JP2002231297A

JP2002231297A - 組電池

Info

Publication number: JP2002231297A
Application number: JP2001020328A
Authority: JP
Inventors: Takeyoshi Munenaga; 剛良胸永; Tetsuzo Kojima; 哲三小島; Takeshi Shimozono; 下薗　　武司; Takehito Matsubara; 岳人松原
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2002-08-16
Anticipated expiration: 2021-01-29
Also published as: JP4826686B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電池ケース内の発電要素１を固定することに
より、この発電要素１の正極１ａや負極１ｂの金属箔が
集電接続体２との接続固定部分で破断するのを防止する
ことができる組電池を提供する。【解決手段】４個の発電要素１と電池ケースとの間隙
に発泡樹脂シート６，７を挿入した。また、これらの発
電要素１の側面に樹脂シート９を巻き付けて締め付け固
定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、長円筒形の巻回型
の発電要素を複数個接続して電池ケースに収納した組電
池に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車等に用いられる大型のリチウ
ムイオン二次電池の構成例を図６に示す。このリチウム
イオン二次電池は、長円筒形の発電要素１を４個密着し
て並べ並列接続したものである。各発電要素１は、図７
に示すように、正極１ａと負極１ｂをセパレータ１ｃを
介して長円筒形に巻回したものである。正極１ａは、集
電体となる帯状のアルミニウム箔１ｄの表面に正極活物
質を担持させ、負極１ｂは、集電体となる帯状の銅箔１
ｅの表面に負極活物質を担持させている。ただし、これ
らの正極１ａと負極１ｂは、それぞれ帯状の片方の側端
部に活物質を塗布しない未塗工部を設けておき、この未
塗工部でアルミニウム箔１ｄと銅箔１ｅが露出するよう
にしている。そして、これらの正極１ａと負極１ｂは、
発電要素１の巻回の際に、巻回軸に沿って互いに反対方
向にずらすことにより、長円筒形の一方の端面には正極
１ａの側端部のアルミニウム箔１ｄのみがはみ出し、他
方の端面には負極１ｂの側端部の銅箔１ｅのみがはみ出
すようにしている。

【０００３】上記４個の発電要素１は、図６に示すよう
に、長円筒形の平坦な側面同士を隣合わせて並べられ
る。そして、これらの発電要素１の両端面部にそれぞれ
配置された波板状の集電接続体２に、各発電要素１から
はみ出した正極１ａのアルミニウム箔や負極１ｂの銅箔
を接続するようになっている。集電接続体２は、金属の
平板を波板状の凹凸に成形し、これを２枚端部で合わせ
ると共に、この合わせ部の上端に端子３を接続固定した
ものである。そして、正極端子３の側の集電接続体２
は、波板状の各凹部に発電要素１の一方の端面からはみ
出した正極１ａのアルミニウム箔を挟み込んで超音波溶
接により接続固定し、負極端子３の側の集電接続体２
は、波板状の各凹部に発電要素１の他方の端面からはみ
出した負極１ｂの銅箔を挿入して超音波溶接により接続
固定している。

【０００４】上記４個の発電要素１は、図示しない金属
製の筐体の電池ケースに収納される。この際、正極端子
３と負極端子３の上端部は、絶縁封止材を介してこの電
池ケースを貫通し外部に突出するようになっている。そ
して、この電池ケースの内部に電解液が充填されること
によりリチウムイオン二次電池となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記リチウ
ムイオン二次電池は、電池ケースに振動や衝撃が加わる
と、４個の発電要素１がこの電池ケース内で位置がずれ
たり移動しようとするので、正極１ａや負極１ｂの金属
箔が電池ケースに固定された集電接続体２に接続される
接続固定部分に力が集中し、この金属箔が強い引っ張り
応力や繰り返しの曲げ応力によって破断するおそれがあ
るという問題があった。特に、大型のリチウムイオン二
次電池では、各発電要素１の重量が重くなるので、正極
１ａや負極１ｂの金属箔に加わる力が大きくなる。

【０００６】本発明は、かかる事情に対処するためにな
されたものであり、電池ケース内の発電要素を固定する
ことにより、この発電要素の電極が集電接続体との接続
固定部分で破断するのを防止することができる組電池を
提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、長円
筒形に巻回した複数個の発電要素の巻回軸線を水平方向
に配置すると共に、これらの発電要素を並列に接続して
電池ケース内に収納した組電池において、これらの発電
要素と電池ケースとの間隙の全部又は一部に絶縁充填材
を充填したことを特徴とする。

【０００８】請求項１の発明によれば、複数個の発電要
素と電池ケースとの間隙に絶縁充填材が充填されること
により、これらの発電要素が電池ケース内で位置がずれ
たり移動するのを抑制することができるので、この電池
ケースが振動や衝撃を受けた場合にも、発電要素の電極
が接続固定部分で受けるストレスを軽減し破断に至るの
を防止することができるようになる。絶縁充填材は、発
電要素と電池ケースの間隙全てに充填することもできる
が、一部にのみ充填した場合にも、この絶縁充填材が発
電要素を圧迫したり固着して支持するようになっていれ
ば、これによって全ての方向への移動を抑制することが
できるようになる。

【０００９】請求項２の発明は、長円筒形に巻回した複
数個の発電要素の巻回軸線を水平方向にして長円筒形の
平坦な側面同士を隣り合わせると共に、これらの発電要
素を並列に接続して電池ケース内に収納した組電池にお
いて、これらの発電要素を締め付け部材で締め付け固定
したことを特徴とする。

【００１０】請求項２の発明によれば、複数個の発電要
素が締め付け部材によって締め付け固定され一体化され
ることにより、個々の発電要素が自由に電池ケース内で
位置をずらしたり移動するのを抑制するだけでなく、こ
れらの発電要素が一体となって移動する際にも、その移
動量を抑制することができるので、この電池ケースが振
動や衝撃を受けた場合に、これらの発電要素の電極が接
続固定部分で受けるストレスを軽減し破断に至るのを防
止することができるようになる。

【００１１】請求項３の発明は、前記複数個の発電要素
の間に板状又はシート状の熱伝導材を挿入したことを特
徴とする。

【００１２】請求項３の発明によれば、電池ケース内に
収納された複数個の発電要素で発生した熱をこれらの間
に挿入した熱伝導材を通じて電池ケースの内面部に伝え
ることができるので、この電池の放熱を円滑に行なうこ
とができるようになる。特に、熱伝導材が電池ケースの
内面に接触している場合には、この放熱効果がより高ま
る。発電要素と電池ケースとの間隙に絶縁充填材が充填
される場合には、この絶縁充填材が断熱材となって発電
要素から電池ケースへの熱伝導を妨げるおそれがある。
また、これらの発電要素が締め付け部材によって締め付
け固定される場合も、同様にこの締め付け部材が熱伝導
を妨げるおそれがある。しかしながら、発電要素の間に
熱伝導材を挿入しておけば、これら絶縁充填材や締め付
け部材の断熱作用によって発電要素の温度が異常に上昇
するのを防止することができる。

【００１３】請求項４の発明は、前記各発電要素の巻芯
部に板状又はシート状の熱伝導材を配したことを特徴と
する。

【００１４】請求項４の発明によれば、電池ケース内に
収納された複数個の発電要素で発生した熱をこれらの発
電要素の巻芯部に配された熱伝導材を通じて電池ケース
の内面部に伝えることができるので、この電池の放熱を
円滑に行なうことができるようになる。特に、熱伝導材
が電池ケースの内面に接触している場合には、この放熱
効果がより高まる。発電要素と電池ケースとの間隙に絶
縁充填材が充填される場合には、この絶縁充填材が断熱
材となって発電要素から電池ケースへの熱伝導を妨げる
おそれがある。また、これらの発電要素が締め付け部材
によって締め付け固定される場合も、同様にこの締め付
け部材が熱伝導を妨げるおそれがある。しかしながら、
発電要素の巻芯部に熱伝導材を配しておけば、これら絶
縁充填材や締め付け部材の断熱作用によって発電要素の
温度が異常に上昇するのを防止することができる。な
お、発電要素は、この熱伝導材を巻芯として巻回を行な
ってもよいし、巻回後にこの熱伝導材を巻芯部に挿入す
るようにしてもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１６】図１〜図２は本発明の第１実施形態を示す
ものであって、図１はリチウムイオン二次電池の構造を
示す縦断面斜視図、図２はリチウムイオン二次電池の構
造を説明するための分解斜視図である。なお、図６〜図
７に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同
じ番号を付記する。

【００１７】本実施形態は、従来例と同様に、電気自動
車等に用いられる大型のリチウムイオン二次電池につい
て説明する。このリチウムイオン二次電池は、図２に示
すように、長円筒形の発電要素１を巻回軸線が水平方向
を向くように配置して４個密着して並べ並列接続したも
のである。各発電要素１は、従来例と同じ構成であり、
長円筒形の一方の端面からはみ出した正極１ａの側端部
のアルミニウム箔は、アルミニウム合金製の集電接続体
２の波板状の凹部に挟み込まれて超音波溶接により接続
固定され、他方の端面からはみ出した負極１ｂの側端部
の銅箔は、銅合金製の集電接続体２の波板状の凹部に挟
み込まれて超音波溶接により接続固定されている。ま
た、これらの集電接続体２の中央部の上方には、それぞ
れ端子３が接続固定されている。

【００１８】上記４個の発電要素１は、金属製の筐体の
電池缶４に収納される。この際、電池缶４の底には、発
泡樹脂シート６が予め敷き詰められ、この上に発電要素
１が乗るようになっている。また、この電池缶４に収納
された４個の発電要素１の上にも、図１に示すように、
別の発泡樹脂シート７が載置される。そして、この電池
缶４の上端開口部に封口板５を嵌め込んで、発泡樹脂シ
ート６，７を圧迫した状態で、溶接により電池缶４に封
止固着する。

【００１９】発泡樹脂シート６，７は、ポリエチレン
（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）を発泡させて厚いシ
ート状にしたものであり、封口板５が固着されることに
より、電池缶４と封口板５からなる電池ケースと４個の
発電要素１との上下の間隙に圧迫されて充填されること
になる。端子３は、この発泡樹脂シート７を貫通すると
共に封口板５も貫通して上方に突出し、絶縁封止材８を
介してこの封口板５に絶縁封止固定される。

【００２０】上記構成のリチウムイオン二次電池は、電
池缶４と封口板５とからなる電池ケースの内部で、４個
の発電要素１の湾曲した側面が、圧迫された発泡樹脂シ
ート６，７の弾性によって上下方向に支持されるので、
外部からの力によってこれらの発電要素１が電池ケース
内で上下方向に位置ずれしたり移動するのを抑制するこ
とができる。また、これらの発電要素１は、発泡樹脂シ
ート６，７によって上下方向から挟持されて支持された
状態となるので、左右方向や前後方向の位置ずれや移動
も抑制される。従って、電池ケースに振動や衝撃が加わ
った場合にも、端子３を介して封口板５に固定された集
電接続体２に接続固定される発電要素１の端面からはみ
出した正極１ａや負極１ｂの金属箔に強い応力が加わり
この金属箔が破断するのを防止することができる。

【００２１】なお、上記実施形態では、絶縁充填材とし
て、ポリエチレンやポリプロピレンを発泡させた発泡樹
脂シート６，７を用いたが、電解液に対して安定なもの
であれば他の発泡樹脂を用いることもできる。しかも、
この絶縁充填材は、予め発泡させた発泡樹脂を挿入して
充填するのではなく、電池ケース内で発泡させて発電要
素１との間に充填するようにしてもよい。また、発泡樹
脂に限らず、弾性のある樹脂等を用いることもできる。
さらに、エポキシ樹脂等のように、電池ケースと発電要
素１との間に充填して硬化させたものであってもよい。
もっとも、絶縁充填材に弾性体を用いた場合には、発電
要素１を強い衝撃から保護するクッションの役割を果た
すこともできる。

【００２２】また、上記実施形態では、絶縁充填材を電
池ケースと発電要素１の上下との間に充填する場合につ
いて説明したが、左右や前後にも充填することができ、
この左右や前後だけに充填してもよい。さらに、例えば
上下のいずれか一方にのみ充填して他方は発電要素１を
直接電池ケースの内面に当接させるようにすることもで
きる。ただし、本実施形態の場合には、発電要素１の左
右方向では、両端の発電要素１しか直接支持することが
できず、前後方向の場合には、集電接続体２に遮られて
発電要素１を十分に支持することができないので、４個
の発電要素１の湾曲した側面をそれぞれ確実に支持する
ことができる上下方向への充填が最も効果的である。

【００２３】図３は本発明の第２実施形態を示すもので
あって、図３は樹脂シートによって締め付け固定された
４個の発電要素を示す斜視図である。なお、図１〜図２
に示した第１実施形態と同様の機能を有する構成部材に
は同じ番号を付記する。

【００２４】本実施形態は、第１実施形態と同様の構成
の大型のリチウムイオン二次電池について説明する。こ
のリチウムイオン二次電池は、図３に示すように、長円
筒形の発電要素１を４個密着して並べ並列接続したもの
である。各発電要素１の構成や、ここでは図示しない波
板状の集電接続体２を介した端子３との接続構造、及
び、電池缶４と封口板５からなる電池ケースに収納され
る構造も第１実施形態と同じである。ただし、発泡樹脂
シート６，７等の絶縁充填材は、充填してもよいし、充
填しなくてもよい。

【００２５】上記４個の発電要素１は、これらの側面の
周囲に樹脂シート９を巻き付けて締め付け固定されてい
る。樹脂シート９は、電解液に対して安定なポリプロピ
レン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰ
Ｓ）、又は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等
のシート材が好適である。この樹脂シート９は、４個の
発電要素１の側面の周囲にテンションを加えながら巻き
付けることにより締め付け、端部を熱融着等によって止
め付ける。また、この樹脂シート９の幅は、発電要素１
のセパレータ１ｃと同程度にできるだけ広い方が好まし
い。

【００２６】４個の発電要素１が樹脂シート９によって
締め付け固定されていなかったとすると、外部から振動
や衝撃を受けた場合に、これらの発電要素１が個々に電
池ケース内で勝手な方向に移動して相対的な位置ずれが
大きくなり、集電接続体２との接続固定部分に大きな応
力が加わることによって、正極１ａや負極１ｂの金属箔
が破断し易くなる。しかし、上記構成のリチウムイオン
二次電池は、４個の発電要素１が樹脂シート９によって
締め付け固定されているので、この正極１ａや負極１ｂ
の金属箔が破断するおそれを小さくすることができるよ
うになる。即ち、個々の発電要素１がばらばらであれ
ば、これらがそれぞれ電池ケース内の勝手な方向に大き
く移動する可能性があるが、４個の発電要素１が一体化
して移動する場合には、電池ケース内のスペースに限り
があるため、大幅な移動は困難になる。しかも、樹脂シ
ート９が４個の発電要素１と電池ケースとの間で充填材
の役割を果たし、これらの発電要素１の電池ケース内で
の移動をさらに抑制することができる。

【００２７】また、４個の発電要素１が樹脂シート９に
よって締め付け固定されると、各発電要素１の正極１ａ
と負極１ｂを均一に圧迫することができるので、リチウ
ムイオン二次電池の膨潤を抑制することができる。従来
は、発電要素１を電池ケースに収納した後に、この電池
ケースに窪みを付けて、外部からこれらの発電要素１を
圧迫する場合があったが、このような窪みでは、各発電
要素１の正極１ａと負極１ｂへの圧迫が不均一になり、
電池の膨潤を十分に抑制することができなかった。

【００２８】なお、上記実施形態では、締め付け部材で
ある樹脂シート９の端部を熱溶着等によって固着する場
合について説明したが、この樹脂シート９に粘着テープ
を用いれば、このような端部の固着は不要となる。ま
た、上記実施形態では、締め付け部材として幅広の樹脂
シート９を用いる場合について説明したが、幅の狭いテ
ープ材を徐々にずらして何周にもわたって巻き付けた
り、複数のテープ材を位置をずらして全体に巻き付ける
ことにより、これらの発電要素１の側面全体を締め付け
固定するようにしてもよい。さらに、この締め付け部材
は、樹脂が伸びたときの弾性を利用して締め付けを行な
うようにしてもよいし、伸びのないシート材をテンショ
ンを加えた状態で巻き付けることにより締め付けるよう
にしてもよい。また、この締め付け部材は、シート材や
テープ材を巻き付ける代わりに、弾性のあるチューブを
被せて圧迫したり、熱収縮性チューブを被せて加熱収縮
させたものを用いることもできる。さらに、この締め付
け部材は、樹脂製のような絶縁材ではなく、導電性のシ
ート材を用いることもできる。ただし、導電性の締め付
け部材を用いる場合には、各発電要素１のセパレータ１
ｃの上だけに巻き付けるようにしたり、各発電要素１又
は４個の発電要素１の側面全体を絶縁シートで覆った後
に巻き付けるようにする必要がある。

【００２９】図４〜図５は本発明の第３実施形態を示す
ものであって、図４は間に熱伝導シートを挟み込んだ４
個の発電要素を示す斜視図、図５は各巻芯部に熱伝導シ
ートを挿入した４個の発電要素を示す斜視図である。な
お、図１〜図３に示した第１実施形態や第２実施形態と
同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。

【００３０】本実施形態は、第１実施形態や第２実施形
態と同様の構成の大型のリチウムイオン二次電池につい
て説明する。このリチウムイオン二次電池は、図４に示
すように、長円筒形の発電要素１を４個密着して並べ並
列接続したものである。各発電要素１の構成や、ここで
は図示しない波板状の集電接続体２を介した端子３との
接続構造、及び、電池缶４と封口板５からなる電池ケー
スに収納される構造も第１実施形態や第２実施形態と同
じである。ただし、このリチウムイオン二次電池は、少
なくとも第１実施形態で示した発泡樹脂シート６，７等
の絶縁充填材を充填しているか、又は、第２実施形態で
示した樹脂シート９等の締め付け部材で締め付け固定し
ている。

【００３１】上記各発電要素１の間には、熱伝導シート
１０が挟み込まれている。熱伝導シート１０は、熱伝導
性のよい高密度ポリエチレン（ＰＥ）等の樹脂シート材
からなる。また、これらの熱伝導シート１０は、熱が電
池ケースを介して外部に伝わり易くなるように、端部が
この電池ケースの内面に接触していることが好ましい。
このため、熱伝導シート１０の端部を余分に長くして、
常に電池ケースの内面に触れているようにしてもよい
し、この端部を電池ケースの内面に溶着させたり接着す
るようにしてもよい。さらに、この熱伝導シート１０
は、、十分な熱量を伝えることができるように、ある程
度の厚さを有することが好ましく、柔軟性のある樹脂シ
ート材ではなく硬い樹脂板を用いることもできる。ま
た、このような樹脂シート材や樹脂板に代えて、金属板
を用いることもできる。ただし、金属板を用いる場合に
は、この金属板を絶縁材で覆う等して絶縁を施す必要が
生じることもある。

【００３２】４個の発電要素１を並べて配置したリチウ
ムイオン二次電池は、並びの中央に配置された２個の発
電要素１で発生した熱が両側の発電要素１に遮られて放
熱され難くなるので、電池異常時等に、この中央の発電
要素１の温度のみが高くなりすぎることがあり、これに
よって両側の発電要素１よりも電池寿命が短くなる傾向
があった。しかも、電池ケースに発泡樹脂シート６，７
等の絶縁充填材を充填している場合や発電要素１を樹脂
シート９等の締め付け部材で締め付け固定している場合
には、これらの絶縁充填材や締め付け部材が断熱材とし
て機能するために、特にこの傾向が強かった。しかし、
上記構成のリチウムイオン二次電池によれば、各発電要
素１の間に挟み込まれた熱伝導シート１０がこれらの発
電要素１で発生した熱を金属製の電池ケースに効率よく
伝えて外部に放熱させることができるので、中央に配置
された発電要素１の温度だけが高くなり電池寿命が短く
なるのを防止することができる。

【００３３】なお、上記実施形態では、各発電要素１の
間に熱伝導シート１０を挟み込む場合について説明した
が、図５に示すように、発電要素１の巻芯部に熱伝導シ
ート１０を配してもよく、これらの双方に熱伝導シート
１０を配置することもできる。

【００３４】また、上記第１〜第３の実施形態では、波
板状の集電接続体２を用いて発電要素１の正極１ａや負
極１ｂと端子３との間を接続する場合について説明した
が、この接続構造は任意である。特に第３実施形態のよ
うに各発電要素１の間や巻芯部に熱伝導シート１０を配
置する場合、この熱伝導シート１０の端部を波板状の集
電接続体２が前後方向に遮ることになるので、他の構造
の集電接続体２を用いることが好ましい。

【００３５】また、上記第１〜第３の実施形態では、発
電要素１を４個並べたリチウムイオン二次電池について
説明したが、この発電要素１の個数は任意であり、長円
筒形に巻回した複数個の発電要素１を用いる組電池であ
れば、リチウムイオン二次電池に限定されることもな
い。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の組電池によれば、複数個の発電要素が電池ケース内で
自由に移動するのを抑制することができるので、この電
池ケースが振動や衝撃を受けた場合にも、発電要素の電
極が接続固定部分で受けるストレスを軽減し破断に至る
のを防止することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示すものであって、リ
チウムイオン二次電池の構造を示す縦断面斜視図であ
る。

【図２】本発明の第１実施形態を示すものであって、リ
チウムイオン二次電池の構造を説明するための分解斜視
図である。

【図３】本発明の第２実施形態を示すものであって、樹
脂シートによって締め付け固定された４個の発電要素を
示す斜視図である。

【図４】本発明の第３実施形態を示すものであって、間
に熱伝導シートを挟み込んだ４個の発電要素を示す斜視
図である。

【図５】本発明の第３実施形態を示すものであって、各
巻芯部に熱伝導シートを挿入した４個の発電要素を示す
斜視図である。

【図６】従来例を示すものであって、リチウムイオン二
次電池の構造を説明するための発電要素と端子との接続
構造を示す分解斜視図である。

【図７】従来例を示すものであって、発電要素の構造を
説明するための斜視図である。

【符号の説明】

１発電要素１ａ正極１ｂ負極２集電接続体３端子６発泡樹脂シート７発泡樹脂シート８絶縁封止材９樹脂シート１０熱伝導シート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者下薗武司京都府京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町１番地日本電池株式会社内 (72)発明者松原岳人京都府京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町１番地日本電池株式会社内Ｆターム(参考） 5H028 AA07 AA08 BB03 CC12 CC21 CC22 CC26 EE01 EE06 5H031 AA08 AA09 EE01 KK01 KK06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長円筒形に巻回した複数個の発電要素の
巻回軸線を水平方向に配置すると共に、これらの発電要
素を並列に接続して電池ケース内に収納した組電池にお
いて、これらの発電要素と電池ケースとの間隙の全部又は一部
に絶縁充填材を充填したことを特徴とする組電池。
【請求項２】長円筒形に巻回した複数個の発電要素の
巻回軸線を水平方向にして長円筒形の平坦な側面同士を
隣り合わせると共に、これらの発電要素を並列に接続し
て電池ケース内に収納した組電池において、これらの発電要素を締め付け部材で締め付け固定したこ
とを特徴とする組電池。
【請求項３】前記複数個の発電要素の間に板状又はシ
ート状の熱伝導材を挿入したことを特徴とする請求項１
又は２に記載の組電池。
【請求項４】前記各発電要素の巻芯部に板状又はシー
ト状の熱伝導材を配したことを特徴とする請求項１，２
又は３に記載の組電池。