JP2004227921A

JP2004227921A - 薄型電池支持構造体、組電池及び車両

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Publication number: JP2004227921A
Application number: JP2003014395A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Tono; 龍也東野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2023-01-23
Also published as: JP4052127B2

Abstract

【課題】薄型電池を搭載する対象物における配置自由度を高め且つ薄型電池を容易に冷却することが可能な薄型電池支持構造体を提供する。
【解決手段】電極端子１０４、１０５が同一方向に導出するように、複数の薄型電池１０ａ〜１０ｊが積層された積層体２０の周囲を取り囲む薄型電池支持構造体３０は、積層体２０の最上段の薄型電池１０ａ側の一組の第１の部材３１及び第２の部材３２と、最下段の薄型電池１０ｊ側の他の一組の第１の部材３１及び第２の部材３２と、を組み合わせることにより構成されている。各部材３１、３２の各直線部３１１、３２１は、薄型電池１０ａ、１０ｊの上面の略対角線を構成して、薄型電池１０ａ、１０ｊの表面を略対角線状に支持している。また、各部材３１、３２の各角部３２１、３２２は、薄型電池１０ａ〜１０ｊの各電極端子１０４、１０５の両側面及び薄型電池の電池外装の各電極端子が導出する外周縁の一部を支持している。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、電池外装の外周縁から電極端子が導出した複数の薄型電池を支持する薄型電池支持構造体、当該薄型電池支持構造体を用いた組電池及び当該組電池を備えた車両に関する。
【０００２】
【背景技術】
薄型電池の使用態様や使用条件の多様化に伴って、電池外装の外周縁から電極端子が導出した薄型電池を複数接続して組電池とすることにより、高電圧化及び高容量化が行われている。このような薄型電池の組電池化において、支持構造体の内部に、横方向に並べられた複数の薄型電池を収容して、複数の柔軟な薄型電池を支持する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、上記のように薄型電池を横方向に一列に並べて組電池を構成した場合には、当該組電池を搭載する、例えば車両などの対象物におけるレイアウト上の制約が多くなり、当該組電池の対象物における配置の自由度に乏しくなる。
【０００４】
また、放充電時に発熱する薄型電池の性能維持を図るために、薄型電池を冷却する必要があるが、当該薄型電池全体が支持構造体の内部に収容されているため、発熱する薄型電池を容易に冷却することが出来ない。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２５６９３８号公報
【０００６】
【発明の開示】
本発明は、電池外装の外周縁から電極端子が導出した薄型電池を支持する薄型電池支持構造体に関し、特に、当該薄型電池を搭載する対象物における配置自由度を高め、且つ、当該薄型電池を容易に冷却することが可能な薄型電池支持構造体を提供することを目的とする。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、電池外装の外周縁から電極端子が導出した複数の薄型電池を支持する薄型電池支持構造体であって、前記複数の薄型電池を積層した積層体から実質的に同一方向に導出する前記各電極端子の両側面、及び、前記電池外装の前記各電極端子が導出する外周縁の一部を支持する第１の支持手段と、前記積層体の最上面及び最下面を支持する第２の支持手段とを有する薄型電池支持構造体が提供される。
【０００８】
本発明では、複数の薄型電池の電極端子が実質的に同一方向に導出するように、当該複数の薄型電池を積層することにより、上述のように単に横方向に並べた場合と比較して、レイアウト上の制約を少なくすることができる。
【０００９】
一般的に、薄型電池は柔軟であるため、上記のように積層体を構成した場合には、当該積層体において、例えば車両などの対象物に安定して載置可能な面が、比較的大きな面積を有する最上面又は最下面に限定される。これに対して、本発明では、柔軟な薄型電池を上記のように積層した積層体を、第１の支持手段により、実質的に同一方向に導出する各電極端子の両側面、及び電池外装の各電極端子が導出する外周縁の一部で支持すると共に、第２の支持手段により、当該積層体の最上面及び最下面で支持することにより、柔軟な薄型電池から成る積層体の最上面又は最下面以外の、電極端子の導出方向や側面方向で安定して載置することが可能となり、対象物における配置の自由度がさらに向上する。
【００１０】
さらに、第１の支持手段及び第２の支持手段により、薄型電池の支持に必要不可欠な各電極端子の両側面、薄型電池の電池外装の各電極端子が導出する外周縁の一部、最上面及び最下面のみを支持し、特に電極端子を薄型電池支持構造体から外部に露出させることにより、放充電時の容易な冷却が可能な構造とすることができる。
【００１１】
従って、本発明の薄型電池の支持構造体を採用することにより、対象物における配置自由度の向上と、薄型電池の容易な冷却とを両立させた構造とすることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１（Ａ）は本発明の実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図１は一つの薄型電池（単位電池）を示し、この薄型電池１０を複数接続することにより所望の電圧、容量の組電池が構成される。
【００１４】
まず図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る薄型電池１０の全体構成について説明すると、本例の薄型電池１０はリチウム系の薄型二次電池であり、２枚の正極板１０１と、５枚のセパレータ１０２と、２枚の負極板１０３と、正極端子１０４と、負極端子１０５と、上部電池外装１０６と、下部電池外装１０７と、特に図示しない電解質とから構成されている。このうちの正極板１０１，セパレータ１０２，負極板１０３および電解質を特に発電要素１０９と称する。
【００１５】
なお、正極板１０１，セパレータ１０２，負極板１０３の枚数には何ら限定されず、１枚の正極板１０１，３枚のセパレータ１０２，１枚の負極板１０３でも発電要素１０９を構成することができる。必要に応じて正極板、負極板およびセパレータの枚数を選択して構成することができる。
【００１６】
発電要素１０９を構成する正極板１０１は、金属酸化物などの正極活物質に、カーボンブラックなどの導電材と、ポリ四フッ化エンチレンの水性ディスパージョンなどの接着剤とを、重量比でたとえば１００：３：１０の割合で混合したものを、正極側集電体としてのアルミニウム箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。なお、上記のポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンの混合比率は、その固形分である。
【００１７】
正極活物質としては、例えばニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ_２）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）などのリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物を挙げることができる。
【００１８】
発電要素１０９を構成する負極板１０３は、例えば非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、または黒鉛などのように、正極活物質のリチウムイオンを吸蔵および放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンをたとえば固形分比１００：５で混合し、乾燥させたのち粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これに、アクリル樹脂エマルジョンなどの結着剤をたとえば重量比１００：５で混合し、この混合物を、負極側集電体としてのニッケル箔或いは銅箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。
【００１９】
特に負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量にともなって出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車等の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。
【００２０】
また、発電要素１０９のセパレータ１０２は、上述した正極板１０１と負極板１０３との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えてもよい。セパレータ１０２は、例えばポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
【００２１】
なお、本発明のセパレータ１０２は、ポリオレフィンなどの単層膜にのみ限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔膜と有機不織布などを積層したものも用いることができる。セパレータ１０２を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能およびセパレータの形状維持（剛性向上）機能などの諸機能を付与することができる。また、セパレータ１０２の代わりにゲル電解質又は真性ポリマー電解質等を用いることもできる。
【００２２】
以上の発電要素１０９は、上から正極板１０１と負極板１０３とが交互に、且つ当該正極板１０１と負極板１０３との間にセパレータ１０２が位置するような順序で積層され、さらに、その最上部及び最下部にセパレータ１０２が一枚ずつ積層されている。そして、２枚の正極板１０１のそれぞれは、正極側集電部１０４ａを介して、金属箔製の正極端子１０４に接続される一方で、２枚の負極板１０３は、負極側集電部１０５ａを介して、同じく金属箔製の負極端子１０５に接続されている。なお、正極端子１０４も負極端子１０５も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子１０４としてはアルミニウムやアルミニウム合金、銅又はニッケルなどを挙げることができ、負極端子１０５としてはニッケル、銅、ステンレス又は鉄などを挙げることができる。本例の正極側集電部１０４ａも負極側集電部１０５ａの何れも、正極板１０１および負極板１０３の集電体を構成するアルミニウム箔やニッケル箔、銅箔、鉄箔を延長して構成されているが、別途の材料や部品により当該集電部１０４ａ，１０５ａを構成することもできる。
【００２３】
発電要素１０９は、上部電池外装１０６及び下部電池外装１０７により封止されている。本発明の実施形態における上部電池外装１０６は、特に図示しないが、薄型電池１０の内側から外側に向かって、第１の樹脂層、金属層、第２の樹脂層の順で３つの層が積層される。この３つの層は、上部電池外装１０６の全面に亘って積層されており、第１の樹脂層は、例えばポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、アイオノマーなどの耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムである。第２の樹脂層は、例えば、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムである。金属層は、例えば、アルミニウムなどの金属箔である。従って、上部電池外装１０６及び下部電池外装１０７は、例えば、アルミニウムなどの金属箔の一方の面（薄型電池の内側面）をポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、アイオノマーなどの樹脂でラミネートし、他方の面（薄型電池の外側面）をポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート材などの可撓性を有する材料で形成される。このように、電池外装部材が樹脂層に加えて金属層を具備することにより、電池外装部材の強度を向上させることが可能となる。
【００２４】
下部電池外装１０７は、上部電池外装１０６と同様の構造のものが用いられ、特に図示しないが、薄型電池１０の内側から外側に向かって、第１の樹脂層、金属層、第２の樹脂層の順で、３つの層が積層される。下部電池外装１０７の第１の樹脂層は、上部電池外装１０６の第１の樹脂層と同様に、例えばポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、アイオノマーなどの耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムである。下部電池外装１０７の金属層は、上部電池外装１０６の金属層と同様に、例えば、アルミニウムなどの金属箔である。下部電池外装１０７の第２の樹脂層は、上部電池外装１０６の第２の樹脂層と同様に、例えばポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムである。
【００２５】
さらに、図１に示すように、封止された電池外装１０６、１０７の一方の端部から、正極端子１０４が導出するが、正極端子１０４の厚さ分だけ上部電池外装１０６と下部電池外装１０７との接合部に隙間が生じるので、薄型電池１０内の封止性を維持するために、当該正極端子１０４と電池外装１０６、１０７とが接触する部分に、ポリエチレンやポリプロピレン等から構成されたシールフィルムを熱融着などの方法により介在させることもできる。
【００２６】
同様に、封止された電池外装１０６、１０７の他方の端部からは、負極端子１０５が導出するが、ここにも正極端子１０４側と同様に、当該負極端子１０５と電池外装１０６、１０７とが接触する部分にシールフィルムを介在させることもできる。なお、正極端子１０４および負極端子１０５の何れにおいても、シールフィルムは電池外装１０６、１０７を構成する樹脂と同系統の樹脂から構成することが熱融着性の点から望ましい。
【００２７】
これらの電池外装１０６、１０７によって、上述した発電要素１０９、正極側集電部１０４ａ、正極端子１０４の一部、負極側集電部１０５ａおよび負極端子１０５の一部を包み込み、当該電池外装１０６、１０７により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入したのち、上部電池外装１０６及び下部電池外装１０７の外周縁を熱プレスにより熱融着し、封止する。
【００２８】
有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）などのエステル系溶媒を挙げることができるが、本発明の有機液体溶媒はこれにのみ限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒も用いることができる。
【００２９】
以下に、上述の薄型電池を複数積層し、当該積層体を薄型電池支持構造体により支持することにより構成される組電池について説明する。
【００３０】
図２は本発明の実施形態に係る薄型電池支持構造体を用いた組電池の全体を示す図であり、図２（Ａ）はその平面図、図２（Ｂ）はその側面図、図２（Ｃ）はその正面図、図３は本発明の実施形態に係る薄型電池支持構造体の第１の部材を示す図であり、図３（Ａ）はその平面図、図３（Ｂ）はその側面図、図３（Ｃ）はその正面図、図４は本発明の実施形態に係る薄型電池支持構造体の第２の部材を示す図であり、図４（Ａ）はその平面図、図４（Ｂ）はその側面図、図４（Ｃ）はその正面図、図５は、本発明の他の実施形態に係る薄型電池支持構造体の厚み調整機能を示す側面図であり、図５（Ａ）は６個の薄型電池を積層した場合を示し、図５（Ｂ）は１４個の薄型電池を積層した場合を示し、図６は本発明の実施形態に係る薄型電池支持構造体と組電池用筐体の底板との嵌合状態を示す斜視図であり、図６（Ａ）は嵌合前の状態を示し、図６（Ｂ）は嵌合した状態を示す。
【００３１】
図２に示すように、組電池４０は、各電極端子１０４、１０５の導出方向が実質的に同一方向となるように積層された１０個の薄型電池１０から成る積層体２０と、当該積層体２０の周囲を取り囲んで積層体２０を支持する薄型電池支持構造体３０と、この積層体２０及び薄型電池支持構造体３０を収容する特に図示しない組電池用筐体とから構成されている。
【００３２】
組電池４０を構成する１０個の薄型電池１０ａ〜１０ｊは、何れも上記に説明した構造の薄型電池である。図２に示すように、積層体２０の最上段の薄型電池１０ａと２段目の薄型電池１０ｂとは、最上段の薄型電池１０ａの電極端子１０４、１０５と２段目の薄型電池１０ｂの同極端子１０４、１０５とが実質的に同一方向に導出するような方向で、且つ、最上段の薄型電池１０ａの下面と、２段目の薄型電池１０ｂの下面とを重ねるように積層されている。
【００３３】
同様に、積層体２０において、３段目の薄型電池１０ｃと４段目の薄型電池１０ｄ、５段目の薄型電池１０ｅと６段目の薄型電池１０ｆ、７段目の薄型電池１０ｇと８段目の薄型電池１０ｈ、及び、９段目の薄型電池１０ｉと１０段目の薄型電池１０ｊが、同極端子１０４、１０５同士を実質的に同一方向に導出するような方向で、且つ、相互に下面を重ねるように積層されている。
【００３４】
また、積層体２０の２段目の薄型電池１０ｂと３段目の薄型電池１０ｃとは、２段目の薄型電池１０ｂの電極端子１０４、１０５と３段目の異極端子１０５、１０４とが実質的に同一方向に導出するような方向で、且つ、２段目の薄型電池１０ｂの上面と３段目の薄型電池１０ｃの上面とを重ねるように積層されている。
【００３５】
同様に、積層体２０において、４段目の薄型電池１０ｄと５段目の薄型電池１０ｅ、６段目の薄型電池１０ｆと７段目の薄型電池１０ｇ、及び、８段目の薄型電池１０ｈと９段目の薄型電池１０ｉが、異極端子１０４、１０５同士を実質的に同一方向に導出するような方向で、且つ、相互に上面を重ねるように積層されている。
【００３６】
すなわち、積層体２０の上からＮ段目の薄型電池とＮ＋１段目の薄型電池との同極端子同士が実質的に同一方向に導出するような方向で、且つ、Ｎ段目の薄型電池の下面に、Ｎ＋１段目の薄型電池の下面を重ねるように積層されている。また、Ｎ＋１段目の薄型電池の電極端子と、Ｎ＋２段目の薄型電池の異極端子とが実質的に同一方向に導出するような方向で、且つ、Ｎ＋１段目の薄型電池の上面に、Ｎ＋２段目の薄型電池の上面を重ねるように積層されている。但し、Ｎは奇数である。
【００３７】
さらに、積層体２０の最上段の薄型電池１０ａの正極端子１０４は、２段目の薄型電池１０ｂの正極端子１０４に溶接などにより接合されていると共に、最上段の薄型電池１０ａの負極端子１０５が、２段目の薄型電池１０ｂの負極端子１０５に接合されており、最上段の薄型電池１０ａと２段目の薄型電池１０ｂとが、電気的に並列接続されている。
【００３８】
同様に、３段目の薄型電池１０ｃと４段目の薄型電池１０ｄ、５段目の薄型電池１０ｅと６段目の薄型電池１０ｆ、７段目の薄型電池１０ｇと８段目の薄型電池１０ｈ、及び、９段目の薄型電池１０ｉと１０段目の薄型電池１０ｊ、の各同極端子１０４、１０５同士が溶接などにより接合されて、電気的に並列接続されている。
【００３９】
また、積層体２０の２段目の薄型電池１０ｂの負極端子１０５と３段目の薄型電池１０の正極端子１０４、４段目の薄型電池１０ｄの負極端子１０５と５段目の薄型電池１０ｅの正極端子１０４、６段目の薄型電池１０ｆの負極端子１０５と７段目の薄型電池１０ｇの正極端子１０４、及び、８段目の薄型電池１０ｈの負極端子１０５と９段目の薄型電池１０ｉの正極端子１０４が溶接などにより接合されており、最上段及び２段目の薄型電池１０ａ、１０ｂと、３段目及び４段目の薄型電池１０ｃ、１０ｄと、５段目及び６段目の薄型電池１０ｅ、１０ｆと、７段目及び８段目の薄型電池１０ｇ、１０ｈと、９段目及び１０段目の薄型電池１０ｉ、１０ｊと、が電気的に直列接続されている。
【００４０】
すなわち、積層体２０の上からＮ段目の薄型電池と、Ｎ＋１段目の薄型電池との同極端子同士が溶接などにより接合されて、当該Ｎ段目の薄型電池とＮ＋１段目の薄型電池とが電気的に並列接続されている。また、Ｎ＋１段目の薄型電池の負極端子と、Ｎ＋２段目の薄型電池の正極端子とが電気的に接続されている。
【００４１】
従って、本発明の実施形態に係る組電池４０においては、積層体２０を構成する１０個の薄型電池１０ａ〜１０ｊは、並列接続された２個の薄型電池から成る５つの組み合わせが直列接続されている。
【００４２】
このように、各薄型電池の電極端子を実質的に同一方向に導出するように、当該薄型電池を積層して積層体を構成することにより、積層体の配置自由度を向上させることが可能となる。また、各電極端子が実質的に同一方向に導出して近接しているため、当該電極端子同士を直接的に接続することが可能となり、組電池の小型化を図ることが可能となる。
【００４３】
図２に示すように、本発明の実施形態に係る組電池４０の薄型電池支持構造体３０は、積層体２０の最上段の薄型電池１０ａ側の一組の第１の部材３１及び第２の部材３２と、当該積層体２０の最下段の薄型電池１０ｊ側の他の一組の第１の部材３１及び第２の部材３２と、を組み合わせることにより構成されており、積層体２０から導出する各電極端子１０４、１０５の両側面及び各薄型電池１０ａ〜１０ｊの電池外装１０６、１０７の各電極端子１０４、１０５が導出する外周縁の一部と、当該積層体２０の最上段の薄型電池１０ａ及び最下段の薄型電池１０ｊの表面の略対角線上とを支持している。
【００４４】
図３に示すように、各第１の部材３１は、平板状の第１の直線部３１１（第２の支持手段）と、当該第１の直線部３１１の両端部から直角方向に伸びており、第１の直線部３１１と一体で成形された２つの角柱状の第１の角部３１２（第１の支持手段）と、から構成されており、全体として略コの字形状を有している。同様に、図４に示すように、各第２の部材３２は、平板状の第２の直線部３２１（第２の支持手段）と、当該第２の直線部３２１の両端部から直角方向に伸びており、第２の直線部３２１と一体で成形された２つの角柱状の第２の角部３２２（第１の支持手段）と、から構成されており、全体として略コの字形状を有している。
【００４５】
各第１の部材３１の第１の直線部３１１は、積層体２０の最上段の薄型電池１０ａの上面又は最下段の薄型電池１０ｊの上面の略対角線の一方の直線を構成しており、当該第１の直線部３１１の両端部に位置する２つの第１の角部３１２が、積層体２０の一方の一組の対角に位置して、当該積層体２０の積層方向に伸びている。これに対して、各第２の部材３２の第２の直線部３２１は、最上段の薄型電池１０ａの上面又は最下段の薄型電池１０ｊの上面の略対角線の他方の直線を構成しており、当該第２の部材３２の両端部に位置する２つの第２の角部３２２が、積層体２０の他方の一組の対角に位置して、当該積層体２０の積層方向に伸びている。
【００４６】
また、各第１の部材３１の第１の直線部３１１の中間部分には、各第２の直線部３２１が係合するための第１の凹部３１４が形成されており、各部材３２の各角部３１２、３２２には、積層方向に沿って貫通した貫通孔３１３、３２３が形成されている。なお、各第２の部材３２の第２の直線部３２１の中間部分に、第１の直線部３１１又は第１の直線部３１１の第１の凹部３１４と係合する凹部を形成しても良い。
【００４７】
この薄型電池支持構造体３０は、まず、各第１の部材３１の第１の直線部３１１に形成された第１の凹部３１４に、対角線の他方の直線を構成する各第２の直線部３２１が係合されて、積層体２０の最上側及び最下側の二組の第１の部材３１及び第２の部材３２が組み立てられている。そして、これら部材３１、３２の二組の組み合わせの略コの字の開口を向かい合わせ、当該開口に積層体２０を介在させながら、各角部３１２、３２２の貫通孔３１３、３２３の軸を一致させて、特に図示しないボルトなどにより固定されており、容易な組み立てが可能となっている。
【００４８】
薄型電池支持構造体３０の各部材３１、３２の各角部３１２、３２２から構成される積層方向への長さＤは、積層体２０を構成する薄型電池１０の厚さ、数及び変化幅ｄにより設定されている。
【００４９】
この変化幅ｄは、放充電時における薄型電池からの発熱による薄型電池及び薄型電池支持構造体の厚みの変化及び寸法公差を考慮したものであり、薄型電池の一枚当たりの厚み（中央値）Ｈ、薄型電池の寸法公差±α、薄型電池の放充電による厚み変化分±β、薄型電池の熱膨張係数±γ、薄型電池支持構造体の寸法公差±τ、薄型電池支持構造体の熱膨張係数±ω、使用上限温度Ｔ_１、使用下限温度Ｔ_２とすると、変化幅ｄは以下の式により算出される。なお、この式は、上述のような並列接続された２つの薄型電池のｎ個の組み合わせを直列接続した場合に適用することができる（ｎは自然数）。
【式１】

なお、図５に示すように、第１の部材３１及び第２の部材３２の各直線部３１１、３２１に対して各角部３１２、３２２を、厚み調整用ブロック３３ａ、３３ｂとして別体で成形しても良い。例えば、図５（Ａ）は、６個の薄型電池１０を積層した積層体２０ａを、長さＤ’の厚み調整用ブロック３３ａを用いた薄型電池支持構造体３０ａにより支持した組電池４０ａを示している。これに対し、図５（Ｂ）は、１４個の薄型電池１０を積層した積層体２０ｂを、長さＤ’’の厚み調整用ブロック３３ｂを用いた薄型電池支持構造体３０ｂにより支持した組電池４０ｂを示している。各厚み調整用ブロック３３ａ、３３ｂの長さＤ’、Ｄ’’は、上述の式にｎ＝６又は１４を代入して算出された変位幅を考慮して設定される。
【００５０】
このように、薄型電池支持構造体に厚み調整用ブロックを設け、積層方向の長さを可変とすることにより、積層体を構成する薄型電池の数に適宜対応することが可能となる。
【００５１】
このように組み立てられている薄型電池支持構造体３０は、部材３１、３２の直線部３１１、３２１が、積層体２０の最上面及び最下面を略対角線状に支持すると共に、積層体２０から導出する各電極端子１０４、１０５の両側面を支持している。
【００５２】
すなわち、積層体２０の最上側に位置する第１の部材３１において、一方の第１の角部３１２が、積層体２０の最上段、２段目及び５段目の薄型電池１０ａ、１０ｂ、１０ｅの各正極端子１０４と、３段目及び４段目の薄型電池１０ｃ、１０ｄの各負極端子１０５と、の一方の各側面を支持している。
【００５３】
また、当該第１の部材３１の他方の第１の角部３１２が、最上段、２段目及び５段目の薄型電池１０ａ、１０ｂ、１０ｅの各負極端子１０５と、３段目及び４段目の薄型電池１０ｃ、１０ｄの各正極端子１０４と、の他方の各側面を支持している。
【００５４】
そして、積層体２０の最上側に位置する第２の部材３２において、一方の第２の角部３２２が、積層体２０の最上段、２段目及び５段目の薄型電池１０ａ、１０ｂ、１０ｅの各正極端子１０４と、３段目及び４段目の薄型電池１０ｃ、１０ｄの各負極端子１０５と、の他方の各側面を支持している。また、当該第２の部材３２の他方の第２の角部３２２が、最上段、２段目及び５段目の薄型電池１０ａ、１０ｂ、１０ｅの各負極端子１０５と、３段目及び４段目の薄型電池１０ｃ、１０ｄの各正極端子１０４と、の一方の各側面を支持している。
【００５５】
これと同様に、積層体２０の最下側に位置する第１の部材３１において、一方の第１の角部３１２が、積層体２０の６段目、９段目及び１０段目の薄型電池１０ｆ、１０ｉ、１０ｊの各正極端子１０４と、７段目及び８段目の薄型電池１０ｇ、１０ｈの各負極端子１０５と、の一方の各側面を支持している。また、当該第１の部材３１の他方の第１の角部３１２が、６段目、９段目及び１０段目の薄型電池１０ｆ、１０ｉ、１０ｊの各負極端子１０５と、７段目及び８段目の薄型電池１０ｇ、１０ｈの各正極端子１０４と、の他方の各側面を支持している。
【００５６】
そして、積層体２０の最下側に位置する第２の部材３２において、一方の第２の角部３２２が、積層体の６段目、９段目及び１０段目の薄型電池１０ｆ、１０ｉ、１０ｊの各正極端子１０４と、７段目及び８段目の薄型電池１０ｇ、１０ｈの各負極端子１０５と、の他方の各側面を支持している。また、当該第２の部材３２の他方の第２の角部３２２が、６段目、９段目及び１０段目の薄型電池１０ｆ、１０ｉ、１０ｊの各負極端子１０５と、７段目及び８段目の薄型電池１０ｇ、１０ｈの各正極端子１０４と、の一方の各側面を支持している。
【００５７】
従って、積層体２０の各薄型電池１０ａ〜１０ｊから導出する各電極端子１０４、１０５は、第１の部材３１の各第１の角部３１２と、第２の部材３２の対応する各第２の角部３２２との間から、当該薄型電池支持構造体３０の外部に露出しており、放充電時の当該電極端子１０４、１０５の冷却が容易な構造となっている。
【００５８】
なお、薄型電池支持構造体３０を構成する第１の部材３１及び第２の部材３２は、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）及びポリアミド（ＰＡ）などの電気的に絶縁特性を有する材料から形成されているため、各角部３１２、３２２と電極端子１０４、１０５とが電気的に導通することはない。
【００５９】
さらに、各電極端子１０４、１０５の各側面を支持する各角部３１２、３２２は、各薄型電池１０ａ〜１０ｊの電極端子１０４、１０５が導出する電池外装１０６、１０７の外周縁の一部にも接触して支持すると共に、図２（Ａ）に示すように、各角部３１２、３２２から成る輪郭の長さＬ’が、薄型電池１０の長手方向の長さＬに対して２〜１０％程度大きく（Ｌ’＝Ｌ×（１．０２〜１．１））、各角部３１２、３２２から成る輪郭の幅Ｗ’が、薄型電池１０の幅Ｗに対して２〜１０％程度大きくなっており（Ｗ’＝Ｗ×（１．０２〜１．１））、当該各角部３１２、３２２から成る輪郭が、薄型電池１０の輪郭より大きくなっている。
【００６０】
従って、例えば、電極端子１０４、１０５が導出する方向を底面として、車両等の対象物に搭載した場合には、当該電極端子１０４、１０５が導出する電池外装１０６、１０７の外周縁の一部が、薄型電池支持構造体３０の各角部３１２、３２２により支持され、第１及び第２の部材３１、３２の角部３１２、３２２が底面として載置されるため、電極端子１０４、１０５自体が対象物に接触することはない。
【００６１】
また、例えば、電池外装１０６、１０７の側面方向を底面として、対象物に搭載した場合には、電極端子１０４、１０５の両側面が、薄型電池支持構造体３０の各角部３１２、３２２により支持され、第１及び第２の部材３１、３２の角部３１２、３２２が底面として載置されるため、柔軟な薄型電池１０ａ〜１０ｊ自体が対象物に接触することはない。
【００６２】
このように、薄型電池支持構造体が、各薄型電池の各電極端子の両側面及び電池外装の各電極端子が導出する外周縁の一部と、積層体の最上面及び最下面を支持することにより、柔軟な薄型電池から構成される積層体を、電極端子が導出する方向や側面（外周縁）方向を底面として、車両等の対象物に安定して載置することが可能となり、配置自由度が著しく向上する。
【００６３】
また、薄型電池支持構造体の輪郭を、薄型電池の輪郭より大きくすることにより、薄型電池支持構造体に支持された積層体を、電極端子が導出する方向や側面方向を底面として、車両等の対象物に載置した場合であっても薄型電池又は電極端子自体が対象物に接触しないため、当該薄型電池の性能維持を図ることが可能となる。
【００６４】
以上のような積層体２０及び薄型電池支持構造体３０は、組電池４０を構成するために、特に図示しない組電池用筐体の内部に収容される。なお、要求される電圧及び容量に応じて、組電池用筐体の内部に複数の積層体２０及び薄型電池支持構造体３０が収容されても良い。
【００６５】
図６に示すように、各薄型電池１０の輪郭と薄型電池支持構造体３０の各角部３１２、３２２から成る輪郭との差から、当該各角部３１２、３２２の間に第２の凹部３０１が形成される。この第２の凹部３０１に合わせて、組電池用筐体の底板４１に凸部４１ａを形成し、組電池４０への積層体２０の収容時に、第２の凹部３０１を凸部４１ａに係合させることにより、組電池４０の組立が容易となる。なお、積層体２０の電極端子１０４、１０５の導出方向を底面とする場合には、電極端子１０４、１０５の幅に相当する凸部４１ａを、組電池用筐体の底板４１に形成すれば良い。
【００６６】
図７は、本発明の実施形態に係る薄型電池支持構造体３０を用いた組電池４０を、車両１のフロア下に車載した例を示す模式図である。車両１のようにレイアウト上の制約が多く、且つ高電圧、高容量に伴って放充電時に高温発熱するような使用態様において、上述の薄型電池支持構造体３０を用いることにより、薄型電池を特に有効に活用することが可能となる。
【００６７】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、積層体を構成する薄型電池の数は、上述の６、１０、１４個の薄型電池に限定されることなく、２個以上の薄型電池により積層体を構成することができる。また、積層体を構成する薄型電池の接続方式は、上述の２並列５直列に限定されることなく、要求される電圧や容量に応じて、任意の薄型電池同士において、直列接続、並列接続又は直列並列接続の接続方式を採用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は本発明の実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図、図１（Ｂ）は（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図２】図２は本発明の実施形態に係る薄型電池支持構造体を用いた組電池の全体を示す図であり、図２（Ａ）はその平面図、図２（Ｂ）はその側面図、図２（Ｃ）はその正面図である。
【図３】図３は本発明の実施形態に係る薄型電池支持構造体の第１の部材を示す図であり、図３（Ａ）はその平面図、図３（Ｂ）はその側面図、図３（Ｃ）はその正面図である。
【図４】図４は本発明の実施形態に係る薄型電池支持構造体の第２の部材を示す図であり、図４（Ａ）はその平面図、図４（Ｂ）はその側面図、図４（Ｃ）はその正面図である。
【図５】図５は本発明の他の実施形態に係る薄型電池支持構造体の厚み調整機能を示す側面図であり、図５（Ａ）は６個の薄型電池を積層した場合を示し、図５（Ｂ）は１４個の薄型電池を積層した場合を示す。
【図６】図６は本発明の実施形態に係る薄型電池支持構造体と組電池用筐体の底板との嵌合状態を示す斜視図であり、図６（Ａ）は嵌合前の状態を示し、図６（Ｂ）は嵌合した状態を示す。
【図７】図７は本発明の実施形態に係る薄型電池支持構造体を用いた組電池を車両に搭載した状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１…車両
１０、１０ａ〜１０ｊ…薄型電池
１０１…正極板
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１０４…正極端子
１０４ａ…正極側集電部
１０５…負極端子
１０５ａ…負極側集電部
１０６…上部電池外装
１０７…下部電池外装
１０９…発電要素
２０、２０ａ、２０ｂ…積層体
３０、３０ａ、３０ｂ…薄型電池支持構造体
３０１…第２の凹部
３１…第１の部材
３１１…第１の直線部
３１２…第１の角部
３１３…貫通孔
３１４…第１の凹部
３２…第２の部材
３２１…第２の直線部
３２２…第２の角部
３２３…貫通孔
３３ａ、３３ｂ…厚み調整用ブロック
４０、４０ａ、４０ｂ…組電池
４１…組電池用筐体の底板
４１ａ…凸部

Claims

電池外装の外周縁から電極端子が導出した複数の薄型電池を支持する薄型電池支持構造体であって、
前記複数の薄型電池を積層した積層体から実質的に同一方向に導出する前記各電極端子の両側面、及び前記電池外装の前記各電極端子が導出する外周縁の一部を支持する第１の支持手段と、
前記積層体の最上面及び最下面を支持する第２の支持手段とを有する薄型電池支持構造体。
前記第１の支持手段が、前記積層体より大きな輪郭を有する請求項１記載の薄型電池支持構造体。
前記第１の支持手段が、前記積層体の積層方向に可変である請求項１又は２記載の薄型電池支持構造体。
前記第２の支持手段が、前記積層体の最上面及び最下面を略対角線状に支持する請求項１〜３の何れかに記載の薄型電池支持構造体。
前記第２の支持手段は、前記積層体の最上面及び最下面を略対角線状に支持する一方の直線を構成する第１の直線部と、
前記積層体の最上面及び最下面を略対角線状に支持する他方の直線を構成し、前記第１の直線部と交差する第２の直線部とを有し、
前記第１の直線部の実質的に中間部分に、前記第２の直線部が係合する凹部が形成されている請求項４記載の薄型電池の支持構造体。
少なくとも前記第１の支持手段が、電気絶縁体を含む請求項１〜５の何れかに記載に薄型電池支持構造体。
前記電気絶縁体が、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート及びポリアミドからなる群より選ばれる材料を含む請求項６記載の薄型電池支持構造体。
請求項１〜７の何れかに記載の薄型電池支持構造体により複数の薄型電池が支持された組電池であって、
前記各薄型電池同士が、直列接続、並列接続又は直列並列複合接続の何れかの接続方式によりそれぞれ接続された組電池。
前記薄型電池の発電要素が、正極として機能する正極活性物質を有し、
前記正極活性物質が、リチウム複合酸化物である請求項８記載の組電池。
前記リチウム複合酸化物が、リチウム−マンガン系複合酸化物である請求項９記載の組電池。
前記薄型電池の発電要素が、負極として機能する負極活性物質を有し、
前記負極活性物質が、炭素系材料である請求項８〜１０の何れかに記載の組電池。
前記炭素系材料が、結晶性炭素材又は非結晶性炭素材である請求項１１記載の組電池。
請求項８〜１２の何れかに記載の組電池を搭載した車両。