JP2005293907A - フィルム外装電池用の電池加圧部材 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルム外装電池を自動車に積載して使用するのに適した、伸縮量に対して過度に反力が変化しないフィルム外装電池用の電池加圧部材を提供する。
【解決手段】電池加圧部材１は、複数のゴムバネ２と、ゴムバネ２を嵌め込み溝１１にて保持するゴムバネ固定部材１０とを有する。ゴムバネ２は、フィルム外装電池３１に当接する当接部５と、その両端に形成された支持部３と、両端の各支持部３と当接部５とを接続し、剪断変形する剪断部４とを有する。各支持部３の外側面３ｂには、嵌め込み溝１１からの脱落防止用の突起部６が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィルム外装電池を所定の範囲内の反力にて固定保持するフィルム外装電池用の電池加圧部材に関するものである。

近年、モータ駆動用のバッテリを搭載する電気自動車やハイブリッド電気自動車（以下、単に「電気自動車等」ともいう）の開発が急速に進められつつある。電気自動車等に搭載される電池にも、操舵特性、航続距離を向上させるため、当然ながら、軽量、薄型化が求められている。電池を軽量かつ薄型とするため、その外装体にアルミニウムなどの金属層と熱溶着性の樹脂層とを接着剤層を介して重ね合わせて薄いフィルムとなしたラミネート材を用いたフィルム外装電池電池が開発されている。ラミネート材は、一般に、アルミニウム等の薄い金属層の両表面を薄い樹脂層で被覆した構造をなしており、酸やアルカリに強く、かつ軽量で柔軟な性質を有するものである。

一般に、電池の特性は、充放電時における正極と負極の活物質の膨張収縮の影響を受ける。よって、従来、金属製の容器に収納して変形を抑制している。しかしながら、フィルム外装電池の場合、外装のラミネートフィルムによって電池の膨らみを抑制することは殆どできない。このため、電池に適正な荷重をかけて固定することで電池の膨らみを抑制する構成が必要となる。

このため、電池の膨張を抑制するために、例えば、正極および負極がセパレータを介して積層された電極群を有する有機電解質二次電池において、積層された電極群を、断面形状がコの字状であって、向かい合う２つの面の内側にそれぞれ複数の突起を有する押さえ部材に収納したことを特徴とする有機電解質二次電池が開示されている（特許文献１等参照）。

一方、自動車に組電池化されたフィルム外装電池が搭載される場合は、一般に組電池を収納容器内に収納固定して用いられるが、この収納容器としては軽量、絶縁性等が要求されるため樹脂性のものが用いられる。収納容器の樹脂には膨張係数の小さい樹脂が選択して用いられるが、使用環境が−４０℃〜８０℃と過酷であるため、僅かではあるが膨張収縮を生じてしまい、電池への荷重に影響を与えてしまうこととなる。特に、収納容器を構成する樹脂が熱膨張すると電池に印加する荷重圧が所定の荷重圧より減ってしまい、電池の特性を十分に引き出すことができなくなるという問題を生じる場合がある。

このように、電池自身あるいは収納容器の膨張収縮により電池にかかる荷重は変動する。この荷重変動を吸収して所定の範囲内に収めるために、従来、固定部材の材料としてゴム等の弾性部材が用いられる。

自動車用のフィルム外装電池における電池固定用弾性部材については、以下の要求がある。
１）低硬度であること、すなわち、低バネ定数であること
２）反発力が所望の変位において、できるだけ鈍いこと
３）狭い空間（薄い製品形状高さ、例えば２〜６ｍｍ）の中に設置する
４）面圧がばらつかないこと
５）電池の周辺に用いるため、電気的絶縁に優れていること
６）万が一、電解液が漏れた場合に悪影響を及ぼさないこと
７）連続使用において、反力の変化が小さいこと
８）自動車に使うことから温度は−４０℃〜８０℃の範囲で機能し、劣化が少
ないこと
９）振動に対しても電池を守る機能を示すこと（緩衝機能を有すること）
１０）低コストであること
従来、これらの要件を満たすべく、電池固定用弾性部材として低硬度のゴムを圧縮して用いる方法が採用されていた。
特開平１０−０１２２７８号公報

しかしながら、いくら低硬度のゴムとはいえ、圧縮ではその反力が圧縮変形量に比べて急激に立ち上がることは既知である。すなわち、２）反発力が所望の変位において、できるだけ鈍いこと、という要件を十分に満足することができない。このため、低硬度ゴムを用いて電池を固定したとしても、ゴムの圧縮作用によって荷重変動を吸収して所定の範囲内に収めようとする方法では、電池自身あるいは収納容器の膨張収縮によるゴムのわずかな変位で電池に対する反力が大きく変化してしまい、所望の荷重範囲内にて電池を固定するのが困難であった。

以上の問題を回避するため、電池固定用の弾性部材としてコイルスプリングを用いることも考えられる。しかしながら、金属製のコイルスプリングの場合、コイルスプリングの端部により電池を損傷してしまうおそれとともに、５）の電気的絶縁性を確保しにくいため、採用は困難である。

また、発泡ウレタン等を用いても同様の機能を満たすことができるが、設置スペースや耐久性の問題より、１）〜１０）の全ての要件を満たすことは困難である。

そこで、本発明は、フィルム外装電池を自動車に積載して使用するのに適した、安定した荷重を印加することができるフィルム外装電池用の電池加圧部材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、発明者らは、ゴムに剪断応力を印加した場合のバネ定数に着目した。

ゴムのバネ定数とストロークの関係は、圧力を圧縮する方向に印加する場合と剪断変形させる方向に印加する場合とでは異なり、圧縮によるバネ定数ｋ_cと、剪断によるバネ定数ｋ_sとの関係は形状係数をαとすると、一般に
ｋ_s＝ｋ_c／５α
の関係がある。つまり、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、ゴム部材に、力Ｆを剪断力として印加した場合のゴム部材の伸縮量Δｘ₂（図６（ｂ））は、圧縮力として印加した場合の伸縮量Δｘ₁（図６（ａ））に比べて大きくなる。
本発明は、このようなゴムの静特性を利用したものである。

すなわち、本発明のフィルム外装電池用の電池加圧部材は、複数の正極板と複数の負極板とを積層させてなる電池要素を外装体フィルムにより封止したフィルム外装電池を所定の範囲内の反力にて固定保持するフィルム外装電池用の電池加圧部材であって、前記フィルム外装電池に当接し、前記フィルム外装電池から受ける荷重の方向に移動可能な当接部と、前記当接部が移動しても前記荷重の方向には移動しないように設けられる支持部と、前記当接部と前記支持部とを接続し、前記当接部の移動により剪断変形する剪断部と、を有する非導電性のゴム部材を有するものである。

上記のとおりの本発明のフィルム外装電池用の電池加圧部材は、当接部で受けた荷重により剪断部を剪断変形させるので、同じ荷重であっても圧縮変形によるものより、バネ定数を小さくすることができる。すなわち、当接部の移動量に対する反力変化量を小さくすることができる構成となっている。これにより、フィルム外装電池が膨張収縮等の変形を起こしたとしてもフィルム外装電池に対して所定の範囲内で荷重を印加することができる。

また、本発明のフィルム外装電池用の電池加圧部材の支持部は、当接部に両側に配置されているものであってもよい。

また、本発明のフィルム外装電池用の電池加圧部材の当接部は、支持部および剪断部で形成される面から、フィルム外装電池が配置される方向に突出した突出部を有するものであってもよい。この構成により、フィルム外装電池の所望の位置に反力、すなわち、荷重を印加することができる。

また、本発明のフィルム外装電池用の電池加圧部材において、支持部の横断面の断面積が剪断部の横断面の断面積以上であってもよく、さらに支持部の横断面の法線方向長さを、剪断部の横断面に対する法線方向であって、剪断部から当接部の荷重がかかる点までの長さ以下とするものであってもよい。この構成により、剪断部をより剪断変形しやすくすることができる。

また、本発明のフィルム外装電池用の電池加圧部材は、支持部からの力を受けてゴム部材を保持する保持部が設けられた固定部材を有するものであってもよい。また、保持部は溝形状であり、支持部が嵌合されて保持されるものであってもよい。このような構成とすることで、当接部が受けた荷重により支持部が移動等することなく、安定した反力を発生することができる。

また、本発明のフィルム外装電池用の電池加圧部材において、当接部は、支持部および剪断部で形成される面から、フィルム外装電池が配置される方向に突出した突出部を有し、保持部には、保持部から突出部のみが突出するように支持部が嵌合されるものであってもよい。

また、本発明のフィルム外装電池用の電池加圧部材は、支持部の側面に少なくとも１つの突起部が形成されているものであってもよい。支持部が溝形状の保持部に嵌め込まれることで、突起部が部分的に圧入状態となり、保持部からゴム部材が脱落するのを防止することができる。

本発明によれば、当接部、支持部および剪断部を有するゴム部材の剪断部を剪断変形させて、フィルム外装電池に対して反力、すなわち荷重を与えるので、当接部の移動量に対する反力変化量を小さくすることができる。これにより、フィルム外装電池を過酷な使用条件である自動車に搭載した場合であっても、所定の範囲内で安定した荷重を印加することができる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本実施形態のフィルム外装電池用の電池加圧部材の外観斜視図である。図２は、本実施形態の電池加圧部材の構成部材であるゴムバネの三面図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は平面図である。図３は、フィルム外装電池の外観斜視図である。

まず、図１に示す電池加圧部材１の構成について説明する。

本実施形態の電池加圧部材１は、複数のゴムバネ２と、ゴムバネ２を嵌め込み溝１１にて保持するゴムバネ固定部材１０とを有する。図１に示す例では、１枚のゴムバネ固定部材１０に、長手方向に２列、短手方向に３列、それぞれ同形状の嵌め込み溝１１が計６つ形成されている。ゴムバネ２は、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）からなり、圧縮永久歪率が２５％以下のものが用いられており、１０％以下であるとより好適である。ゴムバネ固定部材１０はナイロンからなり、いずれも非導電性を有する。なお、フィルム外装電池３１に印加する面圧は、本実施形態の場合、後述するように、１．４７±０．４９Ｎ／ｃｍ²であるが、この変動幅がこれよりも大きければ、圧縮永久歪率を２５％以上とするものであってもよい。

ゴムバネ固定部材１０の寸法は、長さＬ＝１９０ｍｍ、幅Ｗ＝８９ｍｍ、厚さＴ＝７ｍｍである。また、各嵌め込み溝１１の寸法は、全て、長さｌ＝６６ｍｍ、幅ｗ＝２０ｍｍ、深さｄ＝４ｍｍとしており、短手方向には配列ピッチＰ₁＝２５ｍｍ、長手方向にはＰ₂＝１０ｍｍの間隔を空けて形成されている。

ゴムバネ２は、図２（ａ）に示すように、フィルム外装電池３１に当接する当接部５と、その両端に形成された支持部３と、両端の各支持部３と当接部５とを接続し、剪断変形する剪断部４とを有し、剪断部４は、境界面４ａで支持部３の内側面３ａに接続し、境界面４ｂで当接部５に接続している。また、支持部３、剪断部４、当接部５は一体的に形成されており、各支持部３の外側面３ｂには、嵌め込み溝１１からの脱落防止用の突起部６がそれぞれ３個ずつ形成されている。

本実施形態の場合、ゴムバネ２は、長さｌ₁＝６５ｍｍ、幅ｗ₁＝２０ｍｍであり、各部寸法は以下の通りである。

支持部３は、支持部３の高さｈ₁（支持部３の横断面（後述）に対する法線方向長さ）＝４ｍｍ、支持部３の幅ｗ₂＝４ｍｍ、支持部３の内側面３ａの高さｈ₂＝２ｍｍである。剪断部４は長さｌ₂＝３．５ｍｍ、厚さｔ₁＝２ｍｍである。

当接部５は、厚さｔ₂＝４ｍｍ、幅ｗ₃＝５ｍｍ、突出高さｈ₃＝２ｍｍである。

すなわち、本実施形態のゴムバネ２は、当接部５に荷重が印加された際に、その荷重を支持部３および当接部５の圧縮変形よりも剪断部４の剪断変形にて吸収させるべく、以下の設定としている。

剪断部４の断面積Ａ₄（剪断部４の横断面：本実施形態の場合、Ａ₄＝ｔ₁×ｌ₁＝２ｍｍ×６５ｍｍ＝１３０ｍｍ²）を支持部３の断面積Ａ₃（支持部３の横断面：本実施形態の場合、Ａ₃＝ｗ₂×ｌ₁＝４ｍｍ×６５ｍｍ＝２６０ｍｍ²）より小さくなるように設定している。

また、剪断部４の境界面４ａから当接部５の荷重がかかる点までの距離ｌ₃（剪断部４の横断面に対する法線方向であって、剪断部４から当接部５の荷重がかかる点までの長さ：本実施形態の場合、ｌ₃＝ｗ₂／２＋ｌ₂＝２ｍｍ＋３．５ｍｍ＝５．５ｍｍ）を、支持部３の高さ（本実施形態の場合、ｈ₁＝４ｍｍ）より長くなるように設定している。

また、本実施形態のゴムバネ２は嵌め込み溝１１内に支持部３の外側面３ｂが嵌め込み溝１１の側面１１ａに密着するようにして嵌め込むことで、当接部５に荷重が印加された際に、支持部３が内側に倒れ込むのを防止している。すなわち、支持部３の外側面３ｂの下端角部３ｂ’が側面１１ａに当接することで下端角部３ｂ’が浮き上がったり、あるいは下端角部３ａ’が嵌め込み溝１１の底面１１ｂを擦りながら移動しないようにしている。

また、ゴムバネ２は、支持部３の外側面３ｂが嵌め込み溝１１の側面１１ａに密着するようにして嵌め込み溝１１に嵌め込まれることで、支持部３および剪断部４はゴムバネ固定部材１０の主面１０ａと面一となり、また、当接部５の突出部５ａが主面１０ａより突出するようになっている（図５等参照）。そして、当接部５は、その上面５ｃでフィルム外装電池３１の面３１ａに当接領域５ｃ’で当接し、フィルム外装電池３１からの荷重を矢印Ａ方向に受ける。

以上のような構造のゴムバネ２を嵌め込み溝１１に嵌め込んで用いることで、概ね両端固定支持の梁構造としている。すなわち、後述するように、当接部５に荷重が印加されると、この荷重を剪断部４の剪断変形により吸収するようにしている。

突起部６は、幅４ｍｍ、高さ２ｍｍ、突出量０．１ｍｍで、ピッチ２８ｍｍで形成されている。この突起部６が形成されていることにより、ゴムバネ２を嵌め込み溝１１に嵌め込んだ際に部分的に圧入状態となり、嵌め込み溝１１からのゴムバネ２の脱落を防止することができる。なお、突出量は０．１〜０．５ｍｍの範囲とするのが好適である。

次に、図２に示す、本実施形態に適用可能なフィルム外装電池について説明する。

フィルム外装電池３１は、複数の正極板と複数の負極板とを、セパレータを介して交互に積層して構成されている不図示の電池要素と、電池要素に設けられた不図示の正極集電部および負極集電部と、電池要素を電解液とともに収納する、２枚のラミネートフィルム３２からなる外装体と、正極集電部に接続された正極リード端子３３ａと、負極集電部に接続された負極リード端子３３ｂとを有する。

各正極板はアルミニウム箔に正極電極が塗布されており、負極は銅箔に負極電極が塗布されており、積層領域から延出している、電極材料が塗布されていない延出部は、正極板の延出同士、および負極板の延出部同士がそれぞれ一括して超音波溶接されて、中継部である正極集電部および負極集電部が形成され、各集電部正極リード端子３３ａおよび負極リード端子３３ｂがそれぞれ超音波溶接にて接合されている。

外装体は、電池要素をその厚み方向両側から挟んで包囲する２枚のラミネートフィルム３２からなる。各ラミネートフィルム３２は、熱融着性を有する熱融着性樹脂層、金属層、および保護層を積層してなるものであり、ＰＰ（ポリプロピレン）からなる熱融着性樹脂層が電池の内側の層となるようにしてラミネートフィルム３２の熱融着部３４を熱融着することで、電池要素が封止される。

ラミネートフィルム３２としては、電解液が漏洩しないように電池要素を封止できるものであれば、この種のフィルム外装電池に用いられるフィルムを用いることができ、一般的には、金属薄膜層と熱融着性樹脂層とを積層したラミネートフィルムが用いられる。この種のラミネートフィルムとしては、例えば、厚さ１０μｍ〜１００μｍの金属箔に厚さ３μｍ〜２００μｍの熱融着性樹脂を貼りつけたものが使用できる。金属箔、すなわち、金属層の材質としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔｉ系合金、Ｆｅ、ステンレス、Ｍｇ系合金などが使用できる。熱融着性樹脂、すなわち、熱融着性樹脂層としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、これらの酸変成物、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル等、ポリアミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体などが使用できる。また、保護層としては、ナイロン等が好適である。

フィルム外装電池３１の電池要素を収納している部分の寸法は、ラミネートフィルム３２の部分で長手方向１２０ｍｍ、幅方向８０ｍｍである。よって、電池要素を収納している部分の面積は９８ｃｍ²となる。また、フィルム外装電池一個当たりの重量は、２００ｇ〜２５０ｇである。

以上のような構成のフィルム外装電池３１を組電池化し、電池加圧部材１により保持した状態を図４に示す。図４（ａ）は正面図であり、図４（ｂ）は側面図である。

図４に示すフィルム外装電池３１は、放熱部材２０を介して積層され、一方のフィルム外装電池３１の正極リード端子３３ａを、他方のフィルム外装電池３１の負極リード端子３３ｂに電気的に接続する（図４（ａ）中破線で示す接続部３３ｃ）ことで直列接続し、放熱部材２０を間に挟み込んで積層することで組電池化している。

このように積層されて組電池化されたフィルム外装電池３１を、上下より２枚の電池加圧部材１にて挟み込む。２枚の電池加圧部材１は４隅が連結部材２２にて互いに連結されている。この連結部材２２は、２枚の電池加圧部材１の間隔を調整可能に設けられており、例えば、ボールネジであってもよい。連結部材２２により２枚の電池加圧部材１の間隔を調整することで、ゴムバネ２の当接部５がフィルム外装電池３１の面３１ａに押しつけられ（図３に示す面３１ａの当接領域５ｃ’に当接部５が当接する）、ゴムバネ２の当接部５が嵌め込み溝１１内に押し込まれようとする。これにより、フィルム外装電池３１はゴムバネ２からの反力を受けることで所定の荷重がかかり固定保持されることとなる。

なお、ゴムバネ２の反力によるフィルム外装電池３１への荷重の大きさの調整方法は、連結部材２２の長さを調整する方法に限定されるものではない。例えば、電池加圧部材１にて挟み込んだ組電池化されたフィルム外装電池３１を不図示の容器内に収納し、この容器に備えられた圧力印加手段を用いるものであってもよい。この圧力印加手段としては、例えば、容器の蓋と組電池の最上面に配された電池加圧部材１との間隔を調整するボールネジ等機械的に圧力を印加するものであってもよいし、あるいは、油圧、空気圧等を用いて圧力を印加するものであってもよい。

また、２枚の電池加圧部材１により上下から挟み込む構成以外に、上部あるいは下部の一方にのみ電池加圧部材１を用い、他方はゴムバネ２を備えていない板部材としてフィルム外装電池３１に荷重を印加する構成としてもよい。

また、ゴムバネ２の当接部５を底面１１ｂに底付きさせた状態を基準に初期設定しておき、フィルム外装電池３１が膨らむ方向は容器で加圧し、縮む方向はゴムバネ２で加圧する構成としてもよい。

次に、ゴムバネ固定部材１０の嵌め込み溝１１内に固定されたゴムバネ２に荷重が印加された場合のゴムバネ２の挙動について図５を用いて説明する。なお、印加される荷重は、電池加圧部材１によってフィルム外装電池３１に所望の荷重圧を印加することができる程度の大きさであり、より具体的には１．４７±０．４９Ｎ／ｃｍ²の範囲内（０．９８〜１．９６Ｎ／ｃｍ²、電池要素を収納している部分の面積は９８ｃｍ²を考慮すると、９６．１Ｎ〜１９２．２Ｎの範囲内）である。なお、電池を上下方向に積層する場合は、電池の自重がかかることとなる。なお、フィルム外装電池３１の積層枚数としては、１０〜３３枚の範囲が好適であり、特に、１０、１１、２０、２２、３０、３３枚とするものであってもよい。

図５（ａ）に示す無負荷状態のゴムバネ２に対して、図５（ｂ）に示すように、当接部５の上面５ｃに対して矢印Ａ方向（当接部５の上面５ｃの法線方向であって、上面５ｃに向かう方向）に荷重が印加されるとする。

フィルム外装電池３１のラミネートフィルム３２は上述したように、アルミニウムなどの金属フィルムと熱融着性の樹脂フィルムとを重ね合わせて形成したものであるため、力が加わると容易に変形する。よって、上面５ｃには実際には矢印Ａ方向より僅かに傾斜して荷重が印加されることとなる。しかしながら、当接部５の断面形状は、このように上面５ｃに対して斜めに荷重が印加された場合であっても当接部５自身が屈曲しないように幅および高さが設定されている。このため、図５（ｂ）に示すように、当接部５はその形状を保持したまま概ね矢印Ａ方向に移動する。

当接部５の矢印Ａ方向への移動に伴い、当接部５が、剪断部４を介して支持部３の上端側を当接部５側へと引っ張り込み、これにより支持部３は内側に倒れようとする。すなわち、支持部３には下端角部３ａ’を中心として回転しようとする偶力が作用する。しかし、支持部３は上述したように外側面３ｂが嵌め込み溝１１の側面１１ａに密着するようにして嵌め込まれているので内側には倒れ込まない。また、本実施形態のゴムバネ２は、剪断部４の断面積Ａ₄を支持部３の断面積Ａ₃より小さく、また、境界面４ａから当接部５の荷重がかかる点までの距離ｌ₃を支持部３の高さより長くなるように設定されている。

このため、印加される荷重の作用は、当接部５および支持部３を圧縮変形させる圧縮力としての作用よりも剪断部４を剪断変形させる剪断力としての作用が支配的となる。つまり、剪断部４は、当接部５が矢印Ａ方向に荷重を受けて矢印Ａ方向に移動することで当接部５との境界面である境界面４ｂは矢印Ａ方向に移動し、一方、支持部３との境界面である境界面４ａは矢印Ａ方向には移動せず、その場に留まるため、図５（ｂ）のように剪断変形することとなる。

以上のような構成とすることで、以下の効果を得ることができる。

ゴム部材を剪断変形させた際のバネ定数は圧縮変形の際のバネ定数に比べて小さい。換言すれば、ゴム部材の剪断変形量に対する反力変化量は、ゴム部材の圧縮変形量に対する反力変化量に比べて小さい。本実施形態の電池加圧部材１は、上述したようにしてゴムバネ２をゴムバネ固定部材１０の嵌め込み溝１１にて保持することで剪断部４を剪断変形させ、これにより、当接部５の移動量に対するゴムバネ２の反力変化量が小さくなるようにしている。

このような特性を有する電池加圧部材１によってフィルム外装電池３１を保持することで、フィルム外装電池３１自身が充放電によって膨張した場合、あるいは収納容器が環境温度の変化により膨張収縮した場合でも、フィルム外装電池３１に印加する荷重の変化量を小さくすることができる。

また、本実施形態のゴムバネ２は、当接部５の上面５ｃに対して矢印Ａ方向に荷重が印加された場合であっても、下端角部３ａ’が底面１１ｂを擦りながら移動しないようにしている。すなわち、当接部５の上面５ｃに対して矢印Ａ方向に荷重が印加された場合、支持部３は内側に倒れようとするが、この際、下端角部３ａ’を中心に回転するような挙動を示すか、あるいは支持部３は内側に倒れ込みながら下端角部３ａ’が外側にずれ動くといった挙動を示すこととなる。そして、下端角部３ａ’が底面１１ｂを擦りながら移動する場合、下端角部３ａ’と底面１１ｂとが引っ掛かったり、あるいはこの引っ掛かりが解除されて大きく滑ったりしながら下端角部３ａ’が底面１１ｂ上を外側に移動することが予測される。このような挙動は、ゴムバネ２によってフィルム外装電池３１に与える反力を急激に変化させてしまう要因となる。しかしながら本実施形態のゴムバネ２は、支持部３は上述したように外側面３ｂが嵌め込み溝１１の側面１１ａに密着するようにして嵌め込まれているので下端角部３ａ’が底面１１ｂを擦りながら移動することはなく、よって、フィルム外装電池３１に所望の反力を安定して与えることができるという効果も得られる。

本実施形態のフィルム外装電池用の電池加圧部材は、上述した構成以外に以下のような構成とするものであってもよい。

本実施形態ではゴムバネ２として、支持部３、剪断部４、および当接部５が一体的に形成されたＥＰＤＭ等からなる弾性部材を例に示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、剪断部４のみがＥＰＤＭ等の弾性部材であって、その他の支持部３および当接部５は金属、樹脂等からなるものであってもよい。なお、支持部３および当接部５が金属の場合、樹脂等でコーティングして電気的絶縁処理を施しておくのが好ましい。また、剪断部４と、支持部３および当接部５とを別部材で構成する場合、境界面４ａ、４ｂは、荷重方向（例えば、図５に示す矢印Ａ方向）に略並行となるように構成すると好適である。

本実施形態ではゴムバネ２を長手方向に２列、短手方向に３列配列した例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、ゴムバネ２の長手方向がゴムバネ固定部材１０の短手方向と略並行になるようし、ゴムバネ固定部材１０の長手方向に６列並べるものであってもよい。すなわち、ゴムバネ２の寸法、配置に関しては特に限定されるものではない。

また、本実施形態のゴムバネ２は剪断変形する部位のほとんどが剪断部４となる構成を一例に示したが、ゴムバネの変形が圧縮変形よりも剪断変形が支配的となる構成であればどのようなものであってもよい。例えば、ゴムバネの支持部も剪断変形する構成とするものであってもよい。すなわち、本実施形態のゴムバネ２は、剪断部４の横断面である断面積Ａ₄を、支持部３の横断面である断面積Ａ₃より小さく、また、境界面４ａから当接部５の荷重がかかる点までの距離ｌ₃を、支持部３の高さｈ₁より長くなるように設定した例を示したが、例えば、断面積Ａ₄を断面積Ａ₃より大きく、また、距離ｌ₃を高さｈ₁より短くなるようにしてもよい。また、断面積Ａ₄と断面積Ａ₃とを同じにし、また、距離ｌ₃と高さｈ₁とを同じにしてもよい。この他、これらの関係を組み合わせて用いてもよい。すなわち、本実施形態の場合、これら寸法を変更することで容易にバネ定数、反力を変更することができる。

また、本実施形態の電池加圧部材１は、ゴムバネ２を嵌め込み溝１１にて保持し、かつ下端角部３ａ’を中心に支持部３が回転しない構造とすることで、ゴムバネ２の剪断部４を両端が略固定支持された梁構造として用いる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、両端が自由端とするものであってもよい。例えば、本実施形態のゴムバネ２の形状と概ね同形状の構成とする場合、支持部３の下面を平面形状とするのではなく、下面に頂部を設け、そして、この頂部を嵌め込み溝１１の底面１１ｂに形成した溝に嵌め込んでおく。このような構成とすることで支持部３は頂部を中心に回転可能に保持され、かつ、この頂部がずれ動くこともなく、両端を自由端とする梁構造とすることができる。一般に、両端が自由端の梁構造とした場合、両端を固定端とした場合に比べ、同一の荷重を梁の中心にかけた場合、最大撓み量が４倍になることが知られている。よって、当接部５の移動量に対してゴムバネ２の反力の変化量、すなわち、バネ定数をさらに小さくしたい場合には好適である。なお、両端が自由端とする構成は上述したものに限定されるものではなく、剪断部４が概ね両端が自由端となる構造であればどのようなものであってもよい。

また、本実施形態の電池加圧部材１は、ゴムバネ２とゴムバネ固定部材１０とを別部材として構成した例を示したが、これに限定されるものではなく、一体的に構成されているものであってもよい。

また、本実施形態の電池加圧部材１は、ゴムバネ２の当接部５がフルストロークし、当接部５の下面が嵌め込み溝１１の底面１１ｂに底付きした場合、当接部５の上面５ｃはゴムバネ固定部材１０の主面１０ａと面一となる構成を一例に示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、当接部５の下面が底付きしても当接部５の上面５ｃがゴムバネ固定部材１０の主面１０ａより突出する構成とするものであってもよい。

また、本実施形態の電池加圧部材１は、ゴムバネ２を溝形状の嵌め込み溝１１にて保持する構造を一例に示したが、これに限定されるものではなく、嵌め込み溝１１は、その底面１１ｂを支持部３を保持する部分のみを残した貫通穴形状としてもよい。当接部５のストローク量を稼ぎたく、かつゴムバネ固定部材１０の板厚を増加させたくない場合に好適である。

なお、本実施形態における説明で示した数値、材質等は一例であり、これらに限定されるものではない。

本発明のフィルム外装電池用の電池加圧部材の一実施形態の外観斜視図である。 本発明の電池加圧部材の構成部材であるゴムバネの一実施形態の三面図である。 本発明に適用可能なフィルム外装電池の一例の外観斜視図である。 図１に示す電池加圧部材によるフィルム外装電池の保持状況を示す模式図である。 嵌め込み溝内に固定されたゴムバネに荷重が印加された場合のゴムバネの挙動について説明するための模式図である。 ゴム部材に印加された剪断力あるいは圧縮力と、伸縮量との関係を説明する模式図である。

符号の説明

１ 電池加圧部材
２ ゴムバネ
３ 支持部
３ａ 内側面
３ｂ 外側面
３ａ’、３ｂ’ 下端角部
４ 剪断部
４ａ、４ｂ 境界面
５ｃ 上面
５ 当接部
５ｃ’ 当接領域
６ 突起部
１０ ゴムバネ固定部材
１０ａ 主面
１１ 嵌め込み溝
１１ａ 側面
１１ｂ 底面
２０ 放熱部材
２２ 連結部材
３１ フィルム外装電池
３１ａ 面
３２ ラミネートフィルム
３３ａ 正極リード端子
３３ａ 正極リード端子
３３ｃ 接続部
３４ 熱融着部
Ａ₃、Ａ₄ 断面積
Ｆ 荷重、力
ｋ_c、ｋ_s バネ定数
ｌ₃ 距離
Ｐ₁ 配列ピッチ
Ｗ、ｗ、ｗ₁、ｗ₂、ｗ₃ 幅
Δｘ₁、Δｘ₂ 伸縮量
α 形状係数

Claims (9)

1. 複数の正極板と複数の負極板とを積層させてなる電池要素を外装体フィルムにより封止したフィルム外装電池を所定の範囲内の反力にて固定保持するフィルム外装電池用の電池加圧部材であって、
   前記フィルム外装電池に当接し、前記フィルム外装電池から受ける荷重の方向に移動可能な当接部と、
   前記当接部が移動しても前記荷重の方向には移動しないように設けられる支持部と、
   前記当接部と前記支持部とを接続し、前記当接部の移動により剪断変形する剪断部と、を有する非導電性のゴム部材を有するフィルム外装電池用の電池加圧部材。
2. 前記支持部は、前記当接部に両側に配置されている、請求項１に記載のフィルム外装電池用の電池加圧部材。
3. 前記当接部は、前記支持部および前記剪断部で形成される面から、前記フィルム外装電池が配置される方向に突出した突出部を有する、請求項１または２に記載のフィルム外装電池用の電池加圧部材。
4. 前記支持部の横断面の断面積は、前記剪断部の横断面の断面積以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載のフィルム外装電池用の電池加圧部材。
5. 前記支持部の横断面の法線方向長さが、前記剪断部の横断面に対する法線方向であって、前記剪断部から前記当接部の荷重がかかる点までの長さ以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載のフィルム外装電池用の電池加圧部材。
6. 前記支持部からの力を受けて前記支持部を保持する保持部が設けられた固定部材を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載のフィルム外装電池用の電池加圧部材。
7. 前記保持部は溝形状であり、前記支持部が嵌合される、請求項６に記載のフィルム外装電池用の電池加圧部材。
8. 前記当接部は、前記支持部および前記剪断部で形成される面から、前記フィルム外装電池が配置される方向に突出した突出部を有し、前記保持部には、前記保持部から前記突出部のみが突出するように前記支持部が嵌合される、請求項６または７に記載のフィルム外装電池用の電池加圧部材。
9. 前記支持部の側面に少なくとも１つの突起部が形成されている、請求項７または８に記載のフィルム外装電池用の電池加圧部材。

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