JP3736469B2 - 電池モジュール - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池外装に高分子−金属を複合したラミネートフィルムを用いて、その周辺部を熱融着にて接合することにより、正極板、セパレータおよび負極板を積層または巻回した発電要素を収納し密封した構成を有する扁平型電池を用いたモジュール構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の排ガスによる大気汚染が世界的な問題となっている中で、電気を動力源とする電気自動車やエンジンとモータを組み合わせて走行するハイブリッドカーが注目を集めており、これらに搭載する高エネルギー密度、高出力密度の電池の開発が産業上重要な位置を占めている。このような用途の電池の構成としては、巻回した発電要素を円筒型のケースに収納したものや、巻回した発電要素あるいは、平板状の電極、セパレータを積層した発電要素を扁平型のケースに収納した物がある。
【０００３】
これらの円筒型または扁平型のケースは強度もたせる必要があるため、金属容器で形成される必要がある。このため、軽量化が容易でないという課題があった。よって、電池の軽量化を図り、より高エネルギー密度化，高出力化を図る手段として、たとえば特開平11-224652に示されるようなラミネートフィルムを外装ケースとし、その周囲を熱融着によりシールすることにより密閉化した電池の構造が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような電池外装ケースにラミネートシートを用いた電池においては、ラミネートフィルムが剛性に乏しいため、外力を加えると容易に変形する。このような過剰な変形はその応力のため電池内部構造を破壊し、内部短絡の原因となる。また、電池外周部の熱融着部は特に変形しやすく、外力による変形や、電池の温度上昇による内圧の増加によりシール性が損なわれるおそれがあった。
【０００５】
更に、外装ケースにラミネートフィルムを用いた電池は、金属容器に比べ、電池ケース内に収納された発電要素を圧迫する能力に劣るため、正極板と負極板の距離が不均一になり発電能力が十分に発揮されにくいという課題があり、何らかの手段を施すことにより正極板および負極板間の距離を均一にする必要があった。
【０００６】
そこで、このような電池の変形、特に電池外周部の変形に対する工夫として、特開2000-306556号公報では電池外周部に枠体を結合したものを開示している。この従来技術では、電池外周部の変形に対する信頼性は保たれるが、電池外周部のみに枠体が接着されているため、正極板と負極板の距離が不均一となってしまい、その結果として電気自動車やハイブリッドカーに搭載した際に大電流放電性能が十分に発揮されないという問題があった。
【０００７】
本発明は上述のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、電池外装体に高分子−金属を複合したラミネートフィルムを用いた電池において、電池のシール性に対する信頼性を高め、大電流での充放電性能を確保できる電池モジュールを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み鋭意検討した結果、電池外装に用いる高分子−金属を複合したラミネートフィルムと、正極板，セパレータおよび負極板を積層または巻回した発電要素と、該発電要素から電流を送受するリード端子とから成り、該発電要素の外周部の一部又は全部を前記ラミネートフィルムにより被覆し、熱融着にて収納・密封する電池外装接合熱融着部を前記ラミネートフィルムの一部または全部に設けることで構成された扁平型電池と、前記扁平型電池を複数集合させた電池集合体と、前記扁平型電池の平面に対向する方向から前記電池集合体を狭持する一対の平板型支持体と、を備えた電池モジュールであって、前記平板型支持体の少なくとも一方に、前記複数の扁平型電池のリード端子を電気的に接続する電気伝導体を備えたリブ部を設け、該リブ部は前記平板型支持体を所定の間隔に保持し、かつ前記平板型支持体は前記電池集合体および前記リード端子を押圧、支持する電池モジュールにより達成されることを見出した。
【０００９】
【発明の作用及び効果】
請求項１ないし４記載の発明にあっては、電池集合体を狭持する平板型支持体にリブ部を設け、特に電池外装接合部に相当する箇所を狭持することで外装接合部分を圧迫することが可能となり、外力による変形や、電池の温度上昇による内圧の増加に対しても十分なシール性を確保することができる。また、複数の電池のリード端子部分を上記リブ部に設けた電気伝導体によって電気的に接続することで、バスバーなどの接続手段を用いることなく、単電池同士を電気的に接続することができる。更に、電池平面部に対して両側から挟み込む構成にしたことで、電池の変形や正極板と負極板の電極間不均一を生じることなく、充放電時の電流密度の分布を均一にすることが可能となり、大電流での充放電性能を確保することができる。
【００１０】
また、この電池モジュールは、電気自動車、ハイブリット自動車、燃料電池自動車の電源として、又は自動車用12V,42Vバッテリーとして用いることにより、信頼性の高い電気自動車、ハイブリット自動車、燃料電池自動車、一般自動車を提供できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明にかかる電池モジュールの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の電池モジュール２０内部を正面から見た概略図、図２は実施の形態１の電池モジュール２０を分解した斜視図である。
この電池モジュール２０は、平板型支持体２１により扁平型電池１を４直列に接続した状態で狭持、収装している。尚、実施の形態１では直列接続としたが、並列接続であっても何ら問題はない。
【００１３】
また、平板型支持体２１にはリブ状突起６が設けられている。このリブ状突起６の一部には各扁平型電池１の電極リード端子４，５を接続する電気伝導体７が設けられ、各扁平型電池１の電極リード４，５を接続している。
【００１４】
図中左端及び右端に位置する電極リード端子４，５からはリード線８により電池モジュール２０の端子９に接続されている。図１に示す、電極リード４，５とリード線８とは図５に示すように、ねじ８ａにより狭持することで接続されている。
【００１５】
次に偏平型電池１について詳述する。
偏平型電池１は、図３（ａ）に示すような高分子―金属を複合したラミネートフィルムからなる外装材２を、その周辺部を熱融着にて接合した熱融着部３により密閉されたもの、あるいは図３（ｂ）に示すような袋状にしたラミネートフィルムからなる外装材２の開口部を熱融着した熱融着部３により密閉されたものである。
【００１６】
この熱融着部３のうち1箇所から正極リード端子４、負極リード端子５を取り出す構造としたが、正，負極のリード端子４，５を取り出す個所は特に１箇所に限定されない。また電極リード端子４，５の材質は強度、加工性、電池に用いた材料と電池反応以外の反応を起こさないことを考えると、例えば、主な材質がAl，Cu，Ni，SUS，鉄，金，銀の中から選ばれることが望ましいが、特に限定されない。
【００１７】
また、扁平型電池１の電極にリチウムイオンを吸蔵、脱離できる正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離できる負極を用い、電解液はセパレータに非水電解液を染み込ませたもの、または固体電解質若しくはゲル電解質またはセパレータを含む固体電解質若しくはゲル電解質を用いたリチウムイオン電池、固体電解質電池またはゲル電解質電池において図３に示される構造にすることが好ましい。
【００１８】
更に、正極にはLiCoO2，LiMn2O4，LiNiO2を主材料とする正極活物質、負極にグラファイト、非晶質炭素であるハードカーボンを主材料とする負極を用いるとこが望ましいが、特に限定されない。
【００１９】
図４は実施の形態１である電池モジュール２０の側面から見た概略図である。電気伝導体７と、電池外装のラミネートの端部３との間には所定の間隔７ａが設けられている。
【００２０】
また、このリブ状突起６の電気伝導体７設置部６ａは、熱融着部３を押圧する部分よりも電極リード端子４，５側に凸状に形成されている。
【００２１】
次に作用を説明する。扁平型電池１集合体を挟持する平板型支持体２１にリブ状突起６を設けて、特に電池外装熱融着部３に相当する個所を狭持することで熱融着部３を圧迫することができ、外力による変形や、電池の温度上昇による内圧の増加に対しても十分なシール性を確保することができる。また、複数の扁平型電池１のリード端子４，５部分をリブ状突起６に設けた電気伝導体７によって電気的に接続することでバスバーなどの接続手段を用いることなく単電池同士を電気的に接続することができる。更に、扁平型電池平面部に対して平板型支持体２１により両側から挟み込む構成としたことで、電池の変形や正極板と負極板の電極間不均一を生じることなく、充放電時の電流密度の分布を均一にすることができ、大電流での充放電性能を確保できる（請求項１に相当）。
【００２２】
また、間隔７ａを設けたことで、ラミネート層に含まれる金属箔とリブ状の突起を介しての電池外部での短絡を防止することが可能となり、電池外装ラミネートの端部３に、短絡を防止するための特別な処理を施す必要がない（請求項２に相当）。
【００２３】
また、リブ状突起６の電気伝導体７設置部６ａは、熱融着部３を押圧する部分よりも電極リード端子４，５側に凸状に形成されたことで、電極リード端子４，５と電気伝導体７との接着性の向上を図ることが可能となり、大電流での充放電性能を確保できる（請求項３に相当）。
【００２４】
（実施の形態２）
図６は実施の形態２における電極リード端子４，５と電気伝導体７との接合部を側面から見た拡大図である。基本的構成は実施の形態１と同様であるため異なる点についてのみ説明する。
【００２５】
電気伝導体７と、電池外装のラミネートの端部３との間に所定の間隔７ａが設けられている。
【００２６】
また、実施の形態１ではリブ状突起６に凸形状が形成されていたが、図６に示すように本実施の形態２では、電気伝導体７を備えたリブ状突起６に対向する位置であって他方の平板型支持体２１に、電極リード端子４，５を電気伝導体に押圧する第２リブ部６ｂが設けられている。
【００２７】
次に作用を説明する。
第２リブ部６ｂを設けたことで、電極リード端子４，５の厚さが電池の熱融着部よりも薄い構造の電池においても、電池リード端子４，５と電気伝導体７とを確実に接触することが可能になり、接触抵抗を低減でき大電流での充放電が可能になる（請求項４に相当）。
【００２８】
（実施の形態３）
図７は実施の形態３の電池モジュール２０内部を正面から見た概略図、図８は実施の形態３の電池モジュール２０を分解した斜視図である。
【００２９】
基本的構成は実施の形態１と同様であるため、異なる点についてのみ説明する。電極リード端子４，５を設けた辺を除く電池外装接合部である熱融着部３が配置される位置の全てに固定用リブ部６ｃが設けられている。
【００３０】
次に作用を説明する。
固定用リブ部６ｃを設けたことで、モジュール化する際の単電池の位置を決めることが容易になり組み立て製を向上できる。尚、固定用リブ部６ｃの一部に空隙を設けてもよい。これにより、電池温度の上昇により万一電池内圧が増加した際、上記個所から電池内圧を開放することができる（請求項５に相当）。
【００３１】
（実施例）
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００３２】
（実施例1）
実施の形態１の扁平型電池を電池の両側から挟み込む構成にしたモジュールを用いた。電池を挟むための板に厚さ10ｍｍのアクリル樹脂を用い、電池のリード端子部分およびリード端子と電池の熱融着部分に相当する個所を挟み込む構造にしてある。
【００３３】
また、隣り合う電池のリード端子同士を結ぶようにリブ状の突起を配置し、この突起に電流を流すことができる電気伝導体を設けた。この電流を流すことができる電気伝導体は厚さ1ｍｍの銅を用いた。より確実に電気的接触を高めるように図４に示すように電気伝導体設置部は200μｍ高くした。モジュールの端子取り出しは、図５のように端子リードにねじでΦ8のリード線を用いて、モジュールの端子と接続した。
【００３４】
（実施例２）
実施の形態３と同様に電極リード端子を設けていない電池外周の熱融着部も押さえる構造とし、その他については実施例１と同様にした。
【００３５】
どちらの実施例についても、良好な電池モジュールを得ることができた。
以上の説明からも明らかなように、本発明の電池モジュールは、電池外装にラミネートフィルムを用いた電池において、電池のシール性に対する信頼性を高め、電池同士の接続を簡便化し、大電流での充放電性能を確保できる電池モジュールとしたことで、その工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の電池モジュール内部を正面から見た概略図である。
【図２】実施の形態１の電池モジュールを分解した斜視図である。
【図３】実施の形態の扁平型電池を表す斜視図である。
【図４】実施の形態１の電池モジュールの内部を側面から見た概略図である。
【図５】実施の形態１の電池モジュールのリード端子とリード線の接合部付近の拡大図である。
【図６】実施の形態２の電池モジュール内部のリブ状突起付近を表す概略図である。
【図７】実施の形態３の電池モジュール内部を正面から見た概略図である。
【図８】実施の形態３の電池モジュール内部を分解した斜視図である。
【符号の説明】
１ 扁平型電池
３ 熱融着部（電池外周接合部）
４，５ 電極リード端子
６ リブ状突起（リブ部）
６ａ 電気伝導体設置部
６ｂ 第２リブ部
６ｃ 固定用リブ部
７ 電気伝導体
８ リード線
８ａ ねじ
９ 端子
２０ 電池モジュール
２１ 平板型支持体

Claims (5)

  1. 電池外装に用いる高分子−金属を複合したラミネートフィルムと、正極板，セパレータおよび負極板を積層または巻回した発電要素と、該発電要素から電流を送受するリード端子とから成り、該発電要素の外周部の一部又は全部を前記ラミネートフィルムにより被覆し、熱融着にて収納・密封する電池外装接合熱融着部を前記ラミネートフィルムの一部または全部に設けることで構成された扁平型電池と、
    前記扁平型電池を複数集合させた電池集合体と、
    前記扁平型電池の平面に対向する方向から前記電池集合体を狭持する一対の平板型支持体と、
    を備えた電池モジュールであって、
    前記平板型支持体の少なくとも一方に、前記複数の扁平型電池のリード端子を電気的に接続する電気伝導体を備えたリブ部を設け、該リブ部は前記平板型支持体を所定の間隔に保持し、かつ前記平板型支持体は前記電池集合体および前記リード端子を押圧、支持することを特徴とする電池モジュール。
  2. 請求項１に記載の電池モジュールにおいて、前記電気伝導体と、前記電池外装接合部の間に、所定の間隔を保持したことを特徴とする電池モジュール。
  3. 請求項１または２に記載の電池モジュールにおいて、前記リブ部の電気伝導体設置部は、前記電池外装接合部を押圧する部分よりもリード端子側に高くされていることを特徴とする電池モジュール。
  4. 請求項１ないし３いずれか１つに記載の電池モジュールにおいて、一方の平板型支持体に設けられ、前記電気伝導体を備えたリブ部に対向する位置であって他方の平板型支持体に、前記リード端子を前記電気伝導体に押圧する第２リブ部を設けたことを特徴とする電池モジュール。
  5. 請求項１ないし４いずれか１つに記載の電池モジュールにおいて、前記リード端子を設けた辺を除く電池外装接合部が配置される位置の一部または全部に固定用リブ部を設けたことを特徴とする電池モジュール。
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