JP2015153478A - 電池拘束具 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量であって、拘束時の電池への拘束部材の傷の転写を防止し、拘束時の電池の昇温を効率良く行うことができる電池拘束冶具の提供にある。【解決手段】平板状の二次電池１０を厚さ方向に挟圧し、二次電池１０を拘束する一対の拘束板３１を備えた電池拘束冶具３０である。拘束板３１はアルミニウム系の金属材料により形成され、一対の拘束板３１と二次電池１０との間に当接板３４がそれぞれ介在されている。一対の拘束板３１は当接板３４を介して二次電池１０を拘束する。【選択図】 図２

Description

この発明は、電池拘束具に関し、特に、電池の製造過程において電池ケースの膨張変形を抑制するために電池を拘束する電池拘束具に関する。

近年、リチウムイオン二次電池は、電子機器の電源だけでなく、ハイブリッド車や電気自動車の電源として採用されている。
車両用の二次電池では、複数の電池モジュールを直列に接続した電池パックとして車載されることがある。
例えば、リチウムイオン二次電池の製造過程では、電池性能の安定化を図るため、二次電池を高温環境下で一定期間保管するエージング工程を実施している。

二次電池のエージングに関する従来技術としては、例えば、特許文献１に開示された非水電解質二次電池の製造方法が存在する。
例えば、特許文献１に開示された非水電解質二次電池の製造方法では、アルミニウム箔に正極活物質を塗布した正極板と、銅箔に負極活物質を塗布した負極板とをセパレータを介して巻回して構成した発電部を電池ケースに挿入する。
発電部が挿入された電池ケースにアルミニウム製の蓋板を溶接し、発電部の正極板および負極板に接続された正極端子および負極端子は外部に導かれている。
この電池をＳＵＳ（ステンレス鋼）製の板で挟み、金属製の板の間隔を所定の幅に調整することで拘束する。
この電池に、注液口から所定量の電解液を注入して初期充放電やエージング処理を行うとしている。

特開２００５−２５１６１４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された非水電解質二次電池の製造方法では、電池を拘束する拘束部材（板）は、比重が大きく熱伝導性の低いステンレス鋼製であるため、拘束部材の重量が増大するほか、拘束時に電池を昇温する点で効率が悪いという問題がある。
そこで、ステンレス鋼よりも比重が小さく、熱伝導性に優れたアルミニウムを拘束部材の材料として用いる場合も考えられる。
しかし、アルミニウムはステンレス鋼と比べて柔らかい金属であり、アルミニウム製の拘束部材の場合、拘束部材の表面に傷が生じ易い。
アルミニウム製の電池ケースである場合、表面に傷を生じた拘束部材により電池を拘束すると、電池ケースの表面に拘束部材の傷が転写される。
電池ケースの表面に拘束部材の傷が転写されると、電池の外観不良等の不具合が発生するという問題がある。
拘束部材の傷の程度によっては、傷の転写により電池内部の短絡を招くおそれがある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、軽量であって、拘束時の電池への拘束部材の傷の転写を防止し、拘束時の電池の昇温を効率良く行うことができる電池拘束冶具の提供にある。

上記の課題を解決するために、本発明は、平板状の電池を厚さ方向に挟圧し、前記電池を拘束する一対の拘束部材を備えた電池拘束冶具であって、前記拘束部材はアルミニウム系の金属材料により形成され、前記一対の拘束部材と前記電池との間に前記電池と当接可能な当接板が介在され、前記当接板は、前記拘束部材より硬い金属材料又は熱伝導性を有する樹脂材料より形成されていることを特徴とする。

本発明では、電池の製造過程において、電池は一対の拘束部材により挟圧されて拘束されるが、一対の拘束部材は電池との間に介在される当接板を介して電池を拘束する。
拘束部材はアルミニウム系の金属材料により形成されているので、軽量であって熱伝導性に優れ、電池および電池拘束冶具の周囲が昇温される場合、拘束部材に拘束されている電池を効率的に昇温させることができる。
また、当接板は、拘束部材を形成するアルミニウムよりも硬い金属材料により形成されているため傷は付きにくい。
当接板が樹脂材料により形成されている場合では、当接板が電池に傷を転写することはない。
従って、電池拘束冶具は軽量であって、当接板に当接される電池には傷が転写されることはなく、拘束部材の傷の転写による電池の外観不良等の不具合を防止することができる。

また、上記の電池拘束冶具において、前記当接板は前記金属材料により形成されている構成としてもよい。
この場合、一対の拘束部材と電池との間に、拘束部材より硬い金属材料により形成される当接板を介在させることにより、拘束時の電池への拘束部材の傷の転写を防止することができる。

また、上記の電池拘束冶具において、前記当接板は前記樹脂材料により形成されている構成としてもよい。
この場合、一対の拘束部材と電池との間に、樹脂材料により形成される当接板を介在させることにより、拘束時の電池への拘束部材の傷の転写を防止することができる。
また、熱伝導性が高い樹脂材料であるほど拘束時の電池の昇温を効率良く行うことができる。

また、本発明は、平板状の電池を厚さ方向に挟圧し、前記電池を拘束する一対の拘束部材を備えた電池拘束冶具であって、前記拘束部材はアルミニウム系の金属材料により形成され、前記一対の拘束部材における前記電池と対向する当接面にアルマイト層が形成されていることを特徴とする。

本発明では、電池の製造過程では、電池は一対の拘束部材により挟圧されて拘束されるが、拘束部材のアルマイト層を電池に当接させて電池を拘束する。
拘束部材はアルミニウム系の金属材料により形成されているので、軽量であって熱伝導性に優れ、電池および電池拘束冶具の周囲が昇温される場合、拘束部材に拘束されている電池を効率的に昇温させることができる。
また、アルマイト層はアルミニウムよりも硬いため傷は付きにくく、熱伝導性に優れる。
従って、電池拘束冶具は軽量であって、アルマイト層に当接される電池には傷が転写されることはなく、拘束部材の傷の転写による電池の外観不良等の不具合を防止することができる。

本発明によれば、軽量であって、拘束時の電池への拘束部材の傷の転写を防止し、拘束時の電池の昇温を効率良く行うことができる電池拘束冶具を提供することができる。

第１の実施形態に係る電池を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る電池拘束冶具を示す斜視図である。 （ａ）は電池を拘束する前の状態の電池拘束冶具の平面図であり、（ｂ）は電池を拘束している状態の電池拘束冶具の平面図である。 第２の実施形態に係る電池拘束冶具を示す平面図である。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る電池拘束冶具について図面を参照して説明する。
本実施形態の電池拘束冶具は、電池の製造工程におけるエージング工程・コンディショニング工程において使用される電池拘束冶具である。
本実施形態に係る電池は、車両搭載用の二次電池であり、例えば、リチウム二次電池やニッケル水素二次電池である。

図１に示す平板状の二次電池１０は、発電要素としての扁平な略直方体の電極体１１と、電極体１１を収容する電池ケース２０を有する。
電極体１１は、シート状の正極１２および負極１３と、正極１２と負極１３の間に介在されるシート状のセパレータ１４を有している。
セパレータ１４は、電池ケース２０内に充填される電解液の流通を可能とする絶縁材料により形成されている。
電極体１１では、正極１２と負極１３とはセパレータ１４を介して交互に積層されている。
電極体１１には、正極端子１５に接続される正極集電体１６と、負極端子１７に接続される負極集電体１８を備えている。

電池ケース２０は、全体として扁平な略直方体の形状を呈している。
電池ケース２０は、有底筒状のケース本体部２１と、ケース本体部２１の開口部２２を密閉する長方形の板状の蓋部２３を有している。
蓋部２３はケース本体部２１にレーザ溶接により固定される。
ケース本体部２１および蓋部２３は、何れもアルミニウム系の金属材料（アルミニウム又はアルミニウム合金）により形成されている。

蓋部２３の長手方向の中心付近には、安全弁２４が設けられている。
安全弁２４は、電池ケース２０内におけるガスの発生により電池ケース２０内の圧力が所定圧力に達したときに開弁して、電池ケース２０内のガスを外部に放出する機能を有している。
また、蓋部２３には電解液を電池ケース２０内へ注入するための注液口２５が設けられており、注液口２５は封止部材２６により封止されている。

さらに、蓋部２３の長手方向の両端付近には、一対の円形の通孔２７、２７が形成されている。
一方の通孔２７には正極端子１５が挿通され、他方の通孔２７には負極端子１７が挿通される。
電池ケース２０に電極体１１が収容されている状態では、正極端子１５と負極端子１７は通孔２７から突出する。
なお、通孔２７からの電解液の漏洩を防止するため、正極端子１５および負極端子１７を囲む環状のシール部材（図示せず）が取り付けられている。
また、正極端子１５および負極端子１７は、ケース本体部２１と絶縁されている。

本実施形態では、二次電池１０の製造工程においてケース本体部２１に電極体１１を収納する。
次に、蓋部２３を開口部２２に装着して、レーザ溶接により蓋部２３をケース本体部２１に接合する。
蓋部２３をレーザ溶接によりケース本体部２１に接合することにより、開口部２２が完全に封止され、電極体１１の電池ケース２０内への収容が完了する。
電極体１１の電池ケース２０内への収容後に、電解液を注液口２５から注液し、電解液の注液後に封止部材２６により注液口２５を封止する。
注液後、二次電池１０はエージング工程や充放電活性化工程等の後工程を経る。

エージング工程では、電池ケース２０の膨張変形を防止するため、図２に示す電池拘束冶具３０により二次電池１０を拘束した状態とする。
本実施形態の電池拘束冶具３０は、一対の拘束板３１と、一対の拘束板３１を互いに連結する連結部材としての４本のボルト３２および４個のナット３３と、拘束板３１と二次電池１０との間にそれぞれ介在される２枚の当接板３４とを備えている。

拘束部材としての拘束板３１は、アルミニウム系の金属材料（アルミニウム又はアルミニウム合金）により形成された平板であり、電池ケース２０のケース本体部２１における最大面積の面よりも大きな面積を持つ板面を有する。
拘束板３１には、二次電池１０の拘束に必要な強度が備えられるように拘束板３１の厚さが設定されている。
拘束板３１はボルト３２を挿入可能な４個の貫通孔３５を備えている。
ボルト３２は頭部３６とねじ軸部３７を有し、ナット３３はねじ軸部３７の螺入を可能とするねじ孔３８を有している。

当接板３４は、拘束板３１と比較して十分に薄い薄板であり、アルミニウム系の金属材料よりも硬い金属材料であるステンレス鋼（ＳＵＳ）により形成されている。
当接板３４の板厚は、エージング工程において二次電池１０の昇温を妨げない程度に設定されている。
本実施形態の当接板３４は、二次電池１０と当接可能であって拘束板３１と同じ面積の板面を有する。
当接板３４には、ボルト３２を挿入可能とする４個の貫通孔３９が形成されており、貫通孔３９は拘束板３１の貫通孔３５と同軸となる位置にそれぞれ形成されている。

本実施形態の電池拘束冶具３０では、板面が互いに平行になるように一対の拘束板３１が配置され、一対の拘束板３１の間に一対の当接板３４が配置されている。
拘束板３１の貫通孔３５および当接板３４の貫通孔３９にボルト３２が挿通されており、拘束板３１および当接板３４はボルト３２の軸心方向へ移動可能である。
拘束板３１の板面と当接板３４の板面は互いに平行であって、ボルト３２の軸心方向と直角な面である。
一対の当接板３４の内側の板面の間には二次電池１０が挿入される空間が形成される。
当接板３４の外側の板面は拘束板３１の内側の板面と対向する。
拘束板３１および当接板３４はボルト３２に備えられるナット３３によりボルト３２から抜け出すことはない。
ボルト３２に対するナット３３の位置を調整することにより、拘束板３１および当接板３４を互いに接近させたり、離隔させたりすることが可能である。

次に、電池拘束冶具３０により二次電池１０を拘束する手順について説明する。
二次電池１０を拘束する場合、予めボルト３２を一対の拘束板３１の貫通孔３５および一対の当接板３４の貫通孔３９にそれぞれ挿通する。
図３（ａ）に示すように、一対の拘束板３１の間を拡げるともに、一対の当接板３４の間を拡げ、一対の当接板３４の間に二次電池１０が配置できるようにする。
次に、二次電池１０を一対の当接板３４の間に位置させるが、電池ケース２０のケース本体部２１の最大面積の面を当接板３４の内側の板面と当接させ、さらに、拘束板３１の内側の板面を当接板３４の外側の板面に当接させる。

次に、ボルト３２が螺入されたナット３３を締結することにより、一対の拘束板３１および一対の当接板３４を二次電池１０の両側から互いに接近させて二次電池１０を挟み込み、一対の拘束板３１は一対の当接板３４を介して二次電池１０を挟圧する。
図３（ｂ）に示すように、二次電池１０は、一対の拘束板３１による挟圧により拘束された状態となり、電池ケース２０の膨張変形が防止される。
二次電池１０に対して当接板３４が当接しているため、拘束板３１は間接的に二次電池１０と当接する。
電池拘束冶具３０により拘束された状態の二次電池１０はエージング工程において昇温される。

本実施形態の電池拘束冶具３０は以下の作用効果を奏する。
（１）本実施形態では、二次電池１０の製造過程において、二次電池１０は一対の拘束板３１により挟圧されて拘束されるが、拘束板３１と二次電池１０との間には当接板３４が介在する。拘束板３１はアルミニウム系の金属材料により形成されているので、熱伝導性に優れており、二次電池１０および電池拘束冶具３０の周囲が昇温される場合、拘束板３１に拘束されている二次電池１０を効率的に昇温させることができる。また、当接板３４は、拘束板３１を形成するアルミニウムよりも硬いステンレス鋼（ＳＵＳ）により形成されているため傷は付きにくい。従って、当接板３４に当接される二次電池１０には傷が転写されることはなく、拘束板３１の傷の転写による二次電池１０の外観不良等の不具合を防止することができる。

（２）拘束板３１がアルミニウム系の金属材料により形成されているので、ステンレス鋼製の拘束板と比較すると、拘束板３１の軽量化を図ることができ、電池拘束冶具３０の軽量化を図ることができる。

（３）当接板３４が傷の付きにくいステンレス鋼により形成されているため、アルミニウム系の金属材料により形成された拘束板により二次電池１０を直接拘束する場合と比較すると、当接板３４は長期の使用に耐えることができる。また、ステンレス鋼により形成されている当接板３４はアルミニウム系の金属材料と比較して化学的安定性の面で優れている。

（４）当接板３４は、アルミニウム系の金属材料よりも熱伝導性の劣るステンレス鋼により形成されているが、当接板３４の板厚は、エージング工程において二次電池１０の昇温を殆ど妨げない程度に設定されている。このため、当接板３４を介して拘束板３１に拘束されている二次電池１０を効率的に昇温させることができる。なお、当接板３４の板厚を小さくするほど当接板３４の熱伝導性を向上させることができる。

（５）当接板３４は拘束板３１と別部材であり、当接板３４の貫通孔３９にボルト３２を挿通させるだけで当接板３４を電池拘束冶具３０に装着できるため、当接板３４の交換作業は簡単である。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る電池拘束冶具について説明する。
本実施形態に係る電池拘束具は、当接板を用いず、一対の拘束板にアルマイト層をそれぞれ形成し、アルマイト層と二次電池とを当接し、拘束板により挟圧することにより拘束する例である。
本実施形態は、拘束板の構成が第１の実施形態と異なることから、電池拘束冶具において拘束板を除く構成と二次電池については、第１の実施形態の説明を援用し、共通の符号を用いる。

図４に示すように、電池拘束冶具４０は、一対の拘束部材としての拘束板４１を備えている。
拘束板４１はアルミニウム系の金属材料（アルミニウム又はアルミニウム合金）により形成された平板であり、電池ケース２０のケース本体部２１における最大面積の面よりも大きな面積を持つ板面を有する。
二次電池１０の拘束に必要な強度が備えられるように拘束板４１の厚さが設定されている。
拘束板４１には、ボルト３２を挿入可能な４個の貫通孔４２が形成されている。

図４に示すように、拘束板４１の内側および外側の板面のうち、二次電池１０と対向する面となる内側の板面には、アルマイト層４３が形成されている。
従って、一対の拘束板４１のアルマイト層４３は互いに対向する。
アルマイト層４３は拘束板４１の板面の陽極酸化処理により形成される酸化アルミニウムの層であり、アルマイトは拘束板４１の材料であるアルミニウム系の金属材料よりも硬い。
なお、図４では、説明の便宜上、アルマイト層４３の厚さを誇張して示す。

本実施形態では、二次電池１０を拘束する場合、予めボルト３２を一対の拘束板４１の貫通孔４２にそれぞれ挿通する。
一対の拘束板４１の間を拡げておき、一対の拘束板４１間に二次電池１０が配置できるようにする。
次に、二次電池１０を一対の拘束板４１の間に位置させるが、電池ケース２０のケース本体部２１の最大面積の面を拘束板４１と当接させる。

次に、ボルト３２が螺入されたナット３３を締結することにより、一対の拘束板４１を二次電池１０の両側から互いに接近させて二次電池１０を挟み込み、一対の拘束板４１は二次電池１０を挟圧する。
二次電池１０は、一対の拘束板４１による挟圧により拘束された状態となり、電池ケース２０の膨張変形が防止される。
二次電池１０に対して拘束板４１が直接当接するが、拘束板４１の当接面にはアルマイト層４３が形成されており、アルマイト層４３が二次電池１０と当接する。

本実施形態によれば、二次電池１０の製造過程では、二次電池１０は一対の拘束板４１により挟圧されて拘束されるが、二次電池１０は拘束板４１のアルマイト層４３に当接される。
拘束板４１はアルミニウム系の金属材料により形成されているので熱伝導性に優れているため、二次電池１０および電池拘束冶具４０の周囲が昇温される場合、拘束板４１に拘束されている二次電池１０を効率的に昇温させることができる。
また、アルマイト層４３はアルミニウム系の金属材料よりも硬く、熱伝導性に優れるため、アルマイト層４３には傷が付き難く、拘束板４１に拘束されている二次電池１０をより効率的に昇温させることができる。
従って、拘束板４１のアルマイト層４３に当接される二次電池１０には傷が転写されることはなく、拘束板４１の傷の転写による二次電池１０の外観不良等の不具合を防止することができる。
さらに言うと、本実施形態では、第１の実施形態のように当接板３４を必要としないため、電池拘束冶具４０の部品点数を削減することができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更してもよい。

○ 第１の実施形態では、当接板は拘束板と別部材として備えられるがこの限りではない。例えば、拘束板の板面に当接板を貼着して固定し、当接板と拘束板とを一体化させてもよい。この場合、当接板と拘束板との間に異物が入り込むことはなく、当接板を適切に電池に当接させて拘束することができる。
○ 第１の実施形態では、当接板としてステンレス鋼を材料としたが、この限りではなく、ステンレス鋼以外の材料により形成した当接板としてもよい。当接板は、少なくともアルミニウム系の金属材料（アルミニウム又はアルミニウム合金）よりも硬く、エージング工程において電池の昇温を殆ど妨げない程度の熱伝導性と板厚を有すればよい。また、当接板は金属材料に限らず、例えば、電池ケースの材料よりも硬くなく、熱伝導性を有する樹脂材料（例えば、セラミックスや金属、炭素材料などの熱伝導性材料とナイロン、エポキシ、ポリイミドなどのエンジニアプラスチックとの複合材）としてもよい。この樹脂材料により形成された当接板の場合、当接板に傷が存在しても二次電池に傷を転写することはない。また、熱伝導性が高い樹脂材料とするほど電池を効率的に昇温させることができる。熱伝導性が低い樹脂材料の場合は、当接板の板厚を小さくするほど熱伝導性が向上する。
○ 第２の実施形態では、拘束板において二次電池と当接される側の板面にアルマイト層が形成するとしたが、この限りではない。例えば、拘束板の全ての面にアルマイト層を形成してもよい。この場合、拘束板の内側および外側の板面の両方を電池と当接可能な面とすることができる。
○ 上記の実施形態では、電池拘束冶具を電池の製造工程のエージング工程において使用するとしたがこの限りではない。エージング工程のほか、コンディショニング工程等、電池の製造工程における各工程において、電池拘束冶具の使用を妨げるものではない。
○ 上記の実施形態では、拘束対象の電池を積層型の二次電池としたが、この限りではなく、拘束対象の電池は、例えば、巻回型の二次電池でもよく、平板状の電池であれば特に限定されない。

１０ 二次電池
１１ 電極体
１２ 正極
１３ 負極
１４ セパレータ
１５ 正極端子
１７ 負極端子
２０ 電池ケース
２１ ケース本体部
２３ 蓋部
３０ 電池拘束冶具
３１ 拘束板（拘束部材としての）
３２ ボルト
３３ ナット
３４ 当接板
３５ 貫通孔
３６ 頭部
３７ ねじ軸部
３８ ねじ孔
３９ 貫通孔（当接板）
４０ 電池拘束冶具（第２実施形態）
４１ 拘束板（拘束部材としての）
４２ 貫通孔
４３ アルマイト層

Claims (4)

1. 平板状の電池を厚さ方向に挟圧し、前記電池を拘束する一対の拘束部材を備えた電池拘束冶具であって、
   前記拘束部材はアルミニウム系の金属材料により形成され、
   前記一対の拘束部材と前記電池との間に前記電池と当接可能な当接板が介在され、
   前記当接板は、前記拘束部材より硬い金属材料又は熱伝導性を有する樹脂材料より形成されていることを特徴とする電池拘束冶具。
2. 前記当接板は前記金属材料により形成されていることを特徴とする請求項１記載の電池拘束冶具。
3. 前記当接板は前記樹脂材料により形成されていることを特徴とする請求項１記載の電池拘束冶具。
4. 平板状の電池を厚さ方向に挟圧し、前記電池を拘束する一対の拘束部材を備えた電池拘束冶具であって、
   前記拘束部材はアルミニウム系の金属材料により形成され、
   前記一対の拘束部材における前記電池と対向する当接面にアルマイト層が形成されていることを特徴とする電池拘束冶具。

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