(57)【要約】【課題】防水性能及び耐電解液性に優れた電池及び電池の製造方法を提供する。【解決手段】一実施形態にかかる電池は、コイルを有する電極群と、前記電極群を収容する収容部を構成し、樹脂材料を含む樹脂層と、前記樹脂層の内面側に設けられた耐電解液層と、前記樹脂層の外面側に設けられた金属層と、を有して構成される電池ケースと、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを有する電極群と、
その内部に前記電極群を収容する収容部を有し、樹脂材料を含む樹脂層と、前記樹脂層の内面側に設けられた耐電解液層と、前記樹脂層の外面側に設けられた金属層と、を有して構成される電池ケースとを備えた電池。
【請求項２】
前記電極群を複数備え、
前記電池ケースはその内部に複数の前記電極群をそれぞれ収容可能な複数の収容部を有し、組電池として構成された請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記電池ケースは、複数のケース材を組み合わせて構成され、
少なくともいずれかの前記ケース材に前記電極群に設けられたリードに接続される金属端子が一体に設けられた請求項１または２に記載の電池。
【請求項４】
前記耐電解液層はフッ化処理されたフッ化層である請求項１乃至３のいずれかに記載の電池。
【請求項５】
前記電池ケースは、前記樹脂層と前記金属層との間にエポキシ系またはアクリル系の材料を含んで構成されるプレコート層が設けられ、
前記金属層の外面側にエポキシ系またはアクリル系の材料を含んで構成されるトップコート層が設けられた請求項１乃至４のいずれかに記載の電池。
【請求項６】
前記金属層は、複数種の異なる金属膜が積層されて構成されるとともに、
前記樹脂層の内側及び外側の両側に前記フッ化層が設けられた請求項１乃至５のいずれかに記載の電池。
【請求項７】
前記金属層は、アルミニウム、ニッケル、銅のうち少なくともいずれかの材料を含んで構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電池。
【請求項８】
前記電池ケースは、複数のケース材が組み付けられて、前記電極群を囲む側壁部を有する箱形状に構成され、前記複数のケース材が互いに接合する接合部分の寸法幅の値は、前記ケース材の側壁部の厚みの値よりも大きい請求項１乃至６のいずれかに記載の電池。
【請求項９】
前記電池ケースは、複数のケース材が組み付けられて、前記電極群を囲む側壁部を有する箱形状に構成され、
前記複数のケース材の接合部分は、前記側壁部よりも、前記耐電解液層の厚みが厚く、かつ前記ケース材の厚みが厚い請求項１乃至６のいずれかに記載の電池。
【請求項１０】
コイルを有する電極群と、
その内部に前記電極群を収容する収容部を有し、樹脂材料を含む樹脂層と、前記樹脂層の内面側に設けられた金属層と、前記金属層の内側に設けられた絶縁層と、を有して構成される電池ケースとを備えたことを特徴とする電池。
【請求項１１】
電極群を収容する収容部を有するとともに一方が開口して構成され、樹脂材料を含む樹脂層と、前記樹脂層の内面側に設けられた耐電解液層と、前記樹脂層の外面側に設けられた金属層と、を有して構成される第１ケース材の、前記収容部に、コイルを有する電極群を複数配置し、
前記開口を塞ぐ蓋部を有するとともに、樹脂材料を含む樹脂層と、前記樹脂層の内面側に設けられた耐電解液層と、前記樹脂層の外面側に設けられた金属層と、を有して構成される第２ケース材を前記第１ケース材に組み付ける
ことを特徴とする電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は電池、及び電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電動自転車の電源、あるいは、電気機器の電源として、二次電池が広く用いられている。例えば、非水系二次電池であるリチウムイオン二次電池は、高出力、高エネルギー密度を有することから、電気自動車等の電源として注目されている。
【０００３】
一般に、二次電池は、アルミニウム等で偏平な矩形箱状に形成された外装容器と、この外装容器内に電解液とともに収納された電極群と、外装容器に設けられているとともに電極群に接続された電極端子とを備えたセルとして構成されている。
【０００４】
また、高容量化、高出力化を図るため、複数のセルをケース内に並べて配置し、これらのセルを並列あるいは直列に接続して組電池を構成し、この組電池の外面に、隣接するセルの端子間を電気接続するバスバーや電気回路が取り付けられて構成される二次電池装置が用いられている。電池において、防水性と耐電解液性に優れるケースが要求されるため、一般的には金属のケースが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平６−７０１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、防水性能及び耐電解液性に優れた電池及び電池の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態にかかる電池は、コイルを有する電極群と、その内部に前記電極群を収容する収容部を有し、樹脂材料を含む樹脂層と、前記樹脂層の内面側に設けられた耐電解液層と、前記樹脂層の外面側に設けられた金属層と、を有して構成される電池ケースと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る二次電池装置の外観構造を示す斜視図。
【図２】同二次電池装置の内部構造を示す分解斜視図。
【図３】同二次電池装置の電池ケースの構造を示す説明図。
【図４】他の実施形態にかかる二次電池装置の電池ケースの構造を示す説明図。
【図５】他の実施形態にかかる二次電池装置の電池ケースの構造を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態かかる二次電池装置１（電池）について、図１乃至３を参照して説明する。各図中矢印Ｘ，Ｙ，Ｚはそれぞれ互いに直交する三方向を示す。また、各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示している。
【００１０】
図１は本実施形態に係る二次電池装置の外観を示す斜視図、図２は内部構造を示す分解斜視図である。図１及び図２に示す二次電池装置１は、内部に複数に仕切られた空間を形成する電池ケース１１と、電池ケース１１内に非水電解液と共に収納された複数の電極群１２と、を備え、各々が二次電池として機能する複数の二次電池部を一体に有する組電池として構成されている。
【００１１】
電池ケース１１は、第１ケース材１３と、第２ケース材１４とを有し、矩形状の箱形に構成される。第１ケース材１３と第２ケース材１４とが互いに組み付けられて封止されることで、電池ケース１１の内部に非水電解液と共に複数の電極群１２を収容する密閉空間を形成する。
【００１２】
樹脂製の第１ケース材１３は、上部が開口する矩形の箱形状に構成された外郭部１３ａと、外郭部１３ａの内側に複数並列して設けられた仕切板１３ｂと、を備えている。外郭部１３ａは、電極群１２の一方側を覆う底壁１３ｃと、周囲を覆う側壁１３ｄと、を有し上側に開口を有している。底壁１３ｃの上面は電極群１２の形状に沿うように湾曲した湾曲面を並列して備えている。
【００１３】
仕切板１３ｂは、外郭部１３ａの内部空間をＸ方向において複数個に仕切り、電極群１２に対応した形状の複数の収容部１１ａを並列して形成するように並列配置されている。ここでは１１枚の仕切板１３ｂがＸ方向に並列して設けられ、Ｘ方向に１２個の収容部１１ａが並列して形成される。仕切板１３ｂは、電極群１２の位置決め機能や、電極群１２間、あるいは部材間の短絡を防止する機能を果たす。仕切板１３ｂは第２ケース材１４と接合され、各槽が密閉空間となっていることが望ましいが、接合せず密閉されていなくてもよい。
【００１４】
各収容部１１ａは、電極群１２の形状に対応した細長い矩形状に形成されている。電池ケース１１の幅方向（Ｙ方向）に沿って各電極群１２が収容され、複数の電極群１２が電池ケース１１の長手方向（Ｘ方向）に並列する。
【００１５】
第２ケース材１４は第１ケース材１３の上部開口を塞ぐ板状の天井壁１４ａを備えている。第２ケース材１４はインサート成形により、天井壁１４ａに複数の端子１５を一体に備えて成形されている。ここでは、収納される電極群１２の正極および負極のリード２２ａ、２２ｂに対応する数の端子１５が一体成形されている。
【００１６】
各端子１５は、第２ケース材１４を第１ケース材１３上に位置決めされると同時に、各端子１５が電極群１２の正極および負極のリード２２ａ、２２ｂ上にそれぞれ対応して電気接続されるように配置されている。各端子１５は、例えば平面視円形状であって、第２ケース材１４の天井壁１４ａを貫通して突出している。端子１５の一端側が第２ケース材１４の外側に突出してバスバー１８によって接続されるとともに、他端が内側に突出して電極群１２と接続されるようになっている。端子１５の外周面が、樹脂製の第２ケース材１４にインサート成形により接合されて一体に保持されている。
【００１７】
天井壁１４ａは、電気的な絶縁により端子１５間の短絡を防止する機能を果たしている。この他、天井壁１４ａには、注液孔１７やガス排出弁が形成されている。ガス排出弁は、異常モード等によりケースにガスが発生して内圧が所定の値以上に上昇した際に、そこからガスを開放させる。これにより、内圧を下げてケースの破裂等の不具合を防止することができる。
【００１８】
電極群１２が収容された後は、下部開口を塞ぐように、第２ケース材１４が第１ケース材１３に組み付けられ、その後、これらを加熱溶着（例えば熱板溶着等）等して封止し、収容部の１１ａが閉塞される。
【００１９】
図３に示すように、電池ケース１１を構成する第１ケース材１３及び第２ケース材１４は、樹脂層３１と、樹脂層３１の外面側に形成されたプレコート層３２、プレコート層３２の外面に形成された第１の金属膜３３、及び第２の金属膜３４、及び金属膜の外面に形成されたトップコート層３５を有して構成されている。さらに、樹脂層３１の内側面と、トップコート層３５の外側面はそれぞれフッ化処理が施され、最外側の面と最内側の面にそれぞれ耐電解液層としてのフッ化層３６が形成されている。
【００２０】
樹脂層３１として使用される樹脂材料は、熱可塑性樹脂が好ましく、例えば、変性ＰＰＥを用いる。
【００２１】
プレコート層３２は、金属との密着性の高いものが望ましく、例えば、アクリル系材料で構成される。
【００２２】
第１の金属膜３３及び第２の金属膜３４は、防水性の高い材料が望ましい。例えば、第１の金属膜３３は厚さ１μｍ程度のアルミニウムの膜で構成し、第２の金属膜３４は厚さ０．３μｍ程度のニッケルの膜で構成する。これらの金属膜３３，３４の積層構造として構成される金属層により、外部からの水分の浸入を防止する。
【００２３】
トップコート層３５は、保護層としての機能を有し、ここでは、例えば、エポキシ系材料で構成される。
【００２４】
フッ化層３６は、耐電解液性及び撥水性に優れており、外部からの防水機能を向上するとともに、内側の電解液の耐性を向上する。フッ化層３６の厚さは、例えば、１０μｍ〜１５μｍ程度とした。
【００２５】
第１ケース材１３、第２ケース材１４の製造工程としては、まず、上記の樹脂材料を用いて射出成形等の成形方法により、例えば、３ｍｍ程度の厚さの樹脂層３１から、第１ケース材１３及び第２ケース材１４が上述の所定形状に形成される。
【００２６】
次いで、例えば、塗装工程により樹脂層３１からなる第１ケース材１３の外側面である外郭部１３ａの外面及び第２ケース材１４の外側面の全面に、密着層として機能するプレコート層３２が形成される。
【００２７】
さらに、例えば、蒸着法により、第１の金属膜３３及び第２の金属膜３４を蒸着させて金属層を外側面全体に成膜する。
【００２８】
以上により、５層構造に構成された所定形状の第１ケース材１３、及び第２ケース材１４をフッ化ガス雰囲気下に所定時間配置することで、それら、第１ケース材１３、及び第２ケース材１４の全表面にフッ化処理を行い、それらの内外両側に、フッ化層３６を同時に形成する。このとき、第１ケース材１３、第２ケース材１４を組み付ける前に個別にフッ化処理を行うと、第１ケース材１３の内側の仕切板１３ｂの両面にも同様にフッ化処理が行われ、フッ化層が形成されることとなる。
【００２９】
各種コーティング処理が完成した第１ケース材１３、及び第２ケース材１４は、第１ケース材１３の開口部分及びその周縁部分において、接合界面を有し、互いに接合する。ここで、第１ケース材１３と第２ケース材１４とが接合する部分において、第１ケース材１３の内側から外側に掛けて位置し、所定の寸法幅を有する部分を接続部分の寸法幅とする。そして、本実施の形態では、第１ケース材１３と第２ケース材１４とが接合する部分の、その寸法幅の値は、他の側壁部の平板状部分の厚さの値に比べて大きくなるようにする。これは、一般的に、接合部強度が母材強度より弱くなるためであり、そのために、母材強度以上の接合部強度を確保する必要があるからである。また、ここでは、底壁１３ｃの内外方向の厚さ寸法も、他の側壁部分に比べて厚くすることができる。
【００３０】
電極群１２は、正極板および負極板が捲回され偏平形状に形成されたコイル２１と、コイル２１の両側にそれぞれ引き出された正極リード２２ａ及び負極リード２２ｂと、を備えている。
【００３１】
コイル２１は例えば、正極板および負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に巻回し、更に、径方向に圧縮することにより、偏平な矩形状に形成されている。
【００３２】
正極および負極のリード２２ａ、２２ｂは、コイル２１よりも上方に延出され、ケースの幅方向外側に屈曲する板状に構成されている。正極および負極のリード２２ａ、２２ｂは、端子１５にそれぞれ接続される。
【００３３】
複数の電極群１２は、隣り合う電極群１２の正極のリード２２ａと負極のリード２２ｂが交互に並ぶ向きに配列されている。複数の電極群１２は、端子１５を介して、導電性部材としての複数のバスバー１８により、電気的に、例えば、直列に接続されている。この実施形態においては１２個の電極群１２の隣接する電極を直列に接続するように１１個のバスバー１８が、所定位置に配置されて第１ケース材１３に一体形成されている。
【００３４】
複数のバスバー１８は、導電材料、例えば、銅、アルミニウム、真鍮等の金属板部材から構成され、一対の端子部１８ａ、１８ｂを一体に接続して有している。
【００３５】
バスバー１８は、一方の端子部１８ａが電極群１２の正極リード２２ａに電気的に接続され、他方の端子部１８ｂが隣の電極群１２の負極リード２２ｂに電気的に接続され、これらの端子部１８ａ，１８ｂを電気的に接続している。１２個の電極群１２は、複数のバスバー１８により直列に接続されている。なお、複数の電極群１２は、直列に限らず、並列に接続するようにしてもよい。
【００３６】
複数の電極群１２の内、配列の一端に位置した電極群１２の負極リード２２ｂ、および、配列の他端に位置した電極群１２の正極リード２２ａは、それぞれ外部出力端子として機能する。
【００３７】
さらに、電圧制御部、電圧検出器、温度センサ等を含む図示しない電池監視基板が設置され、各バスバー１８に電気的に接続される。更に、第１ケース材１３の外側には、バスバー１８、電池監視基板を覆う図示しない蓋が設けられる。
【００３８】
以下、本実施形態にかかる電池の製造方法について図２を参照して説明する。組み付け工程として、まず個々の電極群１２をそれぞれ第１ケース材１３の各収容部１１ａに上部開口から挿入することにより、電極群１２を第１ケース材１３に配置する。
【００３９】
すべての電極群１２を配置した状態で、第１ケース材１３の上部開口を塞ぐように、第２ケース材１４を組み付ける。このとき、各正極および負極のリード２２ａ、２２ｂが、それぞれ第２ケース材１４に一体に設けられた端子１５に接続され、電気的な接続と接合保持が同時になされる。
【００４０】
そして、第１ケース材１３と第２ケース材１４の開口縁を溶接等により接合して密封する。
【００４１】
この後、電解液注入、封止処理、及び初期充放電処理など、各種の処理を順次行い、その後、電池ケース１１外に突出する端子１５間をバスバー１８によって直列に接続する。そして、さらに、第２ケース材１４の外面に回路基板を配置し、組電池としての二次電池装置１が完成する。
【００４２】
本実施形態にかかる二次電池装置１及び二次電池装置の製造方法によれば、以下のような効果が得られる。すなわち、樹脂製の電池ケース１１の内側にフッ化層３６を設け、外側に金属層３３、３４を設けることにより、耐電解液性及び耐透水性に優れた樹脂製の電池ケース１１を実現できる。このため、樹脂製の電池ケース１１内に直接電極群１２と非水電解液を封止して、組み電池として構成することができる。したがって、電極群１２を個別に収容する金属製のセル容器を省略できるとともに電気接続工程を省略できるので、電池の構造の単純化及び組み付け工程の単純化が可能となる。
【００４３】
なお、上記のようにフッ化層３６や金属層３３、３４を有する電池ケース１１では、樹脂層３１のみで構成されたケースに比べて、耐透水性を２倍以上は改善することができた。
【００４４】
また、電池ケース１１側に端子１５を一体に有する構造としたために、電池ケース１１内の収容部１１ａに直接電極群１２が配置され、電極群１２の正極および負極のリード２２ａ、２２ｂが、電池ケース１１組み付け時に同時に端子１５に電気接続されることとしたため、組み付け工程を高精度に維持しつつ単純化することができる。
【００４５】
なお、上記実施形態においては、一例として複数の電極群１２を第１方向に一列に並列配置して、直列に電気接続した場合を例示したが、これに限られるものではなく、例えば複数列であっても、並列接続であっても、本発明を適用できる。
【００４６】
上記実施形態においては、第１ケース材１３側に仕切板１３ｂを一体に形成して複数の収容部１１ａを形成する構造としたが、これに限られるものではない。例えば第１ケース材１３の底壁１３ｃと、側壁１３ｄと別体構造として分割し、側部と仕切板を有する第３ケース材を別構造として構成してもよい。
【００４７】
例えば上記実施形態では樹脂層３１の材料として、変性ＰＰＥを例示したが、これに限られるものではなく、他に例えばＰＥ、ＰＰ、ＰＭＰ等のオレフィン樹脂、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＥＮ等のポリエステル系樹脂、ＰＯＭ樹脂、ＰＡ６、ＰＡ６６、ＰＡ１２等のポリアミド系樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂等の結晶性樹脂、及びそれらのアロイ樹脂やＰＳ、ＰＣ、ＰＣ／ＡＢＳ、ＡＢＳ、ＡＳ、ＰＥＳ、ＰＥＩ、ＰＳＦ等の非結晶性樹脂、及びそれらのアロイ樹脂が用いられる。
【００４８】
また、金属膜３３，３４として、Ａｌ膜と、Ｎｉ膜の２層構造を例示したがこれに限られるものではない。例えば、Ａｌ膜に代えてＣｕ等の他の金属材料を用いてもよい。また、Ｎｉ膜を省略して１層構造とすることも可能である。さらにプレコート層３２やトップコート層３５を省略することも可能である。
【００４９】
また、図４に示すようにフッ化処理を施す手順を変更して、フッ化層３７の成膜位置を変更してもよい。例えば、樹脂層３１からなる第１ケース材１３及び第２ケース材１４に、プレコート層３２を形成した後、他の金属膜等の層３３〜３５を形成する前の段階で、フッ化処理を行うことにより、プレコート層３２の外面側及び樹脂層３１の内面側（即ち、電極群側）にそれぞれフッ化層３６，３６を構成してもよい。この場合には、さらにフッ化層３６の外面にＵＶ照射を行うことにより、フッ化層３６上に金属膜３３を密着させやすくしてもよい。
【００５０】
この他、例えば図５に示すように、樹脂層３１の内側に金属層３３，３４を形成し、さらに内側面の電解液に曝される面に絶縁膜やフィルムＰＰ等を設ける構成としてもよい。この場合にも、内側の金属層３３，３４によって、耐透水性を確保することで、電池ケース１１としての必要な性能を確保することができる。
【００５１】
耐電解液性層としてフッ化層を例示したが、これに限られるものではなく、例えば、シランカップリング処理層を耐電解液性層として形成してもよい。
【００５２】
前述されたリードは、コイルから正極または負極へ電力を取り出す集電体と呼ばれる場合もある。
【００５３】
なお、熱板溶着を行う第１ケース材１３及び第２ケース材１４の接合界面には、フッ化処理がなされていないこと、もしくは、フッ化処理後に、その接合界面において、フッ化処理部分が削り取られていることが好適である。このようにフッ化処理することによって、第１ケース材１３と第２ケース材１４とが接着しにくくなることを防ぐことができる。
【００５４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５５】
１…二次電池装置（電池）、１１…電池ケース、１１ａ…収容室、１２…電極群、１３…第１ケース材、１３ａ…外郭部、１３ｂ…仕切板、１３ｃ…底壁、１３ｄ…側壁、１４…第２ケース材、１４ａ…天井壁、１５…端子、１５ａ…側部、１８…バスバー、１８ａ，１８ｂ…端子部、２１…コイル、２２ａ…正極リード、２２ｂ…負極リード、３１…樹脂層、３２…プレコート層、３３…第１の金属膜（金属層）、３４…第２の金属膜（金属層）、３５…トップコート層、３６…フッ化層（耐電界液層）。
【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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