JP5472284B2 - Film outer battery and battery pack - Google Patents
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Description
本発明は、電池要素が外装フィルム内に収容されたフィルム外装電池及び組電池に関するものである。 The present invention relates to a film-clad battery and a battery pack in which battery elements are accommodated in an exterior film .
今日、正極板と負極板とがセパレータを介して巻回または交互に積層された電池要素を電解液とともに外装体によって包囲してなる電池が携帯機器や電気自動車等の電源として用いられている。しかし、この種の電池は個々の出力がさほど大きくはなく、複数の電池を直列接続して必要な出力を得るという利用形態が一般的である。以下の説明では、直列接続される個々の電池を「単電池」、複数の単電池が電気的に接続されてなる電池を「集合電池」または「組電池」と称して区別する。 2. Description of the Related Art Today, a battery in which a battery element in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound or alternately stacked via a separator is surrounded by an outer package together with an electrolyte is used as a power source for portable devices and electric vehicles. However, in this type of battery, individual outputs are not so large, and a usage form in which a necessary output is obtained by connecting a plurality of batteries in series is common. In the following description, individual batteries connected in series are referred to as “unit cells”, and a battery in which a plurality of unit cells are electrically connected is referred to as an “assembled battery” or an “assembled battery”.
単電池同士を電気的に接続するための技術として、特許文献1には次のような技術が開示されている。すなわち、一方の単電池の電槽の側壁を貫通させた凸状端子の凸部を他方の単電池の電槽の側壁を貫通させた凹状端子の凹部に挿入させることにより、2以上の単電池を直列に接続する技術が開示されている。
As a technique for electrically connecting the cells,
また、特許文献2には、一対の金属端子板の間に、正電極層と負電極層とがセパレータを介して積層された基本セルを配置し、これら金属端子板および基本セルをラミネートフィルムで包装するとともに、ラミネートフィルムに設けられた窓部から上記金属端子板の一部を露出させ、金属端子板の露出面を外部接続用端子として利用することが開示されている。
In
しかし、組電池を構成している単電池がフィルム外装電池である場合に上記特許文献1に開示されている従来技術を適用することには次のような問題があった。すなわち、特許文献1に開示されている単電池は、樹脂製の電槽と蓋とからなる容器内に電極群および電解液を収容した角型蓄電池である。すなわち、各単電池の外装(電槽)自体が十分な剛性を備えている。従って、特許文献1の図1や図5に示されているように、収容された電極群と対向していない電槽中空部の側壁を貫通させて凸状端子や凹状端子を設けたとしても、それら端子が電槽側壁によってしっかりと保持され、挿入抜去が可能となる。
However, when the unit cell constituting the assembled battery is a film-clad battery, there is the following problem in applying the conventional technique disclosed in
しかし、フィルム外装電池の場合、その外装はアルミラミネートフィルムその他の柔軟なフィルムである。従って、外装を貫通する端子を設けたとしても、その端子を外装の剛性を利用して保持することは困難である。ましてや、端子同士を挿入抜去する際には、外装フィルムが変形し、変形が限界を超えれば、亀裂などが発生する虞もある。 However, in the case of a film exterior battery, the exterior is an aluminum laminate film or other flexible film. Therefore, even if a terminal penetrating the exterior is provided, it is difficult to hold the terminal using the rigidity of the exterior. In addition, when the terminals are inserted and removed, the exterior film is deformed, and if the deformation exceeds the limit, there is a possibility that a crack or the like may occur.
一方、特許文献2に開示されている従来技術は、ラミネートフィルムに設けた窓から金属端子板の一部を露出させ、その露出面を外部接続用端子として利用するものである。そして、金属端子板は基本セルに積層されており、ラミネートフィルムによって保持されているわけではない。従って、上記特許文献1に開示されている従来技術のような問題は発生しないと考えられる。
On the other hand, the prior art disclosed in
しかし、特許文献2に開示されている従来技術には次のような別の問題が存在する。すなわち、特許文献2に開示されているラミネートフィルム外装蓄電デバイス(単電池)を複数個並べて組電池とした場合、隣接する単電池同士が密接してしまい冷却性能が劣る。また、単電池間に冷却風を供給して組電池を強制冷却することができなくなる。かかる問題を回避するためには、隣接する単電池間に別途スペーサを介在させるなどする必要が生じ、部品点数の増加や組み立て工程の増加などの不都合を招く。
However, the prior art disclosed in
また、ラミネートフィルムに窓を設けているため電池内外の気密性の保持が懸念される。 In addition, since the laminate film is provided with a window, there is a concern about maintaining airtightness inside and outside the battery.
本発明の目的は、上記課題の少なくとも一つを解決可能なフィルム外装電池及び組電池を提供することである。 The objective of this invention is providing the film-clad battery and assembled battery which can solve at least 1 of the said subject.
本発明のフィルム外装電池は、正極と負極を有する電池要素と、前記電池要素を包囲する外装フィルムと、前記正極または前記負極と接続し、前記電池要素の一主面と前記外装フィルムとの間に配置される導電板と、を備える。前記外装フィルム内は減圧状態に維持されている。前記導電板と接続する正極接続端子及び負極接続端子の少なくとも一方は、前記導電板上であって、前記電池要素と重なる位置に配置されている。前記正極接続端子及び前記負極接続端子は前記外装フィルムに形成された開口部を介して前記外装フィルムの外部に露出し、前記開口部において前記外装フィルムと前記導電板の間、及び、前記外装フィルムと前記正極接続端子または前記負極接続端子との間にシール材が配置され、前記シール材は前記導電板の前記開口部からの露出部の全面を被覆することを特徴とする。
また本発明の組電池は、上記のように構成したフィルム外装電池が複数隣接して配置され、隣接する前記フィルム外装電池の一方が備える前記正極接続端子が、前記隣接する前記フィルム外装電池の他方が備える前記負極接続端子と接続および接続解除可能であることを特徴とする。
The film-clad battery of the present invention includes a battery element having a positive electrode and a negative electrode, an outer film surrounding the battery element, and connected to the positive electrode or the negative electrode, between one main surface of the battery element and the outer film. And a conductive plate. The exterior film is maintained in a reduced pressure state. At least one of a positive electrode connection terminal and a negative electrode connection terminal connected to the conductive plate is disposed on the conductive plate at a position overlapping the battery element. The positive electrode connection terminal and the negative electrode connection terminal are exposed to the outside of the exterior film through an opening formed in the exterior film , and between the exterior film and the conductive plate in the opening , and between the exterior film and the A sealing material is disposed between the positive electrode connecting terminal or the negative electrode connecting terminal, and the sealing material covers the entire exposed portion of the conductive plate from the opening .
Further, in the assembled battery of the present invention, a plurality of film-clad batteries configured as described above are arranged adjacent to each other, and the positive electrode connection terminal provided in one of the adjacent film-clad batteries is the other of the adjacent film-clad batteries. It is possible to connect to and disconnect from the negative electrode connection terminal included in.
本発明によれば、外装フィルムは導電板を包囲しており、該導電板の一部は該外装フィルムに形成された開口部を介して該外装フィルムの外部に露出されていることにより、複数のフィルム外装電池同士を容易に接続することが可能である。さらに、導電板の一部を露出する開口部が形成された外装フィルムと、該外装フィルムに包囲された前記導電板との間にシール材が設けられたことで、前記外装フィルムの内外の空間が隔てられ、電池内外の気密性が保持される。 According to the present invention, the exterior film surrounds the conductive plate, and a part of the conductive plate is exposed to the outside of the exterior film through the opening formed in the exterior film. It is possible to easily connect the film-clad batteries. Furthermore, a sealing material is provided between the exterior film in which an opening for exposing a part of the conductive plate is formed and the conductive plate surrounded by the exterior film, so that the space inside and outside the exterior film can be obtained. The airtightness inside and outside the battery is maintained.
[実施形態1]
以下、本発明のフィルム外装電池の実施形態の一例について説明する。本例のフィルム外装電池では、電池要素が外装フィルムによって包囲されている。
[Embodiment 1]
Hereinafter, an example of the embodiment of the film-clad battery of the present invention will be described. In the film-clad battery of this example, the battery element is surrounded by the exterior film.
図1は、本例のフィルム外装電池1Aの概略構造を示す模式的断面図である。本例のフィルム外装電池1Aは、電池要素2と、電池要素2を不図示の電解液とともに収納する外装フィルム3と、電池要素2の一方の主面に積層された正極導電板4aと、他方の主面に積層された負極導電板4bとを有し、外装フィルム3は、2枚のラミネートフィルム5、6から構成されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic structure of a film-clad battery 1A of this example. 1 A of film-clad batteries of this example are the
外装フィルム3を構成している2枚のラミネートフィルム5、6は、熱融着層、金属層および保護層の3層からなる。本例では、熱融着層がPP(ポリプロピレン)によって、金属層がアルミニウムによって、保護層がナイロンまたはPET(ポリエチレンテレフタレート)によって形成されている。両ラミネートフィルム5、6は、熱融着層が内側となる向きで正・負極導電板4a、4b及びその内側の電池要素2を包囲しており、対向する熱融着層の周縁同士が気密に熱融着されている。さらに、ラミネートフィルム5、6の内側(外装フィルム3の内部)は、略真空の状態にまで減圧されている。
The two laminated films 5 and 6 constituting the
電池要素2は、セパレータ10と、該セパレータ10を介して交互に積層された複数の正極板11および負極板12とから構成されている。より具体的には、各正極板11は、略長方形のアルミニウム箔に正極材料を塗布したものであり、各負極板12は、略長方形の銅箔に負極材料を塗布したものである。それぞれの箔の長手方向両外側には、電極材料が塗布されていない未塗付部が設けられており、該未塗付部が積層領域よりも外側に延出して正・負極延出部11a、12aをそれぞれ形成している。換言すれば、電池要素2の一方の短辺から複数の正極延出部11aが引き出され、他方の短辺から複数の負極延出部12aが引き出されている。さらに、各正極延出部11aは正極導電板4aに超音波溶接され、各負極延出部12aは負極導電板4bに超音波溶接されている。
The
また、一対の正極導電板4a、負極導電板4bは、電池要素2を極板の積層方向両側から挟むように配置されている。すなわち、正極導電板4aは、最外層の正極板11と対向し、負極導電板4bは、最外層の負極板12と対向している。さらに、正・負極導電板4a、4bの一辺は、他方の導電板4b、4aの側へ屈曲されており、その屈曲部内面に正・負極延出部11a、12aがそれぞれ溶接されている。なお、電池要素2の両側の最外層が負極である場合には、電池要素2と正極導電板4aとの間に樹脂シートなどの絶縁体を設ける必要がある。逆の極の場合も同様である。
Further, the pair of positive electrode
ここで、外装フィルム3の内部は略真空の状態にまで減圧されていることは既述のとおりである。なお、図では外装フィルム3と正・負極導電板4a、4bとが離間しているように描かれているが、内部が減圧されているので、実際には外装フィルム3は正・負極導電板4a、4bに密着している。よって、電池要素2の主面に積層された正・負極導電板4a、4bは、大気圧によって直接、あるいは外装フィルム3を介して、電池要素2に押し付けられる方向に強力に押圧されている。またこれにより、電池要素2を構成しているセパレータ10、正極板11および負極板12も積層方向内側に向けて強力に押圧されている。この結果、正・負極導電板4a、4b、セパレータ、および正・負極板11、12は強力に固定され、実質的に一体となっている。さらに、個々の正・負極板11、12は薄い金属箔に過ぎないが、複数枚の正・負極板11、12が積層され、かつ、それらが大気圧によって積層方向内側に向けて強力に押圧されることによって、全体として容易に屈曲、変形しない十分な剛性を備えるに至っている。この点は、外装が柔軟なフィルムによって構成され、かつ、内部が減圧状態に維持されているフィルム外装電池の大きな特徴の一つである。
Here, as described above, the inside of the
正極導電板4aの表面には、正極接続端子20aが電気的に導通され、かつ力学的に固定されて設けられている。この正極接続端子20aは、正極導電板4a上であって、セパレータ10および正・負極板11、12と重複する領域に設けられており、外装フィルム3(アルミラミネートフィルム5)に形成された開口部13を介して外部に突出している。一方、負極導電板4bの表面には、正極接続端子20aを挿入抜去可能な負極接続端子20bが電気的に導通され、かつ力学的に固定されて設けられている。この負極接続端子20bも負極導電板4b上であって、セパレータ10および正・負極板11、12と重複する領域に突設されており、外装フィルム3(アルミラミネートフィルム6)に形成された開口部13を介して外部に突出している。
On the surface of the positive electrode
正・負極導電板4a、4bと、正・負極接続端子20a、20bとの固定方法としては、ネジ止め、溶接、嵌合等が一例として挙げられるが、なかでも溶接が好ましい。もっとも、正・負極導電板4a、4bと、正・負極接続端子20a、20bとを一体に形成することもできる。
Examples of a method for fixing the positive / negative electrode
ここで、正・負極導電板4a、4bと、正・負極接続端子20a、20bとの固定方法を問わず、外装フィルム3の各開口部13には、導電板4a、4bと外装フィルム3とに相互に接着したシール材13aが設けられており、それによって空間が隔てられ、電池内外の気密性が保持されている。
Here, regardless of the fixing method between the positive / negative electrode
以上のように、本例のフィルム外装電池1Aでは、電池要素2の主面と重なる領域に一対の接続端子が突設されている。そして、上記のとおり、電池要素2は全体として十分な剛性を備えており、該電池要素2と一体をなしている正・負極導電板4a、4bに突設された正・負極接続端子20a、20bは、強固な土台の上に突設されているに等しい。従って、正・負極接続端子20a、20bを押す方向の力は電池要素2の剛性によって支えられ、正・負極接続端子20a、20bを抜く方向の力は、正・負極導電板4a、4bにかかる大気圧がこれに対抗するので、正・負極導電板4a、4bと電池要素2とが離間してしまうことがない。なお、正・負極導電板4a、4bと電池要素2との間に粘着層や接着層が設けられていてもよいが、これらが無くとも前述のように大気圧による押圧力のみで十分である。
As described above, in the film-clad
ここで、同様のフィルム外装電池1Bが備える正極接続端子20aを図1に示すフィルム外装電池1Aが備える負極接続端子20bに挿入した状態を図2に示す。図示されているように、両端子20a、20bを接続することによって、フィルム外装電池1Aと1Bとが電気的および機械的に接続され、本発明の組電池が構成される。さらに、負極接続端子20bの内径寸法を正極接続端子20aの外径寸法と同一か僅かに小さくし、正極接続端子20aが負極接続端子20bに圧入されるようにしておけば、端子同士の接続が不用意に解除されないようにすることもできる。いずれにしても、正・負極接続端子20a、20bは、上述のとおり強固な土台によってしっかりと保持されており、挿入抜去時に発生する応力によって位置ズレを生じたり、変形を生じたりすることはない。また、正・負極導電板4a、4bが電池要素2から離れて、端子設置部分が外側に変形するようなこともなく、電池外形が変形することもない。
Here, the state which inserted the positive
さらに、図2から明らかなように、一方のフィルム外装電池1Bの正極接続端子20aを他方のフィルム外装電池1Aの負極接続端子20bに挿入すると、それら正・負極接続端子20a、20bによって、両電池1A、1B間に所定のクリアランス(隙間)が形成される。換言すれば、接続されたフィルム外装電池1A、1B間に所定の隙間が形成されるように、正・負極接続端子20a、20bの高さ及び深さの双方または一方が規定されている。かかる構成によって、複数のフィルム外装電池を隣接配置し、それら電池同士を電気接続した際に、隣接する電池間に隙間が形成され、冷却性能が向上する。また、必要に応じて上記隙間に冷却風を供給し、強制冷却を行うことも可能となる。
Further, as is apparent from FIG. 2, when the positive
これまでの説明により、正・負極接続端子20a、20bは、隣接するフィルム外装電池同士を電気的に接続する役割、機械的に接続する役割、および接続されたフィルム外装電池間に隙間を形成するスペーサの役割、といった3つの役割を果たすことが理解できる。
As described above, the positive / negative
ここまでは、正・負極接続端子が1つずつ設けられたフィルム外装電池を例にとって本発明の実施形態の一例について説明してきた。しかし、正・負極接続端子は、電池要素の主面と重なる領域に設けられてさえいれば、上記原理によって強固に保持されることは自明である。よって、例えば、図3に示すように、1つのフィルム外装電池1Aに複数の正・負極接続端子20a、20bを設けることも可能である(図3では、負極接続端子20bは図示されていないが、図示されている正極接続端子20aに対応する負極接続端子20bが設けられていることは言うまでもない)。さらに、複数の正・負極接続端子を設ける場合、対応する端子同士が挿入抜去可能でありさえすればよく、全ての端子の形状や寸法を同一にする必要はない。例えば図4に示すように、図3に示すフィルム外装電池1Aの中央に、他よりも大型の正・負極接続端子20a、20bを設けることもできる(図4でも負極接続端子20bの図示は省略する)。
Up to this point, an example of an embodiment of the present invention has been described by taking as an example a film-clad battery in which one positive and one negative connection terminal is provided. However, it is obvious that the positive and negative electrode connection terminals are firmly held by the above principle as long as they are provided in a region overlapping the main surface of the battery element. Therefore, for example, as shown in FIG. 3, it is also possible to provide a plurality of positive / negative
また、正・負極接続端子の外形は、円柱形や円筒形に限定されるものではない。図5(a)〜(c)に正・負極接続端子のバリエーションの一例を示す。図5(a)に示す正極接続端子21aは、正極導電板4aに突設された棒状の基体30の先端に球形の係止部31が形成されたものである。一方、負極接続端子21bは、負極導電板4bに突設されるとともに、適度な弾性を有し、係止部31よりも僅かに小径の開口部32を有する。よって、係止部31を開口部32に押し込むと、弾性変形によって開口部32の径が僅かに拡大し、係止部31が負極接続端子21bの内側に嵌合する。これによって、正極接続端子21aと負極接続端子21bとが電気的および機械的に接続される。また、係止部31が嵌合した後は、開口部32の径が元の大きさに復元し、係止部31の不用意な抜けが規制される。ここで、正極接続端子21bの全長(H1)は、負極接続端子21bの深さ(D1)よりも長く、係止部31が負極接続端子21bの底面(負極導電板4b)に当接した状態で、当該正・負極接続端子21a、21bによって接続されたフィルム外装電池間に隙間が形成される。また、その隙間の大きさは、正極接続端子21bの全長(H1)または負極接続端子21bの深さ(D1)を変更することによって調整可能である。尚、図5(a)では、外装フィルムの図示を省略されており、正・負極導電板4a、4bが露出したように描かれているが、実際には外装フィルムによって覆われている。
Moreover, the external shape of the positive / negative electrode connection terminal is not limited to a columnar shape or a cylindrical shape. 5A to 5C show examples of variations of the positive / negative electrode connection terminals. The positive electrode connection terminal 21a shown in FIG. 5 (a) is obtained by forming a
図5(b)に示す正極接続端子22aは、一端が正極導電板4aに連設され、他端が正極導電板4a側に折り返された線材である。一方、負極接続端子22bは、負極導電板4bに連設されたループ状の線材である。よって、正極接続端子22aの折り返し部40を負極接続端子22bに引っ掛けることによって両端子22a、22bが電気的および機械的に接続される。正極接続端子21bの全長(H2)は、負極接続端子22bに引っ掛けられた折り返し部40の頂点41が負極導電板4bに当接した状態で、当該正・負極接続端子21a、21bによって接続されたフィルム外装電池間に隙間が形成される長さとしてある。また、その隙間は、正極接続端子21bの全長(H2)を変更することによって調整可能である。尚、外装フィルムの図示が省略されている点は図5(a)と同様である。上記折り返し線材やループ線材からなる正・負極接続端子22a、22bは、できるだけ小さく、かつ、多くすることが好ましい。好ましくは、1.0mm2あたり1個以上設けることが好ましい。それにより、単位面積あたりの力学的固定性が向上するばかりでなく、端子間の導電性も向上する。
The positive electrode connection terminal 22a shown in FIG. 5B is a wire having one end connected to the positive electrode
図5(c)に示す正極接続端子23aは、正極導電板4aに連設された根元側から先端側に向けて先細りになる楔形の形態を有する。一方、負極接続端子23bは、正極接続端子23aを受け入れ可能な挿入口50を備えた筒形の形態を有する。よって、正極接続端子23aを負極接続端子23bの内側に挿入することによって、両端子23a、23bが電気的および機械的に接続される。ここで、正極接続端子23aの先端から所定距離だけ根元寄りの位置における外径は、負極接続端子23bの挿入口50の内径よりも太く、その大径部の位置によって負極接続端子23bへの正極接続端子23aの挿入長が規定されている。よって、正極接続端子23aを所定位置まで負極接続端子23bに挿入した際に、当該正・負極接続端子23a、23bによって接続されたフィルム外装電池間に隙間が形成される。また、その隙間の大きさは、正極接続端子23aにおける大径部の位置または負極接続端子23bの内径を変更することによって調整可能である。尚、外装フィルムの図示が省略されている点は図5(a)と同様である。
The positive electrode connection terminal 23a shown in FIG. 5 (c) has a wedge shape that tapers from the base side to the front end side that are connected to the positive electrode
以上、正極接続端子と負極接続端子のバリエーションの一例について説明したが、正極接続端子と負極接続端子との関係は逆転可能であることは自明である。例えば、図5(a)〜図5(c)に示す正極接続端子21a〜23aを負極接続端子21b〜23bとし、負極接続端子21b〜23bを正極接続端子21a〜23aとすることも可能である。 As mentioned above, although the example of the variation of a positive electrode connection terminal and a negative electrode connection terminal was demonstrated, it is self-evident that the relationship between a positive electrode connection terminal and a negative electrode connection terminal can be reversed. For example, the positive electrode connection terminals 21a to 23a shown in FIGS. 5A to 5C can be used as the negative electrode connection terminals 21b to 23b, and the negative electrode connection terminals 21b to 23b can be used as the positive electrode connection terminals 21a to 23a. .
また、既述のように電池同士を正・負極接続端子によって接続させる際に、単なる接触や挟持ではなく、半田付け、レーザ溶接、抵抗溶接などを行い、より確実な導電性を得ることも好ましい。抵抗溶接に用いる電流は、電池自身から取り出してもよい。また、接続部が気密になるようにガスケットを用いたり、樹脂でモールドしたりしてもよい。正・負極接続端子に用いる金属は、導電板と同じでもよく、異なってもよいが、正極側と負極側で接続端子の金属が異なる場合には、上記樹脂モールドを施すことが好ましい。他方、正極側と負極側で接続端子の金属が同じである場合には、どちらか少なくとも一方の極で必然的に導電板と端子とが異種金属となる。このような場合には、例えば図6(a)に示すように、シール材13aによって正・負極接続端子20a(20b)と正・負極導電板4a(4b)との境界部分を被覆することが好ましい。異種金属の界面に外気からの結露水が付着したり、電池内部の電解液が接触したりすると、局部電池による腐食が起こる虞があるからである。
In addition, as described above, when connecting the batteries with the positive and negative electrode connection terminals, it is also preferable to obtain more reliable conductivity by performing soldering, laser welding, resistance welding, etc. instead of simple contact or clamping. . The current used for resistance welding may be taken from the battery itself. Further, a gasket may be used or the resin may be molded so that the connection portion becomes airtight. The metal used for the positive / negative electrode connection terminal may be the same as or different from the conductive plate. However, when the metal of the connection terminal is different between the positive electrode side and the negative electrode side, the resin mold is preferably applied. On the other hand, when the metal of the connection terminal is the same on the positive electrode side and the negative electrode side, the conductive plate and the terminal are inevitably different metals on at least one of the electrodes. In such a case, for example, as shown in FIG. 6A, the boundary portion between the positive / negative electrode connecting terminal 20a (20b) and the positive / negative electrode
上記のような腐食の問題が懸念されない場合には、例えば図6(b)に示す構成とすることもできる。同図に示す構成は、正・負極接続端子20a(20b)にベース部20c(20d)を設け、それらベース部20c(20d)と外装フィルム3との間にシール材13aを介在させたものである。
If there is no concern about the corrosion problem as described above, for example, the configuration shown in FIG. The configuration shown in the figure is such that a
[実施形態2]
以下、本発明の組電池の実施形態の他例について説明する。本例の組電池を構成する単電池の基本構成は、上記実施形態1において説明したフィルム外装電池と同一である。異なるのは、図7(a)に示すように、外装フィルム(不図示)から露出した正極導電板4aおよび負極導電板4bの一部に、複数の凹部60が格子状(アレイ状)に形成されている点である。かかる特徴を有するフィルム外装電池によって構成される本例の組電池では、一方のフィルム外装電池1Cの正極導電板4aと、これに対向する他方のフィルム外装電池1Dの負極導電板4bとが球形の半田(ボールグリッド)を介して電気接続されている。より具体的には、図7(b)に示すように、正極導電板4aの露出面に形成されている各凹部60と、これに対向する負極導電板4bの露出面に形成されている各凹部60との間にボールグリッド61を形成し、位置決めすることによって、正・負極導電板4a、4b同士を電気接続してある。ここで、凹部60の深さとボールグリッド61の直径との関係は、接続されるフィルム外装電池1C、1D間に所定の隙間が形成される寸法に規定されている。
[Embodiment 2]
Hereinafter, other examples of the embodiment of the assembled battery of the present invention will be described. The basic configuration of the unit cell constituting the assembled battery of this example is the same as the film-clad battery described in the first embodiment. The difference is that, as shown in FIG. 7A, a plurality of recesses 60 are formed in a lattice shape (array shape) in a part of the positive electrode
もっとも、ボールグリッド61の位置決めの観点からは、接続される正極導電板4aの露出面または負極導電板4bの露出面のいずれか一方に凹部60が形成されていれば十分であり、必ずしも双方に形成する必要はない。すなわち、フィルム外装電池単体で見た場合には、該電池が備える正極導電板または負極導電板のいずれか一方に凹部が形成されていればよい。
However, from the viewpoint of positioning of the ball grid 61, it is sufficient that the concave portion 60 is formed on either the exposed surface of the positive electrode
本例の場合も、電池同士を接続端子によって接続させる際に、半田付け、レーザ溶接、抵抗溶接などを行ってより確実な導電性を得ることが好ましいことは実施形態1と同様である。また、抵抗溶接に用いる電流を電池自身から取り出してもよい。さらに、接続部が気密になるようにガスケットを用いたり、樹脂でモールドしたりしてもよい。また、接続端子に用いる金属は、導電板と同じでもよく、異なってもよいが、正極側と負極側で接続端子の金属が異なる場合には、上記樹脂モールドを施すことが好ましい。また、正極側と負極側で接続端子の金属が同じである場合には、シール材によって接続端子と導電板との境界部分を被覆することが好ましいことも実施形態1と同様である。 In the case of this example as well, it is preferable to obtain more reliable conductivity by performing soldering, laser welding, resistance welding or the like when connecting the batteries with the connection terminals. Moreover, you may take out the electric current used for resistance welding from battery itself. Further, a gasket may be used or the resin may be molded so that the connection portion is airtight. The metal used for the connection terminal may be the same as or different from the conductive plate. However, when the metal of the connection terminal is different between the positive electrode side and the negative electrode side, it is preferable to apply the resin mold. In addition, when the metal of the connection terminal is the same on the positive electrode side and the negative electrode side, it is preferable to cover the boundary portion between the connection terminal and the conductive plate with a sealing material as in the first embodiment.
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、以下に、フィルム外装電池の各部の構成について補足する。 As mentioned above, although typical embodiment of this invention was described, it supplements about the structure of each part of a film-clad battery below.
(外装フィルム)
外装フィルムとしては、電解液が漏洩しないように電池要素を覆うことが可能であって柔軟性を有するものであれば特に限定されるものではないが、金属層と熱融着層とを積層したラミネートフィルムが特に好ましく用いられる。この種のラミネートフィルムとしては、例えば、厚さ10μm〜100μmの金属箔に厚さ3μm〜200μmの熱融着層を形成したものが使用できる。金属箔の材料としては、Al、Ti、Ti系合金、Fe、ステンレス、Mg系合金などが使用できる。熱融着層の材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、これらの酸変成物、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル等、ポリアミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体などが使用できる。また、保護層の材料としては、ナイロンなどのポリアミド、PET、ポリエチレンナフタレート(PEN)などのポリエステル、ポリプロピレンなどが使用できる。
(Exterior film)
The exterior film is not particularly limited as long as the battery element can be covered so that the electrolyte solution does not leak and has flexibility, but a metal layer and a heat fusion layer are laminated. A laminate film is particularly preferably used. As this type of laminate film, for example, a film in which a heat-sealing layer having a thickness of 3 μm to 200 μm is formed on a metal foil having a thickness of 10 μm to 100 μm can be used. As the material of the metal foil, Al, Ti, Ti-based alloy, Fe, stainless steel, Mg-based alloy and the like can be used. As the material for the heat-sealing layer, polypropylene, polyethylene, these acid-modified products, polyphenylene sulfide, polyesters such as polyethylene terephthalate, polyamide, ethylene-vinyl acetate copolymer, and the like can be used. In addition, as a material for the protective layer, polyamide such as nylon, polyester such as PET, polyethylene naphthalate (PEN), polypropylene, or the like can be used.
(電池要素)
正極板は、放電時に正イオンを吸収するもの又は負イオンを放出するものであれば特に限定されず、(i)LiMnO2、LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2等の金属酸化物、(ii)ポリアセチレン、ポリアニリン等の導電性高分子等の二次電池の正極材料として従来公知のものが使用できる。また、正極板に正極活物質(図示せず)を適当な結着剤や機能性材料と混合して形成することもできる。これらの結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン等のハロゲン含有高分子等が、機能性材料としては、電子伝導性を確保するためのアセチレンブラック、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子、イオン伝導性を確保するための高分子電解質、それらの複合体等が挙げられる。
(Battery element)
The positive electrode plate is not particularly limited as long as it absorbs positive ions or releases negative ions during discharge, and (i) a metal oxide such as LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , ( ii) Conventionally known materials can be used as positive electrode materials for secondary batteries such as conductive polymers such as polyacetylene and polyaniline. Further, a positive electrode active material (not shown) can be mixed with an appropriate binder or functional material on the positive electrode plate. Examples of these binders include halogen-containing polymers such as polyvinylidene fluoride, and functional materials include conductive polymers such as acetylene black, polypyrrole, and polyaniline for ensuring electron conductivity, ion conductivity. For example, a polymer electrolyte, a composite thereof, and the like.
負極板は、カチオンを吸蔵・放出可能な材料であれば特に限定されず、天然黒鉛、石炭・石油ピッチ等を高温で熱処理して得られる黒鉛化炭素等の結晶質カーボン、石炭、石油ピッチコークス、アセチレンピッチコークス等を熱処理して得られる非晶質カーボン、金属リチウムやAlLi等のリチウム合金など、二次電池の負極活物質として従来公知のものが使用できる。 The negative electrode plate is not particularly limited as long as it is a material capable of occluding and releasing cations. Natural graphite, crystalline carbon such as graphitized carbon obtained by heat treatment of coal / petroleum pitch at high temperature, coal, petroleum pitch coke Conventionally known negative electrode active materials for secondary batteries such as amorphous carbon obtained by heat treatment of acetylene pitch coke and the like, lithium alloys such as metallic lithium and AlLi can be used.
電池要素に含浸される電解液としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ―ブチロラクトン、N,N’−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、m−クレゾール等の、二次電池の電解液として利用可能な極性の高い塩基性溶媒に、LiやK、Na等のアルカリ金属のカチオンとClO4 −、BF4 −、PF6 −、CF3SO3 −、(CF3SO2)2N−、(C2F5SO2)2N−、(CF3SO2)3C−、(C2F5SO2)3C−等のハロゲンを含む化合物のアニオンからなる塩を溶解したものが挙げられる。また、これらの塩基性溶媒からなる溶剤や電解質塩を単独、あるいは複数組み合わせて用いることもできる。また、電解液を含むポリマーゲルとしたゲル状電解質としてもよい。また、固体電解質やポリマー電解質を用いてもよい。
Examples of the electrolyte solution impregnated in the battery element include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, N, N′-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, m -A highly polar basic solvent that can be used as an electrolyte for a secondary battery, such as cresol, and an alkali metal cation such as Li, K, and Na, ClO 4 − , BF 4 − , PF 6 − , CF 3 SO 3 -, (CF 3 SO 2 ) 2 N -, (C 2 F 5 SO 2) 2 N -, (
以上はリチウムイオン二次電池としての材料系であるが、本発明は鉛電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池にも応用しうるものである。さらに、本発明は、電気二重層キャパシタなどのキャパシタや電解コンデンサなどに例示されるキャパシタ要素のような電気デバイス要素を外装フィルムで封止した電気デバイスにも適用可能である。 The above is a material system as a lithium ion secondary battery, but the present invention can also be applied to a lead battery, a nickel cadmium battery, and a nickel metal hydride battery. Furthermore, the present invention is also applicable to an electric device in which an electric device element such as a capacitor element exemplified by a capacitor such as an electric double layer capacitor or an electrolytic capacitor is sealed with an exterior film.
(正極導電板)
正極導電板としては、電気化学的に正極側として使用可能な金属種であり、接続端子が引っ張られた時の応力に耐え得る剛性を持つものであることが好ましい。もっとも、過剰に厚いとスペースが無駄になる。このことから、厚さ0.1mm〜3.0mmのAl板が好ましい。また、シール材との密着性を良くするために、粗面化処理などの表面形状複雑化処理や、クロメート処理などの耐食性被膜表面処理を行うことが好ましい。Al以外に、TiやMg、それらの合金などを用いてもよい。
(Positive electrode conductive plate)
The positive electrode conductive plate is preferably a metal species that can be electrochemically used as the positive electrode side, and has a rigidity that can withstand the stress when the connection terminal is pulled. However, if it is too thick, space is wasted. Therefore, an Al plate having a thickness of 0.1 mm to 3.0 mm is preferable. Moreover, in order to improve the adhesiveness with the sealing material, it is preferable to perform a surface shape complicated treatment such as a roughening treatment or a corrosion-resistant coating surface treatment such as a chromate treatment. In addition to Al, Ti, Mg, and alloys thereof may be used.
(負極導電板)
負極導電板としては、電気化学的に負極側として使用可能な金属種であり、接続端子が引っ張られた時の応力に耐え得る剛性を持つものであることが好ましい。もっとも、過剰に厚いとスペースが無駄になる。このことから、厚さ0.1mm〜3.0mmのCu板もしくはNi板が好ましい。また、シール材との密着性を良くするために、粗面化処理などの表面形状複雑化処理や、クロメート処理などの耐食性被膜表面処理を行うことが好ましい。Cu、Ni以外に、鉄、ステンレス、それらの合金などを用いてもよく、CuとNiのクラッド材やNiめっきされたCuでもよい。
(Negative electrode plate)
The negative electrode conductive plate is preferably a metal species that can be electrochemically used on the negative electrode side, and has a rigidity that can withstand the stress when the connection terminal is pulled. However, if it is too thick, space is wasted. Therefore, a Cu plate or Ni plate having a thickness of 0.1 mm to 3.0 mm is preferable. Moreover, in order to improve the adhesiveness with the sealing material, it is preferable to perform a surface shape complicated treatment such as a roughening treatment or a corrosion-resistant coating surface treatment such as a chromate treatment. In addition to Cu and Ni, iron, stainless steel, alloys thereof, or the like may be used, or a Cu and Ni clad material or Ni plated Cu may be used.
(シール材)
シール材としては、外装フィルムの熱融着層と金属の両方に接着するものを選ぶ必要があり、エポキシ接着剤、酸変性ポリプロピレン、アイオノマー、ポリエステル、エチレン―酢酸ビニル重合体よりなる群から選ばれるものが例示される。これらの架橋体を用いてもよく、架橋体と非架橋体の積層体を用いてもよい。
(Seal material)
It is necessary to select a sealing material that adheres to both the heat-sealing layer of the exterior film and the metal, and is selected from the group consisting of epoxy adhesive, acid-modified polypropylene, ionomer, polyester, and ethylene-vinyl acetate polymer. Are illustrated. These crosslinked bodies may be used, and a laminate of a crosslinked body and a non-crosslinked body may be used.
これまでは、電池要素が積層型の場合を例にとって本発明の実施形態について説明したが、電池要素は巻回型であってもよい。 So far, the embodiment of the present invention has been described by taking the case where the battery element is a laminated type as an example, but the battery element may be a wound type.
1A、1B、1C、1D フィルム外装電池
2 電池要素
3 外装フィルム
4a、4b 正・負極導電板
5、6 ラミネートフィルム
10 セパレータ
11 正極体
11a、12a 正・負極延出部
12 負極板
13 開口部
13a シール材
20a〜23a 正極接続端子
20b〜23b 負極接続端子
30 基体
31 係止部
32 開口部
40 折り返し部
41 頂点
50 挿入口
60 凹部
61 ボールグリッド
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電池要素を包囲する外装フィルムと、
前記正極または前記負極と接続し、前記電池要素の一主面と前記外装フィルムとの間に配置される導電板と、を備え、
前記外装フィルム内は減圧状態に維持され、
前記導電板と接続する正極接続端子及び負極接続端子の少なくとも一方は、前記導電板上であって、前記電池要素と重なる位置に配置され、
前記正極接続端子及び前記負極接続端子は前記外装フィルムに形成された開口部を介して前記外装フィルムの外部に露出し、
前記開口部において前記外装フィルムと前記導電板の間、及び、前記外装フィルムと前記正極接続端子または前記負極接続端子との間にシール材が配置され、前記シール材は前記導電板の前記開口部からの露出部の全面を被覆することを特徴とするフィルム外装電池。 A battery element having a positive electrode and a negative electrode;
An exterior film surrounding the battery element;
A conductive plate connected to the positive electrode or the negative electrode and disposed between one main surface of the battery element and the exterior film,
The exterior film is maintained in a reduced pressure state,
At least one of a positive electrode connection terminal and a negative electrode connection terminal connected to the conductive plate is on the conductive plate and is disposed at a position overlapping the battery element,
The positive electrode connection terminal and the negative electrode connection terminal are exposed to the outside of the exterior film through an opening formed in the exterior film,
In the opening , a seal material is disposed between the exterior film and the conductive plate , and between the exterior film and the positive electrode connection terminal or the negative electrode connection terminal, and the seal material extends from the opening of the conductive plate. A film- clad battery characterized by covering the entire exposed portion .
隣接する前記フィルム外装電池の一方の前記外装フィルムから突出する、前記正極接続端子または前記負極接続端子のいずれか一方の接続端子は、前記隣接する前記フィルム外装電池の一方が備える前記導電板の露出面と、前記隣接する前記フィルム外装電池の他方が備える前記導電板の露出面との間に配置され、
前記接続端子は、前記各露出面に格子状に複数形成された凹部内に配置されていることを特徴とする組電池。 A plurality of film-clad batteries according to claim 1 are arranged adjacent to each other,
One of the positive connection terminal or the negative connection terminal that protrudes from one of the exterior films of the adjacent film-clad battery is exposed to the conductive plate provided in one of the adjacent film-clad batteries. Disposed between the surface and the exposed surface of the conductive plate provided on the other of the adjacent film-clad batteries,
The assembled battery, wherein the connection terminal is disposed in a plurality of recesses formed in a lattice pattern on each exposed surface.
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