JP5561798B2 - 積層型二次電池および組電池 - Google Patents

Description

本発明は、積層型二次電池および組電池に関し、特に電池セル同士が効率よく接続できる構造の積層型二次電池および組電池に関するものである。

積層型二次電池は、金属箔などからなる集電体上に活物質層を形成したシート状の正極電極と負極電極とをセパレータを介して積層した積層体を外装材で覆い封口する構造で構成される。

正極と負極とをセパレータを介して積層した略長方形の平面形状を有する電池要素をラミネート材（金属複合フィルム）を用いて外装し、正極タブと負極タブが、対向する辺から引き出された積層型二次電池について、特許文献１に記載されている。また、積層型二次電池を組み合わせた組電池の例が特許文献２に記載されている。

図５は、従来のラミネート材等のフィルムで外装された積層型二次電池の平面図であり、図６は従来の積層型二次電池を重ね合わせた組電池の斜視図であり、図７は従来の積層型二次電池を横に並べた組電池の斜視図である。図５に示すように、従来の積層型二次電池は略長方形の平面形状を有する外装材の対向する辺、ここでは外装材の短辺５３の中央部から、それぞれ正極タブ５４と負極タブ５５が対向して引き出された構造となっている。この積層型二次電池を重ね合わせ、組電池として直列接続する場合には、図６に示すように積層型二次電池の正極タブ５４と負極タブ５５の位置を交互にしてそれぞれ１組の正極タブ５４と負極タブ５５を接続する必要があるが、この場合、接続すべきでない正極タブ５４または負極タブ５５が隣り合わせにあるため、接触する恐れがあり、接触した場合にはショート等の不具合となる。このため図７に示すように積層型電池を横に並べて組電池を構成することもできるがこの場合にはスペースが大きくなる問題があった。

特開２００４−７９４８１号公報 特開２００３−１６２９８９号公報

ラミネート材等のフィルムで外装した積層型二次電池では、製造工程の容易さ等から外装材の１辺から正負極タブのどちらかのみを引き出す構造となっている。そのような構造の積層型二次電池を重ねて組電池とする場合、特に直列接続する場合には、正負極タブは２枚ずつを接続することになるが、隣接して上下に次の組の正負極タブがあるため、タブ同士が接触する可能性が高く、本来の接続状態とはならない等の不具合があり、それを避けるため横に並べて接続を行うのでは小型化に問題があった。すなわち積層型二次電池を重ねても容易に接続ができる技術が求められていた。

本発明はこのような問題点を解決すべくなされたもので、その技術課題は、平板状の正極と負極とをセパレータを介して積層した電池要素をラミネート外装材で覆い封口する構造の積層型二次電池において、重ね合わせて組電池とする場合においても接続に不具合の生じない積層型二次電池を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の積層型二次電池は、直列接続用の積層型二次電池であって、正極と負極とをセパレータを介して積層した略長方形の平面形状を有する電池要素をラミネート材で外装し、正極タブと負極タブが前記ラミネート材の対向する引き出し辺における中心線から外れた位置にあり、該中心線に対し一方の側のみであって互いに同じ側に引き出されたことを特徴とする。

また本発明の積層型二次電池は、前記正極タブの幅および前記負極タブの幅が前記引き出し辺の長さの１／６以上２／５以下であることが好ましい。

また、本発明の組電池は、直列接続用の積層型二次電池であって、正極と負極とをセパレータを介して積層した略長方形の平面形状を有する電池要素をラミネート材で外装し、正極タブと負極タブが前記ラミネート材の対向する引き出し辺の中心線に対し同じ側に引き出された第１の積層型二次電池と、正極と負極とをセパレータを介して積層した略長方形の平面形状を有する電池要素をラミネート材で外装し、正極タブと負極タブが前記ラミネート材の対向する引き出し辺の中心線に対し異なる側に引き出された第２の積層型二次電池とを交互に積層して電気的に直列に接続することを特徴とする。

本発明に係る積層型二次電池によれば、積層型二次電池を重ね合わせ組電池とする場合、接続しない正極タブと負極タブを引き出し辺の中心線からそれぞれ外して反対方向に配置することにより隣り合う上下の正負極タブとの接触を回避でき効率よく組電池を作製することが出来る積層型二次電池が提供できる。

本発明の第一の実施の形態の積層型二次電池の平面図。 本発明の第二の実施の形態の積層型二次電池の平面図。 本発明の第一の実施の形態の積層型二次電池の製造途中工程を説明する図、 図３（ａ）は正極と負極とをセパレータを介して積層した電池要素の正面図、図３（ｂ）はラミネート材の斜視図。 本発明の組電池を説明する図、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は側面図。 従来のラミネート材等のフィルムで外装された積層型二次電池の平面図。 従来の積層型二次電池を重ね合わせた組電池の斜視図。 従来の積層型二次電池を横に並べた組電池の斜視図。

次に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。 図１は、本発明の第一の実施の形態の積層型二次電池の平面図である。

図１に示すように、本発明の第一の実施の形態の積層型二次電池は長方形の平面形状を有する外装材の対向する短辺１３からそれぞれ正極タブ１４および負極タブ１５が短辺１３の中心線１１を外して中心線に対して同一方向に配置されている。なお、ここでは短辺側から正負極タブを引き出しているが、長辺側から引き出してもよい。また、正極タブの幅および負極タブの幅は引き出し辺の長さの１／６以上２／５以下が好ましい。１／６未満だとタブ面積が小さくなるためタブの抵抗が高くなり特に大電流取り出し時には負荷となり発熱の原因となる可能性が高くなり好ましくない。２／５を超えるとセルを重ねて積層する場合、重ね合わせたセルの反対極の端子と接触しセルがショートとなる可能性が高くなり好ましくない。

次に本発明の第一の実施の形態の積層型二次電池の製造について説明する。図３は本発明の第一の実施の形態の積層型二次電池の製造途中工程を説明する図であり、図３（ａ）は正極と負極とをセパレータを介して積層した電池要素の正面図であり、図３（ｂ）はラミネート材の斜視図である。

正極６は、例えば厚さ２０μｍの帯状のアルミニウム箔からなる正極集電体上に正極活物質が形成された物である。例えばコバルト酸リチウムからなる正極活物質に、ＰＶＤＦからなる結着剤とアセチレンブラックからなる導電剤を添加してスラリー状となるように調整した調合剤を正極集電体上の両面に塗布し、乾燥し、ロールプレス機により圧延することで正極が形成される。また、負極７は、例えば厚さ１０μｍの銅箔からなる負極集電体上に負極活物質が形成された物である。例えばグラファイト粉末からなる負極活物質をＰＶＤＦからなる結着剤とともにスラリー状となるよう調整した調合剤を負極集電体上の両面に塗布し、乾燥し、ロールプレス機により圧延することで負極が形成される。正極６と負極７との間には例えばポリエチレン不織布からなるセパレータ８を介して所定の枚数だけ積層させ電池要素を作製する。また、正極タブ、負極タブはそれぞれ正極集電体、負極集電体と例えば溶接などにより接続する。その際、正極タブおよび負極タブは対向する辺から引き出し、それぞれの引き出し辺における中心線から外して中心線に対して同じ側に配置させるようにする。次に例えばナイロン／アルミ／ポリプロピレンの３層構造をもつアルミラミネートフィルムからなる外装フィルム９ａに電池要素を収納するために絞り加工による収納部をポリプロピレン側が凹状となるように設ける。上記電池要素を外装フィルム９ａの電池要素収納部に収納し、もう一方の外装フィルム９ｂで電池要素を覆い、接合部を重ね合わせて熱融着によって外装フィルム９ａ、９ｂの周囲３辺を融着する。融着されていない１辺より電池要素収納部に電解液を注液する。注液後、真空にて熱融着機によって封止をおこないフィルム外装の積層型二次電池を作製する。

図２は、本発明の第二の実施の形態の積層型二次電池の平面図である。本発明の第一の実施の形態の積層型二次電池では正極タブと負極タブを引き出し辺の中心線に対して同一方向に配置したが、本発明の第二の実施の形態の積層型二次電池では正極タブおよび負極タブを正極集電体および負極集電体に接続する際に図２に示すように中心線に対して正極タブ２４と負極タブ２５を異なる側に配置している。

次に本発明の組電池について説明する。図４は本発明の組電池を説明する図であり、 図４（ａ）は斜視図であり、図４（ｂ）は側面図である。組電池として例えば積層型二次電池を４個重ね合わせて直列に接続する場合について説明する。前述のように作製した本発明の第一の実施の形態の積層型二次電池すなわち正極タブと負極タブが引き出し辺の中心線に対し同一方向に配置したものと本発明の第二の実施の形態の積層型二次電池すなわち正極タブと負極タブが引き出し辺の中心線に対し異なる方向に配置したものを交互に重ね合わせ、一番上の積層型二次電池の正極タブ４４と上から２番目の積層型二次電池の負極タブ４５が重なるように配置し接続し、一番上の積層型二次電池の負極タブ４５と上から２番目の積層型二次電池の正極タブ４４は引き出し線の中心線４１に対し反対側にして接触しないように配置させておく。また、上から２番目の積層型二次電池の正極タブ４４と上から３番目の積層型二次電池の負極タブ４５が重なるように配置し接続し、上から２番目の積層型二次電池の負極タブ４５と上から３番目の積層型二次電池の正極タブ４４は引き出し辺の中心線４１に対し反対側にして接触しないように配置させておく。上から３番目と４番目の積層型二次電池についても前述と同様の概念で正極タブと負極タブを配置し接続することにより組電池を組み立てる。なおここで説明した組電池の組み立ては一例であり、本発明は正極タブおよび負極タブが引出し辺の中心線を外れて配置され、接続が必要な正負極タブのみが接続する形態でそれ以外は接触しない形態であればよい。

（実施例１）
次に、本発明の実施例１の積層型二次電池について詳細に説明する。実施例１の積層型二次電池の構造はすでに説明した図１と同様である。公知の方法にて電池要素を作製し、正極タブ、負極タブを対向して引き出すように接続し、その後ラミネート材で外装した。ここで電池要素は縦１００ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さ１３ｍｍであり、外装後の積層型二次電池は縦１５０ｍｍ、横８０ｍｍ、厚さ１５ｍｍである。図１に示すように正極タブ１４および負極タブ１５は外装材の短辺から対向して引き出され、正極タブは幅１５ｍｍ厚さ０．２ｍｍで外装材の短辺１３の中心線１１から１０ｍｍ離間して配置し、負極タブは幅１５ｍｍ厚さ０．２ｍｍで外装材の短辺１３の中心線１１から１０ｍｍ離間して正極タブと同じ方向に配置した。
（実施例２）
次に、本発明の実施例２の積層型二次電池について説明する。実施例２の積層型二次電池の構造はすでに説明した図２と同様である。図２に示すように正極タブ２４および負極タブ２５が外装材の短辺２３の中心線２１から１０ｍｍ離間して配置し、負極タブは幅１５ｍｍ厚さ０．２ｍｍで外装材の短辺２３の中心線２１から１０ｍｍ離間して正極タブと異なる方向に配置した以外は実施例１と同様に作製した。
（実施例３）
次に、本発明の実施例３の組電池について説明する。実施例３の組電池の構造はすでに説明した図４と同様である。前述のようにして実施例１で作製した引出し辺の中心線に対し同じ側に正極タブ４４と負極タブ４５を配置した積層型二次電池と、実施例２で作製した引出し辺の中心線に対し異なる側に正極タブ４４と負極タブ４５を配置した積層型二次電池を交互に４個重ね合わせた。最上段の積層型二次電池の正極タブ４４と２段目の積層型二次電池の負極タブ４５とを接続し、２段目の積層型二次電池の正極タブ４４と３段目の積層型二次電池の負極タブ４５とを接続し、３段目の積層型二次電池の正極タブ４４と４段目（最下段）の積層型二次電池の負極タブ４５とを接続して直列接続の組電池を作製した。このようにして作製した組電池においては、正極タブ、負極タブが引出し辺の中心線を外れて引き出され、それぞれ上下に隣り合う正負極タブを接合することで接合しない他のタブに接触することなく容易に直列接続の組電池を作製することができた。

１１、２１、４１、５１中心線
１２、２２、５２（外装材の）長辺
１３、２３、５３（外装材の）短辺
１４、２４、４４、５４正極タブ
１５、２５、４５、５５負極タブ
６正極
７負極
８セパレータ
９ａ、９ｂ外装フィルム

Claims (4)

1. 直列接続用の積層型二次電池であって、正極と負極とをセパレータを介して積層した略長方形の平面形状を有する電池要素をラミネート材で外装し、正極タブと負極タブが前記ラミネート材の対向する引き出し辺の中心線に対し同じ側に引き出された第１の積層型二次電池と、正極と負極とをセパレータを介して積層した略長方形の平面形状を有する電池要素をラミネート材で外装し、正極タブと負極タブが前記ラミネート材の対向する引き出し辺の中心線に対し異なる側に引き出された第２の積層型二次電池とを交互に積層して電気的に直列に接続することを特徴とする組電池。
2. 直列接続用の積層型二次電池であって、正極と負極とをセパレータを介して積層した略長方形の平面形状を有する電池要素をラミネート材で外装し、正極タブと負極タブが前記ラミネート材の対向する引き出し辺における中心線から外れた位置にあり、該中心線に対し一方の側のみであって互いに同じ側に引き出されたことを特徴とする積層型二次電池。
3. 前記正極タブの幅および前記負極タブの幅が前記引き出し辺の長さの１／６以上２／５以下であることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
4. 前記正極タブの幅および前記負極タブの幅が前記引き出し辺の長さの１／６以上２／５以下であることを特徴とする請求項２に記載の積層型二次電池。

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