(57)【要約】【課題】積層電極を十分に圧迫して電池の発電性能の低下を防止できる電池パックの提供を図る。【解決手段】積層電極４を外装フィルム１０で密閉した電池２を、熱収縮チューブ３に収容して圧迫した。電池２が圧迫部材３によって圧迫されるので、積層電極４の電極間距離が一定に維持され、発電性能低下を防止できる。また、電極間距離が一定に維持されるので、極所的に過電圧が生じることも無く、電池２が長寿命化する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板および負極板をセパレータを介して積層してなる積層電極を外装フィルムで密閉した電池と、前記電池を収容して圧迫する圧迫部材と、を備えることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
請求項１記載の電池パックであって、
前記電池の中央部の積層電極に対応する位置に形成される厚肉部の外縁を取り囲む枠体を設けたことを特徴とする電池パック。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の電池パックであって、
電池の中央部の積層電極に対応する位置に形成される厚肉部の厚み方向両側に、一対の板状部材を設けたことを特徴とする電池パック。
【請求項４】
正極板および負極板をセパレータを介して積層してなる積層電極を外装フィルムで密閉して電池と、前記電池を複数収容しつつ圧迫する圧迫部材と、を備えることを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層電極を外装フィルムで密閉した電池を用いた電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、特開平１１−２２４６５２号公報などに開示されるように、高分子−金属を重ね合わせたラミネートフィルムなどを外装フィルムとして用いて、正極板および負極板をセパレータを介して積層してなる積層電極を収納して密封した電池がある。
【０００３】
この種の電池は、小型軽量化であるため、高エネルギー密度化、高出力化が見込まれ、特に、電気自動車やハイブリッド車の駆動源として期待されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の電池にあっては、外装フィルムが剛性に乏しく積層電極を圧迫する能力に劣るため、正極板と負極板との距離を一定に保つことが難しく、このような場合、発電性能が低下してしまう。また、電極間距離が不均一となると、電流密度も不均一となって極所的に過電圧が印可され、電解液が分解される虞がある。このような場合、外装フィルムが膨らみ電池が短命化してしまう。
【０００５】
本発明はこのような従来技術をもとに為されたものであって、その目的は、積層電極を十分に圧迫して電池の発電性能を維持できる電池パックの提供である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明にあっては、正極板および負極板をセパレータを介して積層してなる積層電極を外装フィルムで密閉した電池と、前記電池を収容して圧迫する圧迫部材と、を備えることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２記載の発明にあっては、請求項１記載の電池パックであって、前記電池の中央部の積層電極に対応する位置に形成される厚肉部の外縁を取り囲む枠体を設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３記載の発明にあっては、請求項１または請求項２記載の電池パックであって、前記厚肉部の厚み方向両側に一対の板状部材を設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４記載の発明にあっては、正極板および負極板をセパレータを介して積層してなる積層電極を外装フィルムで密閉して電池と、前記電池を複数収容しつつ圧迫する圧迫部材と、を備えることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、電池が圧迫部材によって圧迫されるので積層電極の電極間距離が一定に維持され、発電性能低下を防止できる。また、電極の電極間距離が一定に維持されるので、極所的に過電圧が生じることも無く、電池が長寿命化する。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加え、電池の中央部の厚肉部の外縁を取り囲む枠体を設けたため、積層電極には、その外縁側から圧迫力が加わらずにその積層方向からのみ圧迫力が加わる。そのため、電極間距離をより一定に維持しやすい構造となる。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の発明の効果に加え、電池の厚肉部の厚み方向両側に一対の板状部材を設けたため、前記圧迫部材から圧迫力が一対の板状部材を介して伝わる。そのため、圧迫部材からの圧迫力がさらに均一化する。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１と同様の作用効果を得ることができる。また、複数の電池を大きなケースを用いることなくユニット化できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面をもとに説明する。
【００１５】
第１実施形態：図１〜図３は本発明の第１実施形態を示すものである。
【００１６】
この第１実施形態の電池パック１は、積層電極４を外装フィルム１０で密閉してなる電池２と、該電池２を圧迫する圧迫部材としての熱収縮チューブ３と、を備えて構成される。
【００１７】
電池２は、図３に示すように、発電要素としての扁平形状の積層電極４を、一対の外装フィルムとしてのラミネートフィルム１０Ａ、１０Ｂの中央部に配置し、これらラミネートフィルム１０Ａ、１０Ｂによって積層電極４の両面を挟むようにして覆い、ラミネートフィルム１０Ａ、１０Ｂの周縁部を熱溶着により接合（接合部分２Ｂ）することにより、これらラミネートフィルム１０Ａ、１０Ｂ間に積層電極４とともに電解液を密閉したものである。これにより電池２の外観形状は、電池中央部の発電要素を収容した部位が厚肉部２Ａとなっており、電池周辺部の接合部位２Ｂが薄肉部２Ｂとなっている。
【００１８】
積層電極４は、複数枚の正極板５、５、・・・および負極板６、６、・・・をそれぞれセパレータ７、７、・・・を介在しつつ順次積層したものである。各正極板５、５、・・・は、正極リードを介して正極タブ８に接続されるとともに、各負極板６、６、・・・は、負極リードを介して負極タブ９に接続され、これら正極タブ８および負極タブ９がラミネートフィルム１０Ａ、１０Ｂの接合部分２Ｂから外部に引き出されている。
【００１９】
前記正極タブ８および負極タブ９は、Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅなどの金属箔によって形成してある。また、前記ラミネートフィルム１０Ａ、１０Ｂは、外側から内側に向けて、樹脂層としてのナイロン層α、接着剤層β、金属層としてのアルミ箔層γ、樹脂層としてのＰＥ（ポリエチレン）またはＰＰ（ポリプロピレン）層δで構成される。
【００２０】
このようにして構成される電池２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５、５、・・・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。
【００２１】
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が挙げられる。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。）で表せる化合物であるリチウムコバルト複合酸化物を含有してもよい。
【００２２】
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およびリチウムコバルト複合酸化物は、例えばリチウム、ニッケル、マンガン、コバルトなど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。
【００２３】
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などの正極活物質の平均粒径は、３０μｍ以下であることが好ましい。
【００２４】
また、負極板６、６、・・・を形成している負極活物質としては、比表面積が０．０５ｍ２／ｇ以上、２ｍ２／ｇ以下の範囲であるものを使用する。この範囲とすることにより、負極表面上におけるＳＥＩ（Ｓｏｌｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：固体電解質界面）の形成を充分に抑制することができる。
【００２５】
負極活物質の比表面積が０．０５ｍ２／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充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２ｍ２／ｇを越える場合、負極表面上におけるＳＥＩ形成を制御することができない。
【００２６】
負極活物質としては、対リチウム電位が２．０Ｖ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などのコークス類、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など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、カーボンブラックなどの炭素質材料を使用することが可能である。
【００２７】
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などの元素、または例えばＭｘＳｉ、ＭｘＳｎ（但し、式中ＭはＳｉ又はＳｎを除く１つ以上の金属元素を表す。）で表されるＳｉやＳｎの合金など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。
【００２８】
さらに、電解液としては、電解質塩を非水溶媒に溶解して調製される液状のものの他、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。
【００２９】
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、ＰＥＯ、ＰＡＮ、またはこれらの共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、などが挙げられる。
【００３０】
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、プロピオニトリルなどが挙げられる。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。
【００３１】
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など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の性状（保護膜の機能）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。
【００３２】
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、特に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、エネルギ密度の高い非水二次電池となる。
【００３３】
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などが使用可能である。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。
【００３４】
この実施形態の電池パック１は、熱収縮チューブ３内に電池２を納めた状態で（図２参照）、該熱収縮チューブ３を加熱することで、熱収縮チューブ３が電池２に密着して圧迫するまで収縮させて形成したものである。なお、熱収縮チューブ３は、電池の作動温度範囲が６０℃以下であるため、製造時に電池２に過負荷が加わらないように、１００℃前後で収縮する低温収縮タイプであることが好ましい。
【００３５】
このような第１実施形態の電池パック１によれば、電池２が圧迫部材としての熱収縮チューブ３内に収容されて圧迫されるため、積層電極４の電極間距離が均一に維持される。このため、電池２の発電性能を高く維持できるとともに、電池２を長寿命化できる。
【００３６】
以下、その他の実施形態を説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
【００３７】
第２実施形態：図４、図５は本発明の第２実施形態を示すものである。この第２実施形態の電池パック２０は、図４、図５に示すように、電池２の中央部の厚肉部２Ａの外周縁を取り囲む金属製の枠体２１を設けた点で、第１実施形態と異なっている。
【００３８】
この枠体２１は、電池２の周辺部の薄肉部２Ｂ上に配置され、枠体２１の厚みｄ３は、電池２の厚肉部２Ａの厚みをｄ１，薄肉部２Ｂの厚みをｄ２とすると、ｄ１≧ｄ２＋ｄ３の関係となっている。これにより、厚肉部２Ａの厚み方向に圧迫部材３からの圧迫力が加わり、厚肉部２Ａの外縁側からは圧迫力が加わらないようになっている。つまり、積層電極４に対してその外縁から圧迫力が加わることで積層電極４が撓むことが確実に防止され、且つ、積層電圧４にはその積層方向からのみ圧迫力が加わるため、電極間距離をより均一に維持しやすい構造となる。
【００３９】
このように、この第２実施形態の電池パック２０によれば、第１実施形態にくらべ、さらに高い精度で電極間距離を均一に維持でき、品質管理上さらに優れている。また、この第２実施形態の電池パック２０によれば、枠体２１が電池２の補強部材して作用するため、電池２の安全性が高まるとともに取り扱い性が向上する。また、枠体２１は金属からなるためヒートシンクとして作用し、これにより放熱性が向上する。なお、枠体は、この実施形態のように電池の厚肉部の外周を全周に亘って取り囲む形状が最も好ましいが、部分的に取り囲むものであってよい。
【００４０】
第３実施形態：図６は本発明の第３実施形態を示すものである。この第３実施形態の電池パック３０は、図６に示すように、電池２の中央部の厚肉部２Ａの厚み方向両側に、一対の板状部材３１、３２を設けた点で、第１、２実施形態と異なっている。
【００４１】
このような構成により、圧迫部材３から圧迫力が一対の板状部材３１、３２を介して伝わるため、圧迫力が均一化し、より高い精度で電極間距離を均一に維持しやすい構造となる。しかも、この第３実施形態では、板状部材３１、３２は厚肉部２Ａを完全に覆うサイズで構成されているため、積層電極４にはその外縁側から圧迫力が加わらずに積層方向（厚み方向）からのみ圧迫力が加わるため、この点においても電極間距離をさらに一定に維持しやすい構造である。
【００４２】
なお、板状部材３１、３２は、樹脂または金属などのようにある程度の剛性を備えて湾曲しにくいものであれば、材質は問わないが、電池２との接触面に例えばスポンジなどの弾性体を被覆した構造であってもよい。
【００４３】
第４実施形態：図７は第４実施形態の電池パックを示すものである。この第４実施形態の電池パック４０は、図７に示すように、複数の電池２、２を圧迫部材３でユニット化した点で異なっている。この実施形態では２つ電池２、２が、電池２の厚み方向すなわち積層電極４の積層方向にそって積層された状態で、ともに圧迫部材３内に収容されている。
【００４４】
このような構成により、第１実施形態と同様の作用効果を得る。また、複数の電池を圧迫部材３でユニット化できるため、従来のように複数の電池を樹脂ケースや金属ケースなどでユニット化する構造くらべ、極めて簡素で且つ軽量となる。
【００４５】
第５実施形態：図８は第５実施形態の電池パックを示すものである。この第５実施形態の電池パック５０は、複数の電池２、２、・・・を圧迫部材３でユニット化した点で第４実施形態と同様であるが、電池２、２、・・・の配列方向が第４実施形態と異なる。
【００４６】
この第５実施形態の電池パック５０は、複数の電池２、２、・・・が支持プレート５１によって積層電極４の積層方向と直交する方向に配列支持された状態で、圧迫部材３内に収容されている。支持プレート５１には、各電池２、２、・・・の厚肉部２Ａを受け入れ位置決めする凹部５２が設けられ、全ての電池２、２、・・・がこの支持プレート５１の投影面内に納まっている。
【００４７】
このような構成により、この第５実施形態の電池パック５０によれば、第１に、圧迫部材３により第１、４実施形態と同様の効果を得ることができる。第２に、支持プレート５１により、複数の電池２、２、・・がユニット化された電池パック５０の剛性が補強され、取り扱い性が向上する。第３に、支持プレート５１により、熱収縮チューブ３へ複数の電池２、２、・・・を挿入する作業か極めて容易となるため、電池パック５０の製造が容易となる。なお、本発明においては、無論、支持プレート５１を用いずに上記のように複数の電池２、２、・・・を配列した構造も含まれるものとする。
【００４８】
以上、第１〜第４実施形態で説明したように本発明あっては、電池を収容して圧迫する圧迫部材を設けたため、積層電極の電極間距離が均一に維持され、電池性能低下を防止できる。また、電極の電極間距離が一定に維持されるので、極所的に過電圧が生じることも無く、電池が長寿命化する。
【００４９】
なお、本発明において、圧迫部材は、熱収縮チューブに限らずその他の部材を用いてもよい。また、電池は、積層電極を外装フィルムで密閉した扁平型の電池であればよく、一般に多く用いられているセパレータに電解液をしみこませたイオン電池（例えばリチウムイオン電池）に限られず、セパレータを固体電解質とした固体電解質電池、セパレータをゲル電解質としたゲル電解質電池など、であってもよい。また、実施形態では、電池２の形状は、一方の外装フィルム１０Ｂがほぼ平板状に構成される一方で、他方の外装フィルム１０Ａが積層電極４を収容する凹部１３を有して構成されているが、本発明にあっては、例えば両方の外装フィルム１０Ａ、１０Ｂに凹部を設けたような構造であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の電池パックを示す概略斜視図。
【図２】同電池パックの分解斜視図。
【図３】同電池パックの電池の長手方向に沿う縦断面図。
【図４】本発明の第２実施形態の電池パックを示す側断面図。
【図５】同電池パックの枠体および電池を示す斜視図。
【図６】本発明の第３実施形態の電池パックを示す断面図。
【図７】本発明の第４実施形態の電池パックを示す断面図。
【図８】本発明の第５実施形態の電池パックを示す断面図。
【符号の説明】
１　　電池パック
２　　電池
２Ａ　厚肉部
２Ｂ　薄肉部
３　　熱収縮チューブ（圧迫部材）
４　　積層電極
１０　ラミネートフィルム（外装フィルム）
２０　電池パック
２１　枠体
３０　電池パック
３１、３２　板状部材
４０　電池パック
５０　電池パック
５１　支持プレート
５２　位置決め凹部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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