(57)【要約】【課題】組電池の生産性を向上させる。【解決手段】電池外装１０６，１０７内に発電要素１０９が収容され、発電要素の電極に接続された電極端子１０４，１０５が電池外装の外周縁１０６ｃ，１０６ｄから導出された薄型電池１０であって、電極端子が導出された電池外装の外周縁以外の対向する外周縁１０６ａ，１０６ｂのそれぞれに、導電性を有する棒１１０，１１０が当該外周縁方向に延在して巻き付けられ、電極端子１０４，１０５が導電性棒１１０，１１０に電気的に接続されている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池外装内に発電要素が収容され、前記発電要素の電極に接続された電極端子が前記電池外装の外周縁から導出された薄型電池であって、
前記電極端子が導出された前記電池外装の外周縁以外の対向する外周縁のそれぞれに、導電性を有する棒が当該外周縁方向に延在して巻き付けられ、前記一方の電極端子が前記一方の導電性棒に電気的に接続され、前記他方の電極端子が前記他方の導電性棒に電気的に接続されている薄型電池。
【請求項２】
前記導電性棒は、軸方向に沿って形成されたスリットを有し、前記対向する外周縁の先端が前記スリットに挿入されて巻回されている請求項１記載の薄型電池。
【請求項３】
前記導電性棒の両先端は、前記電極端子の先端より突出するように設けられている請求項１又は２記載の薄型電池。
【請求項４】
前記導電性棒の直径は、薄型電池の厚さ以下である請求項１乃至３の何れかに記載の薄型電池。
【請求項５】
前記発電要素の正極活物質がリチウム成分を含む請求項１乃至４の何れかに記載の薄型電池。
【請求項６】
前記発電要素の正極活物質がマンガン酸リチウムまたはニッケル酸リチウムを含む請求項５記載の薄型電池。
【請求項７】
前記発電要素の負極活物質が非晶質炭素を含む請求項５又は６記載の薄型電池。
【請求項８】
前記発電要素のセパレータの厚さが２５μｍ〜５０μｍである請求項５乃至７の何れかに記載の薄型電池。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかに記載の複数の薄型電池と、前記複数の薄型電池を両側から支持する一対のプレートとを備えた組電池であって、
前記プレートは、前記薄型電池の導電性棒の先端に嵌合する複数の嵌合部と、前記二以上の嵌合部を電気的に接続するバスバーとを有する組電池。
【請求項１０】
前記バスバーは、前記プレートにインサート成形により埋設されている請求項９記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、電池外装内に発電要素が収容され、対向する外周縁から電極端子が導出された薄型二次電池及びこれを用いた組電池に関する。
【０００２】
【背景技術】
薄型電池は、小型軽量であるため、これを複数接続して組電池にすることで高電圧化および高容量化することができる（たとえば特開平９−２５９８５９号公報参照）。
【０００３】
しかしながら、従来の薄型電池を複数接続して組電池を組み立てる場合には、電池セルを組み立てて固定する工程と、電池セルの電極端子を電気的に接続する工程とが必然的に別工程となるので、工数がかかって生産性が悪いという問題があった。
【０００４】
【発明の開示】
本発明は、薄型電池を組電池とする際の生産性を高めることを目的とする。
【０００５】
本発明によれば、電池外装内に発電要素が収容され、前記発電要素の電極に接続された電極端子が前記電池外装の外周縁から導出された薄型電池であって、前記電極端子が導出された前記電池外装の外周縁以外の対向する外周縁のそれぞれに、導電性を有する棒が当該外周縁方向に延在して巻き付けられ、前記一方の電極端子が前記一方の導電性棒に電気的に接続され、前記他方の電極端子が前記他方の導電性棒に電気的に接続されている薄型電池が提供される。
【０００６】
本発明では、導電性を有する棒を電池外装の対向する外周縁のそれぞれに巻き付けるとともに電極端子をこの導電性棒に接続しているので、薄型電池を組電池などとして組み立てる際に、導電性棒を組電池の筐体などに取り付ければ、ワンタッチで薄型電池の固定と電気的接続とを実現することができる。これにより、組電池の組立工数を低減することができ生産性が向上する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００８】
図１（Ａ）は本発明の実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図、図１（Ｂ）は（Ａ）のＩＢ−ＩＢ線に沿う断面図である。図１は一つの薄型電池（単位電池，電池セル）を示し、この薄型電池１０を複数積層することにより所望の電圧、容量の組電池が構成される。組電池の構成例については後述する。
【０００９】
まず図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る薄型電池１０の全体構成について説明すると、本例の薄型電池１０はリチウム系の薄型二次電池であり、２枚の正極板１０１と、５枚のセパレータ１０２と、２枚の負極板１０３と、正極端子１０４と、負極端子１０５と、上部電池外装１０６と、下部電池外装１０７と、特に図示しない電解質とから構成されている。このうちの正極板１０１，セパレータ１０２，負極板１０３および電解質を特に発電要素１０９と称する。
【００１０】
なお、正極板１０１，セパレータ１０２，負極板１０３の枚数には何ら限定されず、１枚の正極板１０１，３枚のセパレータ１０２，１枚の負極板１０３でも発電要素１０９を構成することができる。必要に応じて正極板１０１、負極板１０３およびセパレータ１０２の枚数を選択して構成することができる。
【００１１】
発電要素１０９を構成する正極板１０１は、金属酸化物などの正極活物質に、カーボンブラックなどの導電材と、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンなどの接着剤とを、重量比でたとえば１００：３：１０の割合で混合したものを、正極側集電体としてのアルミニウム箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。なお、上記のポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンの混合比率は、その固形分である。
【００１２】
正極活物質としては、例えばニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）などのリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物を挙げることができる。
【００１３】
発電要素１０９を構成する負極板１０３は、例えば非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、または黒鉛などのように、正極活物質のリチウムイオンを吸蔵および放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンをたとえば固形分比１００：５で混合し、乾燥させたのち粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これに、アクリル樹脂エマルジョンなどの結着剤をたとえば重量比１００：５で混合し、この混合物を、負極側集電体としてのニッケル箔或いは銅箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。
【００１４】
特に負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量にともなって出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車等の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。
【００１５】
また、発電要素１０９のセパレータ１０２は、上述した正極板１０１と負極板１０３との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えてもよい。セパレータ１０２は、例えばポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン等から構成される、厚さが２５μｍ〜５０μｍの微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって膜の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
【００１６】
なお、本発明に係るセパレータ１０２は、ポリオレフィンなどの単層膜にのみ限られず、ポリプロピレン層をポリエチレン層でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔膜と有機不織布などを積層したものも用いることができる。セパレータ１０２を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能およびセパレータの形状維持（剛性向上）機能などの諸機能を付与することができる。また、セパレータ１０２の代わりにゲル電解質又は真性ポリマー電解質等を用いることもできる。
【００１７】
以上の発電要素１０９は、上から正極板１０１と負極板１０３とが交互に、且つ当該正極板１０１と負極板１０２との間にセパレータ１０２が位置するような順序で積層され、さらに、その最上部及び最下部にセパレータ１０２が一枚ずつ積層されている。そして、２枚の正極板１０１のそれぞれは、正極側集電部１０４ａを介して、金属箔製の正極端子１０４に接続される一方で、２枚の負極板１０３は、負極側集電部１０５ａを介して、同じく金属箔製の負極端子１０５に接続されている。なお、正極端子１０４も負極端子１０５も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子１０４としてはアルミニウムやアルミニウム合金などを挙げることができ、負極端子１０５としてはニッケル、銅またはステンレスなどを挙げることができる。また、本例の正極側集電部１０４ａも負極側集電部１０５ａの何れも、正極板１０４および負極板１０５の集電体を構成するアルミニウム箔やニッケル箔、銅箔を延長して構成されているが、別途の材料や部品により当該集電部１０４ａ，１０５ａを構成することもできる。
【００１８】
発電要素１０９は、上部電池外装１０６及び下部電池外装１０７により封止されている。これら上部電池外装１０６および下部電池外装１０７は、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂フィルムや、アルミニウムなどの金属箔の両面をポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート材など、柔軟性を有する材料で形成されている。特に、電池外装１０６，１０７の内面を構成する樹脂フィルムを、電解質に対する耐薬品性に優れ、外周縁のヒートシール性にも優れた、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、アイオノマー樹脂等により構成するとともに、中間にたとえばアルミニウム箔やステンレス箔などの可撓性及び強度に優れた金属箔を介在させ、電池外装１０６，１０７の外面を構成する樹脂フィルムを、電気絶縁性に優れたたとえばポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等で構成することができる。
【００１９】
そして、これらの上部電池外装１０６及び下部電池外装１０７によって、上述した発電要素１０９、正極側集電部１０４ａ、正極端子１０４の一部、負極側集電部１０５ａおよび負極端子１０５の一部を包み込み、当該電池外装１０６、１０７により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入したのち、上部電池外装１０６及び下部電池外装１０７の外周縁を熱融着などの方法により封止する。
【００２０】
有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）などのエステル系溶媒を挙げることができるが、本発明の有機液体溶媒はこれにのみ限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒も用いることができる。
【００２１】
同図に示されるように、封止された電池外装１０６、１０７の一方の端部から、正極端子１０４が導出するが、正極端子１０４の厚さ分だけ上部電池外装１０６と下部電池外装１０７との接合部に隙間が生じるので、薄型電池１０内の封止性を維持するために、当該正極端子１０４と電池外装１０６、１０７とが接触する部分に、ポリエチレンやポリプロピレンから構成されたシールフィルムを熱融着などの方法により介在させることもできる。
【００２２】
同様に、封止された電池外装１０６、１０７の他方の端部からは、負極端子１０５が導出するが、ここにも正極端子１０４側と同様に、当該負極端子１０５と電池外装１０６、１０７とが接触する部分にシールフィルムを介在させることもできる。なお、正極端子１０４および負極端子１０５の何れにおいても、シールフィルムは電池外装１０６，１０７の内面を構成する樹脂と同系統の樹脂から構成することが熱融着性の点から望ましい。
【００２３】
図１（Ａ）に示すように、正極端子１０４および負極端子１０５のそれぞれが導出された端部以外の対向する外周縁、同図に示す例では長辺の２つの外周縁１０６ａ，１０７ａおよび１０６ｂ，１０７ｂには、図２に示す導電性棒１１０が巻き付けられている。以下の説明では、平面視において矩形状をなす電池１０の４つの外周縁のうち電極端子１０４，１０５が導出される外周縁を１０６ｃ，１０６ｄ，１０７ｃ，１０７ｄで示し、それ以外の外周縁を１０６ａ，１０６ｂ，１０７ａ，１０７ｂで示す。
【００２４】
本例の導電性棒１１０は、図２に示すように、ステンレス、銅、ニッケルなどの金属など、導電性及び剛性を有する材料で構成され、軸方向に沿ってスリット１１０ａが形成されている。
【００２５】
同図に示すスリット１１０ａの軸方向の長さＬ１は、長辺の外周縁１０６ａ，１０７ａおよび１０６ｂ，１０７ｂの長さＬ（図１参照）とほぼ等しいか或いは僅かに長く形成されている。これにより、電池外装１０６，１０７の長辺の外周縁１０６ａ，１０７ａおよび１０６ｂ，１０７ｂを導電性棒１１０のスリット１１０ａに挿入する際の作業性を損なうことなく外周縁と導電性棒との位置関係が定まるので、当該外周縁１０６ａ，１０７ａおよび１０６ｂ，１０７ｂから露出する導電性棒１１０の長さＬ２，Ｌ３が一定となって、組電池として組み立てる際に薄型電池１０の位置が定まることになる。
【００２６】
また、スリット１１０ａは導電性棒１１０の軸方向の中央に形成されているので、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａおよび１０６ｂ，１０７ｂから露出する導電性棒１１０の長さＬ２とＬ３が等しくなり、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａおよび１０６ｂ，１０７ｂを導電性棒１１０のスリット１１０ａに挿入する際にどちら向きに挿入してもよくなって、作業性が向上する。
【００２７】
図２に示すスリット１１０ａの幅Ｗ１は、電池外装１０６，の外周縁１０７１０６ａ，１０７ａおよび１０６ｂ，１０７ｂの厚さＷ（図３参照）にほぼ等しいか或いは僅かに大きく形成されている。こうすることで、電池外装１０６，１０７の長辺の外周縁１０６ａ，１０７ａおよび１０６ｂ，１０７ｂを導電性棒１１０のスリット１１０ａに挿入する際の作業性を損なうことがなく、しかも外周縁１０６ａ，１０７ａおよび１０６ｂ，１０７ｂが適当にスリット１１０ａに挿入されているので抜けにくくなり、作業性が向上する。
【００２８】
図２に示す導電性棒１１０の直径φは、薄型電池１０の厚さｔ（図１参照）とほぼ等しいか或いはこれより小さく形成されている。すなわち、図４に示すように電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａおよび１０６ｂ，１０７ｂをスリット１１０ａに挿入して導電性棒１１０を巻き付けたときに導電性棒１１０の高さ寸法が薄型電池１０より小さくなるように導電性棒１１０の直径φが選択されている。これにより、図５に示すように複数の薄型電池１０を積み重ねて組電池としても、上下の導電性棒１１０が互いに干渉することがなく、スペース効率が向上することになる。
【００２９】
こうした導電性棒１１０は、図３に示すように４つの外周縁を熱融着などにより封止して電池外装１０６，１０７を組み立てたのち、外周縁１０６ａ，１０７ａおよび１０６ｂ，１０７ｂのぞれぞれを、２つの導電性棒１１０，１１０のそれぞれのスリット１１０ａに挿入する。このとき、外周縁１０６ａ，１０７ａおよび１０６ｂ，１０７ｂと導電性棒１１０とを溶接するなどして一時的に固定してもよいが、固定することなく挿入したまま導電性棒１１０を巻いてもよい。
【００３０】
導電性棒１１０を薄型電池１０の中心に向かって巻き始め、図４に示すように外周縁１０６ａ，１０７ａおよび１０６ｂ，１０７ｂの終端まで巻き終えたら、書き込んだ部分１１１の電池外装１０６，１０７を接着剤や接着テープなどを用いて固定する。電池外装１０６，１０７の外周縁の巻き回数は特に限定されないが、本例では長辺側の外周縁１０６ａ，１０７ａおよび１０６ｂ，１０７ｂを薄型電池１０の厚さｔのおおよそ円周率倍とし、導電性棒１１０に１回巻き付けることとしている。
【００３１】
さらに、図５に示すように導電性棒１１０と電極端子１０４，１０５とを溶接などの手段で電気的に接続する。ここで、正極端子１０４と負極端子１０５は、図１の平面図に示されるように、その先端が一方の導電性棒１１０に接触可能なだけ延在して形成されている。図１（Ａ）の例では、正極端子１０４は図の上側の導電性棒１１０に接触し、負極端子１０５は図の下側の導電性棒１１０に接触する。この接触した状態を図５に示すが、点Ｐの部分に溶接などを施すことで、正極端子１０４と図１の上側の導電性棒１１０とが電気的に接続されるとともに、負極端子１０５と図１の下側の導電性棒１１０とが電気的に接続される。
【００３２】
以上により、図１に示すような長辺の両側に導電性棒１１０，１１０が巻き付けられ、それぞれの導電性棒１１０に正極端子１０４と負極端子１０５が接続され、かつ導電性棒１１０の両端が、正極端子１０４及び負極端子１０５よりも突出した薄型電池１０が得られる。
【００３３】
このようにして得られた薄型電池１０は、たとえば図６に示すようにして組電池１に組み立てることができる。
【００３４】
図６に示す例では、銅、ニッケル、ステンレスなどの導電性材料からなるバスバー２２をプラスチックなどの絶縁性材料にインサート成形したバスバーモールドプレート２０が用いられる。バスバー２２は、所望の位置に組み付けられる薄型電池１０を所望の電気的接続、たとえば直列又は並列に接続するように、プレート２０内に埋め込まれている。このバスバー２２の形状やインサート位置を変えることで組電池１の電気的構成を変えることができる。
【００３５】
そして、このバスバーモールドプレート２０のバスバー２１の部分には、本実施形態に係る薄型電池１０の導電性棒１１０の先端が嵌合可能な凹部２１が形成され、この凹部２１に導電性棒１１０の先端を挿入することで、これを衝として同図に示すように複数の薄型電池１０を積層して組電池１とすることができると同時に、バスバー２２によって他の薄型電池１０と電気的に接続される。すなわち、ワンタッチの組み付け動作で薄型電池１０のセッティングと電極端子の接続が行える。また、導電性棒１１０，１１０とプレート２０との位置関係も精度よく定まることになる。
【００３６】
このとき、薄型電池１０全体の剛性はこれら２つの導電性棒１１０，１１０で受けることになるので、薄く柔らかい発電要素１０９及び電池外装１０６，１０７からなる薄型電池１０であっても全体の剛性が向上することになる。
【００３７】
また、電池外装１０６，１０７の対向する外周縁１０６ａ，１０７ａおよび１０６ｂ，１０７ｂのそれぞれに導電性棒１１０を巻き付けることで、この外周縁１０６ａ，１０７ａおよび１０６ｂ，１０７ｂのシール性が確保され、外部からの水分の侵入や内部の電解質の漏洩が防止でき、電池が延命する。
【００３８】
さらに、対向する外周縁１０６ａ，１０７ａおよび１０６ｂ，１０７ｂを発電要素１０９の近傍まで導電性棒１１０に巻き付けるので、薄型電池１０自体の幅寸法が短くなり、コンパクトに組電池等に組み上げることができ、小型化を達成することができる。
【００３９】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００４０】
たとえば、上述した実施形態に係る導電性棒１１０はスリット１１０ａを有し、電池外装の外周縁１０６ａ，１０７ａ，１０６ｂ，１０７ｂをこのスリット１１０ａに挿入したのち導電性棒１１０を巻き込んだが、スリット１１０ａを省略し、電池外装の外周縁１０６ａ，１０７ａ，１０６ｂ，１０７ｂを導電性棒１１０に溶接などで固定したのち巻き込んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩＢ−ＩＢ線に沿う断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る導電性棒を示す平面図及びＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る導電性棒を巻き付ける方法を説明するための薄型電池を示す部分断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る薄型電池を組電池として構成した一例を示す三面図である。
【符号の説明】
１０…薄型電池
１０１…正極板
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１０４…正極端子
１０４ａ…正極側集電部
１０５…負極端子
１０６…上部電池外装
１０６ａ，１０６ｂ…棒を巻き付ける外周縁
１０６ｃ，１０６ｄ…電極端子が導出される外周縁
１０７…下部電池外装
１０７ａ，１０７ｂ…棒を巻き付ける外周縁
１０７ｃ，１０７ｄ…電極端子が導出される外周縁
１０９…発電要素
１１０…導電性棒
１１０ａ…スリット
２０…プレート
２１…凹部
２２…バスバー
【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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【図６】
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