JP2014165003A - 電池拘束構造体及び電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の製造工程における電池の拘束作業の効率を向上させる。
【解決手段】一対の幅広面を有する複数の電池が、幅広面同士が相対するように配列されつつ拘束される電池拘束構造体１であって、複数の電池が収容される筐体部５と、複数の電池同士の配列している間に配置され、配列方向Ｄに摺動自在とされた電池間壁６と、複数の電池の配列方向Ｄ両側に配置され、配列方向Ｄに摺動自在とされ、配列方向に所定の押圧手段によって複数の電池を拘束する拘束方向Ｌに押される端部壁７と、端部壁７を所定の位置で固定する固定手段８と、を有する電池拘束構造体１。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池拘束構造体及び電池の製造方法に係り、特に製造時において膨張または収縮する電池の電池拘束構造体及び電池の製造方法に関する。

電池セルは、電極活物質を表面に塗工した電極体と電解液で構成されており、電極体の表面で生じる電気化学反応によって電気を生み出している。電池セルの充電・放電に際しては、この電極間の電気化学反応によって電池内部にガスが発生し、電池セルはその容積を膨張または収縮させる。電池セルの製造時においても、電解液の注液後、予備充電が行われ、この際、電池セルが膨張しうる。この充電時の膨張の幅が大きいと、電池セルの性能を悪化させてしまう虞があるため、所定の範囲内に膨張収縮を収めることが必要となる。

特許文献１には、電池セルの一対の幅広面を両側から挟み込み拘束した状態で電池セルに注液、予備充電、及びガス抜きなどを行う製造方法が開示されている。

特開２０１０−２１１０４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電池セルの製造方法は、一つの電池セルに対して、一つの拘束構造を設ける必要があるために電池セルの量産化には不向きである。即ち、拘束する作業が煩雑になってしまい作業効率を上げることが困難になるという問題があった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、電池の製造工程における電池の拘束作業の効率を向上させることができる電池拘束構造体及び電池の製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の電池拘束構造体は、一対の幅広面を有する複数の電池が、前記幅広面同士が相対するように配列されつつ拘束される電池拘束構造体であって、前記複数の電池が収容される筐体部と、前記複数の電池同士の配列している間に配置され、前記配列方向に摺動自在とされた電池間壁と、前記複数の電池の配列方向両側に配置され、前記配列方向に摺動自在とされ、前記配列方向に所定の押圧手段によって前記複数の電池を拘束する拘束方向に押される端部壁と、前記端部壁を所定の位置で固定する固定手段と、を有することを特徴とする。

上記構成によれば、複数の電池を簡易的に押圧することができるため、電池の製造工程における電池の拘束作業の効率を向上させることができる。

上記電池拘束構造体において、前記筐体部は、前記端部壁の両側が摺動する一対の側壁部を有し、前記固定手段は、前記側壁部に配列方向に沿って複数設けられ、前記端部壁が前記拘束方向とは反対側に戻ることを阻止する楔部材であることが好ましい。

上記構成によれば、楔部材によって端部壁が拘束された状態を維持することができ、電池の拘束作業をより効率的に行うことができる。

上記電池拘束構造体において、前記固定手段は、前記筐体部と前記端部壁とを締結する締結部材と、前記筐体部に前記配列方向に延在して設けられ前記締結部材が貫通する長孔と、から構成されてもよい。

上記構成によれば、この長孔により、拘束位置を適宜微調整することができるため、より正確に所望の位置で拘束状態を維持できる。

上記電池拘束構造体において、前記固定手段は、前記筐体部に前記配列方向に沿って複数設けられたピン挿入孔と、前記ピン挿入孔に挿入されることで、前記端部壁の移動を制限するように突出するピンと、から構成されてもよい。

上記構成によれば、このピン挿入孔にピンを挿入することによって簡易に固定することができ、拘束作業の作業効率をより向上させることができる。

上記電池拘束構造体において、前記端部壁と前記電池間壁は、前記端部壁及び前記電池間壁と前記筐体部の一方に設けられた溝条と、他方に設けられた突条とによって前記配列方向に案内されることが好ましい。

上記構成によれば、この溝条と突条が互いに組み合うことで、前記端部壁と前記電池間壁が配列方向に滑らかに移動することができるため、拘束作業の作業効率をより向上させることができる。

また、本発明は、複数の工程を経て電池を製造する電池の製造方法であって、一の工程と他の工程との間で前記複数の電池を上記いずれかの電池拘束構造体に収容して一体に搬送することを特徴とする電池の製造方法を提供する。

上記製造方法によれば、複数の電池を押圧した状態で、電池作成工程に流すことができるため、不規則な電池の変形を抑制することができる。

本発明によれば、複数の電池を簡易的に押圧することができるため、電池の製造工程における電池の拘束作業の効率を向上させることができる。

本発明の第一実施形態の電池拘束構造体の斜視図である。 本発明の第一実施形態の電池拘束構造体の分解斜視図である。 本発明の第一実施形態の電池拘束構造体の固定手段の一部断面拡大上面図である。 本発明の第一実施形態の電池拘束構造体の拘束状態を示す上面図である。 本発明の第二実施形態の電池拘束構造体の固定手段の上面図である。 図５のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第三実施形態の電池拘束構造体の固定手段の側面断面図である。

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１、及び図２に示すように、本実施形態の電池拘束構造体１はリチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などの二次電池である電池セルの製造に際して用いられるものであり、複数（本実施形態では四個）の電池セル２（以下、単に電池ともいう）を拘束することが可能なケースである。なお、図１に示す電池拘束構造体１は電池セル２を拘束していない状態である。

電池セル２は、複数の工程を経て製造されるが、この間、電池拘束構造体１に拘束されている。各々の電池セル２は、セル容器３内に複数枚の正極板と負極板が絶縁シートを介して交互に配列され、電解液とともに密封されている。
電池セル２は、一対の幅広面２ａを有する直方体形状をなしており、幅広面２ａ同士が相対するように配列されて電池拘束構造体１に保持されている。ここで幅広面とは、電極端子を有する面に直交する面のうち、表面積が大きい一対の面のそれぞれをいう。

電池拘束構造体１は、上方が開放された四角筒形状の筐体部５と、収容される電池セル２同士の配列している間に配置される複数（本実施形態では三個）の電池間壁６と、複数の電池セル２の両側に配置される一対の端部壁７と、端部壁７を任意の位置で固定するための固定手段８と、を有している。複数の電池セル２は、一対の端部壁７が互いに近付く方向に移動し固定手段８によって固定されることによって拘束される。以下、一対の端部壁が互いに近付く方向を拘束方向と呼ぶ。

筐体部５、電池間壁６、及び端部壁７は、ＭＣナイロン（登録商標）、ＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）などのエンジニアリングプラスチックによって形成されている。なお、筐体部５、電池間壁６、及び端部壁７を形成する材料はこれに限らず、絶縁処理が施されていれば金属も使用することができる。

筐体部５は、電池セルの配列方向Ｄに長さを有しており、配列方向Ｄに長さを有する矩形形状の底壁部１０と、底壁部１０の配列方向Ｄに直交する幅方向の両端から上方に立ち上がるように形成されている一対の側壁部１１と、を有している。電池セル２は、一対の側壁部１１間に上方から挿入されることで電池拘束構造体１に収容される。
底壁部１０の上面には、配列方向Ｄに延在する一対の溝条１２が形成されている。同様に、各々の側壁部１１の内側面には、一対の溝条１２が形成されている。

電池間壁６は、筐体部５内を配列方向Ｄに摺動自在に取り付けられた矩形形状の板状部材であり、その主面が筐体部５の底壁部１０及び側壁部１１に直交するように配置されている。電池間壁６の側辺及び底辺には、筐体部５の溝条１２に対応した位置に形成された突条１３が形成されている。即ち、各々の側辺に一対の突条１３が形成され、底辺にも一対の突条１３が形成されている。
そして、筐体部５側の溝条１２と電池間壁６側の突条１３とが互いに組み合わされることで、電池間壁６は筐体部５内を摺動可能となっている。即ち、電池間壁６は、その主面が配列方向Ｄに直交する状態を維持したまま、筐体部５内をスライドすることが可能になっている。

端部壁７は、電池間壁６と同様に筐体部５内を配列方向Ｄに摺動自在に取り付けられた矩形形状の板状部材であり、その主面が筐体部５の底壁部１０及び側壁部１１に直交するように配置されている。また、端部壁７には、電池間壁６と同様に、端部壁７の側辺及び底辺に突条１３が形成されている。

また、筐体部５の各々の側壁部１１の内側には、複数の楔部材１６が取り付けられており、これら楔部材１６が固定手段８として機能している。楔部材１６は、端部壁７を拘束方向に動かした際、拘束方向Ｌとは反対側に戻ることを阻止する部材である。

図３に示すように、楔部材１６は、側壁部１１の上方から下方に延びる部材であり、その断面形状は、上方からみて先端が筐体部５の配列方向Ｄの端部を向く楔状とされている。具体的には、楔部材１６は、拘束方向Ｌに向かうにしたがって漸次側壁部１１から離間するように傾斜する斜面１７と、配列方向Ｄと直交する係止面１８とから構成されている。

また、楔部材１６は、付勢手段１９によって、筐体部５の内側に付勢されている。楔部材１６は筐体部５外側に向かって押圧することによって側壁部１１に埋没させることができる。

本実施形態の楔部材１６によれば、電池セル２を押圧する端部壁７を側壁部１１に沿わせて容易に移動させることができ、適宜楔部材１６の設けられる位置で固定することができる。

また、楔部材１６によって端部壁７が拘束された状態を維持することができ、電池セル２の拘束作業をより効率的に行うことができる。
また、溝条１２と突条１３が互いに組み合うことで、端部壁７と電池間壁６が配列方向Ｄに滑らかに移動することができるため、拘束作業の作業効率をより向上させることができる。
また、拘束する電池セルの数を変更することができ、具体的には４つの電池セルを収納可能な構造体であれば、１〜３つで調整可能である。

次に、本実施形態の電池拘束構造体１を用いた電池セル２の製造方法について説明する。
まず、複数のセル容器３（本実施形態の場合四個）を電池拘束構造体１に収容する。即ち、セル容器３を電池間壁６同士の間及び、電池間壁６と端部壁７との間に、セル容器３の幅広面が電池間壁６／端部壁７に相対するように挿入する。
次に、セル容器３に、ドライエア（例えば露点−３０℃以下）環境下で電解液を注入する。セル容器３に電解液注入後、仮封止を行う。

次いで、複数のセル容器３を電池拘束構造体１を用いて一定時間拘束する。図４に示すように、仮封止後のセル容器３を拘束する際には、所定の一対の押圧手段２０を用いて、一対の端部壁７配列方向Ｄの両側から拘束方向Ｌに押圧する。押圧手段２０としては、例えば、リニアアクチュエータやエアシリンダを採用することができる。

押圧手段２０によって押圧されることによって端部壁７は、拘束方向Ｌに移動し、少なくとも一つの楔部材１６を乗り越える。即ち、端部壁７が楔部材１６の斜面１７を押圧することによって、楔部材１６が筐体部５の側壁部１１に埋没する。端部壁７が楔部材１６を乗り越えると、付勢手段１９によって楔部材１６が筐体部５内側に押し戻される。端部壁７の拘束方向Ｌとは反対側への移動は楔部材１６の係止面１８によって止められるため、端部壁７は拘束方向Ｌとは反対側に戻ることがない。

押圧手段２０は、セル容器３に所定の拘束圧がかかるまで押圧を続けるように制御されている。この間、端部壁７は、楔部材１６を乗り越え続ける。そして、端部壁７によって端部壁７の隣に位置するセル容器３が押圧され、次いで、このセル容器３のさらに隣の電池間壁６が押される。そして、最終的に、図４に示すように、複数のセル容器３が拘束される。即ち、セル容器３と電池間壁６、及びセル容器３と端部壁７との間の隙間がなくなり、セル容器３の移動及び膨張が拘束される。
ここで、楔部材１６は、電池拘束構造体１に収容される電池セル２の厚み、及び数量に応じて、拘束方向Ｌの配置箇所が決められている。即ち、セル容器３を拘束する際、端部壁７が位置するであろう範囲に応じて配置箇所が設定されている。

次いで、予備充電を行う。この際、電極体の表面で生じる電気化学反応によって、セル容器３内にガスが発生し、このガスによりセル容器３内が膨張しようとするが、セル容器３は電池拘束構造体１によって拘束されているため、膨張によるセル容器３の変形は抑制される。
次いで、セル容器３が封口され、電池セル２とされた後エージング放置する。少なくとも以上のような工程を経て、電池セル２が製造される。

上記実施形態によれば、複数のセル容器３を簡易的に押圧することができるため、電池セル２の製造工程における電池セル２の拘束作業の効率を向上させることができる。
また、複数のセル容器３を押圧した一体の状態で、電池作成工程に搬送することができるため、不規則なセル容器３の変形を抑制することができる。

（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態の電池拘束構造体を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
本実施形態の電池拘束構造体１Ｂは、第一実施形態の電池拘束構造体１と比較して、固定手段８の構造が異なる。図５及び図６に示すように、本実施形態の固定手段８Ｂは、筐体部５と端部壁７とを締結する締結部材２１と、筐体部５に配列方向Ｄに延在して設けられ締結部材２１が貫通する長孔２２と、から構成されている。

具体的には、締結部材２１は例えば六角ボルトのようなボルトであり、端部壁７の底辺及び側辺に設けられたネジ穴に螺合するボルトである。長孔２２は、締結部材２１のネジ径よりもやや大きく、締結部材２１のネジ頭部２４よりも小さな幅を有している。即ち、締結部材２１を端部壁７に締結することによって、筐体部５と端部壁７とを締結、固定することが可能とされている。
なお、締結部材２１の数は、三つに限ることはなく、端部壁７の固定が十分にできるのであれば、最低一つ設ければよい。
上記実施形態によれば、より簡易な構成で固定手段を実現することができる。

（第三実施形態）
以下、本発明の第三実施形態の電池拘束構造体を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図７に示すように、本実施形態の固定手段８Ｃは、筐体部５に配列方向に沿って複数設けられた円形の孔であるピン挿入孔２５と、ピン挿入孔２５に挿入されることで、端部壁７の移動を制限するように突出するピン２６と、から構成されている。

ピン２６は、ピン挿入孔２５に挿入されるピン本体２７と、ピン挿入孔２５の内径よりも大きなピン頭部２８とから構成されている。ピン本体２７は、筐体部５の底壁部１０の厚さよりも長く形成されている。また、ピン本体２７の少なくとも一部にネジが形成されているとともに、ピン挿入孔２５にこのネジと螺合するネジ溝が形成されていてもよい。

また、本実施形態の端部壁７には、端部壁７の拘束方向とは反対側の倒れを防止する延長板２９が形成されている。そして、ピン２６はこの延長板２９に当接することで端部壁７を固定するようになっている。
なお、ピン挿入孔２５を筐体部５の底壁部１０のみならず、側壁部１１に形成することも可能である。

上記実施形態によれば、ピン挿入孔２５にピン２６を挿入することによって簡易に固定することができ、拘束作業の作業効率をより向上させることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態においては、端部壁は、単体の板状部材としたが、これに限ることはなく、平行する二枚の板と、これら板の間に弾性部材を介在させたような構造も採用することができる。

また、例えば、上記各実施形態においては、筐体部に溝条を、端部壁と電池間壁に突条を設け、配列方向滑らかにスライドさせているが、筐体部と端部壁及び電池間壁が十分に滑らかにスライドすることができる場合には、溝条と突条を省略することができる。
さらに、本実施形態では電池セル２を配列方向の両側から端部壁７によって拘束しているが、これに限られず一方の端部壁７を固定し、他方の端部壁７で電池セル２を押圧するものであってもよい。

１ 電池拘束構造体
２ 電池セル
２ａ 幅広面
３ セル容器（電池）
５ 筐体部
６ 電池間壁
７ 端部壁
８ 固定手段
１０ 底壁部
１１ 側壁部
１２ 溝条
１３ 突条
１６ 楔部材
１７ 斜面
１８ 係止面
１９ 付勢手段
２０ 押圧手段
２１ 締結部材
２２ 長孔
Ｄ 配列方向
Ｌ 拘束方向

Claims (6)

1. 一対の幅広面を有する複数の電池が、前記幅広面同士が相対するように配列されつつ拘束される電池拘束構造体であって、
   前記複数の電池が収容される筐体部と、
   前記複数の電池同士の配列している間に配置され、前記配列方向に摺動自在とされた電池間壁と、
   前記複数の電池の配列方向両側に配置され、前記配列方向に摺動自在とされ、前記配列方向に所定の押圧手段によって前記複数の電池を拘束する拘束方向に押される端部壁と、
   前記端部壁を所定の位置で固定する固定手段と、を有することを特徴とする電池拘束構造体。
2. 前記筐体部は、前記端部壁の両側が摺動する一対の側壁部を有し、
   前記固定手段は、前記側壁部に配列方向に沿って複数設けられ、前記端部壁が前記拘束方向とは反対側に戻ることを阻止する楔部材であることを特徴とする請求項１に記載の電池拘束構造体。
3. 前記固定手段は、前記筐体部と前記端部壁とを締結する締結部材と、
   前記筐体部に前記配列方向に延在して設けられ前記締結部材が貫通する長孔と、から構成されることを特徴とする請求項１に記載の電池拘束構造体。
4. 前記固定手段は、前記筐体部に前記配列方向に沿って複数設けられたピン挿入孔と、
   前記ピン挿入孔に挿入されることで、前記端部壁の移動を制限するように突出するピンと、から構成されることを特徴とする請求項１に記載の電池拘束構造体。
5. 前記端部壁と前記電池間壁は、前記端部壁及び前記電池間壁と前記筐体部の一方に設けられた溝条と、他方に設けられた突条とによって前記配列方向に案内されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電池拘束構造体。
6. 複数の工程を経て電池を製造する電池の製造方法であって、
   一の工程と他の工程との間で前記複数の電池を請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電池拘束構造体に収容して一体に搬送することを特徴とする電池の製造方法。

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