JP2004031121A

JP2004031121A - ラミネート電池および組電池

Info

Publication number: JP2004031121A
Application number: JP2002185808A
Authority: JP
Inventors: Shinya Ogata; 緒方　慎也
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】整列基準面を有するラミネート電池を提供する。
【解決手段】両面に活物質１０４ａおよび１０５ａがそれぞれ塗布された正極箔１０４と負極箔１０５とをセパレータ１０１ｃを介して複数層に積層し、この積層体１０１を電解液１０２に浸漬させた状態で外装材１００で密封する。各層の正極箔１０４と負極箔１０５をそれぞれ正極端子１ｂと負極端子１ｃに接合し、正極端子１ｂと負極端子１ｃを外装材１００から突出させる。正極端子１ｂおよび負極端子１ｃが突設する方向と直交する方向では、正極箔１０４と、負極箔１０５と、セパレータ１０１ｃの幅が略同一である。また、正極箔１０４および負極箔１０５の中央側の所定幅領域には活物質１０４ａ，１０５ａを塗布する。正極箔１０４および負極箔１０５の幅方向両端側の所定領域には、電池として機能しない絶縁材１０４ｂを活物質と略同一の厚さに塗布する。外装材１００の側面１００Ｓが、正負極端子１ｂ，１ｃに対して垂直な整列基準面となる。
【選択図】図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シート状薄型電池であるラミネート電池およびそれを積層してなる組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラミネート電池（以下、セル若しくは薄型電池とも呼ぶ）の両端からシート状の正極端子および負極端子が引き出される両端子型セルとしては、特開平９−２５９８５９号公報に開示されている薄型電池が知られている。このようなラミネート電池は、両面に正極活物質が塗布された正極箔（これを正電極と呼ぶ）と両面に負極活物質が塗布された負極箔（これを負電極と呼ぶ）とをセパレータを介して積層してなる内部電極対を複数積層し、この複数の内部電極対を電解液に浸漬させた状態で外装材で密封し、各層の正極箔と負極箔をそれぞれ正極端子と負極端子に接合し、正極端子と負極端子を外装材から突出させて成る。これらのセルを用いて高電圧、高容量な電池を得るためには、複数セルを直列接続や並列接続して組電池とする必要がある。例えば、上述した特開平９−２５９８５９号公報には、複数の薄型電池を積層して並列接続する例や、複数の薄型電池を端子の伸延方向に直列接続する例が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように組電池は複数の薄型電池を積層並びに並設して筐体内に収容することで組み立てられる。そのため、組電池として組み立てる際、各薄型電池を整列する作業が不可欠である。従来のラミネート電池にあっては、セパレータの平面積は負電極より大きく、負電極の平面積は正電極よりも大きい。そのため、従来のラミネート電池は、セパレータを介在させた負電極と正電極の積層体を外装材内に真空状態で充填するとき、面積の大きなセパレータや負電極の外周部が外装材とともに変形して、側面が傾斜面となる。そのため、整列基準となる垂直面が形成されず、整列させる工程に時間を要している。
【０００４】
本発明は、整列基準面を有するラミネート電池およびそのラミネート電池を複数個積層した組電池を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、両面に活物質が塗布された正極箔と負極箔とをセパレータを介して積層してなる内部電極対を複数積層し、この複数の内部電極対を電解液に浸漬させた状態で外装材で密封し、各層の正極箔と負極箔をそれぞれ正極端子と負極端子に接合し、正極端子と負極端子を外装材から突出させて成るラミネート電池に適用される。そして、このラミネート電池では、正極端子および負極端子が突設する方向と直交する方向では、正極箔と、負極箔と、セパレータの幅が略同一である。正極箔および負極箔の両面において、活物質を塗布しない領域に絶縁材を塗布することを特徴とする。
好ましくは、正極箔および負極箔の中央側の所定幅領域には活物質を塗布し、正極箔および負極箔の幅方向両端側の所定領域には絶縁材を活物質と略同一の厚さに塗布する。
請求項４の発明によるラミネート電池は、当該正負極端子を電池上面側と電池下面側に配置し、正極端子および負極端子が突設する方向と直交する方向の正負極端子の幅を、外装材で形成される内部空間の幅と略同一とし、さらに、正負極端子により内部空間の上面と下面を略覆うようにしたことを特徴とする。
請求項５の発明による組電池は、複数の上記ラミネート電池と、積層された複数のラミネート電池を収容する筐体と、積層された複数のラミネート電池を筐体内で直列接続および／または並列接続するバスバーとを有することを特徴とする。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、ラミネート電池の側面に整列基準面を形成したので、ラミネート電池の組み立て作業が簡単となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
−第１の実施の形態−
以下、図１〜図４を参照して、本発明によるラミネート電池の第１の実施の形態を説明する。
図１〜図４は、一個のラミネート電池１を説明する図である。図１はラミネート電池１の上面図、図２は側面図、図３（ａ）は図２の符号ＩＩＩで示す部分の拡大断面図、図３（ｂ）はさらにその部分拡大図、図４はラミネート電池の外装材を取り除いて内部を示す図である。
【０００８】
ラミネート電池１はシート状リチウムイオン二次電池である。可撓性の袋状外装材１００は上側外装材１００Ｕと下側外装材１００Ｌをフランジ部１０３で熱溶着して密閉容器とされている。袋状外装材１００の内部には、内部電極対１０１および電解液１０２が真空密封状態で収容されている。内部電極対１０１はシート状の正電極１０１ａおよび負電極１０１ｂを備えている。
【０００９】
正電極１０１ａは、図３（ｂ）に示すように、アルミ箔の正極集電体（正極箔）１０４の両面に正極活物質１０４ａを積層したものである。一方、負電極１０１ｂは銅箔の負極集電体（負極箔）１０５の両面に負極活物質１０５ａを積層したものである。正電極１０１ａと負電極１０１ｂとは、セパレータ１０１ｃを介して交互に積層されている。これら積層体が上述した内部電極対１０１を構成する。図４に示すように、内部電極対１０１は外装材１００の内部空間の幅寸法と略等しいＷ１に形成されている。
【００１０】
図３（ａ）に示すように、負電極１０１ｂの負極箔１０５はそれぞれ負極端子１ｃに連結されている。負極端子１ｃは、袋状外装材１００のヒートシール部１０３（図２参照）を気密に貫通するとともに、ヒートシール部１０３に固着される。なお、図示していないが、正極端子１ｂも負極端子１ｃと同様となっており、正極端子１ｂには正電極１０１ａの正極箔１０４がそれぞれ連結されている。
【００１１】
袋状外装材１００は、内面層１００ａ、中間層１００ｂおよび外面層１００ｃの三層構造のラミネートフィルムで形成されている。内面層１００ａには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドなどの耐電解液性およびヒートシール性に優れた熱可塑性樹脂が使用される。中間層１００ｂには、アルミ箔やステンレス箔等の可撓性および強度に優れた金属箔が使用される。外面層１００ｃには、ポリアミド系樹脂やポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた絶縁樹脂が使用される。
【００１２】
図１のＶ−Ｖ断面図である図５およびその拡大図である図６に示すように、正極端子１ｂおよび負極端子１ｃが突設する方向と直交する方向では、正電極１０１ａと、負電極１０１ｂと、セパレータ１０１ｃの幅はそれぞれＷ１に規定されている。正極箔１０４の両面の中央側の所定幅領域Ｗ２には正極活物質１０４ａが塗布され、正極箔１０４の幅方向両端側の所定領域Ｗ２０には、電池として機能しない絶縁材１０４ｂが活物質１０４ａと略同一の厚さに塗布されている。負極箔１０５の両面の中央側の所定幅領域Ｗ３には負極活物質１０５ａが塗布され、負極箔１０５の幅方向両端側の所定領域Ｗ３０には、電池として機能しない絶縁材１０５ｂが活物質１０５ａと略同一の厚さに塗布されている。
【００１３】
なお、正極箔１０４はたとえばアルミニューム、正極活物質１０４ａはたとえば、リチウムマンガン酸、リチウムコバルト酸、リチウムニッケル酸である。負極箔１０５はたとえば銅、負極活物質１０５ａはたとえばカーボンである。絶縁材１０４ｂおよび１０５ｂはイオン透過性も電子伝導性もない物質が使用でき、たとえばアクリル系樹脂、ウレタン樹脂である。
【００１４】
このように構成されたラミネート電池１では、図５および図６に示すように、正電極１０１ａと、セパレータ１０１ｃと、負電極１０１ｂとがともに幅Ｗ１に規定されている。そして、正電極１０１ａの両端領域Ｗ２０の両面に絶縁材１０４ｂを、負電極１０１ｂの両端領域Ｗ３０の両面に絶縁材１０５ｂをそれぞれ塗布して、積層体１０１の断面形状が略矩形形状に形成している。その結果、図５に示す外装材側面１００Ｓが正極端子１ｂおよび負極端子１ｃと略垂直な面を形成する。したがって、この垂直面１００Ｓを整列基準として使用することができ、整列工程が短縮される。
【００１５】
−第２の実施の形態−
図７〜図１２を参照して第２の実施の形態を説明する。図７はラミネート電池５０の平面図、図８は側面図、図９は図７のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【００１６】
図８および図９に示すように、第２の実施の形態のラミネート電池５０では、正極端子５１ｂを外装材３００の上面側一端から突設し、負極端子５１ｃを外装材３００の下面側一端から突設する。図７に示すように、正極端子５１ｂおよび負極端子５１ｃの幅ＷＡは外装材３００の内部空間の幅ＷＢとほぼ同じ寸法とし、また、正極端子５１ｂおよび負極端子５１ｃの長手方向の寸法は、それらが外装材３００の内部空間のほぼ全域を覆うようにする。外装材３００は第１の実施の形態と同様に、上外装材３００Ｕと下外装材３００Ｌとで構成されるが、正極端子５１ｂと負極端子５１ｃが電池の上下面にそれぞれ対応して突設するため、それぞれ図１０に示すような概略形状とする。すなわち、上外装材３３０Ｕと下外装材Ｌの全周にフランジ部３０３が形成されている。そして、上外装材３３０Ｕと下外装材Ｌの容器形成部は、フランジ部３０３の長手方向の一端から他端にかけて、一方の外装材は内部空間の高さが高くなり、他方の外装材は内部空間が低くなるような形状とする。そして、図８に示すように、上側外装材３００Ｕと下側外装材３００Ｌをフランジ部３０３で熱溶着して外装材３００が密閉されている。
【００１７】
第１の実施の形態では、セパレータ１０１ｃ、正電極１０１ａおよび負電極１０１ｂのそれぞれの平面積を等しく設定して、積層体である内部電極対１０１の断面形状を矩形形状とすることにより、ラミネート電池１の側面１００Ｓを垂直面とした。第２の実施の形態では、図１１および図１２に示すように、セパレータ５０１ｃの面積は負電極５０１ｂより大きく、負電極５０１ｂの平面積は正電極５０１ａよりも大きくしたまま、正負極端子５１ｂ，５１ｃの側面を用いてラミネート電池５０の側面３００Ｓを垂直面とする。
【００１８】
正電極５０１ａは、図１２に示すように、アルミ箔の正極集電体（正極箔）５０４の両面に正極活物質５０４ａを積層したものである。一方、負電極５０１ｂは銅箔の負極集電体（負極箔）５０５の両面に負極活物質５０５ａを積層したものである。正電極５０１ａと負電極５０１ｂとは、セパレータ５０１ｃを介して交互に積層されている。この積層体により内部電極対５０１が構成される。
【００１９】
図９に示すように、正電極５０１ａの正極箔５０４はそれぞれ正極端子５１ｂに連結されている。正極端子５１ｂは、袋状外装材３００のヒートシール部３０３（図８参照）を気密に貫通するとともに、ヒートシール部３０３に固着される。負極端子５１ｃも正極端子５１ｂと同様となっており、負極端子５１ｃには負極箔５０５がそれぞれ連結される。
【００２０】
このように構成した第２の実施の形態のラミネート電池５０では、積層体５０１を電解液５０２に浸漬させた状態で上下外装材３００Ｕと３００Ｌで真空密封するとき、図１２に示すように、外装材３００の側面３００Ｓは端子５１ｂと５１ｃの側面で保護され、端子５１ｂおよび５１ｃと垂直な面となる。したがって、第１の実施の形態と同様に、その側面３００Ｓを整列基準として使用することができる。
【００２１】
電気自動車やハイブリッド車両の二次電池として上述したラミネート電池１を使用する場合は、図１３〜図１５に示すように、複数の平板状ラミネート電池１を積層する。そして、バスバー６１〜６４により複数のラミネート電池１を並列接続して並列電池を構成するとともに、複数の並列電池を直列接続して高電圧を出力する組電池を構成することができる。図１３および１４において、積層されたラミネート電池１は筐体７１に収容され、上面から突出するバスバー６４を用いて正極端子７２と負極端子７３が形成されている。筐体７１は基板７１ａと蓋７１ｂとから構成される。
【００２２】
このような組電池の組立作業にあっては、積層するラミネート電池の整列作業が不可欠である。これは、作業者が手動で組み立てる際にも、ロボットで自動組立を行う場合も同様である。本発明のラミネート電池１、５０では、上述したように、端子１ｂ，１ｃと垂直となる外装材側面１００Ｓや、端子５１ｂ，５１ｃと垂直となる外装材側面３００Ｓを形成した。組み立てに当たっては、この側面１００Ｓや３００Ｓを基準として整列作業を行うことができる。したがって、作業性が向上する。また、ロボットにより側面１００Ｓ，３００Ｓを把持することができ、組電池組み立て作業の自動化が容易となる。
【００２３】
図１６は第１の実施の形態における正電極１０１ａの製造方法を説明する図である。ロール状に巻き取られた正極箔１０４を矢印方向に送り出し、活物質塗工機２０１により、正極箔１０４の両面に正極活物質１０４ａを間欠的に所定の幅に塗布する。次いで、絶縁材塗工機２０２により、絶縁材１０４ｂを正極活物質１０４ａ間に塗布する。その後、乾燥・プレス工程を経て、絶縁材１０４ｂの部分で正電極１０１ａとして切断される。負電極１０１ｂについても、活物質塗工機２０２で負極活物質を塗布すること以外まったく同様にして製作される。
【００２４】
本発明は上述したシート状のラミネート電池１に限らず両端子型のセルであれば角形セルなどにも適用することができる。なお、上述した特徴的な機能作用効果が得られるものであるならば、本発明は上述した実施の形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるラミネート電池の第１の実施の形態を示す上面図
【図２】図１の側面図
【図３】（ａ）は図２の符号ＩＩＩで示す部分の拡大断面図、（ｂ）はさらにその部分拡大図
【図４】ラミネート電池の外装材を取り除いて内部を示す上面図
【図５】図１のＶ−Ｖ断面図
【図６】図５の部分拡大図
【図７】本発明によるラミネート電池の第２の実施の形態を示す上面図
【図８】図７の側面図
【図９】図７のＩＸ−ＩＸ断面図
【図１０】ラミネート電池の上下外装材を示す斜視図
【図１１】図７のＸＩ−ＸＩ断面図
【図１２】図１１の部分拡大図
【図１３】複数のラミネート電池による組電池の横断面図
【図１４】図１３の組電池の上面図
【図１５】図１３の組電池によりラミネート電池を電気接続するバスバーを示す図
【図１６】正電極の製造工程を説明する図
【符号の説明】
１，５０：ラミネート電池
１ｂ，５１ｂ：正極端子
１ｃ，５１ｃ：負極端子
１０１，５０１：内部電極対
１０１ａ，５０１ａ：正電極
１０１ｂ，５０１ｂ：負電極
１０１ｃ，５０１ｃ：セパレータ
１０４，５０４：正極箔
１０４ａ，５０４ａ：正極活物質
１０４ｂ，５０４ｂ：絶縁材
１０５，５０５：負極箔
１０５ａ，５０５ａ：負極活物質
１０５ｂ，５０５ｂ：絶縁材

Claims

両面に活物質が塗布された正極箔と負極箔とをセパレータを介して積層してなる内部電極対を複数積層し、この複数の内部電極対を電解液に浸漬させた状態で外装材で密封し、各層の正極箔と負極箔をそれぞれ正極端子と負極端子に接合し、正極端子と負極端子を外装材から突出させて成るラミネート電池において、
正極端子および負極端子が突設する方向と直交する方向では、正極箔と、負極箔と、セパレータの幅が略同一であり、
正極箔および負極箔の両面において、前記活物質を塗布しない領域に絶縁材を塗布することを特徴とするラミネート電池。
両面に活物質が塗布された正極箔と負極箔とをセパレータを介して積層してなる内部電極対を複数積層し、この複数の内部電極対を電解液に浸漬させた状態で外装材で密封し、各層の正極箔と負極箔をそれぞれ正極端子と負極端子に接合し、正極端子と負極端子を外装材から突出させて成るラミネート電池において、
正極端子および負極端子が突設する方向と直交する方向では、正極箔と、負極箔と、セパレータの幅が略同一であり、
正極箔および負極箔の中央側の所定幅領域には前記活物質を塗布し、正極箔および負極箔の幅方向両端側の所定領域には絶縁材を前記活物質と略同一の厚さに塗布することを特徴とするラミネート電池。
請求項１または２のラミネート電池において、
前記積層体の前記正極端子および負極端子突出方向と直交する方向の断面形状が矩形形状であり、前記外装材の両側面と正極端子および負極端子とのなす角度が略９０度であることを特徴とするラミネート電池。
両面に活物質が塗布された正極箔と負極箔とをセパレータを介して積層してなる内部電極対を複数積層し、この複数の内部電極対を電解液に浸漬させた状態で外装材で密封し、各層の正極箔と負極箔をそれぞれ正極端子と負極端子に接合し、正極端子と負極端子を外装材から突出させて成るラミネート電池において、
当該正負極端子を電池上面側と電池下面側に配置し、
正極端子および負極端子が突設する方向と直交する方向の前記正負極端子の幅を、外装材で形成される内部空間の幅と略同一とし、
さらに、前記正負極端子により前記内部空間の上面と下面を略覆うようにしたことを特徴とするラミネート電池。
請求項１〜４のいずれかの複数のミネート電池と、
積層された複数のラミネート電池を収容する筐体と、
積層された複数のラミネート電池を前記筐体内で直列接続および／または並列接続するバスバーとを有することを特徴とする組電池。