JP6202210B2

JP6202210B2 - 組電池およびタブ接合方法

Info

Publication number: JP6202210B2
Application number: JP2016539733A
Authority: JP
Inventors: 昌之中井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-08-06
Filing date: 2014-08-06
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2034-08-06
Also published as: WO2016020999A1; JPWO2016020999A1

Description

本発明は、積層方向のタブ同士を重ね合わせて接合してなる組電池に関する。

１回または複数回電極端子を折り曲げるようにした複数の偏平な単電池を積層した組電池として特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載された組電池では、積層方向に隣接した偏平な単電池の折り曲げられた電極端子同士が、突き合わせ接続、重ね接続またはフランジ状の突き合わせ接続によって互いに接続されている。

電極端子同士の接触面積を大きくしつつ堅固に接合するためには、例えばレーザ溶接を用いて重ね接続で電極端子同士を接合することが望ましい。

しかし、積層方向に隣接した複数の偏平な単電池において、単電池の偏平面と平行に導出した電極端子を電極端子の導出方向の同じ位置でそれぞれ直角に折り曲げて折り曲げ部を形成し、これらの折り曲げ部同士を重ね合わせて互いに接合しようとすると、折り曲げ部同士の干渉を避けるために、１つの単電池を隣接した単電池に対し電極端子の厚み分だけずらして配置する必要がある。従って、各々の単電池を全く同一の位置で積層するためには、１つの単電池の電極端子の直線部を隣接した単電池の電極端子の直線部よりも電極端子の厚み分だけ短くなるように加工する必要が生じ、付加的な加工手段や工程の増加が必要となる。

特表２０１２−５２５６６５号公報

本発明は、タブが偏平面と平行に導出された偏平な単電池を用い、この偏平な単電池を複数積層してなる組電池において、各タブが、同じ長さの直線部と、各直線部の延長線との間の角度が９０度未満となるように各直線部の先端から折り曲げられた折り曲げ部と、を有し、積層方向に隣接した複数のタブの折り曲げ部同士が、重ね合わされて互いに接合される組電池を提供するものである。

本発明によれば、積層方向に同じ長さのタブの直線部を有するように偏平な単電池を複数積層してなる組電池において、タブの折り曲げ部が傾斜した状態のまま順次重ね合わされるので、積層方向に隣接した単電池をタブの厚み分だけずらさずに配置することができる。

単電池の一例としてラミネート型のリチウムイオン二次電池の概略構造を示す斜視図である。本発明に係る組電池の第１の実施例を示す斜視図である。図２の組電池の４つの単電池における一方のタブの列の接続状態を模式的に示した図である。本発明に係る組電池の第２の実施例を示す図である。図４の並列接続を２つ組み合わせてなる組電池を示す図である。

図１に基づいて、本発明の組電池に用いられるフィルム外装電池の一例を説明する。図１は、フィルム外装電池の一例としてリチウムイオン二次電池１の概略構造を示しており、この二次電池１（以下、単に「単電池」という。）は、例えば、電気自動車のリチウムイオンバッテリパックを構成する単電池として用いられる。

図１に示すように、単電池１は、正極側の電極端子としての正極タブ２と負極側の電極端子としての負極タブ３とが外部に導出された状態で上下二枚のラミネートフィルム４ａ，４ｂからなる矩形状のラミネートフィルム外装体４にて収納密閉されている。ラミネートフィルム外装体４の内部には、電極としての正極ならびに負極とこれら両者の間に介在するセパレータとを複数積層してなる電池要素（発電要素）である積層体が電解液とともに収容されていて、ラミネートフィルム外装体４の四周が熱溶着により気密に封止されている。ここで、タブ２，３は、単電池１の本体部の偏平面５と平行に延びている。このように構成された偏平な単電池１は、複数積層した上でそれぞれのタブ２，３を接合することで組電池を構成する。

図２は、本発明に係る組電池の第１の実施例を示す図である。ここで、複数積層された単電池１を上から順に第１の単電池１Ａ、第２の単電池１Ｂ、第３の単電池１Ｃ・・・とする。まず、図１に示した単電池１のタブ２，３の配置で、第１の単電池１Ａの負極タブ３と第２の単電池１Ｂの負極タブ３とが積層方向に隣接し、さらに、第１の単電池１Ａの正極タブ２と第２の単電池１Ｂの正極タブ２とが積層方向に隣接するようにして第２の単電池１Ｂを第１の単電池１Ａに隣接させて積層してある。次に、図１に示した単電池１を反転させてタブ２，３の配置を互いに入れ替えた状態として、第３の単電池１Ｃの正極タブ２と第４の単電池１Ｄの正極タブ２とが積層方向に隣接し、さらに、第３の単電池１Ｃの負極タブ３と第４の単電池１Ｄの負極タブ３とが積層方向に隣接するようにして第４の単電池１Ｄを第３の単電池１Ｃに隣接させて積層してある。そして、第５の単電池１Ｅおよび第６の単電池１Ｆを第１の単電池１Ａおよび第２の単電池１Ｂと同様に積層し、さらに、第７の単電池１Ｇおよび第８の単電池１Ｈを第３の単電池１Ｃおよび第４の単電池１Ｄと同様に積層してある。このとき、例えば図２の手前側のタブの列において、負極タブ３，負極タブ３，正極タブ２，正極タブ２，負極タブ３，負極タブ３，正極タブ２，正極タブ２の順序で２つずつ交互に入れ替わるようにタブが積層方向に整列している。さらに、積層方向に隣接する２つの負極タブ３，３同士および２つの正極タブ２，２同士が互いに接続され、この接続された負極タブ３，３と正極タブ２，２とが、フランジ部３ｃおよびフランジ部２ｃにおいて互いに接合されている。このようにして、負極タブ３，３の並列接続と正極タブ２，２の並列接続とを直列に組み合わせてなる組電池６Ａが構成される。

図３は、図２の組電池６Ａの４つの単電池１Ａ〜１Ｄにおける一方のタブの列の接続状態を模式的に示した図である。第１の単電池１Ａの負極タブ３は、偏平面５と平行に延びる帯状の直線部３ａを備えており、直線部３ａの先端から、折り曲げ部３ｂが、折り曲げ角度αで下方へと折り曲げられている。ここで、折り曲げ角度αは、直線部３ａの延長線７と折り曲げ部３ｂとがなす角度であり、９０度未満の角度とされている。折り曲げ角度αは、例えば８９度であり、この角度は、重ね合わされたタブの厚み等によって一義的に決定されるものである。また、フランジ部３ｃが、折り曲げ部３ｂの先端から折り曲げられており、偏平面５と平行に延びている。

また、第２の単電池１Ｂの負極タブ３は、第１の単電池１Ａの直線部３ａと長さが等しく、かつ偏平面５と平行に延びる帯状の直線部３ａを備えている。この直線部３ａの先端から、折り曲げ部３ｂが、第１の単電池１Ａの折り曲げ部３ｂと同様に９０度未満の折り曲げ角度αで下方へと折り曲げられており、第１の単電池１Ａの折り曲げ部３ｂと重ね合わされている。そして、レーザ溶接機（図示せず）が、重ね合わされた折り曲げ部３ｂ，３ｂの双方と直交するようにして第１の単電池１Ａの折り曲げ部３ｂ側から矢印Ｌ１で示すようにレーザを照射する。つまり、レーザＬ１は、第２の単電池１Ｂの偏平面５に対し傾斜している。そして、折り曲げ部３ｂ，３ｂが接合されて、第１の単電池１Ａの負極タブ３と第２の単電池１Ｂの負極タブ３とが並列接続される。

このように、９０度未満の折り曲げ角度αで第１の単電池１Ａおよび第２の単電池１Ｂの折り曲げ部３ｂ，３ｂを傾斜させることで、第１の単電池１Ａに対し第２の単電池１Ｂをタブの厚み分だけずらすことなく、第１の単電池１Ａおよび第２の単電池１Ｂの折り曲げ部３ｂ，３ｂ同士を重ね合わせて接合することができる。つまり、仮に第１の単電池１Ａおよび第２の単電池１Ｂの直線部３ａ，３ａを互いに同じ長さとして、直線部３ａ，３ａに対し折り曲げ部３ｂ，３ｂを垂直に配置すると、折り曲げ部３ｂ，３ｂ同士が垂直方向に互いに干渉するので第１の単電池１Ａに対し第２の単電池１Ｂを第２の単電池１Ｂのタブの厚み分だけ第２の単電池１Ｂの本体部側へとずらすことが必要となる。しかし、９０度未満の折り曲げ角度αで折り曲げ部３ｂ，３ｂの双方を傾斜させることで、折り曲げ部３ｂ，３ｂ同士の垂直方向の干渉を避けながら第１の単電池１Ａおよび第２の単電池１Ｂの折り曲げ部３ｂ，３ｂ同士を重ね合わせて接合することができる。

また、同じ折り曲げ角度αで折り曲げ部３ｂ，３ｂを傾斜させているので、この折り曲げ角度αで折り曲げるための単一の折り曲げ機を用意する必要があるだけで、異なる複数の角度で折り曲げるために複数の個別の折り曲げ機を用意する必要がない。

さらに、折り曲げ角度αで傾斜した折り曲げ部３ｂ，３ｂに対し略直交するようにレーザＬ１を照射することで、第２の単電池１Ｂの本体部にレーザＬ１が当たらないようし、第２の単電池１Ｂの本体部の損傷を防止することができる。

また、第３の単電池１Ｃおよび第４の単電池１Ｄの正極タブ２，２は、第１の単電池１Ａおよび第２の単電池１Ｂの負極タブ３，３の帯状の直線部３ａ，３ａと同じ長さを有し、かつ偏平面５，５と平行に延びる帯状の直線部２ａ，２ａを備えており、これらの直線部２ａ，２ａから、折り曲げ部２ｂ，２ｂが、第１の単電池１Ａおよび第２の単電池１Ｂの負極タブ３，３の折り曲げ部３ｂ，３ｂと対向するようにして９０度未満の折り曲げ角度αで上方へと折り曲げられている。そして、第３の単電池１Ｃの正極タブ２の折り曲げ部２ｂと第４の単電池１Ｄの正極タブ２の折り曲げ部２ｂとが重ね合わされてレーザ溶接により接合されて、これにより、第３の単電池１Ｃの正極タブ２と第４の単電池１Ｄの正極タブ２とが並列接続される。また、フランジ部２ｃが、第４の単電池１Ｄの正極タブ２の折り曲げ部２ｂの先端から折り曲げられており、偏平面５と平行に延びている。

そして、第１の単電池１Ａのフランジ部３ｃと第４の単電池１Ｄのフランジ部２ｃとが重ね合わされてレーザ溶接により互いに接合されている。なお、この接合は、超音波接合によって行われてもよい。これにより、第１の単電池１Ａおよび第２の単電池１Ｂの負極タブ３，３の並列接続と、第３の単電池１Ｃおよび第４の単電池１Ｄの正極タブ２，２の並列接続とが直列に組み合わされてなる組電池６Ａが構成される。

図４は、本発明に係る組電池の第２の実施例を示す図であり、同じ形状のタブを有した３つの単電池１，１，１におけるタブの一方の列の接続状態を模式的に示した図である。積層された３つの単電池１，１，１の負極タブ３，３，３は、同じ長さを有した直線部３ａをそれぞれ備えており、各直線部３ａの先端から、各折り曲げ部３ｂが、図３の第１の単電池１Ａおよび第２の単電池１Ｂと同様に、９０度未満の折り曲げ角度αで下方へと折り曲げられている。このとき、１番目の単電池１の折り曲げ部３ｂの先端が、２番目の単電池１の折り曲げ部３ｂの直線部３ａに近い部分と重ね合わされており、さらに、２番目の単電池１の折り曲げ部３ｂの先端が、３番目の単電池１の折り曲げ部３ｂの直線部３ａに近い部分と重ね合わされている。そして、重ね合わされた折り曲げ部３ｂ，３ｂ同士のそれぞれをレーザ溶接により接合することで、３つの単電池１，１，１の負極タブ３，３，３もしくは正極タブ２，２，２が並列接続される。図４には、３つの単電池を積層して並列接続する例を示したが、９０度未満の折り曲げ角度αで傾斜した折り曲げ部を有した同じ形状のタブ２，３を順次重ね合わせることで、４つ以上の単電池を積層して並列接続することができる。

図５は、図４の３つの単電池１，１，１のタブの並列接続を２つ組み合わせてなる組電池６Ｂを示す図である。図５の上半部に示す第１の単電池群１１は、積層された３つの単電池１，１，１からなる。これらの負極タブ３，３，３は、同じ長さを有した直線部３ａをそれぞれ備えており、各直線部３ａの先端から、各折り曲げ部３ｂが、図４に示した単電池１，１，１の負極タブ３，３，３の折り曲げ部３ｂ，３ｂ，３ｂと同様に、９０度未満の折り曲げ角度αで下方へと折り曲げられており、積層方向に隣接した単電池１の負極タブ３の折り曲げ部３ｂに重ね合わされている。そして、重ね合わされた折り曲げ部３ｂ，３ｂ同士のそれぞれをレーザ溶接により接合することで、第１の単電池群１１の負極タブ３，３，３が並列接続される。また、フランジ部３ｃが、３番目の単電池１の負極タブ３の折り曲げ部３ｂの先端から折り曲げられており、偏平面５と平行に延びている。

一方、図５の下半部に示す第２の単電池群１２は、同様に、積層された３つの単電池１，１，１からなる。これらの正極タブ２，２，２が、第１の単電池群１１の負極タブ３，３，３の帯状の直線部３ａ，３ａ，３ａと同じ長さを有した帯状の直線部２ａをそれぞれ備えており、各直線部２ａから、折り曲げ部２ｂが、上半部の第１の単電池群１１の負極タブ３，３，３の折り曲げ部３ｂ，３ｂ，３ｂと対向する方向となるようにして９０度未満の折り曲げ角度αで上方へと折り曲げられており、積層方向に隣接した単電池１の正極タブ２の折り曲げ部２ｂに重ね合わされている。そして、重ね合わされた折り曲げ部２ｂ，２ｂ同士のそれぞれをレーザ溶接により接合することで、第２の単電池群１２の正極タブ２，２，２が並列接続される。また、フランジ部２ｃが、１番目の単電池１の正極タブ２の折り曲げ部２ｂの先端から折り曲げられており、偏平面５と平行に延びている。

つまり、上記のように、第１の単電池群１１と第２の単電池群１２とは対向して配置されており、そして、第１の単電池群１１の３番目の単電池１のフランジ部３ｃと第２の単電池群１２の１番目の単電池１のフランジ部２ｃとが重ね合わされてレーザ溶接により互いに接合されている。なお、この接合は、超音波接合によって行われてもよい。これにより、第１の単電池群１１の負極タブ３，３，３の並列接続と第２の単電池群１２の正極タブ２，２，２の並列接続とが直列に組み合わされてなる組電池６Ｂが構成される。

なお、上記各実施例では、偏平な単電池の一辺から２つのタブが導出してなる単電池を複数積層した組電池について説明したが、偏平な単電池の一辺から１つのタブが導出し、かつ上記一辺とは反対側の他辺から１つのタブが導出してなる単電池を複数積層した組電池に本発明を適用してもよい。

また、上記各実施例では、単電池として、フィルム外装電池の一例としてリチウムイオン二次電池を例にとり、この二次電池を複数積層してなる組電池について説明したが、本発明の対象となる電池は必ずしもフィルム外装電池に限定されるものではない。

Claims

タブが偏平面と平行に導出された偏平な単電池を用い、この偏平な単電池を複数積層してなる組電池において、
各タブが、同じ長さの直線部と、各直線部の延長線との間の角度が９０度未満となるように各直線部の先端から同じ方向かつ同じ角度に折り曲げられた折り曲げ部と、を有し、
積層方向に隣接した複数のタブの折り曲げ部同士が、重ね合わされて互いに接合されてなる組電池。
積層方向に隣接した複数のタブの上記折り曲げ部同士の接合が並列接続を構成する請求項１に記載の組電池。
各々複数の偏平な単電池を積層した第１の単電池群と第２の単電池群とが、各々の折り曲げ部が互いに対向する方向となるように対向して配置され、
第１の単電池群のタブが、正極および負極の一方で並列接続され、
第２の単電池群のタブが、負極および正極の他方で並列接続され、
第１の単電池群の１つの単電池のタブの折り曲げ部の先端から折り曲げられたフランジ部と、第２の単電池群の１つの単電池のタブの折り曲げ部の先端から折り曲げられたフランジ部とが、重ね合わされて互いに接合されることにより直列接続を構成する請求項１に記載の組電池。
上記複数の偏平な単電池のタブが同じ形状を備える請求項１または２に記載の組電池。
タブが偏平面と平行に導出された偏平な単電池を用い、この偏平な単電池を複数積層してなる組電池において、積層方向に隣接したタブ同士を接合する方法であって、
各タブの直線部が同じ長さを有するようにして、直線部の延長線との間の角度が９０度未満となる角度で直線部の先端から各タブを同じ方向かつ同じ角度に折り曲げて折り曲げ部を形成する工程と、
積層方向に隣接したタブの折り曲げ部同士を重ね合わせる工程と、
これらの重ね合わされた折り曲げ部同士を接合する工程と、
を含むタブ接合方法。