JP4274014B2 - 導電部材および組電池 - Google Patents

Description

本発明は、上下に積層された単電池を電気的に接続する導電部材および、該導電部材を組み込んだ組電池に関する。

複数の単電池を直列または並列に組み合わせて、高電力または高持久力の組電池またはモジュール電池が作成されている。単電池がラミネート電池である場合、薄型であるラミネート電池の特徴を利用して、ラミネート電池を積層し、組電池またはモジュール電池を得ている（たとえば、特許文献１参照）。

積層したラミネート電池の電極タブの間に、導電部材または絶縁部材を配置することによって、積層方向上下のラミネート電池を電気的に接続できる。ここで、導電部材および絶縁部材を、それぞれ、ワッシャ形状に形成して、電極タブごとボルトを貫通しナットで締結する。これにより、導電部材および絶縁部材を一括して固定する。
特開２００１−２５６９３９号公報

上記ラミネート電池において、電極タブの表面に酸化被膜や油分が付着している場合がある。この場合、２つのラミネート電池を積層して、電極タブ間にワッシャ形状の導電部材を配置し、これらをボルトおよびナットにより締結するのであれば、ボルト締結の際に、電極タブの酸化被膜や油分が除去される。締め付け時には、ボルトおよびナットが回転し、電極タブ表面とボルトおよびナットの座面とが摩擦して、電極タブの酸化被膜等が削り取られるからである。

しかし、ラミネート電池を３層以上の多数層に積層して、電極タブに導電部材または絶縁部材を配置してボルト締結する場合、導電部材や絶縁部材にボルトおよびナットの回転が伝わらないので、電極タブの酸化被膜や油分等は除去されない。

除去されなかった酸化被膜等は、電極タブに導電部材が接続される接続部の抵抗成分となり、組電池性能を低下する要因となっている。

これを解決するために、ラミネート電池の積層直前に、電極タブを洗浄し、酸化被膜等を事前除去することが考えられる。しかし、このような方法を採用したのでは、組電池等の組み立て工数が増大し、また、新たな設備が必要となる。これにより、新たに、生産性の低下およびコストの増大という問題が発生してしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、生産性の低下およびコストの増大を伴わず、酸化被膜等による電極タブの接続部の抵抗を低減できる導電部材、および該導電部材を組み込んだ組電池の提供を目的とする。

本発明の導電部材は、導電性材料により形成され、複数個の積層された単電池の出力端間に挟まれることによって、積層方向上下の単電池を電気的に接続する導電部材であって、前記出力端間に挟まれることにより前記出力端の表面に付着した付着物を除去する除去手段を有する。

本発明の組電池は、複数個の積層された単電池と、導電性材料により形成され、積層方向上下の前記単電池の出力端間に挟まれることによって、該積層方向上下の単電池を電気的に接続する導電部材と、を有する組電池であって、前記導電部材は、前記出力端間に挟まれることにより前記出力端の表面に付着した付着物を除去する除去手段を有する。

上記本発明の導電部材によれば、表面に導電部材の出力端の表面を一部除去する除去手段が設けられている。したがって、導電部材を単電池の出力端間に挟む際に、除去手段により、出力端の表面に付着する酸化皮膜や、油分が除去される。したがって、出力端に導電部材が接続される接続部の抵抗が低減され、組電池化する際の電池特性を向上できる。

上記本発明の組電池によれば、導電部材の表面に導電部材の出力端の表面を一部除去する除去手段が設けられている。したがって、導電部材を単電池の出力端間に挟む際に、除去手段により、出力端の表面に付着する酸化皮膜や、油分が除去される。したがって、出力端に導電部材が接続される接続部の抵抗が低減され、組電池化する際の電池特性を向上できる。

本発明に係る導電部材（導通ワッシャ）は、導電性材料により形成され、複数個の積層された単電池の出力端（電極タブ）間に挟まれることによって、積層方向上下の単電池を電気的に接続する導電部材であって、前記出力端間に挟まれることにより前記出力端の表面を一部除去する除去手段を有する。

また、本発明に係る組電池は、複数個の積層された単電池と、導電性材料により形成され、積層方向上下の前記単電池の出力端（電極タブ）間に挟まれることによって、該積層方向上下の単電池を電気的に接続する導電部材（導通ワッシャ）と、を有する組電池であって、前記導電部材は、前記出力端間に挟まれることにより前記出力端の表面を一部除去する除去手段を有する。

以下、本発明について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。

（第１実施形態）
本発明では、特に導通ワッシャに特徴を有する。しかし、導通ワッシャの説明の前に、組電池の全体について説明し、その後、他の構成と共に導通ワッシャの構造についても詳細に説明する。

図１は組電池を示す斜視図である。

本発明の組電池は、複数個の積層された扁平型単電池１（以下、単に単電池という）と、該単電池１と共に積層されるヒートシンク２と、単電池１間および単電池１とヒートシンク２との間に配置される高摩擦シート３と、複数個の積層された単電池１を積層方向の両面から加圧して一体的に保持する保持手段４とを有する。高摩擦シート３については、図３に示す。

単電池１は、積層方向に直列に接続されている。単電池１から伸びる２つの電極タブは、それぞれ、タブ間に配置された導通ワッシャおよび絶縁ワッシャを交互に配置することにより、短絡しないように接続されている。

以下、各構成について詳細に説明する。

＜単電池＞
図２は単電池を示す斜視図、図３は図１に示す組電池のＡ−Ａ断面図である。

単電池１は、扁平型に形成された電池であり、正極板、負極板およびセパレータを順に積層した積層型の発電要素（不図示）を内部に複数含む。単電池１は、例えば、リチウムイオン二次電池などの二次電池である。組電池においては、単電池１は、内包する発電要素の積層方向と同じ方向に積層される。

正極板は、たとえば、マンガン酸リチウムまたはニッケル酸リチウムを含む材料からなる。負極板は、たとえば、非晶質炭素を含む材料からなる。セパレータは、たとえば、ポリオレフィン多孔膜からなり、厚さが２５〜５０μｍである
単電池１は、積層方向に対して直交する方向に伸びる２つの出力端である電極タブとして、正極タブ１０と負極タブ１２とを有する。単電池１は、正極タブ１０および負極タブ１２に、それぞれ、穴部１１、１３が設けられている。

単電池１は、穴部１１、１３に表面が絶縁処理された絶縁ピン５２（図８参照）が挿通されている。図３に示すように、積層方向に位置する単電池１は、電極タブの極性が積層方向に正負交互に、すなわち、正極タブ１０、負極タブ１２が交互に積層されている。

絶縁ピン５２には、正極タブ１０および負極タブ１２を挟んで、導通ワッシャ５０または絶縁ワッシャが交互に配置されている。例えば、図３に示す場合では、正極タブ１０とその上の階層の負極タブ１２との間には、絶縁ワッシャ５１が配置され、負極タブ１２とその上の階層の正極タブ１０との間には、導通ワッシャ５０が配置される。

導通ワッシャ５０は、銅などの導電性金属から形成され、その上下に接触する正極タブ１０と負極タブ１２とを電気的に導通する。絶縁ワッシャ５１は、セラミックなどの絶縁性金属から形成され、その上下に接触する正極タブ１０と負極タブ１２とを絶縁する。導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１は、単電池１の正極タブ１０と負極タブ１２とが直接接触しないように、スペーサの役割も果たす。

同じ階層のワッシャに注目すると、本実施の形態では、正極タブ１０上に絶縁ワッシャ５１が配置され、負極タブ１２上に導通ワッシャ５０が配置されている。

このように正極タブ１０および負極タブ１２が積層方向に交互に配置されることによって、図３に示すように、積層の上層から下層に向かって電流が流れるように、単電池１を接続する回路が構成される。積層の下層から上層に向かって電流を流したい場合には、導通ワッシャ５０と絶縁ワッシャ５１との配置を逆にする。

絶縁ピン５２は、金属棒の表面を熱収縮チューブで覆ったり、樹脂の塗装、コーティングまたは被覆等したりして、絶縁処理が施されている。絶縁ピン５２は、上下からナット５３が締め付けられる。これにより、単電池１の電極タブ１０、１２は、導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１にしっかり挟み込まれる。

なお、図３に示すように、上層から下層に向かって電流が流れる回路構成の場合、ナット５３ａと導通ワッシャ５０との間、および、ナット５３ｂと絶縁ワッシャ５１との間に、電力端子を配置し電流が取り出せるようにすることによって、たとえば、電池の電圧を不図示のコントローラによって検出できるようにしている。図１に示す組電池を複数組み合わせる際にも、該電力端子を用いることができる。

図４は、導通ワッシャ５０を示す図であり、（Ａ）は導通ワッシャの平面図、（Ｂ）は導通ワッシャの側面図である。

導通ワッシャ５０は、上述のように、電極タブ１０、１２間に配置される。導通ワッシャ５０は、図４に示すように、積層時に電極タブ１０、１２と接触する表面に鋭利な突起部（除去手段）５０１が複数設けられている。これらの突起部５０１は、上述の絶縁ピン５２が上下からナット５３に締め付けられると、電極タブ１０、１２に作用する。この作用については後述する。

＜ヒートシンク＞
図５は、２種類のヒートシンクを示す斜視図である。

ヒートシンク２には、図６に示すように、組電池の積層の最外層に配置される外層ヒートシンク２ａと、単電池１と共に途中に積層される内層ヒートシンク２ｂとの２種類がある。

いずれのヒートシンク２ａ、２ｂも、空気等の冷媒が通り抜け可能な複数の通風孔２０が形成されている。これらの通風孔２０は、２枚の板材の表面にそれぞれ複数の溝を形成し、溝同士が合うように２枚の板材を貼り合わせて形成される。非常に薄いヒートシンク２ａ、２ｂに通風孔をくりぬき加工するのは困難であるからである。なお、本実施形態では、上述のようにヒートシンクを２枚の板材で形成しているが、たとえば、押し出し成形によって１体の部材としてもよい。

外層ヒートシンク２ａは、積層される単電池１の電極タブ１０、１２を露出するための切り欠き２１が形成されている。該切り欠き２１を挟んで、四隅に孔２２が形成されている。孔２２は、外層ヒートシンク２ａ間に配置され、単電池１に必要な面圧を加えるための加圧ユニット４０（図６参照）を取り付けるために設けられている。

内層ヒートシンク２ｂには、外層ヒートシンク２ａのような孔２２はない。内層ヒートシンク２ｂは、組電池に積層されるときには、単電池１と共に加圧ユニット４０による面圧により保持されている。内層ヒートシンク２ｂは、例えば、図３に示すように、単電池１が４枚積層されたら、その上に１枚積層されるといった具合に、単電池１間に配置される。これにより、積層の中央の単電池１の発熱も放散できる。

＜高摩擦シート＞
高摩擦シート３は、図３および図５に太線で示すように、単電池１間または単電池１とヒートシンク２との間に配置される。高摩擦シート３は、たとえば、シリコンゴムをシート状に形成したものである。シリコンゴムは、単電池１同士を直接積層した場合の摩擦抵抗より高い摩擦抵抗を発現する。したがって、単電池１間または単電池１とヒートシンク２との間に介在させることにより、これらの横ズレを防止する。

一方で、高摩擦シート３は、横ズレに対しては高い摩擦力を発現するが、単電池１の積層方向に対しては、ほとんど粘着力を発現しない。したがって、高摩擦シート３は、単電池１およびヒートシンク２に対しては非接着性を有している。換言すると、高摩擦シート３は、単電池１同士、または単電池１とヒートシンク２とを恒久的に接合するものではなく、所望のときに、それらを積層方向に分離し得る性質を有する。

＜保持手段＞
保持手段４は、最外層に積層される外層ヒートシンク２ａ（保持プレート）と、外層ヒートシンク２ａ間に配置される加圧ユニット４０と、加圧ユニット４０を外層ヒートシンク２ａに取り付けるナット４１とを含む。

外層ヒートシンク２ａは、上述の通り、組電池の最外層に積層され、単電池１を冷却する冷却手段として機能する。その一方で、外層ヒートシンク２ａは、中間に積層される単電池１および内層ヒートシンク２ｂに積層方向の面圧を付与しつつ保持する保持手段の一部としても機能する。保持手段の一部として、外層ヒートシンク２ａは、加圧ユニット４０により相互に接近される方向の力が加えられる。

加圧ユニット４０は、外層ヒートシンク２ａに設けられた孔２２に挿通されて、ナット４１により締結されている。加圧ユニット４０の具体的構成は、図６および図７に示される。

図６は加圧ユニットを示す図、図７は図１のＢ−Ｂ断面図である。特に、図６（Ａ）は加圧ユニットの全体構成を示す図、図６（Ｂ）はバネ保持部の構成を示す図であり、図７（Ａ）は加圧ユニットの初期状態を示す図、図７（Ｂ）は加圧ユニット４０を外層ヒートシンク２ａ間に取り付けた様子を示す図である。

加圧ユニット４０は、引張りコイルバネ４２（弾性体）と、引張りコイルバネ４２の両端を保持するバネ保持部４３とからなる。

引張りコイルバネ４２は、引き延ばされた状態で外層ヒートシンク２ａ間に取り付けられることによって、収縮しようと作用し、外層ヒートシンク２ａを相互に接近させる方向の弾性力を発現する。

バネ保持部４３は、本体部４４と、引張りコイルバネ４２のピッチＰ１よりも大きなピッチＰ２でねじ山が形成された螺合部４５と、螺合部４５から引張りコイルバネ４２の中心に向かって伸びる突合せ部４６と、本体部４４から伸びて外層ヒートシンク２ａに挿通される挿通部４７とを含む。

本体部４４は、引張りコイルバネ４２が外れないように、これに当接する。また、本体部４４は、加圧ユニット４０を組電池に取り付けたときに、外層ヒートシンク２ａと当接して、引張りコイルバネ４２の伸びを定める役割も果たす。

螺合部４５は、図示の通り、引張りコイルバネ４２の端部にねじ込まれて、引張りコイルバネ４２の内側と螺合し、これを固定する。螺合部４５は、図６（Ｂ）に示すように、表面にピッチＰ２のねじ山が形成されている。螺合部４５のピッチＰ２は、引張りコイルバネ４２のピッチＰ１より大きい。したがって、螺合部４５を図６（Ｂ）中矢印の方向にねじ込むことができる。螺合部４５をねじ込むことによって、突合せ部４６が、引張りコイルバネ４２の中央に向かって進行する。

引張りコイルバネ４２の両端から螺合部４５をねじ込んでいくと、図６（Ａ）に示すように、両側から進行してきた突合せ部４６が突き当たる。この状態で、引張りコイルバネ４２は自然長より伸ばされ、加圧ユニット４０の初期状態として、初期張力が与えられている。

挿通部４７は、その先端にナット４１に締結可能なねじ山が形成されている。挿通部４７の頭には、後述する回り止め用のスリット４８が設けられている。スリット４８に、マイナスドライバーを挿す等して、バネ保持部４３を容易に回り止めできる。

以上のような、加圧ユニット４０を、外層ヒートシンク２ａ間に配置すると、６（Ａ）に示すようになる。

ここで、挿通部４７は、外層ヒートシンク２ａの孔２２に挿通されている。この状態で、一方のバネ保持部４３を回り止めしながら、他方のバネ保持部４３の挿通部４７をナット４１で締結する。すると、バネ保持部４３がナット４１側に引き寄せられる。これを両方のバネ保持部４３で行うと、図７（Ｂ）に示すように、バネ保持部４３が引張りコイルバネ４２を保持した状態で相対的に引き離され、引張りコイルバネ４２が外層ヒートシンク２ａ間に引き伸ばされた状態で保持される。

このように、外層ヒートシンク２ａ間の幅に合わせて、引張りコイルバネ４２を引き伸ばすので、ナット４１の締め付けトルクに関わらず、引張りコイルバネ４２による収縮する方向の弾性力が得られる。該弾性力が外層ヒートシンク２ａによる単電池１への加圧力となる。

＜組み立て手順＞
次に、本発明の組電池を組み立てる様子を説明する。

図８は組電池を組み立てる様子を示す図である。

図８に示すように、最初に、外層ヒートシンク２ａを配置し、その上に、単電池１を積層する。ここで、単電池１は、積層方向に正極タブ１０および負極タブ１２が交互になるように、絶縁ピン５２に電極タブ１０、１２を挿通する。単電池１の電極タブ１０、１２を絶縁ピン５２に挿通する度に、導通ワッシャ５０または絶縁ワッシャ５１も絶縁ピン５２に挿通する。

導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１は、積層方向に交互になるように絶縁ピン５２に挿通する。同一単電池１の正極タブ１０および負極タブ１２上には、一方に導通ワッシャ５０が接触するように配置し、他方には絶縁ワッシャ５１が接触するように配置する。すなわち、同一単電池１の正極タブ１０および負極タブ１２上には、異なる種類のワッシャを配置する。

単電池１を複数段積層した後、例えば、単電池１を４枚積層した後に、内層ヒートシンク２ｂを配置する。このように、単電池１と内層ヒートシンク２ｂとの積層を繰り返した後、最後に、外層ヒートシンク２ａを積層する。外層ヒートシンク２ａ間に、加圧ユニット４０を配置し、加圧ユニット４０の引張りコイルバネ４２が外層ヒートシンク２ａ間で伸びるまで、ナット４１で締結する。

ナット４１を締結するにつれて、導通ワッシャ５０および電極タブ１０、１２に荷重がかかる。荷重により導通ワッシャ５０の鋭利な突起部５０１が電極タブ１０、１２表面に突き刺さる。このとき、突起部５０１は、電極タブ１０、１２表面に形成されている酸化被膜や油分等を除去し、地金部に到達する。この結果、突起部５０１が直接、電極タブ１０、１２の地金部に接触する。

以上の手順で、図１に示す組電池が組み上がる。

以上のように、本実施形態では、導通ワッシャ５０の表面に突起部５０１を形成しているので、導通ワッシャ５０が正極タブ１０および負極タブ１２に挟み込まれる際に、正極タブ１０および負極タブ１２に付着した酸化被膜や油分等が突起部５０１により除去される。したがって、導通ワッシャ５０と正極タブ１０および負極タブ１２とが接続される接続部の抵抗を低減でき、組電池化する際の電池特性を向上できる。

また、導電部材として導通ワッシャ５０を用いているので、１本の絶縁ピン５２により、複数の導通ワッシャ５０を正極タブ１０および負極タブ１２に取り付けることができる。導通ワッシャ５０がワッシャ状なので、脱落しない。

なお、上記第１実施形態では、導通ワッシャ５０の表面に突起部５０１を設ける場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されない。突起部５０１の代わりに、導通ワッシャ５０の表面に溝部を形成してもよい。この場合、導通ワッシャ５０を、積層方向上下の正極タブ１０および負極タブ１２間に配置して締結すると、溝部の角が正極タブ１０および負極タブ１２の表面に突き刺さり、該正極タブ１０および負極タブ１２に付着した酸化被膜や油分等を除去する。この結果、導通ワッシャ５０が正極タブ１０および負極タブ１２の地金部に直接触れる。

したがって、導通ワッシャ５０の表面に突起部５０１の代わりに、溝部を設けても、導通ワッシャ５０と正極タブ１０および負極タブ１２とが接続される接続部の抵抗を低減でき、組電池化する際の電池特性を向上できる。

また、上記第１実施形態では、突起部５０１を設けるものの、導通ワッシャ５０を扁平型としていた。しかし、導通ワッシャ５０の形状は、扁平型だけに限定されない。図９は、他の形態の導通ワッシャの側面を示す図である。

図９に示すように、導通ワッシャ５０を正極タブ１０または負極タブ１２に向かって細くなるテーパ状に形成して、積層方向上下の正極タブ１０および負極タブ１２間に配置して締結できる。締結時には、導通ワッシャ５０に荷重がかかるので、テーパ部分５０２が押しつぶされ、水平方向に広がる。このとき、突起部５０１が、正極タブ１０または負極タブ１２の表面を引っかき、酸化被膜や油分を削り落とす。酸化被膜や油分等が除去されるので、導通ワッシャ５０が正極タブ１０および負極タブ１２の地金部に直接触れる。

同時に、上述のように、突起部５０１は、酸化被膜等を突き破って、正極タブ１０および負極タブ１２の地金部に接触する。

したがって、導通ワッシャ５０をテーパ状に形成すれば、突起部５０１を設けただけの場合に比べて、より確実に導通ワッシャ５０と電極タブ１０、１２とを電気的に接続できる。

また、導通ワッシャ５０をテーパ状とせずに、スプリングワッシャのように形成してもよい。これにより、締結時にワッシャが面圧により縮められようとし、このときに、ワッシャが正極タブ１０および負極タブ１２の表面を移動する。すると、ワッシャ表面の突起部５０１が、酸化被膜や油分等を除去する。

また、第１実施形態では、縦に積層した組電池を１つだけ例示したが、これに限定されない。複数の単電池１を積層して出来た組電池を、複数個横に並べ、それらを接続することによって、より出力の高い電池モジュールとすることができる。この場合、一の組電池と他の組電池の両者に取り付けられるバスバーにより、組電池同士を電気的に接続する。バスバーは、例えば、ナット５３と共に絶縁ピン５２に取り付けられ固定される。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、導通ワッシャ５０の表面に突起部５０１を設けて、導通ワッシャ５０と正極タブ１０または負極タブ１２との接続部に介在する酸化被膜等を除去する場合について説明した。しかし、接続部の酸化被膜等を除去する除去手段としては、他の形態も考えられる。第１実施形態とは異なる他の形態について、第２実施形態において説明する。なお、導通ワッシャ以外は、第１実施形態と同様の構成なので、第２実施形態では、導通ワッシャについてのみ説明する。

図１０は第２実施形態に係る導通ワッシャを示す図であり、図１０（Ａ）は導通ワッシャの外周部の平面図、図１０（Ｂ）は外周部に中心部を組み合わせた様子を示す側面図である。

第２実施形態に係る導通ワッシャ５５は、図１０に示す通り、外周部５５１と、中心部５５２とに分割されている。

外周部５５１は、板材が巻き回されて形成されている。ここで、外周部５５１は、中心までは巻き回されておらず、中心は開いている。

中心部５５２は、絶縁ピン５２が挿通可能なようにリング状に形成されている。中心部５５２は、リング状の一方の面に向かって細いテーパ状に形成されている。そして、図１０（Ｂ）に示すように、中心部５５２は、細くなっている側が、外周部５５１の中心に嵌っている。中心部５５２は、外周部５５１よりも薄い。

導通ワッシャ５５を、積層方向上下の正極タブ１０および負極タブ１２間に配置して、締結する際の作用について説明する。

絶縁ピン５２をナット４１により締結する前の初期状態では、中心部５５２は、外周部５５１に完全には嵌っておらず、一部だけが嵌っている。締結を進行すると、中心部５５２は、テーパ状に形成されているので、徐々に外周部５５１に圧入される。

中心部５５２が圧入されるに従って、外周部５５１の中心が広げられていく。このとき、外周部５５１は、ぜんまいを構成する板材を滑らせつつ、半径方向に広がる。

外周部５５１が半径方向に広がる際には、該外周部５５１を構成する板材が移動する。板材が移動すると、正極タブ１０および負極タブ１２と摩擦する。この摩擦により、正極タブ１０および負極タブ１２の表面に形成された酸化被膜等が除去される。

以上のように、第２実施形態では、導通ワッシャ５５を外周部５５１と中心部５５２とに分割して形成し、外周部５５１に中心部５５２が嵌る際の外周部５５１の摩擦により、電極タブ１０、１２上の酸化被膜等を除去している。したがって、導通ワッシャ５０と正極タブ１０および負極タブ１２とが接続される接続部における、酸化被膜等による抵抗を低減でき、組電池化する際の電池特性を向上できる。

（第３実施形態）
上記第１実施形態および第２実施形態では、導電ワッシャ５０、５５の構造を改良することによって、組電池化したときの、導電ワッシャ５０、５５と、電極タブ１０、１２との接続点の抵抗を低減している。しかし、導電ワッシャ５０、５５の構造だけでなく、電極タブ１０、１２の構造を改良することによっても、導電ワッシャ５０、５５と電極タブ１０、１２との接続点の抵抗を低減できる。

以下では、組電池化の際に、導電ワッシャ５０、５５と電極タブ１０、１２との接続点における、酸化被膜等による抵抗を低減できる、電極タブ１０、１２について説明する。なお、第３実施形態では、電極タブ１０、１２の構成以外は、第１実施形態および第２実施形態と同様の構成である。したがって、電極タブ１０、１２以外の構成については、説明を省略する。

図１１は、第３実施形態に係る電極タブを示す図であり、図１１（Ａ）は電極タブの平面図、図１１（Ｂ）は電極タブの断面図である。

正極タブ１０および負極タブ１２は、シート状に形成されている。第３実施形態では、該シート状の正極タブ１０および負極タブ１２を、予めプレス等により山谷の折り目を付けて、蛇腹状に整形している。

このように蛇腹状に形成しておけば、導通ワッシャ５０を挟んで正極タブ１０および負極タブ１２をナット４１により締結して面圧をかけると、電極タブ１０、１２の蛇腹がつぶされる。すなわち、電極タブ１０、１２の折り目が元に戻される。このとき、電極タブ１０、１２は、水平方向に広がるので、導通ワッシャ５０と摩擦して、表面の酸化被膜や油分等が削り取られる。

すると、電極タブ１０、１２の地金部が露出する。これにより、組電池化した後には、正極タブ１０および負極タブ１２の地金部に直接導通ワッシャ５０が接触する。したがって、導通ワッシャ５０と正極タブ１０および負極タブ１２とが接続される接続部における、酸化被膜等による抵抗を低減でき、組電池化する際の電池特性を向上できる。

（第４実施形態）
上記第１〜第３実施形態では、直接単電池１を積層する場合について、本願発明の導通ワッシャ５０、５５が適用される例について説明してきた。しかし、本願発明の導通ワッシャ５０、５５は、他の組電池にも適用できる。たとえば、単電池１をフレーム上に配置した状態で積層した組電池にも適用できる。

以下では、図面を参照して、フレームを利用して組電池を構成する場合について説明する。ここでは、第１実施形態と同様の構成には、同一の参照番号を付して、その説明は省略する。なお、以下では、フレームに第１実施形態で説明した導通ワッシャ５０を組み込む例について説明するが、これに代えて第２実施形態で説明した導通ワッシャ５５を組み込むこともできる。また、電極タブ１０、１２については、通常のシート状のものについて説明するが、第３実施形態のように蛇腹状に整形したものも適用できる。

図１２は、第４実施形態に係る組電池を示す斜視図、図１３はフレームを示す図、図１４はフレームを配置する様子を示す図、図１５は組電池を組み立てる過程を示す図、図１６は組電池内の回路構成を示す概略図である。なお、図１５では、導通ワッシャおよび絶縁ワッシャを見やすくするために、単電池の電極タブは省略している。

実施の形態３の組電池は、積層の最外層に外層ヒートシンク２ａが配置されており、その間に、フレーム７と内層ヒートシンク２ｂが積層されている。フレーム７を複数枚積層する度に、内層ヒートシンク２ｂが積層されている。

また、組電池は、組電池内で直列回路を構成するために、所定の部位に、バスバー８が取り付けられている。バスバー８については、後述する。

最初にフレームについて説明する。

＜フレーム＞
フレーム７は、図１３に示すように、一方の側に導通ワッシャ５０が埋め込まれ、他方の側に絶縁ワッシャ５１が埋め込まれている。導通ワッシャ５０は、フレーム７の厚みより若干厚く、かつ単電池１の厚みよりも薄く形成されている。絶縁ワッシャ５１は、導通ワッシャ５０と同様に、フレーム７よりも厚く、かつ単電池１の厚みよりも薄く形成されている。

フレーム７は、単電池１が嵌まり込んで所定の位置に配置されるように、位置決め部７０が形成されている。位置決め部７０は、単電池１の外形より小さく形成された切り欠きである。位置決め部７０は、位置決め部７０上に単電池１を配置したときに、単電池１の周縁を保持しつつ、周縁以外で下層または上層の他の単電池１と接触可能な程度に、大きく開口されている。単電池１は、電極タブ１０、１２が導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１と接触するようにフレーム７上で位置決めされる。位置決めされたとき、導通ワッシャ５０、絶縁ワッシャ５１の穴の位置と、単電池１の正極タブ１０の穴部１１および負極タブ１２の穴部１３の位置とが一致する。

また、フレーム７には、積層時に加圧ユニット４０を挿通可能な穴部７１が設けられている。加圧ユニット４０は、第１〜第３実施形態では、単電池１の外で外層ヒートシンク２ａ間に設けられていたが、第４実施形態では、フレーム７、内層ヒートシンク２ｂおよび外層ヒートシンク２ａを貫通して外層ヒートシンク２ａ間に設けられる。

フレーム７上では、隣り合う単電池１の正極タブ１０、負極タブ１２の向きが逆になるように配置される。たとえば、図１４に示すように、図中手前側に、単電池１の正極タブ１０、負極タブ１２が交互にくるように、単電池１が配列される。

このように複数の単電池１が配列されたフレーム７は、図１５に示すように、加圧ユニット４０および絶縁ピン５２が挿通されて、複数枚積層される。なお、加圧ユニット４０および絶縁ピン５２は、共に外層ヒートシンク２ａに図示しないナットで固定され、立設されている。また、加圧ユニット４０は、組電池の組み立て後には、図１２に示すように、外層ヒートシンク２ａ間に固定され、これらを相互に接近する方向の力を付与し、各単電池１に一定の面圧を加える。

フレーム７を積層する際には、単電池１の電極タブ１０、１２が、積層方向に交互に配置されるようにする。たとえば、すぐ下の層のフレーム７の片側に注目して、電極タブが正極タブ１０、負極タブ１２、正極タブ１０、負極タブ１２の順に配列されている場合、その上の層では、同じ側に電極タブが負極タブ１２、正極タブ１０、負極タブ１２、正極タブ１０の順に並ぶようにする。さらに、フレーム７を積層する際には、上述の通り、フレーム７に導通ワッシャ５０と絶縁ワッシャ５１とが埋め込まれているので、該導通ワッシャ５０と絶縁ワッシャ５１とが、積層方向に交互になるように積層する。

以上のように単電池１をフレーム７上に配列し、フレーム７を積層すれば、積層方向に並ぶ単電池１同士が直列接続されることとなる。本実施の形態では、図１２および図１５に示すように、単電池１が４列に積層されて直列接続されている。積層されてできる４列の単電池１の集合（以下、電池ユニット８０ａ〜ｄという：図１２参照）は、本実施の形態では、電池ユニット８０ａおよび８０ｃが上層から下層に向かって、電池ユニット８０ｂおよび８０ｄが下層から上層に向かって直列接続されるように、各単電池１の電極タブ１０、１２の配置方向と、導通ワッシャ５０および絶縁ワッシャ５１の配置位置とが定められている。

電池ユニット８０ａ〜ｄ同士を相互に接続するために、バスバー８が用いられている。バスバー８は、図１２に示すように、電池ユニット８０ａと８０ｂとを最下層で接続し、電池ユニット８０ｂと８０ｃとを最上層で接続し、電池ユニット８０ｃと８０ｄとを最下層で接続する。

このように、バスバー８により、複数の電池ユニット８０ａ〜ｄが接続されることによって、組電池内の単電池１がすべて直列接続されることになる。このときの組電池内に形成される回路の概略構成は、図１６に示すとおりである。

電池ユニット８０ａの最上層の負極タブ１２と、電池ユニット８０ｄの最上層の正極タブ１０には、電極端子８１、８２が接続されているので、高電圧が得られる。

以上のように、実施の形態３では、フレーム７に単電池１を配列しつつ、該フレーム７を積層している。ここで、フレーム７の片側に導通ワッシャ５０、他の側に絶縁ワッシャ５１を組み込み、積層方向にこれらのワッシャ５０、５１が交互に配置されるように、フレーム７の向きを逆にして積層している。したがって、第１〜第３実施形態と同様に、積層方向に単電池１を直列接続する回路が組電池内に構成される。

なお、第４実施形態では、フレーム７上に４列に単電池１を配列する例について説明したが、これに限定されない。２あるいは３列、または５列以上の単電池１を同一フレーム上に配列してもよい。

また、第４実施形態では、電圧検出のための電圧検出端子を設けていないが、図１５に示すような電圧検出端子８３を絶縁ピン５２に挿通させてもよい。各導通ワッシャ５０と絶縁ワッシャ５１との間に電圧検出端子８３を設けることによって、各単電池１の電圧の検知が可能となる。これにより、車両等に組電池を搭載した後においても、単電池１の破損等を検出できる。

組電池を示す斜視図である。 単電池を示す斜視図である。 図１に示す組電池のＡ−Ａ断面図である。 第１実施形態に係る導通ワッシャを示す図であり、図４（Ａ）は導通ワッシャの平面図、図４（Ｂ）は導通ワッシャの側面図である。 ２種類のヒートシンクを示す斜視図である。 加圧ユニットを示す図であり、図６（Ａ）は加圧ユニットの全体構成を示す図、図６（Ｂ）はバネ保持部の構成を示す図である。 図１のＢ−Ｂ断面図であり、図７（Ａ）は加圧ユニットの初期状態を示す図、図７（Ｂ）は加圧ユニットを外層ヒートシンク間に取り付けた様子を示す図である。 組電池を組み立てる様子を示す図である。 他の形態の導通ワッシャの側面を示す図である。 第２実施形態に係る導通ワッシャを示す図であり、図１０（Ａ）は導通ワッシャの外周部の平面図、図１０（Ｂ）は外周部に中心部を組み合わせた様子を示す側面図である。 第３実施形態に係る電極タブを示す図であり、図１１（Ａ）は電極タブの平面図、図１１（Ｂ）は電極タブの断面図である。 実施の形態３に係る組電池を示す斜視図である。 フレームを示す図である。 フレームを配置する様子を示す図である。 組電池を組み立てる過程を示す図である。 組電池内の回路構成を示す概略図である。

符号の説明

１…単電池、
２、２ａ、２ｂ…ヒートシンク、
３…高摩擦シート、
４…保持手段、
６、６ａ、６ｂ…バスバー、
７…フレーム、
８…バスバー、
１０…正極タブ、
１１…穴部、
１２…負極タブ、
１３…穴部、
１５…凸部、
１７…穴部、
２０…通風孔、
２２…孔、
４０…加圧ユニット、
４１…ナット、
４２…引張りコイルバネ、
４３…バネ保持部、
４４…本体部、
４５…螺合部、
４６…突合せ部、
４７…挿通部、
４８…スリット、
５０、５５…導通ワッシャ、
５１…絶縁ワッシャ、
５２…絶縁ピン、
５３…ナット、
８０ａ〜ｄ…電池ユニット、
８１、８２…電極端子、
５０１…突起部。

Claims (16)

1. 導電性材料により形成され、複数個の積層された単電池の出力端間に挟まれることによって、積層方向上下の単電池を電気的に接続する導電部材であって、
   前記出力端間に挟まれることにより前記出力端の表面に付着した付着物を除去する除去手段を有する導電部材。
2. ワッシャ状に形成され、積層方向に並ぶ各単電池の複数の出力端と共に絶縁性のピンが貫通されることを特徴とする請求項１に記載の導電部材。
3. 前記除去手段は、前記出力端に挟まれる際に、前記出力端に接触する表面に形成された突起部または溝部である請求項１または請求項２に記載の導電部材。
4. 前記出力端に向かって細くなるテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の導電部材。
5. 板材が巻き回されて、中心が開いたぜんまい状に形成された外周部と、
   前記外周部に嵌合するにつれて、前記外周部を半径方向に広げるように、テーパ状に形成されている中心部と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の導電部材。
6. 前記単電池は、積層型の発電要素を内部に含み、外装としてラミネートシートを熱融着して該発電要素を密閉して形成される扁平型のラミネート電池であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の導電部材。
7. 複数個の積層された単電池と、
   導電性材料により形成され、積層方向上下の前記単電池の出力端間に挟まれることによって、該積層方向上下の単電池を電気的に接続する導電部材と、
   を有する組電池であって、
   前記導電部材は、前記出力端間に挟まれることにより前記出力端の表面に付着した付着物を除去する除去手段を有する組電池。
8. 前記導電部材は、ワッシャ状に形成され、積層方向に並ぶ各単電池の複数の出力端と共に絶縁性のピンが貫通されることを特徴とする請求項７に記載の組電池。
9. 前記除去手段は、前記出力端に挟まれる際に、前記出力端に接触する表面に形成された突起部または溝部である請求項７または請求項８に記載の組電池。
10. 前記導電部材は、前記出力端に向かって細くなるテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の組電池。
11. 前記導電部材は、
    板材が巻き回されて、中心が開いたぜんまい状に形成された外周部と、
    前記外周部に嵌合するにつれて、前記外周部を半径方向に広げるように、テーパ状に形成されている中心部と、
    を含むことを特徴とする請求項７に記載の組電池。
12. 前記単電池の出力端は、シート状に形成されており、予め蛇腹状に整形されていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の組電池。
13. 前記単電池は、正極板、負極板およびセパレータを順に積層した積層型の発電要素を内部に含み、外装としてラミネートシートを熱融着して該発電要素を密閉して形成される扁平型のラミネート電池であることを特徴とする請求項７〜１２のいずれか一項に記載の組電池。
14. 前記単電池は、リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１３に記載の組電池。
15. 前記単電池は、
    前記正極板がマンガン酸リチウムまたはニッケル酸リチウムを含む材料からなり、
    前記負極板が非晶質炭素を含む材料からなり、
    前記セパレータの厚さが２５〜５０μｍであることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の組電池。
16. 絶縁材料により形成され、積層方向上下の前記単電池の出力端間に挟まれることによって、該積層方向上下の単電池を電気的に絶縁する絶縁部材をさらに有し、
    前記導電部材および前記絶縁部材は、前記単電池の積層方向に、前記単電池の出力端を挟んで交互に配置されて、前記単電池を積層方向に電気的に直列に接続することを特徴とする請求項７〜１５のいずれか一項に記載の組電池。

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