミネート電池単体組み立て品
１１ ラミネート電池単体長さ
１２ ラミネート電池単体幅
１３ 電池
１４ ラミネート電池単体間隔
１５ 電池長さ
１６ 電池幅
１７ 折り曲げ部幅
１８ 引き出しタブ幅
１９ 引き出しタブ
２０ 位置決め穴径
２１ 穴間長さ
２２ 穴間幅
２ ラミネート電池単体
３ａ 正極引き出しタブ
３ｂ 負極引き出しタブ
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５ コ字状タブ
５ａ Ｌ字状正極引き出しタブ
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９ｂ 固定カバー
１０ 電池モジュール
１０ａ 外装ケース
１０ｂ ラミネート電池単体組み立て品
１１ ラミネート電池単体長さ
１２ ラミネート電池単体幅
１３ 電池
１４ ラミネート電池単体間隔
１５ 電池長さ
１６ 電池幅
１７ 折り曲げ部幅
１８ 引き出しタブ幅
１９ 引き出しタブ
２０ 位置決め穴径
２１ 穴間長さ
２２ 穴間幅
Claims (2)
- 正極集電体の少なくとも片面に正極合剤層を有する正極と負極集電体の少なくとも片面に負極合剤層を有する負極とをセパレータを介して巻回または複数枚積層されてなる電池要素と、電解質と、前記電池要素から引き出された正極引き出しタブおよび負極引き出しタブとを有するラミネート電池単体が、少なくとも２個以上を連続して整列され、１組のラミネートフィルムにより前記ラミネート電池単体毎に、前記ラミネート電池単体の周囲が熱溶着によって封止された熱溶着部を有するラミネート電池連続体と、
前記熱溶着部に設けられた位置決め穴と、
前記位置決め穴に挿通されて前記ラミネート電池単体を固定する固定用バーと、を備え、
つづら折りに積層された複数の前記ラミネート電池単体の前記位置決め穴に跨がって挿通された前記固定用バーによって、前記複数のラミネート電池単体が固定されたことを特徴とする電池モジュール。 - 正極集電体の少なくとも片面に正極合剤層を有する正極と負極集電体の少なくとも片面に負極合剤層を有する負極とをセパレータを介して巻回または複数枚積層されてなる電池要素と、電解質と、前記電池要素から引き出された正極引き出しタブおよび負極引き出しタブとを有するラミネート電池単体を、少なくとも２個以上を連続して整列させ、１組のラミネートフィルムにより前記ラミネート電池単体毎に、前記ラミネート電池単体の周囲を熱溶着によって封止した熱溶着部を形成すると共に、該熱溶着部に位置決め穴を形成し、
つづら折りに積層された複数の前記ラミネート電池単体の前記位置決め穴に跨がって固定用バーを挿通し、該固定用バーによって、前記複数のラミネート電池単体を固定することを特徴とする電池モジュールの製造方法。
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