JP5741692B2 - 電池 - Google Patents

Description

この発明は、正極部材と負極部材とをセパレータを介して互いに対向するように積層してなる積層体と、電解液とを含む電池要素が外装体内に収納され、正極リード端子および負極リード端子が外部に引き出された構造を有する電池に関し、詳しくは、当該電池を他の部材に固定するための支持部材を備えた電池に関する。

近年、携帯電話、携帯用パーソナルコンピュータなどの携帯用電子機器の電源としてリチウムイオン二次電池などに代表される二次電池が広く用いられるようになっている。

ところで、このような二次電池（以下、単に「電池」ともいう）としては、セパレータを介して複数の正極部材と負極部材とが積層された積層体および電解液を外装体（筐体）内に収納するとともに、正極部材および負極部材と導通する正極リード端子および負極リード端子を、外装体から外部に引き出した構造のものが広く用いられている。

そのような電池の１つに、当該電池を他の部材に固定するための支持部材を備えた電池が知られている。なお、電池を他の部材に固定する際に、正極リード端子および負極リード端子以外に支持部材が必要であるのは、正・負極リード端子を利用して電池を保持するようにした場合、振動などの外部応力が加わった際に、正極リード端子および負極リード端子と、電池要素を構成する正極部材および負極部材とを接続する集電体（集電箔）との接合部が破損しやすくなるためである。

このような支持部材を備えた電池として、図１０に示すように、正極リード端子５６ａおよび負極リード端子５６ｂが、外装体（アルミニウムなどの金属層と熱可塑性樹脂層とが積層されたラミネートシートからなる外装体）５５から外部に引き出されているとともに、外装体５５の、正極リード端子５６ａおよび負極リード端子５６ｂが引き出された辺と直交する一対の辺５５ａ，５５ｂが、円筒状の支持部材５７ａ，５７ｂに巻き付けられて固定された構造を有する電池５０が提案されている（特許文献１参照）。

そして、この電池５０においては、外装体５５の一対の辺５５ａ，５５ｂが、支持部材５７ａ，５７ｂに巻きつけられて固定されていることから、高い耐振動性および耐衝撃性を有するともに、電池５０の幅方向の大きさを縮小することができるとされている。

また、従来の電池の他の例として、図１１に示すような電池（単位電池）６０が提案されている（特許文献２参照）。
この電池６０は、電池要素６１を収容する、上下両側の一対のラミネートシートからなる外装体６４と、電池６０を他の部材に固定するために用いられる固定箇所６５ａ，６６ａが形成された固定箇所形成部材６５，６６と、上下両側のラミネートシートの周囲の少なくとも一部にて固定箇所形成部材６５、６６の一部が、上下ラミネートシート間に介在するように配置された状態で、一対のラミネートシートの周縁部が熱溶着された接合部６４ａとを備えている。なお、外装体６４の固定箇所形成部材６５，６６が保持されていない辺からは、正極リード端子６７および負極リード端子６８が外部に引き出されている。

また、特許文献２には、図１２に示すように、外装体６４の、電池要素６１が収容されている収容空間６９の内部から接合部６４ａを経て、固定箇所形成部材６６を外部に引き出した構造のものも提案されている。

このような構成を備えた特許文献２の電池（単位電池）においては、電池の固定や位置決めなどを容易に行うことが可能になり、作業性を向上させることができるとされている。

しかしながら、上記特許文献１の電池の場合、外装体を構成するラミネートシートとして、アルミニウムなどの金属層の両主面側に、熱可塑性樹脂層が積層されたラミネートシートが用いられており（特許文献１，段落００３９）、このようなラミネートシートの場合、外装体５５の外側になる樹脂層は金属層などの保護層としての機能に着目され、特に接着性が考慮されていない場合が多く、支持部材５７ａ，５７ｂに巻き付けられた部分が、支持部材５７ａ，５７ｂから外れてしまい、モジュール構造が崩れるおそれがある。

また、上記特許文献２の電池の場合には、固定箇所形成部材６５，６６の一部が電池要素６１の収容空間６９内に入り込んでおり、電池要素、特に電解液と固定箇所形成部材６５，６６が接触した状態にあるため、電解液と固定箇所形成部材６５，６６が反応して電解液の劣化が生じるおそれがある。また、固定箇所形成部材６５，６６が接合部６４ａにより保持されているので外装体６４の封止性が悪くなることにより、水が電池内に浸入し、電池特性の低下を引き起こす可能性があるという問題点がある。

特開２０１０−２１８７５６号公報 特開２０１０−６７４２２号公報

本発明は、上記課題を解決するものであり、例えば、複数個の電池（単位電池）を組み合わせてセルを組む際などにおいて、固定部や掴み部として機能する支持部材を備えた電池であって、支持部材が、電池特性の低下を招くおそれがないような態様で外装体に確実に、かつ、位置精度よく保持された信頼性の高い電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電池は、
正極部材と負極部材とがセパレータを介して互いに対向するように積層された積層体と、電解質とを含む電池要素が、樹脂からなる外側の保護層と、金属からなる中間のガスバリア層と、樹脂からなる内側の接着層とを積層して一体化したラミネートシートを、前記接着層どうしが互いに対向するように配設して周縁部を接合することにより形成された外装体の内部に収容され、かつ、前記正極部材と導通する正極リード端子と、前記負極部材と導通する負極リード端子とが、前記外装体の外部に引き出された構造を有する電池であって、
当該電池を他の部材に固定するための支持部材を備えているとともに、
前記支持部材は、前記電池要素が収容された領域とは離間された領域において、前記一対のラミネートシート間に挟まれた状態で、前記接着層どうしが接合された接合部に保持されており、かつ、
前記支持部材は、少なくとも一部が前記外装体から外部に突出しているとともに、曲折部を備えた形状を有しており、前記曲折部が、前記接合部に位置していること
を特徴としている。

本発明の電池においては、前記支持部材の一部が前記接合部を貫通しており、かつ、前記支持部材の先端が前記外装体から外部に突出していることが好ましい。

また、前記外装体の平面形状が方形であって、前記支持部材の前記先端が、前記外装体の互いに異なる辺から外部に突出していることが好ましい。

また、前記支持部材を複数個備えていることが好ましい。

本発明の電池においては、支持部材が、電池要素が収容された領域とは離間された領域において、一対のラミネートシート間に挟まれた状態で、接着層どうしが接合された接合部に保持されるようにしているので、支持部材が電池要素と接することがなく、支持部材を設けない電池と同様の電池特性を確実に得ることが可能になる。
すなわち、支持部材は、電池要素が収容された領域とは離間された領域において、接着層どうしの接合部に保持されているので、支持部材が電解質などに接触することによる電解質の劣化を招くおそれがなく、また、支持部材を保持させることによる外装体の封止性の低下や、それに起因する電池内への水分などの浸入による電池特性の低下を引き起こすおそれのない、信頼性の高い電池を得ることができる。
また、支持部材が接合部に保持、固定されているので、支持部材が脱落しにくく、信頼性の高い電池を得ることができる。
なお、本発明の電池においては、少なくとも一部が外装体から外部に突出しているので、この支持部材を介して電池を他の部材に確実に固定することができるという基本的な効果を得ることができる。

また、支持部材が曲折部を備え、その曲折部が接合部に位置するようにしているので、支持部材を接合部により強固に結合させることが可能になり、さらに確実に支持部材を脱落しにくくして、信頼性を向上させることができる。

また、支持部材の一部が接合部を貫通し、かつ、支持部材の先端が外装体から外部に突出する構成とした場合には、さらに支持部材を脱落しにくくすることが可能になり、信頼性を向上させることができる。

また、支持部材の両端側部分を、正極リード端子および前記負極リード端子が引き出された辺とは異なる辺から外部に突出させるようにした場合、外装体の封止性が損なわれることを防止することが可能になり、本発明をより実効あらしめることができる。

また、本発明においては、前記支持部材を複数個備えた構成とすることにより、支持部材を介しての電池を支持した場合における支持信頼性や、支持位置精度が高まり、モジュールの寸法精度も向上する。

本発明の一実施例にかかる電池を示す平面図である。 本発明の実施例にかかる電池の要部断面図である。 本発明の実施例にかかる電池の外装体を構成するラミネートシートの構造を示す図である。 本発明の実施例にかかる電池の変形例を示す平面図である。 本発明の実施例にかかる電池の他の変形例を示す平面図である。 本発明の実施例にかかる電池のさらに他の変形例を示す平面図である。 本発明の実施例にかかる電池のさらに他の変形例を示す平面図である。 図７の電池の支持部材の取り付け構造を示す図である。 本発明の実施例にかかる電池のさらに他の変形例を示す平面図である。 従来の電池を示す斜視図である。 従来の他の電池を示す斜視図である。 従来のさらに他の電池の要部を示す平面図である。

以下に本発明の実施例を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

図１は本発明の一実施例にかかる電池（リチウムイオン二次電池）（単位電池）を示す平面図、図２は要部を断面として示す正面要部断面図である。
この実施例の電池（リチウムイオン二次電池）（単位電池）１は、正極部材と負極部材とをセパレータを介して互いに対向するように積層してなる積層体と、電解質としての電解液とを含む電池要素１１と、電池要素１１の正極部材および負極部材（特に図示せず）のそれぞれに電気的に接続された正極リード端子１２および負極リード端子１３と、上記電池要素１１を収容する、平面形状が略長方形の外装体１４とを備えており、正極リード端子１２および負極リード端子１３は外装体１４の１つの辺から外部に引き出されている。

外装体１４は、図３に示すように、樹脂（この実施例ではポリアミド系樹脂）からなる外側の保護層１５と、金属（この実施例ではアルミニウム）からなる中間のガスバリア層１６と、樹脂（この実施例ではポリプロピレン樹脂）からなる内側の接着層１７とを積層して一体化したラミネートシート１４ａ，１４ｂを用いて形成されている。すなわち、外装体１４は、一対のラミネートシート１４ａ，１４ｂを、接着層１７どうしが互いに対向するように配設した後、一対のラミネートシート１４ａ，１４ｂの周縁部を熱溶着により接合されて形成されている。なお、この実施例では、ラミネートシート１４ａ，１４ｂとして、電池要素１１を収容する収容空間３０（図２）を形成するために、絞り加工を施したものが用いられている。

なお、本発明において、一対のラミネートシートを接合することにより形成された外装体は、別体として形成された２枚のラミネートシートを接合することにより形成されている場合と、１枚のラミネートシートを折り曲げることにより形成される一対の領域を互いに対向させて接合することにより形成されている場合の両方を含んでいる。

なお、ラミネートシート１４ａ，１４ｂの接着層１７としては、ポリプロピレン樹脂に代えて、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂を用いることも可能である。

そして、この電池１は、さらに、当該電池１を他の部材に固定するための支持部材２０を備えている。支持部材２０は、その中央部２０ｃが、電池要素１１の収容された領域Ａとは離間された領域Ｂにおいて、図１および図２に示すように、接着層１７どうしが接合された接合部１８に、ラミネートシート１４ａ，１４ｂに挟まれた状態で保持、固定されている。また、支持部材２０の両端部２０ａ，２０ｂは、外装体１４から外部に突出しており、この両端部２０ａ，２０ｂが、電池１を他の部材に固定するための支持部として機能する。

すなわち、この実施例の電池１においては、支持部材２０の一部（中央部２０ｃ）が接合部１８を貫通しているとともに、貫通している部分（中央部２０ｃ）の両端側部分（両端部）２０ａ，２０ｂが外装体１４から外部に突出している。

この実施例では、支持部材２０として、ポリプロピレン樹脂からなる板状部材を用いている。ただし、支持部材２０としては、板状に限らず、角棒状や角筒状、あるいは、丸棒状や円筒状のものなど種々の構造のものを用いることができる。

また、支持部材２０の構成材料としては、ポリプロピレン樹脂以外の樹脂や、アルミニウムなどの金属、あるいはそれらの複合材料など、支持部材２０として備えるべき特性（剛性、機械的強度など）を供えた種々の材料を用いることが可能である。

次に、この実施例の電池１を製造する方法について、図１〜図３を参照しつつ説明する。
(１)まず、正極部材と負極部材とをセパレータを介して互いに対向するように積層してなる積層体と、電解液とを含む電池要素１１と、この電池要素１１を収容するための凹部を絞り加工により形成した一対のラミネートシート１４ａ，１４ｂとを用意する。

(２)それから、電池要素１１が、一対のラミネートシート１４ａ，１４ｂにより形成される収容空間３０に位置するように、電池要素１１、一対のラミネートシート１４ａ，１４ｂを配置し、ラミネートシート１４ａ，１４ｂの周縁部（４辺）を熱溶着により接合して、電池要素１１を外装体１４の内部空間に封止する。このとき、正極リード端子１２および負極リード端子１３が外装体１４の一つの辺側の接合部１８から外部に引き出されるようにする。

(３)それから、外装体１４の、正極リード端子１２および負極リード端子１３が引き出された辺とは逆側に位置する辺の接合部１８の余剰部に、支持部材２０を配置した後、熱溶着により、支持部材２０とラミネートシート１４ａ，１４ｂを接合する。なお、接合部１８の余剰部に、支持部材２０を配置するにあたっては、具体的には、例えば、ラミネートシート１４ａ，１４ｂの接合部１８より外側の、上記(２)の工程で周縁部（４辺）を接合した段階ではまだ接合していない領域（余剰部）において、支持部材２０の中央部２０ｃをラミネートシート１４ａ，１４ｂ間に挟み込み、その後、上述のように熱溶着により接合を行う。

これにより、図１〜３に示すように、支持部材２０の中央部２０ｃが、電池要素１１の収容された領域Ａとは離間された領域Ｂにおいて、ラミネートシート１４ａ，１４ｂの接着層１７どうしが接合された接合部１８に、ラミネートシート１４ａ，１４ｂに挟まれた状態で保持、固定されているとともに、支持部材２０の両端部２０ａ，２０ｂが、外装体１４から外部に突出した構造を有する電池１が得られる。

この実施例では、ラミネートシート１４ａ，１４ｂの周縁部（４辺）を熱溶着により接合して、電池要素１１を外装体１４の内部空間に封止した後、接合部１８の余剰部に支持部材２０を配置し、熱溶着により、支持部材２０とラミネートシート１４ａ，１４ｂを接合して、支持部材２０の中央部２０ｃを接合部１８に保持させるようにしているが、ラミネートシート１４ａ，１４ｂの周縁部（４辺）と、支持部材２０を配置した領域の接合を同時に行うことにより、外装体１４の封止と、支持部材２０の保持を一度の接合工程によって行うように構成することも可能である。なお、接合方法としては、圧着、接着、超音波溶着などの方法を用いることが可能であり、外装体１４の封止を確実に行うことが可能で、支持部材２０を保持することができれば、熱溶着の方法に限定されるものではない。

この実施例の電池１においては、支持部材２０は、その中央部２０ｃが、電池要素１１の収容された領域Ａとは離間された領域Ｂにおいて、接合部１８を貫通し、かつ、支持部材２０の中央部２０ｃが、ラミネートシート１４ａ，１４ｂの接合部１８に接着（溶着）した状態で、外装体１４に保持されているため、支持部材２０が電池要素（例えば電解液など）１１と接触することがなく、支持部材１１を備えていない電池と同様の電池特性を得ることが可能になる。すなわち、支持部材２０が電池要素（例えば電解液など）１１と接触することがないため、電解液の劣化や、外装体１４の封止性の低下による内部への水分の浸入などによる電池特性の低下のない、信頼性の高い電池１を得ることができる。
なお、上記の電池の製造法は、その概要を説明したものであり、本発明の電池は上記方法に限らず、公知の種々の方法を適用して製造することができる。

また、支持部材２０を、外装体１４の、正極リード端子１２および負極リード端子１３が引き出された辺と対向する辺とは逆側の辺の接合部１８に保持させるようにしているので、外装体１４の封止性が損なわれることを防止して、信頼性をさらに向上させることができる。

また、この実施例の電池１においては、接合部１８が、長期的に高い接合強度が保たれるポリプロピレン樹脂（接着層１７）どうしの溶着により形成されているとともに、支持部材２０も、ポリプロピレン樹脂から形成されており、上記接合部１８と一体に溶着された状態で確実に保持されることになるため、支持部材２０が外装体１４から外れにくく、その位置精度も高くなる。さらに、支持部材２０はセルを組む際の掴み部や固定部として使用されるものであることから、この実施例の電池１を組み上げることにより寸法精度の高いモジュールを得ることが可能になる。

なお、ポリプロピレン樹脂どうしの接合部の強度（接着強度）は大きく、高温高湿下で長期間（例えば６０℃、９０％ＲＨ、３０００時間）放置しても接着強度は低下しない。したがって、電池要素１１の収容された領域Ａとは離間された領域Ｂにおいて、ラミネートシート１４ａ，１４ｂの接着層１７どうしが熱溶着による接合部１８に支持部材２０を保持、固定するようにしたこの実施例の電池の場合、特に信頼性や寸法精度を向上させることが可能になる。

上記実施例では、支持部材２０をラミネートシート１４ａ，１４ｂ間に挟み込んで熱溶着することにより、支持部材２０の中央部２０ｃを接合部１８に保持するようにしたが、支持部材２０を、シーラント（例えば、ポリプロピレン樹脂からなるテープ状部材）を介して、ラミネートシート１４ａ，１４ｂ間に挟み込んだ状態で熱溶着して、支持部材２０を保持させるようにすることも可能である。その場合、支持部材２０をより確実に外装体１４に保持させることができる。

また、金属材料からなる支持部材を用いる場合、ラミネートシートの接着層との親和性などが必ずしも十分ではない場合もあることから、シーラントを用いることが特に有意義である。ただし、金属材料からなる支持部材を用いる場合においても、予め表面処理を施したものを使用することにより、シーラントを不要にすることもできる。

なお、上記実施例では、真っ直ぐな板状の支持部材を外装体の１つの辺に平行に配設するようにしているが、図４に示すように、真っ直ぐな形状の一対の支持部材２０を、外装体１４の１つの辺側から、該辺と直交する他の１つの辺側に斜めに貫通するような態様で配設することも可能である。図４に示すような構造とした場合、上記実施例１の構成の場合において得られる効果に加えて、２つの支持部材２０を備えていることから、支持部材２０を介して電池１を支持した場合における支持信頼性や、支持位置精度が高まり、モジュールの寸法精度を向上させることができるなどの効果が得られる。

また、図５に示すように、直角に曲折したＬ字状の支持部材２０を用い、この支持部材２０を、外装体１４の１つの辺側から、該辺と直交する他の１つの辺側に貫通し、かつ、曲折部が接合部１８に位置するような態様で配設することも可能である。図５に示すような構造とした場合、上記実施例１の構成の場合において得られる効果に加えて、Ｌ字状の形状を有し、曲折部が接合部１８に位置する２つの支持部材２０を備えていることから、支持部材２０がより脱落しにくく、信頼性の高い電池１を得ることが可能になるとともに、支持部材２０を介して電池１を支持した場合における支持信頼性や支持位置精度が高まり、モジュールの寸法精度を向上させることができるなどの効果が得られる。

また、上記実施例では、支持部材２０の中央部２０ｃが、電池要素１１の収容された領域Ａとは離間された領域Ｂにおいて、接合部１８を貫通し、かつ、支持部材２０の両端部２０ａ，２０ｂが外装体１４の接合部１８から突出した構造を有する電池１を示したが、図６に示すように、支持部材２０が、電池要素１１の収容された領域Ａとは離間された領域Ｂにおいて、外装体１４の接合部１８に保持され、支持部材２０の一端２０ａは外装体から露出しているが、支持部材２０の他方２０ｂは接合部１８に埋設され、外部に露出していない構成とすることも可能である。

この図６のように、電池要素１１の収容された領域Ａとは離間された領域Ｂにおいて、支持部材２０の一部が接合部１８に保持、固定されているが、接合部１８を貫通していない構成とした場合にも、図１〜図５に示すような電池の場合に準ずる効果を奏する電池、すなわち、支持部材２０が電池要素１１と接することがなく、電池特性の劣化を招くことない電池が得られるという本発明の基本的な効果を得ることができる。

なお、上記実施例では、外装体１４を構成するラミネートシート１４ａ，１４ｂとして、ポリアミド系樹脂からなる外側の保護層１５と、アルミニウムからなる中間のガスバリア層１６と、ポリプロピレン樹脂からなる内側の接着層１７とを積層して一体化した構成のものを用いたが、本発明において用いることが可能なラミネートシートはこれに限られるものではなく、外装体を形成したときに、外側層となる保護層（樹脂層）、中間層となるガスバリア層（金属層）、および外側層となる接着層（樹脂層）を備えた種々のラミネートシートを用いることが可能である。

また、本発明の電池は、例えば、図７に示すような構成とすることができる。
この図７の電池１は、位置決め用の貫通孔２１の形成された一対の支持部材２０，２０が、外装体１４の左右両端側の下部の、電池要素１１が収容された領域Ａとは離間された領域Ｂに配設されている。

なお、各支持部材２０は、図８に示すように、一対のラミネートシート１４ａ，１４ｂに挟まれた状態で、接着層どうしが接合された接合部１８に保持されている。
図７，８において、図２，４と同一符号を付した部分は、同一または相当する部分を示している。

また、本発明の電池は、例えば、図９に示すような構成とすることができる。
この図９の電池１においては、支持部材として、位置決め用の貫通孔２１を備えた、Ｌ字状の支持部材２０が用いられており、このＬ字状の支持部材２０が、外装体１４の右下側のコーナー部の、電池要素が収容された領域Ａとは離間された領域Ｂに、外装体１４のコーナー部の直角部分の形状に沿うような態様で配設されている。

なお、この図９の電池１の場合も、支持部材２０は、特に図示しないが、上述の図７に示した電池１の場合と同様に、一対のラミネートシートに挟まれた状態で、接着層どうしが接合された接合部１８に保持されている。
図９において、図７と同一符号を付した部分は、同一または相当する部分を示している。

なお、上記実施例では、正極リード端子１２と負極リード端子１３の両方を外装体１４の１つの辺側に引き出した電池１を例にとって説明したが、異なる辺、例えば、互いに対向する辺に引き出すように構成することも可能である。

本発明は、その他の点においても上記実施例に限定されるものではなく、支持部材の具体的な形状やその構成材料、電池要素の具体的な構成、外装体の具体的な形状などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

１ 電池（単位電池）
１１ 電池要素
１２ 正極リード端子
１３ 負極リード端子
１４ 外装体
１４ａ，１４ｂ ラミネートシート
１５ 外側の保護層（ポリアミド樹脂層）
１６ ガスバリア層（アルミニウム層）
１７ 内側の接着層（ポリプロピレン樹脂層）
１８ 接合部
２０ 支持部材
２０ａ，２０ｂ 支持部材の両端部
２０ｃ 支持部材の中央部
２１ 貫通孔
３０ 収容空間
Ａ 電池要素の収容された領域
Ｂ 領域Ａとは離間された領域

Claims (4)

1. 正極部材と負極部材とがセパレータを介して互いに対向するように積層された積層体と、電解質とを含む電池要素が、樹脂からなる外側の保護層と、金属からなる中間のガスバリア層と、樹脂からなる内側の接着層とを積層して一体化したラミネートシートを、前記接着層どうしが互いに対向するように配設して周縁部を接合することにより形成された外装体の内部に収容され、かつ、前記正極部材と導通する正極リード端子と、前記負極部材と導通する負極リード端子とが、前記外装体の外部に引き出された構造を有する電池であって、
   当該電池を他の部材に固定するための支持部材を備えているとともに、
   前記支持部材は、前記電池要素が収容された領域とは離間された領域において、前記一対のラミネートシート間に挟まれた状態で、前記接着層どうしが接合された接合部に保持されており、かつ、
   前記支持部材は、少なくとも一部が前記外装体から外部に突出しているとともに、曲折部を備えた形状を有しており、前記曲折部が、前記接合部に位置していること
   を特徴とする電池。
2. 前記支持部材の一部が前記接合部を貫通しており、かつ、前記支持部材の先端が前記外装体から外部に突出していることを特徴とする請求項１記載の電池。
3. 前記外装体の平面形状が方形であって、前記支持部材の前記先端が、前記外装体の互いに異なる辺から外部に突出していることを特徴とする請求項２記載の電池。
4. 前記支持部材を複数個備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電池。

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