JPH11233076A

JPH11233076A - 組電池

Info

Publication number: JPH11233076A
Application number: JP10031328A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tsuchiya; 謙二土屋
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】外装材の改良により強度が向上され、加圧等
の外部からの衝撃による性能劣化が回避された組電池を
提供することを目的とする。【解決手段】アルミニウム板１と、銅板２と、前記ア
ルミニウム板と前記銅板の間に前記アルミニウム板側に
銅板が位置するように配置された少なくとも１枚のＣｕ
／Ａｌクラッド板３，６と、各板間に配置された発電要
素と、各板間に前記発電要素を囲むように配置された防
湿性を有する枠状封口体９とを備えることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の素電池を直
列接続してなる組電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えばポリマーリチウムイオン二
次電池のような０．５ｍｍ程度の厚さを有するシート形
二次電池は、小型、軽量を重視する携帯パソコンのよう
なコードレス機器の電源として注目され、その開発が活
発に進められている。

【０００３】前記シート形二次電池の実用化にあたって
の重要な要素技術は、正極、負極の活物質の選択、電池
の構成技術の他に、外装材による薄形発電要素の密封技
術が挙げられる。前記外装材による前記薄形発電要素の
密封性が低下すると、前記発電要素を構成する電解液が
揮発、漏洩して電池反応を低減させるばかりか、外部か
ら湿気が容易に侵入して性能低下を招く。

【０００４】このようなことから、従来の前記シート形
二次電池は、内面に熱融着性樹脂フィルムが配された外
装材内に正極、セパレータおよび負極を有する薄形発電
要素を前記正負極の集電体に接続された外部端子が前記
外装材の開口縁部から延出するように収納し、かつ前記
開口縁部で前記熱融着性樹脂フィルムを互いに熱融着し
て前記発電要素を前記外装材内に密封した構造を有す
る。前記外装材は、例えば熱融着性樹脂フィルム、アル
ミニウム箔のようなバリアフィルムおよびポリエチレン
テレフタレートフィルムのような剛性を有する樹脂フィ
ルムを少なくともこの順序で積層した多層フィルムから
なる。

【０００５】前記多層フィルムを外装として用いるシー
ト形ポリマー二次電池を図５，６を参照して説明する。
図５に示すように、薄形発電要素は二つ折りにした多層
フィルム３１により正極リード３２及び負極リード３３
が前記フィルム３１から延出した状態で被覆されてい
る。前記多層フィルム３１の開口部は、熱融着により封
止されている。

【０００６】このようなポリマー二次電池の薄形発電要
素は、図６に示すように、多孔質集電体３４の両面に正
極層３５が担持された構造を有する正極と、多孔質集電
体３６の両面に負極層３７が担持された構造を有する負
極と、前記正極層３５と前記負極層３７の間に配置され
たゲル状電解質層３８とを備える。なお、前記正極集電
体３４は、この集電体と同じ材料からなる帯状端子部３
９を有する。一方、前記負極集電体３６は、この集電体
と同じ材料からなる帯状端子部４０を有する。前記正極
リード３２は前記正極端子部３９に、前記負極リード３
３は前記負極端子部４０に、それぞれ接続されている。

【０００７】ところで、電子機器に用いる場合、電子機
器によっては２つまたは３つ以上のシート形ポリマー二
次電池を直列に接続して組電池として使用することがあ
る。例えば、２つのシート形ポリマー二次電池から組電
池を作製する場合、これらを積層し、一方の二次電池の
正極リードと他方の二次電池の負極リードを溶接により
接続することにより組電池を作製する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな組電池は、素電池であるシート形ポリマー二次電池
の外装材が多層フィルムであるため、強度が低く、外部
からの加圧により発電要素から非水電解液がしみ出し、
各素電池の性能が低下し、結果として性能劣化を生じる
という問題点がある。本発明は、外装材の改良により強
度が向上され、加圧等の外部からの衝撃による性能劣化
が回避された組電池を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る組電池は、
アルミニウム板と、銅板と、前記アルミニウム板と前記
銅板の間に前記アルミニウム板側に銅板が位置するよう
に配置された少なくとも１枚のＣｕ／Ａｌクラッド板
と、各板間に配置された発電要素と、各板間に前記発電
要素を囲むように配置された防湿性を有する枠状封口体
とを備えることを特徴とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る組電池の一例
を図１〜３を参照して説明する。図１は本発明に係る組
電池を示す斜視図、図２は図１の組電池の分解図、図３
は図１の組電池に含まれる発電要素を示す斜視図。

【００１１】この組電池は、複数のシート形ポリマー二
次電池（素電池）を積層し、各素電池を直列に接続した
ものである。図１に示すように、この組電池は、アルミ
ニウム（Ａｌ）板から形成され、正極集電体を兼ねる上
部外装板１と、銅（Ｃｕ）板から形成され、負極集電体
を兼ねる下部外装板２とを備える。Ｃｕ／Ａｌのクラッ
ド板から形成され、正負極集電体を兼ねる第１の中間外
装板３は、前記上下外装板１，２の間にＣｕ板４が前記
上部外装板１側に位置し、かつＡｌ板５が前記下部外装
板２側に位置するように配置されている。Ｃｕ／Ａｌの
クラッド板から形成され、正負極集電体を兼ねる第２の
中間外装板６は、前記第１中間外装板３と前記下部外装
板２の間にＣｕ板７が前記中間外装板３側に位置し、か
つＡｌ板８が前記下部外装板２側に位置するように配置
されている。防湿性を有する矩形枠状の封口体９は、前
記上部外装板１と前記第１中間外装板３の間、前記第１
中間外装板３と前記第２中間外装板６の間、及び前記第
２中間外装板６と前記下部外装板２の間にそれぞれ配置
されている。前記上部外装板１には、前記外装板１と一
体化された短冊状の正極リード端子１０が延出されてい
る。前記下部外装板２には、前記外装板２と一体化され
た短冊状の負極リード端子１１が延出されている。

【００１２】図２に示すように、前記組電池は、第１〜
第３のシート状発電要素１２₁ 〜１２₃ を有する。各発
電要素は、図３に示すように、正極層１３と、負極層１
４と、前記正極層１３と前記負極層１４の間に介在され
たゲル状電解質層１５とから構成される。第１の発電要
素１２₁ は、前記上部外装板１と前記第１中間外装板３
と前記封口体９とで囲まれた空間に配置され、前記正極
層１３が正極集電体としての前記上部外装板１と接触な
いし接着され、かつ前記負極層１４が負極集電体として
の前記第１中間外装板３のＣｕ板側４に接触ないし接着
されている。このように第１発電要素１２₁ を配置する
ことにより第１の素電池１６₁ が構成される。第２の発
電要素１２₂ は、前記第１中間外装板３と前記第２中間
外装板６と前記封口体９とで囲まれた空間に配置され、
前記正極層１３が正極集電体としての前記第１中間外装
板３のＡｌ板５と接触ないし接着され、かつ前記負極層
１４が負極集電体としての前記第２中間外装板６のＣｕ
板７に接触ないし接着されている。このように第２発電
要素１２₂ を配置することにより第２の素電池１６₂ が
構成される。前記第１中間外装板３は、素電池１６₂ の
外装板と正極集電体を兼ねる。第３の発電要素１２₃
は、前記第２中間外装板６と前記下部外装板２と前記封
口体９とで囲まれた空間に配置され、前記正極層１３が
正極集電体としての前記第２中間外装板３のＡｌ板８と
接触ないし接着され、かつ前記負極層１４が負極集電体
としての前記下部外装板２に接触ないし接着されてい
る。このように第３発電要素１２₃ を配置することによ
り第３の素電池１６₃ が構成される。前記第２中間外装
板６は、素電池１６₃ の外装板と正極集電体を兼ねる。

【００１３】前述した防湿性を有する枠状封口体は、防
湿性、絶縁性及び熱融着性を有する樹脂から形成するこ
とが好ましい。このような樹脂からなる枠状封口体を各
外装板間に配置することによって、外装板及び封口体に
よる発電要素の密封性を向上することができる。かかる
樹脂としては、酸変性ポリオレフィン（例えば、無水マ
レイン酸変性ポリエチレン）、アイオノマー等を挙げる
ことができる。

【００１４】前記組電池の素電池であるシート形ポリマ
ー二次電池の正極層、負極層及び電解質層としては、例
えば、以下に説明するものを用いることができる。（正極層）この正極層は、正極活物質、非水電解液及び
この電解液を保持するポリマーを含む。

【００１５】前記正極活物質としては、種々の酸化物
（例えばＬｉＭｎ₂ Ｏ₄ などのリチウムマンガン複合酸
化物、二酸化マンガン、例えばＬｉＮｉＯ₂ などのリチ
ウム含有ニッケル酸化物、例えばＬｉＣｏＯ₂ などのリ
チウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバ
ルト酸化物、リチウムを含む非晶質五酸化バナジウムな
ど）や、カルコゲン化合物（例えば、二硫化チタン、二
硫化モリブテンなど）等を挙げることができる。中で
も、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム含有コバル
ト酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物を用いるのが好
ましい。

【００１６】前記非水電解液は、非水溶媒に電解質を溶
解することにより調製される。前記非水溶媒としては、
エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネー
ト（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチル
カーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥ
Ｃ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチ
ロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリ
ル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプ
ロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨ
Ｆ）、２−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることが
できる。前記非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上
混合して使用しても良い。

【００１７】前記電解質としては、例えば、過塩素酸リ
チウム（ＬｉＣｌＯ₄ ）、六フッ化リン酸リチウム（Ｌ
ｉＰＦ₆ ）、ホウ四フッ化リチウム（ＬｉＢＦ₄ ）、六
フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ₆ ）、トリフルオロメ
タンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ ＳＯ₃ ）、ビスト
リフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ
（ＣＦ₃ ＳＯ₃ ）₂ ］等のリチウム塩を挙げることがで
きる。

【００１８】前記電解質の前記非水溶媒に対する溶解量
は、０．２ｍｏｌ／ｌ〜２ｍｏｌ／ｌとすることが望ま
しい。非水電解液を保持する性質を有するポリマーとし
ては、例えば、ポリエチレンオキサイド誘導体、ポリプ
ロピレンオキサイド誘導体、前記誘導体を含むポリマ
ー、ビニリデンフロライド（ＶｄＦ）とヘキサフルオロ
プロピレン（ＨＦＰ）との共重合体等を用いることがで
きる。前記ＨＦＰの共重合割合は、前記共重合体の合成
方法にも依存するが、通常、最大で２０重量％前後であ
る。

【００１９】前記正極層は、導電性を向上する観点から
導電性材料を含んでいてもよい。前記導電性材料として
は、例えば、人造黒鉛、カーボンブラック（例えばアセ
チレンブラックなど）、ニッケル粉末等を挙げることが
できる。

【００２０】（負極層）この負極層は、負極活物質、非
水電解液及びこの電解液を保持するポリマーを含む。

【００２１】前記負極活物質としては、リチウムイオン
を吸蔵放出する炭素質材料を挙げることができる。かか
る炭素質材料としては、例えば、有機高分子化合物（例
えば、フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロ
ース等）を焼成することにより得られるもの、コークス
や、メソフェーズピッチを焼成することにより得られる
もの、人造グラファイト、天然グラファイト等に代表さ
れる炭素質材料を挙げることができる。中でも、５００
℃〜３０００℃の温度で、常圧または減圧下にて前記メ
ソフェーズピッチを焼成して得られる炭素質材料を用い
るのが好ましい。

【００２２】前記非水電解液及びこの非水電解液を保持
する性質を有するポリマーとしては、前述した正極で説
明したものと同様なものが用いられる。なお、前記負極
層は、人造グラファイト、天然グラファイト、カーボン
ブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、
ニッケル粉末、ポリフェニレン誘導体等の導電性材料、
オレフィン系ポリマーや炭素繊維等のフィラーを含むこ
とを許容する。

【００２３】（ゲル状電解質層）この電解質層は、非水
電解液及びこの電解液を保持するポリマーを含む。前記
非水電解液及びこの非水電解液を保持する性質を有する
ポリマーとしては、前述した正極で説明したものと同様
なものが用いられる。

【００２４】前記電解質層は、強度を更に向上させる観
点から、酸化硅素粉末のような無機フィラーを添加して
も良い。前述した図３においては、発電要素を正負極層
及びゲル状電解質から形成したが、発電要素は正負極集
電体を有していても良い。例えば、正極層にアルミニウ
ム箔からなる集電体を積層し、かつ負極層に銅箔からな
る集電体を積層する構成にしても良いし、あるいは多孔
質集電体の両面に正極層を積層して正極を形成し、多孔
質集電体の両面に負極層を積層して負極を形成し、前記
正極の正極層と前記負極の負極層の間にゲル状電解質層
を配置することによって発電要素を構成しても良い。な
お、正極の多孔質集電体としては、例えば、アルミニウ
ム製エキスパンドメタル、アルミニウム製メッシュ、ア
ルミニウム製パンチドメタル等を挙げることができ、負
極の多孔質集電体としては、例えば、銅製エキスパンド
メタル、銅製メッシュ、銅製パンチドメタル等を挙げる
ことができる。

【００２５】前記組電池は、例えば、次のような方法に
より組み立てられる。まず、正極層と負極層の間にＣｕ
／Ａｌクラッド板をＡｌ板が前記正極層側、Ｃｕ板が前
記負極層側にそれぞれ位置するように配置して積層し、
更に正極層側にゲル状電解質層を積層したものを１ユニ
ットとする。このユニットを２つ重ねる。この時、第１
中間外装板としてのクラッド板の上面、第２中間外装板
としてのクラッド板の下面、及び第１，２中間外装板の
間、それぞれに防湿性、絶縁性及び熱融着性を有する枠
状封口体を配置する。この積層物の上面にゲル状電解質
層、正極層及びＡｌ板（上部外装板）をこの順序で積層
した後、下面に負極層及びＣｕ板（下部外装板）をこの
順序で積層する。得られた積層物に加熱加圧を施し、前
記上部外装板、前記第１中間外装板、前記第２中間外装
板及び前記下部外装板を前記封口体で熱融着させて一体
化することにより図１に示す構造の組電池が組み立てら
れる。

【００２６】以上詳述したように本発明に係る組電池
は、アルミニウム板からなり、正極集電体を兼ねる第１
外装板と、銅板からなり、負極集電体を兼ねる第２外装
板と、前記第１、第２外装板間に前記第１外装板側に銅
板が位置するように配置されたＣｕ／Ａｌクラッド板か
らなる中間外装板を少なくとも１枚と、各外装板間に配
置された発電要素と、各外装板間に前記発電要素を囲む
ように配置された防湿性を有する枠状封口体とを備え
る。このような組電池によれば、金属板からなる外装板
及び各外装板間に配置された前記封口体から発電要素の
外装材を構成するため、強度及び外装材による発電要素
の密封性を向上することができる。その結果、組電池の
性能をより向上することができる。

【００２７】ところで、Ａｌ板及びＣｕ板の間に発電要
素を枠状封口体により封止した構造の素電池を組み立て
た後、得られた素電池を複数積層して直列に接続するこ
とにより組電池を構成すると、各素電池を接続するため
の部品及び作業が必要になるため、生産性が低下し、製
造コストの上昇を招く。また、各素電池を作製してから
組電池を構成するため、Ａｌ板及びＣｕ板はある程度の
厚さが必要である。本願発明のようにＣｕ／Ａｌクラッ
ド板を上下の素電池の集電体を兼ねる外装板として共有
することにより、素電池作製時に組電池を構成できるた
め、製造方法の簡素化を図ることができ、生産性を向上
することができる。同時に、中間外装板の厚さを薄くす
ることができるため、組電池の体積エネルギー密度を向
上することができる。さらに、中間外装板の接触抵抗を
低減することができる。

【００２８】本発明に係る組電池は、各素電池１６₁ 〜
１６₃ による電圧を測定するための端子を有することが
できる。このような組電池の例を図４を参照して説明す
る。第１の中間外装板３のＣｕ板側４に短冊状のＣｕ板
からなる負極端子１７が形成されている。前記負極端子
１７は、第２の素電池１６₂ の負極端子を兼用してい
る。第２の中間外装板６のＡｌ板側８に短冊状のＡｌ板
からなる正極端子１８が形成されている。前記正極端子
１８は、第３の素電池１６₃ の正極端子を兼用してい
る。

【００２９】前記第１〜第３の素電池の端子１０，１
１，１７，１８は、検出器１９に接続され、前記検出器
１９により各素電池１６₁ 〜１６₃ の電圧Ｖ₁ 〜Ｖ₃ が
検出される。充放電器２０は、前記組電池を充電するた
めの充電器、または前記組電池によって駆動される機器
であり、この充放電器２０は素電池１６₁ の正極端子１
０と素電池１６₃ の負極端子１１に接続されている。常
開型スイッチ２１は、前記充放電器２０と前記素電池１
６₃ の負極端子１１との間に介在され、前記検出器１９
から制御信号が入力されるとオフされるようになってい
る。

【００３０】このような組電池に充放電器２０を通して
所定の電圧を所定時間供給して充電を行う際、検出器１
９により各素電池１６₁ 〜１６₃ の電圧Ｖ₁ 〜Ｖ₃ をそ
れぞれ検出することができる。この電圧検出において、
例えば、第２の素電池１６₂の電圧Ｖ₂ が他の素電池
（第１，第３の素電池１６₁ 、１６₃ ）の電圧より高
く、所定値を越えたことが検出された場合、前記検出器
１９から制御信号が常開型スイッチ２１に出力され、充
電が停止される。前記所定値は、最大充電可能電圧、例
えば４．２５Ｖに設定される。その結果、前記第２の素
電池１６₂ が過充電状態になるのを防止することができ
る。

【００３１】一方、前記組電池に充放電器２０を通して
所定のカットオフ電圧で放電を行う際、前記検出器１９
により各素電池１６₁ 〜１６₃ の電圧Ｖ₁ 〜Ｖ₃ をそれ
ぞれ検出することができる。この電圧検出において、例
えば、第２の素電池１６₂ の電圧Ｖ₂ が他の素電池（第
１，第３の素電池１６₁ 、１６₃ ）の電圧より低く、所
定値以下となったことが検出された場合、前記検出器１
９から制御信号が常開型スイッチ２１に出力され、放電
が停止される。前記所定値は、放電可能最小電圧、例え
ば２．７Ｖに設定される。その結果、前記第２の素電池
１６₂ が過放電状態になり、前記第２の素電池１６₂ が
劣化するのを防止することができる。

【００３２】したがって、充電操作において組電池を構
成するある素電池が過充電状態になったり、放電時にお
いて前記組電池を構成するある素電池が過放電状態にな
るのを防止できるため、信頼性の向上と寿命向上を達成
することができる。

【００３３】本発明に係る組電池は、各外装板間の短絡
を防止する観点から、第１〜第３の素電池の積層方向に
沿う４つの面（側面）が絶縁テープにより被覆されてい
ることが好ましい。

【００３４】なお、前述した実施例においては、シート
形ポリマー二次電池に適用した例を説明したが、シート
形の二次電池（例えば、リチウムイオン二次電池、ニッ
ケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池）や、
一次電池に同様に適用することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、強
度（特に、加圧に対する強度）及び外装材による発電要
素の密封性が改善され、性能が向上された組電池を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る組電池を示す斜視図。

【図２】図１の組電池の分解図。

【図３】図１の組電池に含まれる発電要素を示す斜視
図。

【図４】本発明に係る組電池が組み込まれた充放電シス
テムを示す概略図。

【図５】従来の組電池に組み込まれるシート形ポリマー
二次電池を示す平面図。

【図６】図５の二次電池を示す断面図。

【符号の説明】

１…アルミニウム板、２…銅板、３…Ｃｕ／Ａｌクラッド板、４…銅板側、５…アルミニウム板側、６…Ｃｕ／Ａｌクラッド板、７…銅板側、８…アルミニウム板側、９…防湿性を有する枠状封口体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム板と、銅板と、前記アルミ
ニウム板と前記銅板の間に前記アルミニウム板側に銅板
が位置するように配置された少なくとも１枚のＣｕ／Ａ
ｌクラッド板と、各板間に配置された発電要素と、各板
間に前記発電要素を囲むように配置された防湿性を有す
る枠状封口体とを備えることを特徴とする組電池。