JP3755591B2 - 電池およびそれを用いた組電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、略角型をなす正負極を多数枚積層すると共に、電池外装に高分子―金属を複合したラミネートフィルムを用いた積層電池に係わり、特にこのような積層電池における端子電極構造と、このような電池を用いた組電池の構造に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、自動車の排ガスによる大気汚染が世界的な問題となっている中で、電気を動力源とする電気自動車や、エンジンと電動モータを組み合わせて走行するハイブリッドカーが注目を集めており、これらに搭載する高エネルギー密度、高出力密度の電池の開発が産業上重要な位置を占めている。このような用途に電池を用いた場合は大電流を流す必要があり、電池外装に金属缶を用いた場合、特開２０００−３４８７７２号公報に示されるように、電池外部に電流を取り出すために、正極集電体や負極集電体に電池外装内で太い金属端子を接続する構造をとっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、更なる高エネルギー化、高出力化を実現するために、電池外装に高分子―金属を複合したラミネートフィルムを用いた電池においては、外部に電流を取り出すための電極端子として太い金属線または金属棒を用いた場合は、電池外装から突出させる電極端子の封止部において、十分な封止性を得ることができないという問題点があった。また、ラミネートフィルムを用いたこのような電池においては、通常ラミネートフィルムに接する電極端子部位に接着用の高分子フィルムが用いられるが、電池外装から突出させる電極端子の封止部において十分な封止性を得るために細い金属線や金属箔を用いた場合には、電気自動車やハイブリッドカーで必要とされるような大電流を流すと、この端子部が発熱してしまい、接着用の高分子フィルムの融点まで端子温度が上昇し、十分な封止性能が得られなくなるという問題点があり、このような問題点を解消することが電池外装に上記のようなラミネートフィルムを用いた積層電池における課題となっていた。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、高分子―金属を複合したラミネートフィルムを用いた従来の積層電池における上記課題に着目してなされたものであって、電気自動車やハイブリッドカーで必要とされる大電流を流しても、電極端子部の発熱を十分に抑えることができる電池を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる電池は、金属と高分子材料との複合ラミネートフィルムからなり、略矩形状をなす電池外装と、該電池外装内に収納され、略矩形状をなす正極集電体を備えた複数の正極と、同じく略矩形状をなす負極集電体を備えた複数の負極とがセパレータを介して交互に、かつこれら正極、負極およびセパレータのそれぞれ全てが互いに独立して積層されてなる発電部と、前記正極および負極集電体とそれぞれ略同一の幅寸法を備え、略矩形状をなす前記電池外装の相異なる一辺側からそれぞれ突出する各々１つの正極および負極端子電極を有する電池であって、前記正極および負極端子電極は発電部に非接触で、かつ電池外装内において前記正極および負極集電体とそれぞれ電気的に接続され、各々先端部が電池外装外に取り出されている構成とし、本発明の他の請求項に係わる電池は、同様の電池において、前記正極および負極端子電極が前記正極および負極集電体のそれぞれ端部同士を重ねた状態で直接電池外装からそれぞれ突出させてなるものである構成とし、本発明のさらに他の請求項に係わる電池は、同様の電池において、前記正極および負極集電体が他の集電体よりも厚さ寸法が大きい集電体をそれぞれ少なくとも１枚備え、当該厚肉集電体がそれぞれ正極および負極端子電極として電池外装からそれぞれ突出していると共に、電池外装内において当該正極および負極端子電極用厚肉集電体に他の正極および負極集電体がそれぞれ電気的に接続されている構成とし、電池におけるこのような構成を前述した従来の課題を解決するための手段としたことを特徴としている。
【０００６】
本発明に係わる電池の好適形態としては、前記端子電極が３次元的に変形可能な金属からなる構成とし、端子電極の電池外装からの突出部分が突出方向の中心軸回りに捩じり変形させてある構成、端子電極の電池外装からの突出部分の左右側縁部のいずれか一方が端子電極の表面側あるいは裏面側に変形させてある構成、端子電極の電池外装からの突出部分が端子電極の表面側あるいは裏面側に変形させてある構成、端子電極の電池外装からの突出部分に、その長さ方向もしくは幅方向に波形の凹凸が形成してある構成、さらには当該突出部分に凹凸が形成してある構成としたことを特徴としている。
【０００７】
本発明に係わる組電池は、上記した電池を少なくとも２個以上外部ケース内に設置してなる構成とし、組電池の好適形態としては、端子電極の突出部分を捩じり変形させた電池、端子電極の突出部分の左右側縁部の一方を表面側あるいは裏面側に変形させた電池、端子電極の突出部分に波形の凹凸、あるいは突起状の凹凸を形成した電池によって上記のような組電池を構成し、さらに端子電極のねじり角度や変形量、波状凹凸の振幅量や振幅数、凹凸の数を電池冷却風の風上から風下に行くほど大きくしてある構成とし、さらに好適形態としては、上記組電池を縦方向および／または水平方向にそれぞれ少なくとも２組配設してなる構成としたことを特徴としており、組電池におけるこのような構成を上記課題を解決するための手段としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる電池の実施形態について、図面に基づいてさらに詳細に説明する。
【０００９】
本発明に係わる電池は、上記したように、複合ラミネートフィルムからなる矩形状の電池外装内に収納された発電部と、発電部の正極および負極集電体と実質的に同じ幅寸法を有し、矩形状電池外装の相異なる一辺から突出する正極および負極端子電極を備え、正極および負極集電体が電池外装内において前記正極および負極端子電極とそれぞれ電気的に接続されている構成、あるいは正極および負極端子電極が前記正極および負極集電体のそれぞれ端部同士を積層して直接電池外装から突出させてなるものである構成としたものである。
【００１０】
すなわち、本発明に係わる電池は、例えば図１（ａ）ないし（ｃ）に示すように、正極４と負極６とがセパレータ８を介して積層された状態の発電部が高分子―金属を複合したラミネートフィルムからなる電池外装３によって密閉された構造を有している。
【００１１】
図１（ａ）は、その内部構造を示すものであって、各正極４の集電体５の端部同士がセパレータ８の一辺から図中左側に延出し、重ね合わされた状態で電池外装３から突出して正極端子電極１が形成されると共に、各負極６の集電体７の端部同士がセパレータ８の相対向する一辺から図中右側に延出して、同様に重ね合わされた状態で電池外装３から突出し、負極端子電極２となっている。なお、複数の正極集電体５からなる正極端子電極１および複数の負極集電体７からなる負極端子電極２は、上記のように（図１（ｂ）参照）、矩形状をなす電池外装３の相対向する２辺からそれぞれ突出するばかりでなく、図１（ｃ）に示すように隣接する２辺からそれぞれ突出させるようにしてもよい。
【００１２】
また、図２に示すように、積層した正極および負極の集電体５および７を電池外装３の内部で、これら集電体５，７とほぼ同一幅寸法の電流取り出し用端子電極９および１０にそれぞれ接続し、これら端子電極９および１０を電池外装３からそれぞれ突出させて正極端子電極１および負極端子電極２とすることも可能である。
【００１３】
このように本発明に係わる電池においては、重ね合わされた状態の電極集電体がそのまま端子電極として、あるいは電池外装内で集電体に取り付けた幅の広い電流取り出し用の端子電極が直接電池外装から突出されるので、大電流を取り出した際の端子部の発熱を十分に抑えられることになる。また、これらの電池同士を接続して組電池にする場合においても、例えば超音波溶接等の手段を用いることにより従来のようにボルトなどを使用することなく、比較的簡便に電池間の接続がなされ、十分な溶接面積を確保することにより、組電池全体の抵抗が低減させ、軽量化も達成されることになる。
【００１４】
本発明の他の請求項に係わる電池は、上記構造の電池において、正極および負極集電体が他の集電体よりも厚肉の集電体をそれぞれ少なくとも１枚備え、この厚肉集電体がそれぞれ正極および負極端子電極として電池外装からそれぞれ突出していると共に、この端子電極用厚肉集電体に他の正極および負極集電体がそれぞれ電気的に接続されている構成のものであるから、同様に大電流を取り出した際の端子部の発熱が抑えられると共に、この厚肉集電体の剛性によって電池の強度が増し、外部から何らかの原因で外部から力が加わっても、電池としての形状が維持されることになる。
【００１５】
本発明に係わる電池の好適形態として、端子電極材料を３次元的に変形可能な金属からなるものとすることが望ましい。すなわち、電池の寿命向上を図るには、電池に冷却風を当て電池の温度上昇を最小限に抑えることが有効であるが、正極端子電極１および負極端子電極２を当該電池の長手方向すなわち端子電極１，２を取り出した方向と同一方向、幅方向すなわち端子電極１，２を取り出した方向と垂直をなす方向、もしくはその両方向からなる面に３次元的に変形可能な金属を用いることにより端子電極１，２の角度等を自由に変更させることができるようになり、これによって冷却風の風量、向きを調整することができるようになり、冷却効果が向上することになる。
【００１６】
例えば図３（ａ）および（ｂ）は、正極および負極端子電極１および２の突出部分を突出方向の中心軸回りに捩じり変形したものであって、このように端子電極１、２に角度をつけることによって、当該端子電極部分に送られてきた冷却風が電池の上面あるいは下面方向に整流され、暖められた空気をこれらの方向に逃がすことができるので、冷却効果が向上し、電池の寿命がより向上することになる。
【００１７】
また、図４（ａ）ないし（ｃ）に示すように、電池外装３から突出している正極および負極端子電極１、２の幅方向の片側端部を電池の上面方向または下面方向に変形させるようになすこともでき、このような構造をとることにより、冷却風が同様に整流され、冷却効果が高まり、電池の寿命が向上することになる。
【００１８】
さらに、図５（ａ）ないし（ｃ）に示すように、正極および負極端子電極１、２の突出部分の先端側を電池の上面側あるいは下面側に変形さた構造をとっても、上記と同様に冷却効果が高まり、電池寿命が向上することになる。
【００１９】
また、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、正極および負極端子電極１、２の電池外装３からの突出部分にその長さ方向、または幅方向に波状に凹凸を持たせる構造としてもよい。このような波形の凹凸によって冷却風に渦巻き状の流れを発生させることができ、端子電極部の冷却が均一なものとなり、温度分布が均一となることから寿命が向上することになる。さらに、電池の搭載面積を増すことなく、端子電極１、２の表面積を平らな端子に比べて拡げることができ、端子電極１，２および電池全体の冷却効果が高いものとなる。
【００２０】
そして、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、正極および負極端子電極１、２の電池外装３からの突出部分にその表面側あるいは裏面側、さらにはその両方に、突起状の凹凸１１を形成しても、同様に電池の長手方向からまたは幅方向からもしくはその両方向からの冷却風に、渦状の流れを発生させ、端子電極部の冷却が均等に行なわれ、温度分布が均一になって、電池の寿命が同様に向上することになる。
【００２１】
このような正極端子電極１および負極端子電極２の材料としては、強度、加工性、電池に用いた材料と電池反応以外の反応を起こさないことなどを考慮すると、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、鉄、金、銀を主成分とするものの中から選択することが望ましいが、特にこれらのみに限定されない。また、電池の電極にリチウムイオンを吸蔵、脱離できる正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離できる負極を用い、電解液としてはセパレータに非水電解液を染み込ませたもの、固体電解質もしくはゲル電解質、またはセパレータ８を含む固体電解質もしくはゲル電解質を用いてもよい。また、正極にはＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２を主材料とする正極活物質、負極にはグラファイト、非晶質炭素であるハードカーボンを主材料とする負極活物質を用いることが望ましいが、特に限定されるものではない。
【００２２】
本発明においては、上記のような電池を少なくとも２個外部ケース内に設置することによって組電池として使用することができ、とりわけ端子電極部分を変形させたり、凹凸を設けたりした電池によって組電池を構成することが組電池の温度上昇が抑えられ、組電池の寿命が向上することから望ましい。
【００２３】
図８は、図３（ａ）に示したように正極および負極端子電極１、２をねじり変形してなる電池を外部ケース２０内に複数個（図では４個）設置すると共に、これら電池を電池間接続リード２１によって直列に接続した組電池であって、図中に矢印で示す電池冷却用の冷却風の風上から風下に行くほど端子電極１、２の捩じり角度が大きくなるように配列したものである。通常、冷却風の温度は風下に行くほど上昇し、冷却されにくくなることから、組電池内の温度分布は風下に行くほど高くなるが、このように風下に行くほど角度を大きくするように配列することによって、風下ほど冷却風に接する面積を増加させることができ、外部ケース２０内に複雑な整流構造を設けることなく、風下ほど冷却風を有効に受けることができるようになり、しかも各電池の上面方向または下面方向に暖められた冷却風を逃がすことができるため、組電池内での温度分布が均一になり、組電池としての耐用寿命が向上することになる。
【００２４】
また、図９は、図４（ａ）に示したように、正極および負極端子電極１および２の側縁部を表面側に変形してなる複数の電池を外部ケース２０内に同様に設置すると共に、電池用冷却風の風上から風下に行くほど端部における電極上方向への変形量を増加させて配列した組電池を示すものである。このような構造によっても、風下ほど電池表面へ整流する冷却風量が増加し、さらに風下ほど冷却風に接する面積が増加することから、外部ケース内に複雑な整流構造を設けることなく、組電池内の温度分布が均一なものとなり、組電池の寿命が向上する。
【００２５】
さらに、図６（ａ）に示した正極および負極端子電極１および２に波形凹凸を形成した複数個の電池を、図１０に示すように外部ケース２０内に同様に設置すると共に、電池用冷却風の風上から風下に行くにしたがって波状凹凸の振幅量を大きくするように配列することもでき、これによって冷却風に風上から風下に行くほど大きくなる渦状の流れが発生し、端子電極部の冷却が均一なものとなり、同様に外部ケース内に複雑な整流構造を設けることなく、組電池内の温度分布を均一にすることができ、組電池の寿命が向上することになる。
【００２６】
さらに、図１１は、図７（ａ）に示したように、正極および負極端子電極１および２の電池外装３からの突出部分に突起状の凹凸１１を形成した電池を同様に外部ケース２０内に設置して、電池冷却風の風上から風下に行くほど端子電極上の凹凸１１の数を多くするように配列した組電池構造を示すものである。このような構造を採用することによっても、風上から風下に行くほど冷却風に渦状の流れを活発に発生させることができ、端子電極１、２の冷却が均一に行われ、複雑な整流構造を用いることなく、上記同様の効果が得られることになる。
【００２７】
そして、図１２に示すように、図３（ａ）に示した電池を用いて、電池用の冷却風を外部ケース２０内に設置した電池制御回路２２へ整流するように端子電極１、２の角度を調整することも望ましく、これによって制御回路２２の温度分布をも均一にすることができ、制御回路２２の信頼性が向上することになる。
【００２８】
さらに、上記のような材質、形状の正極および負極端子電極１および２を備えた複数の電池をケース内に配置した組電池は、上下方向あるいは左右方向に、さらには上下および左右方向に、それぞれ少なくとも２組配設するようになすことができる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。
（実施例１）
ナイロン６と変性ＰＰ（ポリプロピレン）の間にＡｌ箔を挟み込んで構成されるラミネートフィルムを用いて電池外装３とした。正極集電体５としては約２０μｍ厚さのアルミ箔を用い、このアルミ箔上に正極活物質であるＬｉＭｎ２Ｏ４を塗布したものを正極４とした。一方、負極集電体７として約１０μｍ厚さの銅箔を用い、この胴箔の上に負極活物質として非晶質カーボンであるハードカーボンを塗布したものを負極６とした。これら正極４、負極６およびセパレータ８を図２に示すように、ラミネートフィルム３、負極６、セパレータ８、正極４の順に積層した。
【００３０】
次に、矩形状をなすセパレータ８の相対向する位置から４０ｍｍの幅で突出させた正極集電体５および負極集電体７のそれぞれに、厚さ約２００μｍ、幅約４０ｍｍ、長さ３０ｍｍのＡｌ製正極端子電極９、および同一寸法のＮｉ製負極端子電極１０を溶接し、これら正極端子電極９および負極端子電極１０を電池外装３としてのラミネートフィルムに挟み込み、図１（ｂ）に示したようにそれぞれ約２０ｍｍの長さに電池外装３の対向する面から突出させて、正極端子電極１および負極端子電極２とすると共に、これら正極および負極端子電極１、２の周縁部を加熱溶着し、全体を封止することにより約２Ａｈの電池を作製した。
【００３１】
（実施例２）
図１（ｃ）に示したように、正極端子電極１と負極端子電極２を隣り合う２辺から突出させ、正極端子電極１と負極端子電極２が９０°をなすように電池外装３のラミネートフィルムから突出させたこと以外は、上記実施例１と同様に電池を作製した。
【００３２】
（実施例３）
実施例１と同様に電池を作製し、図３（ａ）に示したように、正極端子電極１と負極端子電極２とを捩じり変形させ、電池の平面方向に対してこれら正極端子１および負極端子２がそれぞれ同一の角度を有する端子構造とした。
【００３３】
（実施例４）
実施例１と同様に電池を作製し、図３（ｂ）に示したように、正極端子電極１と負極端子電極２とを捩じり変形させ、電池の平面方向に対してこれら正極端子１および負極端子２がそれぞれ逆の角度を有する端子構造とした。
【００３４】
（実施例５）
実施例１と同様に電池を作製し、図４（ａ）に示したように、端子電極１および２の幅方向の片側端部を電池の上方向に変形させた構造とした。
【００３５】
（実施例６）
実施例１と同様に電池を作製し、図４（ｂ）に示したように、端子電極１および２の幅方向の片側端部を電池の下方向に変形させた構造とした。
【００３６】
（実施例７）
実施例１と同様に電池を作製し、図４（ｃ）に示したように、端子電極１および２の幅方向の片側端部をそれぞれ上下別の方向に変形させた構造とした。
【００３７】
（実施例８）
実施例１と同様に電池を作製し、図５（ａ）に示したように、端子電極１および２の先端部を電池の上方向に変形させた構造とした。
【００３８】
（実施例９）
実施例１と同様に電池を作製し、図５（ｂ）に示したように、端子電極１および２の先端部を電池の下方向に変形させた構造とした。
【００３９】
（実施例１０）
実施例１と同様に電池を作製し、図５（ｃ）に示したように、端子電極１および２の先端部を電池の上下別の方向それぞれ変形させた構造とした。
【００４０】
（実施例１１）
実施例１と同様に電池を作製し、端子電極１および２に、図６（ａ）に示したように電池の長さ方向に山と山の周期が５ｍｍの波状に凹凸を形成した構造とした。
【００４１】
（実施例１２）
実施例１と同様に電池を作製し、端子電極１および２に、図６（ｂ）に示したように電池の幅方向に山と山の周期が９ｍｍの波状に凹凸を形成した構造とした。
【００４２】
（実施例１３）
実施例１と同様に電池を作製し、図７（ａ）に示したように、正極および負極端子電極１および２に電池上面側に凸部がくるように凹凸を形成した。
【００４３】
（実施例１４）
実施例１と同様に電池を作製し、図７（ｂ）に示したように、正極および負極端子電極１および２に電池下面側に凸部がくるように凹凸を形成した。
【００４４】
（実施例１５）
実施例３と同様に電池を作製し、正極端子電極１と負極端子電極２とを捩じり変形させ、図８に示すように、図中左側の冷却風の風上から、水平面に対して０°、１０°、２０°、３０°それぞれ変形させた状態で外部ケース２０内に配置し、組電池とした。このとき、各単電池間の接続にはφ８のリード線を電池間接続リード２１として用いて、ねじ２３により隣り合う電池の端子同士を直列に接続した。
【００４５】
（実施例１６）
図１３に示すように、実施例１５と同様にして作製した組電池を２層に積み重ねると共に、上層側の組電池における正極端子電極１および負極端子電極２を上記のように水平面に対して０°、１０°、２０°、３０°それぞれ変形させると共に、下層側の組電池における正極端子電極１および負極端子電極２を逆方向に０°、−１０°、−２０°、−３０°それぞれ変形させた状態で外部ケース２０内に配置し、各単電池を直列に接続した組電池とした。
【００４６】
（実施例１７）
実施例５と同様に電池を作製し、図９に示したように外部ケース２０内に当該電池を冷却風の流れ方向に沿うように配列すると共に、電池間接続リード２１を介して単電池間を直列に接続して組電池とした。
【００４７】
（実施例１８）
図１４に示すように、上記実施例１７と同様にして作製した組電池を２層に積み重ねると共に、下層側の組電池における正極端子電極１および負極端子電極２の変形方向を上層側の組電池とは反対となるように配置して２段の組電池とした。
【００４８】
（実施例１９）
実施例１１と同様に電池を作製し、正極端子電極１と負極端子電極２とに形成した波形凹凸の振幅が冷却風の風上側から０、１、２、４ｍｍとなるように外部ケース２０内に配置し、各単電池間を接続リード２１により直列に接続することにより、図１０に示したような組電池を得た。
【００４９】
（実施例２０）
実施例１３と同様に電池を作製し、正極端子電極１と負極端子電極２とに形成した凸部１１の数が０、５、８、９個となるように外部ケース２０内に配置し、接続リード２１により各単電池間を直列に接続することにより図１１に示したような組電池を得た。
【００５０】
（実施例２１）
実施例３と同様に作製した電池を外部ケース２０内に４列２段に配置し、電池冷却風を電池制御装置２２に向けて整流できるように、正極端子電極１と負極端子電極２とを水平面に対してそれぞれ２０°変形させることによって電池冷却風により制御装置２２も冷却できるようにし、図１２に示したような組電池を得た。
【００５１】
（比較例）
上記実施例１と同様の正極４、負極６およびセパレータ８を用いて、ラミネートフィルム３、負極６、セパレータ８、正極４の順に積層し、セパレータ８の相対向する位置から１０ｍｍの幅で突出させた正極集電体５および負極集電体７のそれぞれに、厚さ約２００μｍ、幅約１０ｍｍ、長さ３０ｍｍのＮｉ電極端子、および同一寸法のＣｕ製の電極端子を溶接し、これらＮｉおよびＣｕ製の電極端子を電池外装３としてのラミネートフィルムに挟み込み、それぞれ約２０ｍｍの長さに電池外装３の対向する面から突出させて、正極端子電極１および負極端子電極２とすると共に、これら正極および負極端子電極１、２の周縁部を加熱溶着し、全体を封止することにより約２Ａｈの電池を作製した。
【００５２】
〔特性評価〕
実施例１および比較例の電池において、２０Ｃ相当の電流に当たる４０Ａで５秒間放電したのち、５５秒間休止を行うことによって１分間で１サイクルとなる試験を１０サイクル行い、そのときの端子電極の温度上昇を測定した。その結果を図１５に示す。この結果から明らかなように、幅の広い電極とすることによって端子電極の温度上昇が抑えられていることが判る。
【００５３】
さらに、実施例１から実施例１４、および比較例の電池に対して、２０Ｃ相当の電流に当たる４０Ａで５秒間の放電を行った際の温度上昇を測定した。その結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
表１の結果から明らかなように、端子電極を変形させ冷却風の整流効果をもたせることで、さらに端子電極の温度上昇を抑えることができ、電池の寿命を向上させることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、本発明によれば幅の広い端子電極を直接電池外装から突出させることによって、大電流を取り出しても端子電極での温度上昇を十分抑えることができる。また直接電池外装から突出させた端子電極を電池の長さ方向、幅方向もしくはその両方向に３次元的に変形可能な金属として、当該端子電極を適当な方向に変形させたり、凹凸を設けたりして冷却風を整流することにより端子電極および電池本体の温度上昇を抑えることができ、電池の寿命を格段に向上させることができるという極めて優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ） 本発明に係わる電池の一実施形態を示す断面説明図である。
（ｂ） 図１（ａ）に示した電池の外観を示す平面図である。
（ｃ） 本発明に係わる電池の他の実施形態を示す平面図である。
【図２】本発明に係わる電池の別の実施形態を示す断面説明図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は本発明に係わる電池の実施形態として端子電極を捩じり変形した例を示す説明図である。
【図４】（ａ）（ｂ）および（ｃ）は本発明に係わる電池の他の実施形態として端子電極の片側側縁をその表面側あるいは裏面側に変形した例を示す説明図である。
【図５】（ａ）（ｂ）および（ｃ）は本発明に係わる電池のさらに他の実施形態として端子電極の先端部をその表面側あるいは裏面側に変形した例を示す説明図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は本発明に係わる電池のさらに他の実施形態として端子電極にその突出方向あるいは幅方向に波形の凹凸を形成した例を示す説明図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は本発明に係わる電池のさらに他の実施形態として端子電極の表面あるいは裏面に突起状の凹凸を形成した例を示す説明図である。
【図８】図３（ａ）に示した電池からなる組電池の一例を示す概略説明図である。
【図９】図４（ａ）に示した電池からなる組電池の一例を示す概略説明図である。
【図１０】図６（ａ）に示した電池からなる組電池の一例を示す概略説明図である。
【図１１】図７（ａ）に示した電池からなる組電池の一例を示す概略説明図である。
【図１２】図８に示した組電池を２段に配列して冷却風を電池制御回路に向けて整流するようにした組電池の例を示す概略説明図である。
【図１３】図８に示した組電池を２段に配列した組電池の一例を示す概略説明図である。
【図１４】図９に示した組電池を２段に配列した組電池の一例を示す概略説明図である。
【図１５】実施例１および比較例の電池について放電−休止サイクル試験を行った時の端子電極の温度上昇測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１（９） 正極端子電極
２（１０） 負正極端子電極
３ 電池外装
４ 正極
５ 正極集電体
６ 負極
７ 負極集電体
８ セパレータ
１１ 凹凸
２０ 外部ケース
【発明の属する技術分野】
本発明は、略角型をなす正負極を多数枚積層すると共に、電池外装に高分子―金属を複合したラミネートフィルムを用いた積層電池に係わり、特にこのような積層電池における端子電極構造と、このような電池を用いた組電池の構造に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、自動車の排ガスによる大気汚染が世界的な問題となっている中で、電気を動力源とする電気自動車や、エンジンと電動モータを組み合わせて走行するハイブリッドカーが注目を集めており、これらに搭載する高エネルギー密度、高出力密度の電池の開発が産業上重要な位置を占めている。このような用途に電池を用いた場合は大電流を流す必要があり、電池外装に金属缶を用いた場合、特開２０００−３４８７７２号公報に示されるように、電池外部に電流を取り出すために、正極集電体や負極集電体に電池外装内で太い金属端子を接続する構造をとっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、更なる高エネルギー化、高出力化を実現するために、電池外装に高分子―金属を複合したラミネートフィルムを用いた電池においては、外部に電流を取り出すための電極端子として太い金属線または金属棒を用いた場合は、電池外装から突出させる電極端子の封止部において、十分な封止性を得ることができないという問題点があった。また、ラミネートフィルムを用いたこのような電池においては、通常ラミネートフィルムに接する電極端子部位に接着用の高分子フィルムが用いられるが、電池外装から突出させる電極端子の封止部において十分な封止性を得るために細い金属線や金属箔を用いた場合には、電気自動車やハイブリッドカーで必要とされるような大電流を流すと、この端子部が発熱してしまい、接着用の高分子フィルムの融点まで端子温度が上昇し、十分な封止性能が得られなくなるという問題点があり、このような問題点を解消することが電池外装に上記のようなラミネートフィルムを用いた積層電池における課題となっていた。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、高分子―金属を複合したラミネートフィルムを用いた従来の積層電池における上記課題に着目してなされたものであって、電気自動車やハイブリッドカーで必要とされる大電流を流しても、電極端子部の発熱を十分に抑えることができる電池を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる電池は、金属と高分子材料との複合ラミネートフィルムからなり、略矩形状をなす電池外装と、該電池外装内に収納され、略矩形状をなす正極集電体を備えた複数の正極と、同じく略矩形状をなす負極集電体を備えた複数の負極とがセパレータを介して交互に、かつこれら正極、負極およびセパレータのそれぞれ全てが互いに独立して積層されてなる発電部と、前記正極および負極集電体とそれぞれ略同一の幅寸法を備え、略矩形状をなす前記電池外装の相異なる一辺側からそれぞれ突出する各々１つの正極および負極端子電極を有する電池であって、前記正極および負極端子電極は発電部に非接触で、かつ電池外装内において前記正極および負極集電体とそれぞれ電気的に接続され、各々先端部が電池外装外に取り出されている構成とし、本発明の他の請求項に係わる電池は、同様の電池において、前記正極および負極端子電極が前記正極および負極集電体のそれぞれ端部同士を重ねた状態で直接電池外装からそれぞれ突出させてなるものである構成とし、本発明のさらに他の請求項に係わる電池は、同様の電池において、前記正極および負極集電体が他の集電体よりも厚さ寸法が大きい集電体をそれぞれ少なくとも１枚備え、当該厚肉集電体がそれぞれ正極および負極端子電極として電池外装からそれぞれ突出していると共に、電池外装内において当該正極および負極端子電極用厚肉集電体に他の正極および負極集電体がそれぞれ電気的に接続されている構成とし、電池におけるこのような構成を前述した従来の課題を解決するための手段としたことを特徴としている。
【０００６】
本発明に係わる電池の好適形態としては、前記端子電極が３次元的に変形可能な金属からなる構成とし、端子電極の電池外装からの突出部分が突出方向の中心軸回りに捩じり変形させてある構成、端子電極の電池外装からの突出部分の左右側縁部のいずれか一方が端子電極の表面側あるいは裏面側に変形させてある構成、端子電極の電池外装からの突出部分が端子電極の表面側あるいは裏面側に変形させてある構成、端子電極の電池外装からの突出部分に、その長さ方向もしくは幅方向に波形の凹凸が形成してある構成、さらには当該突出部分に凹凸が形成してある構成としたことを特徴としている。
【０００７】
本発明に係わる組電池は、上記した電池を少なくとも２個以上外部ケース内に設置してなる構成とし、組電池の好適形態としては、端子電極の突出部分を捩じり変形させた電池、端子電極の突出部分の左右側縁部の一方を表面側あるいは裏面側に変形させた電池、端子電極の突出部分に波形の凹凸、あるいは突起状の凹凸を形成した電池によって上記のような組電池を構成し、さらに端子電極のねじり角度や変形量、波状凹凸の振幅量や振幅数、凹凸の数を電池冷却風の風上から風下に行くほど大きくしてある構成とし、さらに好適形態としては、上記組電池を縦方向および／または水平方向にそれぞれ少なくとも２組配設してなる構成としたことを特徴としており、組電池におけるこのような構成を上記課題を解決するための手段としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる電池の実施形態について、図面に基づいてさらに詳細に説明する。
【０００９】
本発明に係わる電池は、上記したように、複合ラミネートフィルムからなる矩形状の電池外装内に収納された発電部と、発電部の正極および負極集電体と実質的に同じ幅寸法を有し、矩形状電池外装の相異なる一辺から突出する正極および負極端子電極を備え、正極および負極集電体が電池外装内において前記正極および負極端子電極とそれぞれ電気的に接続されている構成、あるいは正極および負極端子電極が前記正極および負極集電体のそれぞれ端部同士を積層して直接電池外装から突出させてなるものである構成としたものである。
【００１０】
すなわち、本発明に係わる電池は、例えば図１（ａ）ないし（ｃ）に示すように、正極４と負極６とがセパレータ８を介して積層された状態の発電部が高分子―金属を複合したラミネートフィルムからなる電池外装３によって密閉された構造を有している。
【００１１】
図１（ａ）は、その内部構造を示すものであって、各正極４の集電体５の端部同士がセパレータ８の一辺から図中左側に延出し、重ね合わされた状態で電池外装３から突出して正極端子電極１が形成されると共に、各負極６の集電体７の端部同士がセパレータ８の相対向する一辺から図中右側に延出して、同様に重ね合わされた状態で電池外装３から突出し、負極端子電極２となっている。なお、複数の正極集電体５からなる正極端子電極１および複数の負極集電体７からなる負極端子電極２は、上記のように（図１（ｂ）参照）、矩形状をなす電池外装３の相対向する２辺からそれぞれ突出するばかりでなく、図１（ｃ）に示すように隣接する２辺からそれぞれ突出させるようにしてもよい。
【００１２】
また、図２に示すように、積層した正極および負極の集電体５および７を電池外装３の内部で、これら集電体５，７とほぼ同一幅寸法の電流取り出し用端子電極９および１０にそれぞれ接続し、これら端子電極９および１０を電池外装３からそれぞれ突出させて正極端子電極１および負極端子電極２とすることも可能である。
【００１３】
このように本発明に係わる電池においては、重ね合わされた状態の電極集電体がそのまま端子電極として、あるいは電池外装内で集電体に取り付けた幅の広い電流取り出し用の端子電極が直接電池外装から突出されるので、大電流を取り出した際の端子部の発熱を十分に抑えられることになる。また、これらの電池同士を接続して組電池にする場合においても、例えば超音波溶接等の手段を用いることにより従来のようにボルトなどを使用することなく、比較的簡便に電池間の接続がなされ、十分な溶接面積を確保することにより、組電池全体の抵抗が低減させ、軽量化も達成されることになる。
【００１４】
本発明の他の請求項に係わる電池は、上記構造の電池において、正極および負極集電体が他の集電体よりも厚肉の集電体をそれぞれ少なくとも１枚備え、この厚肉集電体がそれぞれ正極および負極端子電極として電池外装からそれぞれ突出していると共に、この端子電極用厚肉集電体に他の正極および負極集電体がそれぞれ電気的に接続されている構成のものであるから、同様に大電流を取り出した際の端子部の発熱が抑えられると共に、この厚肉集電体の剛性によって電池の強度が増し、外部から何らかの原因で外部から力が加わっても、電池としての形状が維持されることになる。
【００１５】
本発明に係わる電池の好適形態として、端子電極材料を３次元的に変形可能な金属からなるものとすることが望ましい。すなわち、電池の寿命向上を図るには、電池に冷却風を当て電池の温度上昇を最小限に抑えることが有効であるが、正極端子電極１および負極端子電極２を当該電池の長手方向すなわち端子電極１，２を取り出した方向と同一方向、幅方向すなわち端子電極１，２を取り出した方向と垂直をなす方向、もしくはその両方向からなる面に３次元的に変形可能な金属を用いることにより端子電極１，２の角度等を自由に変更させることができるようになり、これによって冷却風の風量、向きを調整することができるようになり、冷却効果が向上することになる。
【００１６】
例えば図３（ａ）および（ｂ）は、正極および負極端子電極１および２の突出部分を突出方向の中心軸回りに捩じり変形したものであって、このように端子電極１、２に角度をつけることによって、当該端子電極部分に送られてきた冷却風が電池の上面あるいは下面方向に整流され、暖められた空気をこれらの方向に逃がすことができるので、冷却効果が向上し、電池の寿命がより向上することになる。
【００１７】
また、図４（ａ）ないし（ｃ）に示すように、電池外装３から突出している正極および負極端子電極１、２の幅方向の片側端部を電池の上面方向または下面方向に変形させるようになすこともでき、このような構造をとることにより、冷却風が同様に整流され、冷却効果が高まり、電池の寿命が向上することになる。
【００１８】
さらに、図５（ａ）ないし（ｃ）に示すように、正極および負極端子電極１、２の突出部分の先端側を電池の上面側あるいは下面側に変形さた構造をとっても、上記と同様に冷却効果が高まり、電池寿命が向上することになる。
【００１９】
また、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、正極および負極端子電極１、２の電池外装３からの突出部分にその長さ方向、または幅方向に波状に凹凸を持たせる構造としてもよい。このような波形の凹凸によって冷却風に渦巻き状の流れを発生させることができ、端子電極部の冷却が均一なものとなり、温度分布が均一となることから寿命が向上することになる。さらに、電池の搭載面積を増すことなく、端子電極１、２の表面積を平らな端子に比べて拡げることができ、端子電極１，２および電池全体の冷却効果が高いものとなる。
【００２０】
そして、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、正極および負極端子電極１、２の電池外装３からの突出部分にその表面側あるいは裏面側、さらにはその両方に、突起状の凹凸１１を形成しても、同様に電池の長手方向からまたは幅方向からもしくはその両方向からの冷却風に、渦状の流れを発生させ、端子電極部の冷却が均等に行なわれ、温度分布が均一になって、電池の寿命が同様に向上することになる。
【００２１】
このような正極端子電極１および負極端子電極２の材料としては、強度、加工性、電池に用いた材料と電池反応以外の反応を起こさないことなどを考慮すると、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、鉄、金、銀を主成分とするものの中から選択することが望ましいが、特にこれらのみに限定されない。また、電池の電極にリチウムイオンを吸蔵、脱離できる正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離できる負極を用い、電解液としてはセパレータに非水電解液を染み込ませたもの、固体電解質もしくはゲル電解質、またはセパレータ８を含む固体電解質もしくはゲル電解質を用いてもよい。また、正極にはＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２を主材料とする正極活物質、負極にはグラファイト、非晶質炭素であるハードカーボンを主材料とする負極活物質を用いることが望ましいが、特に限定されるものではない。
【００２２】
本発明においては、上記のような電池を少なくとも２個外部ケース内に設置することによって組電池として使用することができ、とりわけ端子電極部分を変形させたり、凹凸を設けたりした電池によって組電池を構成することが組電池の温度上昇が抑えられ、組電池の寿命が向上することから望ましい。
【００２３】
図８は、図３（ａ）に示したように正極および負極端子電極１、２をねじり変形してなる電池を外部ケース２０内に複数個（図では４個）設置すると共に、これら電池を電池間接続リード２１によって直列に接続した組電池であって、図中に矢印で示す電池冷却用の冷却風の風上から風下に行くほど端子電極１、２の捩じり角度が大きくなるように配列したものである。通常、冷却風の温度は風下に行くほど上昇し、冷却されにくくなることから、組電池内の温度分布は風下に行くほど高くなるが、このように風下に行くほど角度を大きくするように配列することによって、風下ほど冷却風に接する面積を増加させることができ、外部ケース２０内に複雑な整流構造を設けることなく、風下ほど冷却風を有効に受けることができるようになり、しかも各電池の上面方向または下面方向に暖められた冷却風を逃がすことができるため、組電池内での温度分布が均一になり、組電池としての耐用寿命が向上することになる。
【００２４】
また、図９は、図４（ａ）に示したように、正極および負極端子電極１および２の側縁部を表面側に変形してなる複数の電池を外部ケース２０内に同様に設置すると共に、電池用冷却風の風上から風下に行くほど端部における電極上方向への変形量を増加させて配列した組電池を示すものである。このような構造によっても、風下ほど電池表面へ整流する冷却風量が増加し、さらに風下ほど冷却風に接する面積が増加することから、外部ケース内に複雑な整流構造を設けることなく、組電池内の温度分布が均一なものとなり、組電池の寿命が向上する。
【００２５】
さらに、図６（ａ）に示した正極および負極端子電極１および２に波形凹凸を形成した複数個の電池を、図１０に示すように外部ケース２０内に同様に設置すると共に、電池用冷却風の風上から風下に行くにしたがって波状凹凸の振幅量を大きくするように配列することもでき、これによって冷却風に風上から風下に行くほど大きくなる渦状の流れが発生し、端子電極部の冷却が均一なものとなり、同様に外部ケース内に複雑な整流構造を設けることなく、組電池内の温度分布を均一にすることができ、組電池の寿命が向上することになる。
【００２６】
さらに、図１１は、図７（ａ）に示したように、正極および負極端子電極１および２の電池外装３からの突出部分に突起状の凹凸１１を形成した電池を同様に外部ケース２０内に設置して、電池冷却風の風上から風下に行くほど端子電極上の凹凸１１の数を多くするように配列した組電池構造を示すものである。このような構造を採用することによっても、風上から風下に行くほど冷却風に渦状の流れを活発に発生させることができ、端子電極１、２の冷却が均一に行われ、複雑な整流構造を用いることなく、上記同様の効果が得られることになる。
【００２７】
そして、図１２に示すように、図３（ａ）に示した電池を用いて、電池用の冷却風を外部ケース２０内に設置した電池制御回路２２へ整流するように端子電極１、２の角度を調整することも望ましく、これによって制御回路２２の温度分布をも均一にすることができ、制御回路２２の信頼性が向上することになる。
【００２８】
さらに、上記のような材質、形状の正極および負極端子電極１および２を備えた複数の電池をケース内に配置した組電池は、上下方向あるいは左右方向に、さらには上下および左右方向に、それぞれ少なくとも２組配設するようになすことができる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。
（実施例１）
ナイロン６と変性ＰＰ（ポリプロピレン）の間にＡｌ箔を挟み込んで構成されるラミネートフィルムを用いて電池外装３とした。正極集電体５としては約２０μｍ厚さのアルミ箔を用い、このアルミ箔上に正極活物質であるＬｉＭｎ２Ｏ４を塗布したものを正極４とした。一方、負極集電体７として約１０μｍ厚さの銅箔を用い、この胴箔の上に負極活物質として非晶質カーボンであるハードカーボンを塗布したものを負極６とした。これら正極４、負極６およびセパレータ８を図２に示すように、ラミネートフィルム３、負極６、セパレータ８、正極４の順に積層した。
【００３０】
次に、矩形状をなすセパレータ８の相対向する位置から４０ｍｍの幅で突出させた正極集電体５および負極集電体７のそれぞれに、厚さ約２００μｍ、幅約４０ｍｍ、長さ３０ｍｍのＡｌ製正極端子電極９、および同一寸法のＮｉ製負極端子電極１０を溶接し、これら正極端子電極９および負極端子電極１０を電池外装３としてのラミネートフィルムに挟み込み、図１（ｂ）に示したようにそれぞれ約２０ｍｍの長さに電池外装３の対向する面から突出させて、正極端子電極１および負極端子電極２とすると共に、これら正極および負極端子電極１、２の周縁部を加熱溶着し、全体を封止することにより約２Ａｈの電池を作製した。
【００３１】
（実施例２）
図１（ｃ）に示したように、正極端子電極１と負極端子電極２を隣り合う２辺から突出させ、正極端子電極１と負極端子電極２が９０°をなすように電池外装３のラミネートフィルムから突出させたこと以外は、上記実施例１と同様に電池を作製した。
【００３２】
（実施例３）
実施例１と同様に電池を作製し、図３（ａ）に示したように、正極端子電極１と負極端子電極２とを捩じり変形させ、電池の平面方向に対してこれら正極端子１および負極端子２がそれぞれ同一の角度を有する端子構造とした。
【００３３】
（実施例４）
実施例１と同様に電池を作製し、図３（ｂ）に示したように、正極端子電極１と負極端子電極２とを捩じり変形させ、電池の平面方向に対してこれら正極端子１および負極端子２がそれぞれ逆の角度を有する端子構造とした。
【００３４】
（実施例５）
実施例１と同様に電池を作製し、図４（ａ）に示したように、端子電極１および２の幅方向の片側端部を電池の上方向に変形させた構造とした。
【００３５】
（実施例６）
実施例１と同様に電池を作製し、図４（ｂ）に示したように、端子電極１および２の幅方向の片側端部を電池の下方向に変形させた構造とした。
【００３６】
（実施例７）
実施例１と同様に電池を作製し、図４（ｃ）に示したように、端子電極１および２の幅方向の片側端部をそれぞれ上下別の方向に変形させた構造とした。
【００３７】
（実施例８）
実施例１と同様に電池を作製し、図５（ａ）に示したように、端子電極１および２の先端部を電池の上方向に変形させた構造とした。
【００３８】
（実施例９）
実施例１と同様に電池を作製し、図５（ｂ）に示したように、端子電極１および２の先端部を電池の下方向に変形させた構造とした。
【００３９】
（実施例１０）
実施例１と同様に電池を作製し、図５（ｃ）に示したように、端子電極１および２の先端部を電池の上下別の方向それぞれ変形させた構造とした。
【００４０】
（実施例１１）
実施例１と同様に電池を作製し、端子電極１および２に、図６（ａ）に示したように電池の長さ方向に山と山の周期が５ｍｍの波状に凹凸を形成した構造とした。
【００４１】
（実施例１２）
実施例１と同様に電池を作製し、端子電極１および２に、図６（ｂ）に示したように電池の幅方向に山と山の周期が９ｍｍの波状に凹凸を形成した構造とした。
【００４２】
（実施例１３）
実施例１と同様に電池を作製し、図７（ａ）に示したように、正極および負極端子電極１および２に電池上面側に凸部がくるように凹凸を形成した。
【００４３】
（実施例１４）
実施例１と同様に電池を作製し、図７（ｂ）に示したように、正極および負極端子電極１および２に電池下面側に凸部がくるように凹凸を形成した。
【００４４】
（実施例１５）
実施例３と同様に電池を作製し、正極端子電極１と負極端子電極２とを捩じり変形させ、図８に示すように、図中左側の冷却風の風上から、水平面に対して０°、１０°、２０°、３０°それぞれ変形させた状態で外部ケース２０内に配置し、組電池とした。このとき、各単電池間の接続にはφ８のリード線を電池間接続リード２１として用いて、ねじ２３により隣り合う電池の端子同士を直列に接続した。
【００４５】
（実施例１６）
図１３に示すように、実施例１５と同様にして作製した組電池を２層に積み重ねると共に、上層側の組電池における正極端子電極１および負極端子電極２を上記のように水平面に対して０°、１０°、２０°、３０°それぞれ変形させると共に、下層側の組電池における正極端子電極１および負極端子電極２を逆方向に０°、−１０°、−２０°、−３０°それぞれ変形させた状態で外部ケース２０内に配置し、各単電池を直列に接続した組電池とした。
【００４６】
（実施例１７）
実施例５と同様に電池を作製し、図９に示したように外部ケース２０内に当該電池を冷却風の流れ方向に沿うように配列すると共に、電池間接続リード２１を介して単電池間を直列に接続して組電池とした。
【００４７】
（実施例１８）
図１４に示すように、上記実施例１７と同様にして作製した組電池を２層に積み重ねると共に、下層側の組電池における正極端子電極１および負極端子電極２の変形方向を上層側の組電池とは反対となるように配置して２段の組電池とした。
【００４８】
（実施例１９）
実施例１１と同様に電池を作製し、正極端子電極１と負極端子電極２とに形成した波形凹凸の振幅が冷却風の風上側から０、１、２、４ｍｍとなるように外部ケース２０内に配置し、各単電池間を接続リード２１により直列に接続することにより、図１０に示したような組電池を得た。
【００４９】
（実施例２０）
実施例１３と同様に電池を作製し、正極端子電極１と負極端子電極２とに形成した凸部１１の数が０、５、８、９個となるように外部ケース２０内に配置し、接続リード２１により各単電池間を直列に接続することにより図１１に示したような組電池を得た。
【００５０】
（実施例２１）
実施例３と同様に作製した電池を外部ケース２０内に４列２段に配置し、電池冷却風を電池制御装置２２に向けて整流できるように、正極端子電極１と負極端子電極２とを水平面に対してそれぞれ２０°変形させることによって電池冷却風により制御装置２２も冷却できるようにし、図１２に示したような組電池を得た。
【００５１】
（比較例）
上記実施例１と同様の正極４、負極６およびセパレータ８を用いて、ラミネートフィルム３、負極６、セパレータ８、正極４の順に積層し、セパレータ８の相対向する位置から１０ｍｍの幅で突出させた正極集電体５および負極集電体７のそれぞれに、厚さ約２００μｍ、幅約１０ｍｍ、長さ３０ｍｍのＮｉ電極端子、および同一寸法のＣｕ製の電極端子を溶接し、これらＮｉおよびＣｕ製の電極端子を電池外装３としてのラミネートフィルムに挟み込み、それぞれ約２０ｍｍの長さに電池外装３の対向する面から突出させて、正極端子電極１および負極端子電極２とすると共に、これら正極および負極端子電極１、２の周縁部を加熱溶着し、全体を封止することにより約２Ａｈの電池を作製した。
【００５２】
〔特性評価〕
実施例１および比較例の電池において、２０Ｃ相当の電流に当たる４０Ａで５秒間放電したのち、５５秒間休止を行うことによって１分間で１サイクルとなる試験を１０サイクル行い、そのときの端子電極の温度上昇を測定した。その結果を図１５に示す。この結果から明らかなように、幅の広い電極とすることによって端子電極の温度上昇が抑えられていることが判る。
【００５３】
さらに、実施例１から実施例１４、および比較例の電池に対して、２０Ｃ相当の電流に当たる４０Ａで５秒間の放電を行った際の温度上昇を測定した。その結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
表１の結果から明らかなように、端子電極を変形させ冷却風の整流効果をもたせることで、さらに端子電極の温度上昇を抑えることができ、電池の寿命を向上させることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、本発明によれば幅の広い端子電極を直接電池外装から突出させることによって、大電流を取り出しても端子電極での温度上昇を十分抑えることができる。また直接電池外装から突出させた端子電極を電池の長さ方向、幅方向もしくはその両方向に３次元的に変形可能な金属として、当該端子電極を適当な方向に変形させたり、凹凸を設けたりして冷却風を整流することにより端子電極および電池本体の温度上昇を抑えることができ、電池の寿命を格段に向上させることができるという極めて優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ） 本発明に係わる電池の一実施形態を示す断面説明図である。
（ｂ） 図１（ａ）に示した電池の外観を示す平面図である。
（ｃ） 本発明に係わる電池の他の実施形態を示す平面図である。
【図２】本発明に係わる電池の別の実施形態を示す断面説明図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は本発明に係わる電池の実施形態として端子電極を捩じり変形した例を示す説明図である。
【図４】（ａ）（ｂ）および（ｃ）は本発明に係わる電池の他の実施形態として端子電極の片側側縁をその表面側あるいは裏面側に変形した例を示す説明図である。
【図５】（ａ）（ｂ）および（ｃ）は本発明に係わる電池のさらに他の実施形態として端子電極の先端部をその表面側あるいは裏面側に変形した例を示す説明図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は本発明に係わる電池のさらに他の実施形態として端子電極にその突出方向あるいは幅方向に波形の凹凸を形成した例を示す説明図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は本発明に係わる電池のさらに他の実施形態として端子電極の表面あるいは裏面に突起状の凹凸を形成した例を示す説明図である。
【図８】図３（ａ）に示した電池からなる組電池の一例を示す概略説明図である。
【図９】図４（ａ）に示した電池からなる組電池の一例を示す概略説明図である。
【図１０】図６（ａ）に示した電池からなる組電池の一例を示す概略説明図である。
【図１１】図７（ａ）に示した電池からなる組電池の一例を示す概略説明図である。
【図１２】図８に示した組電池を２段に配列して冷却風を電池制御回路に向けて整流するようにした組電池の例を示す概略説明図である。
【図１３】図８に示した組電池を２段に配列した組電池の一例を示す概略説明図である。
【図１４】図９に示した組電池を２段に配列した組電池の一例を示す概略説明図である。
【図１５】実施例１および比較例の電池について放電−休止サイクル試験を行った時の端子電極の温度上昇測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１（９） 正極端子電極
２（１０） 負正極端子電極
３ 電池外装
４ 正極
５ 正極集電体
６ 負極
７ 負極集電体
８ セパレータ
１１ 凹凸
２０ 外部ケース
Claims (17)
- 金属と高分子材料との複合ラミネートフィルムからなり、略矩形状をなす電池外装と、
該電池外装内に収納され、略矩形状をなす正極集電体に接続された複数の正極と、同じく略矩形状をなす負極集電体に接続された複数の負極とがセパレータを介して交互に、かつこれら正極、負極およびセパレータのそれぞれ全てが互いに独立して積層されてなる発電部と、
前記正極および負極集電体とそれぞれ略同一の幅寸法を備え、略矩形状をなす前記電池外装の相異なる一辺側からそれぞれ突出する各々１つの正極および負極端子電極を有する電池であって、
前記正極および負極端子電極は発電部から離間し、かつ電池外装内において前記正極および負極集電体とそれぞれ電気的に接続され、各々先端部が電池外装外に取り出されていることを特徴とする電池。 - 金属と高分子材料との複合ラミネートフィルムからなり、略矩形状をなす電池外装と、
該電池外装内に収納され、略矩形状をなす正極集電体を備えた正極と、同じく略矩形状をなす負極集電体を備えた負極とがセパレータを介して交互に積層されてなる発電部と、
前記正極および負極集電体とそれぞれ略同一の幅寸法を備え、略矩形状をなす前記電池外装の相異なる一辺側からそれぞれ突出する正極および負極端子電極を有する電池であって、
前記正極および負極端子電極は、前記正極および負極集電体のそれぞれ端部同士を重ねた状態で直接電池外装からそれぞれ突出させてなるものであることを特徴とする電池。 - 金属と高分子材料との複合ラミネートフィルムからなり、略矩形状をなす電池外装と、
該電池外装内に収納され、略矩形状をなす正極集電体を備えた正極と、同じく略矩形状をなす負極集電体を備えた負極とがセパレータを介して交互に積層されてなる発電部と、
前記正極および負極集電体とそれぞれ略同一の幅寸法を備え、略矩形状をなす前記電池外装の相異なる一辺側からそれぞれ突出する正極および負極端子電極を有する電池であって、
前記正極および負極集電体は、他の集電体よりも厚さ寸法が大きい集電体をそれぞれ少なくとも１枚備え、当該厚肉集電体がそれぞれ正極および負極端子電極として電池外装からそれぞれ突出していると共に、電池外装内において当該正極および負極端子電極用厚肉集電体に他の正極および負極集電体がそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする電池。 - 前記端子電極が３次元的に変形可能な金属からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電池。
- 端子電極の電池外装からの突出部分が突出方向の中心軸回りに捩じり変形させてあることを特徴とする請求項４記載の電池。
- 端子電極の電池外装からの突出部分の左右側縁部のいずれか一方が端子電極の表面側あるいは裏面側に変形させてあることを特徴とする請求項４記載の電池。
- 端子電極の電池外装からの突出部分が端子電極の表面側あるいは裏面側に変形させてあることを特徴とする請求項４記載の電池。
- 端子電極の電池外装からの突出部分に、その長さ方向もしくは幅方向に波形の凹凸が形成してあることを特徴とする請求項４記載の電池。
- 端子電極の電池外装からの突出部分に凹凸が形成してあることを特徴とする請求項４記載の電池。
- 請求項１ないし９のいずれかに記載の電池を少なくとも２個以上外部ケース内に設置してなることを特徴とする組電池。
- 請求項５記載の電池を少なくとも２個以上外部ケース内に設置してなる組電池において、端子電極の捩じり角度が電池冷却風の風上から風下に行くほど大きくしてあることを特徴とする組電池。
- 請求項６記載の電池を少なくとも２個以上外部ケース内に設置してなる組電池において、端子電極の変形量が電池冷却風の風上から風下に行くほど大きくしてあることを特徴とする組電池。
- 請求項８記載の電池を少なくとも２個以上外部ケース内に設置してなる組電池において、端子電極に形成された波形凹凸の振幅量あるいは振幅数が電池冷却風の風上から風下に行くほど大きくしてあることを特徴とする組電池。
- 請求項９記載の電池を少なくとも２個以上外部ケース内に設置してなる組電池において、端子電極に形成された凹凸の数が電池冷却風の風上から風下に行くほど増加させてあることを特徴とする組電池。
- 請求項１１ないし１４のいずれかに記載の組電池を縦方向に少なくとも２段積層してなることを特徴とする組電池。
- 請求項１１ないし１４のいずれかに記載の組電池を水平方向に少なくとも２列並列させてなることを特徴とする組電池。
- 請求項１１ないし１４のいずれかに記載の組電池を縦方向および水平方向にそれぞれ少なくとも２組配設してなることを特徴とする組電池。
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