JP2006172994A - 組電池および組電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コストを低減し、歩留まりのよい組電池および組電池の製造方法を提供する。
【解決手段】 正極板２１及び負極板２２を積層した発電要素を外装部材２４Ａ，２４Ｂ内に封止してなる扁平形状の単電池２０を複数積層し、単電池２０同士を接着剤によって接合する組電池の製造方法であって、互いに重なる前記単電池２０同士の一方の単電池２０の、他方の単電池２０と対向する面に接着剤の主剤Ａ１を塗布し、当該他方の単電池２０の前記一方の単電池２０と対向する面に接着剤の硬化剤Ａ２を塗布し、当該互いに重なる単電池２０同士を当接させて主剤Ａ１と硬化剤Ａ２を混合し、単電池２０同士を接合する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、車両用電源等に使用される組電池および組電池の製造方法に関する。

近年、環境意識の高まりを受けて、自動車の動力源を、化石燃料を利用するエンジンか
ら電気エネルギーを利用するモータに移行しようとする動きがある。このため、モータの
電力源となる電池の技術も急速に発展しつつある。

このような電池の一つとして、正極板及び負極板を積層した発電要素をラミネートフィルム等の外装部材内に封止した扁平形状の単電池を、複数積層すると共に電気的に接続した組電池が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

このような組電池を車両等の振動の多い環境下で使用する場合には、各単電池同士にズレが発生する可能性があるため、積層した単電池同士を両面テープや接着剤で接合している。

しかし、両面テープを使用する場合には、コストが高く、また両面テープを貼り付けた後に離形紙を剥がす必要があり、生産性も悪い。接着剤を用いた場合には、接着剤を塗布した状態で単電池を放置すると接着剤が硬化するため、例えば機械化された製造過程でラインを停止すると、単電池同士を貼り付ける前に接着剤が固まってしまい、歩留まりが悪くなるという問題がある。
特開２００４−７１１７８号公報

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、コストを低減し、歩留まりのよい組電池および組電池の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る組電池は、正極板及び負極板を積層した発電要素を外装部材内に封止してなる扁平形状の単電池を複数積層してなる組電池であって、互いに重なる前記単電池同士は、互いに接した後に硬化する接着剤により接合されていることを特徴とする。

上記目的を達成する本発明に係る組電池の製造方法は、正極板及び負極板を積層した発電要素を外装部材内に封止してなる扁平形状の単電池を複数積層し、単電池同士を接着剤によって接合する組電池の製造方法であって、互いに重なる前記単電池同士の一方の単電池の、他方の単電池と対向する面に接着剤の主剤を塗布し、当該他方の単電池の前記一方の単電池と対向する面に接着剤の硬化剤を塗布し、当該互いに重なる単電池同士を当接させて前記主剤と硬化剤を混合し、単電池同士を接合することを特徴とする。

上記のように構成した本発明に係る組電池は、単電池同士が互いに接した後に硬化する接着剤により接合するため、単電池同士を重ねる前に硬化せず、例えばライン停止時などにも対応でき、歩留まりがよい。

上記のように構成した本発明に係る組電池の製造方法は、単電池同士の互いに接する面に接着剤の主剤と硬化剤が別々に塗布されるため、単電池同士が当接するまで接着剤が固まらず、例えばライン停止時などにも対応でき、歩留まりをよくすることができる。

本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る組電池を示す斜視図、図２は本発明に係る組電池を示す分解斜視図、図３は本発明に係る組電池の単電池を示す斜視図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。

車両等のモータの電力源となる組電池１０は、図１，２に示すように、外部を覆う筐体１１と、この筐体１１内部に積層されて保持される複数の単電池２０と、を有している。

筐体１０は、強度の低い単電池２０を外部からの振動や衝撃から保護し、また単電池２０から伝達される熱を放熱する役割を果たしており、例えば放熱性のよいアルミにより形成されている。

単電池２０は、図３に示すように、扁平な長方形形状であり、両端部に正極タブ２５、負極タブ２６が形成されている。単電池２０は、図４に示すように、発電要素である複数の正極板２１および負極板２２をセパレータ２３を介在しつつ交互に積層し、これらを凹部を有する外装材２４Ａと平板状の外装材２４Ｂの内部に電解液と共に収納した後、２枚の外装材２４Ａ，２４Ｂの外周部を互いに熱融着等により接合して形成されている。

正極タブ２５および負極タブ２６は、外装材２４Ａ，２４Ｂに挟まれており、正極板２１が正極タブ２５と電気的に接続され、負極板２２が負極タブ２６と電気的に接続されている。

外装材２４Ａ，２４Ｂは、例えばポリプロピレン、アルミおよびポリエチレンテレフタレートを積層したラミネートフィルムであり、発電要素を覆って外部から絶縁すると共に、単電池内で発生した熱を外部に放熱する役割を果たしている。

このように形成された複数の単電池２０を、図２に示すように積層して直列に電気的に接続し、その両端部が筐体１１の出力端子１２Ａ，１２Ｂに接続される。

それぞれの単電池２０の間は接着剤により接合されている。

接着剤は、外力に耐える接着力を有し、電池の性能を損なわないように高温乾燥が不要で、また環境面から非有機系であることが好ましい。また、塗布後に瞬間的に硬化する接着剤も、例えば工場の瞬停時等に接着前に硬化する等の問題がある。

一般的には、接着剤には、空中の水分と反応して接着力を発現するシアノアクリレート系接着剤（瞬間接着剤）、溶媒を除去することにより接着力を発現する溶媒系接着剤、および二液を混合することにより接着力が発現する二液混合系接着剤等がある。

シアノアクリレート系接着剤は瞬間で硬化する他、剪断方向の接着力が低く、過大な力に耐えることができないため好ましくない。また、溶媒系接着剤では、有機溶媒系の場合には有機系の揮発成分を生じ、水性の場合には高温乾燥が必要である等、生産面で好ましくない。
＜第１の実施形態＞
第１の実施形態では、接着剤として二液混合系接着剤を用いる。二液混合系接着剤は、例えばエポキシ系接着剤やアクリル系接着剤等があり、主剤と硬化剤を混合することにより接着力が発現する。

図５は接着剤が塗布された単電池を示す斜視図、図６は接着材を接着面全面に塗布した状態を示す図であり、（Ａ）は接着前を示す部分断面図、（Ｂ）は接着後を示す部分断面図、図７は接着材を接着面に直線状に塗布した状態を示す図であり、（Ａ）は接着前を示す部分断面図、（Ｂ）は接着後を示す部分断面図である。なお、図６，７における接着剤は、理解の容易のために厚さ等を誇張して示している。

単電池２０同士を接合する際には、初めに、図５に示すように互いに接する単電池２０の一方の単電池２０の面に主剤Ａ１を複数の直線状に塗布し、他方の単電池２０の、主剤Ａ１と対応する位置に硬化剤Ａ２を直線状に塗布する。

この後、２つの単電池２０を重ねることにより、主剤Ａ１と硬化剤Ａ２が混合して単電池２０同士が互いに接合される。

通常、硬化剤Ａ２は主剤Ａ１よりも粘度が一桁以上小さいことが多いため、本実施形態のように接着剤を直線状ではなく接着面全体に塗布した場合には、図６（Ａ）に示すように、硬化剤Ａ２が塗布した状態（図６（Ａ）中の一点鎖線参照）から接着面を流れてしまう（図６（Ａ）中の矢印参照）。このように主剤Ａ１と硬化剤Ａ２の塗布厚さが異なることから、接着時には、図６（Ｂ）に示すように主剤Ａ１が硬化剤Ａ２を周囲へ押し広げるように接合される。この結果として、主剤Ａ１の塗布面近傍および硬化剤Ａ２の周囲部に、混合されず接着に寄与しない部分Ｅが生じる。

これに対し、本実施形態では硬化剤Ａ２が直線状であるため塗布量が少なく、図７（Ａ）に示すように塗布厚さが過大にならない。このため、硬化剤Ａ２が接着面を流れず、接着力に寄与しない部分が低減されて、主剤Ａ１と硬化剤Ａ２を良好に混合することができる（図７（Ｂ）参照）。

また、本実施形態は主剤Ａ１と硬化剤Ａ２が別々に塗布されているため、単電池２０に主剤Ａ１または硬化剤Ａ２を塗布した後でも、単電池２０同士を重ねるまでは接着剤が硬化しない。したがって、単電池２０同士の接合工程の時間を任意に設定でき、また、例えば機械化された生産過程においてラインが停止しても、単電池２０に塗布された主剤Ａ１および硬化剤Ａ２を、塗布したままの状態で長時間放置することができる。このため、単電池２０同士を接合する前に接着剤が硬化することがなく、製品の歩留まりが向上し、コストを低減することができる。

また、本実施形態を、単電池２０の接合に両面テープを使用した場合と比較しても、接着剤のコストが両面テープよりも安く、また両面テープのように貼り付けた後に離形紙を剥がす必要がないため、生産性もよい。

また、接着剤は、硬化剤Ａ２の塗布量を調整するために直線状に塗布されているため、塗布量を調整できるのであれば、必ずしも直線状でなくてもよい。

図８は接着剤の塗布方法の変形例を示す図であり、（Ａ）は点状に塗布した平面図、（Ｂ）は千鳥状に塗布した平面図、（Ｃ）は外周部に塗布した平面図である。なお、主剤Ａ１と硬化剤Ａ２の塗布位置は一致するため、硬化剤Ａ２のみを図示して省略する。

接着剤は、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、点状の複数の直線や千鳥状に塗布することができる。また、冷却性能を重視する場合には、図８（Ｃ）に示すように、単電池２０間の熱伝導を妨げないよう単電池２０の外周部のみに塗布することもできる。
＜第２の実施形態＞
図９は第２の実施形態に係る組電池の単電池を接合する過程を示す斜視図である。なお、第１の実施形態と同様の機能を有する部材については、同一の符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。

第２の実施形態では、接着剤に嫌気性接着剤を使用する。

嫌気性接着剤は、空気と接触している間は硬化せず、空気から遮断することにより硬化する接着剤である。なお、嫌気性接着剤は硬化するために金属イオンの存在が不可欠であり、接着面に金属イオンが存在しない場合には、接着面をプライマー処理することにより金属イオンを供給することができる。ただし、嫌気性接着剤は金属イオンが供給されても、空気から遮断されなければ硬化しない。

単電池２０同士を接合する前に、図９に示すように、隣接する一方の単電池２０の一面に嫌気性接着剤Ａ３を塗布し、この接着剤が塗布された面と対応する他方の単電池の面には、プライマー処理を施してプライマー処理面Ａ４を形成する。

この後、２つの単電池２０を重ねることにより、嫌気性接着剤Ａ３が空気から遮断され、電池２０同士が互いに接合される。

このように、接着剤に嫌気性接着剤Ａ３を用いることにより、単電池２０同士を重ねない限り接着剤が硬化しないため、単電池２０同士の接合工程の時間を任意に設定でき、また、例えば機械化された生産過程においてラインが停止しても、単電池２０に接着剤を塗布した状態で長時間放置することができる。このため、単電池２０同士を接合する前に接着剤が硬化することがなく、製品の歩留まりが向上し、コストを低減することができる。

また、嫌気性接着剤Ａ３を塗布する面に予めプライマー処理を施しておくこともできる。ただし、このような場合には、嫌気性接着剤Ａ３を塗布することで嫌気性接着剤Ａ３に金属イオンが供給されるため、電池２０同士を接合する前に何らかの要因で硬化する可能性がある。したがって、プライマー処理は嫌気性接着剤Ａ３が塗布される面と対応する面に施す方が好ましい。また、接着面に金属イオンが存在する場合には、プライマー処理は必要ない。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、第１の実施形態における主剤Ａ１および硬化剤Ａ２の単電池２０上での塗布位置が逆であってもよく、第２の実施形態における嫌気性接着剤Ａ３およびプライマー処理面Ａ４の単電池２０上での位置が逆であってもよい。また、接着剤の塗布方法は、直線状、点線状、千鳥状等に限られず、例えば波線状等であってもよい。また、単電池の形状は長方形形状に限定されない。また、単電池の両端部に形成されている正極タブおよび負極タブの両方が、単電池の同方向端部に形成されていてもよい。

本発明に係る組電池を示す斜視図である。 本発明に係る組電池を示す分解斜視図である。 本発明に係る組電池の単電池を示す斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 接着剤が塗布された単電池を示す斜視図である。 接着材を接着面全面に塗布した状態を示す図であり、（Ａ）は接着前を示す部分断面図、（Ｂ）は接着後を示す部分断面図である。 接着材を接着面に直線状に塗布した状態を示す図であり、（Ａ）は接着前を示す断面図、（Ｂ）は接着後を示す断面図である。 接着剤の塗布方法の変形例を示す図であり、（Ａ）は点状に塗布した平面図、（Ｂ）は千鳥状に塗布した平面図、（Ｃ）は外周部に塗布した平面図である。 第２の実施形態に係る組電池の単電池を接着する過程を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 組電池、
１１ 筐体、
１２Ａ，１２Ｂ 出力端子、
２０ 単電池、
２１ 正極板、
２２ 負極板、
２３ セパレータ、
２４Ａ，２４Ｂ 外装材、
２５ 正極タブ、
２６ 負極タブ、
Ａ１ 主剤、
Ａ２ 硬化剤、
Ａ３ 嫌気性接着剤、
Ａ４ プライマー処理面。

Claims (9)

1. 正極板及び負極板を積層した発電要素を外装部材内に封止してなる扁平形状の単電池を複数積層してなる組電池であって、
   互いに重なる前記単電池同士は、互いに接した後に硬化する接着剤により接合されていることを特徴とする組電池。
2. 前記接着剤は、前記単電池の接着面に部分的に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
3. 前記接着剤は、二液混合系接着剤であることを特徴とする請求項１または２に記載の組電池。
4. 前記接着剤は、嫌気性接着剤であることを特徴とする請求項１または２に記載の組電池。
5. 正極板及び負極板を積層した発電要素を外装部材内に封止してなる扁平形状の単電池を複数積層し、単電池同士を接着剤によって接合する組電池の製造方法であって、
   互いに重なる前記単電池同士の一方の単電池の、他方の単電池と対向する面に接着剤の主剤を塗布し、
   当該他方の単電池の前記一方の単電池と対向する面に接着剤の硬化剤を塗布し、
   当該互いに重なる単電池同士を当接させて前記主剤と硬化剤を混合し、単電池同士を接合することを特徴とする組電池の製造方法。
6. 前記主剤は、少なくとも一列の直線状に塗布され、前記硬化剤は、前記主剤と対応する位置に塗布されることを特徴とする請求項５に記載の組電池の製造方法。
7. 前記主剤は、複数の点状に塗布され、前記硬化剤は、前記主剤と対応する位置に塗布されることを特徴とする請求項５または６に記載の組電池の製造方法。
8. 前記主剤は、当該主剤が塗布される面の外縁部に塗布され、前記硬化剤は、前記主剤と対応する位置に塗布されることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の組電池の製造方法。
9. 正極板及び負極板を積層した発電要素を外装部材内に封止してなる扁平形状の単電池を複数積層し、単電池同士を接着剤によって接合する組電池の製造方法であって、
   互いに重なる前記単電池同士の一方の単電池の、他方の単電池と対向する面に嫌気性接着剤を塗布し、
   前記互いに重なる単電池同士を当接させて接着剤を硬化させ、単電池同士を接合することを特徴とする組電池の製造方法。

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