JP2011108391A

JP2011108391A - 単電池の接続方法

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Publication number: JP2011108391A
Application number: JP2009259710A
Authority: JP
Inventors: Masato Kamiya; 正人神谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2011-06-02

Abstract

【課題】容易且つ安全に、組電池を構成する単電池同士を接続できる接続方法を提供する。
【解決手段】複数の単電池を、該単電池の配列方向において隣り合う前記単電池の正極集電体と負極集電体とが正負交互になるように配列し、且つ、前記配列方向で隣り合う前記単電池の前記正極集電体と前記負極集電体とを接続することによって、複数の前記単電池を直列接続する、単電池の接続方法であって、外部エネルギーに感応して変形可能な感応性導電部材又は感応性絶縁部材を、該外部エネルギーにより変形させることによって、前記正極集電体と前記負極集電体とを電気的に接続することを特徴とする、単電池の接続方法。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数の単電池を接続してなる組電池における単電池の接続方法に関する。

近年、パソコン、ビデオカメラ、携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界においても、電気自動車やハイブリッド自動車用の高出力且つ高容量の電池の開発が進められている。各種電池の中でも、エネルギー密度と出力が高いことから、リチウム二次電池が注目されている。

リチウム二次電池の他、燃料電池等においても、所望の電池特性を得るべく、正極、電解質及び負極を備える単電池は、通常、複数を接続した組電池として組み込まれる。例えば、特許文献１に記載の組電池では、複数の単電池が、出力端の極性が積層方向に正負交互になるように積層され、単電池の出力端を積層方向の両側から挟んで導電手段及び絶縁手段が前記積層方向に交互に配置され、複数の前記単電池が積層方向に電気的に直列接続されている。

特許第３７３１５９５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の接続方法においては、単電池の直列接続の際に作業者が電池に触れる必要があり、感電の危険性がある。また、単電池同士をより容易に接続可能な方法が求められている。

本発明は、上記実情を鑑みて成し遂げられたものであり、容易且つ安全に、単電池同士を接続できる接続方法の提供を目的とするものである。

本発明の単電池の接続方法は、複数の単電池を、該単電池の配列方向において隣り合う前記単電池の正極集電体と負極集電体とが正負交互になるように配列し、且つ、前記配列方向で隣り合う前記単電池の前記正極集電体と前記負極集電体とを接続することによって、複数の前記単電池を直列接続する、単電池の接続方法であって、外部エネルギーに感応して変形可能な感応性導電部材又は感応性絶縁部材を、該外部エネルギーにより変形させることによって、前記正極集電体と前記負極集電体とを電気的に接続することを特徴とする。

本発明の単電池の接続方法では、外部エネルギーを加えることで導電部材又は絶縁部材を変形させることによって、隣り合う単電池の正極集電体と負極集電体とが電気的に接続され、複数の単電池が直列接続される。すなわち、本発明によれば、作業者が電池に直接触れずに、安全に単電池の直列接続作業を行うことができる。また、本発明によれば、組電池を構成する複数の単電池間の接続作業を、外部エネルギーの付与によって一括で且つ容易に行うことができる。

本発明の単電池の接続方法の具体例としては、例えば、隣り合う前記単電池の非接続側の前記正極集電体と前記負極集電体との間に絶縁部材を配置し、隣り合う前記単電池の接続側の前記正極集電体と前記負極集電体との間に、外部エネルギーに感応して変形可能な感応性導電部材を配置し、該感応性導電部材に前記外部エネルギーを加えて変形させることで、該感応性導電部材と該正極集電体及び該負極集電体とを接触させ、該正極集電体と該負極集電体とを接続する、第１の接続方法が挙げられる。

また、本発明の単電池の接続方法の他の具体例としては、隣り合う前記単電池の非接続側の前記正極集電体と前記負極集電体との間に、外部エネルギーに感応して変形可能な感応性絶縁部材を配置し、該感応性絶縁部材に前記外部エネルギーを加えて変形させることで、該感応性絶縁部材により該正極集電体及び／又は該負極集電体を湾曲させ、湾曲した該正極集電体と隣接する単電池の接続側の前記負極集電体及び／又は湾曲した該負極集電体と隣接する単電池の接続側の前記正極集電体を接続する、第２の接続方法が挙げられる。

第１の接続方法において、前記感応性導電部材としては、例えば、外部エネルギーにより発泡する発泡性導電部材が挙げられる。
このとき、前記外部エネルギーとしては光又は熱が挙げられる。

第１の接続方法において、前記感応性導電部材としては、例えば、熱により融解する熱融解性導電部材も挙げられる。
このとき、より具体的な方法としては、前記熱融解性導電部材を、前記正極集電体上に配置された熱融解性絶縁部材と前記負極集電体上に配置された熱融解性絶縁部材との間に配置し、加熱により前記熱融解性導電部材及び前記熱融解性絶縁部材を融解することで、前記正極集電体と前記負極集電体とを接続する方法が挙げられる。

第２の接続方法において、前記感応性絶縁部材としては、例えば、外部エネルギーにより発泡する発泡性絶縁部材が挙げられる。
このとき、前記外部エネルギーとしては、光又は熱が挙げられる。

本発明において、前記外部エネルギーは、前記単電池を筐体に収納した後、加えることができる。

本発明によれば、容易且つ安全に、組電池を構成する単電池同士を直列接続することができる。すなわち、本発明は、組電池の製造工程における安全性の向上及び組電池の生産性向上に貢献するものである。

単電池の一形態を示す概略断面図である。組電池の一形態を示す模式図である。本発明の単電池の接続方法の一例を示す模式図であって、外部エネルギーを加える前（３Ａ）及び外部エネルギーを加えた後（３Ｂ）を示している。本発明の単電池の接続方法の他の一例を示す模式図であって、外部エネルギーを加える前（４Ａ）及び外部エネルギーを加えた後（４Ｂ）を示している。本発明の単電池の接続方法の他の一例を示す模式図であって、外部エネルギーを加える前（５Ａ）及び外部エネルギーを加えた後（５Ｂ）を示している。単電池の接続方法の他の一例を示す模式図であって、外部エネルギーを加える前（６Ａ）及び外部エネルギーを加えた後（６Ｂ）を示している。

以下、本発明について、図１〜図５を参照しながら説明する。
図１は、単電池の一形態を示す図である。図１において、単電池１は、正極層２と負極層４とが固体電解質層３を介して積層された積層型の発電要素を有している。正極層２には単電池１の正極の出力端である正極集電体５が接続されており、負極層４には単電池１の負極の出力端である負極集電体６が接続されている。正極集電体５及び負極集電体６は、それぞれ、その端部が単電池１を収納する筐体７から外部に突出している。
図２は、複数の単電池１を直列接続した組電池１００を示す模式図である。組電池１００を構成する複数の単電池１Ａ〜１Ｄは、隣り合う単電池の正極集電体５と負極集電体６とが正負交互になるように積層され、その積層方向で隣り合う単電池の正極集電体５と負極集電体６とを電気的に接続することで、直列接続されている。具体的には、単電池１Ａの負極集電体６と該単電池１Ａに隣接する単電池１Ｂの正極集電体５、単電池１Ｂの負極集電体６と該単電池１Ｂに隣接する単電池１Ｃの正極集電体５、及び、単電池１Ｃの負極集電体６と該単電池１Ｃに隣接する単電池１Ｄの正極集電体５、が電気的に接続されて４つの単電池１Ａ〜１Ｄが直列接続されている。

尚、本明細書では、隣り合う２つの単電池間において、電気的に接続される正極集電体及び負極集電体を、接続側又は接続側集電体ということがある。また、隣り合う２つの単電池間において、絶縁される正極集電体及び負極集電体を、非接続側又は非接続側集電体ということがある。
具体的には、図２では、隣り合う単電池１Ａと単電池１Ｂにおいて、単電池１Ａの負極集電体６と単電池１Ｂの正極集電体５は接続側（集電体）であり、単電池１Ａの正極集電体５と単電池１Ｂの負極集電体６は非接続側（集電体）である。同様に、隣り合う単電池１Ｂと単電池１Ｃにおいて、単電池１Ｂの負極集電体６と単電池１Ｃの正極集電体５は接続側（集電体）であり、単電池１Ｂの正極側集電体５と単電池１Ｃの負極側集電体６は非接続側（集電体）である。隣り合う単電池１Ｃと単電池１Ｄについても同様である。

また、図２において、複数の単電池１Ａ〜１Ｄは積層され、その積層方向で隣り合う単電池が直列接続されているが、本発明において、単電池の配列形態は積層に限定されるものではない。
また、本発明において、単電池としては、電解液を用いたリチウム二次電池、ポリマー電解質や固体電解質を用いた全固体型二次電池も含まれる。具体的な形態は特に限定されない。
また、本発明の接続方法は、任意の筐体（電池ケース）に収納した状態の単電池に対して適用することもできるし、或いは、筐体に収納せず、露出した状態の単電池に対しても適用することができる。耐振動性やメンテナンス時の短絡防止の観点から、筐体に収納した状態の単電池に対して適用することが好ましい。
本発明の接続方法は、組電池を構成する単電池の全ての接続に利用しても、或いは、任意の単電池間のみの接続に利用してもよい。

本発明は、図２に示すように、複数の単電池１を、該単電池の配列方向において隣り合う単電池の正極集電体５と負極集電体６とが正負交互になるように配列し、且つ、その配列方向で隣り合う単電池の正極集電体５と負極集電体６とを接続することによって、複数の単電池を直列接続する方法に関するものである。
本発明の単電池の接続方法は、隣り合う単電池を直列接続させるための正極集電体と負極集電体との電気的な接続を、外部エネルギーに感応して変形可能な感応性導電部材又は感応性絶縁部材を該外部エネルギーにより変形させることによって行う点に特徴を有する。
ここで、外部エネルギーに感応して変形可能とは、熱、光、磁界等の外部エネルギーを加えることで、該外部エネルギーを加える前の状態からその形状や体積を変化し得ることを意味する。変形の形態としては、発泡、融解、蒸発等による形状変化や体積変化が挙げられる。

本発明の接続方法は、大きく２つの分けると、感応性導電部材を変形させることによって、配列方向で隣り合う単電池の正極集電体と負極集電体とを接続する第１の形態と、感応性絶縁部材を変形させることによって、配列方向で隣り合う単電池の正極集電体と負極集電体とを接続する第２の形態とを含む。

第１の形態では、例えば、配列方向において隣り合う単電池の接続側の正極集電体及び負極集電体の間に配置した感応性導電部材を、外部エネルギーにより変形させることによって、該接続側の正極集電体と負極集電体とを、変形した該感応性導電部材を介して、電気的に接続させることができる。
感応性導電部材としては、外部エネルギーにより変形可能で且つ接続したい正極集電体と負極集電体とを電気的に接続することが可能な導電性を有していれば特に限定されない。具体的な材料、配置形態等については、特に限定されず、以下、図３、図４に示す形態を例に詳細に説明する。

また、第２の形態では、例えば、配列方向において隣り合う単電池の非接続側の正極集電体及び負極集電体の間に配置した感応性絶縁部材を、外部エネルギーにより変形させることによって、該正極集電体及び／又は該負極集電体を、接続側の集電体側へと押し曲げることによって、該接続側の集電体同士を直接接触させ、電気的に接続させることができる。
感応性絶縁部材としては、外部エネルギーにより変形可能で且つ非接続側の正極集電体と負極集電体とを電気的に絶縁することが可能な絶縁性を有していれば特に限定されない。具体的な材料、配置形態等については、特に限定されず、以下、図５に示す形態を例に詳細に説明する。

以下、図３〜図５を参照しながら、本発明の具体的な形態について詳細に説明する。ここでは、感応性導電部材の変形により隣り合う単電池の正極集電体と負極集電体とを電気的に接続する第１の形態と、感応性絶縁部材の変形により隣り合う単電池の正極集電体と負極集電体とを電気的に接続する第２の形態と、に分けて説明していく。

［第１の形態］
第１の形態の具体例として、例えば、隣り合う単電池の非接続側の正極集電体と負極集電体との間に絶縁部材を配置し、且つ、隣り合う単電池の接続側の正極集電体と負極集電体との間に、外部エネルギーに感応して変形可能な感応性導電部材を配置し、該感応性導電部材に外部エネルギーを加えて変形させることで、該感応性導電部材と該正極集電体及び該負極集電体とを接触させ、該正極集電体と該負極集電体とを接続する方法（第１の接続方法）が挙げられる。
第１の接続方法の具体例としては、図３及び図４に示す方法が挙げられる。

図３において、４つの単電池１Ａ〜１Ｄは、その正極集電体５と負極集電体６がその積層方向において正負交互になるように、積層されている。

また、隣り合う単電池１Ａと単電池１Ｂにおいて、非接続側集電体である単電池１Ａの正極集電体５と単電池１Ｂの負極集電体６との間に、絶縁部材９が配置されている。同様に、隣り合う単電池１Ｂと単電池１Ｃにおいて、非接続側集電体である単電池１Ｂの正極集電体５と単電池１Ｃの負極集電体６との間、及び、隣り合う単電池１Ｃと単電池１Ｄにおいて、非接続側集電体である単電池１Ｃの正極側集電体５と単電池１Ｄの負極側集電体６との間に、それぞれ、絶縁部材９が配置されている。
これら絶縁部材９によって、単電池１Ａの正極集電体５と単電池１Ｂの負極集電体６、単電池１Ｂの正極集電体５と単電池１Ｃの負極集電体６、及び、単電池１Ｃの正極集電体５と単電池１Ｄの負極集電体６が、電気的に絶縁されている。

一方、隣り合う単電池１Ａと単電池１Ｂにおいて、接続側集電体である単電池１Ａの負極集電体６と単電池１Ｂの正極集電体５との間には、発泡性導電部材１０が配置されている。同様に、隣り合う単電池１Ｂと単電池１Ｃにおいて、接続側集電体である単電池１Ｂの負極集電体６と単電池１Ｃの正極集電体５との間、及び、隣り合う単電池１Ｃと単電池１Ｄにおいて、接続側集電体である単電池１Ｃの負極側集電体６と単電池１Ｄの正極側集電体５との間に、それぞれ、発泡性導電部材１０が配置されている。
図３の（３Ａ）に示すように、これら発泡性導電材１０は、外部エネルギーが加えられる前は、配置された負極集電体６と正極集電体５との間隔よりも小さい寸法を有しており、これら負極集電体６と正極集電体５は電気的接続を有していない。図３の（３Ａ）においては、各発泡性導電性１０は正極集電体５上に配置されており、該正極集電体５と対向する負極集電体６との間には空間があり、接触していない。

図３の（３Ａ）のように、接続側集電体間に発泡性導電部材１０、及び、非接続側集電体間に絶縁部材９を配置した状態で、積層された単電池１Ａ〜１Ｄに対して、発泡性導電部材１０を発泡させる外部エネルギーを加えると、接続側の各正極集電体５上に配置された該発泡性導電部材１０は発泡し、図３の（３Ｂ）に示すように体積を増加させて変形する。正極集電体５上で発泡した発泡性導電部材１０’が、接続側の各負極集電体６に達し、該負極集電体６と接触する結果、接続させたい接続側の正極集電体５と負極集電体６とを選択的に、発泡性導電部材１０’を介して電気的に接続することができる。図３に示す形態では、外的エネルギーを加えることで、積層された４つの単電池１Ａ〜１Ｄを一括で直列接続することができる。

ここで発泡性導電部材としては、熱や、ＵＶ、赤外光等の光のような外部エネルギーを与えることによって発泡し且つ導電性を有する発泡性導電材料からなるものであれば、特に限定されない。発泡性導電材料としては、例えば、導電性材料を含有する複合発泡剤が挙げられる。このような複合発泡剤としては、一般的なものを用いることができる。複合発泡剤に含まれる導電性材料としては、例えば、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ａｇ合金、Ａｇ等の金属粒子や、導電性カーボン粒子等が挙げられる。また、複合発泡剤に含まれる発泡剤は特に限定されず、一般的なものを用いることができ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン等が挙げられる。複合発泡剤は、導電性材料及び発泡剤以外の成分を含有していてもよい。
発泡性導電部材は、他の構成部材への影響が少ないという観点から、ＵＶにより発泡することが好ましい。
また、加熱により発泡する発泡性導電部材としては、電解質の変性防止の観点から、２１０℃以下、特に１８０℃以下、さらに１５０℃以下で発泡することが好ましい。

発泡性導電部材は、例えば、複合発泡剤を所定の集電体表面に塗布又は設置することで配置することができる。複合発泡剤の塗布方法は特に限定されず、任意の方法を採用することができる。複合発泡剤は、必要に応じて溶媒等を用いて、ペースト化等してよい。
発泡性導電部材は、隣り合う単電池の接続側の負極集電体と正極集電体との間に配置されるが、外部エネルギーによる発泡によって、これら接続側の負極集電体と正極集電体とが初めて電気的に接続されるように、配置される。すなわち、発泡前の発泡性導電部材は、接続側の正極集電体及び負極集電体の両方と接触しないように、又は、正極集電体とは接触するが負極集電体とは接触しないように、又は、正極集電体とは接触するが負極集電体とは接触しないように、配置される。通常、接続側の負極集電体と正極集電体との間隔よりも小さい寸法を有する発泡性導電性材料が配置される。
発泡性導電部材は、外部エネルギーの付与による発泡後、接続させたい集電体同士を電気的に接続できるよう、その量、形等を適宜調節して配置される。

絶縁部材９は、隣り合う単電池の非接続側の正極集電体と負極集電体とを電気的に絶縁することができる絶縁性を有していればよく、ウレタン、ゴム、シリコーン、その他樹脂等、一般的な絶縁性材料からなるものを用いることができる。絶縁部材は、例えば、絶縁性材料を所定の集電体表面に塗布又は設置することで配置することができる。絶縁性材料の塗布方法は特に限定されず、任意の方法を採用することができる。絶縁性材料は、必要に応じて溶媒等を用いて、ペースト化等してよい。

次に図４に示す形態について説明する。
図４において、４つの単電池１Ａ〜１Ｄは、その正極集電体５と負極集電体６がその積層方向において正負交互になるように、積層されている。

一方、隣り合う単電池１Ａと単電池１Ｂにおいて、接続側集電体である単電池１Ａの負極集電体６と単電池１Ｂの正極集電体５との間には、熱融解性導電部材１１及び熱融解性絶縁部材１２が配置されている。具体的には、単電池１Ａと単電池１Ｂの積層方向に、単電池１Ａの負極集電体６、熱融解性絶縁部材１２、熱融解性導電部材１１、熱融解性絶縁部材１２、及び単電池１Ｂの正極集電体５が、この順序に並んで配置されている。同様に、隣り合う単電池１Ｂと単電池１Ｃにおいて、接続側集電体である単電池１Ｂの負極集電体６と単電池１Ｃの正極集電体５との間、及び、隣り合う単電池１Ｃと単電池１Ｄにおいて、接続側集電体である単電池１Ｃの負極側集電体６と単電池１Ｄの正極側集電体５との間に、それぞれ、２つの熱融解性絶縁部材１２に挟まれた状態で熱融解性導電部材１１が配置されている。
図４（４Ａ）に示すように、加熱前（外部エネルギーを加える前）において、熱融解性導電部材１１と単電池１Ａの負極集電体６との間及び単電池１Ｂの正極集電体５との間には、それぞれ熱融解性絶縁部材１２が介在しているため、これら単電池１Ａの負極集電体６と単電池１Ｂの正極集電体５は電気的接続を有していない。

図４の（４Ａ）のように、接続側集電体間に熱融解性導電部材１１と熱融解性絶縁部材１２、及び、非接続側集電体間に絶縁部材９を配置した状態で、積層された単電池１Ａ〜１Ｄに対して、熱融解性導電部材１１及び熱融解性絶縁部材１２を融解させる外部エネルギー（熱）を加えると、これら熱融解性導電部材１１及び熱融解性絶縁部材１２は共に融解して流動し、変形する。接続側集電体間で融解した熱融解性導電部材１１’が、これら接続側の正極集電体５及び負極集電体６の表面に達し、該正極集電体５及び該負極集電体６の両方に接触する結果、接続させたい接続側の正極集電体５と負極集電体６とを選択的に、該熱融解性絶縁部材１１’を介して電気的に接続することができる。図４に示す形態では、加熱することで加えることで、積層された４つの単電池１Ａ〜１Ｄを一括で直列接続することができる。

ここで熱融解性導電部材としては、外部エネルギーとして熱を与えることによって融解し、導電性を有する熱融解性導電材料からなるものであれば、特に限定されない。熱融解性導電材料としては、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属、及びハンダ等これらの金属の合金等が挙げられる。
熱融解性導電材料は、電解質の変性防止の観点から、融点が２１０℃以下、特に１８０℃以下、さらに１５０℃以下であることが好ましい。

また、熱融解性絶縁部材としては、外部エネルギーとして熱を与えることによって融解し、絶縁性を有する熱融解性絶縁材料からなるものであれば、特に限定されない。熱融解性絶縁材料としては、例えば、マツヤニ等が挙げられる。熱融解性絶縁材料は、電解質の変性防止の観点から、融点が２１０℃以下、特に１８０℃以下、さらに１５０℃以下であることが好ましい。

熱融解性導電部材及び熱融解性絶縁部材は、例えば、まず、熱融解性絶縁材料を、接続したい正極集電体表面及び／又は負極集電体表面の所定位置に、塗布又は設置することで配置し、該正極集電体及び／又は負極集電体表面に配置された熱融解性絶縁部材上に、熱融解性導電材料を塗布又は設置することで配置することができる。熱融解性絶縁部材及び熱融解性導電部材の配置するための、熱融解性絶縁材料及び熱融解性導電材料の塗布方法は特に限定されず、任意の方法を採用することができる。熱融解性絶縁材料や熱融解性導電材料は、必要に応じて溶媒等を用いて、ペースト化等してよい。

熱融解性導電部材及び熱融解性絶縁部材は、隣り合う単電池の接続側の負極集電体と正極集電体との間に配置されるが、加熱による融解によって、これら接続側の負極集電体と正極集電体とが初めて電気的に接続されるように、配置される。
すなわち、図４の（４Ａ）に示すように、単電池の積層方向に、負極集電体６、熱融解性絶縁部材１２、熱融解性導電部材１１、熱融解性絶縁部材１２、及び正極集電体５が、この順序に並んで配置される他、負極集電体６、熱融解性絶縁部材１２、熱融解性導電部材１１、及び正極集電体５が、この順序に並ぶ配置や、負極集電体６、熱融解性導電部材１１、熱融解性絶縁部材１２、及び正極集電体５が、この順序に並ぶ配置でもよい。通常、接続側の負極集電体と正極集電体との間隔よりも小さい寸法を有する熱融解性導電部材を配置する。

熱融解性導電部材及び熱融解性絶縁部材は、加熱されて融解した結果、接続させたい集電体同士が充分に電気的に接続されるよう、熱融解性導電材料及び熱融解性絶縁材料の量、及びそれらの形等を適宜調節して配置される。

絶縁部材９は、隣り合う単電池の非接続側の正極集電体と負極集電体とを電気的に絶縁することができる絶縁性を有していればよく、ウレタン、ゴム、シリコーン、その他樹脂等、一般的な絶縁性材料からなるものを用いることができる。絶縁部材は、例えば、絶縁性材料を所定の集電体表面に塗布又は設置することで配置することができる。絶縁性材料の塗布方法は特に限定されず、任意の方法を採用することができる。

［第２の形態］
第２の形態の具体例として、例えば、隣り合う単電池の非接続側の正極集電体と負極集電体との間に、外部エネルギーに感応して変形可能な感応性絶縁部材を配置し、該感応性絶縁部材に外部エネルギーを加えて変形させることで、該感応性絶縁部材により該正極集電体及び／又は該負極集電体を湾曲させ、湾曲した該正極集電体と隣接する単電池の接続側の負極集電体及び／又は湾曲した該負極集電体と隣接する単電池の接続側の正極集電体を接続する方法（第２の接続方法）が挙げられる。
第２の接続方法の具体例としては、図５に示す方法が挙げられる。

図５において、４つの単電池１Ａ〜１Ｄは、その正極集電体５と負極集電体６がその積層方向において正負交互になるように、積層されている。

また、隣り合う単電池１Ａと単電池１Ｂにおいて、非接続側集電体である単電池１Ａの正極集電体５と単電池１Ｂの負極集電体６との間には、発泡性絶縁部材８が配置されている。同様に、隣り合う単電池１Ｂと単電池１Ｃにおいて、非接続側集電体である単電池１Ｂの正極集電体５と単電池１Ｃの負極集電体６との間、及び、隣り合う単電池１Ｃと単電池１Ｄにおいて、非接続側集電体である単電池１Ｃの正極側集電体５と単電池１Ｄの負極側集電体６との間に、それぞれ、発泡性絶縁部材８が配置されている。

図５の（５Ａ）に示すように、非接続側集電体間に発泡性絶縁部材８を配置した状態で積層された単電池１Ａ〜１Ｄに対して、発泡性絶縁部材８を発泡させる外部エネルギーを加えると、非接続側の各負極集電体６上に配置された該発泡性絶縁部材８は発泡し、図５の（５Ｂ）に示すように体積を増加させて変形する。負極集電体６上で該発泡性絶縁部材８が発泡する際の体積増加によって、集電体が押し上げられ又は押し下げられて変形し、湾曲した結果、該湾曲した集電体が、接続側の集電体と接触する。すなわち、接続させたい接続側の正極集電体５と負極集電体６と選択的に、直接接触させ、電気的に接続することができる。

具体的には、図５の（５Ａ）においては、単電池１Ｂの正極集電体５と単電池１Ｃの負極集電体６との間（単電池１Ｃの負極集電体６上）に配置された発泡性絶縁部材８が発泡することによって、単電池１Ｂの正極集電体５が押し上げられて単電池１Ａの負極集電体６と直接接触すると共に、単電池１Ｃの負極集電体６が押し下げられて単電池１Ｄの正極集電体５と直接接触する。
また、単電池１Ａの正極集電体５と単電池１Ｂの負極集電体６との間（単電池１Ｂの負極集電体６上）に配置された発泡性絶縁部材８が発泡することによって、単電池１Ｂの負極集電体６が押し下げられると共に、単電池１Ｃの正極集電体５と単電池１Ｄの負極集電体６との間（単電池１Ｄの負極集電体６上）に配置された発泡性絶縁部材８が発泡することによって、単電池１Ｃの正極集電体５が押し上げられて、単電池１Ｂの負極集電体６と単電池１Ｃの正極集電体５とが直接接触する。
以上、３つの絶縁性発泡部材８の発泡により、積層された４つの単電池１Ａ〜１Ｄを一括で直列接続することができる。
尚、図５に示す形態では、発泡した各発泡性絶縁部材８’によって、単電池１Ａの正極集電体５と単電池１Ｂの負極集電体６、単電池１Ｂの正極集電体５と単電池１Ｃの負極集電体６、及び単電池１Ｃの正極集電体５と単電池１Ｄの負極集電体６が、電気的に絶縁される。

ここで発泡性絶縁部材としては、熱や、ＵＶ、赤外光等の光のような外部エネルギーを与えることによって、発泡し、絶縁性を有する発泡性絶縁材料からなるものであれば、特に限定されない。発泡性絶縁材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン等が挙げられる。発泡性絶縁材料は、ポリオレフィン以外のその他成分を含有していてもよい。
発泡性絶縁部材は、他の構成部材への影響が少ないという観点から、ＵＶにより発泡することが好ましい。
また、加熱により発泡する発泡性絶縁部材としては、電解質の変性防止の観点から、２１０℃以下、特に１８０℃以下、さらに１５０℃以下で発泡することが好ましい。

発泡性絶縁部材は、例えば、発泡性絶縁材料を所定の集電体表面に塗布又は設置することで配置することができる。発泡性絶縁材料の塗布方法は特に限定されず、任意の方法を採用することができる。発泡性絶縁材料は、必要に応じて溶媒等を用いて、ペースト化等してよい。
発泡性絶縁部材は、隣り合う単電池の非接続側の負極集電体と正極集電体との間に配置されるが、外部エネルギーによる発泡によって、該発泡性絶縁部材が間に配置された負極集電体及び／又は正極集電体が、押し上げられるか又は押し下げられることで、それぞれの接続側の正極集電体及び／又は接続側の負極集電体と、初めて電気的に接続されるように、配置される。すなわち、発泡性絶縁部材は、外部エネルギーの付与による発泡によって、接続させたい集電体同士を電気的に接続できるよう、発泡性絶縁材料の量、形等を適宜調節して配置される。

以上のように、本発明の単電池の接続方法によれば、単電池に直接触れることなく、外部エネルギーを加えることで、複数の単電池を接続させることができる。しかも、本発明の単電池接続方法は、多数の単電池間の接続を一括で行うことも可能であり、組電池の生産性の向上にも貢献するものである。

［その他方法］
本発明と同様の課題を解決する単電池の接続方法として、図６に示すような方法が挙げられる。
図６において、４つの単電池１Ａ〜１Ｄは、その正極集電体５と負極集電体６がその積層方向において正負交互になるように、積層されている。
図６の（６Ａ）に示すように、隣り合う単電池１Ａと単電池１Ｂにおいて、非接続側集電体である単電池１Ａの正極集電体５と単電池１Ｂの負極集電体６との間に、絶縁部材９が配置されている。同様に、隣り合う単電池１Ｂと単電池１Ｃにおいて、非接続側集電体である単電池１Ｂの正極集電体５と単電池１Ｃの負極集電体６との間、及び、隣り合う単電池１Ｃと単電池１Ｄにおいて、非接続側集電体である単電池１Ｃの正極側集電体５と単電池１Ｄの負極側集電体６との間に、それぞれ、絶縁部材９が配置されている。
これら絶縁部材９によって、単電池１Ａの正極集電体５と単電池１Ｂの負極集電体６、単電池１Ｂの正極集電体５と単電池１Ｃの負極集電体６、及び単電池１Ｃの正極集電体５と単電池１Ｄの負極集電体６が絶縁されている。

さらに、積層された４つの単電池１Ａ〜１Ｄの最も下方に配置された単電池１Ｄの正極集電体５及び負極集電体６の下方には、それぞれ磁石１３Ｃ、１３Ｄが配置されている。また、単電池１Ａ〜１Ｄの積層方向上方には、２つの磁石１３Ａ、１３Ｂが、ガイド１４に沿って、積層された４つの単電池１Ａ〜１Ｄの最も上方に配置された単電池１Ａの負極集電体６及び正極集電体５上に落下するよう、セットされている。向かい合う磁石１３Ａと磁石１３Ｃ、磁石１３Ｂと磁石１３Ｄは、Ｓ極とＮ極が対向するようセットされる。

磁石１３Ａを落下させると、磁石１３Ａと磁石１３Ｃとの間に働く磁力（外部エネルギー）によって、これら磁石１３Ａ、１３Ｃが互いに引き寄せられる。同様に、磁石１３Ｂを落下させると、磁石１３Ｂと磁石１３Ｄとの間に働く磁力（外部エネルギー）によって、磁石１３Ｂ、１３Ｄが互いに引き寄せられる。このような磁力による磁石の移動に伴って、集電体が押し下げられ又は押し上げられ、隣接する２つの単電池において、接続側の正極集電体と負極集電体とが直接接触し、これら単電池間が電気的に接続される。
具体的には、図６の（６Ｂ）に示すように、対向する２つの磁石１３Ａと磁石１３Ｃにより、単電池１Ａの負極集電体６が押し下げられ、単電池１Ａの負極集電体６と単電池１Ｂの正極集電体５とが直接接触して接続されると共に、単電池１Ｄの正極集電体５が押し上げられ、単電池１Ｃの負極集電体６と単電池１Ｄの正極集電体５とが直接接触して接続される。また、対向する２つの磁石１３Ｂと磁石１３Ｄにより、絶縁部材９を介して単電池１Ｂの負極集電体６が押し下げられると共に、絶縁部材９を介して単電池１Ｃの正極集電体５が押し上げられ、これら単電池１Ｂの負極集電体６と単電池１Ｃの正極集電体５とが直接接触して接続される。
その結果、積層された４つの単電池１Ａ〜１Ｄが一括で直列接続される。

上記のように、磁石の磁力を利用して、集電体を湾曲（変形）させることによって、隣り合う２つの単電池間の直列接続を行うため、用いる磁石の磁力や集電体の強度及び薄さ等が適宜調節される。

絶縁部材９は上記本発明と同様の絶縁性材料からなるものを用いることができ、また、配置方法も上記同様とすることができる。

１…単電池
２…正極層
３…固体電解質層
４…負極層
５…正極集電体
６…負極集電体
７…筐体
８…発泡性絶縁部材
９…絶縁部材
１０…発泡性導電部材
１１…熱融解性導電部材
１２…熱融解性絶縁部材
１３…磁石
１４…ガイド
１００…組電池

Claims

複数の単電池を、該単電池の配列方向において隣り合う前記単電池の正極集電体と負極集電体とが正負交互になるように配列し、且つ、前記配列方向で隣り合う前記単電池の前記正極集電体と前記負極集電体とを接続することによって、複数の前記単電池を直列接続する、単電池の接続方法であって、
外部エネルギーに感応して変形可能な感応性導電部材又は感応性絶縁部材を、該外部エネルギーにより変形させることによって、前記正極集電体と前記負極集電体とを電気的に接続することを特徴とする、単電池の接続方法。
隣り合う前記単電池の非接続側の前記正極集電体と前記負極集電体との間に絶縁部材を配置し、
隣り合う前記単電池の接続側の前記正極集電体と前記負極集電体との間に、外部エネルギーに感応して変形可能な感応性導電部材を配置し、該感応性導電部材に前記外部エネルギーを加えて変形させることで、該感応性導電部材と該正極集電体及び該負極集電体とを接触させ、該正極集電体と該負極集電体とを接続する、請求項１に記載の単電池の接続方法。
隣り合う前記単電池の非接続側の前記正極集電体と前記負極集電体との間に、外部エネルギーに感応して変形可能な感応性絶縁部材を配置し、該感応性絶縁部材に前記外部エネルギーを加えて変形させることで、該感応性絶縁部材により該正極集電体及び／又は該負極集電体を湾曲させ、湾曲した該正極集電体と隣接する単電池の接続側の前記負極集電体及び／又は湾曲した該負極集電体と隣接する単電池の接続側の前記正極集電体を接続する、請求項１に記載の単電池の接続方法。
前記感応性導電部材が、外部エネルギーにより発泡する発泡性導電部材である、請求項１又は２に記載の単電池の接続方法。
前記外部エネルギーが光又は熱である、請求項４に記載の単電池の接続方法。
前記感応性導電部材が、熱により融解する熱融解性導電部材である、請求項１又は２に記載の単電池の接続方法。
前記熱融解性導電部材を、前記正極集電体上に配置された熱融解性絶縁部材と前記負極集電体上に配置された熱融解性絶縁部材との間に配置し、加熱により前記熱融解性導電部材及び前記熱融解性絶縁部材を融解することで、前記正極集電体と前記負極集電体とを接続する、請求項６に記載の接続方法。
前記感応性絶縁部材が、外部エネルギーにより発泡する発泡性絶縁部材である、請求項１又は３に記載の単電池の接続方法。
前記外部エネルギーが光又は熱である、請求項８に記載の単電池の接続方法。
前記単電池を筐体に収納した後、前記外部エネルギーを加える、請求項１乃至９のいずれかに記載の単電池の接続方法。