JP2008243574A - 加圧ホルダー付き組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 両面が平坦になった平板状電池を複数積層させた組電池を加圧ホルダーに挟み込んで加圧させた際に、各平板状電池の平坦な面全体が均一に加圧されるようにし、組電池を充放電させた場合に各平板状電池が変形するのを抑制して、電池容量やサイクル寿命が低下するのを防止する。
【解決手段】 両面が平坦になった平板状電池１０を複数積層させた組電池を加圧ホルダー２０に挟み込んで加圧させる加圧ホルダー付き組電池において、上記の加圧ホルダーが、上記の組電池を挟み込む一対の挟持板２１と、各挟持板の外面側に配置される一対の加圧部材２２と、上記の組電池を挟み込むようにこの一対の加圧部材を加圧させる加圧手段２３，２４とを有するようにした。
【選択図】 図５

Description

本発明は、両面が平坦になった平板状電池を複数積層させた組電池を加圧ホルダーに挟み込むようにして加圧させた加圧ホルダー付き組電池に係り、特に、加圧ホルダーにより各平板状電池の平坦な面全体を均一に加圧できるようにした点に特徴を有するものである。

従来より、正極と負極とをセパレータを介して複数積層させた電極体が外装体内に収容されて両面が平坦になった平板状電池が様々な分野で利用されており、近年においては、このような平板状電池を、ロボットや電気自動車やバックアップ電源などに使用するために、この平板状電池を複数積層させた組電池として使用することが行われている。

ここで、上記のような組電池を充放電させた場合、各平板状電池が充放電により膨張、収縮し、特に、上記のような電源として使用するために、上記の平板状電池に高容量の非水電解質二次電池を用いて、大電流で充放電させた場合には、各平板状電池が大きく変形して、電池容量やサイクル寿命が大幅に低下するという問題があった。

そして、従来においては、組電池における各平板状電池が充放電によって変形するのを防止するため、組電池を挟み込むように加圧させる加圧ホルダーとして、特許文献１に示されるように、組電池を挟み込むようにして組電池の両側に一対の拘束プレートを配置させ、この一対の拘束プレートをボルトとナットからなる連結部材により連結させ、この連結部材を締め付けて、上記の一対の拘束プレートにより組電池を挟み込むようにして加圧させるものが提案されている。

しかし、このようにボルトとナットからなる連結部材を締め付けて、組電池を一対の拘束プレートによって挟み込むように加圧させた場合、図１に示すように、ボルト１ａとナット１ｂの締め付けにより拘束プレート２の周辺部が変形して、拘束プレート２の周辺部よりも中央部の圧力が弱くなり、各平板状電池３における平坦な面全体を均一に加圧させることができず、この状態で、組電池を充放電させると、依然として、各平板状電池３が変形して、電池容量やサイクル寿命が大きく低下するという問題があった。
特開２００１−２３６９３７号公報

本発明は、両面が平坦になった平板状電池を複数積層させた組電池を加圧ホルダーに挟み込んで加圧させる加圧ホルダー付き組電池における上記のような問題を解決することを課題とするものである。

すなわち、本発明においては、加圧ホルダーにより組電池に用いた各平板状電池における平坦な面全体が均一に加圧され、組電池を充放電させた場合に、各平板状電池が充放電によって変形するのが抑制され、特に、高容量の非水電解質二次電池を用いて、大電流で充放電させた場合においても、各平板状電池が変形するのが十分に抑制されて、電池容量やサイクル寿命が低下するのを防止することを課題とするものである。

本発明においては、上記のような課題を解決するため、両面が平坦になった平板状電池を複数積層させた組電池を加圧ホルダーに挟み込んで加圧させる加圧ホルダー付き組電池において、上記の加圧ホルダーが、上記の組電池を挟み込む一対の挟持板と、各挟持板の外面側に配置される一対の加圧部材と、上記の組電池を挟み込むようにこの一対の加圧部材を加圧させる加圧手段とを有することを特徴としている。

また、上記の加圧ホルダー付き組電池においては、上記の挟持板と加圧部材との間に加圧補助部材を設けるようにし、また上記の平板状電池間に板状のスペーサ部材が設けるようにすることが好ましい。

また、上記の加圧ホルダー付き組電池において、上記の加圧手段として、上記の一対の加圧部材を貫通する締結用ボルトと、加圧部材から突出された締結用ボルトの端部に取り付ける締結用ナットとを用い、この締結用ボルトに上記の各平板状電池を保持させると共に、上記の一対の挟持板を付勢手段によって組電池を挟み込むように付勢させることが好ましい。

本発明における加圧ホルダー付き組電池においては、両面が平坦になった平板状電池を複数積層させた組電池を加圧ホルダーに挟み込むようにして加圧させるにあたり、上記の組電池を一対の挟持板に挟み込むと共に、この一対の挟持板の外面側にそれぞれ加圧部材を配置させ、この一対の加圧部材を加圧手段により組電池を挟み込むように加圧させる。

このようにして両面が平坦になった平板状電池を複数積層させた組電池を加圧させると、この一対の加圧部材が加圧手段により変形したとしても、組電池を挟み込んだ一対の挟持板が変形するのが抑制され、この一対の挟持板によって、組電池の各平板状電池における平坦な面全体が均一に加圧されるようになる。

この結果、本発明における加圧ホルダー付き組電池においては、組電池を充放電させた場合に、上記の各平板状電池が充放電によって変形するのが抑制され、特に、高容量の非水電解質二次電池を用いて、大電流で充放電させた場合においても、各平板状電池が変形するのが十分に抑制され、電池容量やサイクル寿命が低下するのが防止される。

また、上記の加圧ホルダー付き組電池において、上記の挟持板と加圧部材との間に加圧補助部材を設けると、挟持板が加圧補助部材を介して加圧部材により加圧されるようになり、挟持板が変形するのが一層抑制されるようになる。

また、上記の加圧ホルダー付き組電池において、上記の平板状電池間に板状のスペーサ部材を設けると、このスペーサ部材により各平板状電池がより均一に加圧されるようになる。

また、上記の加圧ホルダー付き組電池において、加圧手段として、上記の一対の加圧部材を貫通する締結用ボルトと、加圧部材から突出された締結用ボルトの端部に取り付ける締結用ナットとを用い、この締結用ボルトに上記の各平板状電池を保持させると共に、上記の一対の挟持板を付勢手段によって組電池を挟み込むように付勢させると、平板状電池を一対の挟持板間に挟み込むようにセットする際に、平板状電池が倒れたりするのが防止されて、平板状電池を一対の挟持板間に挟み込むようにセットする作業が容易に行えるようになる。

次に、この発明の実施形態に係る加圧ホルダー付き組電池を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この発明に係る加圧ホルダー付き組電池は、特に、下記の実施形態に示したものに限定されず、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。

ここで、以下の各実施形態においては、両面が平坦になった平板状電池１０として、図２〜図４に示すように、正極集電タブ１１ａが設けられた正極１１と負極集電タブ１２ａが設けられた負極１２との間にセパレータ１３を介在させるようにして正極１１と負極１２とを所要枚数積層させた電極体１４を用い、上記の正極集電タブ１１ａと負極集電タブ１２ａとがラミネートフィルムで構成された外装体１５から外部に突出されるようにして、電極体１４をこの外装体１５内に収容させると共にこの外装体１５内に電解液を注液させ、その後、この外装体１５の開口部分を封口させたものを用いるようにした。なお、使用する平板状電池は、特にこのようなものに限定されず、両面が平坦になったものであればよく、例えば、正極と負極との間にセパレータを介在させた状態でこれらを扁平に巻き取り、さらにこれをプレスして扁平にした電極体を外装体内に収容させた平板状電池等を用いることも可能である。

（実施形態１）
この実施形態においては、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、上記の平板状電池１０を複数積層させた組電池を、平板状電池１０の積層方向両側から挟み込むようにして加圧ホルダー２０により加圧させるにあたり、一対の挟持板２１によって上記の組電池を平板状電池１０の積層方向両側から挟み込み、さらにこの一対の挟持板２１の外面側に、それぞれ挟持板２１よりも大きな板状の加圧部材２２を配置させ、この一対の加圧部材２２の周辺部分を貫通するようにして４本の締結用ボルト２３を設け、各加圧部材２２から突出された各締結用ボルト２３の端部に締結用ナット２４を取り付け、この締結用ナット２４を締め付けるようにしている。

このようにして、上記の組電池を平板状電池１０の積層方向両側から挟み込むように加圧させると、図５（Ｂ）に示すように、締結用ナット２４の締め付けにより、上記の加圧部材２２の周辺部が変形しても、上記の各挟持板２１が変形するのが抑制され、この一対の挟持板２１によって、組電池における各平板状電池１０の平坦な面全体が均一に加圧されるようになる。

この結果、上記の組電池を充放電させた場合に、上記の各平板状電池１０が充放電によって変形するのが抑制され、電池容量やサイクル寿命が低下するのが防止される。

（実施形態２）
この実施形態においては、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、上記の実施形態１における一対の挟持板２１と、この一対の挟持板２１の外面側に配置させる一対の板状の加圧部材２２との間にそれぞれ加圧補助部材２５を設けるようにし、それ以外は、上記の実施形態１の場合と同様にした。

そして、上記のように締結用ナット２４を締め付けて、上記の組電池を平板状電池１０の積層方向両側から挟み込むように加圧させると、図６（Ｂ）に示すように、締結用ナット２４の締め付けにより、上記の加圧部材２２の周辺部が変形しても、この加圧部材２２と挟持板２１との間に設けられた加圧補助部材２５によって変形した加圧部材２２の周辺部が挟持板２１にあたるのが防止され、各挟持板２１が変形するのがより確実に防止され、この一対の挟持板２１によって、組電池における各平板状電池１０の平坦な面全体がより均一に加圧されるようになる。

（実施形態３）
この実施形態においては、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、上記の組電池を平板状電池１０の積層方向両側から挟み込み一対の挟持板２１の外面側に、それぞれ挟持板２１の幅よりも長い長方形の板状になった加圧部材２２を、その両端部が挟持板２１から突出するように配置させ、このように挟持板２１から突出した一対の加圧部材２２の部分を貫通するようにして２本の締結用ボルト２３を設け、各加圧部材２２から突出された各締結用ボルト２３の端部に締結用ナット２４を取り付け、この締結用ナット２４を締め付けて、上記の組電池を平板状電池１０の積層方向両側から挟み込むように加圧させている。

この場合においても、締結用ナット２４を締め付けにより、上記の挟持板２１から突出した加圧部材２２の両側の端部が変形しても、上記の各挟持板２１が変形するのが抑制され、この一対の挟持板２１によって、組電池における各平板状電池１０の平坦な面全体が均一に加圧されるようになる。

（実施形態４）
この実施形態においては、図８に示すように、上記の実施形態１における一対の挟持板２１と、この一対の挟持板２１の外面側に配置させる上記の一対の板状の加圧部材２２との間にバネからなる付勢手段２６を設け、この付勢手段２６によって上記の一対の挟持板２１を上記の組電池を挟み込むように付勢させると共に、上記の加圧部材２２を貫通するようにして設けた底部側の２本の締結用ボルト２３の上に、各平板状電池１０の底部を載置させるようにし、それ以外は、上記の実施形態１の場合と同様にした。

このように、上記の付勢手段２６により、組電池を挟み込むように一対の挟持板２１を付勢すると共に、各平板状電池１０の底部を、加圧部材２２を貫通するようにして設けた底部側の２本の締結用ボルト２３の上に載置させるようにすると、各平板状電池１０を一対の挟持板２１間に挟み込むように順々にセットする際に、平板状電池１０が一対の挟持板２１に挟持された状態になって倒れるのが防止され、各平板状電池１０を一対の挟持板２１間に挟み込むようにセットする作業が容易に行えるようなる。

また、この実施形態においても、上記のように締結用ナット２４を締め付けて、上記の組電池を平板状電池１０の積層方向両側から挟み込むように加圧させた場合、上記のように加圧部材２２の周辺部が変形しても、この加圧部材２２と挟持板２１との間に設けた上記の付勢手段２６により、変形した加圧部材２２の周辺部が上記の挟持板２１にあたるのが抑制され、各挟持板２１が変形するのが確実に防止されて、この一対の挟持板２１により、組電池における各平板状電池１０の平坦な面全体がより均一に加圧されるようになる。

なお、この実施形態においては、一対の挟持板２１が上記の組電池を挟み込むように付勢するバネからなる付勢手段２６を、挟持板２１と加圧部材２２との間に設けるようにしたが、付勢手段２６を設ける位置等は特にこのようなものに限定されず、図示していないが、上記の一対の挟持板間に掛け渡すようにしてバネからなる付勢手段を設けることも可能である。

また、上記の各実施形態においては、平板状電池１０相互を接触させるようにした組電池を作製したが、図８に示すように、平板状電池１０間に板状のスペーサ部材２７を挟み込むようにすることも可能である。

そして、上記の実施形態１の場合と同様に、締結用ナット２４を締め付けて、平板状電池１０間に板状のスペーサ部材２７を挟み込んだ組電池を積層方向両側から挟み込むように加圧させた場合、このスペーサ部材２７により各平板状電池１０における平坦な面全体がより均一に加圧されるようになる。

従来例において、組電池を挟み込んだ拘束プレートの周辺部がボルトとナットの締め付けによって変形する状態を示した概略説明図である。 本発明の実施形態に使用する平板状電池において、正極と負極との間にセパレータを介在させてこれらを複数積層させた電極体を作製する状態を示した概略説明図である。 上記の平板状電池の概略側面図である。 上記の平板状電池の概略平面図である。 本発明の実施形態１における加圧ホルダー付き組電池において、締結用ボルトに取り付けた締結用ナットを締め付ける前の状態及び締結用ナットの締め付けた後の状態を示した概略側面図である。 本発明の実施形態２における加圧ホルダー付き組電池において、締結用ボルトに取り付けた締結用ナットを締め付ける前の状態及び締結用ナットの締め付けた後の状態を示した概略側面図である。 本発明の実施形態３における加圧ホルダー付き組電池において、締結用ボルトに取り付けた締結用ナットを締め付ける前の状態を示した概略側面図及び概略平面図である。 本発明の実施形態４における加圧ホルダー付き組電池において、締結用ボルトに取り付けた締結用ナットを締め付ける前の状態を示した概略側面図である。 本発明の実施形態における加圧ホルダー付き組電池において、平板状電池間に板状のスペーサ部材を挟み込んだ加圧ホルダー付き組電池の概略側面図である。

符号の説明

１０ 平板状電池
１１ 正極
１１ａ 正極集電タブ
１２ 負極
１２ａ 負極集電タブ
１３ セパレータ
１４ 電極体
１５ 外装体
２０ 加圧ホルダー
２１ 挟持板
２２ 加圧部材
２３ 締結用ボルト
２４ 締結用ナット
２５ 加圧補助部材
２６ 付勢手段
２７ スペーサ部材

Claims (6)

1. 両面が平坦になった平板状電池を複数積層させた組電池を加圧ホルダーに挟み込んで加圧させる加圧ホルダー付き組電池において、上記の加圧ホルダーが、上記の組電池を挟み込む一対の挟持板と、各挟持板の外面側に配置される一対の加圧部材と、上記の組電池を挟み込むようにこの一対の加圧部材を加圧させる加圧手段とを有することを特徴とする加圧ホルダー付き組電池。
2. 請求項１に記載の加圧ホルダー付き組電池において、上記の挟持板と加圧部材との間に加圧補助部材を設けたことを特徴とする加圧ホルダー付き組電池。
3. 請求項１又は請求項２に記載の加圧ホルダー付き組電池において、上記の平板状電池間に板状のスペーサ部材が設けられていることを特徴とする加圧ホルダー付き組電池。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の加圧ホルダー付き組電池において、上記の加圧手段が上記の一対の加圧部材を貫通する締結用ボルトと、加圧部材から突出された締結用ボルトの端部に取り付ける締結用ナットとで構成されていることを特徴とする加圧ホルダー付き組電池。
5. 請求項４に記載の加圧ホルダー付き組電池において、上記の締結用ボルトに上記の各平板状電池が保持されると共に、上記の一対の挟持板が付勢手段によって組電池を挟み込むように付勢されていることを特徴とする加圧ホルダー付き組電池。
6. 請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の加圧ホルダー付き組電池において、上記の平板状電池が非水電解質二次電池であることを特徴とする加圧ホルダー付き電池。

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