(57)【要約】【課題】  振動、衝撃等の影響を受けにくく特性が安定した電池バックを提供する。【解決手段】  正極と負極をセパレーターを介して積層した電池要素を外装フィルムに収容し、前記外装フィルムの内面の合成樹脂層を対向させて溶着した溶着部を備えた単位電池と、前記単位電池の複数個を積層して固定テープを巻き付けたリチウムイオン二次電池の電池積層体とを備え、前記溶着部の溶着面は単位電池積層面と略平行であって、前記溶着部の端面は前記固定テープと接触した電池パック。【選択図】  図１
2014002950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極をセパレーターを介して積層した電池要素を外装フィルムに収容し、前記外装フィルムの内面の合成樹脂層を対向させて溶着した溶着部を備えた単位電池と、
前記単位電池の複数個を積層して固定テープを巻き付けたリチウムイオン二次電池の電池積層体とを備え、
前記溶着部の溶着面は単位電池積層面と略平行であって、前記溶着部の端面は前記固定テープと接触したことを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記電池積層体の最外層に更に補強板を配置して、単位電池と一体に固定テープで固定したことを特徴とする請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
前記単位電池が外周部の辺に二種以上の溶着幅の溶着部を形成して封口部を有し、前記の溶着幅が小さい溶着部の全部または一部に積層体移動抑止部材を配置したことを特徴とする請求項１または２記載の電池パック。
【請求項４】
前記溶着幅が最も大きな辺から正極端子および負極端子を取り出したことを特徴とする請求項３記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池を複数接続して構成される電池パックに関する。
正極電極と負極電極とをセパレーターを介して積層したリチウムイオン電池等の積層型二次電池を用いた電池パックは、正極、負極の面積を大きくしたり、積層する正極、負極の枚数を増加することで単位電池の容量を大きくすることが容易であるので、充放電容量が大きな電池として好適である。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は様々な用途で用いられているが、なかでもリチウムイオンが負極と正極とを移動することにより充放電が行われるリチウムイオン二次電池は、質量エネルギー密度、容積エネルギー密度がともに大きいという電池特性を有することから、自動車、電動バイク、電動自転車等の移動体用の電池として好適である。【０００３】
自動車、電動バイク、電動自転車等の駆動用あるいは補助駆動用電源として用いられているリチウムイオン二次電池には正極と負極をセパレーターを介して積層したものを卷回した円柱状のものを金属製の外装体に収容したもの、あるいは正極と負極をセパレーターを介して積層した扁平状のものを外装体に収容したものが知られている。
これらのなかでも扁平状のものは、正極、負極の面積を大きくしたり、積層する正極、負極の枚数を増加することによって単位電池当たりの容量を大きくすることが容易であるので、モーター駆動等の電源用の電池として好適である。
また、扁平状のリチウムイオン二次電池の単位電池は、電池要素をフィルム状外装材で外装することによって、リチウムイオン二次電池の有する高いエネルギー密度を有効に利用することができる。
フィルム外装電池の複数個を収容して相互に導電接続を行って断熱用および緩衝用のシート部材を介して積層し、積層された単位電池をさらに結束部材としてのテープを用いて固定することで、輸送時等の振動によって単位電池がずれる等の問題を抑制することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６３９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電気自動車、電動自転車等の動作時に振動が発生する装置の電源として使用する電池パックには、振動によって悪影響を受けないものが求められている。
特許文献１に記載のように、単位電池の積層体を単位電池サイズよりも大きい形状のベースプレートに積層して積層体にテープを一周巻き付けて固定することによって、固定は実現できたとしても以下の様な問題があった。
すなわち、単位電池サイズよりも大きい形状のベースプレートからサイズの小さな単位電池へ斜めにテープを巻き付けるので、単位電池の溶着部が変形する結果、長期間の使用時には溶着部の絶縁抵抗の低下、あるいは漏液等が生じるという懸念があった。
本発明は、フィルム外装電池を使用した電池パックであって、フィルム外装電池に対して振動、衝撃等によって封口不良が生じることがなく、長期間にわたり安定して使用可能な電池パックを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するものであって、正極と負極をセパレーターを介して積層した電池要素を外装フィルムに収容し、前記外装フィルムの内面の合成樹脂層を対向させて溶着した溶着部を備えた単位電池と、前記単位電池の複数個を積層して固定テープを巻き付けたリチウムイオン二次電池の電池積層体とを備え、前記溶着部の溶着面は単位電池積層面と略平行であって、前記溶着部の端面は前記固定テープと接触する電池パックである。
前記電池積層体の最外層に更に補強板を配置して、単位電池と一体に固定テープで固定した電池パックである。
なお、本発明において、溶着面とは、溶着部の両面の部材の中間に形成される溶着部の両面の部材に平行な面を意味する。
また、略平行とは、平行および所望の作用効果を実質的に得ることができる状態を含み、具体的には、平行および、０°〜１０°の角度をなすものも含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る電池パックによれば、エネルギー効率に優れたリチウムイオン二次電池等をフィルム状外装材で外装して封口した熱溶着部を単位電池積層面と略平行として電池積層体を作製し、封口特性を長期間にわたり保持することができるので、絶縁抵抗の低下、電解液の漏液等を防止することができる電池パックを提供することが可能であるとともに、電池パックの組立時の作業性も良好であって効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る電池パックの一例を説明する分解斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る電池パックに使用する単位電池の一例を説明する図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る電池パックを構成する電池積層体を説明する斜視図であり、図３Ａは、補強部材を装着した電池積層体を説明する斜視図である。また、図３Ｂは、図３Ａを電池積層面に直角方向の切断面で説明したＸの部分の断面を説明する図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る電池連結構造体を説明する斜視図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る電池パックを説明する断面図であり、図４における短辺の中点と垂直に交わる面で切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電池パックを説明する分解斜視図である。
本発明の電池パック１は、蓋体３および５を有し、その内部に電池連結構造体３００を備えている。
電池連結構造体３００は、単位電池１００の側端部１１３ａ、１１３ｂの幅と等しい幅の第一の補強部材２０１と共に、固定テープ２１０ａ、２１０ｂによって一体に結合されたものである。
電池連結構造体３００は、電極端子部２３０側に、各単位電池１００の電極端子と結線した電池積層体２００の状態を確認する信号線２３１、および電池積層体から保護回路基板へ接続するリード線２３３へと結合されている。また、第一の補強部材２０１と一体化した電池積層体２００は、その外面には緩衝材２０５が接合されている。
【００１０】
電池積層体２００の電極端子部２３０側とは反対側の端部の単位電池１００の下端溶着部１４５には、積層体移動抑止部材２１５が装着されており、積層体移動抑止部材２１５の外面には、第二の補強板２０３が結合されている。
積層体移動抑止部材２１５の装着によって、回路接続部品との接続で保持されている電極端子部２３０側とは反対側の端部も振動、衝撃に対する強度をより高めることができる。積層体移動抑止部材２１５は、電池積層体２００の電極端子部２３０側および第二の補強部材２０３側の両端面は、端面固定テープ２１２によって固定されている。
以上の様にして電池積層体２００を、第一の補強部材２０１、第二の補強部材２０３等と一体化して所定の結線を行った後に、外装ケース３および５等に収容することで電池パック１が得られる。
【００１１】
図２は本発明の実施形態に係る電池パックを構成する単位電池１００を示す図である。  単位電池１００は、リチウムイオン二次電池である。本発明の単位電池１００の単位電池本体部１１０は、複数の平板状正極と複数の平板状負極とがセパレーターを介して積層された積層電極体、および電解液（いずれも図示しない）が、平面視で矩形のフィルム状外装材内に収容された構造である。そして、単位電池本体部１１０の上端部１１１からは、正極引出タブ１２０及び負極引出タブ１３０が引き出されている。
【００１２】
正極引出タブ１２０及び負極引出タブ１３０は、いずれも平面状で、フィルム状外装材内において、それぞれ、正極集電体、負極集電体と直接またはリード体などを介して接続されている。フィルム状外装材は、電池内側となる面に加熱によって溶着が可能な樹脂層を有し、電池外側となる面に保護フィルムを積層したアルミニウム箔等の金属箔に積層したフィルム状外装材が用いられる。
アルミニウム箔の外面側に位置する面には、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート等の強度、および耐熱性を有する部材を、内面には、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱溶着性が良好な材料をそれぞれ積層したものを用いることができる。
【００１３】
フィルム状外装材によって、電池要素、および電解液を内部に収容した状態でフィルム状外装材の周囲、すなわち、上端部１１１、下端部１１２、２つの側端部１１３ａ、１１３ｂがそれぞれ熱溶着されることで、上端部、下端部、側端部に、それぞれ上端熱溶着部１４１、二つの側端熱溶着部１４３a、１４３ｂ、下端熱溶着部１４５が形成されてフィルム状外装材の内部が密閉されている。
【００１４】
また、各熱溶着部の溶着幅、すなわち溶着部の電池要素側の端部から単位電池外周の溶着部の端面までの最短の長さである溶着幅は、二種またはそれ以上の異なる幅を有しており、上端熱融着部１４１の溶着幅Ｗ１が最も大きく、下端溶着部１４５の溶着幅Ｗ２は、Ｗ１よりも小さい。このように、単位電池の外周の溶着幅を変えることで、予期しない異常時の安全性を確保するために最も大きな強度を必要とする電極端子取り出し部の溶着部の強度を確保しつつ、単位電池１００の外形寸法を小さくすることができる。
【００１５】
上記の単位電池１００においては、正極引出タブ１２０の材質としてはアルミニウム、またはアルミニウム合金を、また、負極引出タブ１３０の材質としては、ニッケル、ニッケルメッキをした銅、ニッケル−銅クラッドを用いることができる。本実施形態においては、アルミニウム製の正極引出タブ１２０が用いられており、また、ニッケル製の負極引出タブ１３０がそれぞれ用いられている。
【００１６】
本発明に係る電池パックを作製する上では、電極端子部２３０側において単位電池１００の正極性の引出タブと、この単位電池１００に隣り合う単位電池１００の負極性の引出タブとを、抵抗溶接等の手段で接合して電気接続を行う。
【００１７】
次に、図３を参照して本発明の実施形態に係る電池パックに使用する電池積層体２００について説明する。図３Ａは斜視図であり、図３Ｂは、図３ＡのＸの部分を積層面に対して直角方向面で切断した部分断面図である。
電池積層体２００は、第一の補強部材２０１とそれに垂直に交わる第二の補強部材２０３に所望の個数の単位電池１００を、上下の単位電池の正極引出タブ１２０、負極引出タブ１３０とが互いに逆極性となるように順次積層したものである。各単位電池１００は積層面に両面接着テープ等を貼着することで相互に単位電池を固定することができる。
【００１８】
本発明の各単位電池１００は、各熱融着部１４１，１４３ａ、１４３ｂ、１４５を折り曲げることなく電池積層体２００の単位電池１００の積層面と略平行に保持した状態で、単位電池の幅方向、すなわち正極引出タブ１２０、負極引出タブ１３０を取り出した辺と直角に交わる側端部１１３ａ、１１３ｂ間の幅と略等幅を有する第一の補強部材２０１上に載置されている。
なお、略等幅とは、幅が等しい場合と同等の作用効果を発揮する幅を意味し、具体的には、単位電池の側端部間の幅±２％以内の大きさの幅を意味する。
【００１９】
電池積層体２００は、２個所に巻き付けられた固定テープ２１０ａ、２１０ｂによって補強部材２０１に固定されている。固定テープ２１０は、この例では間隔を設けて２個所に設けたが、更に多数の個所に設けても良い。このように間隔を設けて巻き付けることで、単位電池の発熱の良好な放熱が可能となる。
また、本発明の電池パックでは、底面の第一の補強部材２０１と単位電池１００の側端部の幅とを等しくしている。その結果、第一の補強部材２０１面と垂直に単位電池側へと延びる固定テープ２１０ａ、２１０ｂは、図３Ｂに示すように、各熱溶着部１４３ａ、１４３ｂは、それぞれ電池積層体２００の積層面と略平行に保持して積層されているので、各熱溶着部の端面１１３ａ、１１３ｂは、固定テープ２１０ａ、２１０ｂ面と直角に接触する。
【００２０】
また、図１、図３では、電池積層体２００の最上面には、側端部１１３ａ、１１３ｂ間の幅と等しい幅を有する第一の補強部材２０１と同様の補強部材は載置されていないが、電池積層体２００の最上面にも、単位電池１００の側端部１１３ａ、１１３ｂ間の幅と等しい幅を有する第一の補強部材２０１と同様の大きさの補強部材（図示しない）を配置することが好ましい。
しかしながら、電池パックを小型化、軽量化するためには、図１、図３に示すように、底部に第一の補強部材２０１のみ配置した場合でも、最上面にも補強部材を配置した場合と実質的に同様の効果を得ることができる。
【００２１】
すなわち、電位積層体２００の下部の第一の補強部材２０１として単位電池１００の側端部１１３ａと側端部１１３ｂの幅に等しいものを配置して複数の単位電池１００を積層して、固定テープ２１０ａ、２１０ｂを第一の補強部材２０１から各単位電池１００へと巻き付ける場合には、各側端部１４３ａ、１４３ｂに接するようにして上方へ向けてテープを巻き付けると固定テープは下層部の各単位電池の端部と順次接して垂直方向へと延びるので、最上部の単位電池１００の側端部と接した後には、最上部の熱溶着部の端部から単位電池の厚さのほぼ半分のわずかに高い電池本体部の方向へと折り曲げても、各単位電池の熱溶着部が大きく変形することはなく熱溶着部は、単位電池の積層面と略平行な関係を維持することができる。
【００２２】
本発明において、補強部材としては、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料や、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂等の合成樹脂材料や、これらに良熱伝導性材料粒子を分散した材料を挙げることができる。
また、アルミニウム、アルミニウム合金等の場合には、表面をアルマイトを処理して絶縁層を形成したり、絶縁性皮膜を塗布することが好ましい。これによって、万一保護部材に電圧の印加部が接触しても問題の発生を防止することができる。
また、補強部材には、中実の板状部材に限らず、格子状の部材、内部に空洞を設けた部材等の各種の部材を用いることもできる。
また、固定テープには、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン等の強度が大きな合成樹脂製フィルムの一方の面に粘着剤を塗布したものを用いることができる。
【００２３】
図４は、本発明の電池パックに収納する電池連結構造体を説明する斜視図である。
電池積層体を一体化した電池連結構造体３００は、電極端子部２３０側において、各単位電池１００の電極端子と、信号線２３１および電池から保護回路基板へ接続するリード線２３３ａ、２３３ｂが結合されている。保護回路基板は、少なくとも電力制御用半導体素子等の発熱量の大きな素子を除き防湿、防水被膜を形成することが好ましい。
また、電池連結構造体３００の電極端子部２３０側には、電池積層体を第一の補強部材２０１と一体化した固定テープ２１０ａに保護テープ２１２ａが貼り付けられている。また、電池連結構造体３００の電極端子部２３０側の反対側に位置する底面２４０側には、保護テープ２１２ｂが固定テープ２１０ｂに貼り付けられて底部を覆っている。
このように、本発明の電池パックにおいては、電池連結構造体３００を、保護テープ２１２ａおよび２１２ｂで覆うことで各単位電池の確実な固定と保護が実現できる。
【００２４】
図５は、図４で説明する電池連結構造体を切断線Ａ−Ａで切断した断面を説明する図である。また、図５Ａは、全体の断面図であり、図５Ｂは、図５ＡにおいてＢで示す部分を拡大した図である。
本発明の電池パックの電池連結構造体３００は、積層した単位電池１００の電極端子部２３０側とは反対側に位置する底面側に位置する下端熱溶着部１４５の間には、耐候性に優れた合成ゴム等で作製した衝撃吸収機能が大きな積層体移動抑止部材２１５が配置されている。
また、それぞれの積層体移動抑止部材２１５は、第二の補強部材２０３に一端が接合されている。第二の補強部材２０３は、保護テープ２１２ｂによって固定テープ２１０ｂと固着されている。その結果、各積層体移動抑止手段２１５の位置ずれ等が生じることなく、単位電池１００の移動を確実に抑止することが可能となる。
更に、積層体移動抑止手段は２１５は、各単位電池１００の下端熱融着部１４５を押圧する機能も果たすので、下端熱溶着部１４５を他の溶着部の長さに比べて短くしても充分な強度を確保することができるので、長期信頼性が大きな電池パックを提供することができる。また、本発明の電池パックにあっては矩形体構造を長期維持することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の電池パックは、装着した単位電池が衝撃等によって移動することはなく、電気自動車、電動自転車等の振動、衝撃を受ける用途に利用した場合でも長期間にわたり安定した作動が実現できる。
【符号の説明】
【００２６】
１００・・・単位電池、２００・・・電池積層体、１１３ａ、１１３ｂ・・・側端部、２０１・・・第一の補強部材、２１０ａ、２１０ｂ・・・固定テープ、２０１・・・電池積層体、２０５・・・緩衝材、２３０・・・電極端子部、２３１・・・信号線、２３３，２３３ａ、２３３ｂ・・・リード線、２１５・・・積層体移動抑止部材、２０３・・・第二の補強板、２１２ａ，２１２ｂ・・・端面固定テープ、１１０・・・電池本体部、１１１・・・上端部、１２０・・・正極引出タブ、１３０・・・負極引出タブ、１１２・・・下端部、１１３ａ，１１３ｂ・・・側端部、１４１・・・上端熱溶着部、１４３a、１４３ｂ・・・二つの側端熱溶着部、１４５・・・下端熱溶着部、２３０・・・電極端子部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2014002950.tif 000010
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