(57)【要約】      （修正有）【課題】安全性、信頼性が高く、軽量、小型で電気特性が良好なラミネート外装電池装置を提供する。【解決手段】セパレータを介して正極層と負極層を積層・巻回したセルコアを、金属と樹脂フィルムとの積層体からなるラミネートフィルム３、４で外装し、このラミネートフィルムの端部と前記セルコアの外部引き出しリード６、７とを一体に熱融着部８、９で封止し、前記外部引き出しリードの端部を上記熱融着部の一端面に沿うように折り返した状態で、上記熱融着部と折り曲げリード部とを導電性クリップ１５で一体に加圧固定すると共に、前記クリップに取り付けた金属棒２０により前記外部引き出しリードから外部への電流取り出しを行った。【選択図】図１
2006019214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して正極層と負極層とからなる積層体が巻回されたセルコアと、金属と樹脂フィルムとの積層体からなり前記セルコアを外装するラミネートフィルムと、上記ラミネートフィルムの端部と前記セルコアの外部引き出しリードとを一体に封止する熱融着部と、前記外部引き出しリードの端部を上記熱融着部の一端面に沿うように折り返した状態で、上記熱融着部と折り曲げリード部とを一体に加圧固定する導電性クリップと、前記クリップと電気的及び機械的に結合され上記クリップを介して前記外部引き出しリードから外部への電流取り出しを行う金属棒とからなる電池セルを備えたことを特徴とするラミネート外装電池装置。
【請求項２】
上記金属棒とクリップとは相互間のネジ結合により結合されたことを特徴とする請求項１に記載のラミネート外装電池装置。
【請求項３】
上記金属棒とクリップとは溶接により結合されたことを特徴とする請求項１に記載のラミネート外装電池装置。
【請求項４】
複数個の電池セルを並列接続して組構造とし、複数の電池セルをそれぞれのクリップ部を貫通する金属棒で固定すると共に共通の電流導出端子としたことを特徴とする請求項１に記載のラミネート外装電池装置。        
【請求項５】
上記金属棒の両端部は螺旋バネを介して位置決め固定ナットで固定されており、両端部以外のクリップ間には電流取出し用スペーサが介挿されていることを特徴とする請求項４に記載のラミネート外装電池装置。
【請求項６】
互いに隣接する電池セル間を接着・固定したことを特徴とする請求項４あるいは５に記載のラミネート外装電池装置。
【請求項７】
複数の電池セルのクリップ部とは反対側の端子リードを電流取り出し金属条で共通接続したことを特徴とする請求項４に記載のラミネート外装電池装置。
【請求項８】
組構成したラミネート外装電池装置全体を一つの筐体内に収納し、筐体を基準電位に設定したことを特徴とする請求項４に記載のラミネート外装電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ラミネートフィルムで外装される電池装置に関し、特にラミネート外装電池装置の電流取り出し構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報・通信機器をはじめとして、電気自動車の分野でも電池の小型軽量化、高効率化、大容量化の要請が大きく、特に、ニッケル水素電池、ニッカド電池、リチウム電池等を電圧、容量に応じて組電池として構成するようになっている。
特開２００４−６３２７８号公報（特許文献１参照）には、このような要請に応じるものとしてラミネート外装リチウム電池の例が開示されており、以下図面を参照しながら説明する。図１０は、特許文献１に示す従来のラミネート外装リチウム電池構成を説明する図であり、同図において、（ａ）は該電池の外観図、（ｂ）は（ａ）に示す電池の正極端子リード部近傍の拡大断面図である。
【０００３】
図１０において、電池１は、正極板、セパレータ及び負極板の３層組み合わせ構造を複数段積層したセルコア２を、上下から一対のラミネートフィルム３、４で熱融着して被覆したものである。上記正極板は集電体５を介して正極端子リード６と接続されており、また、負極板も図示していない集電体を介して負極端子リード７に接続されている。
なお、上記ラミネートフィルム３、４は例えばプラスチックフィルムと金属薄膜を張り合わせたもので構成された軽量密封手段であり、８、９はそれぞれ正極端子リード熱融着部及び負極端子リード熱融着部を示している。上記正極端子リード熱融着部８及び負極端子リード熱融着部９には上下に挟掴部材１０、１１が存在し、ネジ１２で該熱融着部８、９と一体に固定されている。
【０００４】
挟掴部材１０、１１は平板状の金属あるいは樹脂から構成され、挟掴によって熱融着部全面を一様に圧接して厚みを均一にし、そのシール性を向上するものである。
しかしながら、このような従来装置では、挟掴部材１０、１１がネジ１２で固定される構造であるため、電極端子リード６、７を熱融着処理した後に、上記電極端子リード熱融着部８、９にネジ止め用の貫通孔を設ける必要があり、上記ネジの締め付けによりラミネートフィルム３、４の金属薄膜と電極端子リード６、７とが接触して短絡不良を起こしたり、上記孔の存在により、あるいは振動等によるナットの緩みにより、上記熱融着部のシール効果が減殺され、内部に封入された電解液が漏れ出す等の問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−６３２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は、上記問題点に鑑み、安全性、信頼性が高く、軽量、小型で電気特性が良好なラミネート外装電池装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のラミネート外装電池装置は、セパレータを介して正極層と負極層とからなる積層体が巻回されたセルコアと、金属と樹脂フィルムとの積層体からなり前記セルコアを外装するラミネートフィルムと、上記ラミネートフィルムの端部と前記セルコアの外部引き出しリードとを一体に封止する熱融着部と、前記外部引き出しリードの端部を上記熱融着部の一端面に沿うように折り返した状態で、上記熱融着部と折り曲げリード部とを一体に加圧固定する導電性クリップと、前記クリップと電気的及び機械的に結合されクリップを介して前記外部引き出しリードから外部への電流取り出しを行う金属棒とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、シール性を損なうことなく、電池セルの組立てあるいは交換の際の取替えを容易にして、安全性、信頼性が高く、軽量、小型で電気特性が良好なラミネート外装電池装置が得られる効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１.
本発明の実施の形態１によるラミネート外装電池装置を第１図及び第２図に基づいて説明する。図において図１０の従来装置と同一符号は同一または相当部分を示している。
セルコア２aは、リチウムイオンセルあるいはリチウムポリマーセル等のラミネートセルが利用されるが、図１０の従来装置と異なるところは積層方式ではなく巻回方式としている点である。すなわち巻回方式とは図２の断面図から明らかなように、正極層２２、負極層２３の両面に絶縁シートからなるセパレータ２１を積層配置した４層構成からなる積層体を巻回したもので形成され、正極層から正極端子リード６、負極層から負極端子リード７がそれぞれ導出されている。
【００１０】
上記セルコア２aは上下から一対のラミネートフィルム３、４を封着することにより外装されており、セルコア２aの端部の端子リード６、７の引き出し部で熱融着して被覆シールされる。ラミネートフィルム３、４はそれぞれ例えばアルミホイールシート３ｂあるいは４bを挟んで両側からナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂フィルム３ａ、３cあるいは４ａ、４cからなっており、上記熱融着部８、９で加熱して端子リード部６、７と一体に封止される。樹脂フィルム３ａ、４ａあるいは３c、４cは互いに異なる材料の樹脂フィルムであって、内側樹脂フィルム３c、４cの方が外側樹脂フィルム３a、４aより溶けやすい材料のものが使用され、内部の密封性を向上させ精密なシール性が得られるようにしている。
【００１１】
前記正極端子リード６の端部６aは図のように１８０度折り返され、上記熱融着部８の一方端面に沿わせるようにすると共に、この状態で、上記熱融着部８と折り曲げリード端部６aとを一体に導電性クリップ１５で挟持し、これらを加圧固定する。クリップ１５はバネ作用により複数の用紙等を加圧・固定する通常の文具と同じ構造のもので、導電性の良好な材料で構成される必要がある。また、上記クリップ１５は周知の各種クリップに代替することができ、例えばクリップの把持部１６のバネ圧を調整し上記把持部１６を開閉するホルダ（図示せず）が付いたものを利用することができる。
【００１２】
上記クリップ１５は更にその把持部１６以外の部分にねじ切りした孔部１７を有しており、この孔部１７を通してネジ結合する電流取り出し金属棒２０がクリップを貫通するように結合されている。
従って、セルコア２aの正極層からの電流は、正極端子リード６のリード端部６a、クリップ１５へと流れ、さらに金属棒２０を介して外部に導出されるものである。
なお、反対の負極端子リード７はラミネートフィルム３の外側に導出した後、９０度ねじ曲げられ、後述の電流取り出し金属条３０に接続されるようになっている。
上記金属棒２０とクリップ１６との結合はネジ結合に限られず、溶接、ロウ付けその他の手段が考えられる。
【００１３】
以上のようにこの実施形態１によれば、導電性クリップにより外部引き出しリードの端部を熱融着部の一端面に沿うように折り返した状態で、上記熱融着部と折り曲げリード部とを一体に加圧固定するようにしたので、熱融着部の外部引き出しリードに孔を明ける必要がなく、それに伴って発生していたシール性の劣化という問題が解消され、またクリップのバネ作用のみにより加圧・固定されるため、電池セルの組立てあるいは交換の際の取替えが容易となり、作業性が向上し量産化に寄与するものである。
【００１４】
また、クリップによる加圧・固定部分から電気エネルギを取り出すようにしているので、クリップと外部引き出しリード端部との接触抵抗が小さくなり、大電流の安定した電圧を取り出すことができる効果も併せ有する。
更に、この実施形態１によれば、外部引き出しリード端部を折り返し、クリップによる加圧・固定の接触面として利用しているので、電極及びラミネートフィルムの剛性が向上し、電池セル全体の固定が安定化するものである。
なお、上記実施の形態１では電池セルの外装はエンベロープ型のものを示しているが、これに限定するものではなく、バターカップ型のものでも同様に適用できることは言うまでもない。また、上記実施の形態１では、負極端子リード７は後述の電流取り出し金属条３０に接続する構成にしているが、正極端子リード６と同様にクリップ１５で挟持する構成としてもよい。
【００１５】
実施の形態２.
この発明の実施の形態２は、第１図に示したラミネート外装電池装置を複数個組み込んで組構造とした場合を示している。
第３図は３個の電池を組構成した例を示しており、左側に１個の電池１００、右側に２個の電池１０１、１０２を、クリップ部１５が中央部に来るように互いに反対向けに配置し、上記それぞれのクリップ部１５を貫通する１本の金属棒２０で固定すると共に共通の電流導出端子としたものである。
上記複数の電池セルを固定する際、電池セル全体として機械的強度を持たせるために、互いに隣接するセル１０１、１０２の接触面間を接着剤あるいは両面テープ等で固定する。
【００１６】
この実施の形態２によれば、複数個の電池セルで組構造とする場合に、それぞれのクリップ部を貫通する１本の金属棒で固定すると共に共通の電流導出端子としているため、少ない組立スペースで効率的な組立てが実現されると共に、上記金属棒を通して高電流を容易に取り出すことができる。また、互いに隣接するセル間を接着剤あるいは両面テープ等で固定しているため、電池セル全体の剛性が向上し、上記中央部の金属棒での固定と相俟って強固な固定が実現される効果を有する。
【００１７】
実施の形態３.
この発明の実施の形態３は、第１図に示したラミネート外装電池装置を複数個組み込んで組構造とする他の実施例を示している。
第４図は複数個の電池を並列に組構成した例を示しており、金属棒２０の両端部は螺旋バネ２５を介して位置決め固定ナット２６で固定されており、両端部以外のクリップ１５間には電流取出し用スペーサ２７が介挿されている。
【００１８】
上記実施の形態２によれば、金属棒を介してのみ電流が取り出されていたが、この実施の形態３によれば、クリップ１５からスペーサ２７あるいは螺旋バネ２５を介して電流取り出しができ、クリップ１５と金属棒２０とのネジ結合を省略でき、しかも、スペーサ２７及び螺旋バネ２５によりそれぞれのクリップ１５間を強固に固定することができるものである。
上記実施の形態２と同様に互いに隣接する複数の電池セルは、接着剤あるいは両面テープ等で固定されるため、電池セル全体として更に機械的強度を持たせることができる。
【００１９】
実施の形態４.
第５図(a)(b)は、それぞれ組電池の構成例を示す回路図であり、図中、Ｘは基準電位、Ｙは出力端子、Ｚは電流・電圧検出端子を示している。図５(a)の回路は基準電位Ｘ（０V）に対し、３．７Vの電流・電圧検出端子Ｚと、７．４Vの出力端子Ｙを取る場合の例であり、図５(b)の回路は基準電位Ｘ（０V）に対し、―３．７Vの電流・電圧検出端子Ｚ１、Ｚ２と、―７．４Vの出力端子Ｙ１、Ｙ２を取る場合の例である。電流・電圧検出端子Ｚ、Ｚ１、Ｚ２は、各電池セルの異常を検出するためのものである。また、電池を複数個並列に構成することにより、一個の電池で構成する場合に比べ、高電圧、高電流を取り出すことができる。
【００２０】
従って、大電流無線機、電力設備、電気自動車用の蓄電池において、電流集中による異常発熱、発煙、発火に至る可能性を減少し、電池装置の安全性、信頼性を向上することができるものである。
実施の形態４は、上記第５図(a)(b)の回路をラミネート外装電池装置で組構成する場合の実施例を示している。第６図は、上記図５(a)の回路を実施の形態３の電流取り出し構造を用いてラミネート外装電池装置で組構成した場合の断面図であり、第７図は、更にこれを対にして構成した場合の断面図である。第８図は上記図５(b)の回路をラミネート外装電池装置で組構成した場合の断面図を示す。
【００２１】
先ず、第６図において、電池セル１００、１０１、１０２の中央部の結合構造は実施の形態３と全く同一であり、また、左右両端には電流取り出し金属条３０、３１が配設され、前述したごとく負極端子リード７が、９０度ねじ曲げられてそれぞれの金属条３０、３１に接続されるようになっている。接続方法としては、大電流を流すことによる加圧電流溶接が考えられ、溶接を容易にするためにリード７の溶接予定部に予め硬球を押し付け、接触部が一点となるような凸部を設けると良い。
従って、電池セル１０１、１０２の負極側となる電流取り出し金属条３１が第５図(a)の基準電位Ｘとなり、同じく電池セル１００の正極側となる電流取り出し金属条３０が出力端子Ｙ、金属棒２０が電流・電圧検出端子Ｚとなる。なお、上記電流取り出し金属条３０に複数の電池セルの保護回路３３を配置し、これを通して他の電源回路（図示していない）へ接続するようにしても良い。
【００２２】
第７図は第６図の電池セルブロック１００、１０１、１０２と同一の電池セルブロック１０３、１０４、１０５とを並列にして左右両端に配設された電流取り出し金属条３０、３１により接続された例を示している。次に、第８図は上記図５(b)の回路を組み結合構成としたものであり、電池セルブロック１００、１０１、１０２と別の電池セルブロック１０３、１０４、１０５，１０６とを基準電位Ｘを共通にして接続された例を示している。電流取り出し金属条３１が基準電位Ｘとなり、電流取り出し金属条３０、が出力端子Ｙ１、電流取り出し金属条３０´が出力端子Ｙ２、金属棒２０が電流・電圧検出端子Ｚ１、金属棒２０´が電流・電圧検出端子Ｚ２となる。このように構成することにより、各電池について、正極端子をクリップのある側、負極端子をクリップのない側に出す場合と、逆に正極端子をクリップのない側、負極端子をクリップのある側に出す場合を自由に設計することができるようになる。
なお、出力端子がＹ１、Ｙ２の２つとなっていることで、出力電圧はそれぞれ７．４Ｖであるが、その充放電電気量を自由に変更することができるようになり、システム全体としてのエネルギー効率を向上させることができるものである。
【００２３】
実施の形態５.
この発明の実施の形態５は、第９図に示すように、組構成したラミネート外装電池装置全体を一つの筐体３５内に収納し、筐体を基準電位に設定したものである。このようにすることにより、筐体断面積が大きいので、大電流の取り出しが容易かつ安定となり、且つ、外部電源回路電圧の変動に対しても基準電圧を安定させることができる。また、電池セル全体が筐体でコンパクトに固定されるので、対振動性が向上し、内部短絡や異常発熱の可能性を減少し、安全性と信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態１に係るラミネート外装電池装置を示す断面図である。
【図２】第１図のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るラミネート外装電池装置の組構造を示す側面図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係るラミネート外装電池装置の組構造を示す側面図である。
【図５】(a)(b)は、この発明の実施の形態４に係る電池の組構成の例を示す回路図である。
【図６】上記図５(a)の回路をラミネート外装電池装置で組構成した状態を示す断面図である。
【図７】上記図６の発展変形例を示す断面図である。
【図８】上記図５(b)の回路をラミネート外装電池装置で組構成した状態を示す断面図である。
【図９】組構成したラミネート外装電池装置を一つの筐体内に収納した状態を示すこの発明の実施の形態５に係る断面図である。
【図１０】従来のラミネート外装リチウム電池構成を説明する図であり、同図において、（ａ）は該電池の外観図であり、（ｂ）は図１０（ａ）に示す電池の正極端子リード部近傍の断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
３、４      ラミネートフィルム、      ６、７      端子リード
８、９      熱融着部、                １５        クリップ
２０        金属棒、                  ２５        螺旋バネ
２６        固定ナット、              ２７        スペーザ
３０、３１  電流取り出し金属条、      ３５        筐体
【図１】
2006019214.tif 000003
【図２】
2006019214.tif 000004
【図３】
2006019214.tif 000005
【図４】
2006019214.tif 000006
【図５】
2006019214.tif 000007
【図６】
2006019214.tif 000008
【図７】
2006019214.tif 000009
【図８】
2006019214.tif 000010
【図９】
2006019214.tif 000011
【図１０】
2006019214.tif 000012