JP6582257B2 - 密閉型電池及び組電池 - Google Patents
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Description
電池を単電池で使用すると、機器が必要とする電圧よりも電池の電圧が低い場合がある。このような場合、複数の電池を直列に接続し供給電圧を所望の電圧まで高くする必要がある。また、単電池では機器が必要とする電気量を十分に供給できない場合がある。このような場合、複数の電池を並列に接続し供給電気量を所望の量まで大きくする必要がある。
複数の電池を直列又は並列に接続する方法として、バスバーにより外部端子を接続する方法(例えば、特許文献1参照)や、折り曲げた電極端子を溶接する方法(例えば、特許文献2参照)などが知られている。また、電極端子を折り曲げた電池を電池パックに実装することが知られている(例えば、特許文献3参照)。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電極端子の外部接続部の位置を変えることができ、かつ、低コストでリーク電流が流れることを防止することができる密閉型電池を提供する。
本発明の密閉型電池は電極シートに接続する電極接続端子を備え、電極接続端子は外部接続するための外部接続部を有するため、電池の放電や充電を行うことができる。
導電部はラミネートフィルムにより非接着で覆われるため、ラミネートフィルムにより導電部を絶縁することができ、リーク電流が流れることを防止することができる。また、発電要素収容部と同じラミネートフィルムにより導電部を覆うことにより、電池の部品数を少なくすることができ、製造コストを低減することができる。また、導電部とラミネートフィルムとを非接着とすることにより、導電部を容易に折り曲げることが可能になり加工性が向上する。また、導電部を折り曲げることにより第1封止部の封止性能が低下することを抑制することができる。
このような構成によれば、導電部が剥き出しになることを防止することができ、密閉型電池の安全性を向上させることができる。また、第1封止部の封止性能が低下した場合でも電解質が漏洩することを防止することができ、密閉型電池の安全性を向上させることができる。
本発明の密閉型電池において、電極シートは、正極シートと負極シートとを含み、電極接続端子は、正極シートに接続する正極接続端子と、負極シートに接続する負極接続端子とを含み、第1封止部は、正極接続端子をラミネートフィルムで挟んで溶着した第1正極封止部と、負極接続端子をラミネートフィルムで挟んで溶着した第1負極封止部とを含み、正極接続端子は、外部接続するための正極外部接続部と、正極外部接続部と第1正極封止部との間に設けられた正極導電部とを有し、負極接続端子は、外部接続するための負極外部接続部と、負極外部接続部と第1負極封止部との間に設けられた負極導電部とを有し、正極導電部又は負極導電部は、ラミネートフィルムにより非接着で覆われることが好ましい。
このような構成によれば、正極導電部又は負極導電部におけるリーク電流を抑制することができる。また、正極導電部とラミネートフィルムとを非接着とし、負極導電部とラミネートフィルムとを非接着とすることにより、正極導電部又は負極導電部を容易に折り曲げることが可能になる。また、正極導電部又は負極導電部を折り曲げることにより第1正極封止部又は第1負極封止部の封止性能が低下することを抑制することができる。
このような構成によれば、正極導電部又は負極導電部が露出することを防止することができ、密閉型電池の安全性を向上させることができる。また、第1正極封止部又は第1負極封止部の封止性能が低下した場合でも電解質が漏洩することを防止することができ、密閉型電池の安全性を向上させることができる。
本発明の密閉型電池において、発電要素収容部は、正極導電部収容部と負極導電部収容部との間に配置されたことが好ましい。
このような構成によれば、正極導電部又は負極導電部に容易に折り曲げ部を形成することができ、加工性を向上させることができる。
このような構成によれば、正極外部接続部又は負極外部接続部の位置を変えることが可能になり、小型化された組電池を作製することが可能になる。
本発明の密閉型電池において、正極接続端子及び負極接続端子は、L字形であることが好ましい。
このような構成によれば、正極外部接続部又は負極外部接続部を発電要素収容部の側面に配置することが可能になる。
このような構成によれば、正極外部接続部又は負極外部接続部の位置を変えることが可能になり、小型化された組電池などを作製することが可能になる。
本発明は、本発明の密閉型電池を複数備え、隣接する2つの密閉型電池の前記外部接続部を接続した組電池も提供する。
本発明の組電池によれば、小型化された組電池を作製することができる。
本実施形態の密閉型電池30は、電極シート11及びセパレータ16を含む発電要素10と、発電要素10を挟むように設けられたラミネートフィルム1と、電極シート11に接続する電極接続端子20と、電解質25とを備え、ラミネートフィルム1は、ラミネートフィルム1を重ねて溶着した溶着部2と、電極接続端子20をラミネートフィルム1で挟んで溶着した第1封止部3とにより密封された発電要素収容部5を形成し、発電要素10及び電解質25は、発電要素収容部5内に収容され、電極接続端子20は、外部接続するための外部接続部21と、外部接続部21と第1封止部3との間に設けられた導電部22とを有し、導電部22は、ラミネートフィルム1により非接着で覆われることを特徴とする。
ラミネートフィルム1は、電池の外装に用いることができるものであれば特に限定されないが、例えば、金属フィルムの両面上に樹脂フィルムを積層させたものである。
ラミネートフィルム1の厚さは、例えば50〜200μmとすることができる。
また、第1封止部3(第1正極封止部3a又は第1負極封止部3b)及び第2封止部4(第2正極封止部4a又は第2負極封止部4b)は、電極接続端子20(正極接続端子20a又は負極接続端子20b)をラミネートフィルム1で挟んで溶着した部分である。第1封止部3の幅又は第2封止部4の幅は、例えば約1cmとすることができる。
溶着部2、第1封止部3、第2封止部4は、例えば、熱溶着、超音波溶着、振動溶着、赤外線溶着により形成することができる。
溶着部2は、重ねたラミネートフィルム1を接触させ溶着させて形成してもよく、重ねたラミネートフィルム1の間にプライマー等の他の材料を入れ溶着させて形成してもよい。また、第1封止部3又は第2封止部4は、電極接続端子20にラミネートフィルム1を接触させ溶着させて形成してもよく、電極接続端子20とラミネートフィルム1との間にプライマー等の他の材料を入れ溶着させて形成してもよい。
ラミネートフィルム1は、正極接続端子20aの正極導電部22aを収容する正極導電部収容部6aを形成してもよい。正極導電部収容部6aにおいて、正極導電部22aとラミネートフィルム1は非接着とすることができる。また、ラミネートフィルム1は、負極接続端子20bの負極導電部22bを収容する負極導電部収容部6bを形成してもよい。負極導電部収容部6bにおいて、負極導電部22bとラミネートフィルム1は非接着とすることができる。
また、図1〜5に示した密閉型電池30のように、発電要素収容部5が正極導電部収容部6aと負極導電部収容部6bとの間に位置するように正極導電部収容部6a及び負極導電部収容部6bを形成することができる。
図3、4に示した密閉型電池30のように、正極導電部収容部6a又は負極導電部収容部6bは、密封されていてもよい。密封された正極導電部収容部6aは、正極導電部22aの周りに溶着部2と第1正極封止部3aと第2正極封止部4aとを形成することにより設けることができる。なお、第2正極封止部4aは、正極導電部22aと正極外部接続部21aとの間に設けられる。
密封された負極導電部収容部6bは、負極導電部22bの周りに溶着部2と第1負極封止部3bと第2負極封止部4bとを形成することにより設けることができる。なお、第2負極封止部4bは、負極導電部22bと負極外部接続部21bとの間に設けられる。
図5に示した密閉型電池30のように、発電要素10は、セパレータ16と、セパレータ16を介して配置された正極シート11aおよび負極シート11bを備える。発電要素10は、セパレータ16を介して配置された正極シート11aおよび負極シート11bを重ね合わせた積層構造を有してもよく、セパレータ16を介して配置された正極シート11aおよび負極シート11bを巻いた巻回構造を有してもよい。
例えば、発電要素10は、つづら折りされた1枚のセパレータ16と、セパレータ16の各谷溝に配置され、かつ、セパレータ16を介して交互に配置された正極シート11aおよび負極シート11bとを備えることができる。
なお、1つの発電要素10に含まれる正極シート11aまたは負極シート11bの積層数は、必要な電池容量に合わせて適宜設計するとよい。
正極シート11aは、正極接続端子20aの正極接続部23aに接続するための端子接続部を有することができ、この端子接続部は、正極シート11aの端部の正極集電シート14の両面上に正極活物質層12を形成しないことで設けることができる。また、正極集電シート14の1つの端部に、この端部から外部へ突出した凸状の耳部を形成し、該耳部に正極活物質層12を形成しないことで端子接続部を設けることもできる。
正極活物質層12は、正極活物質に導電剤、結着剤などを添加し、塗布法などにより正極集電シート14の上に形成することができる。正極活物質は、例えば、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出することが可能なリチウム遷移金属複合酸化物、すなわち、LiCoO2、LiNiO2、LiNixCo1-xO2(x=0.01〜0.99)、LiMnO2、LiMn2O4、LiCoxMnyNizO2(x+y+z=1)又はオリビン型のLiFePO4やLixFe1-yMyPO4(但し、0.05≦x≦1.2、0≦y≦0.8であり、MはMn、Cr、Co、Cu、Ni、V、Mo、Ti、Zn、Al、Ga、Mg、B、Nbのうち少なくとも1種以上である)などが一種単独もしくは複数種を混合して使用することができる。
負極シート11bは、負極接続端子20bの負極接続部23bに接続するための端子接続部を有することができ、端子接続部は、負極シート11bの端部の負極集電シート15の両面上に負極活物質層13を形成しないことで設けることができる。また、負極集電シート15の1つの端部に耳部を形成し、該耳部に負極活物質層13を形成しないことで端子接続部を設けることもできる。
負極活物質層13は、負極活物質に導電剤、結着剤などを添加し、塗布法などにより負極集電シート15の上に形成することができる。負極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池の場合、グラファイト、部分黒鉛化した炭素、ハードカーボン、ソフトカーボン、LiTiO4、Sn合金等を一種単独もしくは複数種混合して使用することができる。
電極接続端子20は、色々な形状を取ることができ、例えば、方形であっても、L字形であってもよい。また、外部接続部21は電極接続端子20そのものを利用しても良いし、別途外部接続部を溶接等によって電極接続端子20に取り付けてもよい。
図2、3に示した密閉型電池30のように、電極接続端子20をL字形とした場合は、L字形の電極接続端子20の一方の端に電極接続部23を設け、他方の端に外部接続部21を設けてもよい。このような形状を有すると、導電部22に折り曲げ部26を形成したときに、密閉型電池30の側面上部に外部接続部21を配置することができ、狭いスペースに密閉型電池30を配置することが可能になる。L字形の電極接続端子20は、例えば、電極接続部23及び導電部22における幅を約5cmとすることができる。電極シート11の端子接続部と電極接続部23は、例えば、約1cm重ねて超音波溶接により接続することができる。
また、図4に示した密閉型電池30のように、導電部22に折り曲げ部26を形成したときに、密閉型電池30の側部に外部接続部21が配置されるように外部接続部21を設けてもよい。
外部接続部21は、ラミネートフィルム1により覆われないように設けることができる。このことにより、外部接続部21が機器側の端子や他の電池の外部接続部などに容易に接続することができる。
導電部22は、図2に示した密閉型電池30のように開いた導電部収容部22に収容してもよく、図3、4に示した密閉型電池30のように密封された導電部収容部22に収容してもよい。
導電部22を導電部収容部22に収容することにより、導電部22が露出することを防止することができ、密閉型電池30の安全性を向上させることができる。
折り曲げ部26を形成することにより、外部接続部21の位置を変えることができる。このことにより、機器の端子位置に合わせて外部接続部21の位置を変えることや、組電池35の接続部33の位置に合わせて外部接続部21の位置を変えることが可能になる。このことにより、小型化された組電池35などを作製することが可能になる。また、バスバーを使わずに複数の密閉型電池30を接続することも可能になる。
第1封止部3(第1正極封止部3a又は第1負極封止部3b)で電池を折り曲げたものと、図2の破線E−Eで電池を折曲げた場合を折曲げたものにヒートサイクル試験(-40℃〜75℃、50サイクル)を行ったところ、図2の破線E−Eで電池を折曲げたものでは電解液の漏れは確認できなかったが、第1封止部3で電池を折り曲げたものでは電解液が発電要素収容部5から漏れ出しているものが確認された。
従って、折り曲げ部26において導電部22とラミネートフィルム1が接着されていると密閉型電池30の封止性能が低下する場合がある。
図7(a)(d)のように、導電部収容部6が発電要素収容部5に巻きつくように破線B−B、破線C−C、破線D−D、破線E−Eで折り曲げ、正極外部接続端子21aと負極外部接続端子21bとを発電要素収容部5の同じ側面に配置することができる。
図7(b)(c)のように、導電部収容部6が発電要素収容部5に巻きつくように破線B−B、破線C−C、破線D−D、破線E−Eで折り曲げ、正極外部接続部21aを発電要素収容部5の一方の側面に配置し、負極外部接続部21bを他方の側面に配置することができる。
このような構成により、発電要素収容部5の広い方の側面が向かい合うように2つの密閉型電池30を配置し、接続部33において外部接続部21を直接接続することができる。このため、2つの密閉型電池30を容易に電気的に接続することができる。なお、接続部33において外部接続部21は、ボルトやクリップなどの留め具などにより接続されてもよく、溶接により接続されてもよく、はんだづけにより接続されてもよく、導電性テープにより接続されてもよく、導電性接着剤により接続されてもよい。
このような構成により、発電要素収容部5の狭い方の側面が向かい合うように2つの密閉型電池30を配置した組電池35を形成した際、2つの密閉型電池30を容易に電気的に接続することができる。
図8(a)〜(e)は、複数の密閉型電池30が直列接続された組電池35の概略上面図であり、図9(a)〜(e)は、複数の密閉型電池30が並列接続された組電池35又は直列接続された複数の密閉型電池30が並列接続された組電池35の概略上面図である。
また、図7(e)のように谷折りと山折りとなるように折り曲げた密閉型電池30と、外部接続部21が密閉型電池30の広いほうの側面に位置するように折り曲げた密閉型電池30とを狭いほうの側面が向かい合うように組み合わせることにより、図8(c)(d)のような直列接続された組電池35を形成することができる。
また、図7(e)のように谷折りと山折りとなるように折り曲げた密閉型電池30と、外部接続部21が密閉型電池30の広いほうの側面に位置するように折り曲げた密閉型電池30とを組み合わせることにより、図8(e)のような直列接続された組電池35又は図9(b)(c)のような直列接続された密閉型電池30が並列接続された組電池35を形成することができる。
このように本実施形態の組電池35では、無駄なスペースを設けることなく組電池35を形成することができる。
図7〜9はバスバーを使用しない好ましい形態の組電池を例示しているのであって、組電池にバスバーを用いることを何ら妨げるものではない。
Claims (8)
- 電極シート及びセパレータを含む発電要素と、前記発電要素を挟むように設けられたラミネートフィルムと、前記電極シートに接続する電極接続端子と、電解質とを備え、
前記ラミネートフィルムは、前記ラミネートフィルムを重ねて溶着した溶着部と、前記電極接続端子を前記ラミネートフィルムで挟んで溶着した第1封止部とにより密封された発電要素収容部を形成し、
前記発電要素及び前記電解質は、前記発電要素収容部内に収容され、
前記電極接続端子は、外部接続するための外部接続部と、前記外部接続部と第1封止部との間に設けられた導電部とを有し、
前記導電部は、前記ラミネートフィルムにより非接着で覆われ、
前記ラミネートフィルムは、前記電極接続端子を前記ラミネートフィルムで挟んで溶着した第2封止部と、前記溶着部と、第1封止部とにより密封された導電部収容部を形成し、
第2封止部は、前記導電部と前記外部接続部との間に設けられ、
前記導電部は、前記導電部収容部内に収容されたことを特徴とする密閉型電池。 - 前記電極シートは、正極シートと負極シートとを含み、
前記電極接続端子は、前記正極シートに接続する正極接続端子と、前記負極シートに接続する負極接続端子とを含み、
第1封止部は、前記正極接続端子を前記ラミネートフィルムで挟んで溶着した第1正極封止部と、前記負極接続端子を前記ラミネートフィルムで挟んで溶着した第1負極封止部とを含み、
前記正極接続端子は、外部接続するための正極外部接続部と、前記正極外部接続部と第1正極封止部との間に設けられた正極導電部とを有し、
前記負極接続端子は、外部接続するための負極外部接続部と、前記負極外部接続部と第1負極封止部との間に設けられた負極導電部とを有し、
前記正極導電部又は前記負極導電部は、前記ラミネートフィルムにより非接着で覆われる請求項1に記載の密閉型電池。 - 前記ラミネートフィルムは、前記正極接続端子を前記ラミネートフィルムで挟んで溶着した第2正極封止部と、前記溶着部と、第1正極封止部とにより密封された正極導電部収容部を形成し、かつ、前記負極接続端子を前記ラミネートフィルムで挟んで溶着した第2負極封止部と、前記溶着部と、第1負極封止部とにより密封された負極導電部収容部を形成し、
第2正極封止部は、前記正極導電部と前記正極外部接続部との間に設けられ、
第2負極封止部は、前記負極導電部と前記負極外部接続部との間に設けられ、
前記正極導電部は、前記正極導電部収容部内に収容され、
前記負極導電部は、前記負極導電部収容部内に収容された請求項2に記載の密閉型電池。 - 前記発電要素収容部は、前記正極導電部収容部と前記負極導電部収容部との間に配置された請求項3に記載の密閉型電池。
- 前記正極シートは、前記正極接続端子に接続する正極集電シートと、前記正極集電シート上に設けられた正極活物質層とを有し、
前記負極シートは、前記負極接続端子に接続する負極集電シートと、前記負極集電シート上に設けられた負極活物質層とを有し、
前記発電要素は、前記正極活物質層、前記負極活物質層及び前記セパレータが重なった部分と、前記正極接続端子との間の正極集電シートおいて折り曲げることができるように設けられ、かつ、前記正極活物質層、前記負極活物質層及び前記セパレータが重なった部分と、前記負極接続端子との間の負極集電シートにおいて折り曲げることができるように設けられた請求項2〜4のいずれか1つに記載の密閉型電池。 - 前記正極接続端子及び前記負極接続端子は、L字形である請求項2〜5のいずれか1つに記載の密閉型電池。
- 前記正極導電部及び前記負極導電部は、折り曲げ部を有する請求項2〜6の何れか1つに記載の密閉型電池。
- 請求項7に記載の密閉型電池を複数備え、
隣接する2つの密閉型電池の前記外部接続部を接続した組電池。
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