JP2015069959A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で省スペース化を図りながら、複数の電池セルを安定して積層配置できる組電池を提供する。【解決手段】組電池１は、供給された電力を充電するとともに蓄電した電力を放電する電池セル２を複数積層配置して構成される。電池セル２は、正極層と、負極層と、正極層と負極層とを仕切るセパレータと、正極層と負極層との間に介在する電解質層とを積層配置して構成される電極積層体３と、電極積層体３の外周を覆う外装部材４と、前記正極層に接続され外装部材４に突出して設けられた正極端子５と、前記負極層に接続され外装部材４に突出して設けられた負極端子６とを備える。外装部材４は、電池セル２の積層方向における両側の面にそれぞれ嵌合部４１，４２が設けられ、複数の電池セル２を積層配置したときに、隣り合う各電池セル２の外装部材４に設けられた嵌合部４１，４２どうしが相互に嵌合するように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電池セルを積層配置して構成される組電池に関する。

従来、酸化剤と還元剤とを化学反応させることにより供給された電力を充電するとともに蓄電した電力を放電する電池セルがある。この電池セルは、正極活物質が塗布された正極層と負極活物質が塗布された負極層とをセパレータを介して複数積層して構成される電極積層体を電解液に浸漬させた状態で外装部材により密封し、正極層及び負極層を正極端子及び負極端子に接合し、正極端子及び負極端子を外装部材に突出させて構成される。

この電池セルを用いて高電圧、高容量な電池を得るためには、電池セルを複数接続して組電池とする必要がある。この組電池は、複数の積層配置された電池セルをケースに収容して構成される。

この構成の組電池では、上記した電池セルの充放電時における化学反応に伴って、外装部材の内部でガスが発生することにより、外装部材が膨張及び収縮を繰り返す。これによって、各電池セルが分離してしまう場合がある。また、例えば振動などによる外力が組電池に加えられた場合、積層方向と交差する方向に電池セルがずれたり移動したりしてしまうおそれがある。そこで、複数の電池セルを重ね合わせ易くし、構造的に安定した組電池とするために、外装部材の外側（周囲）に補強部品を一体成形した組電池がある。

特開２０１３−５８４８３号公報

しかしながら、上記構成のものでは、外装部材とは別部品である補強部品を設ける必要があり、部品数が増えて構成が複雑になり、組電池の小型化を阻害する要因があるという問題がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で省スペース化を図りながら、複数の電池セルを安定して積層配置できる組電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の組電池（１，１１，１５）は、正極層（３１）と、負極層（３２）と、前記正極層と前記負極層とを仕切るセパレータ（３３）と、前記正極層と前記負極層との間に介在する電解質層（３４）とを積層配置して構成される電極積層体（３）と、前記電極積層体の外周を覆う外装部材（４）と、前記電極積層体の前記正極層に接続され前記外装部材に突出して設けられた正極端子（５）と、前記電極積層体の前記負極層に接続され前記外装部材に突出して設けられた負極端子（６）と、を備え、供給された電力を充電するとともに蓄電した電力を放電する電池セル（２）を複数積層配置して構成される。前記外装部材は、前記電池セルの積層方向における両側の面にそれぞれ嵌合部（４１，４２、４１１，４２１、４１５，４２５）が設けられ、複数の前記電池セルを積層配置したときに、隣り合う前記各電池セルの前記外装部材に設けられた前記嵌合部どうしが相互に嵌合するように構成されたことを特徴とする。

この構成によれば、隣り合う電池セルの外装部材に設けられた嵌合部どうしが相互に嵌合することによって、複数の電池セルの位置決めを確実に行うことができる。これにより、別部品を設けることなく簡易な構成で、且つ省スペース化を図りながら、複数の電池セルを安定して積層配置した組電池を構成することができる。尚、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１の実施形態における組電池の概略構成を示す図である。 （ａ）図１の組電池の第１嵌合部を示す斜視図である。（ｂ）図１の組電池の第２嵌合部を示す斜視図である。 電極積層体の概略構成を示す図である。 外装部材であるラミネートフィルムの断面図である。 第２の実施形態における組電池の概略構成を示す図である。 （ａ）図５の組電池の第１嵌合部を示す斜視図である。（ｂ）図５の組電池の第２嵌合部を示す斜視図である。 第３の実施形態における組電池の概略構成を示す図である。 （ａ）図７の組電池の第１嵌合部を示す斜視図である。（ｂ）図７の組電池の第２嵌合部を示す斜視図である。 図７の組電池の嵌合部の拡大断面図である。 第４の実施形態における組電池の概略構成を示す図である。 （ａ）図１０の組電池の第１嵌合部を示す斜視図である。（ｂ）図１０の組電池の第２嵌合部を示す斜視図である。 図１０の組電池の嵌合部の拡大断面図である。 第５の実施形態における組電池の概略構成を示す図である。 （ａ）図１３の組電池の第１嵌合部を示す斜視図である。（ｂ）図１３の組電池の第２嵌合部を示す斜視図である。 図１３の組電池の嵌合部の拡大断面図である。 第６の実施形態における組電池の概略構成を示す図である。 （ａ）図１６の組電池の第１嵌合部を示す斜視図である。（ｂ）図１６の組電池の第２嵌合部を示す斜視図である。 第７の実施形態における組電池の概略構成を示す図である。 （ａ）図１８の組電池の第１嵌合部を示す斜視図である。（ｂ）図１８の組電池の第２嵌合部を示す斜視図である。 図１８の組電池の嵌合部の拡大断面図である。 （ａ）第８の実施形態における組電池の第１嵌合部を示す斜視図である。（ｂ）第８の実施形態における組電池の第２嵌合部を示す斜視図である。 （ａ）第９の実施形態における組電池の第１嵌合部を示す斜視図である。（ｂ）第９の実施形態における組電池の第２嵌合部を示す斜視図である。 第１０の実施形態における組電池の概略構成を示す図である。 （ａ）図２３の組電池の第１外装部材を示す斜視図である。（ｂ）図２３の組電池の第２外装部材を示す斜視図である。

［第１の実施形態］
以下、本発明の組電池の第１の実施形態について図１〜図４を参照して説明する。本実施形態では、本発明の組電池１をリチウムイオン二次電池に適用した場合について説明する。この組電池１は、例えば電気自動車などに搭載される車両用蓄電池、あるいは住宅設置用の蓄電池として用いられる。なお、組電池１としては、リチウムイオン二次電池に限らず、例えばニッケル水素二次電池などに適用してもよい。

図１に示すように、組電池１は、複数の電池セル２を積層配置して構成される。電池セル２は、供給された電力を充電するとともに蓄電した電力を放電するものである。この電池セル２は、電極積層体３と、電極積層体３の外周を覆う外装部材４と、正極端子５と、負極端子６などを備えて構成される。

電極積層体３は、図３に示すように、正極層３１及び負極層３２と、セパレータ３３と、電解質層３４とを複数積層配置して構成される。正極層３１と負極層３２とは、セパレータ３３を介して交互に積層される。電極積層体３の厚さは、例えば９ｍｍ程度であるとする。正極層３１は、アルミ箔の正極集電体（正極箔）の両面に、酸化剤として正極活物質を積層したものである。正極活物質には、例えばコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）が用いられる。また、負極層３２は、銅箔の負極集電体（負極箔）の両面に、還元剤として負極活物質を積層したものである。負極活物質には、例えば炭素（Ｃ）が用いられる。

セパレータ３３は、例えばポリプロピレンなどからなる多孔質膜により構成され、正極層３１と負極層３２とが電気的に短絡しないように仕切っている。電解質層３４は、例えば有機溶媒にリチウム塩を溶解させた電解液と、この電解液を保持する保持体としての高分子化合物とからなる。この電解質層３４は、ゲル状になっており、セパレータ３３の空隙に含浸されている。従って、電解質層３４の厚さは、セパレータ３３の厚さと等しくなっている。

電池セル２では、次式に示すように、酸化剤である正極活物質（ＬｉＣｏＯ₂）と還元剤である負極活物質（Ｃ₆）とが、イオン導電性を有する電解液を介して化学反応することにより、供給された電力を充電する。また、電池セル２では、次式とは逆方向に化学反応が行われると、蓄電された電力を放電する。

（正極）ＬｉＣｏＯ₂→Ｌｉ_1-xＣｏＯ₂＋ｘＬｉ⁺＋ｘｅ^-
（負極）Ｃ₆＋ｘＬｉ＋ｘｅ^-→Ｌｉ_xＣ₆
外装部材４は、絶縁性を有するシート状のラミネートフィルムにより形成されている。この外装部材４は、例えば二つ折りにされたフィルムの端部どうしを熱溶着することで、電解液が漏出しないように電極積層体３を密封して収容する。このラミネートフィルムは、例えば複数の樹脂層と、金属層とからなる。本実施形態では、図４に示すように、外側から順に、熱溶着性樹脂であるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層、ナイロン層、非通気性を有するアルミニウム層、ＣＰＰフィルム（無延伸ポリプロピレンフィルム）層からなる。各層の厚さは、ＰＥＴ層が１２μｍ、ナイロン層が１５μｍ、アルミニウム層が１００μｍ（０．１ｍｍ）、ＣＰＰフィルム層が８０μｍとなっている。

金属層としては、可撓性及び強度に優れた金属薄膜であればよく、ステンレス、鉄、チタンなどを用いてもよい。樹脂層としては、他にも、ポリエチレン、ポリプロピレンなどを用いてもよい。なお、ラミネートフィルムの厚さは、適宜設定可能なものであるものとする。例えば、アルミニウム層の厚さを１ｍｍ程度にしてもよく、金属層の厚さを厚くすることにより外装部材４の強度を向上させることができる。

正極端子５は、電極積層体３の正極層３１に接続され、外装部材４の一方側に突出して設けられる。また、負極端子６は、電極積層体３の負極層３２に接続され、外装部材４の他方側（正極端子５とは反対側）に突出して設けられる。正極端子５及び負極端子６は、矩形板状のものを用いる。

外装部材４には、図１に示すように、電池セル２の積層方向における両側の面に、それぞれ嵌合部４１，４２が設けられている。この嵌合部４１，４２は、上記ラミネートフィルムを、例えばエンボス成形によって塑性変形させることにより形成される。これら嵌合部４１，４２は、複数の電池セル２を積層配置したときに、隣り合う各電池セル２の外装部材４に設けられた当該嵌合部４１，４２どうしが相互に嵌合するように構成されている。

嵌合部４１，４２は、図２に示すように、第１嵌合部４１と第２嵌合部４２とからなる。第１嵌合部４１は、図２（ａ）に示すように、外装部材４の一方の面４ａ（電池セル２の積層方向における一方の面に相当）に設けられ、平面視矩形状の凸部４１ａを形成している。この凸部４１ａは、周縁部が先端方向に向かってテーパ状に縮小する凸状をなしているとともに、中央部が平面視矩形状に窪んだ平坦形状をしている。

また、第２嵌合部４２は、図２（ｂ）に示すように、外装部材４の他方の面４ｂ（電池セル２の積層方向における他方の面に相当）に設けられ、平面視矩形状の凹部４２ａを形成している。この凹部４２ａは、中央部が平面視矩形状に窪んだ平坦形状をしているとともに、周縁部が先端方向に向かってテーパ状に縮小する凸状をなしている。また、凹部４２ａの内周形状は、凸部４１ａの外周形状に整合する形状を有している。

組電池１は、これら第１嵌合部４１と第２嵌合部４２とを相互に嵌合させて、複数の電池セル２を積層配置することで構成される。具体的には、図１に示すように、一の電池セル２の第１嵌合部４１の凸部４１ａが、当該一の電池セル２に隣接する他の電池セル２の第２嵌合部４２の凹部４２ａの内側に嵌め込まれることにより、複数の電池セル２における第１嵌合部４１と第２嵌合部４２とが嵌合して位置決めされる。

なお、外装部材４の両面４ａ，４ｂまたは外装部材４の外側全面を覆う断熱性を有するシール部材を設けた構成としてもよい。この場合、各電池セル２に生じる温度差を抑制することができる。

この組電池１は、複数の電池セル２を電気的に直列接続することにより構成される。具体的には、図１に示すように、正極端子５と負極端子６とが交互に逆向きになるように複数の電池セル２を積層配置し、一の電池セル２の正極端子５と当該一の電池セル２に隣接する一方の電池セル２の負極端子６を電気的に接続する。この接続は、一の電池セル２の正極端子５と当該一の電池セル２に隣接する一方の電池セル２の負極端子６をまたがるようにバスバー（図示しない）を接合することによって行われる。バスバーは、配線用の板状の導体であり、例えば銅からなる。組電池１は、図示しないケースに収納される。このように複数の電池セル２を直列に接続することにより、所望の電圧を出力する組電池１が製造される。

また、組電池１は、図示しないが、複数の配線を介して、制御装置に電気的に接続されている。制御装置は、ＣＰＵを主体として構成され、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備え、各種の入力信号に基づいて、組電池１全般の制御を行うものである。制御装置は、各種の装置（電圧検出装置、温度検出装置など）から出力されるデータに基づいて各電池セル２の状態を監視するとともに、組電池１の充電及び放電を実行する。

上記組電池１の各電池セル２による発電が開始されると、上記した化学反応に伴って各電池セル２においてガスが発生する。このガスの発生によって、外装部材４内部の体積が膨張する。この膨張により、第１嵌合部４１では、凸部４１ａの外周が拡大する一方、第２嵌合部４２では、凹部４２ａの内周が縮小する。これにより、各電池セル２間における第１嵌合部４１と第２嵌合部４２との締め付け状態が強くなり、嵌合強度が向上するようになっている。

なお、凹部４２ａを有する第２嵌合部４２のラミネートフィルムの凹部４２ａ内周側の厚みを薄くするとともに、凹部４２外周側の厚みを厚くすることで、凹部４２ａの内周側の変形量（膨張度合）を大きくさせるようにしてもよい。これにより、嵌合部４１，４２における締め付け具合を向上させることができる。また、各電池セル２の間の隙間に冷風や冷却水などの冷却媒体を通過させる構成としてもよい。この場合、各電池セル２及び組電池１全体の放熱特性を改善することができる。

以上説明したように、第１の実施形態の組電池１は、正極層３１と、負極層３２と、正極層３１と負極層３２とを仕切るセパレータ３３と、正極層３１と負極層３２との間に介在する電解質層３４とを積層配置して構成される電極積層体３と、電極積層体３の外周を覆う外装部材４と、電極積層体３の正極層３１に接続され外装部材４に突出して設けられた正極端子５と、電極積層体３の負極層３２に接続され外装部材４に突出して設けられた負極端子６を備え、供給された電力を充電するとともに蓄電した電力を放電する電池セル２を複数積層配置して構成されている。外装部材４は、電池セル２の積層方向における両側の面にそれぞれ嵌合部４１，４２が設けられ、複数の電池セル２を積層配置したときに、隣り合う各電池セル２の外装部材４に設けられた嵌合部４１，４２どうしが相互に嵌合するように構成されたことを特徴とする。

この構成によれば、隣り合う電池セル２の外装部材４に設けられた嵌合部４１，４２どうしが相互に嵌合することによって、複数の電池セル２の位置決めを確実に行うことで、複数の電池セル２を安定して積層配置することができる。従って、電池セル２の化学反応に伴って外装部材４内部の体積が膨張及び収縮して外装部材４が変形した場合や、車両の振動などに伴って組電池１に外力が加えられた場合において、電池セル２が移動したりずれたりすることを防止できる。これにより、耐久性の優れた組電池１を構成することができる。

また、電池セル２を構成する外装部材４そのものを変形させて嵌合部４１，４２を形成するので、電池セル２に別部品として位置決め用の部材や補強部材を設ける必要がなく、部品数を少なくでき、コストを抑えることができるとともに、組電池１の省スペース化を図ることができる。

また、外装部材４の嵌合部４１，４２は、電池セル２の積層方向における一方の面４ａに設けられて凸部４１ａを形成する第１嵌合部４１と、他方の面４ｂに設けられて凹部４２ａを形成する第２嵌合部４２とからなり、複数の電池セル２を積層配置して、一の電池セル２の第１嵌合部４１と、前記一の電池セル２に隣接する他の電池セル２の前記第２嵌合部４２とを相互に嵌合させたことを特徴とする。

この構成によれば、１種類の電池セル２における外装部材４の両面に、凸部４１ａと凹部４２ａとを一体形成させ、一の電池セル２の第１嵌合部４１と前記一の電池セル２に隣接する他の電池セル２の第２嵌合部４２とを相互に嵌合させることにより、複数の電池セル２における嵌合構造を形成できる。従って、別々の部材を用いて凹凸形状を構成させなくてもよいので、製造工程を簡素化させながら、複数の電池セル２を安定して積層配置した組電池１を製造できる。

また、外装部材４は、ラミネートフィルムにより形成され、嵌合部４１，４２は、前記ラミネートフィルムを変形させることにより形成されたことを特徴とする。この構成によれば、外装部材４の嵌合部４１，４２の内部を中空に形成させることができるので、各電池セル２の化学反応に伴ってガスが発生した場合に、嵌合部４１，４２内部の体積を膨張させることができる。これにより、凸部４１ａの外周が拡大するとともに、凹部４２ａの内周が縮小し、各電池セル２間における第１嵌合部４１と第２嵌合部４２との嵌合強度を向上させることが可能となる。

また、外装部材４は、厚さ０．１ｍｍ以上のアルミニウム層を有して形成されていることを特徴とする。この構成によれば、金属層であるアルミニウム層が、従来では厚さ４０μｍ程度であったのに対して、厚さ０．１ｍｍ以上となっているので、外装部材４の強度を向上させることができる。これにより、各電池セル２どうしにおいて、高精度な位置決めを行うことができる。また、各電池セル２の強度を向上させることができる。

また、凸部４１ａと凹部４２ａとが互いに係合するテーパ状部分を有することにより、係合面積を増大させて嵌合強度を確保できるとともに、第１嵌合部４１を第２嵌合部４２に嵌め込み易くすることができる。更に、各電池セル２の間に隙間が形成されているので、この隙間に冷風や冷却水などの冷却媒体を通過させることができる。この場合、各電池セル２を冷却することにより、各電池セル２の発電性能を向上させることができる。

次に、本発明の第２〜第８の実施形態について、図５〜図２４を参照して説明する。なお、図５〜図２４には上記第１の実施形態と同一部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてだけ説明する。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について、図５、図６を参照して説明する。第２の実施形態の組電池１１においては、嵌合部４１１，４２１の形状が第１の実施形態と異なる。第１嵌合部４１１は、図６（ａ）に示すように、外装部材４の一方の面４ａに設けられ、平面視矩形状の第１凸部４１１ａ及び第２凸部４１１ｂを形成している。第１凸部４１１ａは、第２凸部４１１ｂよりも小さく、内部が中空の矩形箱状で、第２凸部４１１ｂの突出方向に形成されている。第２凸部４１１ｂは、外装部材４の一方の面４ａから突出して設けられ、周縁部が先端方向に向かってテーパ状に縮小する凸状をなしているとともに、内部が中空の矩形箱状をなしており、平坦な第１係合面４１１ｃを有している。

第２嵌合部４２１は、図６（ｂ）に示すように、外装部材４の他方の面４ｂに設けられ、凹部４２１ａを形成している。凹部４２１ａは、中央部が平面視矩形状に窪んだ形状をしているとともに、周縁部が先端方向に向かってテーパ状に縮小する凸状をなしている。凹部４２１ａは、第２凸部４１１ｂの係合面４１１ｃと係合する第２係合面４２１ｂを有している。

組電池１１は、図５に示すように、各電池セル２における第１嵌合部４１１と第２嵌合部４２１とが嵌合しながら積層配置されることにより構成される。具体的には、第１嵌合部４１１の第１凸部４１１ａが、第２嵌合部４２１の凹部４２１ａの内側に嵌め込まれるとともに、第１係合面４１１ｃが第２係合面４２１ｂに係合することにより、各電池セル２の位置決めが行われる。

上記構成によれば、第１凸部４１１ａを凹部４２１ａの内側に嵌め込むとともに、第１係合面４１１ｃと第２係合面４２１ｂとが係合することによって、第１嵌合部４１１と第２嵌合部４２１とをより確実に嵌合させることができる。これにより、複数の電池セル２をより安定して積層配置させた組電池１１を得ることができる。

また、第２の実施形態の組電池１１では、第１の実施形態の組電池１と比較して、各電池セル２間の隙間が小さくなるように構成されているので、組電池１１のエネルギー密度を向上させることができる。更に、電極積層体３を構成する正極層３１及び負極層３２の数を増加させて、出力される電力を増大させることが可能である。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について、図７〜図９を参照して説明する。第３の実施形態の組電池１２においても、嵌合部４１２，４２２の形状が第１の実施形態と異なるものとなっている。具体的には、第１嵌合部４１２は、外装部材４の一方の面４ａに突出して設けられ、図８（ａ）に示すように、半球状の凸部４１２ａを有している。この場合、凸部４１２ａは、矩形状の第１係合面４１２ｂの四頂点側に４箇所設けられている。

また、第２嵌合部４２２は、外装部材４の他方の面４ｂに突出して設けられ、図８（ｂ）に示すように、凸部４１２ａと整合する凹部４２２ａを有している。この場合、凹部４２２ａは、矩形状の第２係合面４２２ｂの四頂点側に４箇所設けられている。

組電池１２は、図７に示すように、複数の電池セル２が所定の積層方向（図７では上下方向）に積層配置されて構成される。具体的には、４箇所に設けられた第１嵌合部４１２の凸部４１２ａと第２嵌合部４２２の凹部４２２ａとが、図９に示すように、相互に嵌合するとともに、第１係合面４１２ｂと第２係合面４２２ｂとが係合することにより、各電池セル２の位置決めが行われる。なお、凸部４１２ａ及び凹部４２２ａの個数は、適宜変更可能であるとする。

上記第３の実施形態では、第１嵌合部４１２の凸部４１２ａと、第２嵌合部４２２の凹部４２２ａとは、互いに整合する外形形状（この場合半球形状）を有していることを特徴とする。

この構成によれば、第１嵌合部４１２と第２嵌合部４２２とが互いに整合する外形形状となっているので、第１嵌合部４１２と第２嵌合部４２２とを密着して嵌合させることができる。これにより、第１嵌合部４１２と第２嵌合部４２２との隙間を少なくして、各電池セル２の位置決めを確実に行うことができ、電池セル２がずれて移動してしまうことを確実に防ぐことができる。

また、凸部４１２ａ及び凹部４２２ａが、第１係合面４１２ｂ及び第２係合面４２２ｂの四頂点側に４箇所設けられている構成となっているので、第１嵌合部４１２と第２嵌合部４２２との嵌合状態を安定させることができる。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について、図１０、図１１を参照して説明する。第４の実施形態においては、上記第３の実施形態と比較して、嵌合部４１３，４２３の形状が異なる。具体的には、第１嵌合部４１３は、外装部材４の一方の面４ａに突出して設けられ、図１１（ａ）に示すように、円柱状の凸部４１３ａを有している。この場合、凸部４１３ａは、矩形状の第１係合面４１３ｂの四頂点側に４箇所設けられている。

また、第２嵌合部４２３は、外装部材４の他方の面４ｂに突出して設けられ、図１１（ｂ）に示すように、凸部４１３ａと整合する凹部４２３ａを有している。この場合、凹部４２３ａは、矩形状の第２係合面４２３ｂの四頂点側に４箇所設けられている。

組電池１３は、図１０にも示すように、一の電池セル２の円柱状の凸部４１３ａと、前記一の電池セル２と隣接する他の電池セル２の凹部４２３ａとが相互に嵌合することにより、複数の電池セル２が安定して積層配置されて構成されている。

ここで、第１嵌合部４１３の凸部４１３ａを第２嵌合部４２３の凹部４２３ａに嵌合させるとき、凸部４１３ａ及び凹部４２３ａの加工状態などによって、第１嵌合部４１３と第２嵌合部４２３との間に形成される隙間にばらつきが発生する場合がある。例えば、凸部４１３ａ及び凹部４２３ａは主として樹脂で形成されるので、成形過程において加工面にバリが生じ、これにより隙間にばらつきが生じることがある。あるいは、第１嵌合部４１３及び第２嵌合部４２３の加工時に寸法誤差が生じて、凸部４１３ａと凹部４２３ａとの嵌め合い状態が悪くなる場合がある。

本実施形態では、図１２に示すように、第１嵌合部４１３及び第２嵌合部４２３が嵌合したときに、当該第１嵌合部４１３と当該第２嵌合部４２３との間に形成される隙間は、その最接近部分が２ｍｍ以下となるように形成するものとする。すなわち、上記したように隙間のばらつきがある場合でも、少なくとも第１嵌合部４１３と第２嵌合部４２３との間の最も接近した部分においては、隙間が２ｍｍ以下となるように設定する。なお、隙間が２ｍｍ以下とは、凸部４１３ａと凹部４２３ａとが接している場合、すなわち隙間が０ｍｍの場合を含むものとする。

上記構成によれば、第３の実施形態と比較して、凸部４１３ａが円柱状であるので、第１嵌合部４１３と第２嵌合部４２３との嵌合部分の面積を増加させることができ、嵌合強度を向上させて、各電池セル２どうしの位置決めをより確実に行うことが可能である。すなわち、円柱状の凸部４１３ａの突出方向長さ、及び凹部４２３ａの深さは適宜変更可能であるので、凸部４１３ａの突出方向長さを長くするとともに凹部４２３ａの深さを深くすることで、嵌合部４１３，４２３における嵌合強度を向上させることができる。

また、第１嵌合部４１３と第２嵌合部４２３との間に形成される隙間は、その最接近部分が２ｍｍ以下となっていることを特徴とする。この構成によれば、凸部４１３ａと凹部４２３ａとが全面にわたって密着した構成となっていなくても、最接近の部分だけが隙間２ｍｍ以下という条件を満たしていることにより、第１嵌合部４１３と第２嵌合部４２３との嵌合強度を確保することができる。なお、この最接近部分の距離を適宜設定することにより、第１嵌合部４１３と第２嵌合部４２３との嵌合状態を調整することが可能である。

［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態について、図１３〜図１５を参照して説明する。第５の実施形態の組電池１４においては、第４の実施形態と同様に、第１嵌合部４１４は、外装部材４の一方の面４ａに突出して設けられ、図１４（ａ）に示すように、円柱状の凸部４１４ａを４個有している。凸部４１４ａは、矩形状の第１係合面４１４ｂの四頂点側に４箇所設けられている。また、第２嵌合部４２４は、外装部材４の他方の面４ｂに突出して設けられ、図１４（ｂ）に示すように、凸部４１４ａと整合する凹部４２４ａを有している。凹部４２４ａは、矩形状の第２係合面４２４ｂの四頂点側に４箇所設けられている。

第５の実施形態では、図１５に示すように、第１嵌合部４１４の凸部４１４ａは、当該凸部４１４ａの突出方向に対して交差する方向に膨出した膨出部４１４ｃを有している。また、第２嵌合部４２４の凹部４２４ａは、前記膨出部４１４ｃの形状と整合する係合部４２４ｃを有している。このように円柱状の凸部４１４ａに膨出部４１４ｃが設けられている点が第４の実施形態と異なる。

この膨出部４１４ｃは、凸部４１４ａの外周面の一部分に円環状に形成され、例えばバルジ成形により形成される。このバルジ成形は、所定形状の金型に加工対象物をセットして、加工対象物内に高圧の液体を充填しながら加工対象物に圧縮力を加えることにより、加工対象物を所定形状に塑性加工するものである。また、係合部４２４ｃは、凹部４２４ａの内周面の一部分に溝状に形成され、例えばバルジ成形により形成される。

上記第１嵌合部４１４と第２嵌合部４２４を嵌合させるときは、第１嵌合部４１４を第２嵌合部４２４側へ押圧しながら、凸部４１４ａを凹部４２４ａに嵌め合わせるとともに、膨出部４１４ｃと係合部４２４ｃとを係合させる。

この構成によれば、外装部材４内部のガスの発生に伴う凸部４１４ａ及び凹部４２４ａの膨張に加え、膨出部４１４ｃ及び係合部４２４ｃとの係合によって、第１嵌合部４１４と第２嵌合部４２４との嵌合強度を一層向上させることができる。これにより、各電池セル２をより安定して積層配置した組電池１４を得ることができる。

［第６の実施形態］
次に、本発明の第６の実施形態について、図１６、図１７を参照して説明する。第６の実施形態の組電池１５においても、嵌合部４１５，４２５の形状が第１の実施形態と異なるものとなっている。具体的には、第１嵌合部４１５は、外装部材４の一方の面４ａに設けられ、図１７（ａ）に示すように、凸部４１５ａと平坦部４１５ｂとを有して構成されている。凸部４１５ａは、第１嵌合部４１５の周縁部に形成され、先端方向に向かってテーパ状に縮小する凸状をなしている。平坦部４１５ｂは、凸部４１５ａに囲まれた第１嵌合部４１５の中央部に形成され、平面視矩形状の平坦面をなしている。

第２嵌合部４２５は、外装部材４の他方の面４ｂに設けられ、図１７（ｂ）に示すように、平面視矩形状の凹部４２５ａ及び平坦突状部４２５ｂを有して構成されている。凹部４２５ａは、第２嵌合部４２の周縁部に形成され、凹状形状をなしている。平坦突状部４２５ｂは、凹部４２５ａに囲まれた第２嵌合部４２の中央部に突出して設けられ、第１嵌合部４１５の平坦部４１５ｂと整合する平坦面を有している。また、凹部４２５ａの内周形状は、凸部４１５ａの外周形状に整合する形状を有している。

組電池１５は、第１嵌合部４１５と第２嵌合部４２５とを相互に嵌合させて、複数の電池セル２を積層配置することで構成される。具体的には、図１６にも示すように、一の電池セル２の第１嵌合部４１５の凸部４１５ａを、当該一の電池セル２に隣接する他の電池セル２の第２嵌合部４２５の凹部４２５ａに嵌め込みながら、第１嵌合部４１５の平坦部４１５ｂと第２嵌合部４２の平坦突状部４２５ｂとを係合させる。

この構成によれば、第１嵌合部４１５の凸部４１５ａが第２嵌合部４２の凹部４２５ａに嵌め込まれるとともに、第１嵌合部４１５の平坦部４１５ｂと第２嵌合部４２の平坦突状部４２５ｂとが係合することにより、第１嵌合部４１５と第２嵌合部４２とが確実に嵌合する。これにより、第１嵌合部４１５と第２嵌合部４２との嵌合部分の面積を増やして、各電池セル２間の嵌合強度を向上できる。

［第７の実施形態］
次に、本発明の第７の実施形態について、図１８〜図２０を参照して説明する。第７の実施形態の組電池１６においては、第６の実施形態の組電池１５と比較して、図１９に示すように、第１嵌合部４１６の凸部４１６ａに、テーパ状のテーパ部４１６ｃが設けられているとともに、第２嵌合部４２６の凹部４２６ａが前記テーパ部４１６ｃの形状と整合する形状となっていることが異なる。

テーパ部４１６ｃは、図２０に示すように、凸部４１６ａの先端方向（突出方向）に向かって幅が広くなるように形成されている。このテーパ部４１６ｃを有する第１嵌合部４１６と第２嵌合部４２６とを嵌合させる際は、第１嵌合部４１６から第２嵌合部４２６側へ押圧力を加えて凸部４１６ａを変形させることにより、凸部４１６ａを凹部４２６ａへ嵌め込む。なお、テーパ部４１６ｃの傾斜角度や長さを適宜変更することにより、第１嵌合部４１６と第２嵌合部４２６との嵌合強度を調整することが可能である。

この構成によれば、先端方向の幅が広くなったテーパ部４１６ｃが当該記テーパ部４１６ｃの形状と整合する凹部４２６ａに嵌合していることで、第１嵌合部４１１と第２嵌合部４２１との嵌合強度をより向上させることができる。これにより、各電池セル２がずれて移動してしまうことを確実に防止できる。

［第８の実施形態］
次に、本発明の第８の実施形態について、図２１を参照して説明する。第８の実施形態においては、第１嵌合部４１７は、外装部材４の一方の面４ａに突出して設けられ、図２１（ａ）に示すように、コ字状の凸部４１７ａを有している。また、第２嵌合部４２７は、外装部材４の他方の面４ｂに突出して設けられ、図２１（ｂ）に示すように、前記コ字状の凸部４１７ａに整合するコ字状に凹んだ凹部４２７ａを有している。

この場合、凸部４１７ａは、第１嵌合部４１７の係合面４１７ｂにおける対角線をなす対向部分に２箇所設けられている。凹部４２７ａは、第２嵌合部４２７の係合面４２７ｂにおける対角線をなす対向部分に２箇所設けられている。

これら凸部４１７ａ及び凹部４２７ａは、電極積層体３と接触しない位置に配置され、凸部４１７ａと凹部４２７ａとは、電池セル２の積層方向から見て、電極積層体３の外周部よりも外側において嵌合する。なお、凸部４１７ａ及び凹部４２７ａの個数及び配置位置は、適宜変更可能であるとする。

ここで、複数の電池セル２を積層配置したとき、電極積層体３において凹凸嵌合部４１７ａ，４２７ａと接触する部分と接触しない部分とが混在すると、電極積層体３へ加わる荷重の伝わり方にムラが生じる。この場合、電池セル２の発電性能に悪影響が生じるおそれがある。そこで、この第８の実施形態では、凸部４１７ａ及び凹部４２７ａは、電極積層体３と接触しないように配置されることを特徴としている。このため、凸部４１７ａ及び凹部４２７ａを介して電極積層体３に直接的に荷重が伝達することを抑制して、電極積層体３に加わる負荷を均一にすることができる。従って、組電池１の性能を確保しながら、簡易な構成で各電池セル２を安定して積層配置することができる。

また、凸部４１７ａ及び凹部４２７ａは、電池セル２の積層方向から見て、電極積層体３の外周部よりも外側において嵌合することを特徴とする。この構成によれば、複数の電池セル２を積層配置することに伴う荷重負荷は、電極積層体３の外周部よりも外側において嵌合した凸部４１７ａ及び凹部４２７ａに主として加えられる。これにより、電池セル２積層方向の荷重負荷が、電極積層体３に加えられることを確実に低減させて、組電池１の性能を維持できる。

［第９の実施形態］
次に、本発明の第９の実施形態について、図２２を参照して説明する。第９の実施形態においては、凹凸嵌合部の形状及び個数が上記第８の実施形態と異なる。すなわち、第１嵌合部４１８は、外装部材４の一方の面４ａに突出して設けられ、図２２（ａ）に示すように、直方体状の凸部４１８ａを有している。また、第２嵌合部４２８は、外装部材４の他方の面４ｂに突出して設けられ、図２２（ｂ）に示すように、前記凸部４１８ａに整合する直方体状に凹んだ凹部４２８ａを有している。

この場合、凸部４１８ａは、第１嵌合部４１８の係合面４１８ｂの一側面側（図２２（ａ）では左側）に１箇所設けられている。凹部４２８ａは、第２嵌合部４２８の係合面４２８ｂの一側面側（図２２（ｂ）では左側）に１箇所設けられている。これら凸部４１８ａ及び凹部４２８ａは、電極積層体３と接触しない位置に配置され、凸部４１８ａと凹部４２８ａとは、電池セル２の積層方向から見て、電極積層体３の外周部よりも外側において嵌合する。

この構成によれば、第８の実施形態と同様の効果が得られるとともに、第８の実施形態と比較して、凸部４１８ａ及び凹部４２８ａの構成がより簡素な形状であるので、嵌合部４１８，４２８の成形工程の簡略化を図ることができる。また、コストを抑えながらより簡易な構成で、各電池セル２の位置決めを行うことが可能である。

なお、凹凸部の形状は、コ字状や直方体状に限られず、三角形状、五角形状、楕円形状など任意の形状で構成してもよい。

［第１０の実施形態］
次に、本発明の第１０の実施形態について、図２３、図２４を参照して説明する。第１０の実施形態の組電池１９は、図２３に示すように、第１外装部材４０１を有する電池セル２１と、第２外装部材４０２を有する電池セル２２とを交互に積層配置して構成されている。すなわち、第１０の実施形態では、外装部材は、形状の異なる第１外装部材４１９と第２外装部材４２９との２種類からなる。

第１外装部材４０１の電池セル２１積層方向両側の面には、図２４（ａ）に示すように、平面視矩形状の凸部４１９ａが形成された第１嵌合部４１９が設けられている。凸部４１９ａは、周縁部が先端方向に向かってテーパ状に縮小する凸状をなしているとともに、中央部が平面視矩形状に窪んだ平坦形状をしている。

また、第２外装部材４０２の電池セル２２積層方向両側の面には、図２４（ｂ）に示すように、平面視矩形状の凹部４２９ａが形成された第２嵌合部４２９が設けられている。凹部４２９ａは、中央部が平面視矩形状に窪んだ平坦形状をしているとともに、周縁部が先端方向に向かってテーパ状に縮小する凸状をなしている。また、凹部４２９ａの内周形状は、凸部４１９ａの外周形状に整合する形状を有している。

そして、電池セル２１と電池セル２２とを交互に積層配置するときは、第１外装部材４０１の凸部４１９ａを、第２外装部材４０２の凹部４２９ａの内側に嵌め込むことにより、第１嵌合部４１９と第２嵌合部４２９とを相互に嵌合させる。

この構成によれば、第１外装部材４０１の第１嵌合部４１９と第２外装部材４０２の第２嵌合部４２９とを嵌合させることにより、２種類の電池セル２１，２２の位置決めを確実に行うことができる。このように、外装部材４の形状が異なる複数種類の電池セル２１，２２を組み合わせて組電池１９を形成する場合においても、各電池セル２１，２２を安定して積層配置できる。

また、上記した実施形態のように、外装部材４の一方の面４ａの形状と他方の面４ｂの形状を異なるように形成する必要がないので、外装部材４の形成方法を簡素化することができる。なお、３種類以上の外装部材４を有する電池セル２を積層配置した組電池１においても、隣接する電池セル１の嵌合部どうしが相互に嵌合するように構成すれば本発明を適用することが可能である。

この他、本発明は上記し且つ図面に示した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変形または拡張を施すことができる。例えば、上記実施形態では、複数の電池セル２を縦方向（図１では上下方向）に積層配置して組電池１を構成する場合について説明したが、複数の電池セル２を横方向に配置して組電池１を構成する場合にも適用可能である。この場合も、各電池セル２の位置決めを行うことができ、電池セル２がずれて移動してしまうことを防止できる。

また、上記実施形態では、正極端子５が外装部材４の一方側に突出して設けられ、負極端子６が外装部材４の他方側に突出して設けられる構成としたが、これに限られず、正極端子５及び負極端子６が外装部材４の同じ側から並んで突設されていてもよい。更に、複数の電池セル２を直列に接続して組電池１を構成するものとしたが、この組電池１を複数個並列に接続して一つの組電池１を構成するようにしてもよい。また、組電池１を構成する電池セル２の個数は、適宜変更可能である。

１，１１〜１６，１９ 組電池
２，２１，２２ 電池セル
３ 電極積層体
４ 外装部材
４ａ，４ｂ 面
５ 正極端子
６ 負極端子
３１ 正極層
３２ 負極層
３３ セパレータ
３４ 電解質層
４１，４１１〜４１９ 第１嵌合部（嵌合部）
４１ａ，４１１ａ〜４１９ａ 凸部
４２，４２１〜４２９ 第２嵌合部（嵌合部）
４２ａ，４２１ａ〜４２９ａ 凹部
４０１ 第１外装部材
４０２ 第２外装部材
４１４ｃ 膨出部
４１６ｃ テーパ部
４２４ｃ 係合部

Claims (11)

1. 正極層（３１）と、負極層（３２）と、前記正極層と前記負極層とを仕切るセパレータ（３３）と、前記正極層と前記負極層との間に介在する電解質層（３４）とを積層配置して構成される電極積層体（３）と、
   前記電極積層体の外周を覆う外装部材（４）と、
   前記電極積層体の前記正極層に接続され前記外装部材に突出して設けられた正極端子（５）と、
   前記電極積層体の前記負極層に接続され前記外装部材に突出して設けられた負極端子（６）と、
   を備え、供給された電力を充電するとともに蓄電した電力を放電する電池セル（２）を複数積層配置して構成される組電池（１，１１，１５）において、
   前記外装部材は、前記電池セルの積層方向における両側の面にそれぞれ嵌合部（４１，４２、４１１，４２１、４１５，４２５）が設けられ、
   複数の前記電池セルを積層配置したときに、隣り合う前記各電池セルの前記外装部材に設けられた前記嵌合部どうしが相互に嵌合するように構成されたことを特徴とする組電池。
2. 前記外装部材の前記嵌合部は、前記電池セルの積層方向における一方の面（４ａ）に設けられて凸部（４１ａ，４１１ａ，４１５ａ）を形成する第１嵌合部（４１，４１１，４１５）と、他方の面（４ｂ）に設けられて凹部（４２ａ，４２１ａ，４２５ａ）を形成する第２嵌合部（４２，４２１，４２５）とからなり、
   複数の前記電池セルを積層配置して、一の前記電池セルの前記第１嵌合部と、前記一の電池セルに隣接する他の前記電池セルの前記第２嵌合部とを相互に嵌合させたことを特徴とする請求項１に記載の組電池。
3. 前記外装部材は、形状の異なる第１外装部材（４０１）と第２外装部材（４０２）との２種類からなり、
   前記第１外装部材の前記嵌合部（４１９）は、前記電池セル（２１）の積層方向における両側の面に設けられて凸部（４１９ａ）を形成する第１嵌合部（４１９）であり、
   前記第２外装部材の前記嵌合部（４２９）は、前記電池セル（２２）の積層方向における両側の面に設けられて凹部（４２９ａ）を形成する第２嵌合部（４２９）であって、
   前記第１外装部材を有する一の前記電池セルと前記第２外装部材を有する他の前記電池セルとを交互に積層配置して、前記一の電池セルの前記第１嵌合部と、前記他の電池セルの前記第２嵌合部とを相互に嵌合させたことを特徴とする請求項１に記載の組電池（１９）。
4. 前記第１嵌合部（４１４）の前記凸部（４１４ａ）は、当該凸部の突出方向に対して交差する方向に膨出した膨出部（４１４ｃ）を有し、
   前記第２嵌合部（４２４）の前記凹部（４２４ａ）は、前記膨出部の形状と整合する係合部（４２４ｃ）を有していることを特徴とする請求項２又は３に記載の組電池（１４）。
5. 前記第１嵌合部（４１６）の前記凸部（４１６ａ）は、当該凸部の先端方向に向かって幅が広くなるテーパ状のテーパ部（４１６ｃ）を有し、
   前記第２嵌合部（４２６）の前記凹部（４２６ａ）は、前記テーパ部の形状と整合する形状となっていることを特徴とする請求項２又は３に記載の組電池（１６）。
6. 前記第１嵌合部（４１２，４１３）と前記第２嵌合部（４２２，４２３）とは、互いに整合する外形形状を有していることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の組電池（１２，１３）。
7. 前記第１嵌合部（４１３）及び前記第２嵌合部（４２３）が嵌合したときに当該第１嵌合部と当該第２嵌合部との間に形成される隙間は、その最接近部分が２ｍｍ以下となっていることを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載の組電池（１３）。
8. 前記嵌合部（４１７，４２７、４１８，４２８）は、前記電極積層体と接触しないように配置されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の組電池。
9. 前記嵌合部（４１７，４２７、４１８，４２８）は、前記電池セルの積層方向から見て前記電極積層体の外周部よりも外側において嵌合することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の組電池。
10. 前記外装部材は、ラミネートフィルムにより形成され、
    前記嵌合部は、前記ラミネートフィルムを変形させることにより形成されたことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の組電池。
11. 前記外装部材は、厚さ０．１ｍｍ以上のアルミニウム層を有して形成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の組電池。

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