JP3896911B2 - 両タブ型セルおよび組電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シート状薄型電池である両タブ型セルおよびそれを積層してなる組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
両端からシート状の正極タブおよび負極タブが引き出される両タブ型セル（以下、薄型電池とも呼ぶ）としては、特開平９−２５９８５９号公報に開示されている薄型電池が知られている。このような両タブ型セルは、両面に正極活物質が塗布された正極箔（これを正電極と呼ぶ）と両面に負極活物質が塗布された負極箔（これを負電極と呼ぶ）とをセパレータを介して積層してなる内部電極対を複数積層し、この複数の内部電極対を電解液に浸漬させた状態で外装材で密封し、各層の正極箔と負極箔をそれぞれ正極タブと負極タブに接合し、正極タブと負極タブを外装材から突出させて成る。これらのセルを用いて高電圧、高容量な電池を得るためには、複数セルを直列接続や並列接続して組電池とする必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した組電池にあっては、その使用にあたって各セルの電圧や温度を検出する必要がある。上述した従来の両タブ型セルでは、正極タブと負極タブが互いに逆方向に向いている。そのため、正負極タブから電圧検出線を引き回す場合、両タブ型セルの両側に電圧検出線を引き回す必要があり、組電池の小型化を阻害する要因である。
【０００４】
本発明は、セル電圧を検出する検出線をセルの一方側に集中できるようにした両タブ型セルおよびそれを複数個積層した組電池を提供するものである。
【０００５】
また本発明は、セル温度検出器をセル内部に設けることができる両タブ型セルおよびそれを複数個積層した組電池を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、正電極および負電極を積層した内部電極対と電解液とを、フィルム状の上側外装材および下側外装材の全周に設けられた接合フランジ同士を接合して形成された袋状の外装材の内部に収容するとともに、内部電極対に接続された正極タブおよび負極タブを前記外装材の外部へ互いに反対方向に延伸した両タブ型セルであって、正負極タブの少なくともいずれか一方側に、その一方側のタブとは逆極性のタブの電圧を検出する電圧検出用端子を設け、一方側の端部が電圧検出用端子に接続された電圧検出線を上下外装材の接合フランジ間に挟んで配線し、該電圧検出線の他方の端部を逆極性のタブと同電位の箇所に接合することを特徴とする。
請求項２の発明は、正電極および負電極を積層した内部電極対と電解液とを、フィルム状の上側外装材および下側外装材の全周に設けられた接合フランジ同士を接合して形成された袋状の外装材の内部に収容するとともに、内部電極対に接続された正極タブおよび負極タブを前記外装材の外部へ互いに反対方向に延伸した両タブ型セルであって、一端が外装体内部で正極タブと同電位な箇所に接続され、他端が上下外装材のフランジ間に挟まれて負極タブ側まで配線される正電圧検出線と、一端が外装体内部で負極タブと同電位な箇所に接続され、他端が上下外装材のフランジ間に挟まれて正極タブ側まで配線される負電圧検出線とを有することを特徴とする。
請求項４の組電池は、上記複数の両タブ型セルと、積層された複数の両タブ型セルを収容する筐体と、積層された複数の両タブ型セルを筐体内で電気的に接続するバスバーと、筐体に設けられ、最大電圧が出力されるバスバーに接続される正極外部端子および最小電圧が出力されるバスバーに接続される負極外部端子と、筐体に設けられ、電圧検出用端子または温度検出用端子が接続される外部検出端子とを有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、セル電圧を検出するための検出用信号線をセルの一方側で集中して引き回すようにしたので、セルを収容する筐体の大型化を抑制することができる。また、セルを収容する筐体に設けられる検出外部端子と検出用内部端子間の信号線の引き回しも容易となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
−第１の実施の形態−
以下、図１〜図６を参照して、本発明による両タブ型セルの第１の実施の形態を説明する。
図１〜図６は、一個の両タブ型セル１を説明する図である。図１は両タブ型セル１の上面図、図２は側面図、図３（ａ）は図２の符号IIIで示す部分の拡大断面図、図３（ｂ）はさらにその部分拡大図、図４は両タブ型セル１の上側外装材を取り除いて内部を示す図、図５（ａ）〜（ｄ）は両タブ型セル１の各部断面図、図６（ａ）は、積層した複数のセルの一方側に電圧検出線を集中して引き回す一例を示す斜視図である。
【０００９】
両タブ型セル１はシート状リチウムイオン二次電池である。可撓性の袋状外装材１００は、全周に接合フランジ１００ＦＵを有する上側外装材１００Ｕと全周に接合フランジ１００ＦＬを有する下側外装材１００Ｌをフランジ接合部（ヒートシール部）１０３で熱溶着して密閉容器とされている。袋状外装材１００の内部には、内部電極対１０１および電解液１０２が真空密封状態で収容されている。内部電極対１０１はシート状の正電極１０１ａおよび負電極１０１ｂを備えている。
【００１０】
正電極１０１ａは、図３（ｂ）に示すように、アルミ箔の正極集電体（正極箔）１０４の両面に正極活物質１０４ａを積層したものである。一方、負電極１０１ｂは銅箔の負極集電体（負極箔）１０５の両面に負極活物質１０５ａを積層したものである。正電極１０１ａと負電極１０１ｂとは、セパレータ１０１ｃを介して交互に積層されている。これら積層体が上述した内部電極対１０１を構成する。
【００１１】
図３（ａ）に示すように、負電極１０１ｂの負極箔１０５はそれぞれ負極タブ１ｃに連結されている。負極タブ１ｃは、袋状外装材１００のヒートシール部１０３（図２も参照）を気密に貫通するとともに、ヒートシール部１０３に固着される。なお、図示していないが、正極タブ１ｂも負極タブ１ｃと同様となっており、正極タブ１ｂには正電極１０１ａの正極箔１０４がそれぞれ連結されている。
【００１２】
袋状外装材１００は、内面層１００ａ、中間層１００ｂおよび外面層１００ｃの三層構造のラミネートフィルムで形成されている。内面層１００ａには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドなどの耐電解液性およびヒートシール性に優れた熱可塑性樹脂が使用される。中間層１００ｂには、アルミ箔やステンレス箔等の可撓性および強度に優れた金属箔が使用される。外面層１００ｃには、ポリアミド系樹脂やポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた絶縁樹脂が使用される。
【００１３】
第１の実施の形態の両タブ型セル１の特徴は、図１および図４に示すように、正負極タブ１ｂ，１ｃと並んで電圧検出端子１１ｂ，１１ｃを設けた点、および、正負極箔１０４，１０５と検出端子１１ｂ，１１ｃとの間の検出線１２ｂ，１２ｃをフランジ１００ＦＵと１００ＦＬ間に挟んで配線する点である。
【００１４】
すなわち、負極用検出線１２ｃの一端には接合タブ１３ｃが設けられ、接合タブ１３ｃを介して負極箔１０５に接合されている。負極用検出線１２ｃの他端には外部接続部に対してネジ結合される孔が形成されている検出端子１１ｃが設けられ、この検出端子１１ｃは外装材１００の外部に突設されている。図５（ｂ）および（ｄ）に示すように、検出線１２ｃは、フランジ１００ＦＵと１００ＦＬとの間に挟まれ、電池長手方向に引き回されている。正極検出線１２ｂも同様にである。すなわち、正極検出線１２ｂの一端は接合タブ１２ｂを介して正極箔１０４に接合される。正極用検出線１２ｂの他端には外部接続部に対してネジ結合される孔が形成されている検出端子１１ｂが設けられ、この検出端子１１ｂは外装材１００の外部に突設されている。
【００１５】
電気自動車やハイブリッド車両の二次電池として上述した両タブ型セル１を使用する場合は、図６（ａ）に示すように、たとえば複数の平板状両タブ型セル１−１〜１−８をセル固定板１２０を介して積層する。そして、図６（ｂ）に示すように、図示しないバスバーにより、セル１−１，１−２，１−５，１−６およびセル１−３，１−４，１−７，１−８を並列接続して並列電池を構成するとともに、複数の並列電池を直列接続して高電圧を出力する組電池を構成する。これらの積層された両タブ型セル１は筐体に収容される。筐体の外面には、最大電圧が出力されるバスバーに接続される正極外部端子および最小電圧が出力されるバスバーに接続される負極外部端子が設けられる。また、電圧検出用端子にリード線（ハーネス）で接続される外部電圧検出端子も設けられる。
【００１６】
図６（ａ）に示すように、セルの片側において積層方向に並列電池ごとに交互に正極端子と負極端子が現れるように複数のセル１を積層する場合、第１の実施の形態では、セル両側にそれぞれ正極電圧検出用端子１１ｂと負極電圧検出用端子１１ｃを設けたので、電圧検出線１５ｂ，１５ｃをセルの片側に集中して配索することができる。
【００１７】
すなわち、第１段目および第２段目では、負極タブ１ｃと正極電圧検出用端子１１ｂにそれぞれ正負の電圧検出線１５ｂ，１５ｃを接続し、第３段目および第４段目では、正極タブ１ｂと負極電圧検出用端子１１ｃにそれぞれ正負の電圧検出線１５ｂ，１５ｃを接続する。これらの電圧検出線１５ｂ、１５ｃは束ねられて筐体内部から筐体外部に引き出され、筐体外面に設けられている外部電圧検出端子であるコネクタに接続される。そして、このコネクタをバッテリーコントローラなどの制御回路に接続することにより、各セルの電圧がバッテリーコントローラでそれぞれ検出される。
【００１８】
このように、第１の実施の形態の両タブ型セルによれば次のような作用効果が得られる。
（１）セル１のフランジ部１００ＦＵ，ＦＬに、正負極タブ１ｂ，１ｃと並んで電圧検出端子１１ｂ，１１ｃを設けたので、正極タブと負極タブを互に逆方向にして両タブ型セルを積層して構成される組電池でも、正負極タブのいずれか一方側に電圧検出線１５ｂ，１５ｃを集中して引き回すことができる。そのため、組電池の小型化、配線の簡素化につながり、コストが低減される。
（２）正負極タブの両側から電圧検出線を引き回す場合、セル一方側の電圧検出線をセル他方側まで引き回し、セルの片側で電圧検出線を束ねて配線する必要がある。そのため、電圧検出線をセルの間から反対側へ引き出さねばならない。このとき、電圧検出線がセル固定板の間に噛み込むおそれがある。この点、一実施の形態のセルでは、積層したセルの片側において正負の電圧検出線１５ｂ，１５ｃをタブと電圧検出端子に接続することができる。その結果、セルの一方側に電圧検出線を集中して引き回すことができ、セル固定板に噛み込むおそれが解消される。
（３）正負極タブ１ｂ，１ｃと検出端子１１ｂ，１１ｃとの間の検出線１２ｂ，１２ｃをフランジ１００ＦＵと１００ＦＬ間に挟んで配線した。したがって、フランジ接合面間の検出線引き回し部がフランジ接合面から水が侵入する際の抵抗となり、換言すると、水侵入方向におけるフランジ接合長を大きくすることができ、外部からセル内部への水分の侵入を効果的に抑制できる。
【００１９】
図７（ａ）は第１の実施の形態の第１変形例を示す。第１の実施の形態では、セル両端に正負極電圧検出用端子１１ｂ，１１ｃを設けた。これに代えて、図７（ａ）に示すようセル片側の負極タブ１ｃ側に正極電圧検出用端子１１ｂだけを設けてもよい。これは、複数のセルを積層する際、正負極タブの方向がすべての段において同一に向ける場合に有効である。なお図示しないが、セル片側の正極タブ１ｂ側に負極電圧検出用端子だけを設けてもよい。
【００２０】
図７（ｂ）は第１の実施の形態の第２変形例を示す。第１の実施の形態では、検出線１２ｂ，１２ｃの両端に接合タブ１３ｂ，１３ｃと検出端子１１ｂ，１１ｃとを設けた。これに代えて、図７に示すように、薄板状の検出線１１２ｂ，１１２ｃを用いても良い。この場合、電池内部の検出線端部１１３ｂ，１１３ｃは正負極タブ１ｂ，１ｃと同電位である箇所に直接溶接され、電池外部の端部１１１ｂ，１１１ｃは図示しない電圧検出線に溶接される。
【００２１】
−第２の実施の形態−
図８〜図１０を参照して第２の実施の形態を説明する。図８は両タブ型セル５０の平面図、図９は両タブ型セル５０の上側外装材を取り除いて内部を示す図、図１０（ａ）〜（ｄ）は両タブ型セル５０の各部断面図である。
【００２２】
第２の実施の形態の両タブ型セル５０の特徴は、図８および図９に示すように、電池内部にサーミスタ（温度検出器）７０を設け、サーミスタ７０の２本の＋−検出線７１ａ，７１ｂをフランジ１００ＦＵと１００ＦＬ間に挟んで配線する点、および負極タブ１ｃと並んで温度検出端子７２を設けた点である。
【００２３】
すなわち、電池５０の温度を検出するサーミスタ７０を外装材１００内部で正極箔１０４に溶接し、サーミスタ７０の信号検出線７１ａ，７１ｂを負極タブ１ｃ側まで引き回し、外装材１００に引き出されている検出線７１，７１ｂの先端に温度検出端子７２を設ける。温度検出端子７２から温度信号を取り出すことができる。図１０（ｂ）および（ｄ）に示すように、検出線７１ａ，７１ｂは、フランジ１００ＦＵと１００ＦＬとの間に挟まれ、電池長手方向に引き回されている。なお、信号検出線７１ａ，７１ｂにビニール被覆が施されている場合には、フランジの熱溶着によりビニール被覆が溶けるおそれがあるから、信号線７１ａ，７１ｂは十分離間して配線する必要がある。
【００２４】
このように、第２の実施の形態の両タブ型セル５０も、図６（ａ）に示した積層方式で積層して組電池を構成することができる。この場合、温度検出器をすべてのセルに設ける場合、セル数分の温度検出端子が設けられ、その温度検出端子にリード線が接続される。そして、リード線を束ねて筐体内部を引き回し、筐体外部の温度検出用外部端子へ接続する。この温度検出用外部端子も上述した電圧検出用外部端子と同様に、バッテリーコントローラに接続される。
【００２５】
このようなセル５０および組電池によれば次のような作用効果が得られる。
（１）電池内部で正極箔１０４にサーミスタ７０を接合し、セル外部の温度検出端子７２から温度に依存した信号を取り出すようにしたので、セル外部に温度検出器を設ける場合に比べて組電池が小型化される。
（２）セル内部にサーミスタ７０を設けたので、外装材の外面に温度センサを設けることなく、セルの温度を精度よく検出できる。
（３）サーミスタ７０と温度検出端子７２との間の温度検出線７１ａ，７１ｂをフランジ１００ＦＵと１００ＦＬ間に挟んで配線した。したがって、フランジ接合面間の検出線引き回し部がフランジ接合面から水が侵入する際の抵抗となり、水分の侵入を効果的に抑制できる。第２の実施の形態では、２本の検出線７１ａ，７１ｂがフランジ１００ＦＵ，ＦＬ間に介在されるから、第１の実施の形態に比べてより水侵入方向におけるフランジ接合長を長くでき、水侵入抑制効果をさらに増大することができる。
【００２６】
なお、サーミスタに代えて、熱電対による温度検出器を採用してもよい。この場合、２本の検出線の一端を外装材の内部で負極箔または正極箔に接合し、検出線は接合フランジの接合面間に敷設して、セル他端まで配線する。
【００２７】
−第３の実施の形態−
図１１〜図１３を参照して第３の実施の形態を説明する。図１１は両タブ型セル８０の平面図、図１２は両タブ型セル８０の上側外装材を取り除いて内部を示す図、図１３（ａ）〜（ｄ）は両タブ型セル８０の各部断面図である。
【００２８】
第３の実施の形態の両タブ型セル８０の特徴は次の通りである。
▲１▼図１１および図１２に示すように、第１の実施の形態の変形例と同様な電圧検出端子３１１ｂ，３１１ｃを正負極タブ１ｂ，１ｃと並べて設けた点、
▲２▼検出端子３１１ｂ，３１１ｃに接続される検出線３１２ｂ，３１２ｃをフランジ１００ＦＵと１００ＦＬ間に挟んで配線する点、
▲３▼電池内部にサーミスタ（温度検出器）７０を設け、サーミスタ７０の２本の＋−検出線７１ａ，７１ｂをフランジ１００ＦＵと１００ＦＬ間に挟んで配線する点、
▲４▼負極タブ１ｃと並んで温度検出端子７２を設けた点である。
【００２９】
すなわち、負極用検出線３１２ｃの一端は負極タブ１ｃに接合されている。負極用検出線３１２ｃの他端は外装材１００の外部に突設され、外部接続部に対して溶接されるタブ３１１ｃが形成されている。図１３（ｂ）および（ｄ）に示すように、検出線３１２ｃは、フランジ１００ＦＵと１００ＦＬとの間に挟まれ、電池長手方向に引き回されている。正極タブ１ｂに一端が接合される正極検出線３１２ｂについても同様に構成される。
【００３０】
また、電池８０の温度を検出するサーミスタ７０を外装材１００内部で正極箔１０４に溶接し、サーミスタ７０の信号検出線７１ａ，７１ｂを負極タブ１ｃ側まで引き回し、外装材１００に引き出されている検出線７１ａ，７１ｂの先端に温度検出端子７２を設ける。図１３（ｂ）および（ｄ）に示すように、検出線７１ａ，７１ｂは、フランジ１００ＦＵと１００ＦＬとの間に挟まれ、電池長手方向に引き回されている。
【００３１】
このように、第３の実施の形態の両タブ型セル８０によれば次のような作用効果が得られる。
（１）正負極タブ１ｂ，１ｃと並んで電圧検出端子３１２ｂ，３１２ｃを設けたので、両タブ型セル８０を、その正極タブと負極タブを互に逆方向に積層して構成される組電池でも、正負極タブのいずれか一方側に電圧検出線を集中して引き回すことができる。そのため、組電池の小型化、配線の簡素化につながり、コストの低減される。
（２）電池内部で正極箔１０４にサーミスタ７０を接合し、電池外部の温度検出端子７２から温度に依存した信号を取り出すようにしたので、電池の外部に温度検出器を設ける場合に比べて組電池の小型化がされる。
（３）サーミスタ７０と温度検出端子７２との間の温度検出線７１ａ，７１ｂをフランジ１００ＦＵと１００ＦＬ間に挟んで配線した。したがって、フランジ接合面間の検出線引き回し部がフランジ接合面から水が侵入する際の抵抗となり、水分の侵入を効果的に抑制できる。第３の実施の形態では、２本の検出線７１ａ，７１ｂと電圧検出線３１２ｂがフランジ１００ＦＵ，ＦＬ間に介在されるから、第２の実施の形態に比べてさらに水侵入抑制効果が得られる。
【００３２】
本発明は上述したシート状の両タブ型セルに限らず両端子型のセルであれば角形セルなどにも適用することができる。また、ラミネート外装材内に電解液と内部電極対とを真空密閉させた湿式の二次電池について説明したが、本発明は、セル両端から正負極タブが突設される各種薄型二次電池に適用することができる。そして、上述した特徴的な機能作用効果が得られるものであるならば、本発明は上述した実施の形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による両タブ型セルの第１の実施の形態を示す上面図
【図２】図１の側面図
【図３】（ａ）は図２の符号IIIで示す部分の拡大断面図、（ｂ）はさらにその部分拡大図
【図４】両タブ型セルの上部外装材を取り除いて内部を示す上面図
【図５】図１のＶa−Ｖa断面図、Ｖb−Ｖb断面図、Ｖc−Ｖc断面図、Ｖd−Ｖd断面図
【図６】（ａ）は積層した複数のセルの一方側に電圧検出線を集中して引き回す一例を示す斜視図、（ｂ）はセルの接続を示す回路図
【図７】（ａ）、（ｂ）は第１の実施の形態の第１および第２変形例を示すセルを示す図
【図８】本発明による両タブ型セルの第２の実施の形態を示す上面図
【図９】第２の実施の形態のセル内部を示す図
【図１０】図８のXa−Xa断面図、Xb−Xb断面図、Xc−Xc断面図、Xd−Xd断面図
【図１１】本発明による両タブ型セルの第３の実施の形態を示す上面図
【図１２】第３の実施の形態のセル内部を示す図
【図１３】図１１のXIIIa−XIIIa断面図、XIIIb−XIIIb断面図、XIIIc−XIIIc断面図、XIIId−XIIId断面図
【符号の説明】
１，５０、８０：両タブ型セル
１ｂ：正極タブ
１ｃ：負極タブ
１１ｂ．１１ｃ：電圧検出端子
１２ｂ，３１２ｂ：正極電圧検出線
１２ｃ，３１２ｃ：負極電圧検出線
７０：サーミスタ
７１ａ，７１ｂ：温度検出線
７２：温度検出端子
１０１：内部電極対
１０１ａ：正電極
１０１ｂ：負電極
１０１ｃ：セパレータ
１００ＦＲ：上外装材フランジ
１００ＦＬ：下外装材フランジ
１０４：正極箔
１０４ａ：正極活物質
１０４ｂ：絶縁材
１０５：負極箔
１０５ａ：負極活物質

Claims (4)

1. 正電極および負電極を積層した内部電極対と電解液とを、フィルム状の上側外装材および下側外装材の全周に設けられた接合フランジ同士を接合して形成された袋状の外装材の内部に収容するとともに、前記内部電極対に接続された正極タブおよび負極タブが前記外装材の外部へ互いに反対方向に延伸した両タブ型セルにおいて、
   前記正負極タブの少なくともいずれか一方側に、その一方側のタブとは逆極性のタブの電圧を検出する電圧検出用端子を設け、
   一方側の端部が前記電圧検出用端子に接続された電圧検出線を前記上下外装材の接合フランジ間に挟んで配線し、該電圧検出線の他方の端部を前記逆極性のタブと同電位の箇所に接合することを特徴とする両タブ型セル。
2. 正電極および負電極を積層した内部電極対と電解液とを、フィルム状の上側外装材および下側外装材の全周に設けられた接合フランジ同士を接合して形成された袋状の外装材の内部に収容するとともに、前記内部電極対に接続された正極タブおよび負極タブが前記外装材の外部へ互いに反対方向に延伸した両タブ型セルにおいて、
   一端が前記外装体内部で前記正極タブと同電位な箇所に接続され、他端が前記上下外装材のフランジ間に挟まれて前記負極タブ側まで配線される正電圧検出線と、
   一端が前記外装体内部で前記負極タブと同電位な箇所に接続され、他端が前記上下外装材のフランジ間に挟まれて前記正極タブ側まで配線される負電圧検出線とを有することを特徴とする両タブ型セル。
3. 請求項２に記載の両タブ型セルにおいて、
   前記外装体内部に設けられ、セル温度を検出する温度検出器と、
   前記温度検出器の信号検出線を前記正負極タブのいずれか一方側まで引き回し、信号検出線に温度検出用端子を設けることを特徴とする両タブ型セル。
4. 積層された請求項１〜３のいずれかの複数の両タブ型セルと、
   積層された複数の両タブ型セルを収容する筐体と、
   積層された複数の両タブ型セルを前記筐体内で電気的に接続するバスバーと、
   前記筐体に設けられ、最大電圧が出力されるバスバーに接続される正極外部端子および最小電圧が出力されるバスバーに接続される負極外部端子と、
   前記筐体に設けられ、前記電圧検出用端子または温度検出用端子が接続される外部検出端子とを有することを特徴とする組電池。

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