JP6156392B2 - 電池およびそれを用いた組電池 - Google Patents

Description

本発明は、正極部材、負極部材、セパレータ、電解質などからなる電池要素が、ラミネートシートからなる外装体内に収容された電池（単電池）およびそれを用いて形成される組電池に関し、詳しくは、当該電池の位置を、他の部材との関係において所定の位置に定めるための位置決め部を備えた電池および複数の電池を所定の位置関係となるように組み付けた組電池に関する。

近年、携帯電話、携帯用パーソナルコンピュータなどの携帯用電子機器の電源としてリチウムイオン二次電池などに代表される二次電池が広く用いられるに至っている。

ところで、このような二次電池（以下、単に「電池」ともいう）としては、セパレータを介して複数の正極部材と負極部材とが積層された積層体および電解質（電解液）を外装体内に収容するとともに、正極部材および負極部材と導通する正極リード端子および負極リード端子を、外装体から外部に引き出した構造のものが広く用いられている。

そのような電池の１つに、単電池を複数、積層体の積層方向に積層してなる電池（組電池）が知られている（特許文献１参照）。

ところで、この特許文献１の組電池において用いられている電池（単電池）１００においては、図１２に示すように、正極端子１２０、負極端子１３０が引き出された、ラミネートシートからなる外装体（電池ケース）１１０の、溶着封止部１１５の内周縁１１７と外装体（電池ケース）１１０の外周縁１１８との間に、位置決め用の貫通孔１１６が設けられている。

そして、複数の電池（単電池）１００を積層し、位置決めピンなどの位置決め部材（図示せず）を、各単電池１００の貫通孔１１６に挿通することにより、各々の単電池１００が、積層方向に直交する方向について位置決めされるように構成されている。

したがって、特許文献１の発明によれば、複数の単電池１００を位置ずれなく組み付けて、容易かつ確実に組電池を得ることが可能になるとされている。

しかしながら、特許文献１の電池においては、溶着封止部１１５に位置決め用の貫通孔１１６を設けるようにしているため、封止信頼性が低下するという問題点がある。また、溶着封止部１１５に位置決め用の貫通孔１１６を設けた場合、外装体（電池ケース）１１０の内部（電池内部）に水分が浸入しやすくなったり、外装体（電池ケース）１１０の外部部に電解液が漏出したりして、電池性能の劣化を引き起こすという問題点がある。

特開２００７−５９１４４号公報

本発明は、上記課題を解決するものであり、精度よく位置決めを行うことが可能で、かつ、外装体の封止性の低下による電池性能の劣化を引き起こすことのない電池およびそれを用いた組電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電池は、
正極部材と負極部材とがセパレータを介して互いに対向するように積層された積層体と、電解質とを含む電池要素と、
前記電池要素が収容される外装体であって、樹脂からなる外側の保護層と、金属からなる中間のガスバリア層と、樹脂からなる内側の接着層とを積層して一体化したラミネートシートを、前記接着層どうしが互いに対向するような態様とし、周縁部の帯状領域において、前記接着層どうしを互いに接合することにより形成された外装体と、
前記外装体の前記接着層どうしが接合された前記帯状領域を経て外部に引き出された、前記正極部材と導通する正極リード端子および前記負極部材と導通する負極リード端子と
を備えた電池であって、
当該電池の位置を他の部材との関係において所定の位置に定めるための位置決め用突起部として、前記帯状領域の外周縁よりも外側の領域に位置決めのために用いられる貫通孔を備えた位置決め用突起部をさらに備え、
前記位置決め用突起部が、樹脂板、金属板、セラミック板の少なくとも１種からなり、接着剤により前記外装体の周縁部の帯状領域の外表面に接合されていること
を特徴としている。

なお、本発明の電池において、接着層どうしを互いに接合するにあたっては、通常、熱溶着の方法を用いることが好ましいが、接着剤を用いる方法など、他の接着方法を用いることも可能である。

また、本発明において、「前記接着層どうしが互いに対向するような態様とし」とは、一対の（２枚の）ラミネートシートを対向するように配置して、その接着層どうしが向かい合うようにした場合や、１枚のラミネートシートを折り返して、接着層どうしが向かい合うようにした場合などを意味する概念である。

また、本発明において、「周縁部の帯状領域において、前記接着層どうしを互いに接合する」とは、外装体の周縁部（周囲）の全体を周回するような帯状領域において接着層どうしを互いに接合する場合に限らず、外装体の周縁部（周囲）の主要部を周回するが、その全体を周回しないような帯状領域において接着層どうしを互いに接合する場合も含むものである。

なお、位置決め用突起部材を構成する樹脂板、金属板、およびセラミック板は単独で用いてもよくまた組み合わせて用いてもよい。

また、場合によっては、外装体を形成する際にラミネートシートの接着層どうしを、例えば、熱溶着の方法で互いに接合する際に、位置決め用突起部となる部材（例えば、樹脂板、金属板、セラミック板など）を、接着層どうしが互いに対向する部分（熱溶着部となる部分）に挟み込み、熱溶着する方法を採用することも可能である。

また、本発明の電池においては、前記外装体の平面形状が略方形であり、前記位置決め用突起部が、前記外装体の、前記正極リード端子および前記負極リード端子の少なくとも一方が引き出されている辺に設けられていることが好ましい。

位置決め用突起部を、外装体の、正極リード端子および負極リード端子の少なくとも一方が引き出されている辺に設けることにより、位置決め用突起部や正極リード端子などに起因する電池体積の増大を抑制して、電池の体積エネルギー密度の低下を抑制することが可能になる。

また、本発明の組電池は、上記本発明の電池の、前記貫通孔に位置決め用係合部材を係合させることにより、複数の前記電池を所定の位置関係となるように組み付けたことを特徴としている。

本発明の電池は、電池の位置を他の部材との関係において所定の位置に定めるための位置決め用突起部として、接着層どうしを互いに接合した外装体周縁部の帯状領域の外周縁よりも外側の領域に位置決めのために用いられる貫通孔を備えた位置決め用突起部を設けるようにしている。この位置決め用突起部は、樹脂板、金属板、セラミック板の少なくとも１種からなり、接着剤により外装体の周縁部の帯状領域の外表面に接合されている。これにより、外装体の周縁部の、接着層どうしが互いに接合された接合部に影響を与えることを防止して、十分な封止性を確保しつつ、外装体に位置決め用突起部を設けることができる。

したがって、本発明によれば、電池の位置決めを確実に行うことが可能で、例えば、電池を複数個積層してパック化する際などに、位置決め精度が高く、信頼性の高い電池パックを構成することが可能な電池（単電池）を提供したりすることができるようになる。

また、本発明の組電池は、上記本発明の電池の、位置決め用突起部に形成された貫通孔に位置決め用係合部材を係合させることにより、複数の電池を所定の位置関係となるように組み付けるようにしているので、各電池が所定の位置に確実に保持された信頼性の高い組電池を提供することができる。

本発明の一実施形態（実施形態１）にかかる電池の構成を示す平面図である。 本発明の実施形態１にかかる電池の正面要部断面図である。 本発明の実施形態１にかかる電池の外装体を構成するラミネートシートの構造を示す図である。 本発明に関連する発明（関連発明１）にかかる電池の構成を示す平面図である。 本発明に関連する他の発明（関連発明２）にかかる電池の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面要部断面図である。 本発明に関連するさらに他の発明（関連発明３）にかかる電池の外装体の形成方法を説明する平面図である。 本発明の実施形態の変形例（変形例１）にかかる電池の構成を示す平面図である。 本発明の実施形態の変形例（変形例２）にかかる電池の構成を示す平面図である。 本発明の実施形態の変形例（変形例３）にかかる電池の構成を示す平面図である。 本発明の実施形態の変形例（変形例４）にかかる電池の構成を示す平面図である。 本発明の電池を組み合わせて形成した本発明の実施形態（実施形態２）にかかる組電池の構成を示す正面図である。 従来の電池の構成を示す平面図である。

以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

［実施形態１］
図１は本発明の一実施形態（実施形態１）にかかる電池（リチウムイオン二次電池）（単電池）を示す平面図、図２は要部を断面として模式的に示す正面要部断面図である。

この実施形態１の電池１は、図１，２に示すように、平面形状が略方形の外装体１４と、外装体１４の内部に配設された電池要素１１と、外装体１４の１つの辺２４ａから外部に引き出された正極リード端子１２および負極リード端子１３とを備えている。

なお、電池要素１１は、特に図示しないが、正極部材と負極部材とをセパレータを介して互いに対向するように積層してなる積層体と、電解質としての電解液とを備えている。

また、正極リード端子１２と、負極リード端子１３とは、外装体１４の内部に収容された電池要素１１の正極部材および負極部材（特に図示せず）のそれぞれに電気的に接続されている。

また、電池要素１１が収容された外装体１４は、図３に示すように、樹脂（この実施形態１ではポリアミド系樹脂）からなる外側の保護層１５と、金属（この実施形態１ではアルミニウム）からなる中間のガスバリア層１６と、樹脂（この実施形態１ではポリプロピレン樹脂）からなる内側の接着層１７とを積層して一体化したラミネートシート１４ａ，１４ｂを用いて形成されている（図２）。

すなわち、外装体１４は、一対のラミネートシート１４ａ，１４ｂを、接着層１７どうしが互いに対向するように配設した後、一対のラミネートシート１４ａ，１４ｂの周縁部の帯状領域２２において、接着層１７どうしを互いに接合（熱溶着）することにより形成されている。なお、この実施形態１では、ラミネートシート１４ａ，１４ｂとして、電池要素１１を収容する収容空間３０（図２）を形成するために、絞り加工を施したものが用いられている。

そして、この実施形態１の電池１においては、外装体１４の、正極リード端子１２および負極リード端子１３が引き出された１つの辺２４ａには、当該電池１の位置を、他の部材（例えば、複数の単電池を組み合わせて電池パックを形成する場合の他の単電池）との関係において、所定の位置に定めるための位置決めのために用いられる貫通孔２０を備えた２つの位置決め用突起部２１が設けられている。２つの位置決め用突起部２１は、正極リード端子１２および負極リード端子１３の両側に設けられている。

なお、後述の変形例などに示すように、本発明においては、正極リード端子１２および負極リード端子１３の引き出される位置（辺）や、位置決め用突起部２１が設けられる位置（辺）に特に制約はなく、種々の条件を考慮して、適切な位置に配設することができる。

また、この実施形態１において、各位置決め用突起部２１は、樹脂からなる板状材料（樹脂板）から形成されており、接着剤により外装体１４の周縁部の帯状領域２２の外表面に接合されている。

上述のように構成された本発明の電池１によれば、外装体１４の周縁部の、接着層どうしが互いに接合された接合部、すなわち、熱溶着により接合された帯状領域（熱溶着部）２２に、樹脂からなる板状材料である位置決め用突起部２１を接合させて外装体１４と一体化するようにしており、帯状領域（熱溶着部）２２に貫通孔などが存在しないため、外装体１４の封止信頼性が高く、かつ、位置決め用突起部２１により、位置決めを確実に行うことが可能な電池を得ることが可能になる。

上述のように、この実施形態１の電池１は、確実に位置決めすることが可能であることから、例えば、電池１を複数個積層してパック化することにより、電池１が位置精度よく積層された、信頼性の高い組電池（電池パック）を得ることが可能になる。

また、この実施形態１では、外装体１４の１つの辺２４ａに正極リード端子１２および負極リード端子１３が引き出すとともに、同じ辺２４ａに２つの位置決め用突起部２１を設けるようにしているため、正極リード端子１２と負極リード端子１３を異なる辺に設けたり、２つの位置決め用突起部２１を異なる辺に設けたりする場合に比べて、位置決め用突起部や正極リード端子などに起因する電池体積の増大を抑制して、電池の体積エネルギー密度の低下を抑制し、体積エネルギー密度の高い電池を提供することが可能になる。

また、この実施形態１では、位置決め用突起部２１を構成する材料として、樹脂板を用いているが、金属板やセラミック板などを用いることも可能である。また、樹脂板、金属板、セラミック板のうち２種類以上を組み合わせた材料を用いることも可能である。

［関連発明１］
図４は、本発明に関連する発明（以下、関連発明１という）にかかる電池１を示す平面図である。上記実施形態１では、外装体１４とは別体である樹脂板からなる位置決め用突起部２１を、接着剤により外装体１４の周縁部の帯状領域（熱溶着部）２２の外表面に接合するようにしているが、この関連発明１では、外装体１４を構成するラミネートシート１４ａ，１４ｂの一部が位置決め用突起部２１となるように構成している。

すなわち、この関連発明１の電池１では、外装体１４を構成する一対のラミネートシート１４ａ，１４ｂ（図２参照）の一部に、位置決め用突起部２１となる、貫通孔２０を備えた突起部２１ａを設けておき、一対のラミネートシート１４ａ，１４ｂの、周縁部の帯状領域２２と突起部２１ａの接着層１７どうしを互いに接合（熱圧着）することにより、外装体１４を形成するとともに、位置決め用突起部２１を形成している。なお、位置決めのために用いられる貫通孔２０は、一対のラミネートシート１４ａ，１４ｂを熱溶着した後で形成することもできる。
その他の構成は、上記実施形態１の電池の場合と同様である。また、図４において、図１，２と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示す。

この関連発明１の構成の場合にも、外装体１４の封止性を十分に保つために必要な帯状領域（熱溶着部）２２の接合面積は十分に確保される。すなわち、帯状領域（熱溶着部）２２には位置決めのために用いられる貫通孔２０は形成されないため、封止性を確保しつつ、外装体１４に信頼性の高い位置決め用突起部２１を設けることが可能になる。

また、この関連発明１の構成の場合、別部材としての位置決め用突起部となる部材（例えば、樹脂板、金属板、セラミック板など）を別途用意することなく、位置決め用突起部２１を備えた外装体１４を形成することが可能になり、生産性を向上させることができる。

また、この関連発明１の電池の場合、その他の点においても上記実施形態１の電池の場合と同様の効果を得ることができる。

［関連発明２］
図５（ａ）は、本発明に関連する他の発明（以下、関連発明２という）にかかる電池１を示す平面図であり、図５（ｂ）は、要部を断面として模式的に示す正面要部断面図である。

この関連発明２の電池においては、位置決め用突起部２１を、一対のラミネートシート１４ａ，１４ｂの周縁部の帯状領域２２に挟み込んで、熱溶着することにより位置決め用突起部２１を外装体１４に一体に設けるようにしている。
その他の構成は、上記実施形態１の電池の場合と同様である。また、図５（ａ），（ｂ）において、図１，２と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示す。

この関連発明２のように構成した場合にも、帯状領域（熱溶着部）２２には位置決めのために用いられる貫通孔２０は形成されないため、封止性を確保しつつ、外装体１４に信頼性の高い位置決め用突起部２１を設けることが可能になる。

したがって、この関連発明２の電池の場合にも、上記実施形態１の電池の場合に準じる効果を得ることができる。

［関連発明３］
上記の電池では、外装体１４を一対のラミネートシート１４ａ，１４ｂを、接着層１７どうしが互いに対向するように配設した後、一対のラミネートシート１４ａ，１４ｂの周縁部の帯状領域２２で接着層１７どうしを互いに熱溶着することにより外装体１４を形成するようにしているが、本発明に関連するさらに他の発明（関連発明３）として、図６に示すように、位置決め用突起部２１となるべき突起部２１ａを備えた形状に打ち抜いた１枚のラミネートシート１４ｃを外装体形成用のラミネートシートとして用い、所定の折り返し位置２３で折り返し、周縁部の帯状領域で接着層どうしを互いに熱溶着して外装体を形成するように構成することも可能である。

＜変形例１＞
また、上記実施形態１では、位置決め用突起部２１の形状が方形（角型）である場合を示したが、図７に示すように、位置決め用突起部２１の外装体１４の周縁部から突出した部分の形状を、丸みを帯びた形状とすることも可能である。

＜変形例２＞
また、上記実施形態１では、外装体１４の１つの辺２４ａに正極リード端子１２および負極リード端子１３を引き出すとともに、同じ辺２４ａに２つの位置決め用突起部２１を設けるようにしているが、図８に示すように、正極リード端子１２および負極リード端子１３が引き出された辺２４ａとは異なる辺（直交する辺）２４ｂ，２４ｃに位置決め用突起部２１を設けるようにすることも可能である。

＜変形例３＞
また、本発明の電池においては、正極リード端子１２および負極リード端子１３の引出し位置についても特に制約はなく、例えば、図９に示すように、外装体の互いに対向する辺のうち、一方の辺２４ａに正極リード端子１２が配設され、他方の辺２４ｄに負極リード端子１３が引き出された構成とすることも可能である。

なお、図９の電池１においては、位置決め用突起部２１を辺２４ａと２４ｄの、略対角に近い位置に配設して、十分な位置決め効果が得られるようにしているが、位置決め用突起部２１を他の位置に設けることも可能である。

＜変形例４＞
図１０は、さらに他の変形例を示す図である。この変形例４の電池１においては、図１０に示すように、２つの位置決め用突起部２１の一方を正極リード端子１２が引き出された辺２４ａに設け、他方を正極リード端子１２および負極リード端子１３が引き出されていない辺２４ｃに設けるようにしている。

なお、本発明の電池において、正極リード端子１２および負極リード端子１３の引出し位置（辺）、および、位置決め用突起部２１の配設位置（辺）については、上記の実施形態および変形例に限定されるものではなく、種々の変形を加えることが可能である。

また、上記の実施形態および変形例では、位置決め用突起部の数が２つである場合を例にとって説明したが、外装部に設ける位置決め用突起部の数に特別の制約はなく、場合によっては１つの位置決め用突起部を設けるようにしてもよく、また、３以上の位置決め用突起部を設けるようにしてもよい。

また、上記の実施形態および変形例では、各位置決め用突起部に１つの貫通孔が形成されている場合を例にとって説明したが、１つの位置決め用突起部に形成すべき貫通孔の数に特別の制約はなく、場合によっては１つの位置決め用突起部に複数の貫通孔を設けるようにしてもよい。

なお、上記の実施形態１では、外装体１４を構成するラミネートシート１４ａ，１４ｂとして、ポリアミド系樹脂からなる外側の保護層１５と、アルミニウムからなる中間のガスバリア層１６と、ポリプロピレン樹脂からなる内側の接着層１７とを積層して一体化した構成のものを用いたが、本発明において用いることが可能なラミネートシートはこれに限られるものではなく、外装体を形成したときに、外側層となる保護層（樹脂層）、中間層となるガスバリア層（金属層）、および外側層となる接着層（樹脂層）を備えた種々のラミネートシートを用いることが可能である。

［実施形態２］
図１１は、本発明の実施形態にかかる組電池の要部構成を模式的に示す図である。

この組電池５０は、上述の実施形態１にかかる本発明の電池（単電池）１を用い、その位置決め用突起部２１に形成された、位置決めのために用いられる貫通孔２０に、位置決めピン（位置決め用係合部材）４０を挿通させて、複数の電池１を所定の位置関係となるように組み付けることにより形成されたものである。

この組電池５０においては、上述のように貫通孔２０に位置決めピン（位置決め用係合部材）４０を係合（挿通）させて、複数の電池１を所定の位置関係となるように位置決めして組み付けるようにしているので、各電池１が所定の位置に確実に保持された信頼性の高い組電池を得ることができる。

本発明は、その他の点においても上記の各実施形態や変形例に限定されるものではなく、位置決め用突起部の具体的な形状やその構成材料、電池要素の具体的な構成、外装体の具体的な形状や構成などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

１ 電池（単電池）
１１ 電池要素
１２ 正極リード端子
１３ 負極リード端子
１４ 外装体
１４ａ，１４ｂ ラミネートシート
１４ｃ 外装体を構成する１枚のラミネートシート
１５ 外側の保護層（ポリアミド樹脂層）
１６ ガスバリア層（アルミニウム層）
１７ 内側の接着層（ポリプロピレン樹脂層）
２０ 貫通孔
２１ 位置決め用突起部
２１ａ 貫通孔を備えた突起部
２２ 帯状領域（熱溶着部）
２３ 折り返し位置
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ 外装体の辺
３０ 収容空間
４０ 位置決めピン（位置決め用係合部材）
５０ 組電池

Claims (3)

1. 正極部材と負極部材とがセパレータを介して互いに対向するように積層された積層体と、電解質とを含む電池要素と、
   前記電池要素が収容される外装体であって、樹脂からなる外側の保護層と、金属からなる中間のガスバリア層と、樹脂からなる内側の接着層とを積層して一体化したラミネートシートを、前記接着層どうしが互いに対向するような態様とし、周縁部の帯状領域において、前記接着層どうしを互いに接合することにより形成された外装体と、
   前記外装体の前記接着層どうしが接合された前記帯状領域を経て外部に引き出された、前記正極部材と導通する正極リード端子および前記負極部材と導通する負極リード端子と
   を備えた電池であって、
   当該電池の位置を他の部材との関係において所定の位置に定めるための位置決め用突起部として、前記帯状領域の外周縁よりも外側の領域に位置決めのために用いられる貫通孔を備えた位置決め用突起部をさらに備え、
   前記位置決め用突起部が、樹脂板、金属板、セラミック板の少なくとも１種からなり、接着剤により前記外装体の周縁部の帯状領域の外表面に接合されていること
   を特徴とする電池。
2. 前記外装体の平面形状が略方形であり、前記位置決め用突起部が、前記外装体の、前記正極リード端子および前記負極リード端子の少なくとも一方が引き出されている辺に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
3. 請求項１または２に記載の電池の、前記貫通孔に位置決め用係合部材を係合させることにより、複数の前記電池を所定の位置関係となるように組み付けたことを特徴とする組電池。

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