JP2004087146A

JP2004087146A - 電池パック

Info

Publication number: JP2004087146A
Application number: JP2002242627A
Authority: JP
Inventors: Koji Murai; 村井　剛次
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】生体に対する負担の少ない形状を有し、また、生体が拒否反応を起こしにくく、さらには、容積エネルギー密度の高い電池パックを提供することを目的とする。
【解決手段】外に向かって凸となる曲面で実質的に形成されてなる形状を備え、その外表面が生体適合性を有する材料で形成されてなる容器と、形状の異なる複数の電池とを備え、前記容器内の空き空間が極小となるように前記複数の電池を前記容器内に装填してなることを特徴とする電池パック。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池パックに関し、さらに詳しくは、例えば、生体に埋設される電動医療機器の電源として生体内に埋設して使用され、良好な生体適合性と、高い容積エネルギー密度を有する電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に単電池は、円筒形、角形、扁平な円盤形、扁平角形、カード形等の様々の形状を有する。例えば、円筒形をしたリチウムイオン二次電池、角形リチウムイオン二次電池、扁平な長方形をしたラミネートフィルム外装形リチウムイオン電池等が市販されている。又、このような単電池の一つ又は複数を一つの容器に収容してなる電池パック、又はこのような単電池と保護回路及び電池残量検出回路等とを一つの容器に組み込んでなる電池パックが、家庭電化製品に採用されている。
【０００３】
また近年においては、人工膵臓等を駆動するために体内埋め込み型の電池パックが要望されている。しかしながら、現在のところ、体内埋め込み型の電池パックは、未だ見あたらない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、生体内に埋め込むことができ、しかも生体に対する負担の少ない形状を有し、また、生体が拒否反応を起こしにくく、さらには、容積エネルギー密度の高い電池パックを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の手段は、外に向かって凸となる曲面のみで実質的に形成されてなる形状を備え、その外表面が生体適合性を有する材料で形成されてなる容器と、形状の異なる複数の電池とを備え、前記容器内の空き空間が極小となるように前記複数の電池を前記容器内に装填してなることを特徴とする電池パックであり、
この電池パックの好適な態様では、前記電池が、リチウムイオン二次電池であり、また、前記生体適合性を有する材料がチタンである。
【０００６】
この電池パックは生体埋め込み用電池パックとしての使用が最適である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
前記外に向かって凸となる曲面のみで実質的に形成されてなる形状には、外面のどの部分をとっても外に向かって湾曲している形状、例えば、球形、楕円体形が含まれる。本発明における電池パックの容器の形状は、球形、楕円体形のように必ずしも対称形である必要はなく、上下、左右に異なる形状であってもよい。上記形状を有することにより、電池パックの容器は、角部や広い平坦部が存在しないので、生体内に電池パックを埋設した場合にも角部によって生体が傷付けられたり、違和感が生じたりすることがなく、生体に負担を与えない。また、電池パックの表面と生体組織との間に隙間が生じにくくなり、腹水等の体液が隙間に溜まりにくくなる。
【０００８】
また、本発明における電池パックの容器の形状は、外に向かって凸となる曲面を有するので、内に向かって凹みを有する瓢箪型、雪だるま型、ドーナツ型形状等は除外される。上記形状の場合も生体内において、違和感を生じさせたり、生体組織との間に隙間を生じたりしやすいので、好ましくない。
【０００９】
尚、ここで、「実質的に形成」とは、前記容器が２以上の部材を組み合わせてなる場合等に、各部材の結合部において形成される可能性がある平坦部分、凹み部分を除外して、全体として、外に向かって凸であることを意味する。
【００１０】
したがって、容器が、蓋と容器本体のように２以上の部材から形成される場合、部材同士の合わせ目部分に平坦部分や凹む部分が一部生じる場合があるが、全体として前記外に向かって凸となる曲面が形成されていればよい。
【００１１】
また本発明の電池パックにおける容器は、生体組織との間に隙間が生じない限りにおいて、前記結合部以外に、平坦部分を一部含んでいても良い。例えば、容器が、平坦部分と外に向かって凸となる曲面とを組み合わせた外形を有していても良い。この場合、容器の外面積に対する平坦部分面積が２０％以下であることが望ましい。
【００１２】
以上を総括すると、外に向かって凸となる曲面のみで実質的に形成されてなる形状を有する電池パックは、製造上の必然性により平坦部分、凹部及び角部等が含まれているとしても電池パックの表面と生体組織との間で体液が浸潤するほどの空間を生じさせない程度の前記非曲面部を有することを許容する。
【００１３】
前記生体適合性を有する材料としては、鋭利な部分が存在することにより、生体に局所圧迫を与えず、異物に対して生体が拒否反応を起こさない材料であることが好ましく、例えば生体適合性のある高分子及び金属等を挙げることができる。
【００１４】
生体適合性のある高分子としては、ポリカーボネート、シリコン、（メタ）アクリロイルオキシ）低級アルキルホスホリルコリン等を挙げることができる。
【００１５】
また、生体適合性のある金属等としては、チタン、金等の金属、ステンレス等の合金を挙げることができる。中でも純チタン（純度９９．３％以上）は生体適合性だけでなく、密度が小さく、強度が大きいという利点を有するので最も好ましい。
【００１６】
本発明の電池パックの容器は、容器全体を生体適合性材料で形成することもできるが、必ずしも容器全体が生体適合性を有する材料で形成されている必要はない。少なくとも生体組織と接触するその表面が生体適合性を有する材料で形成されていればよい。したがって、容器本体は、生体適合性を有しない一般の金属、高分子等で形成され、容器本体の表面に、生体適合性を有する金属、合成樹脂等で形成された生体適合性皮膜が形成されてなるものであってもよい。表面への生体適合性皮膜を形成する方法として、例えば、めっき、スパッタリング、金属溶射等を挙げることができる。
【００１７】
前記電池としては、公知のいずれの電池を使用することもできるが、中でも、重量エネルギー密度、容積エネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池が好ましい。リチウムイオン二次電池は、電解質がポリマーであるポリマー型、溶液である溶液型があるが、いずれであってもよい。形状の自由度や液漏れしにくい点を考慮するとポリマー型が好ましい。電池の形状はとくに制限はないが、カード型、円盤型、円筒型、扁平角形、角形等を挙げることができる。
【００１８】
ここで、「形状が異なる」とは、幾何学的な合同でないことを意味し、例えば同じカード型形状であっても大きさが異なる相似形の単電池同士の場合は、異なる形状の単電池である。
【００１９】
尚、形状が異なる複数の単電池が装填されていれば、形状の同じ複数の電池がその中に含まれていても良い。また各単電池の放電容量は、異なっていても、同じであっても良い。もっとも、直列に接続された複数の電池を容器内に装填する場合には、それら複数の電池は実質的に同じ容量を有することが望ましく、また、並列に接続された複数の電池を容器内に装填する場合には、負荷特性が大きく異ならない限りそれら複数の電池の容量が相違していても良い。本発明においては、容器の内表面の曲線に合わせて、形状の異なる複数の単電池を容器の内部に装填するので、容器内の空き空間を小さくすることができる。容器に装填される電池の数、形状、大きさ等は、容器の形状に応じて適宜選択することができる。
【００２０】
【実施例】
次に、実施例、比較例により本発明の電池パックについて説明する。図１に本発明の電池パックの構造を模式的に示した実施例１の断面図を示す。実施例１の電池パック１の容器２は、断面が楕円形であり、上から見た場合は、円形の形状を有する。したがって、その外形において角部及び平坦部を有しないので、生体内に埋設させた場合に、生体に負担をかけにくい。容器２の内部空間３内には、直径の大きい円盤状の単電池４が２枚と、単電池４よりも直径の小さい円盤状の単電池５が２枚収容されている。楕円の長軸に近い部分に直径の大きい単電池４が、楕円の長軸から遠い部分に直径の小さい単電池５をそれぞれ収容することにより、容器２における空き空間３を小さくすることができる。
【００２１】
この実施例においては、前記電池パック１の容器２は平面形状が直径１０ｃｍの円形であり、その円形における直径で切断した縦断面が、その縦断面における長径が１０ｃｍであり、短径が３ｃｍである楕円形である。また、この容器２の肉厚は０．８ｍｍである。この容器２に、直径８０ｍｍで厚みが３ｍｍである円盤状をした３．６Ｖの単電池４を２枚重ね、その２枚重ねの単電池４の上部及び下部に直径が５０ｍｍで厚みが７．７ｍｍである円盤状をした３．６Ｖの単電池５を収容することにより、電池パック１を形成した。
【００２２】
このように、容器２の内部に２個の単電池４及び２個の単電池５を収納すると、単電池４及び５が同じ放電容量を有する場合において、実施例１の電池パック全体の容積に対する容積エネルギー密度は、１７５Ｗｈ／Ｌであった。
【００２３】
図２に比較例１の電池パック７を示す。電池パック７の容器９は、平面形状が直径１０ｃｍの円形であり、その円形における直径で切断した縦断面が、その縦断面における長径が１０ｃｍであり、短径が３ｃｍである楕円形である。また、この容器９の肉厚は０．８ｍｍである。直径８０ｍｍで厚みが３ｍｍである円盤状をした３．６Ｖの単電池６を４枚重ねて、この容器９に収容することにより電池パック７を形成した。
【００２４】
この電池パック７は、外形は実施例の電池パック１と同様に、角部及び平坦面を有さず、実施例と同様に、生体への負担が少ない。
【００２５】
しかし、比較例１の場合、同一形状の単電池６のみが容器２内に装填されているので、実施例１の場合に比べて、空き空間８が大きい。単電池６が実施例１の単電池１と同じ放電容量を有する場合において、電池パック全体の容積に対する容積エネルギー密度は１４０Ｗｈ／Ｌと低い値である。
【００２６】
上記結果より、形状の異なる複数の単電池４、５が曲面を有する容器内に装填された実施例の電池パックは、同一形状の単電池６が曲面を有する容器内に装填された比較例１の電池パック７に比べて、空き空間が少なく、高い容積エネルギー密度となった。
【００２７】
また、縦８．５ｃｍ、横７．５ｃｍ及び深さ１．５ｃｍの内部空間を有する直方体の形状をした容器（図示せず。）内に、縦８０ｍｍ、横７０ｍｍ及び厚みが３ｍｍである円盤状をした３．６Ｖの単電池を４枚重ねて、収容することにより電池パック（図示せず。）を形成した。
【００２８】
この電池パックは、無駄となる内部空間が少ないけれど、容器に平坦部が存在するので、生体内に収容した場合に、容器の表面と生体組織との間に空隙が生じ、この空隙内に生体液が浸潤するという問題を生じる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の電池パックの容器は、外に向かって凸となる曲面で実質的に形成されているので、生体内に埋設させた場合に生体への負担が少ない。また、容器の外表面は、生体適合性を有する材料で形成されているので生体が拒否反応を起こしにくく、さらに複数の形状の異なる電池を容器内の空き空間が極小となるように装填しているので、高い容積エネルギー密度となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例である曲面で形成された容器に複数の形状の電池が装填された電池パックの断面図である。
【図２】図２は、図１の曲面で形成された容器に単一形状の電池が装填された電池パックの断面図である。
【符号の説明】
１　電池パック
２　容器
３　空き空間
４　単電池
５　単電池
６　単電池
７　電池パック
８　空き空間
９　容器

Claims

外に向かって凸となる曲面のみで実質的に形成されてなる形状を備え、その外表面が生体適合性を有する材料で形成されてなる容器と、形状の異なる複数の電池とを備え、前記容器内の空き空間が極小となるように前記複数の電池を前記容器内に装填してなることを特徴とする電池パック。
前記電池が、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
前記生体適合性を有する材料がチタンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池パック。
生体埋め込み用である前記請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池パック。