JP6202643B2 - 組電池 - Google Patents

Description

本発明は、発電要素が電解質とともにフィルム外装材に収容されているフィルム外装電池が複数積層されている組電池に関する。

近年、リチウムイオン電池に代表される二次電池は、携帯電話やデジタルカメラなどの携帯機器用のみならず、電動自転車、電動バイク、自動車にも搭載されている。二次電池の用途が多様化する中、電池の軽量化やデザインの自由度が求められている。この要求に応えることが可能な二次電池として、軽量かつ形状の自由度が高いフィルム状の外装材を用いたフィルム外装電池が知られている。さらに、大電力が必要とされる用途には、複数のフィルム外装電池を積層した組電池が知られている。

フィルム外装電池は、一般的に、正極と負極を備えている発電要素と、発電要素を覆うフィルム外装材とを有している。フィルム外装材には、その内部に注入されている電解液の漏出や電池内部への水分の侵入を防ぐ役割が求められる。そのため、フィルム外装材の外周部には樹脂面同士を熱融着した封止部が設けられている。封止部は、電池として機能しない箇所である。そのため、電池の設置スペースの中で封止部が占める面積が広くなると、体積効率（単位体積当たりのエネルギー効率）が悪化することになる。そこで、このような問題を解決するための技術が特許文献１に開示されている。

図１は、特許文献１に開示されたシート型電池の斜視図である。図１に示すシート型電池では、素電池１００が２枚の熱融着用シールフィルム１５０に収容されている。素電池１００は、正極層１６０と集電体１７０とで構成された正極と、負極層１２０と集電体１３０とで構成された負極と、正極と負極との間に設けられた固体電解質層１８０とを有している。正極には、正極端子９０が取り付けられている。負極には、負極端子１１０が取り付けられている。

熱融着用シールフィルム１５０の外周部には熱融着部１４０が設けられている。熱融着部１４０は、素電池１００の形状に沿って折り曲げられて熱融着用シールフィルム１５０の上面に接着されている。これにより、シート型電池の外形サイズが小さくなり、体積効率を向上させることが可能となる。

特開平１１−６７１６７号公報

上述したシート型電池では、熱融着部１４０（封止部）が熱融着用シールフィルム１５０の上面に接着されている。そのため、このシート型電池を組電池として用いた場合、熱融着部１４０の厚さが組電池の厚さに加わる。したがって、シート型電池の積層数が多くなるにつれて組電池の厚さが大幅に増加し、電池の大型化を招いてしまう。

そこで、本発明は、電池全体の厚みを抑制しつつ体積効率を向上させることが可能な組電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の組電池は、セパレータを介して正極と負極とが交互に積層された発電要素と、前記発電要素を電解質とともに収容可能な内部空間が形成されているフィルム外装材と、を有するフィルム外装電池が複数積層されている組電池であって、前記発電要素が、積層方向の両側に位置している主面と、前記主面に隣接している側面と、を有し、前記フィルム外装材が、前記主面を覆っている主面被覆部と、前記側面を覆っている側面被覆部と、を備えている収容部であって、前記主面被覆部および前記側面被覆部が前記内部空間を形成している収容部と、前記側面被覆部から突出し、前記内部空間を封止している封止部と、を有し、一部の前記フィルム外装材は、前記封止部が、前記積層方向で隣接している他のフィルム外装材の前記側面被覆部に接着されている。

本発明によれば、電池全体の厚みを抑制しつつ体積効率を向上させることが可能となる。

特許文献１に開示されたシート型電池の斜視図である。 実施形態１の組電池の構造を示す断面図である。 図１に示すフィルム外装電池の構造を示す断面図である。 図２に示すフィルム外装電池の平面図である。 図２に示すフィルム外装電池の分解図である。 フィルム材の断面構造を示す図である。 実施形態１の組電池の変形例を示す断面図である。 実施形態１の組電池の変形例を示す平面図である。 フィルム外装材の変形例を示す断面図である。 図８Ａに示すフィルム外装材が折り曲げられた状態を示す断面図である。 フィルム外装材の別の変形例を示す断面図である。 図９Ａに示すフィルム外装材が折り曲げられた状態を示す断面図である。 フィルム外装材のさらに別の変形例を示す断面図である。 図１０Ａに示すフィルム外装材が折り曲げられた状態を示す断面図である。 図１０Ｂに示すフィルム外装材を備えた組電池を示す断面図である。 実施形態２の組電池の構造を示す断面図である。

（実施形態１）
図２は、実施形態１の組電池の構造を示す断面図である。図２に示す組電池１は、積層されている複数のフィルム外装電池１０を有している。図３は、図２に示すフィルム外装電池１０の構造を示す断面図である。図４は、図３に示すフィルム外装電池１０の平面図である。図３は、図４に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面に対応している。図５は、図３に示すフィルム外装電池の分解図である。

図２、３に示すように各フィルム外装電池１０は、充放電可能な発電要素１１と、発電要素１１とともに電解質を収容可能な内部空間１３が形成されているフィルム外装材１２と、を有している。発電要素１１は、セパレータ５を介して正極４と負極６とが交互に複数積層されて構成されている（図５参照）。正極４には、正極リード端子１７（図５参照）が接続されている。負極６には、負極リード端子１８（図４参照）が接続されている。本実施形態では、図４に示すように、正極リード端子１７と負極リード端子１８は、発電要素１１から互いに同じ方向に突出している。正極リード端子１７と負極リード端子１８は、発電要素１１から互いに反対方向に突出していてもよい。

図３に示すように、フィルム外装材１２は、内部空間１３を形成している凹状の収容部１４と、内部空間１３を封止する封止部１５と、を有している。収容部１４は、発電要素１１の主面１１ａを覆っている主面被覆部１４ａと、発電要素１１の側面１１ｂを覆っている側面１４ｂと、を備えている。主面１１ａは、発電要素１１の積層方向の両側に位置する面である。側面１４ｂは、主面１１ａに隣接している面である。

図５に示すように、本実施形態では、フィルム外装材１２は、２枚のフィルム材１２ａ、１２ｂで構成されている。本実施形態では、フィルム材１２ａが、上述した収容部１４を有している。本発明では、フィルム外装材１２は、１枚のフィルム材を２つ折りにした形状であってもよい。

図６は、フィルム材１２ａ、１２ｂの断面構造を示す図である。図６に示すように、フィルム材１２ａ、１２ｂは、少なくとも樹脂層２１と、金属層２２と、樹脂層２３と、が互いに積層された積層体である。樹脂層２１は、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱溶着性の合成樹脂で構成されている。金属層２２は、アルミニウム、ＳＵＳ（Steel Use Stainless）等の金属箔で構成されている。樹脂層２３は、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン等の耐候性が大きな樹脂で構成されている。各フィルム材の樹脂層２１の外周部同士を熱融着することによって、内部空間１３が封止される。この熱融着部分が封止部１５である。封止部１５は、図５に示すように互いに同じ向きに折り曲げられる。その後、封止部１５は、収容部１４の一層下に位置している他の収容部の側面被覆部１４ｂに接着部材１６で接着されている（図２参照）。接着部材１６には、両面テープや接着剤が適用できる。

上述したように、本実施形態の組電池１では、フィルム外装電池１０の封止部１５が、一層下に位置している側面被覆部１４ｂに接着されている。さらに、最下層のフィルム外装材１２（末端フィルム外装材）の封止部１５が、側面被覆部１４ｂに接着されている封止部１５（他の封止部）に接着部材１６で接着されている。そのため、封止部１５の厚さが、組電池１の厚さに加わらない。よって、図１１に示すシート型電池を積層する場合に比べて、電池全体の厚さを抑制することが可能となる。

さらに、本実施形態の組電池１では、封止部１５と側面被覆部１４ｂが接着されるのに加えて主面被覆部１４ａ同士も両面テープ、接着剤等で接着されている。そのため、フィルム外装電池１０の接着面が２面になるので、フィルム外装電池１０同士がより強固に固定される。これにより組電池１の耐衝撃性も向上する。

本実施形態の組電池１では、最下層のフィルム外装電池１０において封止部１５同士が接着されている。本発明では、最上層のフィルム外装電池１０において封止部１５同士が接着されていてもよい。

図７Ａは、実施形態１の組電池の変形例を示す断面図である。図７Ｂは、実施形態１の組電池の変形例を示す平面図である。図７Ａは、図７Ｂに示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。図７Ａに示すように、最下層または最上層のフィルム外装電池１０において封止部１５が主面被覆部１４ａに接着部材１６で接着されていてもよい。この場合、封止部１５一つ分の厚さが組電池１ａの厚さに加わる。しかし、図１に示すシート電池を積層した組電池に比べて電池全体の厚さは十分に抑制される。

図８Ａは、フィルム外装材１２の変形例を示す断面図である。図８Ｂは、図８Ａに示すフィルム外装材が折り曲げられた状態を示す断面図である。本実施形態の組電池１では、積層方向の上側に位置するフィルム材１２ａに凹部が形成されている。しかし本発明では、図８Ａに示すように積層方向の下側に位置するフィルム材１２ｂに凹部が形成されていてもよい。この場合、発電要素１１の側面１１ｂの長手方向に沿って内部空間１３を封止している２つの封止部１５（熱融着部）が同じ方向に折り曲げられる。（図８Ｂ参照）。

図９Ａは、フィルム外装材１２の別の変形例を示す断面図である。図９Ｂは、図９Ａに示すフィルム外装材が折り曲げられた状態を示す断面図である。本発明では、図９Ａに示すようにフィルム部材１２ａ、１２ｂの各々に収容部１４として機能する凹部が形成されていてもよい。この場合、発電要素１１の側面１１ｂの長手方向に沿って内部空間１３を封止している２つの封止部１５（熱融着部）が同じ方向に折り曲げられる。（図９Ｂ参照）。

図１０Ａは、フィルム外装材１２のさらに別の変形例を示す断面図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示すフィルム外装材が折り曲げられた状態を示す断面図である。図１０Ｃは、図１０Ｂに示すフィルム外装材を備えた組電池を示す断面図である。本発明では、図１０Ａに示すように、フィルム部材１２ａ、１２ｂの各々に収容部１４として機能する凹部が形成されていてもよい。この場合、発電要素１１の側面１１ｂの長手方向に沿って内部空間１３を封止している２つの封止部１５（熱融着部）が互いに反対方向に折り曲げられる（図１０Ｂ参照）。この場合、図１０Ｃに示すように封止部１５の一方（第１の封止部）は、一層上に配置されている側面被覆部１４ｂに接着され、封止部１５の他方（第２の封止部）は、一層下に配置されている側面被覆１４ｂに接着されている。最上層の封止部１５の一方は、折り曲げられて主面被覆部１４ａに接着され、最下層の封止部１５の他方は、折り曲げられて主面被覆部１４ａに接着されている。

（実施形態２）
本発明の実施形態２について説明する。以下、実施形態１と異なる点を中心に説明する。図１１は、実施形態２の組電池の構造を示す断面図である。実施形態１の組電池１と同様の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

図１１に示すように、本実施形態の組電池２は、最下層のフィルム外装電池１０に面している基板３を、さらに有する。基板３は、発電要素１１の充放電を停止するための保護回路３２を備えている。保護回路６は、本実施形態のように基板５と別体の構成であってもよく、基板５自体が保護回路を兼ねる構成であってもよい。基板３には、基板３を積層方向に貫通しているスリット３１が形成されている。最下層の封止部１５は、スリット３１を通った状態で基板３に固定されている。

本実施形態の組電池２は、組電池１と同様に、封止部１５が積層方向で隣接する側面被覆部１４ｂに接着されている。よって、封止部１５の厚さが組電池２の厚さに加わらないので、電池全体の厚さを抑制することが可能となる。

さらに、本実施形態の組電池２では、最下層のフィルム外装電池１０が基板３と一体化している。そのため、基板３が一体化していない場合に比べて、最下層のフィルム外装電池１０の衝撃を緩和させることが可能となる。

本発明では、基板３は、最上層のフィルム外装電池１０の上に配置されていてもよい。また、基板３にスリット３１を形成することは必須の構成ではなく、最上層の封止部１５または最下層の封止部１５が、基板３の表面に直接接着されていてもよい。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１３年３月１５日に出願された日本出願特願２０１３−５３３９０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１、２ 組電池
３ 基板
４ 正極
５ セパレータ
６ 負極
１０ フィルム外装電池
１１ 発電要素
１１ａ 主面
１１ｂ 側面
１２ フィルム外装材
１３ 内部空間
１４ 収容部
１４ａ 主面被覆部
１４ｂ 側面被覆部
１５ 封止部
１６ 接着部材
２１ 樹脂層
２２ 金属層
２３ 樹脂層
３１ スリット
３２ 保護回路
９０ 正極端子
１００ 素電池
１１０ 負極端子
１２０ 負極層
１３０ 集電体
１５０ 熱融着用シールフィルム
１６０ 正極層
１７０ 集電体
１８０ 固体電解質層

Claims (7)

1. セパレータを介して正極と負極とが交互に積層された発電要素と、前記発電要素を電解質とともに収容可能な内部空間が形成されているフィルム外装材と、を有するフィルム外装電池が複数積層されている組電池であって、
   前記発電要素が、積層方向の両側に位置している主面と、前記主面に隣接している側面と、を有し、
   前記フィルム外装材が、前記主面を覆っている主面被覆部と、前記側面を覆っている側面被覆部と、を備えている収容部であって、前記主面被覆部および前記側面被覆部が前記内部空間を形成している収容部と、前記側面被覆部から突出し、前記内部空間を封止している封止部と、を有し、一部の前記フィルム外装材は、前記封止部が、前記積層方向で隣接している他のフィルム外装材の前記側面被覆部に接着されている、組電池。
2. 最上層の発電要素または最下層の発電要素を収容している末端フィルム外装材において、該末端フィルム外装材の前記封止部が、該末端フィルム外装材の前記側面被覆部に接着されている他の封止部に接着されている、請求項１に記載の組電池。
3. 最上層の発電要素または最下層の発電要素を収容している末端フィルム外装材において、該末端フィルム外装材の前記封止部が、該末端フィルム外装材の前記主面被覆部に接着されている、請求項１に記載の組電池。
4. 最上層の発電要素または最下層の発電要素を収容している末端フィルム外装材の前記主面被覆部に面している基板をさらに有し、前記末端フィルム外装材の前記封止部が、前記基板に固定されている、請求項１に記載の組電池。
5. 前記基板を前記積層方向に貫通しているスリットが形成され、前記末端フィルム外装材の前記封止部は、前記スリットを通った状態で前記基板に固定されている、請求項４に記載の組電池。
6. 前記基板が、前記発電要素の充放電を停止するための保護回路を備えている、請求項４または５に記載の組電池。
7. 前記封止部が、該封止部よりも一層上に配置されている前記側面被覆部に接着されている第１の封止部と、該封止部よりも一層下に配置されている前記側面被覆部に接着されている第２の封止部と、を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の組電池。

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