(57)【要約】【課題】専用の部品を用いることなく一対のエンドプレート間の間隔を最適な値に規制して、各ラミネート電池に最適な面圧を付与し、各ラミネート電池が十分な性能を発揮できるようにする。【解決手段】積層された複数のラミネート電池１０の正極タブ１４が接続される正極端子３及び負極タブ１６が接続される負極端子４を、その厚みＴ１が複数のラミネート電池１０の総厚Ｔ２よりも若干薄くなるように形成し、これら正極端子３及び負極端子４を複数のラミネート電池１０と共に一対のエンドプレート２間に挟み込む。そして、これら正極端子３及び負極端子４によって、一対のエンドプレート２間の間隔が規制されるようにする。【選択図】      図３
2004273320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素及び電解質がラミネートフィルムよりなる電池外装にて密封され、前記発電要素に接続された正極タブ及び負極タブが前記電池外装の端縁より外部に引き出されてなるラミネート電池を複数積層し、これら積層された複数のラミネート電池を一体化してなる組電池において、
前記複数のラミネート電池をその積層方向の両端側から挟み込む一対のエンドプレートと、
前記複数のラミネート電池の総厚よりも薄い厚みに形成され、各ラミネート電池の正極タブが接続される正極端子と、
前記複数のラミネート電池の総厚よりも薄い厚みに形成され、各ラミネート電池の負極タブが接続される負極端子とを備え、
前記正極端子及び負極端子が、前記複数のラミネート電池と共に前記一対のエンドプレート間に挟み込まれ、これら正極端子及び負極端子によって、前記一対のエンドプレート間の間隔が規制されていることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記複数のラミネート電池の正極タブ及び負極タブは、その先端側が束ねられて、この束ねられた部分にて前記正極端子或いは負極端子に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記正極タブ及び負極タブの束ねられた部分は、略Ｌ字状に折り曲げられて、前記正極端子或いは負極端子の側面部に接合されていることを特徴とする請求項２に記載の組電池。
【請求項４】
前記複数のラミネート電池の正極タブ及び負極タブは、隣接する正極タブ或いは負極タブ間に位置規制用ブロックを介在させた状態でそれぞれ前記正極端子或いは負極端子側に延設され、その先端側が略Ｌ字状に折り曲げられて、前記正極端子或いは負極端子の側面部にそれぞれ接合されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池外装にラミネートフィルムを用いた複数のラミネート電池を積層一体化して構成した組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば電気自動車やハイブリッドカー等の動力源として好適な電池として、リチウムイオン電池等の高出力型電池の研究開発が盛んに進められている。中でも、金属フィルムと高分子フィルムとを積層してなるラミネートフィルムを電池外装として用いて、このラミネートフィルムで発電要素を電解質と共に密封し、発電要素の正極板に接続された正極タブと負極板に接続された負極タブとを電池外装の端縁から外部に引き出した構造のラミネート電池は、フレキシブルな薄型形状であり、また極めて軽量でありながら高エネルギー密度、高出力密度が得られることから、様々な用途に適用可能な高出力型電池として、高い注目を集めている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、電池は、電池単体での出力には限りがあることから、極めて高い出力が要求される用途で用いる場合には、多数の電池単体を集合させることで高出力化が図られる。このとき、各電池単体は、通常、所定の数ずつ組み合わされて一体化され、これを１単位として取り扱われる。このような複数の電池単体の組み合わせは組電池と呼ばれ、複数の電池単体を一体化する方法としては、例えば、積層された複数の電池単体をその積層方法の両端側から一対のエンドプレートで挟み込み、拘束バンドで緊締する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２００５８５号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００１−６８０８１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したラミネート電池は、ラミネートフィルムにて密封される発電要素が、平板状の正極板と負極板とをセパレータを介在させつつ複数層積層した構造となっており、厚み方向に所定の面圧を付与することによって設計上の性能が発揮できるといった特性を有している。
【０００７】
したがって、このようなラミネート電池を複数積層して、特許文献２に記載される方法でこれらを一体化して組電池とする場合、締結バンドの締め付け力を調整しながら一対のエンドプレート間の間隔を調整することによって、積層される各ラミネート電池に対して所定の面圧を付与することが望まれる。
【０００８】
しかしながら、締結バンドの締め付け力の調整によって各ラミネート電池に付与する面圧を適正な値とするのは、極めて困難且つ煩雑な作業であり、このことが作業効率の低下を招く要因となることが考えられる。
【０００９】
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて創案されたものであって、作業効率の低下を招くことなく、各ラミネート電池に最適な面圧を付与してその性能を十分に発揮させることができる組電池を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る組電池では、複数のラミネート電池に加えて、各ラミネート電池の正極タブに接続される正極端子及び各ラミネート電池の負極タブに接続される負極端子が、一対のエンドプレート間に挟み込まれている。正極端子及び負極端子は、それぞれ複数のラミネート電池の総厚よりも薄い厚みに形成されており、これら正極端子及び負極端子が一対のエンドプレート間に挟み込まれることで、これら正極端子及び負極端子によって一対のエンドプレート間の間隔が規制されている。
【００１１】
【発明の効果】
本発明に係る組電池によれば、複数のラミネート電池と共に一対のエンドプレート間に挟み込まれた正極端子及び負極端子によって、一対のエンドプレート間の間隔が規制されるようになっているので、正極端子や負極端子の厚みを最適な値に設定しておくことにより、作業効率の低下を招くことなく、積層された各ラミネート電池に対してその厚み方向に適正な面圧を付与して、各ラミネート電池の性能を十分に発揮させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
本発明を適用した組電池の一例を図１乃至図３に示す。図１は本例の組電池１の平面図、図２は組電池１を図１中の矢印Ａ方向から見た側面図、図３は一方のエンドプレート３を取り外した状態の組電池１を示す側面図である。
【００１４】
この組電池１は、単位電池としてのラミネート電池１０が複数設けられることで構成される。さらにこの組電池１が複数個接続されて電池モジュールが構成され、この電池モジュールが例えばモジュールケースに収納された状態で、例えば電気自動車等に搭載され、電気自動車の動力源として用いられる。
【００１５】
このような組電池１は、厚み方向に積層された複数のラミネート電池１０を一対のエンドプレート２によってその積層方向の両端側から挟み込む構造となっており、特に本発明を適用した組電池１においては、各ラミネート電池１０の正極タブ１４が接続される正極端子３と、各ラミネート電池１０の負極タブ１６が接続される負極端子４とを複数のラミネート電池１０と共に一対のエンドプレート２間に挟み込んで、一対のエンドプレート２間の間隔をこれら正極端子３及び負極端子４によって規制するようになっている。
【００１６】
エンドプレート２は、例えばセラミック等の非導電性材料が矩形の板状に成形されてなるものである。このエンドプレート２は、複数のラミネート電池１０を固定保持する機能に加え、各ラミネート電池１０からの熱を放熱する機能を備えるものである。したがって、このエンドプレート２に用いられる非導電性材料としては、例えば２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上といった高い熱伝導率を有するものが望ましく、例えば、ＳｉＣ系セラミック材料、ＢｅＯ系セラミック材料、Ｓｉ３Ｎ４系セラミック材料等が好適に用いられる。
【００１７】
また、エンドプレート２には、その一方の主面（ラミネート電池１０が当接する面とは逆側の面）上に、空気等の冷却媒体を通過させるための複数条のスリット５が形成されている。そして、ラミネート電池１０からエンドプレート２に伝わった熱が、これら複数条のスリット５を通過する空気等の冷却媒体へと放熱されるようになっている。
【００１８】
更に、エンドプレート２には、その四隅に位置して、ボルト挿通孔６やボルト逃がし孔７がそれぞれ形成されている。ボルト層通孔６は、複数のラミネート電池１０を挟み込んだ状態で一対のエンドプレート２を締結するための固定ボルト８が挿通される孔である。また、ボルト逃がし孔７は、複数の組電池１を重ね合わせて図４に示すような電池モジュールとする際に、隣接する組電池１の固定ボルト８による干渉を避けるための孔である。このように、エンドプレート２にボルト逃がし孔７を形成して隣接する組電池１の固定ボルト８による干渉を避けるようにして、隣接する組電池１のエンドプレート２同士を密着させることにより、各エンドプレート２に設けたスリット５の気密性を高めることができ、冷却効果を向上させることが可能となる。
【００１９】
正極端子３は、例えば銅やニッケル等の導電性の高い金属材料が矩形のブロック状に成形されてなるものであり、積層された複数のラミネート電池１０の側方に位置して、一方のエンドプレート２上に設置される。具体的には、複数のラミネート電池１０は、それぞれの正極タブ１４が引き出される端部と負極タブ１６が引き出される端部とを揃えるようにして積層され、一方のエンドプレート２上に設置されるが、正極端子３は、複数のラミネート電池１０の正極タブ１４が引き出される端部側の側方に位置して、これら複数のラミネート電池１０と共に、一方のエンドプレート２上に設置される。そして、この正極端子３には、詳細を後述するように、複数のラミネート電池１０の正極タブ１４がそれぞれ接合されて、各ラミネート電池１０の発電要素である積層電極と、正極タブ１４を介して電気的に接続されるようになっている。
【００２０】
また、負極端子４は、例えば銅やニッケル等の導電性の高い金属材料が正極端子３と等しい形状に成形されてなるものであり、複数のラミネート電池１０の負極タブ１６が引き出される端部側の側方に位置して、これら複数のラミネート電池１０と共に、一方のエンドプレート２上に設置される。そして、この負極端子４には、詳細を後述するように、複数のラミネート電池１０の負極タブ１６がそれぞれ接合されて、各ラミネート電池１０の積層電極と、負極タブ１６を介して電気的に接続されるようになっている。
【００２１】
なお、正極端子３及び負極端子４の端面には、複数の組電池１を重ね合わせて図４に示すような電池モジュールとする際に、隣接する組電池１間で正極端子３と負極端子４とを接続するバスバー２１を取り付けるための締結ボルト２２が挿通される図示しないネジ孔がそれぞれ形成されている。
【００２２】
ここで、特に本発明を適用した組電池１では、図３に示すように、正極端子３及び負極端子４の厚みＴ１が、一対のエンドプレート２にて挟み込まれる前の状態、すなわち、一方のエンドプレート２上に設置された状態の複数のラミネート電池１０の総厚Ｔ２よりも若干小さくなるように設定されている。具体的には、正極端子３及び負極端子４の厚みＴ１は、固定ボルト８によって一対のエンドプレート２を締結したときに、これら一対のエンドプレート２間の間隔をＴ１と等しくすることで、これら一対のエンドプレート２によって各ラミネート電池１０を厚み方向に押圧し得るように、複数のラミネート電池１０の総厚Ｔ２よりも若干小さくされており、その値は、エンドプレート２の押圧によって各ラミネート電池１０に対して適正な面圧が付与される最適な値に設定されている。
【００２３】
また、本発明を適用した組電池１では、正極端子３及び負極端子４が複数のラミネート電池１０からの熱を一対のエンドプレート２に伝達する機能も有している。すなわち、本発明を適用した組電池１では、正極端子３及び負極端子４が複数のラミネート電池１０と共に一対のエンドプレート２間に挟み込まれる構造となっているので、各ラミネート電池１０から直接エンドプレート２へと熱が伝わる熱伝達経路に加え、各ラミネート電池１０から正極端子３や負極端子４を経由してエンドプレート２へと熱が伝わる熱伝達経路が形成されることになる。
【００２４】
ここで、各ラミネート電池１０の動作時に発生する熱は抵抗値の大きな正極タブ１４や負極タブ１６に集中する傾向にあるが、本発明を適用した組電池１では、正極タブ１４が接続される正極端子３及び負極タブ１６が接続される負極端子４が、これら正極タブ１４や負極タブ１６からの熱をエンドプレート２へと伝達する機能を有しているので、効果的な放熱が実現されることになる。特に、正極端子３及び負極端子４は、上述したように銅やニッケル等の金属材料がブロック状に成形されてなるものであり、大きな熱容量が確保されているので、各ラミネート電池１０の正極タブ１４や負極タブ１６の熱を良好に吸熱して、エンドプレート２に効率よく伝達することができる。
【００２５】
ラミネート電池１０は、図５に平面図で示すように、金属フィルムと高分子フィルムとを積層してなるラミネートフィルムを電池外装１１として用い、このラミネートフィルムで、発電要素としての積層電極１２を電解質と共に密封した構造となっている。
【００２６】
発電要素としての積層電極１２は、複数枚の正極板及び負極板がセパレータを介在しつつ順次積層されてなるものである。積層電極１２を構成する各正極板は、それぞれ正極リード１３を介して一方の電極端子としての正極タブ１４に接続されている。また、積層電極１２を構成する各負極板は、それぞれ負極リード１５を介して他方の電極端子としての負極タブ１６に接続されている。
【００２７】
正極タブ１４は、例えばアルミニウム板等の金属板より形成され、基端側が電池外装１１の内部にて正極リード１３を介して積層電極１２を構成する各正極板に接続されていると共に、先端側が電池外装１１の一方の端部から外部に引き出されている。また、負極タブ１６は、例えばニッケル板等の金属板より形成され、基端側が電池外装１１の内部にて負極リード１５を介して積層電極１２を構成する各負極板に接続されていると共に、先端側が電池外装１１の他方の端部から外部に引き出されている。
【００２８】
以上のように構成されるラミネート電池１０は、厚み方向に重ね合わせるようにして複数個積層された状態で、一方のエンドプレート３上に設置される。このとき、複数のラミネート電池１０は、上述したように、各ラミネート電池１０の正極タブ１４が引き出される端部と負極タブ１６が引き出される端部とを揃えるようにして積層される。そして、各ラミネート電池１０の正極タブ１４は、これら複数のラミネート電池１０と共に一方のエンドプレート３上に設置された正極端子３に接続され、各ラミネート電池１０の負極タブ１６は、これら複数のラミネート電池１０と共に一方のエンドプレート３上に設置された負極端子４に接続される。
【００２９】
正極端子３に対する各ラミネート電池１０の正極タブ１４の接続、及び負極端子４に対する各ラミネート電池１０の負極タブ１６の接続は、例えば図６に示すような方法で行われる。なお、図６では、正極端子３に対して各ラミネート電池１０の正極タブ１４を接続した状態を示しているが、負極端子４に対する各ラミネート電池１０の負極タブ１６の接続も同様に行われる。
【００３０】
すなわち、各ラミネート電池１０の正極タブ１４は、その先端側が束ねられて一体化され、この一体化された部分が略Ｌ字状に折り曲げられて、例えばロウ付けや抵抗溶接、超音波溶接等の手法により、正極端子３のラミネート電池１０に対向する一側面に接続される。また、各ラミネート電池１０の負極タブ１６も同様に、その先端側が束ねられて一体化され、この一体化された部分が略Ｌ字状に折り曲げられて、例えばロウ付けや抵抗溶接、超音波溶接等の手法により、負極端子４のラミネート電池１０に対向する一側面に接続される。
【００３１】
本発明を適用した組電池１においては、一対のエンドプレート２間に正極端子３及び負極端子４を挟み込み、これら正極端子３及び負極端子４によって一対のエンドプレート２間の間隔を規制する構造となっているので、各ラミネート電池１０の正極タブ１４及び負極タブ１６は、正極端子３及び負極端子４の側面部にそれぞれ接続されるようにして、これら正極タブ１４及び負極タブ１６が一対のエンドプレート２間の間隔の変動要因とならないようにすることが望ましい。このとき、図６に示すように各ラミネート電池１０の正極タブ１４及び負極タブ１６の先端側をそれぞれ束ね、これらを一体化した状態で正極端子３及び負極端子４の側面部にそれぞれ接続するようにすれば、その作業を比較的容易に行うことが可能となる。また、このとき、各ラミネート電池１０の正極タブ１４及び負極タブ１６の先端側を略Ｌ字状に折り曲げておき、この折り曲げた部分を正極端子３及び負極端子４の側面部にそれぞれ接続させるようにすれば、接続面積を十分に確保して、高い接続強度を得ることができる。
【００３２】
また、正極端子３に対する各ラミネート電池１０の正極タブ１４の接続、及び負極端子４に対する各ラミネート電池１０の負極タブ１６の接続は、例えば図７に示すような方法で行うようにしてもよい。なお、図７では、正極端子３に対して各ラミネート電池１０の正極タブ１４を接続した状態を示しているが、負極端子４に対する各ラミネート電池１０の負極タブ１６の接続も同様に行われる。
【００３３】
すなわち、各ラミネート電池１０の正極タブ１４は、隣接する正極タブ１４間に位置規制用ブロック２３を介在させた状態でそれぞれ正極端子３側に延設され、その先端側が略Ｌ字状に折り曲げられて、例えばロウ付けや抵抗溶接、超音波溶接等の手法により、正極端子３のラミネート電池１０に対向する一側面に接続される。また、各ラミネート電池１０の負極タブ１６も同様に、隣接する負極タブ１６間に位置規制用ブロック２３を介在させた状態でそれぞれ負極端子４側に延設され、その先端側が略Ｌ字状に折り曲げられて、例えばロウ付けや抵抗溶接、超音波溶接等の手法により、負極端子４のラミネート電池１０に対向する一側面に接続される。
【００３４】
以上のように、隣接する正極タブ１４間や隣接する負極タブ１６間に位置規制用ブロック２３を介在させた状態で、各ラミネート電池１０の正極タブ１４及び負極タブ１６をそれぞれ正極端子３及び負極端子４の側面部に接続させるようにした場合には、位置規制用ブロック２３によって正極タブ１４や負極タブ１６の過剰な変位が抑制されることになるので、これら正極タブ１４や負極タブ１６の剛性を維持することができる。また、各ラミネート電池１０の正極タブ１４及び負極タブ１６の先端側を略Ｌ字状に折り曲げておき、この折り曲げた部分を正極端子３及び負極端子４の側面部にそれぞれ接続させるようにすることで、接続面積を十分に確保して、高い接続強度を得ることができる。
【００３５】
なお、以上の例では、各ラミネート電池１０の正極タブ１４及び負極タブ１６を正極端子３及び負極端子４の側面部にそれぞれ接続するようにしているが、例えば図８に示すような構造とすれば、各ラミネート電池１０の正極タブ１４及び負極タブ１６を正極端子３及び負極端子４の底面にそれぞれ接続することも可能である。すなわち、正極端子３底面の正極タブ１４が接続される領域及び負極端子４底面の負極タブ１６が接続される領域に対応して、一方のエンドプレート２に凹部２４を形成しておき、各ラミネート電池１０の正極タブ１４及び負極タブ１６を正極端子３及び負極端子４の底面にそれぞれ接続したときに、その接続箇所がエンドプレート２に形成した凹部２４内に収容されるようにする。このような構造とすれば、正極端子３に対する正極タブ１４の接続箇所及び負極端子４に対する負極タブ１６の接続箇所によって一対のエンドプレート２間の間隔が変動することもなく、正極端子３及び負極端子４の厚みによって、一対のエンドプレート２間の間隔を最適な値に規制することができる。
【００３６】
また、このとき、一方のエンドプレート２に形成する凹部２４の深さを十分に確保しておけば、例えばボルト２５のような部材を用いて、正極端子３に対する正極タブ１４の接続や負極端子４に対する負極タブ１６の接続を極めて容易に行うことも可能となる。
【００３７】
本発明を適用した組電池１では、図３に示したように、積層された複数のラミネート電池１０や正極端子３、負極端子４を一方のエンドプレート２上に設置した状態で、この一方のエンドプレート２に対して、固定ボルト８を用いて他方のエンドプレート２が締結されるようになっている。このとき、他方のエンドプレート２の主面が正極端子３及び負極端子４の上面に当接するまで固定ボルト８を締め付けることにより、一対のエンドプレート２間の間隔が正極端子３や負極端子４の厚みＴ１と等しくなり、一対のエンドプレート２によって積層された各ラミネート電池１０が厚み方向に押圧される。そして、このエンドプレート２の押圧によって、各ラミネート電池１０に対して適正な面圧が付与されるようになっている。
【００３８】
ラミネート電池１０は、上述したように、発電要素が平板状の正極板と負極板とをセパレータを介在させつつ複数層積層した構造となっており、厚み方向に所定の面圧を付与することによって設計上の性能が発揮できるといった特性を有している。本発明を適用した組電池１では、以上のように、積層された複数のラミネート電池１０を挟み込む一対のエンドプレート２間の間隔が正極端子３や負極端子４によって規制され、一対のエンドプレート２の押圧によって各ラミネート電池１０に対して適正な面圧が付与されるようになっているので、各ラミネート電池１０に設計通りの性能を発揮させることができる。
【００３９】
また、本発明を適用した組電池１では、積層された複数のラミネート電池１０を挟み込む一対のエンドプレート２間の間隔が正極端子３や負極端子４によって規制されるようになっているので、例えば締結バンドの締め付け力を調整したり、専用の部品を用いたりすることなく、一対のエンドプレート２間の間隔を容易に最適な値に規制して、各ラミネート電池１０に対して適正な面圧を付与することができ、作業性の向上やコスト削減も図ることができる。
【００４０】
更に、本発明を適用した組電池１では、正極端子３や負極端子４が一対のエンドプレート２間の間隔を規制する機能に加え、複数のラミネート電池１０からの熱をエンドプレート２へと伝達する機能も有するようになっているので、発熱量の多い正極タブ１４や負極タブ１６からの熱を効果的にエンドプレート２に伝達して、極めて良好な放熱性能を発揮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した組電池の一例を示す平面図である。
【図２】前記組電池を図１中Ａ方向から見た側面図である。
【図３】一方のエンドプレートを取り外した状態の前記組電池を示す側面図である。
【図４】前記組電池を組み合わせて構成した電池モジュールを示す図である。
【図５】ラミネート電池を示す平面図である。
【図６】正極端子に対する正極タブの接続方法の一例を模式的に示す側面図である。
【図７】正極端子に対する正極タブの接続方法の他例を模式的に示す側面図である。
【図８】正極端子に対する正極タブの接続方法の更に他の例を模式的に示す側面図である。
【符号の説明】
１  組電池
２  エンドプレート
３  正極端子
４  負極端子
１０  ラミネート電池
１１  電池外装
１２  積層電極
１４  正極タブ
１６  負極タブ
【図１】
2004273320.tif 000003
【図２】
2004273320.tif 000004
【図３】
2004273320.tif 000005
【図４】
2004273320.tif 000006
【図５】
2004273320.tif 000007
【図６】
2004273320.tif 000008
【図７】
2004273320.tif 000009
【図８】
2004273320.tif 000010