(57)【要約】【課題】メッシュ状出力端子の破損を有効に防止し、溶接箇所における抵抗値を低減する。【解決手段】メッシュ状出力端子２１，２３を有する複数の平板状の第１及び第２単電池１０ａ，１０ｂが直列又は並列に接続される。第１単電池のメッシュ状出力端子２３と、その第１単電池に隣接する第２単電池のメッシュ状出力端子２１が中間金属板３１を介して積層され、積層されたメッシュ状出力端子２１，２３の積層両外面に外側金属板３２がそれぞれ配置され、中間金属板及び外側金属板とともに第１単電池のメッシュ状出力端子２３と第２単電池のメッシュ状出力端子２１が溶接される。中間金属板３１及び外側金属板３２はメッシュ状出力端子の幅方向に相応する長さを有し、メッシュ状出力端子はエキスパンデッドメタル、穿孔された金属シート又は金属ネットにより形成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メッシュ状出力端子（２１，２３）を有する複数の平板状の第１及び第２単電池（１０ａ，１０ｂ）が直列又は並列に接続された組電池であって、
前記第１単電池（１０ａ）のメッシュ状出力端子（２３）と前記第１単電池（１０ａ）に隣接する前記第２単電池（１０ｂ）のメッシュ状出力端子（２１）が中間金属板（３１）を介して積層され、
積層された前記第１単電池のメッシュ状出力端子（２３）と前記第２単電池のメッシュ状出力端子（２１）の積層両外面に外側金属板（３２，３２）がそれぞれ配置され、
前記中間金属板（３１）及び前記外側金属板（３２，３２）とともに前記第１単電池のメッシュ状出力端子（２３）と前記第２単電池のメッシュ状出力端子（２１）が溶接された
ことを特徴とする平板状単電池の組電池。
【請求項２】
中間金属板（３１）及び外側金属板（３２，３２）がメッシュ状出力端子（２１，２３）の幅方向に相応する長さを有する請求項１記載の平板状単電池の組電池。
【請求項３】
メッシュ状出力端子（２１，２３）がエキスパンデッドメタル、穿孔された金属シート又は金属ネットにより形成された請求項１又は２記載の平板状単電池の組電池。
【請求項４】
溶接が超音波溶接、スポット溶接又はシーム溶接のいずれかによりなされた請求項１ないし４いずれか１項に記載の平板状単電池の組電池。
【請求項５】
直列に接続された複数の平板状単電池（１０ａ，１０ｂ）の端部に位置するメッシュ状出力端子（２３）の両主面に前記メッシュ状出力端子（２３）を挟むように接続用金属板（３７）がそれぞれ溶接され、前記接続用金属板（３７）に出力リード線（３６）が半田付けされた請求項１ないし４いずれか１項に記載の平板状単電池の組電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の平板状単電池を直列又は並列に接続された組電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動工具や電気自動車のように、大電流で放電する用途に用いられるものとして組み電池が知られている。従来の組電池は、複数の単電池を直列又は並列に接続することにより作られ、単電池がニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池等のアルカリ電池である場合には、それらの単電池の端子をバスバーを介して溶接接続することや（例えば、特許文献１参照。）、単電池を充電し又は放電する方向に溶接電流を流して、隣接する単電池の正極端子と負極端子の電極金属を溶着することが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
一方、近年では、ビデオカメラやノート型パソコン等のポータブル機器の普及によって薄くてある程度フレキシブルな電池に対する需要が高まっている。この薄型の電池として、正極シートと負極シートを積層して形成された平板状単電池が知られている。この正極シートは、正極集電体箔の表面に活物質を塗布することにより作られ、負極シートは負極集電体箔の表面に活物質を塗布することにより作られる。正極シートの活物質と負極シートの活物質の間にはポリマー電解質層が介装される。この電池では、それぞれの活物質における電位差を電流として取出すための正極メッシュ状出力端子及び負極メッシュ状出力端子が正極集電体箔及び負極集電体箔に設けられ、このように積層された積層体をパッケージで密閉することにより平板状単電池が作られる。この平板状単電池では、パッケージから引出された出力端子が比較的可撓性を有するメッシュ状金属であるので、その出力端子を折り曲げたるすることにより、配線の取り回しが比較的容易になるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１５１０４５号公報
【特許文献２】
特開２０００−１００４１６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、複数の平板状の第１及び第２単電池からなる組電池を得るために、第１単電池のメッシュ状出力端子と第２平板状単電池のメッシュ状出力端子を重ね合わせても、それらのメッシュ状出力端子は線又は点でしか接触することがなく、メッシュ状出力端子を重ね合わせて溶接しても、十分な接触面積を得ることができず、その溶接部分が比較的高い抵抗成分となる不具合があった。
また、メッシュ状出力端子は、そのフレキシブル性を確保するために、比較的薄い０．０１５〜０．２ｍｍのものが使用される。このため、メッシュ状出力端子を重ね合わせて直接溶接すると、その溶接部分が他の部分に比較して硬化し、その後の使用によりその硬化した溶接箇所の周囲におけるメッシュ状出力端子が疲労し、その周囲に切れや孔あきが生じてしまう問題点もあった。
本発明の目的は、メッシュ状出力端子の破損を有効に防止するとともに、その溶接箇所における抵抗値を低減し得る平板状単電池の組電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、メッシュ状出力端子２１，２３を有する複数の平板状の第１及び第２単電池１０ａ，１０ｂが直列又は並列に接続された組電池である。
その特徴ある構成は、第１単電池１０ａのメッシュ状出力端子２３と第１単電池１０ａに隣接する第２単電池１０ｂのメッシュ状出力端子２１が中間金属板３１を介して積層され、積層された第１単電池のメッシュ状出力端子２３と第２単電池のメッシュ状出力端子２１の積層両外面に外側金属板３２，３２がそれぞれ配置され、中間金属板３１及び外側金属板３２，３２とともに第１単電池のメッシュ状出力端子２３と第２単電池のメッシュ状出力端子２１が溶接されたところにある。
この請求項１に係る発明では、中間金属板３１及び外側金属板３２，３２とともに第１単電池のメッシュ状出力端子２３と第２単電池のメッシュ状出力端子２１を溶接すると、図４に示すように、中間金属板３１及び外側金属板３２，３２が溶接時にメッシュ状出力端子２１，２３の編み目又は穿孔に侵入して互いに接合される。従って、メッシュ状出力端子２１，２３は中間金属板３１を介して互いに面接触し、その溶接箇所における抵抗値は著しく低減する。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、中間金属板３１及び外側金属板３２，３２がメッシュ状出力端子２１，２３の幅方向に相応する長さを有する平板状単電池の組電池である。
この請求項２に係る発明では、中間金属板３１及び外側金属板３２，３２が比較的大きいことから、図２に示すように、実際に溶接される部分から遠ざかるに従って溶接時にメッシュ状出力端子２１，２３に加わる外力は破線矢印で示すように減衰する。従って、メッシュ状出力端子２１，２３の溶接箇所周囲がその溶接時に破損することはない。その一方、溶接箇所周囲におけるメッシュ状出力端子２１，２３は中間金属板３１及び外側金属板３２，３２に挟持されて保護される。従って、溶接後におけるメッシュ状出力端子２１，２３の溶接箇所周囲における亀裂等の破損を有効に防止できる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、メッシュ状出力端子２１，２３がエキスパンデッドメタル、穿孔された金属シート又は金属ネットにより形成された平板状単電池の組電池である。
この請求項３に係る発明では、溶接時に中間金属板３１及び外側金属板３２，３２が編み目又は穿孔に侵入してメッシュ状出力端子２１，２３の溶接箇所における抵抗値は確実に低減する。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３いずれかに係る発明であって、溶接が超音波溶接、スポット溶接又はシーム溶接のいずれかによりなされた平板状単電池の組電池である。
この請求項４に係る発明では、溶接が超音波溶接及びスポット溶接であれば、溶接に伴う発熱が少なかったり、発熱箇所が限定的であるため、平板状単電池１０ａ，１０ｂのパッケージシート２６が溶接時における熱により融解を起こさないので、平板状単電池１０ａ，１０ｂのそれぞれにおける密閉性を確保することができる。溶接がシーム溶接であれば、溶接されるメッシュ状出力端子２１，２３の接触面積を更に拡大してその溶接箇所における抵抗値を更に低減することができる。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４いずれかに係る発明であって、図３に示すように、直列に接続された複数の平板状単電池１０の端部に位置するメッシュ状出力端子２３の両主面にメッシュ状出力端子２３を挟むように接続用金属板３７がそれぞれ溶接され、接続用金属板３７に出力リード線３６が半田付けされた請求項１ないし４いずれか１項に記載の平板状単電池の組電池である。
この請求項５に係る発明では、出力リード線３６を接続用金属板３７を介してメッシュ状出力端子２３に接続するので、接続用金属板３７が溶接時にメッシュ状出力端子２３の編み目又は穿孔に侵入して面接触し、その溶接箇所における抵抗値は低減して出力リード線３６とメッシュ状出力端子２３との間の抵抗値を低減させる。また、単電池１０を被覆するパッケージシートの耐熱性が低い場合であっても、予め出力リード線３６が半田付けされた接続用金属板３７をメッシュ状出力端子２１に溶接することにより、出力リード線３６を半田付けする際の熱によりそのパッケージシートが破損する事態を回避することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１に示すように、この実施の形態における組電池９は、複数の平板状単電池１０ａ，１０ｂが直列又は並列に接続されたものである。組電池９を構成する平板状単電池１０ａ，１０ｂは、図５に示すように、正極シート１１と負極シート１４との間にポリマー電解質層１７を介装し、その正極シート１１及び負極シート１４を積層したものである。正極シート１１は正極集電体箔１２の表面に正極活物質１３が塗布されたものであり、負極シート１４は負極集電体箔１５の表面に負極活物質１６が塗布されたものである。また、ポリマー電解質層１７は正極集電体箔１２に塗布形成された正極活物質１３と負極集電体箔１５の表面に塗布形成された負極活物質１６との間に介装される。
【００１２】
図５に示す平板状単電池１０ａ，１０ｂは、放電容量を拡大するために帯状の負極集電体箔１５が用いられ、この負極集電体箔１５を有する帯状の負極シート１４は負極活物質１６の表面にポリマー電解質層１７を有した状態で折畳まれる。折畳まれた負極シート１４の折目を除くポリマー電解質層１７の間には、それぞれ折畳み面積に相応した面積を有する複数の正極シート１１が挟持される。複数の正極シート１１の負極シート１４上への配置は、複数の正極集電体箔１２の一方の端部１２ｂがその帯状の負極集電体箔１５の一方の端部１５ｂから突出し、帯状の負極集電体箔１５の他方の端部１５ａが複数の正極集電体箔１２の他方の端部１２ａから突出するように配置される。
【００１３】
複数の正極集電体箔１２の全ての一方の端部１２ｂは積層され、正極メッシュ状出力端子２３の一端が複数の正極集電体箔１２の積層された全ての一方の端部１２ｂの間に挿入される。そしてその挿入状態で挿入方向と交差する方向にかしめられた複数のはとめ２７により正極メッシュ状出力端子２３の一端が複数の正極集電体箔１２の全ての一方の端部１２ｂに接続される。一方、複数の負極集電体箔１５の全ての他方の端部１５ａは積層され、負極メッシュ状出力端子２１の一端が複数の負極集電体箔１５の積層された全ての他方の端部１５ａの間に挿入される。そしてその挿入状態で挿入方向と交差する方向にかしめられた複数のはとめ２７により負極メッシュ状出力端子２１の一端が複数の負極集電体箔１５の全ての他方の端部１５ａに接続される。この実施の形態における正極メッシュ状出力端子２３及び負極メッシュ状出力端子２１にはそれぞれ可撓性を有するエキスパンデッドメタル、穿孔された金属シート又は金属ネットにより形成される。
【００１４】
そして、折畳まれてメッシュ状出力端子２１，２３が接続された帯状の負極シート１４は複数の正極シート１１とともにパッケージシート２６で密封される。この実施の形態におけるパッケージシート２６は変性ポリプロピレンがラミネートされたアルミニウム箔が用いられる。ラミネートされた変性ポリプロピレンを対向させるようにして一対のパッケージシート２６で折畳まれた帯状の負極シート１４を複数の正極シート１１とともに挟み、真空雰囲気中で重ね合わされたパッケージシート２６の周囲を熱圧着することにより変性ポリプロピレンが互いに熱融着して折畳まれた帯状の負極シート１４は複数の正極シート１１とともにパッケージシート２６で密封される。
【００１５】
密封の際、一対のパッケージシート２６は正極メッシュ状出力端子２３の他端及び負極メッシュ状出力端子２１の他端がそれぞれそのパッケージシート２６の外部に表出するようにその正極メッシュ状出力端子２３及び負極メッシュ状出力端子２１を挟み、その状態で一対のパッケージシート２６の周囲は熱圧着される。この実施の形態では、正極メッシュ状出力端子２３及び負極メッシュ状出力端子２１がそれぞれエキスパンデッドメタル等により形成されているので、パッケージシート２６の周囲を熱圧着すると、アルミニウム箔にラミネートされた変性ポリプロピレンは熱融解してエキスパンデッドメタル等の編み目又は穿孔に侵入し、その後変性ポリプロピレンが硬化するのでパッケージ２６と正極メッシュ状出力端子２３及び負極メッシュ状出力端子２１の密着性は確保され、そのパッケージ２６による二次電池の密封は確実に行われる。
【００１６】
図１に戻って、本発明の組電池は、上述したメッシュ状出力端子２１，２３を有する複数の平板状単電池１０ａ，１０ｂを直列又は並列に接続することにより作られる。図１は直列に接続する場合を示し、複数の平板状の第１及び第２単電池のうち第１単電池１０ａのメッシュ状出力端子２３と、その第１単電池１０ａに隣接する第２単電池１０ｂのメッシュ状出力端子２１を中間金属板３１を介して積層する。中間金属板３１としては銅、ニッケル又はアルミニウムからなる厚さ０．０５〜０．５ｍｍの板材が用いられ、メッシュ状出力端子２１，２３の幅方向に相応する長さを有しかつその出力端子２１，２３がパッケージシート２６の端部から突出する長さの５０％〜９５％の幅寸法を有することが好ましい。
【００１７】
そして、積層された第１単電池１０ａのメッシュ状出力端子２３と第２単電池１０ｂのメッシュ状出力端子２１の積層両外面に外側金属板３２，３２をそれぞれ配置する。この外側金属板３２，３２は材質、厚さ及び大きさに関して中間金属板３１と同一のものが使用され、中間金属板３１及び外側金属板３２，３２とともに第１単電池１０ａのメッシュ状出力端子２３と第２単電池１０ｂのメッシュ状出力端子２１を溶接する。溶接は超音波溶接、スポット溶接又はシーム溶接のいずれかによりなされる。ここで、超音波溶接とは、アンビルの加工面上に被溶接物を重ね、この上からアンビルに対して平行に振動する超音波発振ホーンを押し当てて加圧し、この状態で超音波振動を被溶接物に与え、その超音波振動によって生じた摩擦熱により溶接するものである。スポット溶接は、被溶接物を電極チップにより挟んで通電加圧し、被溶接物間に生じる抵抗による発熱によりその部分を溶接するものであり、シーム溶接は、円盤状のローラ電極間に被溶接物を挟んで通電加圧し、被溶接物間に生じる抵抗による発熱により連続的にスポット溶接を繰り返すようなものである。
【００１８】
超音波溶接により行われる場合を具体的に説明すると、図２に示すように、アンビルの加工面上に中間金属板３１及び外側金属板３２，３２とともに第１単電池１０ａのメッシュ状出力端子２３と第２単電池１０ｂのメッシュ状出力端子２１を積層された状態で重ね、上側の外側金属板３２の上から超音波発振ホーン３４を押し当てて加圧する。この状態で実線矢印で示すような超音波振動を与え、その超音波振動によって生じた摩擦熱により原子の拡散が促進され、第１単電池１０ａのメッシュ状出力端子２３と第２単電池１０ｂのメッシュ状出力端子２１は中間金属板３１及び外側金属板３２，３２とともに溶接される。超音波溶接は、所定の間隔ｔ（図３）をあけて複数個所なされる。この実施の形態における超音波溶接は、その周波数が１０〜６０ｋＨｚの範囲内であり、超音波溶接の出力は０．２〜５０ｋＷの範囲内で行われ、１回当たりの超音波溶接の面積が５〜２００ｍｍ２になるように調整される。超音波溶接の際に積層外面に配置される外側金属板３２，３２は、１回当たりの超音波溶接の面積より広い面積を有するように作られ、溶接時における第１単電池１０ａのメッシュ状出力端子２３と第２単電池１０ｂのメッシュ状出力端子２１のそれぞれに過剰な負荷が加わらないようにされる。
【００１９】
図３に示すように、このように直列に接続された複数の平板状単電池の端部に位置するメッシュ状出力端子２１には、この組電池９における電気を図示しない機器に供給するための出力リード線３６が接続される。この出力リード線３６は接続用金属板３７，３７を介してメッシュ状出力端子２１に接続される。具体的に説明すると、接続用金属板３７，３７はその材質、厚さ及び大きさに関して中間金属板３１及び外側金属板３２と同一のものが使用され、そのメッシュ状出力端子２１を挟むように接続用金属板３７，３７がそれぞれ溶接される。そして、その接続用金属板３７，３７のいずれか一方又は双方に出力リード線３６が半田付けされる。この場合、単電池１０ａ，１０ｂを被覆するパッケージシート２６の耐熱性が低い場合には、予め出力リード線３６が半田付けされた接続用金属板３７をメッシュ状出力端子２１に超音波溶接等により溶接することが好ましい。
【００２０】
このように構成された組電池９では、端部に位置するメッシュ状出力端子２１に接続用金属板３７，３７を介して接続された出力リード線３６から所望の電気を得ることができる。
また、第１単電池１０ａのメッシュ状出力端子２３と第２単電池１０ｂのメッシュ状出力端子２１とは、中間金属板３１及び外側金属板３２，３２とともに超音波溶接されるので、その中間金属板３１及び外側金属板３２，３２の存在によりその振動負担が軽減されるとともに、図２に示すように、超音波発振ホーン３４が当接する部分はそのホーン３４とともに外側金属板３２，３２が振動しても、その振動はホーン３４から遠ざかるに従って減衰する。そして、外側金属板３２，３２の周囲にあってはその振動は著しく減衰され、溶接されるメッシュ状出力端子２１，２３の溶接箇所周囲における亀裂等の破損を防止できる。
【００２１】
一方、超音波溶接される部分における中間金属板３１及び外側金属板３２，３２は超音波振動によって摩擦熱が生じ、図４に示すように、中間金属板３１及び外側金属板３２，３２は熱融解してエキスパンデッドメタル等の編み目又は穿孔に侵入して互いに接合される。従って、中間金属板３１及び外側金属板３２，３２は、メッシュ状出力端子２１，２３と面接触することになり、その溶接箇所における抵抗値を著しく低減させることができる。
【００２２】
更に、出力リード線３６を接続用金属板３７を介してメッシュ状出力端子２３に接続するので、接続用金属板３７が溶接時にメッシュ状出力端子２３の編み目又は穿孔に侵入して面接触し、その溶接箇所における抵抗値は低減して出力リード線３６とメッシュ状出力端子２３との間の抵抗値を低減させる。また、単電池１０ａ，１０ｂを被覆するパッケージシート２６の耐熱性が低い場合であっても、予め出力リード線３６が半田付けされた接続用金属板３７をメッシュ状出力端子２１に溶接することにより、出力リード線３６を半田付けする際の熱によりそのパッケージシート２６が破損する事態を回避することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、中間金属板及び外側金属板とともに第１単電池のメッシュ状出力端子と第２単電池のメッシュ状出力端子を溶接するので、中間金属板及び外側金属板をメッシュ状出力端子の編み目又は穿孔に侵入させることができ、メッシュ状出力端子を互いに面接触させることができる。この結果、メッシュ状出力端子の溶接箇所における抵抗値を低減させることができる。この場合、中間金属板及び外側金属板をメッシュ状出力端子の幅方向に相応する長さにすれば、実際に溶接される部分から遠ざかるに従って溶接時における外力は減衰する。従って、溶接されるメッシュ状出力端子の溶接箇所周囲における亀裂等の破損を有効に防止することができる。
【００２４】
また、メッシュ状出力端子をエキスパンデッドメタル、穿孔された金属シート又は金属ネットにより形成すれば、溶接時に中間金属板及び外側金属板を編み目又は穿孔に確実に侵入させることができ、その溶接箇所における抵抗値を確実に低減することができる。そして溶接が超音波溶接、スポット溶接又はシーム溶接のいずれかであれば、平板状単電池のそれぞれにおける密閉性を確保するか、或いはメッシュ状出力端子の接触面積を更に拡大してその溶接箇所における抵抗値を更に低減することができる。
更に、出力リード線を接続用金属板を介してメッシュ状出力端子に接続すれば、出力リード線とメッシュ状出力端子との間の抵抗値を低減させることができ、単電池を被覆するパッケージシートの耐熱性が低い場合であっても、予め出力リード線が半田付けされた接続用金属板をメッシュ状出力端子に溶接することにより、出力リード線を半田付けする際の熱によりそのパッケージシートが破損する事態を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の組電池における出力端子の接続構造を示す斜視図。
【図２】その出力端子を超音波溶接する状態を示す断面図。
【図３】その組電池の端部の出力端子に出力リード線を接続する状態を示す斜視図。
【図４】その溶接された出力端子間の状態を示す断面図。
【図５】その組電池を構成する平板状電池の構造を示す図１のＡ−Ａ線断面図。
【符号の説明】
９  組電池
１０ａ  第１単電池
１０ｂ  第２単電池
２１，２３  メッシュ状出力端子
３１  中間金属板
３２  外側金属板
３６  出力リード線
３７  接続用金属板
【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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