(57)【要約】【課題】複数重ね合わせた電極リードを電極端子に大きな固定強度をもって接合し、かつ重ね合わせ方向両側の電気抵抗値を均等化することができる積層型電池を提供する。【解決手段】発電要素１１に複数層積層した正、負極板１１Ａ、１１Ｂを、複数の正、負極リード１１Ｄ、１１Ｅを介して正、負極端子１４、１５に接続する際に、正、負極端子１４、１５に設けた貫通部１４ａ、１５ａに、正、負極リード１１Ｄ、１１Ｅを重ね合わせた状態で挿通し、貫通部１４ａ、１５ａよりも基端部側１１Ｄａ、１１Ｅａで正、負極端子１４、１５に接合し、貫通部１４ａ、１５ａに挿通した先端部側１１Ｄｂ、１１Ｅｂで正、負極端子１４、１５に接合することにより、重ね合わせた正、負極リード１１Ｄ、１１Ｅを、重ね合わせ方向の両側で正、負極端子１４、１５に接合することができる。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とをセパレータを介在しつつ交互に複数層積層した発電要素を有し、これら正極板および負極板を、それぞれ複数の正極リードおよび負極リードを介して正極端子および負極端子に接続するとともに、上記発電要素と電解液とを金属複合フィルムで密封するようにした積層型電池において、
上記正極端子および負極端子に表裏を貫通する貫通部を設け、
当該各貫通部に、それぞれ対応する上記複数の正極リードおよび負極リードを上記正極端子および負極端子の表裏方向に重ね合わせた状態で挿通し、
これら重ね合わせた正極リードおよび負極リードを、上記貫通部よりも上記発電要素側である基端部側と、当該各貫通部に挿通した先端部側とで、それぞれ上記正極端子および負極端子に接合した
ことを特徴とする積層型電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極板と負極板とをセパレータを介在しつつ複数層積層して発電要素を構成し、各正極板および負極板を、それぞれ複数の正極リードおよび負極リードを介して正極端子および負極端子に接続する積層型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の排ガスによる大気汚染が世界的な問題となっている中で、電気を動力源とする電気自動車やエンジンとモータを組み合わせて走行するハイブリッドカーが注目を集めており、これらに搭載する高エネルギー密度、高出力密度となる高出力型電池の開発が産業上重要な位置を占めている。
【０００３】
このような高出力型電池としては、例えばリチウムイオン電池があり、なかでも平板状の正極板と負極板とをセパレータを介在しつつ積層した積層型電池がある。
【０００４】
この積層型電池では、扁平状で矩形状となった発電要素の両面を高分子金属複合フィルムとして形成される１対のラミネートシートで挟み、その周縁部を熱融着により接合して発電要素とともに電解液を密封するようになっている。
【０００５】
ところで、このような積層型電池では複数層積層した正極板および負極板を、それぞれ複数の正極リードおよび負極リードを介して正極端子および負極端子に接合している。
【０００６】
この場合、正極リードおよび負極リード等の電極リードは金属箔で形成され、一端を複数の正極板および負極板に接続されるとともに、他端をそれぞれ重ね合わせた状態で、対応する正極端子および負極端子等の電極端子における一方の面（主に、積層型電池の表面側となる面）に、溶接等の手法を用いて接合されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電極リードの金属箔を複数重ね合わせた状態で単に電極端子の一方の面に接合した場合、重ね合わせた金属箔からなる電極リードが、その重ね合わせ方向に対して片持ち状で固定されるため、その接合部分に大きな固定強度を確保することが困難となり、振動や衝撃を受けた際に電極リードが個々に剥がれてしまうおそれがある。
【０００８】
また、このように電極リードを複数重ね合わせた状態で電極端子に片面接合した場合、それぞれ重ね合わせた電極リードのうち、電極端子から遠ざかる側に配置される電極リード程、その間に介在する電極リードの接触抵抗が蓄積されることによって電気抵抗値が増大するため、大電流放電時における電圧降下現象の影響が大きくなると考えられる。
【０００９】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたものであり、複数重ね合わせた電極リードを電極端子に大きな固定強度をもって接合し、かつ重ね合わせ方向両側の電気抵抗値を均等化することができる積層型電池を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明の積層型電池にあっては、正極板と負極板とをセパレータを介在しつつ交互に複数層積層した発電要素を有し、これら正極板および負極板を、それぞれ複数の正極リードおよび負極リードを介して正極端子および負極端子に接続するとともに、上記発電要素と電解液とを金属複合フィルムで密封するようにした積層型電池において、上記正極端子および負極端子に表裏を貫通する貫通部を設け、当該各貫通部に、それぞれ対応する上記複数の正極リードおよび負極リードを上記正極端子および負極端子の表裏方向に重ね合わせた状態で挿通し、これら重ね合わせた正極リードおよび負極リードを、上記貫通部よりも上記発電要素側である基端部側と、当該各貫通部に挿通した先端部側とで、それぞれ上記正極端子および負極端子に接合するようにした。
【００１１】
【発明の効果】
かかる構成により本発明の積層型電池にあっては、複数の正極リードおよび負極リードを、それぞれ重ね合わせた状態で正極端子および負極端子の貫通部に挿通したことにより、前記各電極リードは貫通部の挿通部分を境にして基端部側と先端部側とで前記電極端子に当接する面が反転するため、重ね合わせた正極リードおよび負極リードを、重ね合わせ方向最下段側と、その反対側である最上段側とで各々正極端子および負極端子に接合することができる。
【００１２】
従って、前記電極リードは重ね合わせ方向両側で電極端子に固定できるため、固定強度を増大することができるとともに、電極リードの重ね合わせ方向最下段側と最上段側がそれぞれ電極端子に直接接続するため、重ね合わせ方向両側の電気抵抗値を均等化することができ、大電流放電時における電圧降下現象の影響を低減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１〜図４は本発明にかかる積層型電池の一実施形態を示し、図１は積層型電池の平面図、図２は図１中Ａ−Ａ線に沿った拡大断面図、図３は図２中Ｂ部の拡大断面図、図４は積層型電池の分解平面図である。
【００１５】
本実施形態の積層型電池が適用される積層型電池１０は、図１に示すように発電要素としての積層電極１１を、金属複合フィルムとしてのラミネートシート１２、１３の中央部間に配置し、図２に示すように、これら１対のラミネートシート１２、１３によって積層電極１１の両面（図１中、表裏方向）を挟むようにして覆ってある。
【００１６】
前記積層電極１１は、図２、図４に示すように、複数枚の正極板１１Ａおよび負極板１１Ｂを、それぞれセパレータ１１Ｃを介在しつつ順次積層して構成され、各正極板１１Ａは、正極リード１１Ｄを介して正極端子としての正極タブ１４に接続されるとともに、各負極板１１Ｂは、負極リード１１Ｅを介して負極タブ１５に接続されている。
【００１７】
前記正極リード１１Ｄおよび前記負極リード１１Ｅはそれぞれ金属箔で形成され、例えば正極リード１１Ｄがアルミ箔でなるとともに、負極リード１１Ｅが銅箔でなる。
【００１８】
そして、これら正極リード１１Ｄおよび負極リード１１Ｅの正極板１１Ａおよび負極板１１Ｂから引き出した部分がそれぞれ重ね合わされて、正極タブ１４および負極タブ１５に溶接等の手法を用いて接合されている。
【００１９】
また、前記正極タブ１４はアルミ（Ａｌ）板で形成されるとともに、前記負極タブ１５はニッケル（Ｎｉ）板で形成されている。
【００２０】
積層構造として形成した前記積層電極１１は扁平な矩形状をなしており、積層型電池１０は、この積層電極１１を一方のラミネートシート１２に形成された凹部２０に電解液とともに収納した状態で、この凹部２０を覆うように平坦な他方のラミネートシート１３を配置して、これら両方のラミネートシート１２、１３の周縁部１２ａ、１３ａを熱融着して密封されている。
【００２１】
そして、前記正極タブ１４および前記負極タブ１５は、図２に示すように、前記ラミネートシート１２、１３の周縁部１２ａ、１３ａを熱融着した接合部分１６から外方に引き出すようになっており、この正極タブ１４および負極タブ１５の接合部分１６に配置される部分には、樹脂シート１７を巻き付けて正極タブ１４および負極タブ１５周囲の熱融着時の溶着性、ひいては密封性を高めるようになっている。
【００２２】
このようにして構成される積層型電池１０としては、例えばリチウムイオン二次電池があり、この場合、正極板１１Ａを形成している正極の正極活物質として、リチウムニッケル複合酸化物、具体的には一般式ＬｉＮｉ１−ｘＭｘＯ２（但し、０．０１≦ｘ≦０．５であり、ＭはＦｅ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｂ，Ｇａ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒの少なくとも一つである。）で表せる化合物を含有する。
【００２３】
また、正極はリチウムニッケル複合酸化物以外の正極活物質を含有することも可能である。リチウムニッケル複合酸化物以外の正極活物質としては、例えば一般式ＬｉｙＭｎ２−ｚＭ’ｚＯ４（但し、０．９≦ｙ≦１．２、０．０１≦ｚ≦０．５であり、Ｍ’はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｂ，Ｇａ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒの少なくとも一つである。）で表される化合物であるリチウムマンガン複合酸化物等が挙げられる。
【００２４】
また、一般式ＬｉＣｏ１−ｘＭｘＯ２（但し、０．０１≦ｘ≦０．５であり、ＭはＦｅ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｂ，Ｇａ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒの少なくとも一つである。）で表せる化合物を含有する。
【００２５】
リチウムニッケル複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物リチウムコバルト複合酸化物等は、例えばリチウム、ニッケル、マンガン、コバルト等の炭酸塩を組成に応じて混合し、酸素存在雰囲気中において６００〔℃〕〜１０００〔℃〕の温度範囲で焼成することにより得られる。なお、出発原料は炭酸塩に限定されず、水酸化物、酸化物、硝酸塩、有機酸塩等からも同様に合成可能である。
【００２６】
なお、リチウムニッケル複合酸化物やリチウムマンガン複合酸化物等の正極活物質の平均粒径は、３０〔μｍ〕以下であることが好ましい。
【００２７】
また、負極板１１Ｂを形成している負極活物質としては、比表面積が０．０５〔ｍ２／ｇ〕以上、２〔ｍ２／ｇ〕以下の範囲であるものを使用する。負極活物質の比表面積が０．０５〔ｍ２／ｇ〕以上、２〔ｍ２／ｇ〕以下の範囲であることにより、負極表面上におけるＳＥＩ層の形成を十分に抑制することができる。
【００２８】
負極活物質の比表面積が０．０５〔ｍ２／ｇ〕未満である場合、リチウムの出入り可能な場所が小さすぎるため、充電時において負極活物質中にドープされたリチウムが放電時において負極活物質中から十分に脱ドープされず、充放電効率が低下する。一方、負極活物質の比表面積が２〔ｍ２／ｇ〕を越える場合、負極表面上におけるＳＥＩ層の形成を制御することができない。
【００２９】
具体的な負極活物質としては、対リチウム電位が２．０〔Ｖ〕以下の範囲でリチウムをドープ・脱ドープすることが可能な材料であれば何れも使用可能であり、具体的には難黒鉛化性炭素材料、人造黒鉛、天然黒鉛、熱分解黒鉛類、ピッチコークスやニードルコークスや石油コークス等のコークス類、グラファイト、ガラス状炭素類、フェノール樹脂やフラン樹脂等を適当な温度で焼成して炭化した有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭、カーボンブラック等の炭素質材料を使用することが可能である。
【００３０】
また、リチウムと合金を形成可能な金属、およびその合金も使用可能であり、具体的には、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化スズ等の比較的低電位でリチウムをドープ・脱ドープする酸化物やその窒化物、３Ｂ族典型元素の他、ＳｉやＳｎ等の元素、または例えばＭｘＳｉ、ＭｘＳｎ（但し、式中ＭはＳｉまたはＳｎを除く１つ以上の金属元素を表す。）で表されるＳｉやＳｎの合金等を使用することができる。これらの中でも、特にＳｉまたはＳｉ合金を使用することが好ましい。
【００３１】
さらに、電解液に用いる電解質としては、電解質塩を非水溶媒に溶解して調製される液状のいわゆる電解液であってもよいし、電解質塩を非水溶媒に溶解した溶液を高分子マトリクス中に保持させたポリマーゲル電解質であってもよい。
【００３２】
非水電解質としてはポリマーゲル電解質を用いる場合、使用する高分子材料としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル等が挙げられる。
【００３３】
非水溶媒としては、この種の非水電解質二次電池においてこれまで使用されている非水溶媒であれば何でも使用可能であり、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル等が挙げられる。なお、これらの非水溶媒は、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００３４】
特に、非水溶媒は不飽和カーボネートを含有することが好ましく、具体的には、ビニレンカーボネート、エチレンエチリデンカーボネート、エチレンイソプロプロピリデンカーボネート、プロピリデンカーボネート等を含有することが好ましい。また、これらの中でも、ビニレンカーボネートを含有することが最も好ましい。非水溶媒として不飽和カーボネートを含有することにより、負極活物質に生成するＳＥＩ層の性状に起因する効果が得られ、耐過放電特性がより向上すると考えられる。
【００３５】
また、この不飽和カーボネートは電解質中に０．０５重量％以上、５重量％以下の割合で含有されることが好ましく、０．５重量％以上、３重量％以下の割合で含有されることが最も好ましい。不飽和カーボネートの含有量を上記範囲とすることで、初期放電容量が高く、エネルギー密度の高い非水二次電池となる。
【００３６】
電解質塩としては、イオン伝導性を示すリチウム塩であれば特に限定されることはなく、例えばＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ等が使用可能である。これらの電解質塩は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いることも可能である。
【００３７】
ここで、本実施形態の積層型電池１０は、図２〜図４に示すように、正極タブ１４および負極タブ１５に表裏を貫通する貫通部としての開口部１４ａ、１５ａを設け、それぞれの開口部１４ａ、１５ａに複数の正極リード１１Ｄおよび負極リード１１Ｅを、正極タブ１４および負極タブ１５の表裏方向に重ね合わせた状態で挿通し、これら重ね合わせた正極リード１１Ｄおよび負極リード１１Ｅを、前記開口部１４ａ、１５ａよりも積層電極１１側である基端部１１Ｄａ、１１Ｅａ側で正極タブ１４および負極タブ１５に接合するとともに、前記開口部１４ａ、１５ａに挿通した先端部側１１Ｄｂ、１１Ｅｂで正極タブ１４および負極タブ１５に接合している。
【００３８】
なお、図３は図２中Ｂ部に示すように、負極リード１１Ｅの接合部分を拡大して示したが、正極リード１１Ｄの接合部分にあっても同様の構成となるため、同図中、正極リード１１Ｄに対応する符号を括弧を付して示すものとする。また、同図においては説明上、目視し易いように、各負極リード１１Ｅ（正極リード１１Ｄ）間および、これと負極タブ１５（正極タブ１４）との間に隙間を持って表したが、実際にはこれらが各々接合されているのは言うまでもない。
【００３９】
前記開口部１４ａ、１５ａは、パンチング等の手法を用いて正極タブ１４および負極タブ１５にそれぞれ形成され、図４に示すように、これら開口部１４ａ、１５ａの長さＬを、正極リード１１Ｄおよび負極リード１１Ｅの幅ｗよりも若干大きく形成するとともに、幅Ｗを重ね合わせた正極リード１１Ｄおよび負極リード１１Ｅの厚さＴ（図３参照）よりも十分に大きく形成されている。
【００４０】
因みに、正極リード１１Ｄおよび負極リード１１Ｅの前記基端部１１Ｄａ、１１Ｅａ側および前記先端部側１１Ｄｂ、１１Ｅｂを、正極タブ１４および負極タブ１５に接合するにあたっては、抵抗溶接法や超音波溶接法等の手法を用いて溶接している。
【００４１】
また、図３に示すように、基端部１１Ｄａ、１１Ｅａ側の溶接部分はＫ１であり、先端部側１１Ｄｂ、１１Ｅｂの溶接部分はＫ２で示している。
【００４２】
以上の構成により、本実施形態の積層型電池１０にあっては、複数の正極リード１１Ｄおよび負極リード１１Ｅを、それぞれ重ね合わせた状態で正極タブ１４および負極タブ１５の開口部１４ａ、１５ａに挿通したので、これら正極リード１１Ｄおよび負極リード１１Ｅの開口部１４ａ、１５ａよりも基端部側１１Ｄａ、１１Ｅａでは、それぞれの重ね合わせ方向の最下段側１１Ｄｆ１、１１Ｅｆ１が正極タブ１４および負極タブ１５に対向する一方、開口部１４ａ、１５ａに挿通した後の先端部側１１Ｄｂ、１１Ｅｂでは重ね合わせ方向の最上段側１１Ｄｆ２、１１Ｅｆ２が正極タブ１４および負極タブ１５に対向することになる。
【００４３】
つまり、前記正極リード１１Ｄおよび負極リード１１Ｅは、開口部１４ａ、１５ａの挿通部分を境にして基端部側１１Ｄａ、１１Ｅａと先端部側１１Ｄｂ、１１Ｅｂとで、正極タブ１４および負極タブ１５に当接する面が反転することになる。
【００４４】
このため、それぞれ重ね合わせた正極リード１１Ｄおよび負極リード１１Ｅは、前記基端部側１１Ｄａ、１１Ｅａと前記先端部側１１Ｄｂ、１１Ｅｂで溶接することにより、これら正極リード１１Ｄおよび負極リード１１Ｅの重ね合わせ方向両側１１Ｄｆ１、１１Ｅｆ１、１１Ｄｆ２、１１Ｅｆ２を、正極タブ１４および負極タブ１５に接合することができる。
【００４５】
従って、正極リード１１Ｄおよび負極リード１１Ｅを、重ね合わせ方向最下段側１１Ｄｆ１、１１Ｅｆ１と最上段側１１Ｄｆ２、１１Ｅｆ２で正極タブ１４および負極タブ１５に固定できるため、それぞれ重ね合わせた正極リード１１Ｄおよび負極リード１１Ｅの固定強度を増大することができ、積層型電池１０を車両に搭載した場合にも、振動や衝撃によって正極リード１１Ｄおよび負極リード１１Ｅが剥離したり破断するのを防止して、電池性能の低下を防止することができる。
【００４６】
また、正極リード１１Ｄおよび負極リード１１Ｅの重ね合わせ方向最下段側１１Ｄｆ１、１１Ｅｆ１と最上段側１１Ｄｆ２、１１Ｅｆ２がそれぞれ正極タブ１４および負極タブ１５に直接接続することになる。
【００４７】
このため、正極リード１１Ｄおよび負極リード１１Ｅの基端部１１Ｄａ、１１Ｅａで、重ね合わせ方向最上段側１１Ｄｆ２、１１Ｅｆ２が最も電気抵抗値が大きくなるが、この最上段側１１Ｄｆ２、１１Ｅｆ２は先端部側１１Ｄｂ、１１Ｅｂで電池抵抗値が最も小さくなり、結果的に重ね合わせ方向両側の電気抵抗値を均等化することができ、大電流放電時における電圧降下現象の影響を効率よく低減することができる。
【００４８】
ところで、本発明の積層型電池を前記実施形態を例に取って説明したが、これに限ることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種実施形態を採用することができ、例えば、正極タブ１４および負極タブ１５に形成した開口部１４ａ、１５ａは、正極リード１１Ｄおよび負極リード１１Ｅを正極タブ１４および負極タブ１５の表裏に貫通させれば足り、例えば、正極タブ１４および負極タブ１５の幅方向片側を開放した切欠きでもよい。
【００４９】
また、本発明が適用される積層型電池としてはリチウムイオン二次電池に限ることなく、同様の構成となる他の電池にあっても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す積層型電池の平面図である。
【図２】図１中Ａ−Ａ線に沿った拡大断面図である。
【図３】図２中Ｂ部の拡大断面図である。
【図４】本発明の一実施形態を示す積層型電池の分解平面図である。
【符号の説明】
１０　　　積層型電池
１１　　　積層電極（発電要素）
１１Ａ　　正極板
１１Ｂ　　負極板
１１Ｃ　　セパレータ
１１Ｄ　　正極リード
１１Ｄａ　正極リードの基端部側
１１Ｄｂ　正極リードの先端部側
１１Ｅ　　負極リード
１１Ｅａ　負極リードの基端部側
１１Ｅｂ　負極リードの先端部側
１２　　　ラミネートシート（金属複合フィルム）
１３　　　ラミネートシート（金属複合フィルム）
１４　　　正極タブ（正極端子）
１４ａ　　開口部（貫通部）
１５　　　負極タブ（負極端子）
１５ａ　　開口部（貫通部）
【図１】
2004055455.tif 000003
【図２】
2004055455.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004055455.tif 000006