JP2008140601A - Battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は二次電池の電池パックに関し、特にリチウムイオン電池やリチウムイオンポリマー電池による大容量化に適した放熱構造および電極取り出し構造を有する電池パック関する。 The present invention relates to a battery pack for a secondary battery, and more particularly to a battery pack having a heat dissipation structure and an electrode extraction structure suitable for increasing the capacity of a lithium ion battery or a lithium ion polymer battery.
近年の電子機器、特に携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラなどの携帯用情報機器の発達や普及に伴い、小型、軽量で、かつエネルギー密度が高い二次電池の需要が大きく伸張し、なお、高性能化の検討がなされている。このような二次電池として特にリチウムイオン二次電池が注目されている。 With the development and popularization of portable information devices such as mobile phones, notebook personal computers, and video cameras in recent years, the demand for secondary batteries that are small, lightweight, and have high energy density has greatly increased. Considering higher performance. As such a secondary battery, a lithium ion secondary battery is particularly attracting attention.
リチウムイオン二次電池の一般的な構造は、特許文献1などに示され、リチウム−コバルト複合酸化物などの正極活物質粉末、導電性粉末、及びバインダからなる正極活物質層をアルミニウム箔からなる正極集電体表面に形成してなる正極と、炭素系の負極活物質粉末、及びバインダからなる負極活物質層を銅箔からなる負極集電体表面に形成してなる負極を、多孔質のフィルムからなるセパレータを介して重ね、電解液を含浸し発電素子としたものである。
A general structure of a lithium ion secondary battery is shown in
小型化、軽量化のために、電解液を高分子電解質に替えたリチウムイオンポリマー電池が用いられ、また発電素子を封入する外装材としてアルミニウムなどの金属箔と高分子フィルムからなるラミネートフィルムが用いられている。 In order to reduce size and weight, lithium ion polymer batteries whose electrolytes are replaced with polymer electrolytes are used, and laminate films made of metal foil such as aluminum and polymer films are used as exterior materials to enclose power generation elements. It has been.
図5はラミネートフィルムを外装に用いた従来の二次電池の一例を示す斜視図である。図5において、発電素子をラミネートフィルム11により封入してリチウムイオン電池が構成され、発電素子の正極に接続された電極タブ9と負極に接続された電極タブ10をそれぞれラミネートフィルムより突出させて設けている。
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a conventional secondary battery using a laminate film as an exterior. In FIG. 5, a power generation element is enclosed with a
従来、ラミネートリチウムイオン電池への入出力線は、上記の電極タブ9、10に引き出し線を半田付けなどにより接続して取り出している。また、電極タブに直接半田付けによる熱が伝わることを避ける為には、あらかじめ別の接続用タブに半田付けなどによりに引き出し線を取り付けておき、その接続用タブを、抵抗溶接、超音波溶接などで電極タブ9、10へ固定する方法を取っていた。このように引き出し線を取り付けたラミネートリチウムイオン電池の構成例である斜視図を図6に示す。図6において、接続用タブ13に引き出し線14が取り付けられ電極タブ10に固定されている。図示されていないが、電極タブ9にも同様に引き出し線が固定される。
Conventionally, input / output lines to the laminated lithium ion battery are taken out by connecting lead wires to the
しかし、近年のラミネートイオン電池を搭載する装置の多様化や電池の大容量化などから、使用時に流される電流が増加する傾向にあり、それに伴い引き出し線14の径が太くなり、電池パックの組み立て時や取り扱い時に電極タブ9、10に加わるストレスが増加し、この結果、これらの電極タブとラミネートフィルムの封止部の境界付近や、上述の接続用タブを使用する場合はその接続用タブ13と電極タブ10との境界付近でタブ材の破断などの不具合が発生しやすくなってきている。
However, due to the diversification of devices equipped with laminate ion batteries and the increase in battery capacity in recent years, the current that flows during use tends to increase. As a result, the diameter of the
また、同時に電流の増加に伴い、電池本体やタブ部での発熱も大きくなる傾向にあり、同部位の放熱のための対策も必要となってきている。通常、上記問題は電極タブの板厚を増すことにより解決可能であるが、ラミネートフィルムによる封止能力の限界から、電極タブの板圧は、際限なく厚くすることは出来ない。 At the same time, as the current increases, heat generation in the battery body and the tab portion tends to increase, and measures for heat dissipation at the same part are also required. Usually, the above problem can be solved by increasing the plate thickness of the electrode tab, but the plate pressure of the electrode tab cannot be increased without limit due to the limit of the sealing ability by the laminate film.
また、このような放熱の課題を解決するため、特許文献2、3に示されるように、従来は発電素子や電極タブとは独立に放熱板を二次電池に取り付ける構成が用いられている。しかし、このように放熱対策部品と、電気的接続部品が別々の部品として取り付けられているため、部品点数が増加するという問題が有った。また、これらの場合は上記の太い引き出し線接続による電極タブへのストレス増加の問題には対処することができない。
In order to solve such a problem of heat dissipation, as shown in
そこで、本発明の課題は、比較的少ない部品点数で電極タブへのストレス緩和や放熱のための対策を実施することが出来る電池パックを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a battery pack that can implement measures for stress relaxation and heat dissipation to electrode tabs with a relatively small number of parts.
上記課題を解決するため、本発明の電池パックは、正極、負極、および電解質を有する発電素子を金属箔と樹脂からなるラミネートフィルムで封入してなり、前記正極または負極に接続された電極タブを有する二次電池を少なくとも1つ以上設置して構成され、前記二次電池に固着され、かつ、前記電極タブに接続された金属板を少なくとも1つ以上有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a battery pack of the present invention includes a power generation element having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte sealed with a laminate film made of a metal foil and a resin, and an electrode tab connected to the positive electrode or the negative electrode. It comprises at least one or more secondary batteries, and has at least one metal plate fixed to the secondary battery and connected to the electrode tab.
また、容量増加のため、前記二次電池を複数個積層して構成されてもよい。 Further, a plurality of the secondary batteries may be stacked to increase the capacity.
また、前記金属板は前記二次電池を挟むように複数個設置されてもよく、前記二次電池が並列または直列またはそれらの組み合わせで互いに接続されるように前記金属板と前記電極タブが接続されてもよい。 Further, a plurality of the metal plates may be installed so as to sandwich the secondary battery, and the metal plate and the electrode tab are connected so that the secondary batteries are connected to each other in parallel or in series or a combination thereof. May be.
また、前記金属板の少なくとも1つに電極引き出し用の線材が固定されていてもよく、また、大容量に対応するため、前記線材の外径が3mm以上であってもよい。 In addition, an electrode lead wire may be fixed to at least one of the metal plates, and the outer diameter of the wire may be 3 mm or more in order to cope with a large capacity.
また、本発明による効果を大きく生かすためには、本発明の電池パックの容量は1Ah以上であってもよい。 In order to make the most of the effects of the present invention, the capacity of the battery pack of the present invention may be 1 Ah or more.
以上のように、本発明では、二次電池へ金属板を固着し、その金属板に接続タブや引き出し線を固定することにより、電極タブに加わるストレスを金属板で吸収して接続部の破断を防止し、かつ、二次電池や接続タブ部での発熱を金属板で吸熱することにより放熱対策が達成できる。金属板としては導電性、放熱性に優れた銅またはその合金やアルミまたはその合金製の金属板を用いることができ、金属板は二次電池に粘着材などで固着することができる。 As described above, in the present invention, by fixing the metal plate to the secondary battery and fixing the connection tab and the lead wire to the metal plate, the stress applied to the electrode tab is absorbed by the metal plate and the connection portion is broken. In addition, heat dissipation measures can be achieved by absorbing heat generated in the secondary battery and the connection tab portion with the metal plate. As the metal plate, copper or an alloy thereof excellent in conductivity and heat dissipation, or a metal plate made of aluminum or an alloy thereof can be used, and the metal plate can be fixed to the secondary battery with an adhesive or the like.
以上のように、本発明により比較的少ない部品点数で電極タブへのストレス緩和や放熱のための対策を実施することが出来る電池パックが得られる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a battery pack that can implement measures for stress relaxation and heat dissipation to the electrode tab with a relatively small number of parts.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の第一の実施の形態である電池パックの一例を示す分解斜視図である。図1において、図5に示した従来の二次電池と同様に、正極、負極、および電解質を有する発電素子を金属箔と樹脂からなるラミネートフィルムで封入してなるリチウムイオン電池1を設置して構成され、発電素子の正極に接続された電極タブ9と負極に接続された電極タブ10を有している。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of a battery pack according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, similarly to the conventional secondary battery shown in FIG. 5, a
さらに、リチウムイオン電池1の平面形状と同程度以上の大きさを有する金属板4が粘着材によりリチウムイオン電池1に固着され、かつ、接続用タブ3がネジ5とナット6により金属板4に接続され、その接続用タブ3が電極タブ10に抵抗溶接や超音波溶接により接続されている。また、金属板4には電極引き出し用の線材15が上記のネジ5とナット6により固定されている。
Further, a
このときの金属板4と接続用タブ3および線材15との固定は、上記のネジ止めの他に、溶接、ハンダ付け、タブ端子形状による圧着接続などでもよい。
At this time, the
金属板4の板厚については、取り付けられる線材15の線径により適当な板厚のものを選択するが、ラミネートリチウムイオン電池の軽量性を損なわない程度の板厚を選択する必要があり、このためには0.5〜1.5mmの範囲にあることが望ましい。
As for the plate thickness of the
本発明の場合、金属板4は電極に接続されて電位を持つことになるため、リチウムイオン電池1と金属板4の間には絶縁シートを設けることが望ましい。これは、万が一ラミネートフィルム表面の絶縁層に傷が生じたり、微小な異物がこの間に混入した場合にリチウムイオン電池1と金属板4が短絡することを防ぐ為である。
In the case of the present invention, since the
図2はそのような絶縁シートをリチウムイオン電池1と金属板4の間に挿入した場合の電池パックの部分断面図である。リチウムイオン電池1に粘着材で絶縁シート7が固着され、その上に金属板4が同様に粘着材で固着される。ここで、絶縁シート7は、およそ0.25mm〜0.5mmの厚みを持ち、材質はPC(ポリカーボネート)、変性PPEなどを選択することができる。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the battery pack when such an insulating sheet is inserted between the
なお、図1には金属板4はリチウムイオン電池1の上側に設置されて電極タブ10に接続されているが、本実施の形態においては、下側にも金属板を設置してその金属板を接続タブを介して電極タブ9に接続することもできる。また、金属板4の大きさは、線材15によるストレス回避と放熱の必要性を考慮して決定することができ、必ずしもリチウムイオン電池1の平面形状と同程度以上の大きさを有する必要はない。
In FIG. 1, the
図3は本発明による電池パックの第二の実施の形態の一例を示す分解斜視図である。図3において、正極、負極、および電解質を有する発電素子を金属箔と樹脂からなるラミネートフィルムで封入してなるリチウムイオン電池21および22の2つを設置して構成され、リチウムイオン電池21は正極に接続された電極タブ23と負極に接続された電極タブ24を有し、リチウムイオン電池22は正極に接続された電極タブ25と負極に接続された電極タブ26を有している。
FIG. 3 is an exploded perspective view showing an example of the second embodiment of the battery pack according to the present invention. In FIG. 3, two
リチウムイオン電池21にはその平面形状と同程度以上の大きさを有する金属板27が粘着材により図示されていない絶縁シートを介してリチウムイオン電池21の上面に固着され、かつ、接続用タブ28がネジとナットにより金属板27に接続され、その接続用タブ28が電極タブ24に溶接により接続され単体電池40を構成している。
A
同様にリチウムイオン電池22はその平面形状と同程度以上の大きさを有する金属板29が粘着材により図示されていない絶縁シートを介してリチウムイオン電池22の上面に固着され、かつ、接続用タブ30がネジとナットにより金属板29に接続され、その接続用タブ30が電極タブ25に溶接により接続され単体電池41を構成している。
Similarly, in the
本実施の形態の電池パックは、大容量化のため、単体電池40と41を積層して構成されており、金属板29とリチウムイオン電池21の下面との間にも絶縁シートが挿入されている。図4は本実施の形態の積層構成を示す電池パックの部分断面図である。
The battery pack of the present embodiment is configured by stacking
また、図3に示すように、本実施の形態においては、金属板27、29にはそれぞれ接続用タブを固定したネジとナットにより電極引き出し用の線材31および32が固定されている。電池パックの容量が大きい場合、例えば少なくとも1Ah以上の容量を有する場合には、発熱を防ぐため線材の外径は3mm以上であることが望ましく、このように太い線材を用いても本発明による構成では、電極タブに加わるストレスを緩和でき、電極部分の破断等を防止することができる。
As shown in FIG. 3, in the present embodiment,
また、図には示されていないが、リチウムイオン電池21と22を並列接続する場合は、接続用タブと電極タブを溶接するときに、接続用タブ28と電極タブ24、26を一緒に接続し、接続用タブ30と電極タブ23、25を一緒に接続しても良い。また、金属板27と29にそれぞれ2つの接続用タブを設けて接続しても良い。直列接続する場合は、その接続用のタブを金属板に設けることもできる。
Although not shown in the drawing, when the
上記は単体電池2個を積層する場合について説明したが、単体電池の積層数が増えても、同様の構造の繰り返しで構成できる。また、本実施の形態において、金属板27、29は積層型のラミネートリチウムイオン電池を形成後その上面および下面にそれぞれ設置することも可能であり、この場合、金属板29はリチウムイオン電池22の下面に設置されることになる。
In the above description, the case where two unit cells are stacked has been described. However, even if the number of unit cells is increased, the same structure can be repeated. In the present embodiment, the
以上のように、本発明により比較的少ない部品点数で電極タブへのストレス緩和や放熱のための対策を実施することが出来る電池パックが得られる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a battery pack that can implement measures for stress relaxation and heat dissipation to the electrode tab with a relatively small number of parts.
なお、本発明の電池パックは上記の実施の形態に限られるものではないことは言うまでもなく、例えば、使用目的に応じて、金属板の形状や大きさ、接続用タブの形状や構造、接続方法、線材の接続方法などは変更可能であり、また、金属板の一部の形状を変えれば接続用タブを用いないで電極タブを直接金属板に接続することも可能である。 Needless to say, the battery pack of the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, depending on the purpose of use, the shape and size of the metal plate, the shape and structure of the connection tab, and the connection method The connecting method of the wire can be changed, and the electrode tab can be directly connected to the metal plate without using the connection tab if the shape of a part of the metal plate is changed.
1、21、22 リチウムイオン電池
4、27,29 金属板
3、13、28、30 接続用タブ
9、10、23、24、25、26 電極タブ
15、31、32 線材
5 ネジ
6 ナット
7 絶縁シート
11 ラミネートフィルム
14 引き出し線
40、41 単体電池
1, 2, 22
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