JP2006252960A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】振動が加わった場合でも外装体内の単体電池がずれたり、不具合が発生したりするのを防止することができ、かつ、製造、分解が容易な組電池を提供する。
【解決手段】周辺部においてラミネート材同士を接合することにより内部に発電要素を封入した複数の単体電池４０と、表面の摩擦係数がラミネート材の外表面の摩擦係数より高い材質で形成され、複数の単体電池４０の間で周辺部４５に当接する位置に配置された振動防止部材１０１とを積層し、外装体３０内に収納したことを特徴とする組電池。
【選択図】図６

Description

本発明は、組電池に関する。

二次電池として提供されているものの中には、複数の単体電池を缶体などの外装体にパッケージした組電池がある。たとえば、電気自動車やハイブリッド自動車、燃料電池車などの高出力高容量の二次電池にこのような複数の単体電池を一つのパッケージにした組電池が用いられている。

従来の組電池としては、たとえば、一つひとつがラミネートパッケージされた複数の単体電池を、それぞれの単体電池が樹脂材料に覆われるように外装体内部に樹脂材料を充填した組電池がある。この組電池によれば、各単体電池を樹脂で覆うことにより、振動が加わるような使用状況においても、組電池内部における各単体電池の振動を吸収し、振動による不具合の発生を抑制することが可能となっている。
特開２００１−１６２９８９号公報

しかしながら、このような従来の組電池では、外装体内部に樹脂を充填することで単体電池全体を樹脂によって覆うこととしているため、外装体内を樹脂充填する際に、確実に単体電池の周囲を覆うことが難しいといった問題がある。

また、いったん外装体内に樹脂充填した後は、組電池の分解が難しいといった問題もある。これは、たとえば、組電池廃棄の際のリサイクル作業における分解が面倒になといった問題がある。また、実質的にこのような樹脂充填された組電池では、単体電池の一つ（または複数）のみの不具合の場合に、中の単体電池の一部を交換する際に、樹脂を全て取り除くのが面倒で、実質的に再利用コストが上がってしまうといった問題もある。

そこで本発明の目的は、振動が加わった場合でも外装体内における単体電池がその振動によってずれたり、振動により不具合が発生したりするのを防止することができ、かつ、製造、分解が容易な組電池を提供することである。

上記課題を解決するための本発明は、周辺部においてラミネート材同士を接合することにより内部に発電要素を封入した複数の単体電池と、表面の摩擦係数が前記ラミネート材の外表面の摩擦係数より高い材質で形成され、前記複数の単体電池の間で前記周辺部に当接する位置に配置された振動防止部材と、前記単体電池と前記振動防止部材とを積層した状態で収納する外装体と、を有することを特徴とする組電池である。

本発明によれば、ラミネートパッケージされた単体電池の周辺部にのみ、ラミネート材の外表面の摩擦係数より高い摩擦係数の振動防止部材を配置したので、組電池に振動が加わった場合でも外装体内の単体電池は振動防止部材との摩擦力によってずれたりすることが抑えられ、振動による不具合の発生を防止することができ、かつ、単体電池と振動防止部材は接合されていないため製造、分解が容易である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は本実施形態の組電池の概略構造を示す斜視図、図２は図１に示される組電池を上下反転し、さらに分解して示す斜視図、図３はこの組電池に収納されている単体電池である扁平型電池の一つを示す斜視図である。

この組電池１０は、図１および図２に示すように、複数の扁平型電池４０からなるセルユニット２０が電池外装体３０内に収納されている。

セルユニット２０は、発電要素をラミネートフィルムなどによって封止した扁平型電池４０（図３参照）を複数枚、正負極を交互に積層して直列に接続してなる。なお、図２に示す例では８枚積層ているが、積層される枚数については限定されるものではない。

扁平型電池４０は、単体電池であり、ラミネート材により内部に正極板、負極板、セパレータを積層した積層体と電解液とからなる発電要素を封入してラミネートパッケージされたものである。ラミネートパッケージは、その周辺部においてラミネート材同士を熱融着などにより接合している。パッケージングに際しては、両端から正極端子および負極端子としての電極タブ４１、４２を外部に導出されるようにしている。なお、このようなラミネートパッケージされた電池の発電要素としては、たとえばリチウムチウムイオン二次電池が挙げられる。

セルユニット２０は、各扁平型電池４０から延びる電極タブ４１、４２を保持する絶縁スペーサ２１と、正負の出力端子２２、２３とを含む。絶縁スペーサ２１には、電圧検出端子に接続されるコネクタを差し込む差込口２４が設けられている。この差込口２４は、セルユニット２０を電池外装体３０内に収納したときにも電池外装体３０から露出される。正負の出力端子２２、２３も、電池外装体３０から露出される。

そして各扁平型電池４０の周囲には、振動防止部材１０１が設けられている（詳細後述）。

電池外装体３０は、一面が開口した容器３１と、該容器３１の開口を閉じる蓋体３２とを有する。

容器３１は、略矩形の基面３３と、該基面３３の外周縁から略垂直に伸びる側面３４とを含む。側面３４には、セルユニット２０収納時に、上記差込口２４や正負の出力端子２２、２３を露出するための切り欠き部３４ａ、３４ｂ、３４ｃが設けられている。

蓋体３２は、縁部がカシメ加工によって、容器３１の側面３４に巻き締められている（図１拡大図参照）。カシメ加工なので、蓋体３２と容器３１とを接合する接合部３５は、容器３１の側面３４に沿って突出する。

容器３１および蓋体３２は、比較的薄肉の鋼板またはアルミニウム板から形成され、プレス加工によって所定形状が付与されている。

セルユニット２０の収納時には、セルユニット２０の絶縁スペーサ２１に設けられた貫通孔２５と、基面３３および蓋体３２に設けられた孔３６との位置が一致する。

以下、組電池１０内における扁平型電池４０に振動防止部材１０１について説明する。

図４は扁平型電池４０に振動防止部材１０１を載置した状態の平面図、図５は振動防止部材の斜視図、図６は組電池の組み立てを説明するための概略図である。なお、図６においては本実施形態を理解しやすくするために、扁平型電池４０と振動防止部材１０１以外の構成部材については図示省略した。

振動防止部材１０１は、扁平型電池４０の周辺部４５（図３参照）に当接するように配置される。周辺部４５は、図３から分かるとおり、ラミネートパッケージされた扁平型電池４０におけるラミネートシール部分である。したがって、この振動防止部材１０１は枠形状をしている。また、振動防止部材１０１は、弾性があり、かつ、その表面の摩擦係数が扁平型電池４０のラミネート材外表面の摩擦係数より高い材質で形成されたものである。

ここで扁平型電池４０のラミネート材は、通常、電池外側からポリアミド系樹脂（たとえばナイロン（登録商標））層−アルミニウム層−ポリプロピレン層のものや、同じく電池外側からポリエチレン層−アルミニウム層−ポリプロピレン層のものなどがあるが、たとえば、外側からポリアミド系樹脂層−アルミニウム層−ポリプロピレン層のものでは、外表面の摩擦係数は約０．３３であり、外側からポリエチレン層−アルミニウム層−ポリプロピレン層のものであっても大きくは違わない。

したがって、振動防止部材１０１表面（少なくとも扁平型電池４０と接する部分）の摩擦係数は、０．３３より大きいことが好ましい。このような観点から、その材質としては、弾性材料が好ましく、たとえば、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）などが好ましく、これらの摩擦係数はいずれも２．０以上である。

振動防止部材１０１の形状は、側面がくさび形となるように形成している。これにより圧縮方向（扁平型電池４０を積層する方向）に縮みやすくかつ弾性力が出るようにしている。

組電池組み立ての際は、まず、図６（ａ）に示すように、振動防止部材１０１と扁平型電池４０を交互に積層する。その後、各電極タブ４１、４２に出力端子２２、２３を取り付けてセルユニット２０とし、これを図６（ｂ）に示すように、外装体３０の容器３１に入れて、内部を圧縮するようにして蓋体３２を閉めてカシメ止めする。

振動防止部材１０１は、図７（ａ）に示すように、外装体３０内に収納される前の状態においては、圧縮方向の高さＨが扁平型電池４０の発電要素部分の厚さｔの寸法より大きく形成してある。このため蓋体３２が閉められたときには、図７（ｂ）に示すように、振動防止部材１０１は圧縮されることになる。

このように構成された本実施形態によれば、高い摩擦係数を有する弾性材料を振動防止部材１０１として扁平型電池４０の周囲に設けることで、組電池に振動が加わった場合でも外装体３０内部における扁平型電池４０の振動を抑えることが可能になると共に、振動防止部材１０１は扁平型電池４０を摩擦力によって抑えているだけであるので（すなわち、単体電池と振動防止部材は接合されていない）、製造、分解が容易である。したがって、後から分解などを行う際に簡単に各振動防止部材１０１と扁平型電池４０をばらすことができ、各部品のリサイクルが容易であり、また、扁平型電池４０の一部または複数を交換する場合でも容易に分解して交換することができる。

また、振動防止部材１０１は、扁平型電池４０の全周囲を取り囲むように配置されているので、蓋体３２が閉められたときには、図７（ｂ）に示したように圧縮されると、同時にその内側の空気が抜ける。このため扁平型電池４０がずれようとしたときに、その内側が負圧状態となって、振動防止部材１０１全体が扁平型電池４０に吸着する作用を示し、扁平型電池４０のずれを一層抑えることができる。

さらに、振動防止部材１０１は、ラミネートパッケージされた扁平型電池４０の発電要素が収納されている部分には当接しないため、振動防止部材１０１が発電要素部分を圧迫してしまうようなこともない。

なお、ここでは振動防止部材１０１が圧縮される際には、扁平型電池４０と振動防止部材１０１との隙間から、振動防止部材１０１内側の空気が抜けるのもであるが、これに代えて、たとえば、図８に示すように、振動防止部材１０１の側面の一部に空気を抜くための逆止弁１０２をつけておいてもよい。この場合、蓋体３２が閉められたときに、この逆止弁１０２から内側の空気が容易に抜けるため、蓋体３２を示す際の加圧力が少なくて済む。なお、逆止弁１０２は、振動防止部材１０１内側から外側に向かっては空気が流れるが外側から内側に向かっては空気の流れない方向に取り付けている。

さらに、このように逆止弁１０２を取り付けた振動防止部材１０１を使用する場合、容器３１内に、扁平型電池４０と振動防止部材１０１を積層した状態のセルユニットを入れて蓋をした後、周囲の雰囲気を減圧状態することで、振動防止部材１０１内側の空気を抜いてしまうことで、常圧下に戻したときに、振動防止部材１０１内側が真空状態となってより一層扁平型電池４０のずれを抑えることができるようになる。なお、外装体３０は、気密性はない。

また、組み立て後、内部の構成部材が熱劣化しない程度に組み立てた後の組電池１０を暖め、その後放置して冷却することでも、振動防止部材１０１内側を真空状態（減圧状態）にすることもできる。これは、組み立て後の組電池を暖めることで、振動防止部材１０１内側の空気が膨張して逆止弁１０２から排気され、その後、冷えたときには空気が排気された分減圧状態となるものである。

（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態における振動防止部材の構成を説明するための説明図である。また図１０は振動防止部材の構成を説明するための平面図であり、（ａ）は上面から見た図、（ｂ）は下面から見た図である。また図１１は振動防止部材の構成を説明するための側面図であり、（ａ）は電極タブのある側の側面図、（ｂ）は長辺方向側（電極タブ側のない側）の側面図である。なお、本第２の実施形態は、振動防止部材の構造が異なるのみで、そのほかの構成は、第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。

図９に示すように、本第２の実施形態では、振動防止部材１１１を扁平型電池４０の外周より大きくしたものである。これにより、図示するように、外装体３０内に扁平型電池４０と振動防止部材１１１を積層して収納することで、振動防止部材１１１の扁平型電池４０から周辺部４５よりはみ出している部分１１５がその下にある振動防止部材１１１に接触し、弾性力によって振動防止部材１１１同士の接触した部分が密着する。これにより、振動防止部材１１１の密着した部分は、扁平型電池４０外側を水密に保つシール部材として機能させることができる。

このように振動防止部材１１１は、扁平型電池４０の周囲にのみ配置され、かつ、前記のとおり、扁平型電池４０の周辺部からはみ出すように大きく形成されている。このため振動防止部材１１１の形状は図１０および図１１に示すように、扁平型電池４０の電極タブがある側は、この電極タブが取り出すための切り欠き１１３が設けられている。

切り欠き１１３の大きさは、横方向ｗは電極タブの大きさと同じであり、確実に電極サブが切り欠き１１３部分から振動防止部材１１１の外に出て、振動防止部材１１１がめくれ上がったりしないような大きさとする。一方、切り欠き１１３の深さｕは電極タブの厚さよりわずかに少ない程度の深さとすることが好ましい。これにより振動防止部材１１１がその弾性力によって電極タブにも完全密着して水密性が保もてるようになる。

通常、ラミネートパッケージされた単体電池（扁平型電池４０）は、それ自体が水密、気密性となっている。しかし、万が一ラミネートが破損するなどした場合には、内部の電解液が漏れ出すことがある。

本第２の実施形態は、振動防止部材１１１が互いに扁平型電池４０の外側で密着してシール部材として機能するので、ラミネートの破損などが万が一起きた場合でも、外部への電解液の漏れ出しを防ぐことが可能となる。

以上、本発明の実施形態を説明したが本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。

たとえば、上述した実施形態では、振動防止部材の側面をくさび形形状に形成しているが、このような側面形状に限定されるものではなく、たとえば、図１２に示すように、振動防止部材１２０の側面を、くさび形形状を複数重ねた形状、図１３に示すように、振動防止部材１３０の側面を、相対する側面が互いにくさびの先端が向きあうようにした形状など、振動防止部材が伸縮しやすい形状にすることが可能である。

また、上述した実施形態では、振動防止部材１０１または１１１が単体電池である扁平型電池４０の全周囲を取り囲むように配置されて、取り囲んだ内側が負圧となって吸着作用を有するようにしているが、このほかに、たとえば、図１４に示すように、振動防止部材１４０の扁平型電池４０の周辺部４５と当接する部分が、圧縮前の状態、すなわち、図１４（ａ）に示すように外装体３０内に収納される前の状態においては、凹形状に湾曲した面１４１を有するようにしてもよい。これにより振動防止部材１０１または１１１は外装体１０内に収納されて圧縮されたときに、図１４（ｂ）に示すように、この湾曲した面１４１内の空気が抜けて、扁平型電池４０の周辺部４５へ吸着する。そしてこの吸着作用により扁平型電池４０のずれを抑えることができる。

本発明は、二次電池に利用可能である。

実施形態の組電池の概略構造を示す斜視図である。 上記組電池を上下反転し、さらに分解して示す斜視図である。 上記組電池に収納されている扁平型電池を示す斜視図である。 上記扁平型電池に振動防止部材を載置した状態の平面図である。 上記振動防止部材の斜視図である。 上記組電池の組み立てを説明するための概略図である。 振動防止部材の外装体へ収納される前後の状態を説明するための説明図である。 振動防止部材の他の形態を示す斜視図である。 第２の実施形態における振動防止部材の構成を説明するための説明図である。 上記振動防止部材の構成を説明するための平面図であり、（ａ）は上面から見た図、（ｂ）は下面から見た図である。 上記振動防止部材の構成を説明するための側面図であり、（ａ）は電極タブのある側の側面図、（ｂ）は長辺方向側（電極タブ側のない側）の側面図である。 振動防止部材の他の構成を説明するための概略図である。 振動防止部材のさらに他の構成を説明するための概略図である。 振動防止部材のさらに他の構成を説明するための概略図である。

符号の説明

１０…組電池、
２０…セルユニット、
３０…外装体、
３１…容器、
３２…蓋体、
４０…扁平型電池、
４５…周辺部、
１０１、１１１…振動防止部材、
１０２…逆止弁、
１１５…はみ出している部分。

Claims (7)

1. 周辺部においてラミネート材同士を接合することにより内部に発電要素を封入した複数の単体電池と、
   表面の摩擦係数が前記ラミネート材の外表面の摩擦係数より高い材質で形成され、前記複数の単体電池の間で前記周辺部に当接する位置に配置された振動防止部材と、
   前記単体電池と前記振動防止部材とを積層した状態で収納する外装体と、
   を有することを特徴とする組電池。
2. 前記振動防止部材は弾性材からなり、前記外装体に収納された状態において圧縮されていることを特徴とする請求項１記載の組電池。
3. 前記振動防止部材の高さは、前記外装体に収納されていない状態において、前記単体電池の前記発電要素を収納している部分の厚さの寸法より大きいことを特徴とする請求項２記載の組電池。
4. 前記振動防止部材は、前記単体電池に対して吸着作用を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の組電池。
5. 前記振動防止部材は、前記単体電池の全周囲を取り囲むように配置されており、取り囲んだ内側が負圧となって前記吸着作用を有することを特徴とする請求項４記載の組電池。
6. 前記振動防止部材は、前記取り囲んだ内側の空気を排出するための逆止弁を有することを特徴とする請求項５記載の組電池。
7. 前記振動防止部材は、前記周辺部よりさらに外側で前記振動防止部材同士が接触していることを特徴とする請求項１〜６の少なくとも一つに記載の組電池。

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