JP2016170917A - 組電池用スペーサおよび組電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明によって提供される組電池用スペーサ(140A)は、第1方向の端部(142A)を含み且つ該第1方向端部から第2方向にスペーサ全体の半分を占める第1領域と、第2方向の端部(144A)を含み且つ該第2方向端部から第1方向にスペーサ全体の半分を占める第2領域とに区分したとき、第2領域は、第1領域よりも単電池配列方向への圧縮率が大きいことを特徴とする。
【選択図】図4
Description
さらに、リチウムイオン二次電池を使用した組電池に関する従来技術文献としては、特許文献3、4が挙げられる。特許文献3、4には、組電池を構成する単電池の冷却等を目的として、放熱性のよいスペーサ板(組電池用スペーサ)を単電池間に配置して構築された組電池が開示されている。
そしてここに開示される組電池用スペーサの一態様は、上記端子が突出している方向を第1方向とし、該方向とは反対の方向を第2方向としたとき、該単電池間に配置される組電池用スペーサの該第1方向および該第2方向において、上記組電池用スペーサを、上記第1方向の端部を含み且つ該第1方向端部から第2方向に該スペーサ全体の半分(1/2)を占める第1領域と、上記第2方向の端部を含み且つ該第2方向端部から第1方向に該スペーサ全体の半分(1/2)を占める第2領域と、に区分したとき、該第2領域は、第1領域よりも上記配列方向への圧縮率が大きいことを特徴とする。
このため、かかる組電池用スペーサを使用すると、組電池に(典型的には単電池配列方向に)上記荷重が掛かった際に、隣り合う単電池間の第2方向端部における距離が第1方向端部における距離よりも減少しやすくなり(換言すれば、組電池の第1方向端部よりも先に第2方向端部が潰れることで)、単電池の第1方向に突出する端子が、隣り合う他の単電池の第1方向に突出する端子と接触することが抑制される。
かかる構成によると、組電池に外部から過大な荷重が加わった際に、該スペーサの第2領域が第1領域よりも先に破損または変形し得る。よって、かかる構成のスペーサによると、組電池に使用されて、該組電池に外部から過大な荷重が加わった際に、単電池の端子同士が接触することが抑制され得る。
また、ここに開示される組電池用スペーサの特に好ましい他の一態様では、第2領域は、第1領域よりも圧縮率が大きい材料及び/又は耐荷重の小さい材料を主体(すなわち圧縮率が大きい材料及び/又は耐荷重の小さい材料の含有率が当該領域全体の50重量%を超える、より好ましくは70重量%以上であることをいう。以下同じ。)に形成されている。このような構成によっても、組電池に外部から(典型的には単電池配列方向に)過大な荷重が加わった際に、スペーサの第2領域を第1領域よりも優先して単電池配列方向に圧縮、変形させることが容易に実現される。
かかる組電池によると、外部から該組電池の耐荷重を超えるような過大な荷重が加わった時に、スペーサの第2領域が第1領域よりも先に変形(典型的には単電池配列方向に圧縮変形)、または破損する傾向がある。このため、組電池にかかる過大な荷重が加わった際における、隣接する単電池間の端子同士の接触が抑制される。また、単電池間の端子同士の接触に起因する単電池の短絡の発生が抑制され得る。
かかる構成の組電池用スペーサ140によると、組電池10に外部から(典型的には、組電池10の少なくとも一方の外側から単電池配列方向に向かって)過大な荷重が加わり、単電池20間に配置されたスペーサ140に当該荷重が加わった際に、スペーサ140の第2領域が第1領域よりも単電池配列方向に圧縮されやすい傾向がある。このため、隣り合う単電池20間の第2方向端部における距離が第1方向端部における距離よりも減少しやすくなる(すなわち組電池10の第1方向端部よりも先に第2方向端部が単電池配列方向に潰れやすい。)。従って、かかる荷重が掛かった際に、単電池20の第1方向に突出する端子(正極端子60または負極端子62)が、隣り合う他の単電池20の第1方向に突出する端子(負極端子62または正極端子60)と接触することが抑制される。
あるいは、ここに開示される組電池用スペーサ140は、第2方向の端部が第1方向の端部よりも単電池配列方向の厚みが小さくなるように形成されていることが好ましい。
組電池10の拘束力は、組電池10のサイズ、種類、用途等に応じて適宜変更され得るが、典型的には、単電池の扁平面における面圧が104Pa以上106Pa以下(例えば、5×104Pa以上5×105Pa以下)の範囲に設定され得る。組電池10の拘束力が上記範囲内である場合には、組電池用スペーサ140の第1領域および第2領域の単位面積あたりの耐荷重は、1×107Pa以上(例えば2×107Pa以上、典型的には3×107Pa以上)とすることが好ましい。
先ず、ここに開示される組電池用スペーサの第一態様について、図4および図5を参照して説明する。本実施形態に係る組電池用スペーサ140Aは、全体として扁平状の形状をしている。図4、5に示すように、スペーサ140Aは、スペーサ140Aの上方向端部142Aを含みかつ全体の約2/3(体積比)を占める上方領域142と、スペーサ140A全体の下方向端部144Aを含みかつ全体の約1/3(体積比)を占める下方領域144とで構成されている。そして上方領域142と下方領域144を構成する材料は、それぞれ異なるものが使用されている。
即ち、本実施態様(ならびに後述する他の実施態様)において、下方領域144は、上記第2領域に包含される領域であり、上方領域142は、上記第1領域ならびに第2領域の一部分(即ち下方領域144に相当しない部分)により構成される。
なお、本実施態様(ならびに後述する他の実施態様)においては、下方領域144の組電池用スペーサ全体に占める体積比が約1/3である例を示すが、ここに開示される組電池用スペーサ140における下方領域144の体積比はこれに限らない。下方領域144は、組電池用スペーサ全体の半分以下の体積を占めていればよく、例えば全体の1/2(即ち第2領域のほぼ全部)でもよく、スペーサ全体の1/3あるいは1/4、等の体積を占めていてもよい。
あるいは、例えば、上方領域142および下方領域144を構成する樹脂がいずれもPP樹脂を主体とする樹脂であり、それぞれの樹脂におけるPP樹脂の含有量が異なる構成(好ましくは、上方領域142を構成する樹脂におけるPP樹脂の含有量が、下方領域144を構成する樹脂におけるPP樹脂の含有量よりも多い構成)であり得る。
あるいは、例えば、上方領域142および下方領域144を構成する樹脂がいずれもエチレン−プロピレン共重合体樹脂であり、それぞれの樹脂におけるプロピレン単位の含有割合が異なる構成(好ましくは、上方領域142を構成する樹脂におけるプロピレン単位の含有割合が、下方領域144を構成する樹脂におけるプロピレン単位の含有割合よりも多い構成)であり得る。
あるいは、例えば、上方領域142および下方領域144を構成する樹脂が、いずれもPP樹脂を主体とする樹脂であり、かつ、それぞれの樹脂の密度が異なる構成(好ましくは上方領域を構成する樹脂の密度が、下方領域を構成する樹脂の密度より高い構成)であり得る。
あるいは、例えば、上方領域142を構成する材料がPP樹脂を主体とする樹脂であり、下方領域144を構成する材料がエラストマー材料である構成であり得る。
あるいは、例えば、上方領域142を構成する材料が発泡体樹脂ではない樹脂であり、下方領域144を構成する材料が発泡体樹脂である構成であり得る。
プロピレンのホモポリマー(ホモポリプロピレン)。例えばアイソタクチックポリプロピレン。
プロピレンと他のα−オレフィン(典型的には、エチレンおよび炭素数4〜10のα−オレフィンから選択される一種または二種以上)とのランダムコポリマー(ランダムポリプロピレン)。好ましくは、プロピレンを主モノマー(主構成単量体、すなわち単量体全体の50重量%を超えて占める成分)とするランダムポリプロピレン。例えば、プロピレン96〜99.9モル%と上記他のα−オレフィン(好ましくはエチレンおよび/またはブテン)0.1〜4モル%とをランダム共重合したランダムポリプロピレン。
プロピレンに他のα−オレフィン(典型的には、エチレンおよび炭素数4〜10のα−オレフィンから選択される一種または二種以上)をブロック共重合したコポリマー(プロピレンを主モノマーとするものが好ましい。)を含み、典型的には副生成物としてプロピレンおよび上記他のα−オレフィンのうち少なくとも一種を成分とするゴム成分をさらに含むブロックコポリマー(ブロックポリプロピレン)。例えば、プロピレン90〜99.9モル%に上記他のα−オレフィン(好ましくはエチレンおよび/またはブテン)0.1〜10モル%をブロック共重合したポリマーと、副生成物としてプロピレンおよび上記他のα−オレフィンのうち少なくとも一種を成分とするゴム成分をさらに含むブロックポリプロピレン。
好ましい他の一態様について、図6、7を参照して説明する。図6は、一実施態様に係る組電池用スペーサ140Bを模式的に示す斜視図であり、図7は、組電池用スペーサ140Bの側面図である。図6、7に示されるように、ここに開示される組電池用スペーサ140Bは、底面(下方向端部144A)の一部から内部に向かって楔形の空間(楔形空間)110が形成されている。具体的には、組電池用スペーサ140Bには、下方向端部144Aにおいて広く、上方向に向かって次第に狭くなっている空間110が形成されている。そして、組電池用スペーサ140Bの下方領域144であって楔形空間110の中には、少なくとも一つのばね112が設置されており、ばね112は楔形空間110を構成する組電池用スペーサ140Bの内壁同士を繋いでいる。また、かかる構成上(すなわち空間110が形成されている関係上)、下方向端部144Aは、上方向端部142Aよりも単電池配列方向の厚みが小さくなるように形成されている。
好ましい他の一態様について、図8を参照して説明する。図8は、一実施態様に係る組電池用スペーサ140Cを模式的に示す側面図である。ここに開示される組電池用スペーサ140Cは、異なる材料からなる二以上の部分(図8では2つの部分)で構成されている。一方の部分(以下、「本体部分90」という。)は、典型的には組電池用スペーサ140Cの主体となる部分であって、少なくとも組電池用スペーサ140Cの2つの扁平面と上面(上方向端部142A)とを構成する部分である。他方の部分(以下、「内側部分92」という。)は、組電池用スペーサ140Cの底面(下方向端部144A)から内部に向かって楔形形状となっている部分である。具体的には、内側部分92は、組電池用スペーサ140Cの下方向端部144Aにおいて広く、上方向に向かって次第に狭く(小さく)なっている形状の部分である。
好ましい他の一態様について、図9を参照して説明する。図9は、一実施態様に係る組電池用スペーサ140Dを模式的に示す側面図である。ここに開示される組電池用スペーサ140Dは、上述した第二態様と同様に、組電池用スペーサ140Dの下方向端部144Aにおいて広く、上方向に向かって次第に狭くなっている空間(楔形空間)110が形成されている。そして、組電池用スペーサ140Dの下方領域144であって楔形空間110の中に、楔形空間110を構成する組電池用スペーサ140Dの内壁同士を、橋渡しして繋ぐような構造(以下、「橋部分96」という。)が形成されている。
好ましい他の一態様について、図10を参照して説明する。図10は、本実施態様に係る組電池用スペーサ140Eを模式的に示す側面図である。ここに開示される組電池用スペーサ140Eは、単電池配列方向の厚みが相互に異なる上方領域142と下方領域144とで構成されている。具体的には、同配列方向において、下方領域144の厚みは、上方領域142の厚みよりも小さい。換言すれば、本実施態様に係る組電池用スペーサ140Eの下方向端部144Aは、上方向端部142Aよりも単電池配列方向の厚みが小さくなるように形成されている。
単電池としてリチウムイオン二次電池を用意した。リチウムイオン二次電池は、正負極それぞれの集電体に正負極それぞれの活物質が保持されたシート状の電極と、電極間に介在させたセパレータとを具備する扁平形状の捲回電極体が、非水電解液とともに、アルミニウム製の扁平な直方体形状の容器に収容された構成とした。単電池の扁平面(すなわち単電池配列方向に面する幅広な面)のサイズは、縦50mm×横150mmであった。ここで、単電池は上方向に突出する正負極それぞれの端子を備える構成とし、図1に示すように、かかる単電池4個をそれぞれの端子が突出する向きが同じ方向となるように配列した。このとき、単電池間および単電池配列方向の両アウトサイドに、第一態様に係る組電池用スペーサ(図4、5を参照)を合計5枚配置した。そして、配列させた単電池の周囲に配置した拘束部材により、単電池の配列方向に、単電池扁平面に掛かる面圧が凡そ5×105Paとなるように荷重(拘束力)をかけて拘束した。次いで、隣接する単電池間において、一方の正極端子と他方の負極端子とを接続具により電気的に接続した。このようにして実施例1に係る組電池を作製した。
実施例1の組電池において、使用する組電池用スペーサを第二態様(図6、7を参照)に係る組電池用スペーサ140Bとしたこと以外は同じようにして、実施例2に係る組電池を作製した。ここで、第二態様に係る組電池用スペーサ140Bにおいて、ばね以外の部分84を構成する材料としては、プロピレン成分を90〜99.9モル%含有するブロックポリプロピレン(ブロックPP樹脂)を用いた。ばね82は、コイル径が20mmのコイルばね1個を使用した。
実施例1の組電池において、使用する組電池用スペーサを第三態様(図8を参照)に係る組電池用スペーサ140Cとしたこと以外は同じようにして、実施例3に係る組電池を作製した。ここで、第三態様に係る組電池用スペーサ140Cにおいて、本体部分90を構成する材料としては、プロピレン成分を90〜99.9モル%含有するブロックポリプロピレン(ブロックPP樹脂)を用いた。また、内側部分92を構成する材料としてはPE樹脂を用いた。
実施例1の組電池において、使用する組電池用スペーサを第四態様(図9を参照)に係る組電池用スペーサ140Dとしたこと以外は同じようにして、実施例4に係る組電池を作製した。ここで、第四態様に係る組電池用スペーサ140Dにおいて、本体部分94を構成する材料としては、プロピレン成分を90〜99.9モル%含有するブロックポリプロピレン(ブロックPP樹脂)を使用した。また、橋部分96を構成する材料としては、スチレンブタジエンゴム(SBR)を主体とする樹脂を使用した。
実施例1の組電池において、使用する組電池用スペーサを第五態様(図10を参照)に係る組電池用スペーサ140Eとしたこと以外は同じようにして、実施例5に係る組電池を作製した。ここで、第五態様に係る組電池用スペーサ140Eの全体を構成する材料としては、プロピレン成分を90〜99.9モル%含有するブロックポリプロピレン(ブロックPP樹脂)を使用した。また、下方領域144は、単電池配列方向における厚みが上方領域142の厚みの70%程度となるように形成した。
実施例1の組電池において、使用する組電池用スペーサを比較例1に係る組電池用スペーサとしたこと以外は同じようにして、比較例1に係る組電池を作製した。比較例1に係る組電池用スペーサは、全体がプロピレン成分を90〜99.9モル%含有するブロックポリプロピレン(ブロックPP樹脂)により構成されている扁平形状のものとした。
各例に係る組電池を単電池配列方向の両外側からプレス板(縦300mm×横150m)で挟み込み、該配列方向中央部に向かって荷重をかける圧壊試験を行った。プレス速度は5mm/秒とし、単位面積あたりのプレス圧(両側からの合計圧力)は、108Pa〜109Pa程度とし、組電池の配列方向長が圧壊試験前の約90%になるまで(すなわち、組電池の配列方向長のうち約10%分が圧縮されるまで)荷重を加えた。このとき、組電池の上方向端部と下方向端部のいずれが先に変形するかを目視で観測した。
一方、扁平形状の組電池用スペーサの全体が一種類の材料で構成された比較例1に係る組電池によると、上方向端部が先に変形する結果と下方向端部が先に変形する結果とが略同じ確率で得られた。これは、比較例1に係る組電池用スペーサにおいては、配列方向の圧縮率または耐荷重に分布がないため、組電池への荷重の加え方の微小な差によって、上方部の単電池間距離が先に減少したり、下方部の単電池間距離が先に減少したりしたせいであるといえる。
20 単電池
50 容器
52 扁平面
60 正極端子
62 負極端子
90,94,114 本体部分
92 内側部分
96 橋部分
110 楔形空間
112 ばね
140,140A,140B,140C,140D,140E 組電池用スペーサ
142 上方領域
142A 上方向端部
144 下方領域
144A 下方向端部
Claims (5)
- 複数の単電池が所定の配列方向に配列して構築される組電池において隣り合う単電池間に配置される組電池用スペーサであって、
前記単電池は前記配列方向と直交する一方向に突出する端子を備えており、前記端子が突出している方向を第1方向とし、該方向とは反対の方向を第2方向としたとき、該単電池間に配置される組電池用スペーサの該第1方向および該第2方向において、該スペーサを、
前記第1方向の端部を含み且つ該第1方向端部から第2方向に該スペーサ全体の半分を占める第1領域と、
前記第2方向の端部を含み且つ該第2方向端部から第1方向に該スペーサ全体の半分を占める第2領域と、
に区分したとき、
前記第2領域は、前記第1領域よりも前記配列方向への圧縮率が大きいことを特徴とする、組電池用スペーサ。 - 複数の単電池が所定の配列方向に配列して構築される組電池において隣り合う単電池間に配置される組電池用スペーサであって、
前記単電池は前記配列方向と直交する一方向に突出する端子を備えており、前記端子が突出している方向を第1方向とし、該方向とは反対の方向を第2方向としたとき、該単電池間に配置される組電池用スペーサの該第1方向および該第2方向において、該スペーサを、
前記第1方向の端部を含み且つ該第1方向端部から第2方向に該スペーサ全体の半分を占める第1領域と、
前記第2方向の端部を含み且つ該第2方向端部から第1方向に該スペーサ全体の半分を占める第2領域と、
に区分したとき、
前記第2領域は、前記第1領域よりも前記配列方向における耐荷重が小さいことを特徴とする、組電池用スペーサ。 - 複数の単電池が所定の配列方向に配列して構築される組電池において隣り合う単電池間に配置される組電池用スペーサであって、
前記単電池は前記配列方向と直交する一方向に突出する端子を備えており、前記端子が突出している方向を第1方向とし、該方向とは反対の方向を第2方向としたとき、該単電池間に配置される組電池用スペーサの該第1方向および該第2方向において、
前記第2方向の端部は、前記第1方向の端部よりも前記配列方向の厚みが小さくなるように形成されていることを特徴とする、組電池用スペーサ。 - 前記第2領域は、前記第1領域よりも圧縮率が大きい材料及び/又は耐荷重の小さい材料を主体に形成されていることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の組電池用スペーサ。
- 複数の単電池が所定の配列方向に配列して構築される組電池であって、
隣り合う単電池間に請求項1から4のいずれか一項に記載の組電池用スペーサが配置されていることを特徴とする、組電池。
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