JP2018073794A - 電池外装体および組電池 - Google Patents
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Abstract
Description
電池を収容する外装体容器としては、小型化および軽量化のため、金属箔と樹脂層とを積層した積層体シートからなる容器が用いられている(例えば、特許文献1を参照)。
電気自動車用の蓄電池などにおいては、大容量化のため、複数の単電池を接続して構成した組電池が用いられている。例えば、電池を外装体容器に収納した容器入り単電池を複数接続した構造の組電池がある。
また、組電池は、求められる仕様に合わせて複数の単電池の接続形態(直列、並列など)を構成する必要があるため、外装体には、多様な接続形態に容易に対応できることが望まれる。
前記導電体シートは、隣り合う前記筒状部の間の外部空間に他の前記筒状部の少なくとも一部を収容可能に形成されていることが好ましい。
本発明の一態様は、前記導電体シートが複数の層をなすように積層配置され、少なくとも2層の前記導電体シートが直列に接続されていてもよい。
本発明の一態様は、積層方向に隣り合う前記導電体シートの間に、流体が流通可能な空間が確保されている構成とすることができる。
前記導電体シートは、金属層と、樹脂層とを有する積層体であることが好ましい。
前記単電池は、円筒形であって軸方向の両端にそれぞれ電極を有し、前記筒状部に、その延在方向に沿って配置されることが好ましい。
前記接続構造が筒状部の両端部にあることにより、第1および第2シート本体に大きな力が加えられても接続構造の破損が起こりにくくなる。そのため、耐久性に優れた組電池が得られる。
さらに、接続構造が筒状部の両端部にあるため、第1および第2シート本体の構造に制約が少ない。そのため、構造を複雑化することなく、使用目的に合わせた多様な接続形態に対応可能である。
また、電池外装体は構造が簡略であるため、簡便に作製することができる。
図1は、実施形態の電池外装体1を用いた組電池の一例である組電池10を模式的に示す構成図である。図2は、組電池10の一部を分解した構成図である。図3は、組電池10の一部を示す斜視図である。図4は、組電池10の一部を示す分解斜視図である。図5は、組電池10を拡大して示す構成図である。図6は、組電池10をさらに拡大して示す構成図である。図7は、単電池2および導電体シート3を示す構成図である。図8は、単電池2および導電体シート3を示す一部断面図である。
図1、図2および図5に示すように、電池外装体1は、複数の導電体シート3を備えている。電池外装体1は、例えば、対をなす導電体シート3,3が8層に積層されて構成されている。
後述するように、複数の導電体シート31〜46は、別体であってもよいし、そのうち2以上が同じ導電体シート3であってもよい。例えば、第1導電体シート31と第4導電体シート34とは2つに折り畳まれた1枚の導電体シート3であってもよい。また、第1、第4、第5、第8導電体シート31,34,35,38は4つに折り畳まれた1枚の導電体シート3であってもよい。第1、第4、第5、第8、第9、第12、第13、第16導電体シート31,34,35,38,39,42,43,46は8つに折り畳まれた1枚の導電体シート3であってもよい。
導電体シート3において、金属層7は導電性の確保のために必要な構成である。導電体シート3は金属層7のみで構成されていてもよいが、絶縁性の確保のために内側樹脂層6および外側樹脂層8を有することが好ましい。
金属層7は、基材金属層と、その表面に形成されたメッキ層とを有する構造であってもよい。基材金属層およびメッキ層は、例えば前述の金属からなる。
金属層7としては、アニーリングにより軟質化した金属層(O材)を用いると、フレキシブル性能が良くなり、導電体シート3を後述の形状とするのが容易となる。
内側樹脂層6および外側樹脂層8の厚さは、導電体シート3の加工性を高める観点から、200μm以下が好ましく、100μm以下がさらに好ましく、50μm以下が最も好ましい。内側樹脂層6および外側樹脂層8の厚さは、導電体シート3の機械的強度を高める観点から、1μm以上が好ましく、10μm以上がさらに好ましい。
内側樹脂層6および外側樹脂層8は、顔料等の着色料を含有することにより、所望の色やデザインを施してもよい。
図5に示すように、導電体シート31〜46のうち、第1および第2導電体シート31,32は向かい合って配置された一対の導電体シート3,3である。導電体シート31,32を第1組30Aの導電体シート3,3という。第3および第4導電体シート33,34は向かい合って配置された一対の導電体シート3,3である。導電体シート33,34を第2組30Bの導電体シート3,3という。第5および第6導電体シート35,36は向かい合って配置された一対の導電体シート3,3である。導電体シート35,36を第3組30Cの導電体シート3,3という。第7および第8導電体シート37,38は向かい合って配置された一対の導電体シート3,3である。導電体シート37,38を第4組30Dの導電体シート3,3という。第9および第10導電体シート39,40は向かい合って配置された一対の導電体シート3,3である。導電体シート39,40を第5組30Eの導電体シート3,3という。第11および第12導電体シート41,42は向かい合って配置された一対の導電体シート3,3である。導電体シート41,42を第6組30Fの導電体シート3,3という。第13および第14導電体シート43,44は向かい合って配置された一対の導電体シート3,3である。導電体シート43,44を第7組30Gの導電体シート3,3という。第15および第16導電体シート45,46は向かい合って配置された一対の導電体シート3,3である。導電体シート45,46を第8組30Hの導電体シート3,3という。
第1〜第8組30A〜30Hの導電体シート3,3は、それぞれが層をなして厚さ方向(Z方向)に積層されている。
第1シート本体51は、例えば矩形状とされている。
第1導電部53は、例えば第1シート本体51から突出する舌片状に形成されている。第1導電部53は、例えば第1シート本体51と一体であり、Y方向の一方の縁(前縁51a)に形成されている。
第1導電部53は、X方向に間隔をおいて複数形成されている。第1導電部53は、筒状部47(後述)の一端部47aに形成されている。
第1導電部53は、筒状部47に収容される単電池2の第1電極21に電気的に接続できればよく、その形状は特に限定されないが、例えば矩形である。なお、第1導電部53の形状は矩形に限らず、半円形、U字形などであってもよい。
第1導電部53は、例えば第1シート本体51の中間部3Eの基板部3Cに形成することができる。
第1導電部53は、基端53aにおいて第1シート本体51に対して曲げ変形可能である。第1導電部53は、単電池2の第1電極21に電気的に接続する折り曲げ位置(図8の実線)と、折り曲げ位置に比べて第1シート本体51に対する曲げ角度が小さい開放位置(図8の仮想線)とを切り替え可能である。
折り曲げ位置では、第1導電部53は、例えば第1シート本体51の基板部3Cに対して垂直に折り曲げられ、電池収容部5の一端部5aに臨む。これにより、第1導電部53の金属層7は、電池収容部5に収容された単電池2の第1電極21に当接し、第1電極21に電気的に接続する。
第1導電部53が開放位置にあるときには、筒状部47に対する単電池2の出し入れ操作を容易にすることができる。
第2シート本体52は、例えば矩形状に形成されている。
第2導電部54は、例えば第2シート本体52から突出する舌片状に形成されている。第2導電部54は、例えば第2シート本体52と一体であり、Y方向の他方の縁(後縁52a)に形成されている。
第2導電部54は、X方向に間隔をおいて複数形成されている。第2導電部54は、筒状部47の他端部47bに形成されている。
第2導電部54は、筒状部47に収容される単電池2の第2電極22に電気的に接続できればよく、その形状は特に限定されないが、例えば矩形である。なお、第2導電部54の形状は矩形に限らず、半円形、U字形などであってもよい。
第2導電部54は、例えば第2シート本体52の中間部3Eの基板部3Cに形成することができる。
第2導電部54は、基端54aにおいて第2シート本体52に対して曲げ変形可能である。第2導電部54は、単電池2の第2電極22に電気的に接続する折り曲げ位置(図8の実線)と、折り曲げ位置に比べて第2シート本体52に対する曲げ角度が小さい開放位置(図8の仮想線)とを切り替え可能である。
折り曲げ位置では、第2導電部54は、例えば第2シート本体52の基板部3Cに対して垂直に折り曲げられ、電池収容部5の他端部5bに臨む。これにより、第2導電部54の金属層7は、電池収容部5に収容された単電池2の第2電極22に当接し、第2電極22に電気的に接続する。
第2導電部54が開放位置にあるときには、筒状部47に対する単電池2の出し入れ操作を容易にすることができる。
接着剤層4は、例えばY方向に沿う一定幅の帯状に形成されている。複数の接着剤層4はX方向に一定の間隔をおいて形成されていることが好ましい。
導電体シート3のうち、接着剤層4によって相手側の導電体シート3に接着された部分を接着部3Aという。接着部3Aは、例えばY方向に沿う一定幅の帯状部分である。複数の接着部3Aは、X方向に一定の間隔をおいて形成されていることが好ましい。
前記接着剤としては、ポリオレフィン樹脂からなるポリオレフィン系の接着剤が好ましい。ポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−1−ブテン、ポリイソブチレン、プロピレンとエチレンとの共重合体、プロピレンとオレフィン系モノマーとの共重合体等が挙げられる。なかでも接着性、耐久性等の観点から、無水マレイン酸変性ポリプロピレンが好ましい。また、架橋剤として、複数のエポキシ基を含有する化合物を含むことが好ましい。より具体的には、酸変性ポリオレフィン樹脂(例えば無水マレイン酸変性ポリプロピレン)(A)と、エポキシ樹脂系化合物(B)とを含む接着剤を使用することができる。
側板部3D,3Dは、基板部3Cの両側縁からそれぞれ接着部3A,3Aに向けて延出する。側板部3D,3Dは、基板部3Cの両側縁から拡幅方向に徐々に相手側の導電体シート3に近づくように傾斜して延出している。側板部3D,3Dは、相手側の導電体シート3に近づくほど互いに離れる。
中間部3Eは、隣り合う接着部3A,3Aを通る平面に対して、相手側の導電体シート3から離れる方向(外方)に凸となる曲げ形状となっている。
図5および図6では、基板部3CはXY平面に沿って形成されている。
側板部3D,3Dは、XZ断面が直線状となる平坦な形状であり、基板部3Cに対して角度θ1(0°<θ1<90°)で傾斜している。
導電体シート3,3は、いずれも複数の筒状部47にわたって幅方向に連続して形成されている。
一方の中間部が、基板部と、拡幅方向に向かって相手側の導電体シートに近づくように傾斜した一対の側板部とを有し、他方の中間部が、基板部と、拡幅方向に向かって相手側の導電体シートに近づくように傾斜した一対の側板部とを有するとき、これら基板部および側板部から構成される形状を六角筒状と呼ぶことができる。
基板部3Cの幅寸法は、Y方向の寸法である。側板部3D,3Dの幅寸法は、側板部3D,3Dに沿う方向の寸法である。
外部空間3Fには、隣の層の導電体シート3の中間部3Eが収容される。
例えば、第2導電体シート32の接着部3Aおよび側板部3D,3Dは、それぞれ第3導電体シート33の接着部3Aおよび側板部3D,3Dに対面する。第2導電体シート32の接着部3Aおよび側板部3D,3Dは、それぞれ第3導電体シート33の接着部3Aおよび側板部3D,3Dに当接してもよいし、当接していなくてもよい。
図1および図5では、外部空間3Fには、隣の層の中間部3Eのほぼ全体が収容されているが、中間部3Eの一部のみが収容されていてもよい。
第1組30A〜第8組30Hのうち、第n組(nは1〜8のいずれか)と第n+1組は、導電体シート3の積層方向に隣り合う。
第8導電体シート38と第9導電体シート39の中間部3E,3Eの基板部3C,3Cが付き合わされているため、第8導電体シート38の外部空間3Fと第9導電体シート39の外部空間3Fとは、筒状空間3Gを形成している。
筒状空間3Gは、第4組30Dと第5組30Eとの間に形成された空間であり、第8導電体シート38の基板部3Cおよび側板部3D,3Dと、第9導電体シート39の基板部3Cおよび側板部3D,3Dとによって形成された六角筒状の空間である。
また、電池外装体1は、単電池2が収容されていない筒状部47を熱媒体の流通路として用いることもできる。
筒状空間3Gおよび筒状部47は、電池収容部5に隣接するため、電池収容部5内の単電池2の温度を効率よく調整することができる。
複数の組の導電体シート3は、並列に接続してもよいし、直列に接続してもよい。
例えば、図1に示す組電池の内部における配線接続を図9に示す電気回路図のように接続をしてもよい。図9に示す電気回路図は図1でいう第1、第4、第5、第8、第9、第12、第13、第16導電体シート31,34,35,38,39,42,43,46が8つに折り畳まれた1枚の導電体シート3であり、図1でいう第2、第3、第6、第7、第10、第11、第14、第15導電体シート32,33,36,37,40,41,44,45が8つに折り畳まれた1枚の導電体シート3である場合には、第1組30A〜第8組30Hは並列に接続された形態となる。そのため、組電池10(10A)は、44個の単電池2を並列に接続した形態となり、図9のような配線となる。
図1でいう第9、第12、第13、第16導電体シート39,42,43,46が1枚の導電体シート3であり、第10、第11、第14、第15導電体シート40,41,44,45が1枚の導電体シート3である場合には、第5組30E〜第8組30Hは並列に接続された形態となる。
第1組30A〜第4組30Dの導電体シート3と、第5組30E〜第8組30Hの導電体シート3とが接続部48Aによって直列に接続されれば、組電池10(10B)は、並列に接続された22個の単電池2と、並列に接続された22個の単電池2とを直列に接続した形態となり、図10のような配線となる。
さらに、図1でいう第2組30Bと第3組30Cとが接続部48Bによって直列に接続され、第4組30Dと第5組30Eとが接続部48Cによって直列に接続され、第6組30Fと第7組30Gとが接続部48Dによって直列に接続されれば、第1および第2組30A,30Bと、第3および第4組30C,30Dと、第5および第6組30E,30Fと、第7および第8組30G,30Hとは直列に接続される。そのため、組電池10(10C)は、並列に接続された11個の単電池2からなる電池群を4つ直列に接続した形態となり、図11のような配線となる。
図12に示す電気回路図のように、第1組30A〜第8組30Hが接続部48E〜48Kによって直列に接続されれば、組電池10(10D)は、並列に接続された5個または6個の単電池2からなる電池群を8つ直列に接続した形態となる。
電池外装体1が2組以上の導電体シート3,3を有する場合には、並列配置された複数の単電池2を直列に配置した組電池10が得られる。
単電池2は、筒状部47内に、その延在方向(Y方向)に沿って配置される。
単電池は、リチウムイオン電池に限らず、電気二重層キャパシタなどであってもよい。
次に、電池外装体1の製造方法の一例について説明する。
図3および図4に示すように、一対の導電体シート3,3を作製する。一方の導電体シート3は、第1シート本体51と、複数の第1導電部53とを有する。他方の導電体シート3は、第2シート本体52と、複数の第2導電部54とを有する。
導電体シート3,3を重ね合わせ、間隔をおいて複数箇所で接着剤により接着することによって、前記接着剤からなる接着剤層4により接着された一対の導電体シート3,3からなる電池外装体1を得る。
電池収容部5に単電池2を収容することによって、組電池10を得る。
電池外装体1では、単電池2に対する接続構造(導電部53,54)が筒状部47の両端部にあるため、シート本体51,52における構造が簡略となることから、組電池10における単電池2の積載効率を高めることができる。
また、電池外装体1は、接続構造(導電部53,54)が筒状部47の両端部にあることにより、シート本体51,52に大きな力が加えられても接続構造の破損が起こりにくくなる。そのため、耐久性に優れた組電池10が得られる。
さらに、接続構造(導電部53,54)が筒状部47の両端部にあるため、シート本体51,52の構造に制約が少ない。そのため、構造を複雑化することなく、使用目的に合わせた多様な接続形態に対応可能である。例えば、図9〜図12に示すように、複数種類の接続形態に対応できる。
また、電池外装体1は、構造が簡略であるため、簡便に作製することができる。
また、電池外装体1は、複数の電池収容部5が共通の導電体シート3によって形成されているため、単電池を個別に包装する複数の外装体容器に比べて機械的強度の点で優れている。例えば、導電体シート3の幅方向(X方向)の引張力、接着部長さ方向(Y方向)のせん断力、または厚さ方向(Z方向)のせん断力が加えられた場合などにおいて破損が起こりにくい。また、電池外装体1は、共通の導電体シート3によって連なって形成された複数の筒状部47を有するため、接着部長さ方向(Y方向)の圧縮力に対する耐久性を高めることができる。
電池外装体1を用いた組電池10は小型かつ軽量となるため、設置スペースが限られるような用途や、重量が問題となりやすい用途にも適用できる。例えば車載用、住宅用などの電池として好適に使用できる。
開放位置では単電池2の出し入れの操作を容易にすることができる。そのため、単電池2の交換作業が容易である。
側板部91D1,91D1は、筒状部97の外方に凸となる湾曲形状(例えば断面円弧状)とされ、基板部3Cの両側縁から拡幅方向に徐々に第2導電体シート32に近づくように傾斜して延出している。中間部91E1は、第2導電体シート32から離れる方向(外方)に凸となる曲げ形状となっている。
導電体シート31,32の中間部91E1,92E1は、筒状部97を形成する。
筒状部97は、電池収容部5を大きくし、組電池中の電池の容積割合を大きくしたいときに好ましい構成である。
第1導電体シート31の中間部91E2は、基板部3Cと、一対の側板部91D2,91D2とを有する。側板部91D2,91D2は、筒状部107の内方に凸となる湾曲形状(例えば断面円弧状)とされ、基板部3Cの両側縁から拡幅方向に徐々に第2導電体シート32に近づくように傾斜して延出している。中間部91E2は、第2導電体シート32から離れる方向(外方)に凸となる曲げ形状となっている。
導電体シート31,32の中間部91E2,92E2は、筒状部107を形成する。筒状部107は、外部空間3F(図5参照)を大きくしたいときに好ましい構成である。
第1導電体シート31の中間部91E3は、基板部3Cと、一対の側板部91D3,91D3とを有する。
側板部91D3は、筒状部117の外方に凸となる湾曲形状(例えば断面円弧状)の第1の湾曲部91D31と、筒状部117の内方に凸となる湾曲形状(例えば断面円弧状)の第2の湾曲部91D32とを組み合わせたS字状とされている。第1の湾曲部91D31は基板部3Cに連設されており、第2の湾曲部91D32は接着部3Aに連設されている。側板部91D3,91D3は、基板部3Cの両側縁から拡幅方向に徐々に第2導電体シート32に近づくように傾斜して延出している。
側板部92D3は、筒状部117の外方に凸となる湾曲形状(例えば断面円弧状)の第1の湾曲部92D31と、筒状部117の内方に凸となる湾曲形状(例えば断面円弧状)の第2の湾曲部92D32とを組み合わせたS字状とされている。第1の湾曲部92D31は基板部3Cに連設されており、第2の湾曲部92D32は接着部3Aに連設されている。側板部92D3,92D3は、基板部3Cの両側縁から拡幅方向に徐々に第1導電体シート31に近づくように傾斜して延出している。
導電体シート31,32の中間部91E3,92E3は、筒状部117を形成する。
図1、図2および図5に示す電池外装体1では、導電体シート31,32は、いずれも複数の筒状部47にわたって幅方向に連続して形成されているが、向かい合う導電体シートのうちいずれか一方のみが複数の筒状部にわたって幅方向に連続して形成されている構成も可能である。
導電体シートとしては、可撓性をもたないものを使用してもよい。
図1、図2および図5に示す電池外装体1において、中間部3Eは、全体が外方に凸となる曲げ形状となっているが、中間部は、少なくとも一部が外方に凸となる曲げ形状であればよい。
導電体シート3は導電層である金属層7を有するが、導電体シート3の導電層は金属層に限らず、金属以外の導電材料(導電性樹脂など)で形成されていてもよい。
Claims (10)
- 少なくとも一対の向かい合う導電体シートを備え、
前記向かい合う導電体シートの一方は、導電性の第1シート本体と、前記第1シート本体から突出して形成されて前記第1シート本体に対して曲げ変形可能な第1導電部とを有し、
前記向かい合う導電体シートの他方は、導電性の第2シート本体と、前記第2シート本体から突出して形成されて前記第2シート本体に対して曲げ変形可能な第2導電部とを有し、
前記第1シート本体と前記第2シート本体とは、幅方向に互いに離れた複数の接着部において部分的に接着され、
前記第1シート本体および前記第2シート本体の隣り合う前記接着部の間の非接着部は、前記幅方向に交差する奥行方向に延在する複数の筒状部を形成しており、
前記筒状部は、電池収容部となる内部空間を有し、
前記第1導電部および前記第2導電部は、それぞれ前記筒状部の一端部および他端部に形成されている、電池外装体。 - 前記第1導電部は、前記第1シート本体と一体であって前記第1シート本体から突出する舌片状に形成され、前記第1シート本体に対して折り曲げたときに前記電池収容部の一端部に臨んで配置され、
前記第2導電部は、前記第2シート本体と一体であって前記第2シート本体から突出する舌片状に形成され、前記第2シート本体に対して折り曲げたときに前記電池収容部の他端部に臨んで配置される請求項1に記載の電池外装体。 - 前記導電体シートは、隣り合う前記筒状部の間の外部空間に他の前記筒状部の少なくとも一部を収容可能に形成されている、請求項1または2に記載の電池外装体。
- 前記導電体シートは複数の層をなすように積層配置され、
少なくとも2層の前記導電体シートは並列に接続されている、請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の電池外装体。 - 前記導電体シートは複数の層をなすように積層配置され、
少なくとも2層の前記導電体シートは直列に接続されている、請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の電池外装体。 - 積層方向に隣り合う前記導電体シートの間に、流体が流通可能な空間が確保されている、請求項4または5に記載の電池外装体。
- 前記第1シート本体および前記第2シート本体の非接着部は、それぞれ基板部と、前記基板部の両側縁から拡幅方向に向けて相手側の前記シート体に近づくように前記基板部に対して傾斜して延出する一対の側板部とを有し、
前記筒状部は、前記第1シート本体および前記第2シート本体の前記基板部および前記側板部によって六角筒状に形成されている、請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の電池外装体。 - 前記導電体シートは、金属層と、樹脂層とを有する積層体である、請求項1〜7のうちいずれか1項に記載の電池外装体。
- 少なくとも一対の向かい合う導電体シートを備えた電池外装体と、前記電池外装体に外装された単電池とを備え、
前記向かい合う導電体シートの一方は、導電性の第1シート本体と、前記第1シート本体から突出して形成されて前記第1シート本体に対して曲げ変形可能な第1導電部とを有し、
前記向かい合う導電体シートの他方は、導電性の第2シート本体と、前記第2シート本体から突出して形成されて前記第2シート本体に対して曲げ変形可能な第2導電部とを有し、
前記第1シート本体と前記第2シート本体とは、幅方向に互いに離れた複数の接着部において部分的に接着され、
前記第1シート本体および前記第2シート本体の隣り合う前記接着部の間の非接着部は、前記幅方向に交差する奥行方向に延在する複数の筒状部を形成しており、
前記筒状部は、電池収容部となる内部空間を有し、
前記第1導電部および前記第2導電部は、それぞれ前記筒状部の一端部および他端部に形成され、
前記単電池は、前記電池収容部に収容され、第1電極および第2電極がそれぞれ前記第1導電部および前記第2導電部に接続されている、組電池。 - 前記単電池は、円筒形であって軸方向の両端にそれぞれ電極を有し、前記筒状部に、その延在方向に沿って配置される、請求項9に記載の組電池。
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