JP6331818B2

JP6331818B2 - 組電池

Info

Publication number: JP6331818B2
Application number: JP2014149343A
Authority: JP
Inventors: 研二小泉; 竹次郎佐野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2034-07-23
Also published as: JP2016025013A

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。

偏平な単電池を複数積層してなる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電極端子同士が、互いに重ね合わされて接合されている。

特開２００７−１０９５４８号公報

しかし、電極端子自体は、電極端子同士を位置決めする機能を有していないため、積層方向に隣接した複数の単電池の電極端子を位置決めして接合する際には、位置決め専用の治具を用いて電極端子同士を位置決めしてから接合する必要がある。これにより、付加的なコストや組立時間が生じてしまう。

本発明では、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、基部と、基部の先端から折り曲げられた折曲片と、を備え、基部は、折り曲げの開始位置となる稜線に沿ってタブ幅方向に延びた細長い開口部を有し、折曲片は、開口部に対応した幅を有する舌片部を有し、１つの単電池のタブの舌片部が、積層方向に隣接した単電池のタブの細長い開口部に挿入されている。

本発明によれば、積層方向に隣接した単電池のタブ同士を組み合わせることによって、タブを位置決めする専用の治具を用いることなく、組電池において複数の単電池を位置決めすることができる。

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の実施例を示す図である。図２の組電池の３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。単電池のタブを形成する工程を説明するための図である。図４の単電池のタブの斜視図である。図４の単電池のタブの折曲片を下方へ折り曲げた状態を示す図である。（ａ）は、図６のタブの上面図であり、（ｂ）は、図６の線Ａ−Ａに沿ったタブの断面図であり、（ｃ）は、図６のタブの正面図である。図３の組電池の第２の単電池の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。図３のタブの積層方向に沿った断面図である。タブの基部の細長い開口部の形状の例を示す図である。他の実施例のタブの基部の細長い開口部を示す図である。他の実施例の第１の舌片部を有したタブを示す図である。（ａ）は、細長い開口部に第１の舌片部を挿入している途中の図であり、（ｂ）は、細長い開口部に第１の舌片部を挿入した後の図である。

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、電極端子として一対のタブ２，２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３ａ，３ｂからなる矩形状のラミネートフィルム外装体３にて収納密閉されている。ラミネートフィルム外装体３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３の四周が熱溶着により気密に封止されている。ここで、一対のタブ２，２は、一方が正極タブであり、他方が負極タブである。また、一対のタブ２，２は、単電池１の本体部の偏平面４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を接合することで組電池を構成する。

ここで、以下の説明の便宜のために、タブ２の導出方向である図１のＸ方向を「タブ導出方向」と定義し、Ｘ方向と直交するＹ方向を「タブ幅方向」と定義し、さらに、Ｘ方向およびＹ方向と直交するＺ方向を「積層方向」と定義する。

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および第４の単電池１Ｄとする。図２に示す例では、左側のタブの列において、第１の単電池１Ａのタブ２と第２の単電池１Ｂのタブ２とを積層方向Ｚに隣接させて配置してこれらのタブ２，２同士を互いに接合し、さらに、第２の単電池１Ｂのタブ２と第３の単電池１Ｃのタブ２とを積層方向Ｚに隣接させて配置してこれらのタブ２，２同士を互いに接合してある。そして、このような接合を第３の単電池１Ｃのタブ２および第４の単電池１Ｄのタブ２にも適用することにより、左側のタブの列において、第１〜４の単電池１Ａ〜１Ｄのタブ２，２，２，２が並列接続されている。同様に、右側のタブの列において、積層方向Ｚに隣接した第１の単電池１Ａのタブ２と第２の単電池１Ｂのタブ２とを互いに接合し、さらに、積層方向Ｚに隣接した第２の単電池１Ｂのタブ２と第３の単電池１Ｃのタブ２とを互いに接合してある。そして、このような接合を第３の単電池１Ｃのタブ２および第４の単電池１Ｄのタブ２にも適用することにより、右側のタブの列においても、第１〜４の単電池１Ａ〜１Ｄのタブ２，２，２，２が並列接続されている。このようにして、組電池５が構成されている。

図３は、図２の組電池５の３つの単電池における一方のタブ２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のタブ２は、偏平面４と平行に延びる基部２ａを備えており、折曲片２ｂが、基部２ａの先端における稜線７（図４）を中心として所定の折曲角度αで下方へと折り曲げられている。ここで、折曲角度αは、基部２ａの延長線５と折曲片２ｂとがなす角度であり、９０度よりも少し大きい角度に設定されている。折曲角度αは、例えば９２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、基部２ａは、稜線７に隣接し、かつタブ幅方向Ｙに沿って延びた細長い開口部６を備えている。

第２の単電池１Ｂのタブ２は、第１の単電池１Ａのタブ２と同じ形状を備えている。つまり、第２の単電池１Ｂのタブ２は、偏平面４と平行に延びる基部２ａを備えており、折曲片２ｂが、第１の単電池１Ａのタブ２と同様に稜線７（図４）を中心として９０度よりも少し大きい折曲角度αで下方へと折り曲げられている。また、基部２ａは、稜線７に隣接し、かつタブ幅方向Ｙに沿って延びた細長い開口部６を備えている。

また、第３の単電池１Ｃのタブ２も、第１の単電池１Ａおよび第２の単電池１Ｂのタブ２，２と同じ形状を備えている。つまり、第３の単電池１Ｃのタブ２は、第１の単電池１Ａおよび第２の単電池１Ｂのタブ２，２と同様の基部２ａ、折曲片２ｂおよび細長い開口部６を備えている。

そして、第１の単電池１Ａのタブ２の折曲片２ｂが、第２の単電池１Ｂのタブ２の基部２ａの開口部６に挿入されるとともに第２の単電池１Ｂのタブ２の折曲片２ｂと重ね合わされている。

同様に、第２の単電池１Ｂのタブ２の折曲片２ｂが、第３の単電池１Ｃのタブ２の基部２ａの開口部６に挿入されるとともに第３の単電池１Ｃのタブ２の折曲片２ｂと重ね合わされている。

また、積層方向Ｚに隣接した２つの単電池において、互いに重ね合わされた折曲片２ｂ同士が、レーザ溶接により接合されている。

図４は、図２および図３に示した単電池１のタブ２を形成する工程を説明するための図である。まず、金型（図示せず）を用いてタブ２を切り出す。図４に示す例では、タブ２は、基部２ａおよび折曲片２ｂの一部の互いに平行な両側部２ｃ，２ｃからタブ幅方向Ｙに沿って延びた縁部２ｄ，２ｄと、これらの縁部２ｄ，２ｄからタブ導出方向Ｘに互いに平行に延びた側縁部２ｅ，２ｅと、さらに、これらの側縁部２ｅ，２ｅから所定の角度で延びたテーパ状先端縁２ｆ，２ｆと、を有する。換言すれば、折曲片２ｂは、縁部２ｄ，２ｄよりも先端側に、五角形の第１の舌片部２ｇを備えている。第１の舌片部２ｇは、側縁部２ｅ，２ｅおよびテーパ状先端縁２ｆ，２ｆを有した五角形の部分である。なお、図４には、五角形の第１の舌片部２ｇを示したが、両側部２ｃ，２ｃの先端の角から所定の角度で延びたテーパ状先端縁２ｆ，２ｆを直接に設けるようにして、三角形の第１の舌片部２ｇを構成してもよい。

ここで、稜線７は、二点鎖線で示すように、基部２ａの縁部２ｄ，２ｄから単電池１の本体部側に離間しかつタブ幅方向Ｙに沿った位置にある。稜線７とは、折曲片２ｂが所定の折曲角度αで折り曲げられるときの折り曲げの開始位置となる線である。

次に、切込装置（図示せず）を用いて、稜線７上に両端部８，８を有し、かつ中央部分が稜線７から所定の距離だけ離れた切込部９を形成する。切込部９は、図示したように、二等辺三角形の一対の斜辺に近似した曲線である。また、切込部９は、二等辺三角形の一対の斜辺に対応した直線状の形状であってもよい。ここで、切込部９のタブ幅方向Ｙに沿った長さは、第１の舌片部２ｇの両側縁部２ｅ，２ｅの間の幅に対応しているか、またはこれよりも少し大きくなるように設定されている。稜線７と切込部９とによって取り囲まれた基部２ａの部分が、第２の舌片部２ｈとなる。なお、タブ２の切り出しと同時に、切込部９を形成してもよい。

図５に、図４の単電池１のタブ２の斜視図を示す。タブ２の基部２ａに切込部９を形成した後に、図６に示すように、稜線７を中心として９０度よりも少し大きい折曲角度αでタブ２の折曲片２ｂを下方へと折り曲げる。タブ２の折曲片２ｂが折り曲げられた後には、第２の舌片部２ｈが、折曲片２ｂに沿って切り起こされており、該第２の舌片部２ｈの形状に対応した細長い開口部６が、稜線７に隣接し、かつタブ幅方向Ｙに沿って形成されている。そして、このように折り曲げられたタブ２を有した単電池１が、積層方向Ｚに順次積層されていく。

図７（ａ）は、図６のタブ２の上面図である。上述したように、細長い開口部６が、稜線７に隣接し、かつタブ幅方向Ｙに沿って形成されている。開口部６は、図１０に示すように、二等辺三角形の一対の斜辺に近似した切込部９からなる曲線部分と、該曲線部分の両端部８，８を結ぶ直線部１０と、を有している。開口部６の外周の一部を構成する切込部９が、二等辺三角形の一対の斜辺に近似した曲線を有するので、開口部６のタブ導出方向Ｘの幅は、二等辺三角形の一対の斜辺の接続点に相当する部分即ち開口部６のタブ幅方向Ｙの中央で最も広くなり、この開口部６の中央から切込部９の端部８，８に向かうにつれて小さくなる。ここで、開口部６のタブ導出方向Ｘの幅は、開口部６のタブ幅方向Ｙの中央において、タブ２の板厚よりも十分広く設定されており、一方、切込部９の端部８，８の付近において、タブ２の板厚よりも狭く設定されている。

図７（ｂ）は、図７（ａ）の線Ａ−Ａに沿ったタブ２の断面図である。上述したように、折曲片２ｂが、基部２ａの先端である稜線７を中心として９０度よりも少し大きい折曲角度αで下方へと折り曲げられており、第２の舌片部２ｈが、折曲片２ｂに沿って切り起こされている。ここで、第２の舌片部２ｈは、折曲片２ｂに沿って第１の舌片部２ｇとは反対側に延びている。これにより、第２の舌片部２ｈは、積層方向Ｚに隣接した単電池１のタブ２の第１の舌片部２ｇを挿入するときのガイドとなることができる。従って、第２の舌片部２ｈに隣接した細長い開口部６に、積層方向Ｚに隣接した単電池１のタブ２の第１の舌片部２ｇを多少ずれて挿入したとしても、第２の舌片部２ｈをガイドとしてこれに追従して第１の舌片部２ｇを確実に挿入することができる。

図７（ｃ）は、図６のタブ２の正面図である。上述したように、第１の舌片部２ｇは五角形の形状を備えている。また、第１の舌片部２ｇの先端側では、テーパ状先端縁２ｆ，２ｆにより、タブ導出方向Ｘに向かうにつれて先細りした三角形状が構成されている。

図８は、図３の組電池５の第２の単電池１Ｂの線Ｂ−Ｂに沿ったタブ２の断面図である。図３では、第１の単電池１Ａのタブ２の折曲片２ｂが第２の単電池１Ｂのタブ２の基部２ａの細長い開口部６に挿入されている点を説明したが、具体的には、折曲片２ｂの第１の舌片部２ｇのテーパ状先端縁２ｆ，２ｆを有した三角形部分が、開口部６に挿入されている。このとき、開口部６の稜線７に沿った直線部１０側では、第１の舌片部２ｇの三角形部分のタブ幅方向Ｙに沿った部分が、開口部６と線で接しており、一方、開口部６の切込部９側では、開口部６のタブ導出方向Ｘの幅が狭い切込部９の端部８，８の付近において、第１の舌片部２ｇのテーパ状先端縁２ｆ，２ｆが、開口部６の切込部９と２点で密に接している。

図９は、積層方向Ｚに沿った図３のタブ２，２，２の断面図である。図９に基づいて、積層方向Ｚに隣接したタブ２を接合する工程を説明する。まず、重ね合わされた第１の単電池１Ａのタブ２の第１の舌片部２ｇおよび第２の単電池１Ｂのタブ２の折曲片２ｂの双方と直交するようにして第２の単電池１Ｂのタブ２の折曲片２ｂ側から矢印Ｌ１で示すようにレーザを照射する。次に、レーザＬ１を走査することにより、第１の単電池１Ａのタブ２と第２の単電池１Ｂのタブ２とが互いに接合される。同様に、重ね合わされた第２の単電池１Ｂのタブ２の第１の舌片部２ｇおよび第３の単電池１Ｃのタブ２の折曲片２ｂの双方と直交するようにして第３の単電池１Ｃのタブ２の折曲片２ｂ側からレーザＬ１を照射する。次に、レーザＬ１を走査することにより、第２の単電池１Ｂのタブ２と第３の単電池１Ｃのタブ２とが互いに接合される。

上述したように、９０度よりも少し大きい折曲角度αで折り曲げられた１つの単電池１のタブ２の折曲片２ｂの第１の舌片部２ｇを、同様に９０度よりも少し大きい折曲角度αで折り曲げられた積層方向Ｚに隣接する単電池１のタブ２の折曲片２ｂと重ね合わせて互いに接合することで、積層方向Ｚに隣接する２つの単電池１，１同士を互いに整列した状態に位置決めし、タブ導出方向Ｘに沿った位置ずれを防止することができる。

また、１つの単電池１のタブ２の第１の舌片部２ｇが、積層方向Ｚに隣接した単電池１のタブ２の開口部６に挿入されて密に接した状態では、第１の舌片部２ｇが開口部６内でタブ幅方向Ｙにも拘束されているので、積層方向Ｚに隣接する２つの単電池１，１同士において、タブ幅方向Ｙに沿った位置ずれも防止することができる。

図１１は、他の実施例のタブ２の基部２ａの細長い開口部６を示す図である。この例では、開口部６は、二等辺三角形の一対の斜辺に対応した斜辺部１１，１１と、二等辺三角形の底辺に対応した底辺部１２と、を備えている。

図１２は、他の実施例のタブ２の第１の舌片部２ｇを示す図である。図１２に示す例では、縁部２ｄ，２ｄから第１の所定の角度で延びたテーパ状側縁部２ｉ，２ｉを有し、さらに、これらのテーパ状側縁部２ｉ，２ｉから第２の所定の角度で延びたテーパ状先端縁２ｆ，２ｆを有するようにして、タブ２の第１の舌片部２ｇが形成されている。つまり、第１の舌片部２ｇは、テーパ状側縁部２ｉ，２ｉを有した台形部分と、テーパ状先端縁２ｆ，２ｆを有した三角形部分と、を組み合わせてなる五角形の形状を有している。

図１３（ａ）は、図１０に示した細長い開口部６に、図１２に示したタブ２の第１の舌片部２ｇを挿入している途中の図を示している。この例では、第１の舌片部２ｇのテーパ状先端縁２ｆ，２ｆを有した三角形部分が、開口部６に挿入されている。このとき、第１の舌片部２ｇは、細長い開口部６の周囲と全く接していない。

図１３（ｂ）は、図１０に示した細長い開口部６に、図１２に示したタブ２の第１の舌片部２ｇを挿入した後の図を示している。この例では、第１の舌片部２ｇのテーパ状側縁部２ｉ，２ｉを有した台形部分が、開口部６に挿入されており、切込部９の端部８，８の付近において開口部６の切込部９と２点で密に接している。

上記各実施例では、先端側に三角形部分を有した第１の舌片部を開示したが、この三角形部分により、開口部のタブ導出方向の幅が最も広い開口部の中央に第１の舌片部を容易に挿入することができる。

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。

１・・・単電池
２・・・タブ
２ａ・・・基部
２ｂ・・・折曲片
４・・・偏平面
６・・・細長い開口部

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、基部と、基部の先端から折り曲げられた折曲片と、を備え、
上記基部は、折り曲げの開始位置となる稜線に沿ってタブ幅方向に延びた細長い開口部を有し、
上記折曲片は、上記開口部に対応した幅を有する舌片部を有し、
１つの単電池のタブの舌片部が、積層方向に隣接した単電池のタブの開口部に挿入されていることを特徴とする組電池。
タブは、上記稜線から所定の距離だけ離れた切込部を有し、かつ該切込部と稜線との間に第２の舌片部を残すようにして形成され、
上記開口部は、稜線を中心として第２の舌片部を切り起こすことにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
舌片部および第２の舌片部は、折曲片に沿って延びていることを特徴とする請求項２に記載の組電池。
上記舌片部が、一対のテーパ状先端縁を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の組電池。
上記開口部は、二等辺三角形を形成する一対の斜辺またはこれに近似した曲線部を備えることを特徴とする請求項４に記載の組電池。