JP5589534B2 - 扁平型電池 - Google Patents

Description

本発明は、扁平型電池に関するものである。

円筒形電池において、円形伝導性タブに弓形スリットを形成し、電池カバーが内圧の上昇により膨らんだ場合でも、多数の溶接接点を妨げることなくタブの中心がスリットにより曲がるようにしたものが知られている（特許文献１）。

特開昭６４−７２４５５号公報

ところで、薄型電池（扁平型電池）においては、ラミネート外装体から導出される正極及び負極の電極タブ（電極端子）は、発電要素の正極板と負極板のそれぞれに含まれる集電体に超音波溶接などにより溶接接合されている。

しかしながら、溶接時に作用する荷重や高温に曝されることによって電極タブと集電体に伸縮率の相違が生じ、これにより集電体に皺や溶接部の剥離が発生する場合がある。

本発明が解決しようとする課題は、集電体と電極タブの伸縮率の相違により相対的変形が生じてもこれに追従できる扁平型電池を提供することである。

本発明は、扁平型電池において、電極タブに、集電体に重畳して接合される導電部と、導電部より伸縮性の高い材料で形成される応力緩和部を備えることによって、上記課題を解決する。

本発明によれば、集電体と電極タブの伸縮率の違いにより生じる伸縮を応力緩和部で緩和することができるため、相対的変形に追従することができる。その結果、集電体に皺や剥離が生じるのを抑制することができる。

本発明の一実施の形態に係る扁平型電池を示す平面図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 図１の負極タブと負極集電体との接合部分を拡大して示す平面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る負極タブと負極集電体との接合部分を拡大して示す平面図である。 本発明の他の実施の形態に係る負極タブと負極集電体との接合部分を拡大して示す平面図である。 本発明の他の実施の形態に係る負極タブと負極集電体との接合部分を拡大して示す平面図である。 図７のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る負極タブと負極集電体との接合部分において、負極タブの断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る扁平型電池の断面図である。 図１０に示す、負極タブと負極集電体との接合部分を拡大して示す平面図である。 本発明の他の実施の形態に係る扁平型電池の断面図である。 図１１に示す、負極タブと負極集電体との接合部分を拡大して示す平面図である。 本発明の他の実施の形態に係る負極タブと負極集電体との接合部分を拡大して示す平面図である。 実施例１に係る負極タブと負極集電体との接合部分を拡大して示す平面図である。 実施例２に係る負極タブと負極集電体との接合部分を拡大して示す平面図である。 比較例１に係る負極タブと負極集電体との接合部分を拡大して示す平面図である。 実施例３に係る負極タブと負極集電体との接合部分を拡大して示す平面図である。 比較例２に係る扁平型電池の平面図である。 実施例３及び比較例２の扁平型電池における、ＳＯＣに対する温度特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本例の扁平型電池１は、リチウム系、平板状、積層タイプの薄型二次電池であり、図１及び図２に示すように、２枚の正極板１１と、４枚のセパレータ１２と、３枚の負極板１３と、正極タブ１４と、負極タブ１５と、上部外装部材１６と、下部外装部材１７と、特に図示しない電解質とから構成されている。

このうちの正極板１１、セパレータ１２、負極板１３及び電解質が発電要素１８を構成し、また、正極板１１、負極板１３が電極板を構成し、上部外装部材１６及び下部外装部材１７が一対の外装部材を構成する。

発電要素１８を構成する正極板１１は、正極タブ１４まで伸びている正極集電体１１ａと、正極集電体１１ａの一部の両主面にそれぞれ形成された正極層１１ｂ、１１ｃとを有する。なお、正極板１１の正極層１１ｂ、１１ｃは、正極集電体１１ａの全体の両主面に亘って形成されているのではなく、図２に示すように、正極板１１、セパレータ１２及び負極板１３を積層して発電要素１８を構成する際に、正極板１１においてセパレータ１２に実質的に重なる部分のみに正極層１１ｂ、１１ｃが形成されている。また、本例では正極板１１と正極集電体１１ａとが一枚の導電体で形成されているが、正極板１１と正極集電体１１ａとを別体で構成し、これらを接合してもよい。

正極板１１の正極集電体１１ａは、たとえばアルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔から構成されている。また、正極板１１の正極層１１ｂ、１１ｃは、たとえば、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ_２）、又は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）等のリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物等の正極活物質と、カーボンブラック等の導電剤と、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョン等の接着剤と、溶剤とを混合したものを、正極集電体１１ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。

発電要素１８を構成する負極板１３は、負極タブ１５まで伸びている負極集電体１３ａと、当該負極集電体１３ａの一部の両主面にそれぞれ形成された負極層１３ｂ、１３ｃとを有する。なお、負極板１３の負極層１３ｂ、１３ｃも、負極集電体１３ａの全体の両主面に亘って形成されているのではなく、図２に示すように、正極板１１、セパレータ１２及び負極板１３を積層して発電要素１８を構成する際に、負極板１３においてセパレータ１２に実質的に重なる部分のみに負極層１３ｂ、１３ｃが形成されている。また、本例では負極板１３と負極集電体１３ａとが一枚の導電体で形成されているが、負極板１３と負極集電体１３ａとを別体で構成し、これらを接合してもよい。

負極板１３の負極集電体１３ａは、たとえばニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔から構成されている。また、負極板１３の負極層１３ｂ、１３ｃは、たとえば非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のような上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンを混合し、乾燥させた後に粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これにアクリル樹脂エマルジョン等の結着剤をさらに混合し、この混合物を負極集電体１３ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧延させることにより形成されている。

特に、負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量に伴って出力電圧も低下するので、電気自動車の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。

発電要素１８のセパレータ１２は、上述した正極板１１と負極板１３との短絡を防止するものであり、電解質を保持する機能を備えてもよい。このセパレータ１２は、たとえばポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。

なお、本例に係るセパレータ１２は、ポリオレフィン等の単層膜にのみ限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔膜と有機不織布等を積層したものも用いることができる。このようにセパレータ１２を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能及びセパレータの形状維持（剛性向上）機能等の諸機能を付与することができる。

以上の発電要素１８は、セパレータ１２を介して正極板１１と負極板１３とが交互に積層されてなる。そして、２枚の正極板１１は、正極集電体１１ａを介して、金属箔製の正極タブ１４にそれぞれ接続される一方で、３枚の負極板１３は、負極集電体１３ａを介して、同様に金属箔製の負極タブ１５にそれぞれ接続されている。

なお、発電要素１８の正極板１１、セパレータ１２、及び負極板１３は、上記の枚数に何ら限定されず、たとえば１枚の正極板１１、２枚のセパレータ１２、及び２枚の負極板１３でも発電要素１８を構成することができ、必要に応じて正極板１１、セパレータ１２及び負極板１３の枚数を選択して構成することができる。

正極タブ１４も負極タブ１５も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極タブ１４としては、上述の正極集電体１１ａと同様に、たとえば厚さ０．０２ｍｍ程度のアルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又はニッケル箔等を挙げることができる。また、負極タブ１５としては、上述の負極集電体１３ａと同様に、たとえば厚さ０．０２ｍｍ程度のニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等を挙げることができる。

既述したが、本例では、電極板１１、１３の集電体１１ａ、１３ａを構成する金属箔自体を電極タブ１４、１５まで延長することにより、換言すれば、１枚の金属箔１１ａ、１３ａの一部に電極層（正極層１１ｂ、１１ｃ又は負極層１３ｂ、１３ｃ）を形成し、残りの端部を電極タブとのとし、電極板１１、１３を電極タブ１４、１５に接続する構成としたが、正極層及び負極層間に位置する集電体１１ａ、１３ａを構成する金属箔と、接結部材を構成する金属箔とは別の材料や部品により接続してもよい。以下の本実施形態では、上記正極層間及び負極層間に位置する集電体と接合部材は１枚の金属箔で構成されているものとして説明する。

上述した発電要素１８は、上部外装部材１６及び下部外装部材１７に収容されて封止されている。特に図示はしないが、本例の上部外装部材１６及び下部外装部材１７は何れも、扁平型電池１の内側から外側に向かって、たとえばポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又は、アイオノマー等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムから構成されている内側層と、たとえばアルミニウム等の金属箔から構成されている中間層と、たとえばポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムで構成されている外側層と、の三層構造とされている。

したがって、上部外装部材１６及び下部外装部材１７は何れも、たとえばアルミニウム箔等金属箔の一方の面（扁平型電池１の内側面）をポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又はアイオノマー等の樹脂でラミネートし、他方の面（扁平型電池１の外側面）をポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート材等の可撓性を有する材料で形成されている。

このように、外装部材１６、１７が樹脂層に加えて金属層を具備することにより、外装部材自体の強度向上を図ることが可能となる。また、外装部材１６、１７の内側層を、たとえばポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又はアイオノマー等の樹脂で構成することにより、金属製の電極タブ１４、１５との良好な融着性を確保することが可能となる。

なお、図１及び図２に示すように、封止された外装部材１６、１７の一方の端部から正極タブ１４が導出され、当該他方の端部から負極タブ１５が導出されているが、電極タブ１４、１５の厚さ分だけ上部外装部材１６と下部外装部材１７との融着部に隙間が生じるので、扁平型電池１内部の封止性を維持するために、電極タブ１４、１５と外装部材１６、１７とが接触する部分に、たとえばポリエチレンやポリプロピレン等から構成されたシールフィルムを介在させてもよい。このシールフィルムは、正極タブ１４及び負極タブ１５の何れにおいても、外装部材１６、１７を構成する樹脂と同系統の樹脂で構成することが熱融着性の観点から好ましい。

これらの外装部材１６、１７によって、上述した発電要素１８、正極タブ１４の一部及び負極タブ１５の一部を包み込み、当該外装部材１６、１７により形成される内部空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウムや六フッ化リン酸リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入しながら、外装部材１６、１７により形成される空間を吸引して真空状態とした後に、外装部材１６、１７の外周縁を熱プレスにより熱融着して封止する。

有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）やメチルエチルカーボネート等のエステル系溶媒を挙げることができるが、本例の有機液体溶媒はこれに限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒を用いることもできる。

以上が本例の扁平型電池１の基本的構造であるが、以下に電極タブ１４、１５と集電体１１ａ、１３ａとの接合部分の構造を説明する。

《第１実施形態》
図３は負極タブ１５と負極集電体１３ａとの接合部分を拡大して示す平面図であり、外装部材１６、１７および発電要素１８の図示は省略する。なお、正極タブ１４と正極集電体１１ａとの接合部分も同様の構成とされている。図４は、図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

負極タブ１５と３枚の負極集電体１３ａは、超音波溶接により、例えば６箇所の接合部２０で溶接接合されている。負極タブ１５は、ケーブル状になっている導電部１５１と、導電部１５１を覆う絶縁部材１５２とを有する。導電部１５１は、平型導体の６本のケーブルであって、銅などの導通性を有した材料（導体）で形成される。また、導電部１５１を形成する、６本の導体は、負極集電体１３ａから外装部材１６、１７の外周縁に向けて延在した形状となっている。

絶縁部１５２は、平型の導電部１５１の側面を狭持するように、それぞれ導電部１５１を覆っており、各導電部１５１の間の絶縁性を確保する。絶縁部１５２は、負極集電体１３ａの面方向（後述する伸縮する際の伸縮方向）に沿って、複数の導電部１５１の間に形成される。また絶縁部１５２は、導電部１５１より伸縮性の高い材料で形成されており、例えば樹脂により形成される。ここで、伸縮性とは、熱を起因とする応力による伸縮及び機械的な応力による伸縮が含まれる。

負極タブ１５には、例えばフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）が用いられる。負極タブ１５の両端面から導電部１５１の一部が露出されている。そして、露出された一方の導電部１５１は、接合部２０により負極集電体１３ａに接合され、露出された他方の導電部は、扁平型電池１の外部配線に接続される。

以上のように構成された扁平型電池１によれば、正極タブ１４または負極タブ１５の電極タブと、正極集電体１１ａまたは負極集電体１３ａの集電体とを接合する際に、機械的にこれらを押圧したり、超音波振動によって発生する熱に曝されたりすることから、電極タブ１４、１５と集電体１１ａ、１３ａとが同材質で形成されていたとしても伸縮率が相違することがある。

このため、この溶接時に、たとえば集電体１１ａ、１３ａの方が電極タブ１４、１５より伸張すると、集電体１１ａ、１３ａに皺が発生したり、接合部２０が剥離したりするおそれがある。同様に、電極タブ１４、１５の方が伸張する場合は電極タブ１４、１５に皺が発生したり、接合部２０が剥離したりするおそれがある。ここで図３において、絶縁部１５２で覆われている複数の導電部１５１の中で両端の導電部１５１の距離をＩｃとし、複数の接合部２０の中で両端の接合部２０の距離を接合間距離Ｉｔとする。例えば、接合する際の熱の影響により、負極集電体１３ａが伸張し、距離Ｉｃが伸張した場合には、接合間距離Ｉｔが伸張に追随するように変化しなければ、負極タブ１５又は負極集電体１３に皺が発生したり、接合部２０が剥離したりするおそれがある。

しかしながら、本例の扁平型電池１では、電極タブ１４、１５に、導電部１５より高い伸縮性の材料で形成される絶縁部１５２を形成している。これにより、溶接接合の際に、たとえば集電体１１ａ、１３ａが膨張し伸張する場合には、絶縁部１５２が追随して伸張し、接合部２０の接合強度を維持しつつ集電体１１ａ、１３ａに皺が生じるのを防止する。また、例えば溶接後の温度降下の際に集電体１１ａ、１３ａが収縮する場合には、絶縁部１５２が追随して収縮し、接合部２０の接合強度を維持しつつ集電体１１ａ、１３ａに皺が生じるのを防止する。これにより、接合部２０に、溶接接合による応力が集中せず、応力が絶縁部１５２により緩和されるため、接合部２０が剥離することを防ぐことができる。

また本例は、電極タブ１４、１５に、ケーブル状の複数の導電部１５１を設け、複数の導電部１５１の間に絶縁部１５２を形成する。溶接接合により集電体１１ａ、１３ａが伸縮した場合に、複数の接合部２０の間の距離が変化するが、導電部１５１を複数設けるため、当該導電部１５１の間の距離が伸縮に追随して変化し、また絶縁部１５２により、伸縮に伴う応力を緩和することができる。

なお、本例は、溶接接合による応力を緩和するために、絶縁部１５２を電極タブ１４、１５に設けるが、絶縁部１５２の代わりに、導電部１５１より伸縮率の大きい導体などの別部材を、応力緩和部材として用いてもよい。また本例は導電部１５１を平型のケーブルにしたが、円筒型のケーブルでもよく、さらに、必ずしもケーブルで有る必要はない。

なお、本例の絶縁部１５２は本発明の「応力緩和部」に相当する。

《第２実施形態》
図５は、本発明の他の実施の形態に係る負極タブ１５と負極集電体１３ａとの接合部分を示す平面図であり、外装部材１６、１７および発電要素１８の図示は省略する。なお、扁平型電池１全体の構成については、図１及び図２を参照して説明された上記実施形態と同じである。また、正極タブ１４と正極集電体１１ａとの接合部分も図４と同様の構成とされている。

図５に示す本例の負極タブ１５は、図３に示す負極タブ１５に比べ、スリット１５３が形成されている点が相違する。その他の構成については、第１実施形態の記載を適宜、援用する。

負極タブ１５には、複数の導電部１５１の間にスリット１５３が形成されている。スリット１５３は、負極集電体１３ａ側の端面から、外装部材１６、１７の外周縁に向かって、絶縁部１５２に切り込みを設けることにより形成されている。スリット１５３は、導電部１５１の中心軸の軸方向に沿って切り込まれており、スリット１５３の終端が、当該軸方向の絶縁部１５２の中央付近になるように形成されている。なお、スリット１５３の幅は、複数の導電部１５３の間の距離の１／２以上であり、導電部１５３の幅方向（軸方向と垂直な方向）の長さ未満であることが好ましい。これにより、接合による、複数の導電部１５３の伸縮が、スリット１５１により緩和される。

上記のように、本例では、絶縁部１５２に、集電体１１ａ、１３ａから外装部材１６、１７の外周縁に向けてスリット１５３を形成する。これにより、接合部２０の溶接接合によって、集電体１１ａ、１３ａ、又は、電極タブ１４、１５が伸張する場合に、スリット１５３が広がるため、接合部２０の接合強度を維持しつつ集電体１１ａ、１３ａに皺が生じることを防ぐことができる。また、集電体集電体１１ａ、１３ａ、又は、電極タブ１４、１５が収縮する場合に、スリット１５３が狭まるため、接合部２０の接合強度を維持しつつ集電体１１ａ、１３ａに皺が生じることを防ぐことができる。

また本例は、スリット１５３を設けることにより、溶接接合の際の集電体１１ａ、１３ａ、又は、電極タブ１４、１５の応力に対して、小さい力で絶縁部１５３が伸縮し、絶縁部１５３が伸縮し易くなる。これにより、接合部２０に加わる応力負荷を軽減させることができる。

また本例は、図５に示すように、複数の導電部１５１の間に一本のスリット１５３を設けるが、図６に示すように、複数の導電部１５１の間に複数のスリット１５３を設け、複数の導電部１５１の間に破線状となる切り込みをいれてもよい。図６は、本発明の他の実施の形態に係る負極タブ１５と負極集電体１３ａとの接合部分を示す平面図であり、図５に対応する図である。なお、スリット１５３により形成される破線の長さは、導電部１５１の軸方向の長さの１／２以上であり、当該軸方向に沿う絶縁部１５２の長さ未満が好ましい。

また本例は、スリット１５３の代わりに、図７及び図８に示すように、凹部１５４を設けてもよい。図７は、本発明の他の実施の形態に係る負極タブ１５と負極集電体１３ａとの接合部分を示す平面図であり、図５に対応する図である。図８は、図７のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。凹部１５４は、複数の導電部１５１の間に形成され、絶縁部１５１の主面上に、導電部１５１の軸方向に沿って形成される。絶縁部１５２において、凹部１５４が形成される部分の厚さは、凹部１５４が形成されない部分の厚さより小さい。なお、導電部１５１の軸方向に沿う凹部１５４の長さは、導電部１５１の軸方向の長さの１／２以上であり、当該軸方向に沿う絶縁部１５２の長さ未満が好ましい。これにより、接合部２０の溶接接合によって、集電体１１ａ、１３ａ、又は、電極タブ１４、１５が伸張する場合に、凹部１５２を有する部分が伸縮しやすくなるため、接合部２０に加わる応力の負荷を軽減させることができる。また接合部２０の接合強度を維持しつつ集電体１１ａ、１３ａに皺が生じることを防ぐことができる。

なお、図７及び図８に示す本例においては、凹部１５２を絶縁部１５１の片面の主面上に設けたが、図９に示すように、凹部１５２を絶縁部１５１の両面の主面上に設けてもよい。図９は、負極タブ１５の部分断面図であり、図８に対応する図である。

なお、本例のスリット１５３は、本発明の「切り込み部」に相当する。

《第３実施形態》
図１０は、本発明の他の実施形態に係る扁平型電池の断面図であり、外装部材１６、１７および発電要素１８の図示は省略する。なお、扁平型電池１全体の構成については、図１及び図２を参照して説明された上記実施形態と同じである。

本例の扁平型電池１は、第１の実施形態に係る扁平型電池に対して、電極タブ１４、１５と集電体１１ａ及び１１ｂの接合部分の構成が異なる。これ以外の部分は、第１及び第２実施形態の記載を適宜、援用する。

図１０に示すように、本例の扁平型電池１は、４枚の負極板１３と３枚の正極板が交互に積層されている。４枚の負極集電体１３ａのうち、上層側の２枚の負極集電体１３１ａ、１３１ｂは、負極タブ１５ａに溶接により接合されており、下層側の２枚の負極集電体１３１ｃ、１３１ｄは、負極タブ１５ｂに溶接により接合されている。３枚の正極集電体１１ａのうち、上層側の１枚の正極集電体１１１ａは正極タブ１４ａに溶接により接合されており、下層側の２枚の正極集電体１１１ｂ、１１１ｃは正極タブ１４ｂに溶接により接合されている。

第１実施形態においては、電極タブ１４、１５及び集電体１１ａ、１３ａは、外装部材１６、１７により封止される位置の付近で接合されている。本例では、電極タブ１４、１５及び集電体１１ａ、１３ａは、第１実施形態の接合位置に比べて、より発電要素１８に近い側の位置で接合されている。

電極タブ１４、１５は、外装部材１６、１７により封止される位置から集電体１１ａ、１３ａに向けて導入されており、扁平型電池１の内部空間の途中で、上下の二層に分岐されている。すなわち、負極タブ１５の一端は、負極タブ１５ａ及び負極タブ１５ｂに分岐され、正極タブ１４は、正極タブ１４ａ及び正極タブ１４ｂに分岐されている。

次に、負極タブ１５と集電体１３ａとの接合部分について、図１１を用いて、説明する。図１１は負極タブ１５ａ、１５ｂと負極集電体１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄとの接合部分を拡大して示す平面図であり、外装部材１６、１７および発電要素１８の図示は省略する。なお、正極タブ１４と正極集電体１１ａとの接合部分については、負極側と同様であるため、説明を省略する。

負極タブ１５ａに含まれる導電部１５１及び負極タブ１５ｂに含まれる導電部１５１は、それぞれ絶縁部１５２に覆われている。そのため、負極タブ１５ａの導電部１５１と負極タブ１５ｂの導電部１５１は、扁平型電池１の内部空間において、それぞれ絶縁されている。負極タブ１５ａの導電部１５１は、接合部２０により、負極集電体１３１ａ、１３１ｂに接合されており、負極タブ１５ｂの導電部１５１は、接合部２０により、負極集電体１３１ｃ、１３１ｄに接合されている。これにより、絶縁部１５２は、負極タブ１５ａの導電部１５１と負極タブ１５ｂの導電部１５１との間で、負極集電体１３ａから外装部材１６、１７の外周縁に向けて、一部割けている形状となり、当該割けている部分がスリット１５５となる。

ところで、本例とは異なり、複数の板状の集電体を１枚の板状の電極タブに接合する場合には、当該集電体及び電極タブの幅に対応させて接合部２０を設けなければならないため、両端の接合部２０間の距離が長くなる。そして、溶接接合により、集電体又は電極タブが伸縮する場合に、両端の接合部２０の間の距離が長いため、当該接合部２０の間の距離における伸縮が大きくなり、接合部２０における応力負荷が高くなる。

一方、本例は、負極集電体１３１ａ、１３１ｂと負極タブ１５ａとを接合し、負極集電体１３１ｃ、１３１ｄと負極タブ１５ｂとを接合する。また正極側について、正極集電体１１１ａと正極タブ１４ａとを接合し、正極集電体１１１ｂ、１１１ｃと正極タブ１４ｂとを接合する。そのため、電極タブ１４、１５の幅が分岐されて、複数の集電体１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ又は複数の集電体１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃに接合されるため、それぞれの接合部分において、両端の接合部２０の間の距離（図１１の長さＬに相当）が短くなるため、接合部２０に加わる応力を緩和させることができる。その結果として、電極タブ１４、１５又は集電体１１ａ、１３ａの皺の発生及び接合部２０の剥離を防ぐことができる。

また本例において、絶縁部１５２は、負極タブ１５ａの導電部１５１と負極タブ１５ｂの導電部１５１とを、扁平型電池１の内部空間で絶縁する。そのため、発電要素１８の起電力により流れる電流は、負極タブ１５ａの導電部１５１、及び、負極タブ１５ｂの導電部１５１をそれぞれ独立して導通される。また扁平型電池１を充電する際に、充電電流を、負極タブ１５ａの導電部１５１、及び、負極タブ１５ｂの導電部１５１にそれぞれ独立して流すことが可能になる。そのため、充電又は放電する際に、充放電を制御する制御部分が、扁平型電池１の外部配線と接続する導電部１５１の導通経路を選択することによって、負極タブ１５ａに含まれる導電部１５１を選択して電流を流すことができる。これにより、例えば負極集電体１３１ｃの付近において、短絡又は電池の寿命による劣化が生じている場合に、当該短絡又は劣化の負極集電体１３１ｃに接合される負極タブ１５ｃに充電電流を流さないように、外部から制御することができる。その結果として、充電電流が短絡又は劣化の生じている部分に流れ、漏電することにより生じる電圧低下を防ぐことができる。また放電する際にも、本例は、短絡又は劣化の生じている部分を避けて、放電電流を導出することができるため、扁平型電池１内の電圧のバラツキを防ぐことができる。

また本例において、絶縁部１５２は、負極タブ１５ａの導電体１５１と負極タブ１５ｂの導電体１５１との間に、スリット１５５を設ける。これにより、接合部２０の溶接接合によって、集電体１１ａ、１３ａ、又は、電極タブ１４、１５が伸張する場合に、スリット１５３が広がるため、接合部２０の接合強度を維持しつつ集電体１１ａ、１３ａに皺が生じることを防ぐことができる。また、集電体集電体１１ａ、１３ａ、又は、電極タブ１４、１５が収縮する場合に、スリット１５３が狭まるため、接合部２０の接合強度を維持しつつ集電体１１ａ、１３ａに皺が生じることを防ぐことができる。

なお本例のスリット１５５が、本発明の「切り込み部」に相当する。

《第４実施形態》
図１２は、本発明の他の実施形態に係る扁平型電池の断面図であり、外装部材１６、１７および発電要素１８の図示は省略する。なお、扁平型電池１全体の構成については、図１及び図２を参照して説明された上記実施形態と同じである。

本例の扁平型電池１は、第１の実施形態に係る扁平型電池に対して、電極タブ１４、１５と集電体１１ａ及び１３ａの接合部分の構成が異なる。これ以外の部分は、第１、第２及び第３の実施形態の記載を適宜、援用する。

図１２に示すように、本例の扁平型電池１は、４枚の負極板１３と３枚の正極板１１が交互に積層されている。４枚の負極集電体１３ａのうち、上層側から負極集電体１３１ａは負極タブ１５ａに溶接により接合されており、上層側から順に、負極集電体１３１ｂは負極タブ１５ｂに、負極集電体１３１ｃは負極タブ１５ｃに、負極集電体１３１ｄは負極タブ１５ｄに、溶接により接合されている。また正極側について、３枚の正極集電体１１ａのうち、上層側から正極集電体１１１ａは正極タブ１４ａに溶接により接合されており、上層側から順に、正極集電体１１１ｂは正極タブ１４ｂに、正極集電体１１１ｃは正極タブ１４ｃに、溶接により接合されている。

第１実施形態においては、電極タブ１４、１５及び集電体１１ａ、１３ａは、外装部材により封止される位置の付近で接合されている。本例では、電極タブ１４、１５及び集電体１１ａ、１３ａは、第１実施形態の接合位置に比べて、より発電要素１８に近い側の位置で接合されている。

電極タブ１４、１５は、外装部材１６、１７により封止される位置から集電体１１ａ、１３ａに向けて導入されている。負極タブ１５は扁平型電池１の内部空間の途中で４層に分岐されており、正極タブ１４は扁平型電池１の内部空間の途中で３層に分岐されている。すなわち、負極タブ１５の一端は、負極タブ１５ａ、負極タブ１５ｂ、負極タブ１５ｃ及び負極タブ１５に分岐され、正極タブ１４の一端は、正極タブ１４ａ、正極タブ１４ｂ及び正極１４ｃに分岐されている。

次に、負極タブ１５と集電体１３との接合部分について、図１３を用いて、説明する。図１３は負極タブ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄと負極集電体１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄとの接合部分を拡大して示す平面図であり、外装部材１６、１７および発電要素１８の図示は省略する。なお、正極タブ１４と正極集電体１１ａとの接合部分については、負極側と同様であるため、説明を省略する。

負極タブ１５に含まれる複数の導電部１５１は、それぞれ絶縁部１５２に覆われている。そのため、負極タブ１５の導電部１５１は、扁平型電池１の内部空間において、それぞれ絶縁されている。負極タブ１５ａの導電部１５１は、接合部２０により、負極集電体１３１ａに接合されており、他の導電部１５１も同様に、接合部２０により、負極集電体１３１ｂ、１０３ｃ、１０３ｄにそれぞれ接合されている。

上記のように、本例は、複数の負極集電体１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄの数に対応させて、負極タブ１５を負極タブ１５ａ、１５ｂ、１５ｃに分岐し、それぞれの負極集電体１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄと、それぞれの負極タブ１５ａ、１５ｂ、１５ｃとを対応させて接合する。そして、負極集電体１３ａを分岐することにより、絶縁部１５２において、各負極タブ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの間にスリット１５５が形成される。これにより、それぞれの接合部分において、両端の接合部２０の間の距離が短くなるため、接合部２０に加わる応力を緩和させることができる。その結果として、電極タブ１４、１５又は集電体１１ａ、１３ａの皺の発生及び接合部２０の剥離を防ぐことができる。

また本例は、絶縁部１５２により、扁平型電池１の内部空間内で、負極タブ１５ａ、１５ｂ、１５ｃに含まれる導電部１５１の間を絶縁する。そのため、発電要素１８の起電力により流れる電流は、各導電部１５１をそれぞれ独立して導通する。また扁平型電池１を充電する際に、充電電流を、各導電部１５１にそれぞれ独立して流すことが可能になる。そのため、充電又は放電する際に、充放電を制御する制御部分が、扁平型電池１の外部配線と接続する導電部１５１の導通経路を選択することによって、各導電部１５１を選択して電流を流すことができる。これにより、短絡又は劣化している負極集電体１３ａに接合される負極タブ１５に充電電流を流さないように、外部から制御することができる。その結果として、充電電流が短絡又は劣化の生じている部分に流れ、漏電することにより生じる電圧低下を防ぐことができる。また放電する際にも、本例は、短絡又は劣化の生じている部分を避けて、放電電流を導出することができるため、扁平型電池１内の電圧のバラツキを防ぐことができる。また正極側についても、同様に、漏電することにより生じる電圧低下及び扁平型電池１内の電圧のバラツキを防ぐことができる。

また本例において、絶縁部１５２は、負極タブ１５ａに含まれる各導電体１５１の間に、スリット１５５を設ける。これにより、接合部２０の溶接接合によって、集電体１１ａ、１３ａ、又は、電極タブ１４、１５が伸張する場合に、スリット１５３が広がるため、接合部２０の接合強度を維持しつつ集電体１１ａ、１３ａに皺が生じることを防ぐことができる。また、集電体集電体１１ａ、１３ａ、又は、電極タブ１４、１５が収縮する場合に、スリット１５３が狭まるため、接合部２０の接合強度を維持しつつ集電体１１ａ、１３ａに皺が生じることを防ぐことができる。

なお、本例は、正極側又は負極型の少なくとも一方の極において、複数の電極タブ１４、１５と複数の集電体１１ａ、１３ａとを対応させて設けて、対応させて接合すればよい。

《第５実施形態》
図１４は負極タブ１５と負極集電体１３ａとの接合部分を拡大して示す平面図であり、外装部材１６、１７および発電要素１８の図示は省略する。なお、正極タブ１４と正極集電体１１ａとの接合部分も同様の構成とされている。

負極タブ１５と３枚の負極集電体１３ａは、超音波溶接により、例えば６箇所の接合部２０で溶接接合されている。負極タブ１５は、ケーブル状になっている導電部１５１と、異種導電部１５６と、導電部１５１及び異種導電部１５６を覆う絶縁部材１５２とを有する。導電部１５１は、平型導体の５本のケーブルであって、銅などの導通性を有した材料（導体）で形成される。異種導電部１５６は、導電部１５１と異なる導電材料で形成されており、異種金属のケーブルである。異種導電部１５６には、例えばコンスタンタン等の導電材料により形成される。これにより異種導電部１５６は、導電部１５１と異なる金属又は半導体により形成される。また、導電部１５１を形成する５本の導体及び異種導電部１５６を形成する導体（又は半導体）は、負極集電体１３ａから外装部材１６、１７の外周縁に向けて延在した形状となっている。

絶縁部１５２は、平型の導電部１５１及び異種導電部１５６の側面を狭持するように、それぞれ導電部１５１及び異種導電部１５６を覆っており、少なくとも導電部１５１のうち１本の導体と異種導体部１５６とを絶縁する。

負極タブ１５には、例えばフレキシブルフラットケーブルが用いられる。負極タブ１５の両端面から導電部１５１及び異種導電部１５６の一部が外装部材１６、１７から露出されている。そして、露出された一方の導電部１５１及び異種導電部１５６は、接合部２０により負極集電体１３ａに接合され、露出された他方の導電部１５１及び異種導電部１５６は、扁平型電池１の外部配線に接続される。

これにより、扁平型電池１の内部空間において、異種導電部１５６と導電部１５１との間は、絶縁部１５２により絶縁される。

以上のように構成された扁平型電池１によれば、導電部１５１及び異種導電部１５６により、扁平型電池１の内部温度を検出する。すなわち、導電部１５１と異種導電部１５６は、扁平型電池１の内部空間で絶縁されているため、発電要素１８からの出力電流は、導電部１５１と異種導電部１５６で、独立した導通経路となって、電池外部に導通される。ここで、扁平型電池１の内部の温度は、導電部１５１と異種導電部１５６に伝わり、導電部１５１と異種導電部１５６との間に温度差が生じる。そして、異種導電部１５６は、導体部１５１と異なる導電性材料で形成されているため、ゼーベック効果により、導電部１５１と異種導電部１５６との間に電圧が発生する。導電部１５１と異種導電部１５６の電池外部側の一端は扁平型電池１より外部に導出されているため、当該一端に電圧センサ等を接続し電圧を検出することにより、扁平型電池１の内部温度を検出することができる。すなわち、導電部１５１と異種導電部１５６は電圧センサの接点となり、当該電圧センサは電池の内部温度を検出するためのセンサとなる。

従来、扁平型電池１の充放電を制御するために、電池温度を計測する際には、電池の外部に熱電対等の温度センサを設けて、電池内部の温度を、間接的に計測していた。しかしながら、電池の外装部材１６、１７に熱電体を設け、電池温度を検出場合には、外装部材１６、１７を介して間接的に温度を計測するため、電池内部の温度上昇に対して、応答性が充分といえなかった。本例では、導電部１５１と異種導電部１５６を用いて、電池内部の温度を計測することができるため、電池の外部に温度センサを設け温度を計測する場合に比べて、電池の温度変動に対する応答性を高めることができ、電池の内部温度の検出精度を高めることができる。

なお、本例は導電部１５１及び異種導電部１５６をケーブルとしたが、必ずしもケーブルである必要はなく、例えば薄型板状の金属タブであってもよい。また導電部１５１は５本の導体により形成されているが、５本である必要はなく、少なくとも、電極タブ１４、１５に、異なる２種類以上の金属又は半導体、あるいは、金属及び半導体によりタブを形成し、集電体１１、１３に接合されていればよい。

本発明に係る扁平型電池をより具体化したものを作製し、絶縁部１５２及びスリット１５５の効果を評価したので実施例１及び実施例２に説明する。また異種導電部１５６の効果を評価したので実施例３に説明する。

《実施例１》
図３に示す形態の負極タブ１５を用いて、図１５に示すように、６カ所の接合部２０で、負極タブ１５と３枚の負極集電体１３ａとを超音波溶接により接合し、接合された負極タブ１５及び負極集電体のサンプルを１０個（Ｎ＝１０）作成した。

超音波溶接後の負極集電体１３ａを目視観察し、皺の発生の有無を評価した。また、２００℃の恒温槽に３０分保持した後の負極集電体１３ａを目視観察し、皺の発生の有無を評価した。この結果を表１に示す。

《実施例２》
図１３に示す形態の負極タブ１５を用いて、図１６に示すように、それぞれ２カ所の接合部２０で、負極タブ１５ａと負極集電体１３１ａとを超音波溶接により接合し、負極タブ１５ｂ及び負極集電体１３１ｂ、負極タブ１５ｃ及び負極集電体１３１ｃを、溶接接合した。そして、接合された負極タブ１５及び負極集電体のサンプルを１０個（Ｎ＝１０）作成した。

実施例１と同様に、超音波溶接後および２００℃×３０分後の皺の発生の有無を目視評価した。この結果を表１に示す。

《比較例１》
実施例１及び２の比較例として、絶縁部１５２を有さない負極タブを用い、図１７に示すように、６カ所の接合部で負極タブ１５と三枚の負極集電体１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃとを超音波溶接し、接合された負極タブ１５及び負極集電体のサンプルを１０個（Ｎ＝１０）作成した。

実施例１及び２と同様に、超音波溶接後および２００℃×３０分後の皺の発生の有無を目視評価した。この結果を表１に示す。

上記表１の結果から、比較例１では超音波溶接直後に集電体に発生する皺の発生率が６０％（１０個中６個）確認されていたが、実施例１では僅か１０％、実施例２では０％に低減できた。また、２００℃×３０分後において、比較例１の皺の発生率は１００％に増加したのに対し、実施例１は僅か１０％、実施例２では０％まで抑制された。

《実施例３》
図１８及び図１９に示すように、負極タブ１５を４層の負極タブ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄに分岐し、負極タブ１５ａを負極集電体１３１ａに超音波溶接により接合し、負極タブ１５ｂを負極集電体１３１ｂに、負極タブ１５ｃを負極集電体１３１ｃに、負極タブ１５ｄを負極集電体１３１ｄに、超音波溶接により接合した。そして、負極タブ１５ｂは、図１４に示す負極タブを用いており、負極タブ１５ｂは、５本の導電部１５１と一本の異種導電部１５６とを設けた。

負極タブ１５及び正極タブ１４には、フレキシブルフラットケーブルを用い、異種導電部１５６はコンスタンタンにより形成し、フレキシブルフラットケーブルに異種金属ケーブルを挿入することで、負極タブ１５ｂを形成した。そして、負極タブ１５ｂにおいて、異種導電部１５６及び当該異種導電部１５６の隣の導電部１５５の接合部の付近であって、電解液と触れる部分を保護テープ２００でカバーをした。

なお、正極側は、３枚の正極集電体を設けて、正極タブを３層のタブに分岐し、３層の電極タブは、３枚の正極集電体にそれぞれ溶接接合した。接合部分については、負極側と同様であるが、正極タブには異種導電部１５６を設けていない点が異なる。

アルミ製の外装部材１５、１６により、発電要素をパッキングし、電解液を注入し、封止し、扁平型電池１を作成した。

試験方法について、上記扁平型電池１の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）１０％の状態から定常の充電電流を流し、ＳＯＣ８０％まで充電する。そして、ＳＯＣが、１０％から８０％までの１０％刻みの到達時点で、電池の内部温度を測定した。電池の内部温度は、異種導電部１５６と導電部１５１の間の電位差を、電圧センサで計測し、当該センサの検出電圧と、異種導電部１５６と導電部１５１に含まれる金属に基づくペルチェ係数とを用いて演算することで、内部温度を検出した。測定結果を図２０に示す。

《比較例２》
実施例３の比較例として、異種導電部１５６の代わりに導電部１５１を用いて、他の部分は実施例３と同様にした、扁平型電池を作成した。

そして、図１９に示すように、外装部材１６に熱電体３００を貼り付け、電池の外部温度を測定した。外部温度の測定方法は、実施例３と同様に、上記扁平型電池のＳＯＣ１０％の状態から定常の充電電流を流し、ＳＯＣ８０％まで充電する。そして、ＳＯＣが、１０％から８０％までの１０％刻みの到達時点で、電池の外部温度を測定した。測定結果を図２０に示す。

図２０は、実施例３及び比較例２の扁平型電池における、ＳＯＣに対する温度特性を示し、横軸はＳＯＣを縦軸は電池温度を示す。図２０の測定結果において、丸印は実施例３を示し、三角印は比較例２を示す。なお、横軸のＳＯＣについて、上記の通り、定電流で充電を行うため、ＳＯＣは時間に対して比例して上昇する。そのため、図２０の横軸は、時間軸とみることもできる。

図２０の結果から、実施例３は、比較例１に比べて、温度上昇の時間が早いことが確認された。これは、比較例１は、外装部材１６等を介して発電要素１８の上昇温度を間接的に検出するため、温度上昇の立ち上がりが遅くなると考えられる。

なお、図２０に示すように、ＳＯＣが８０％に到達した時点では、実施例３及び比較例２に差があった。しかし、ＳＯＣが８０パーセントの状態で、５分経過後の比較例２の温度を測定した場合には、比較例２の検出温度は、実施例３と同じ、３７度になった。これにより、実施例３の方が、扁平型電池１の温度に対する応答性が早いことが確認できた。

１…扁平型電池
１１…正極板
１１ａ…正極集電体
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ…正極集電体
１１ｂ、１０１ｃ…正極層
１２…セパレータ
１３…負極板
１３ａ…負極集電体
１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ…負極集電体
１３ｂ、１３ｃ…負極層
１４…正極タブ（電極タブ）
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ…正極タブ
１５…負極タブ（電極タブ）
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ…負極タブ
１５１…導電部
１５２…絶縁部
１５３、１５５…スリット
１５４…凹部
１５６…異種導体部
１６…上部外装部材
１７…下部外装部材
１８…発電要素
２０…接合部
２００…保護テープ
３００…熱電体

Claims (9)

1. 外装部材の外周縁を封止して形成される内部空間に収容された発電要素と、
   前記発電要素の電極板に接続された集電体と、
   前記外装部材の外周縁から導出された電極タブと、を備え
   前記電極タブは、前記集電体に重畳して接合される導電部と、前記導電部より伸縮性の高い材料で形成される応力緩和部を有し、
   前記導電部は、前記集電体から前記外周縁に向けて延在した導体を複数有し、
   前記応力緩和部は、前記複数の導体の間に形成されることを特徴とする扁平型電池。
2. 外装部材の外周縁を封止して形成される内部空間に収容された発電要素と、
   前記発電要素の電極板に接続された集電体と、
   前記外装部材の外周縁から導出された電極タブと、を備え
   前記電極タブは、前記集電体に重畳して接合される導電部と、前記導電部より伸縮性の高い材料で形成される応力緩和部と、前記導電部と異なる導電性材料で形成される異種導電部を有し、
   前記応力緩和部は、前記導電部と前記異種導電部とを絶縁することを特徴とする扁平型電池。
3. 前記導電部及び異種導電部は、前記内部空間の温度を検出するためのセンサの接点となることを特徴とする請求項２記載の扁平型電池。
4. 外装部材の外周縁を封止して形成される内部空間に収容された発電要素と、
   前記発電要素の電極板に接続された集電体と、
   前記外装部材の外周縁から導出された電極タブと、を備え
   前記電極タブは、前記集電体に重畳して接合される導電部と、前記導電部より伸縮性の高い材料で形成される応力緩和部を有し、
   前記応力緩和部には、前記集電体から前記外周縁に向けて切り込み部が形成されることを特徴とする扁平型電池。
5. 前記応力緩和部には、前記複数の導体の間に凹部が形成されることを特徴とする請求項１記載の扁平型電池。
6. 外装部材の外周縁を封止して形成される内部空間に収容された発電要素と、
   前記発電要素の電極板に接続された集電体と、
   前記外装部材の外周縁から導出された電極タブと、を備え
   前記電極タブは、前記集電体に重畳して接合される導電部と、前記導電部より伸縮性の高い材料で形成される応力緩和部を有し、
   前記内部空間には、前記集電体が複数積層されており、
   前記電極タブは、前記導電部を複数有し、
   前記複数の集電体のうち一の集電体は、前記複数の導電部のうち一の導電部に接合され、
   前記複数の集電体のうち他の集電体は、前記複数の導電部のうち他の導電部に接合されることを特徴とする扁平型電池。
7. 前記応力緩和部は、前記一の導電部と前記他の導電部との間に形成され、かつ、切り込み部を有することを特徴とする請求項６記載の扁平型電池。
8. 外装部材の外周縁を封止して形成される内部空間に収容された発電要素と、
   前記発電要素の電極板に接続された集電体と、
   前記外装部材の外周縁から導出された電極タブと、を備え
   前記電極タブは、前記集電体に重畳して接合される導電部と、前記導電部より伸縮性の高い材料で形成される応力緩和部を有し、
   前記内部空間には、前記集電体が複数積層されており、
   前記電極タブは、前記導電部を、前記複数の集電体に対応させて複数有し、
   前記複数の集電体は、前記複数の導電部に、対応させて接合されることを特徴とする扁平型電池。
9. 前記応力緩和部は、前記複数の導電部の間を絶縁することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の扁平型電池。

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