JP5470918B2

JP5470918B2 - 扁平型電池

Info

Publication number: JP5470918B2
Application number: JP2009051552A
Authority: JP
Inventors: 元高山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-03-05
Also published as: JP2010205632A

Description

本発明は、扁平型電池に関する。

周知のように、扁平型電池は、発電要素と、発電要素を封止する外装材と、発電要素に電気的に接続され外装材から外部に引き出された正負の電極と、を有している。扁平型電池を複数個積層し電気的に接続するために、電極形状を異ならせる場合がある。種々の形状の電極を形成し得る大きさを有するタブに対して、金型によって打ち抜くトリミング加工を施すことによって、形状が異なる電極を形成する技術が知られている（特許文献１を参照）。

特開２００８−１６８３４０（図６を参照）

種々の電極形状を打ち抜くためには、電極として使わない部分をも含めてタブの大きさを決めなければならない。このため、タブを打ち抜いてスクラップとなる部分が比較的大きくなり、材料費の増加を招く虞がある。

そこで、本発明の目的は、材料費の増加を抑えつつ異なる形状の電極を形成し得る扁平型電池を提供することにある。

本発明の扁平型電池は、発電要素と、発電要素を封止する外装材と、発電要素に電気的に接続され外装材から突出して伸び、正負の電極の少なくとも一方の電極を形成するために用いる複数個の第１のタブ片と、を有している。そして、少なくとも一方の電極は、複数個の第１のタブ片のうち少なくとも１個を選択的に切断除去することによって、電極形状を選択自在となっている。さらに、複数個の第１のタブ片は、それぞれが独立して発電要素に電気的に接続されている。

本発明によれば、複数個の第１のタブ片のうち切断除去する第１のタブ片を選択することによって、電極の形状を選択することができる。第１のタブ片を切断除去して異なる形状の電極を形成する形態であるので、第１のタブ片同士の間には材料がなく、打ち抜く形態に比べてスクラップとなる部分が比較的小さく、材料費の増大を抑えることができる。もって、材料費の増加を抑えつつ異なる形状の電極を形成し得る扁平型電池を提供することが可能となる。

扁平型電池を含む電池モジュールを示す分解斜視図である。扁平型電池を示す斜視図である。図３（Ａ）は、タブ片を切断除去する前の扁平型電池を示す平面図、図３（Ｂ）は、一部のタブ片を切断除去して電極の形状を選択した扁平型電池を示す平面図である。変形例に係る扁平型電池を示す平面図である。図５（Ａ）は、対比例に係る扁平型電池をトリミング加工前の状態において示す平面図、図５（Ｂ）は、対比例に係る扁平型電池をトリミング加工後の状態において示す平面図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。

自動車や電車などの車両に搭載される車載電池は、図１に示される電池モジュール１０を任意の個数直並列に接続した組電池を有している。電池モジュール１０は、組電池を組み立てる単位ユニットを成している。電池モジュール１０は、電気的に接続された複数枚（例えば８枚）の扁平型電池２０を含むセルユニット１２を、ケース１３内に収納している。

ケース１３は、開口部１４ａが形成された箱形状を成すロアケース１４と、開口部１４ａを閉じる蓋体を成すアッパーケース１５とから形成してある。アッパーケース１５の縁部１５ａは、カシメ加工によって、ロアケース１４の周壁１４ｂの縁部１４ｃに巻き締めている。ロアケース１４およびアッパーケース１５は、比較的薄肉の鋼板またはアルミ板から形成し、プレス加工によって所定形状を付与している。

セルユニット１２は、扁平型電池２０の電極を保持するために用いられる絶縁スペーサ１６と、正負の出力端子１７、１８とを含んでいる。正負の出力端子１７、１８は、ロアケース１４の周壁１４ｂの一部に形成した切り欠き部１４ｄ、１４ｅを通してケース１３から外部に導出している。図中符号１９は、電圧を検出するための端子２５（図２を参照）に接続されるコネクタ（図示せず）を差し込む差込口を示している。この差込口１９も、周壁１４ｂの一部に形成した切り欠き部１４ｆを通してケース１３の外部に露出する。

図２を参照して、扁平型電池２０は、例えば、扁平なリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は小型かつ高性能であることから、組電池の小型化やスペース効率の向上を図ることができ、組電池の高性能（高出力および長寿命）化を図る上でも好ましい。

扁平型電池２０は、発電要素２１と、発電要素２１を封止する外装材２２と、発電要素２１に電気的に接続され外装材２２から外部に引き出された正負の電極２３、２４と、を有している。発電要素２１は、例えば、正極板、負極板およびセパレータを順に積層した積層構造を有している。外装材２２は、可撓性を有する一対のラミネートフィルムなどから形成している。正負の電極２３、２４は、扁平型電池２０の長手方向の両側に延びている。積層型の発電要素２１を備える扁平型電池２０にあっては、電極板間の距離を均一に保って電池性能の維持を図るために、発電要素２１に圧力を掛けて押さえる必要がある。このため、扁平型電池２０は、発電要素２１が押さえつけられるようにケース１３に収納している。

図３（Ａ）（Ｂ）を参照して、扁平型電池２０は、発電要素２１に電気的に接続されて外装材２２から突出して伸び、正負の電極２３、２４を形成するために用いる複数個の第１のタブ片３１、３２、３３、３４を有している。そして、正負の電極２３、２４は、複数個の第１のタブ片３１、３２、３３、３４のうち少なくとも１個を選択的に切断除去することによって、電極形状を選択自在である。図示例にあっては、発電要素２１の正極側に２個の第１のタブ片３１、３２を、負極側に２個の第１のタブ片３３、３４を設けている。

扁平型電池２０はさらに、発電要素２１に電気的に接続されて外装材２２から突出して伸び、電圧を検出するための端子２５（以下、電圧検出端子２５）を形成するために用いる複数個の第２のタブ片４１、４２を有している。そして、電圧検出端子２５は、複数個の第２のタブ片４１、４２のうち少なくとも１個を選択的に切断除去することによって、端子形状を選択自在である。図示例にあっては、発電要素２１の負極側に、２個の第２のタブ片４１、４２を設けている。電圧検出端子２５は、直接または補強のために接合された端子板を介して、セルユニット１２の差込口１９に差し込まれたコネクタと電気的に接続する。

発電要素２１の正極側において、２個の第１のタブ片３１、３２のうち切断除去する第１のタブ片として、例えば、図３（Ａ）において上側の第１のタブ片３１を選択したとする。この場合には、正極電極２３の形状は、図３（Ｂ）に示すように、平面視で図中下側の位置において１つの第１のタブ片３２のみが突出した形状となる。これとは逆に、図３（Ａ）において下側の第１のタブ片３２を切断除去する場合には、正極電極２３の形状は、平面視で図中上側の位置において１つの第１のタブ片３１のみが突出した形状となる。

発電要素２１の負極側において、２個の第２のタブ片４１、４２は、２個の第１のタブ片３３、３４よりも内方に位置するように配置している。負極側の２個の第１のタブ片３３、３４は、正極側の２個の第１のタブ片３１、３２に対して対称な位置に設けている。２個の第１のタブ片３３、３４のうち切断除去する第１のタブ片として、例えば、図３（Ａ）において下側の第１のタブ片３４を選択したとする。この場合には、負極電極２４の形状は、図３（Ｂ）に示すように、平面視で図中上側の位置において１つの第１のタブ片３３のみが突出した形状となる。これとは逆に、図３（Ａ）において上側の第１のタブ片３３を切断除去する場合には、負極電極２４の形状は、平面視で図中下側の位置において１つの第１のタブ片３４のみが突出した形状となる。

発電要素２１の負極側において、２個の第２のタブ片４１、４２のうち切断除去する第２のタブ片として、例えば、図３（Ａ）において上側の第２のタブ片４１を選択したとする。この場合には、電圧検出端子２５の形状は、図３（Ｂ）に示すように、平面視で図中下側の位置において１つの第２のタブ片４２のみが突出した形状となる。これとは逆に、図３（Ａ）において下側の第２のタブ片４２を切断除去する場合には、電圧検出端子２５の形状は、平面視で図中上側の位置において１つの第２のタブ片４１のみが突出した形状となる。

第１と第２のタブ片３１、３２、３３、３４、４１、４２の切断除去には、裁断型５０を用いる。裁断型５０には、打ち抜き型に比較して簡素な形状の金型を適用することができる。裁断型５０によって、第１と第２のタブ片３１、３２、３３、３４、４１、４２のうち、外装材２２から突出して伸びた部分を切断除去する。外装材２２に可能な限り近接した部分において第１と第２のタブ片３１、３２、３３、３４、４１、４２を切断除去することが好ましい。他の扁平型電池２０における第１と第２のタブ片３１、３２、３３、３４、４１、４２との電気的な接触を防止する措置、例えば、絶縁スペーサ１６によって電極２３、２４を挟持するときに切断除去後の部位を覆い隠して絶縁する措置などを簡単に施すことができるからである。

図３（Ａ）を参照して、正極側において、複数個の第１のタブ片３１、３２は、外装材２２内に配置される基端部３５を介して一体的に接続されている。負極側において、複数個の第１のタブ片３３、３４と、複数個の第２のタブ片４１、４２とは、外装材２２内に配置される基端部３６を介して一体的に接続されている。正極側においては複数個の第１のタブ片３１、３２を一体的に取り扱うことができ、負極側においては複数個の第１と第２のタブ片３３、３４、４１、４２を一体的に取り扱うことができることから、扁平型電池２０を組み立てるときに複数個のタブ片３１、３２、３３、３４、４１、４２のセットが簡単になる。

次に、本実施形態の作用を説明する。

図３（Ａ）（Ｂ）を参照して、正極側においては、裁断型５０によって第１のタブ片３１を切断除去する。正極電極２３の形状は、平面視で図中下側の位置において１つの第１のタブ片３２のみが突出した形状となる。負極側においては、裁断型５０によって第１のタブ片３４を切断除去する。負極電極２４の形状は、平面視で図中上側の位置において１つの第１のタブ片３３のみが突出した形状となる。また、裁断型５０によって第２のタブ片４１を切断除去する。電圧検出端子２５の形状は、平面視で図中下側の位置において１つの第２のタブ片４２のみが突出した形状となる。

図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、対比例に係る扁平型電池１００においては、種々の形状の電極を形成し得る大きさを有するタブ１０１に対して、打ち抜き型１０２によってトリミング加工を施して、形状が異なる電極１０３、１０４を形成している。種々の電極形状を打ち抜くためには、電極として使わない部分をも含めてタブ１０１の大きさを決めなければならないので、スクラップとなる部分１０５が比較的大きく、材料費の増大を招いてしまう。

また、電極の角部１０３ａ、１０４ａの形状を打ち抜くために、打ち抜き型１０２に抜きアール部１０２ａを形成しなければならず、金型の形成が煩雑なものとなる。このため、型費の増加を招く虞がある。アール形状が付与された角部１０３ａ、１０４ａは、バリが発生し易いという問題もある。角部１０３ａ、１０４ａは段差形状を有しているので、他の扁平型電池２０の電極と超音波接合するときに応力が集中し、クラックが生じ易いという問題もある。

これに対して本実施形態にあっては、複数個の第１のタブ片３１、３２、３３、３４のうち切断除去する第１のタブ片３１、３４を選択することによって、電極２３、２４の形状を選択することができる。第１のタブ片３１か３２、３３か３４を切断除去して異なる形状の電極２３、２４を形成する形態であるので、第１のタブ片３１、３２同士の間、第１のタブ片３３、３４同士の間には材料がなく、打ち抜く形態に比べてスクラップとなる部分３７が比較的小さく、材料費の増大を抑えることができる。

また、複数個の第２のタブ片４１、４２のうち切断除去する第２のタブ片４１を選択することによって、電圧検出端子２５の形状を選択することができる。第２のタブ片４１か４２を切断除去して異なる形状の電圧検出端子２５を形成する形態であるので、第２のタブ片４１、４２同士の間には材料がなく、打ち抜く形態に比べてスクラップとなる部分４３が比較的小さく、材料費の増大を抑えることができる。

また、第１のタブ片３１か３２、３３か３４、第２のタブ片４１か４２を切断除去して異なる形状の電極２３、２４や電圧検出端子２５を形成する形態であるので、打ち抜く場合に比較して簡素な形状の裁断型５０を適用することができる。したがって、型費の増加を抑え、ひいては扁平型電池２０の費用の増加を抑えることができる。

電極２３、２４や電圧検出端子２５の形状を形成するときには、電極２３、２４として用いる第１のタブ片３２、３３や電圧検出端子２５として用いる第２のタブ片４２には、裁断や打ち抜きなどの加工を施していない。このため、電極２３、２４や電圧検出端子２５として用いる第１と第２のタブ片３２、３３、４２にバリが発生するという事態を根本的になくすことができる。バリ除去作業が不要となり、製造手順を簡素にでき、製造コストの低減に寄与できる。

第１と第２のタブ片３２、３３、４２は段差のない矩形形状であるので、超音波接合時の応力が特定箇所に集中する形状とならず、クラックが生じ難いという利点もある。

以上説明したように、本実施形態の扁平型電池２０にあっては、発電要素２１と、発電要素２１を封止する外装材２２と、発電要素２１に電気的に接続されて外装材２２から突出して伸び、正負の電極２３、２４を形成するために用いる複数個の第１のタブ片３１、３２、３３、３４と、を有し、電極２３、２４は、複数個の第１のタブ片３１、３２、３３、３４のうち少なくとも１個を選択的に切断除去することによって、電極形状を選択自在である。このように複数個の第１のタブ片３１、３２、３３、３４のうち切断除去する第１のタブ片を選択することによって、電極２３、２４の形状を選択することができる。第１のタブ片３１（３２）、３３（３４）を切断除去して異なる形状の電極２３、２４を形成する形態であるので、第１のタブ片３１と３２、３３と３４同士の間には材料がなく、打ち抜く形態に比べてスクラップとなる部分３７が比較的小さく、材料費の増大を抑えることができる。もって、材料費の増加を抑えつつ異なる形状の電極２３、２４を形成し得る扁平型電池２０を提供することが可能となる。

また、打ち抜く場合に比較して簡素な形状の金型（裁断型５０）を適用できるので、型費の増加を抑えて、扁平型電池２０の費用の増加を抑えることができる。

電極２３、２４として用いる第１のタブ片３１（３２）、３３（３４）には、裁断や打ち抜きなどの加工を施さないので、第１のタブ片３１（３２）、３３（３４）にバリが発生するという事態を根本的になくすことができ、製造手順を簡素にでき、製造コストの低減に寄与できる。

扁平型電池２０にあっては、発電要素２１に電気的に接続されて外装材２２から突出して伸び、電圧検出端子２５を形成するために用いる複数個の第２のタブ片４１、４２をさらに有し、電圧検出端子２５は、複数個の第２のタブ片４１、４２のうち少なくとも１個を選択的に切断除去することによって、端子形状を選択自在である。このように複数個の第２のタブ片４１、４２のうち切断除去する第２のタブ片を選択することによって、電圧検出端子２５の形状を選択することができる。第２のタブ片４１（４２）を切断除去して異なる形状の電圧検出端子２５を形成する形態であるので、第２のタブ片４１と４２同士の間には材料がなく、打ち抜く形態に比べてスクラップとなる部分４３が比較的小さく、材料費の増大を抑えることができる。もって、材料費の増加を抑えつつ異なる形状の電圧検出端子２５を形成し得る扁平型電池２０を提供することが可能となる。

電圧検出端子２５として用いる第２のタブ片４１（４２）には、裁断や打ち抜きなどの加工を施さないので、第２のタブ片４１（４２）にバリが発生するという事態を根本的になくすことができ、製造手順を簡素にでき、製造コストの低減に寄与できる。

正極側において、複数個の第１のタブ片３１、３２は、外装材２２内に配置される基端部３５を介して一体的に接続され、負極側において、複数個の第１のタブ片３３、３４と、複数個の第２のタブ片４１、４２とは、外装材２２内に配置される基端部３６を介して一体的に接続されている。正極側においては複数個の第１のタブ片３１、３２を一体的に取り扱うことができ、負極側においては複数個の第１と第２のタブ片３３、３４、４１、４２を一体的に取り扱うことができることから、扁平型電池２０を組み立てるときに複数個のタブ片のセットが簡単になる。

なお、実施形態では、第１と第２のタブ片３１、３２、３３、３４、４１、４２は段差のない矩形形状であるので、超音波接合時などにおいてクラックが生じ難くなる。

（変形例）
図４を参照して、変形例においては、複数個の第１と第２のタブ片３１、３２、３３、３４、４１、４２は、それぞれが独立して発電要素２１に電気的に接続されている。かかる構成によれば、上述した基端部３５、３６を備える場合に比較して、第１と第２のタブ片３１、３２、３３、３４、４１、４２の構成材料の使用量をさらに減らすことができ、材料費の増大をより一層抑えることができる。もって、材料費の増加をより一層抑えつつ異なる形状の電極２３、２４や電圧検出端子２５を形成し得る扁平型電池２０を提供することが可能となる。

なお、正極側および負極側の両方に複数個の第１のタブ片３１、３２、３３、３４を設けているが、本発明は、この場合に限定されない。正負の電極２３、２４の少なくとも一方の電極２３（２４）に適用すれば足りる。したがって、一方の電極２３（２４）を形状を固定したものとし、他方の電極２４（２３）の形状を選択自在とした扁平型電池は本発明の範囲に含まれる。

また、負極側において、第１と第２のタブ片３３、３４、４１、４２を基端部３６を介して一体的に接続した形態を示したが、この場合に限定されない。例えば、複数個の第１のタブ片３３、３４を一体的に接続し、これとは別体に、複数個の第２のタブ片４１、４２を一体的に接続してもよい。

負極側に代えて正極側に複数個の第２のタブ片４１、４２を設けて、正極側に電圧検出端子２５を配置してもよい。さらに、第２のタブ片４１、４２は、正負の電極２３、２４を設けた辺に対して直交する辺（図３（Ａ）において左右に伸びる長辺）に配置することもできる。

第１と第２のタブ片３１、３２、３３、３４、４１、４２のそれぞれの個数は適宜変更でき、３個以上の場合における切断除去する第１と第２のタブ片の個数も適宜変更でき、電極形状のパターン数や、端子形状のパターン数は３パターン以上に適宜変更できることは言うまでもない。

第１と第２のタブ片３１、３２、３３、３４、４１、４２が同じ形状、同じ大きさの形態を示したが、この場合に限定されない。第１のタブ片３１、３２、３３、３４と第２のタブ片４１、４２との間で、形状および／または大きさを異ならせてもよいし、第１のタブ片３１、３２、３３、３４の中でも、形状および／または大きさを異ならせてもよく、何らの制限もない。

１つの電極２３、２４を１個の第１のタブ片３２、３３から構成し、１つの電圧検出端子２５を１個の第２のタブ片４２から構成した形態を示したが、この場合に限定されない。例えば、隣接する複数個の第１のタブ片から１つの電極２３（２４）を構成したり、隣接する複数個の第２のタブ片から電圧検出端子２５を構成したりしてもよい。

１０電池モジュール、
２０扁平型電池、
２１発電要素、
２２外装材、
２３正極、
２４負極、
２５電圧検出端子（電圧を検出するための端子）、
３１、３２、３３、３４第１のタブ片、
３５、３６基端部、
３７スクラップとなる部分、
４１、４２第２のタブ片、
４３スクラップとなる部分、
５０裁断型（金型）。

Claims

発電要素と、
前記発電要素を封止する外装材と、
前記発電要素に電気的に接続されて前記外装材から突出して伸び、正負の電極の少なく
とも一方の電極を形成するために用いる複数個の第１のタブ片と、を有し、
前記少なくとも一方の電極は、前記複数個の第１のタブ片のうち少なくとも１個を選択
的に切断除去することによって、電極形状を選択自在であり、
前記複数個の第１のタブ片は、それぞれが独立して前記発電要素に電気的に接続されている扁平型電池。
前記発電要素に電気的に接続されて前記外装材から突出して伸び、電圧を検出するための端子を形成するために用いる複数個の第２のタブ片をさらに有し、
前記端子は、前記複数個の第２のタブ片のうち少なくとも１個を選択的に切断除去することによって、端子形状を選択自在であり、
前記複数個の第２のタブ片は、それぞれが独立して前記発電要素に電気的に接続されている請求項１に記載の扁平型電池。