JP2008066090A - 組電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】出力密度を向上させることができる組電池を提供する。
【解決手段】組電池は、４個の単電池が直列接続されている。単電池は、極性が交互となるように並置されている。隣り合う単電池同士は、接続部材４０で接続されている。接続部材４０は、２枚の金属板４０ａ、４０ｂが重ねて積層された積層金属板で構成されている。金属板４０ａ、４０ｂには、溶接で二元系合金を形成する銅とニッケルとがそれぞれ使用されている。銅の体積抵抗率がニッケルの約１／４であるため、金属板４０ａ、４０ｂのそれぞれに使用された金属の体積抵抗率の比率が１／２以下となる。接続部材４０の両端部は、隣り合う単電池のうち一方の正極外部端子と他方の負極外部端子とにそれぞれ抵抗溶接で接合されている。抵抗溶接で金属板４０ａ、４０ｂに使用した銅とニッケルとが合金化する。
【選択図】図２
【解決手段】組電池は、４個の単電池が直列接続されている。単電池は、極性が交互となるように並置されている。隣り合う単電池同士は、接続部材４０で接続されている。接続部材４０は、２枚の金属板４０ａ、４０ｂが重ねて積層された積層金属板で構成されている。金属板４０ａ、４０ｂには、溶接で二元系合金を形成する銅とニッケルとがそれぞれ使用されている。銅の体積抵抗率がニッケルの約１／４であるため、金属板４０ａ、４０ｂのそれぞれに使用された金属の体積抵抗率の比率が１／２以下となる。接続部材４０の両端部は、隣り合う単電池のうち一方の正極外部端子と他方の負極外部端子とにそれぞれ抵抗溶接で接合されている。抵抗溶接で金属板４０ａ、４０ｂに使用した銅とニッケルとが合金化する。
【選択図】図２
Description
本発明は組電池に係り、特に、複数の単電池が接続部材を介して電気的に接続された組電池に関する。
従来、電池を使用する電気機器は、１個または複数個の単電池を購入し、それらを接続して使用するものが主流であったが、昨今のノートパソコン用や携帯ビデオカメラ用電池あるいは電気自動車用電池などでは複数個の単電池を予め電気的に接続して組電池としたものを使用するものが主流となっている。組電池であっても使用用途によって要求される性能は様々であり、ノートパソコン用や携帯ビデオカメラ用組電池では、１充電当りの使用可能時間が長いものが求められるため高エネルギー密度（単位：Ｗｈ／ｋｇ）の性能が要求される。一方、電動工具用やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）用組電池では、モータを動かすために高い出力が求められるため高出力密度（単位：Ｗ／ｋｇ）の性能が要求される。これらの要求に対してリチウム二次電池は、他の二次電池に比べて高電圧、高エネルギー密度であり、多くの用途で使用されることが期待されている。
ところが、ＨＥＶ用組電池としては、高電圧を特徴とするリチウム二次電池を用いた組電池であっても、ＨＥＶを駆動するモータが高出力であることから、高電圧のみならず大電流充放電が可能であることが必要である。また、ＨＥＶに車載するには、組電池の軽量化も求められる。通常、ＨＥＶに使用されるモータの最大負荷時の電流は、単電池の定格容量に対する１時間率放電電流の５倍以上となる。このことから、組電池において大電流充放電をするためには、単電池のみならず単電池外部の接続でも大電流充放電可能な状態にしておくことが必要である。
一般に、単電池同士を電気的に接続するための接続部材には、単一組成の金属線あるいは金属板が使用されている。特に、従来単電池の電池容器の材質として広く使われているニッケルメッキ鋼板を電池容器に使用した場合では、接続部材に、その溶接性の良さからニッケル板の単板が使用されることが多い（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、上述したようにＨＥＶ用組電池では、単電池の定格容量に対して１時間率放電電流の５倍以上の大電流を流す必要がある。接続部材として体積抵抗率の比較的高いニッケル板を使用すると、大電流通電を許容する断面積を確保するためには、ノートパソコン用組電池に使用される接続部材に比べて接続部材の厚さを数倍から数十倍も大きくする必要がある。このため、接続部材の溶接性低下や溶接不良が生じ、重量増加によるエネルギー密度や出入力密度が低下し、車載時にＨＥＶの車両性能を向上させることができなかった。
本発明は、上記事案に鑑み、出力密度を向上させることができる組電池を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明は、複数の単電池が接続部材を介して電気的に接続された組電池において、前記接続部材は、２種以上の金属板が重ねて積層された積層金属板であり、前記単電池と接続された接続部において溶接により隣接する前記金属板同士に二元系合金が生成されたことを特徴とする。
本発明では、接続部材が２種以上の金属板が重ねて積層された積層金属板のため、２種以上の金属板のうち１種の金属板に他の金属板より密度や体積抵抗率の小さい金属板を重ねて積層することで軽量化や電気抵抗の低減を図ることができ、接続部材の単電池と接続された接続部において溶接により隣接する金属板同士に二元系合金が生成されているため、接続部における金属板間の接触抵抗が低減する。従って、複数の単電池が電気抵抗の低減した接続部材を介して電気的に接続されるので、組電池の出力密度を向上させることができる。
この場合において、接続部材を、金属板にそれぞれ使用された金属のうち少なくとも２種の金属の体積抵抗率（Ω・ｍ）の比が１／２以下となるようにすれば、接続部材の電気抵抗を一層低減することができる。また、単電池の外装容器が金属板の１種と同種の金属でメッキされていてもよい。接続部が抵抗溶接により外装容器と二元系合金とが接合されるようにすれば、従来のネジ締結で接続する方法に比べ部品数を減少させることができ、ネジ締結では接続部材と外装容器との接触で接触抵抗が生じるのに対して、接続部材と外装容器とが接続部で合金化するので、接触抵抗を低減し出力低下を抑制することができる。また、金属板のうち２種の金属板が、主金属にそれぞれ銅とニッケルとが使用されていてもよく、主金属にそれぞれアルミニウムとニッケルとが使用されていてもよい。このような接続部材が、両端部に接続部を有しており、中央部が両端部に対して段差を有していてもよい。
本発明によれば、接続部材が２種以上の金属板が重ねて積層された積層金属板のため、２種以上の金属板のうち１種の金属板に他の金属板より密度や体積抵抗率の小さい金属板を重ねて積層することで軽量化や電気抵抗の低減を図ることができ、接続部材の単電池と接続された接続部において溶接により隣接する金属板同士に二元系合金が生成されているため、接続部における金属板間の接触抵抗が低減し、複数の単電池が電気抵抗の低減した接続部材を介して電気的に接続されるので、組電池の出力密度を向上させることができる、という効果を得ることができる。
以下、図面を参照して、本発明を扁平円筒型リチウム二次電池を使用した組電池に適用した実施の形態について説明する。
（構成）
本実施形態の組電池３０は、４個の扁平円筒型リチウム二次電池（以下、単電池という。）２０で構成されている。図１に示すように、隣り合う２個の単電池２０は、極性が交互となるように扁平円形状断面の長軸方向に沿う側面を対向させて並置されている。隣り合う単電池２０同士は、接続部材４０を介して接続されている。すなわち、組電池３０を構成する４個の単電池２０は、３個の接続部材４０を介して直列接続されている。なお、図１では、隣り合う２個の単電池２０のみを示し、残りの２個を捨象して示している。
本実施形態の組電池３０は、４個の扁平円筒型リチウム二次電池（以下、単電池という。）２０で構成されている。図１に示すように、隣り合う２個の単電池２０は、極性が交互となるように扁平円形状断面の長軸方向に沿う側面を対向させて並置されている。隣り合う単電池２０同士は、接続部材４０を介して接続されている。すなわち、組電池３０を構成する４個の単電池２０は、３個の接続部材４０を介して直列接続されている。なお、図１では、隣り合う２個の単電池２０のみを示し、残りの２個を捨象して示している。
図２に示すように、接続部材４０は、２枚の金属板４０ａ、４０ｂが重ねて積層された積層金属板で構成されている。金属板４０ａ、４０ｂは、それぞれ略矩形状で長手方向中央部が両端部に対して突出した平面状に段差を有している。金属板４０ａの突出した中央部の長手方向の長さは、下側の窪んだ部分に金属板４０ｂの中央部が嵌合するように調整されている。隣接する金属板４０ａ、４０ｂには、溶接により二元系合金を生成する金属がそれぞれ使用されている。金属板４０ａ、４０ｂにそれぞれ使用された金属は、体積抵抗率（単位はΩ・ｍ）の比が１／２以下に設定されている。本例では、金属板４０ａに銅が使用されており、金属板４０ｂにニッケルが使用されている。銅の体積抵抗率がニッケルの約１／４であることから、金属板４０ａ、４０ｂにそれぞれ使用された金属の体積抵抗率の比が１／２以下となる。接続部材４０の外寸は、単電池２０の定格容量に対する１時間率放電電流の５倍以上の電流を通電可能な寸法に設定されており、本例では、長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍに設定されている。
接続部材４０の両端部は、隣り合う単電池２０のうち一方の正極外部端子と他方の負極外部端子とにそれぞれ抵抗溶接により接合されている。接続部材４０の両端部には、略十字状の開孔がそれぞれ形成されている。抵抗溶接で接合された接合部では、正極外部端子及び接続部材４０、負極外部端子及び接続部材４０がそれぞれ合金化している。また、この抵抗溶接により金属板４０ａ、４０ｂも銅とニッケルとが二元系合金を生成している。組電池３０では、４個の単電池２０のうち最も高電圧となる単電池２０の正極外部端子と、最も低電圧となる単電池２０の負極外部端子とが、それぞれ組電池３０の正極端子と負極端子とを構成する。
組電池３０を構成する単電池２０は、図３に示すように、断面扁平円形状でニッケルメッキが施されたスチール製の電池容器（単電池２０の外装容器の一部）７を有している。電池容器７の内部には、帯状の正負極板がセパレータを介して捲回された発電要素の捲回群６が収容されている。捲回群６の捲回中心には、ポリプロピレン製で中空な扁平円筒状の軸芯１が使用されている。なお、図３では、捲回群６の内部を捨象して示している。
捲回群６の上側には、正極板からの電位を集電するための正極集電リング４が配置されている。正極集電リング４は、扁平ドーナツ盤状に形成されており、軸芯１の上端部に固定されている。正極集電リング４の周囲から一体に張り出した鍔部周面付近には正極板から導出された正極リード片２が変形され集合されており、正極リード片２と鍔部周面とが超音波溶接で接合されている。正極集電リング４の鍔部周面全周には、絶縁被覆が施されている。正極集電リング４の上方には、電池容器７を封口するための扁平円盤状の電池蓋（単電池２０の外装容器の一部）が配置されている。電池蓋は、長手方向中心より一側に開裂弁１１が予め溶接されたアルミニウム製の蓋ケース１２と、ニッケルメッキが施されたスチール製の蓋キャップ１３とで構成され、これらが積層され蓋ケース１２の周縁部をカシメ固定することによって組立てられている。この電池蓋では、蓋ケース１２が捲回群６側に配置され、蓋キャップ１３が外側に配置されている。このため、電池容器７及び電池蓋（蓋キャップ１３）にいずれもニッケルメッキが施されていることから、単電池２０の外装容器は、接続部材４０を構成する金属板４０ｂと同種の金属（ニッケル）でメッキされている。蓋キャップ１３には、長手方向中心より一側で開裂弁１１に対応する位置に開口が形成されており、長手方向中心より他側（開裂弁１１と反対側）に正極外部端子となる断面略円形状の凸部が形成されている。正極集電リング４の上部には、予め複数枚のアルミニウム製リボンを重ね合わせて構成した正極リード９の一端が溶接で接合されており、正極リード９の他端は電池蓋の下面に溶接で接合されている。
一方、捲回群６の下側には、負極板からの電位を集電するための負極集電リング５が配置されている。負極集電リング５は、扁平ドーナツ盤状に形成されており、軸芯１の下端部に固定されている。負極集電リング５の周面には、正極集電リング４と正極リード片２との接続操作と同様にして、負極板から導出された負極リード片３が超音波溶接で接合されている。負極集電リング５の下側には、予め電気的導通のための負極リード板８が溶接されており、負極リード板８は負極外部端子を兼ねる電池容器７の内底面に溶接で接合されている。
電池蓋は、電池容器７の上部にＥＰＤＭ樹脂製ガスケット１０を介してカシメ固定されている。正極リード９は電池容器７内に折りたたむようにして収容されており、単電池２０は密封されている。また、電池容器７内には、捲回群６全体を浸潤可能な量の図示しない非水電解液が注液されている。非水電解液には、有機溶媒のエチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とを体積比１：２の割合で混合した混合溶媒中へ六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１モル／リットルの濃度で溶解したものが用いられている。単電池２０は、容量１６．０Ａｈ、質量８００ｇに設定されている。なお、単電池２０内の捲回群６から正負極外部端子までの集電部材および接続部は、定格容量に対する１時間率放電電流の５倍以上の電流を通電可能なように作製されている。
捲回群６は、正極板と負極板とが、これら両極板が直接接触しないように、例えば、幅９０ｍｍ、厚さ４０μｍでポリエチレン製の微多孔性セパレータを介して軸芯１の周りに捲回されている。正極板および負極板からそれぞれ導出された正極リード片２および負極リード片３は、それぞれ捲回群６の互いに反対側の両端面に配置されている。
捲回群６を構成する正極板は、正極活物質に、例えば、マンガン酸リチウム等のリチウム遷移金属複酸化物が用いられている。正極板は、帯状のアルミニウム箔（正極集電体）に正極合剤が略均一に塗着されている。正極合剤には、リチウム遷移金属複酸化物の粉末、導電材の炭素粉末および結着材のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦと略記する。）が混合されている。正極合剤をアルミニウム箔に塗布するときには、溶媒のＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰと略記する。）で粘度調整される。アルミニウム箔の長手方向一側の側縁には、正極合剤の未塗布部が残されており、未塗布部を櫛状に切り欠くことで正極リード片２が形成されている。正極板は、乾燥後、プレス整形され、裁断されている。
一方、負極板は、負極活物質に、例えば、非晶質炭素等の炭素材が用いられている。負極板は、帯状の銅箔（負極集電体）に負極合剤が略均一に塗着されている。負極合剤には、非晶質炭素の粉末および結着材のＰＶＤＦが混合されている。負極合剤を銅箔に塗布するときには、溶媒のＮＭＰで粘度調整される。銅箔の長手方向一側の側縁には、正極板と同様にして負極リード片３が形成されている。負極板は、乾燥後、プレス整形され、裁断されている。
（作用等）
次に、本実施形態の組電池３０の作用等について、接続部材４０を中心に説明する。
次に、本実施形態の組電池３０の作用等について、接続部材４０を中心に説明する。
本実施形態の組電池３０では、隣り合う単電池２０の接続に金属板４０ａ、４０ｂが重ねて積層された積層金属板の接続部材４０が使用されており、金属板４０ａ、４０ｂには溶接により二元系合金を生成する銅とニッケルとがそれぞれ使用されている。このため、接続部材４０の両端部をそれぞれ隣り合う単電池２０に抵抗溶接で接合することで、金属板４０ａ、４０ｂ同士が合金化している。金属板４０ａに使用された銅の密度と、金属板４０ｂに使用されたニッケルの密度とがほぼ同じであるため、接続部材４０の質量は、接続部材４０と同寸法（同形状）に作製したニッケル単体の接続部材の質量とほとんど変わらない。一方、銅の体積抵抗率がニッケルの約１／４のため、接続部材４０の金属板に使用したニッケルと銅との体積抵抗率の比が１／２以下に設定されている。金属板４０ａ、４０ｂが合金化しているため、金属板４０ａ、４０ｂ間の接触抵抗が生じることなく接続部材４０の電気抵抗がニッケル単体の接続部材より大幅に低減する。これにより、電気抵抗の低減した接続部材４０を介して点電池２０を接続した組電池３０では、全体として電気抵抗が低減するので、大電流充放電時でも出力密度を維持することができる。このような組電池３０は、大電流充放電が可能で高出力密度の性能を要求されるＨＥＶ用の車載電源等に好適に使用することができる。
また、本実施形態の組電池３０では、隣り合う単電池２０に接続部材４０の両端部が抵抗溶接により接合されている。このため、単電池と接続部材とをネジ締結で接続する従来の方法に比べて部品数を削減することができる。また、本実施形態では、単電池２０の電池容器７、電池蓋の蓋キャップ１３にニッケルメッキが施されており、接続部材４０と単電池２０とが接続部で合金化している。このため、従来のネジ締結では接続部材と単電池（正極外部端子、負極外部端子）とが接触することで接触抵抗が生じるのに対して、合金化した単電池２０および接続部材４０間に接触抵抗が生じないので、より大電流通電を可能とすることができる。更に、接続部材４０を構成する金属板４０ａ、４０ｂに二元系合金を生成する銅とニッケルとがそれぞれ使用されているため、単電池２０と接続部材４０との抵抗溶接時に金属板４０ａ、４０ｂも溶接される。このとき、ニッケルと銅とが二元系合金を生成するので、金属板４０ａ、４０ｂおよび単電池２０の外装容器が接続部で合金化し、接続部材４０および単電池２０間の接触抵抗を低減して組電池３０の電気抵抗を低減することができる。
なお、本実施形態では、接続部材４０に銅製の金属板４０ａと、ニッケル製の金属板４０ｂとの２枚を重ねて積層した積層金属板を例示したが本発明はこれに限定されるものではなく、２種以上の金属板が重ねて積層された積層金属板であればよい。例えば、２枚の銅製金属板の間に１枚のニッケル製金属板を重ねた３枚の積層金属板としてもよく、銅製、アルミニウム製、ニッケル製の金属板を１枚ずつ重ねた３枚の積層金属板としてもよい。積層する金属板の枚数にも制限されるものではないが、厚さが大きくなりすぎると溶接不良の原因にもなるため、大電流充放電が可能な範囲で調整することが好ましい。また、金属板４０ａをニッケル製、金属板４０ｂを銅製とすることもできるが、電池容器７、蓋キャップ１３がニッケルメッキされていることを考慮すれば、金属板４０ｂをニッケル製とすることが溶接性の点で好ましい。
また、本実施形態では、接続部材４０の積層金属板のうち隣接する金属板にそれぞれ使用する金属（材質）として銅とニッケルとの組合せを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、隣接する金属板の主金属が溶接により二元系合金を生成する組合せであればよい。本実施形態以外に使用可能な金属の組合せとしては、例えば、アルミニウムとニッケル、銀とニッケル、アルミニウムとマグネシウム、アルミニウムとタングステン、銅とマグネシウム等を挙げることができる。これらの金属を主成分とする合金を使用してもよい。電気抵抗低減の効果を考慮すれば、金属板にそれぞれ使用する金属のうち少なくとも２種の金属の体積抵抗率の比率を１／２以下に設定することが好ましい。例えば、アルミニウムとニッケルとの組合せでは、アルミニウムの体積抵抗率がニッケルの約２／５であるため、ニッケル単体の接続部材と比較して、電気抵抗を低減することができる。これに加えて、アルミニウムの密度がニッケルの約１／３であるため、接続部材４０を軽量化することができ、ひいては組電池３０を軽量化することができる。また、本実施形態で示したニッケルと銅との組合せでは、銅の密度がニッケルとほぼ同じため、軽量化することはできないものの、銅の体積抵抗率がニッケルの約１／４であるため、ニッケルとアルミニウムとを組合せた接続部材４０よりさらに電気抵抗を低減することができる。以上のように、接続部材４０を積層金属板とすることで、単一組成の金属板を使用する場合と比べて様々な効果を得ることができる。
更に、本実施形態では、接続部材４０を介して単電池２０を接続するときに、積層した金属板４０ａ、４０ｂも溶接し合金化する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。積層した金属板４０ａ、４０ｂを組電池３０に組み込む前に事前に溶接しておくことで、金属板４０ａ、４０ｂを合金化して電気抵抗を低減することも可能である。また、本実施形態では、単電池２０の電池容器７、蓋キャップ１３の材質として、ニッケルメッキが施されたスチールを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。接続部材４０を構成する金属板の一種と同種の金属でメッキされていてもよく、また、ニッケルや銅の単一成分としてもよい。充放電時の金属腐食やコスト面を考慮すれば、スチール（鋼板）にニッケルメッキを施したものを材質とすることが好ましい。
また更に、本実施形態では、接続部材４０に、略矩形状で長手方向中央部が両端部に対して段差を有している例を示したが、本発明は接続部材の形状に制限されるものではなく、例えば、扁平円板状としてもよい。また、本実施形態では、４個の単電池２０を直列接続した組電池３０を例示したが、本発明は単電池２０の個数や接続形態に限定されるものではない。例えば、５個以上の単電池２０を直列接続するようにすれば、組電池３０の高出力化を図ることができ、また、並列接続や直並列接続するようにすれば、高容量化を図ることもできる。更に、本実施形態では、接続部材４０の両端部を単電池との接続部とした例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、３個の単電池を並列接続する場合、両端部及び中央部で単電池に接続するようにしてもよい。このことは、接続部材４０の長手方向に２箇所の段差を有する部分を形成することで実現することができる。また、複数の組電池３０をさらに接続するようにしてもよく、組電池３０同士の接続に接続部材４０を使用することももちろん可能である。
更にまた、本実施形態では、単電池２０に扁平円筒型リチウム二次電池を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、円筒型電池や角型電池に適用してもよい。また、リチウム二次電池以外にニッケル水素電池等の二次電池を接続した組電池に適用することもできる。
また、本実施形態では、単電池２０の正極活物質にマンガン酸リチウム、負極活物質に非晶質炭素、ＥＣ、ＤＭＣの混合溶媒中にＬｉＰＦ６を溶解した非水電解液をそれぞれ例示したが、本発明はこれらに制限されるものではなく、一般的なリチウム二次電池に使用される材料を使用してもよい。マンガン酸リチウム以外の正極活物質としては、コバルト酸リチウムやニッケル酸リチウム等のリチウム遷移金属複酸化物を挙げることができ、非晶質炭素以外の負極活物質としては、天然黒鉛やコークス等の炭素材を挙げることができる。また、非水電解液としては、一般的なリチウム塩を電解質とし、これを有機溶媒に溶解したものを用いるようにしてもよく、本発明は用いられるリチウム塩や有機溶媒には特に制限されない。例えば、電解質としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ等やこれらの混合物を用いることができる。また、有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル等またはこれら２種類以上の混合溶媒を用いるようにしてもよく、混合配合比についても限定されるものではない。
次に、本実施形態に従い作製した組電池３０の実施例について説明する。なお、比較のために作製した比較例の組電池についても併記する
＜実施例１＞
実施例１では、金属板４０ａを長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの銅製とし、金属板４０ｂを長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのニッケル製とした積層金属板を接続部材４０に使用して組電池３０を作製した（図１参照）。
実施例１では、金属板４０ａを長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの銅製とし、金属板４０ｂを長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのニッケル製とした積層金属板を接続部材４０に使用して組電池３０を作製した（図１参照）。
＜実施例２＞
実施例２では、金属板４０ａを長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの銅製とし、金属板４０ｂを長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケル製とした以外は実施例１と同様にして組電池３０を作製した。
実施例２では、金属板４０ａを長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの銅製とし、金属板４０ｂを長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケル製とした以外は実施例１と同様にして組電池３０を作製した。
＜実施例３＞
実施例３では、金属板４０ａを長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのアルミニウム製とし、金属板４０ｂを長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのニッケル製とした以外は実施例１と同様にして組電池３０を作製した。
実施例３では、金属板４０ａを長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのアルミニウム製とし、金属板４０ｂを長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのニッケル製とした以外は実施例１と同様にして組電池３０を作製した。
＜実施例４＞
実施例４では、金属板４０ａを長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのアルミニウム製とし、金属板４０ｂを長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケル製とした以外は実施例１と同様にして組電池３０を作製した。
実施例４では、金属板４０ａを長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのアルミニウム製とし、金属板４０ｂを長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケル製とした以外は実施例１と同様にして組電池３０を作製した。
＜実施例５＞
実施例５では、長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケル製金属板２枚と、長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの銅製金属板１枚とを、ニッケル製金属板と銅製金属板とが交互に重なるように３枚の金属板を積層した積層金属板を接続部材４０に使用した以外は実施例１と同様にして組電池３０を作製した。
実施例５では、長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケル製金属板２枚と、長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの銅製金属板１枚とを、ニッケル製金属板と銅製金属板とが交互に重なるように３枚の金属板を積層した積層金属板を接続部材４０に使用した以外は実施例１と同様にして組電池３０を作製した。
＜実施例６＞
実施例６では、長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケル製金属板２枚と、長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのアルミニウム製金属板１枚とを、ニッケル製金属板とアルミニウム製金属板とが交互に重なるように３枚の金属板を積層した積層金属板を接続部材４０に使用した以外は実施例１と同様にして組電池３０を作製した。
実施例６では、長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケル製金属板２枚と、長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのアルミニウム製金属板１枚とを、ニッケル製金属板とアルミニウム製金属板とが交互に重なるように３枚の金属板を積層した積層金属板を接続部材４０に使用した以外は実施例１と同様にして組電池３０を作製した。
＜比較例１＞
比較例１では、長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのニッケル製金属板１枚を接続部材に使用した以外は実施例１と同様にして組電池を作製した。
比較例１では、長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのニッケル製金属板１枚を接続部材に使用した以外は実施例１と同様にして組電池を作製した。
＜試験・評価＞
作製した各実施例及び比較例の組電池について、接続部材４０、組電池３０の質量と直流抵抗とをそれぞれ測定した。直流抵抗は以下のように測定した。組電池３０を定格容量の半分（８Ａｈ）まで充電後、組電池３０の正極端子（組電池３０内で最も高電圧となる単電池２０の正極外部端子）および負極端子（組電池３０内で最も低電圧となる単電池２０の負極外部端子）に電子負荷装置を具備した外部回路を接続し、１０Ａ、３０Ａ、５０Ａの各電流値で１０秒間定電流放電した。その際、各電流値による１０秒目の組電池電圧を測定し、組電池３０の１０秒目電圧と各放電電流との関係をグラフにプロットし、各１０秒目電圧から求めた近似直線の傾きを組電池３０の直流抵抗として算出した。
作製した各実施例及び比較例の組電池について、接続部材４０、組電池３０の質量と直流抵抗とをそれぞれ測定した。直流抵抗は以下のように測定した。組電池３０を定格容量の半分（８Ａｈ）まで充電後、組電池３０の正極端子（組電池３０内で最も高電圧となる単電池２０の正極外部端子）および負極端子（組電池３０内で最も低電圧となる単電池２０の負極外部端子）に電子負荷装置を具備した外部回路を接続し、１０Ａ、３０Ａ、５０Ａの各電流値で１０秒間定電流放電した。その際、各電流値による１０秒目の組電池電圧を測定し、組電池３０の１０秒目電圧と各放電電流との関係をグラフにプロットし、各１０秒目電圧から求めた近似直線の傾きを組電池３０の直流抵抗として算出した。
また、出力密度を以下のように算出した。直流抵抗の算出で求めた近似直線を組電池３０の放電下限電圧（Ｖｐ）である１０．８Ｖまで直線外挿し、近似直線と１０．８Ｖとの交点の電流値（Ｉｐ）を算出し、ＶｐとＩｐとの積を組電池３０の質量で除したものを出力密度として求めた。下表１に、質量、直流抵抗および出力密度の結果を示す。
表１に示すように、ニッケル製金属板１枚を接続部材に使用した比較例１の組電池では、接続部材の直流抵抗が０．３７ｍΩを示し各実施例より高く、組電池の直流抵抗も６．１ｍΩを示し各実施例より高いため、組電池の出力密度が各実施例より低い数値の１９７７Ｗ／ｋｇを示した。
一方、銅製金属板とニッケル製金属板との積層金属板を接続部材４０に使用した実施例１、２、５の組電池３０では、銅とニッケルとの密度がほぼ同じであることから、接続部材４０の質量は比較例１の接続部材と同じであり、このため組電池３０の質量も比較例１の組電池と同じ数値を示した。ところが、接続部材４０の直流抵抗が比較例１の接続部材に比べ約１／３程度と非常に低いため、組電池３０の直流抵抗も低くなり、この結果、組電池３０の出力密度が比較例１の組電池より１割以上高い２２３８〜２２７１Ｗ／ｋｇを示すことが確認された。また、アルミニウム製金属板とニッケル製金属板との積層金属板を接続部材４０に使用した実施例３、４、６の組電池３０では、接続部材４０の質量が比較例１の接続部材より約３／５程度と軽く、このため組電池３０の質量も軽くなっており、また、接続部材４０の直流抵抗も比較例１に比べ約１／２程度と低く、組電池３０の直流抵抗も低くなっている。この結果、組電池３０の出力密度が比較例１の組電池より約１割程度高い２１６８〜２２００Ｗ／ｋｇを示すことが確認された。
本発明は出力密度を向上させることができる組電池を提供するため、組電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
６ 捲回群
２０ 扁平円筒型リチウム二次電池（単電池）
３０ 組電池
４０ 接続部材
４０ａ 金属板
４０ｂ 金属板
２０ 扁平円筒型リチウム二次電池（単電池）
３０ 組電池
４０ 接続部材
４０ａ 金属板
４０ｂ 金属板
Claims (7)
- 複数の単電池が接続部材を介して電気的に接続された組電池において、前記接続部材は、２種以上の金属板が重ねて積層された積層金属板であり、前記単電池と接続された接続部において溶接により隣接する前記金属板同士に二元系合金が生成されたことを特徴とする組電池。
- 前記接続部材は、前記金属板にそれぞれ使用された金属のうち少なくとも２種の金属の体積抵抗率（Ω・ｍ）の比が１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
- 前記単電池は、外装容器が前記金属板の１種と同種の金属でメッキされていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
- 前記接続部は、抵抗溶接により外装容器と前記二元系合金とが接合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の組電池。
- 前記金属板のうち２種の金属板は、主金属にそれぞれ銅とニッケルとが使用されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の組電池。
- 前記金属板のうち２種の金属板は、主金属にそれぞれアルミニウムとニッケルとが使用されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の組電池。
- 前記接続部材は、両端部に前記接続部を有しており、中央部が前記両端部に対して段差を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の組電池。
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