JP2008243639A - Battery pack with pressing holder - Google Patents
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Abstract
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んで加圧させるようにした加圧ホルダー付き組電池に係り、特に、上記の組電池を充放電させた場合に、各平板状電池において発生した熱が外部に適切に放熱されるようにすると共に、各平板状電池が変形することなく適切に加圧されるようにした点に特徴を有するものである。 The present invention relates to an assembled battery with a pressure holder in which a plurality of flat batteries with flat surfaces are stacked and sandwiched between the pressure holders to pressurize the battery. It is characterized in that when it is discharged, the heat generated in each flat battery is appropriately radiated to the outside, and each flat battery is appropriately pressurized without being deformed. Is.
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。 Conventionally, a flat battery in which a plurality of electrode bodies in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes are laminated via a separator is housed in an outer package and both surfaces are flattened has been used in various fields. In order to use a flat plate battery for a robot, an electric vehicle, a backup power source, or the like, it is used as an assembled battery in which a plurality of flat plate batteries are stacked.
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、収縮して変形し、サイクル寿命が大幅に劣化するという問題があった。 Here, when the assembled battery as described above is charged and discharged, there is a problem that each flat battery expands and contracts due to charging and discharging and deforms, and the cycle life is greatly deteriorated.
このため、従来においても、このような組電池を、平板状電池の積層方向両側から加圧ホルダーにより挟み込むようにして加圧させて、平板状電池が変形するのを防止することが行われている。 For this reason, conventionally, such an assembled battery is pressed by being sandwiched by pressure holders from both sides in the stacking direction of the flat battery to prevent the flat battery from being deformed. Yes.
ここで、このように組電池を加圧ホルダーにより挟み込むようにして加圧させるにあたり、上記の平板状電池相互を直接積層させた状態で加圧ホルダーにより挟み込んで、この組電池を充放電させると、充放電により各平板状電池において発生した熱が外部に適切に放熱されず、組電池全体の温度が上昇するという問題があった。特に、この組電池を上記のような電源として使用するにあたり、上記の平板状電池に高容量の非水電解質二次電池を使用し、大電流で充放電させた場合には、組電池全体の温度が大きく上昇するという問題があった。 Here, when pressurizing the assembled battery in such a manner as to be sandwiched between the pressure holders, when the assembled battery is sandwiched by the pressure holder in a state where the above plate-shaped batteries are directly stacked, the assembled battery is charged and discharged. There is a problem that the heat generated in each flat battery by charging and discharging is not properly dissipated to the outside and the temperature of the entire assembled battery rises. In particular, when this assembled battery is used as a power source as described above, a high-capacity non-aqueous electrolyte secondary battery is used as the flat battery, and when the battery is charged and discharged with a large current, There was a problem that the temperature rose significantly.
このため、近年においては、特許文献1に示されるように、上記のように積層させる平板状電池の間にスペーサ部材を配置させると共に、このスペーサ部材が平板状電池と接触する面に波状や矩型状等の凹凸を設けて、スペーサ部材と平板状電池との間に通気用の空間部を形成し、この空間部を通して各平板状電池において発生した熱を外部に放熱させることが提案されている。 For this reason, in recent years, as shown in Patent Document 1, a spacer member is disposed between the flat batteries stacked as described above, and the surface of the spacer member that contacts the flat battery is wavy or rectangular. It has been proposed to provide irregularities such as molds to form a space for ventilation between the spacer member and the flat battery, and to dissipate the heat generated in each flat battery through this space to the outside. Yes.
しかし、このように平板状電池と接触する面に波状や矩型状などの凹凸を設けたスペーサ部材を平板状電池の間に配置させて、上記のように組電池を加圧ホルダーにより挟み込むようにして加圧させた場合、このスペーサ部材によって平板状電池に作用する圧力が不均一になり、この状態で組電池を充放電させた場合、前記のように充放電により各平板状電池が大きく変形し、サイクル寿命が大幅に劣化するという問題があった。
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。 An object of the present invention is to solve the above-described problems in an assembled battery with a pressure holder that sandwiches and pressurizes an assembled battery in which a plurality of flat batteries with flat surfaces are laminated. Is.
すなわち、本発明においては、上記の組電池を充放電させた場合に、各平板状電池において発生した熱が外部に適切に放熱されるようにして、組電池全体の温度が上昇するのを適切に防止すると共に、各平板状電池が変形するのを抑制して、サイクル寿命が劣化するのを防止することを課題とするものである。 That is, in the present invention, when the above assembled battery is charged / discharged, it is appropriate that the heat generated in each flat battery is appropriately radiated to the outside so that the temperature of the entire assembled battery rises. It is an object to prevent the cycle life from being deteriorated by preventing the flat battery from being deformed.
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加圧板と、この一対の加圧板間において上記の組電池を挟み込むように加圧させる熱伝導性の高い材料で構成された加圧部材とを有するようにし、上記の平板状電池相互間に熱伝導性の高い材料で構成された板状のスペーサ部材を設け、このスペーサ部材と上記の加圧部材とを部分的に接合させるようにした。 In the present invention, in order to solve the above-described problems, in the assembled battery with a pressure holder, the assembled battery in which a plurality of flat batteries each having a flat surface are stacked is sandwiched between the pressure holders and pressed. A pair of pressure plates sandwiching the assembled battery, and a pressure member made of a material having high heat conductivity that pressurizes the assembled battery between the pair of pressure plates. A plate-like spacer member made of a material having high thermal conductivity is provided between the flat plate batteries, and the spacer member and the pressure member are partially joined to each other. .
ここで、上記の加圧ホルダー付き組電池において、上記のスペーサ部材と加圧部材とを部分的に接合させるにあたっては、上記のスペーサ部材と加圧部材との何れか一方に係合凸部を設ける一方、他方にこの係合凸部と係合される溝部を設け、この係合凸部と溝部とを係合させるようにすることができる。 Here, in the assembled battery with a pressure holder, when the spacer member and the pressure member are partially joined, an engagement convex portion is formed on one of the spacer member and the pressure member. On the other hand, a groove portion to be engaged with the engaging convex portion is provided on the other side, and the engaging convex portion and the groove portion can be engaged with each other.
また、上記の加圧ホルダー付き組電池においては、充放電により各平板状電池において発生した熱を外部に適切に放熱させるために、上記のスペーサ部材と加圧部材とをアルミニウム等の金属で構成することが好ましく、また上記のスペーサ部材と加圧ホルダーとの少なくとも一方を、熱伝導性の高い材料で構成された接続部材によって外部放熱部材に接続させることが好ましい。ここで、熱伝導性の高い材料としては、例えば、Cu,Al,Fe,ステンレス,合金等が挙げられる。 Further, in the above assembled battery with a pressure holder, the spacer member and the pressure member are made of a metal such as aluminum in order to appropriately dissipate the heat generated in each flat battery by charging and discharging to the outside. It is preferable to connect at least one of the spacer member and the pressure holder to the external heat radiating member by a connecting member made of a material having high thermal conductivity. Here, examples of the material having high thermal conductivity include Cu, Al, Fe, stainless steel, and alloys.
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より挟み込むようにして加圧させるにあたり、組電池を挟み込む一対の加圧板間において上記の組電池を挟み込むように加圧させる加圧部材を熱伝導性の高い材料で構成すると共に、平板状電池相互間に熱伝導性の高い材料で構成された板状のスペーサ部材を設け、このスペーサ部材と上記の加圧部材とを部分的に接合させるようにしたため、上記の組電池を充放電させた場合に、各平板状電池が発熱しても、各平板状電池の熱が上記のスペーサ部材から接合部分を通して加圧部材に伝達され、この加圧部材に伝達されて熱が加圧ホルダー全体から外部に放熱されるようになり、組電池全体の温度が上昇するのが防止されるようになる。 In the assembled battery with a pressure holder according to the present invention, a pair of pressure plates sandwiching the assembled battery is pressed when the assembled battery in which a plurality of flat-plate batteries having flat surfaces are laminated is sandwiched by the pressure holder. A pressurizing member for pressurizing the assembled battery in between is made of a material having high heat conductivity, and a plate-like spacer member made of a material having high heat conductivity is used between the flat plate batteries. Since the spacer member and the pressure member are partially joined, even when each flat battery generates heat when the assembled battery is charged / discharged, the heat of each flat battery is Is transmitted from the spacer member to the pressure member through the joining portion, and is transmitted to the pressure member so that heat is dissipated from the entire pressure holder to the outside, and the temperature of the entire assembled battery rises. Prevention It comes to be.
また、組電池を上記の加圧ホルダーにより平板状電池の積層方向両側から挟み込むように加圧させた場合、各平板状電池間におけるスペーサ部材が上記のように板状になっているため、このスペーサ部材によって各平板状電池が均一に加圧されるようになり、上記のように組電池を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適切に抑制されて、サイクル寿命が劣化するのが防止される。 In addition, when the assembled battery is pressed by the pressure holder so as to be sandwiched from both sides of the flat battery in the stacking direction, the spacer member between the flat batteries is plate-shaped as described above. Each flat battery is uniformly pressed by the spacer member, and even when the assembled battery is charged and discharged as described above, the deformation of each flat battery is appropriately suppressed, and the cycle life is reduced. Is prevented from deteriorating.
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、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、大電流で組電池を充放電させた場合においても、組電池全体の温度が上昇するのが適切に防止されると共に、各平板状電池が変形するのも適切に防止されて、サイクル寿命も向上する。 As a result, in the assembled battery with a pressure holder in the present invention, the entire assembled battery is used even when the assembled battery is charged and discharged with a large current using a high-capacity non-aqueous electrolyte secondary battery as the flat battery. The temperature of the battery is appropriately prevented from rising, and deformation of each flat battery is also appropriately prevented, thereby improving the cycle life.
また、上記のスペーサ部材と加圧部材とにアルミニウム等の金属を用い、スペーサ部材と加圧ホルダーとの少なくとも一方を、熱伝導性の高い材料で構成された接続部材によって外部放熱部材に接続させるようにすると、各平板状電池において発生した熱が、上記のスペーサ部材から加圧部材に速やかに伝達されるようなり、この熱が外部放熱部材を通してさらに速やかに外部に放熱されるようになり、組電池全体の温度が上昇するのがより一層防止されるようになる。 Further, a metal such as aluminum is used for the spacer member and the pressure member, and at least one of the spacer member and the pressure holder is connected to the external heat radiating member by a connection member made of a material having high thermal conductivity. Then, the heat generated in each flat battery is quickly transmitted from the spacer member to the pressure member, and this heat is radiated to the outside more quickly through the external heat radiating member. It is further prevented that the temperature of the entire assembled battery rises.
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。 Next, an assembled battery with a pressure holder according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. The assembled battery with a pressure holder according to the present invention is not particularly limited to those shown in the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within a range not changing the gist thereof.
この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1〜図3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。
In this embodiment, as shown in FIG. 1 to FIG. 3, as the
また、この実施形態においては、上記の平板状電池10間に配置させるスペーサ部材20として、図4(A),(B)に示すように、四角形状になった金属板21の四隅部分に、それぞれ直交するように一対の切込み22を設け、対角に位置する2つの隅部における各切込み22を上記の金属板21の片面側に折り曲げる一方、他の対角に位置する2つの隅部における各切込み22を上記の金属製板材21の反対面側に折り曲げて、金属板21の両面に平板状電池10を保持する保持部23を形成すると共に、上記の金属板21の上辺両端部及び下辺両端部からそれぞれ上方又は下方に突出した係合凸部24を設けたものを用いるようにした。
Moreover, in this embodiment, as shown to FIG. 4 (A) and (B), as the
そして、この実施形態においては、図5に示すように、上記のスペーサ部材20を各平板状電池10の間に挟み込んで、スペーサ部材20の両面に設けられた上記の保持部23に平板状電池10を保持させるようにして、複数の平板状電池10を積層させて組電池を作製し、この組電池を加圧ホルダー30により、平板状電池20の積層方向両側から挟み込んで加圧させるようにしている。
And in this embodiment, as shown in FIG. 5, said
ここで、上記のように加圧ホルダー30により、平板状電池10の積層方向両側から挟み込むようにして組電池を加圧させるにあたり、この実施形態においては、一対の加圧板31を組電池の積層方向両側に配置させ、この一対の加圧板31の周辺部分を貫通するようにして4本の締結用ボルト32を設け、各加圧板31から突出された各締結用ボルト32の端部に締結用ナット33を取り付け、この締結用ナット33を締め付けると共に、上記の各締結用ボルト32として、図6に示すように、その軸方向に溝部32aが設けられたものを用い、この締結用ボルト32の溝部32aに、上記のスペーサ部材20に設けられた係合凸部24を係合させるようにしている。
Here, when the assembled battery is pressurized by the
このようにすると、上記の各スペーサ部材20と各締結用ボルト32とが、係合凸部24と溝部32aとよって部分的に接合され、この状態で、上記の組電池を充放電させた場合に、各平板状電池10が発熱しても、各平板状電池10における熱が、平板状電池10の間に配置された上記の各スペーサ部材20から各締結用ボルト32に伝達されて、加圧ホルダー30全体から外部に放熱されるようになり、組電池全体の温度が上昇するのが防止されるようになる。
If it does in this way, each said
また、この実施形態においては、上記のように組電池の各平板状電池20における平坦な面が、上記の加圧板31及び平板状電池10の間に配置されたスペーサ部材20により均一に加圧された状態になるため、上記のように組電池を充放電させた場合に、各平板状電池20が変形するのが防止され、サイクル寿命が劣化するのも抑制されるようになる。
Further, in this embodiment, as described above, the flat surface of each
また、この実施形態において、図7に示すように、上記の各スペーサ部材20における係合凸部24及び上記の加圧ホルダー30を、金属線からなる接続部材41によって金属箔や金属容器等の外部放熱部材40に接続させると、充放電により各平板状電池10において発生した熱が、上記のスペーサ部材20から加圧ホルダー30及び外部放熱部材40に導かれ、この熱が加圧ホルダー30及び外部放熱部材40を通してより効率よく外部に放熱されるようになり、組電池全体の温度が上昇するのが一層防止されるようになる。
Moreover, in this embodiment, as shown in FIG. 7, the engagement
なお、この実施形態においては、上記のスペーサ部材20と締結用ボルト32とを部分的に接合させるにあたり、スペーサ部材20に設けられた係合凸部24を締結用ボルト32に設けられた溝部32aに係合させるようにしたが、スペーサ部材20と締結用ボルト32とを部分的に接合させる方法はこのようなものに限定されず、図示していないが、上記の場合とは逆に、スペーサ部材に溝部を設ける一方、締結用ボルトに係合凸部を設けるようにすることも可能である。
In this embodiment, when the
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 スペーサ部材
21 金属板
22 切込み
23 保持部
24 係合凸部
30 加圧ホルダー
31 加圧板
32 締結用ボルト
32a 溝部
33 締結用ナット
DESCRIPTION OF
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