(57)【要約】【課題】外装フィルム密閉部近傍における応力集中を回避できる電池の提供を図る。【解決手段】電極タブ１４、１５の、外装フィルム密閉部Ｂより先端側に、スリット１８を設けることでその他の部位よりも剛性の低い軟弱部１９を形成した。これにより、電極タブ１４、１５を大きく曲折させたとしても、その曲げ応力は軟弱部１９で分散されて外装フィルム密閉部Ｂ近傍に集中せずにすむ。そのため、外装フィルム密閉部Ｂ近傍において電極タブ１４、１５の破損を回避できるとともに、外装フィルム密閉部Ｂのシール性低下を回避できる。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素を一対の外装フィルムによって挟むようにして覆い、外装フィルムの周縁部を接合することによりこれら外装フィルム間に発電要素を密閉し、前記発電要素からの電流を送受する電極タブを前記外装フィルムの密閉部から引き出した電池において、
前記電極タブは、外装フィルム密閉部より先端側に、その他の部位よりも剛性の低い軟弱部を備えてなることを特徴とする電池。
【請求項２】
請求項１記載の電池において、
前記軟弱部は、スリットを設けることで形成されることを特徴とする電池。
【請求項３】
請求項１記載の電池において、
前記軟弱部は、電極タブのその他の部位よりも幅を狭く設定することで形成されることを特徴とする電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の電池において、
前記電極タブの基端側と先端側とを異材質で形成し、基端側より先端側を剛性の低い材質としたことを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電要素を外装フィルムで被覆して密閉した電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電要素を外装フィルムで密閉した電池は、所望の出力を確保するために、複数集合した電池集合体（組電池）として利用される。例えば特開平９−５０８２１号公報に開示されるように、電池を複数多段に積層して積層方向に隣合う電池の電極タブ同士を積層接続した電池積層集合体（組電池）として利用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の電池積層集合体を構成する場合、電池の外装フィルムから引き出される電極タブを折り曲げて、電極タブの先端部同士を積層接合する構造であるため、外装フィルム周縁部（密閉部）に電極タブの曲げ応力が集中してしまい、外装フィルム密閉部近傍の電極タブの破損や外装フィルム密閉部のシール性低下などのおそれがあった。
【０００４】
本発明はこのような従来技術の改良に係り、その目的は、外装フィルム密閉部近傍における応力集中を回避できる電池の提供である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、発電要素を一対の外装フィルムによって挟むようにして覆い、外装フィルムの周縁部を接合することによりこれら外装フィルム間に発電要素を密閉し、前記発電要素からの電流を送受する電極タブを前記外装フィルム密閉部から引き出した電池において、
前記電極タブは、外装フィルム密閉部より先端側に、その他の部位よりも剛性の低い軟弱部を備えることを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、電極タブの軟弱部は剛性が低く湾曲しやすい。これにより、電極タブを大きく曲折していたとしても、その曲げ応力は軟弱部で分散されて外装フィルム密閉部に集中せずにすみ、外装フィルム密閉部近傍における電極タブの破損や、外装フィルム密閉部のシール性低下などを回避することができる。
【０００７】
【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。
【０００８】
第１実施形態：図１〜図６は本発明の第１実施形態を示すものである。図１中符号１は電池積層集合体（組電池）である。この電池積層集合体１は、電池１０を複数多段に積層して該電池１０の電極タブ１４、１５同士を積層接続したものである。電池積層集合体１は、例えば図示せぬケース内に納められ、配線としてのバスバー２を介して図示せぬ入出力端子に接続されることで、組電池となるものである。なお、組電池としては、この実施形態のように１つの電池積層集合体１を備えるものに限られず、複数の電池積層集合体１をバスバー２などの配線で直列または並列または直並列に接続したものも含まれる。
【０００９】
この実施形態では、電池積層集合体１を構成する各電池１０の電極タブ１４、１５の構造に特徴があり、以下、電池１０の全体構造とともに詳しく説明する。
【００１０】
「電池」
電池１０は、図５、６に示すように、発電要素としての扁平形状の積層電極１１を、一対の外装フィルムとしてのラミネートフィルム１２、１３の中央部に配置し、これらラミネートフィルム１２、１３によって積層電極１１の両面を挟むようにして覆い、ラミネートフィルム１２、１３の周縁部を熱溶着により接合することにより、これらラミネートフィルム１２、１３間に積層電極１１とともに電解液を密閉したものである。
【００１１】
積層電極１１は、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を介在させつつ順次積層したものであり、各正極板１１Ａが正極リード１１Ｄを介して正極タブ（電極タブ）１４に接続される一方で各負極板１１Ｂが負極リード１１Ｅを介して負極タブ（電極タブ）１５に接続され、これら正極タブ１４および負極タブ１５がラミネートフィルム１２、１３の密閉部Ｂから外部に引き出されて露出している。
【００１２】
正極タブ１４および負極タブ１５は、Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅなどの金属箔によって形成され、この実施形態では図６に示すように正極タブ１４がＡｌ、負極タブ１５が基端側がＮｉで且つ先端側がＡｌで形成されている。
【００１３】
また、前記ラミネートフィルム１２、１３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。
【００１４】
そして、この実施形態の電池１０の電極タブ１４、１５には、図２、３、５に示すようにラミネートフィルム１２、１３の密閉部Ｂとの境界線Ｌよりも先端側で且つ先端部（接合部１７）より基端側に、該電極タブ１４、１５の長手方向に沿ってスリット１８が形成されている。これにより、電極タブ１４、１５の密閉部Ｂより先端側には、その他の部位よりも剛性の低い軟弱部１９が形成される。
【００１５】
通常、電池を複数多段に積層して該電池の電極タブ同士を積層接続した構造において、特に最上段の電池はその電極タブが大きく折り曲げられる結果、ラミネートフィルム密閉部Ｂとの境界線Ｌ近傍に曲げ応力が集中してしまうおそれがある。しかしながら、この実施形態の電池１０は、上述のように電極タブ１４、１５のラミネートフィルム密閉部Ｂとの境界線Ｌより先端側に軟弱部１９が形成されているため、該境界線Ｌ近傍における応力集中を分散できる。これにより、ラミネートフィルム密閉部Ｂとの境界線Ｌ近傍における電極タブ１４、１５の破損やラミネートフィルム密閉部Ｂのシール性低下を回避できる。
【００１６】
しかも、この実施形態では、負極タブ１５（電極タブ）は、基端側がＮｉである一方で先端側がＡｌであるため、該負極タブ１５（電極タブ）は先端側が基端側よりも剛性が低く、ラミネートフィルム密閉部Ｂとの境界線Ｌ近傍における応力集中がさらに起きにくい構造である。
【００１７】
ここで、電池積層集合体１を車両駆動用電池に利用する場合にあっては、電池は高エネルギー密度・高出力のリチウムイオン二次電池を使用するのが好ましく、以下、リチウムイオン二次電池の材質の説明を付加する。
【００１８】
正極板１１Ａを形成している正極の正極活物質としては、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
また、負極板１１Ｂ、１１Ｂ、・・・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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
組立工程
以上のように構成された電池積層集合体１は、以下のように組み立てられる。まず、電池１０の向きを揃えた状態で、電池１０を複数多段に積層する。そして、この積層された電池１０の電極タブ１４、１５を折り曲げて該電極タブ１４、１５の先端部（接合部１７）を重ね合わせ、これら電極タブ１４、１５同士を例えば超音波溶接や摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）などによって接合する。
【００３３】
このとき、電池積層集合体１を構成する電池１０は、その電極タブ１４、１５のラミネートフィルム密閉部Ｂと接合部１７との間に軟弱部１９を備えるため、ラミネートフィルム密閉部Ｂとの境界線Ｌ近傍に折り曲げ応力が集中しない。これにより、電極タブ１４、１５のラミネートフィルム密閉部Ｂとの境界線Ｌ近傍における破損やラミネートフィルム密閉部Ｂのシール性低下を回避できる。また、接合部１７にも曲げ応力がかかりにくくなり、電極タブ１４、１５の接合安定性が得られる。
【００３４】
しかも、この実施形態では、負極タブ１５は、基端側がＮｉである一方で先端側がＡｌであるため、先端側が基端側よりも剛性が低く、ラミネートフィルム密閉部Ｂとの境界線近傍Ｌにおける応力集中がさらに起きにくい構造である。なお、勿論、正極タブ１４においても同様に先端側を基端側よりも剛性の低い材質で形成してもよい。
【００３５】
第２実施形態：図７は本発明の第２実施形態の電池を示すものである。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構成および作用効果の説明を省略する。この実施形態の電池２０は、電極タブ１４、１５の軟弱部２１が、幅狭部として設けられている点で第１実施形態と異なっている。つまり、電極タブ１４、１５の軟弱部２１は、密閉部Ｂよりも先端側で且つ接合部１７よりも基端側に幅狭部として設けられている。このような第２実施形態の電池２０によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００３６】
なお、上記第１〜２実施形態の電池の構成を以下のように変更してもよい。
【００３７】
変形例１：上述のような電池積層集合体１にあっては、複数の電極タブ１４、１５を溶接して電極タブ接合部１７、１７、・・をバスバー２などの配線に溶接する構造であるため、溶接が特に最下層で不完全となるおそれがある。そのため、電極タブ１４、１５の基端側と先端側とを異材質で形成し、先端側の材質を接続される配線（バスバー２）と同一材質で形成して、溶接の接合強度が高くなるような構造にしてもよい。なお。一般的にはバスバーはＣｕで形成される。
【００３８】
変形例２：また、上述のような電池１０、２０にあっては、電極タブ１４、１５に軟弱部１９、２１を形成したことで電極タブ１４、１５の総体積が減少して電気抵抗が増し、高出力用（大電流用）としての性能が低下する虞がある。そのため、電極タブ１４、１５の基端側と先端側とを異材質で形成し、先端側を低電気抵抗の材質で形成して、高出力用に適した構成にしてもよい。
【００３９】
以上要するに、本発明によれば、電池の電極タブは、外装フィルムの密閉部より先端側にその他の部位よりも剛性の低い軟弱部を備えるため、電極タブを大きく曲折したとしても、その曲げ応力は軟弱部で分散される。そのためラミネートフィルム密閉部との境界線近傍に応力が集中せずにすみ、電極タブの破損を回避でき、また、外装フィルムの密閉部のシール性低下を回避できる。
【００４０】
ここで、上述の実施形態では電池積層集合体を構成する全ての電池において、電池の電極タブに軟弱部を設けているが、電池積層集合体としては少なくとも最上段（場合によっては最下段）の電池の電極タブに軟弱部を設けた構造であればよい。また、電池積層集合体としては電池を複数多段に積層した構造であれば、例えば図８に示すように、電池１０（２０）を交互に上下反転せした状態で複数多段に積層したものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す図。
【図２】図１の電池積層集合体の要部を示す斜視図。
【図３】図１の電池積層集合体の要部を示す上面図。
【図４】同電池積層集合体を構成する電池の電極タブを近傍を示す概略側面図。
【図５】この実施形態に用いる電池を示す図であって、分図ａは上面図、分図ｂは側面図。
【図６】電池の内部構成を示す概略図。
【図７】本発明の第２実施形態の電池を示す図。
【図８】電池積層集合体のその他の例を示す図。
【符号の説明】
１　電池積層集合体
１０　電池
１１　積層電極（発電要素）
１２　ラミネートフィルム（外装フィルム）
１３　ラミネートフィルム（外装フィルム）
１４　正極タブ（電極タブ）
１５　負極タブ（電極タブ）
１８　スリット
１９　軟弱部
２１　軟弱部
Ｂ　密閉部
Ｌ　境界線
【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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