JP5173223B2 - 加圧ホルダー付き組電池 - Google Patents

Description

本発明は、両面が平坦になった平板状電池を複数積層させた組電池を加圧ホルダーに挟み込んで加圧させるようにした加圧ホルダー付き組電池に係り、特に、上記の組電池を充放電させた場合に、各平板状電池において発生した熱が外部に適切に放熱されるようにすると共に、各平板状電池が変形することなく適切に加圧されるようにした点に特徴を有するものである。

従来より、正極と負極とをセパレータを介して複数積層させた電極体が外装体内に収容されて両面が平坦になった平板状電池が様々な分野で利用されており、近年においては、このような平板状電池を、ロボットや電気自動車やバックアップ電源などに使用するために、この平板状電池を複数積層させた組電池として使用することが行われている。

ここで、上記のような組電池を充放電させた場合、各平板状電池が充放電により膨張、収縮して変形し、サイクル寿命が大幅に劣化するという問題があった。

このため、従来においても、このような組電池を、平板状電池の積層方向両側から加圧ホルダーにより挟み込むようにして加圧させて、平板状電池が変形するのを防止することが行われている。

ここで、このように組電池を加圧ホルダーにより挟み込むようにして加圧させるにあたり、上記の平板状電池相互を直接積層させた状態で加圧ホルダーにより挟み込んで、この組電池を充放電させると、充放電により各平板状電池において発生した熱が外部に適切に放熱されず、組電池全体の温度が上昇するという問題があった。特に、この組電池を上記のような電源として使用するにあたり、上記の平板状電池に高容量の非水電解質二次電池を使用し、大電流で充放電させた場合には、組電池全体の温度が大きく上昇するという問題があった。

このため、近年においては、特許文献１に示されるように、上記のように積層させる平板状電池の間にスペーサ部材を配置させると共に、このスペーサ部材が平板状電池と接触する面に波状や矩型状等の凹凸を設けて、スペーサ部材と平板状電池との間に通気用の空間部を形成し、この空間部を通して各平板状電池において発生した熱を外部に放熱させることが提案されている。

しかし、このように平板状電池と接触する面に波状や矩型状などの凹凸を設けたスペーサ部材を平板状電池の間に配置させて、上記のように組電池を加圧ホルダーにより挟み込むようにして加圧させた場合、このスペーサ部材によって平板状電池に作用する圧力が不均一になり、この状態で組電池を充放電させた場合、前記のように充放電により各平板状電池が大きく変形し、サイクル寿命が大幅に劣化するという問題があった。
特開平１０−１１２３０１号公報

本発明は、両面が平坦になった平板状電池を複数積層させた組電池を加圧ホルダーに挟み込んで加圧させる加圧ホルダー付き組電池における上記のような問題を解決することを課題とするものである。

すなわち、本発明においては、上記の組電池を充放電させた場合に、各平板状電池において発生した熱が外部に適切に放熱されるようにして、組電池全体の温度が上昇するのを適切に防止すると共に、各平板状電池が変形するのを抑制して、サイクル寿命が劣化するのを防止することを課題とするものである。

本発明においては、上記のような課題を解決するため、両面が平坦になった平板状電池を複数積層させた組電池を加圧ホルダーに挟み込んで加圧させる加圧ホルダー付き組電池において、上記の加圧ホルダーが、上記の組電池を挟み込む一対の加圧板と、この一対の加圧板間において上記の組電池を挟み込むように加圧させる金属で構成された加圧部材とを有するようにし、上記の平板状電池相互間に金属で構成された板状のスペーサ部材を設け、このスペーサ部材と上記の加圧部材との何れか一方に係合凸部を設ける一方、他方にこの係合凸部と係合される溝部を設け、この係合凸部と溝部とを係合させて、スペーサ部材と上記の加圧部材とを部分的に接合させるようにした。

また、上記の加圧ホルダー付き組電池においては、充放電により各平板状電池において発生した熱を外部に適切に放熱させるために、上記のスペーサ部材と加圧部材とをアルミニウム等の金属で構成することが好ましく、また上記のスペーサ部材と加圧ホルダーとの少なくとも一方を、熱伝導性の高い材料で構成された接続部材によって外部放熱部材に接続させることが好ましい。ここで、熱伝導性の高い材料としては、例えば、Ｃｕ，Ａｌ，Ｆｅ，ステンレス，合金等が挙げられる。

本発明における加圧ホルダー付き組電池においては、両面が平坦になった平板状電池を複数積層させた組電池を加圧ホルダーにより挟み込むようにして加圧させるにあたり、組電池を挟み込む一対の加圧板間において上記の組電池を挟み込むように加圧させる加圧部材を金属で構成すると共に、平板状電池相互間に金属で構成された板状のスペーサ部材を設け、このスペーサ部材と上記の加圧部材との何れか一方に係合凸部を設ける一方、他方にこの係合凸部と係合される溝部を設け、この係合凸部と溝部とを係合させて、スペーサ部材と上記の加圧部材とを部分的に接合させるようにしたため、上記の組電池を充放電させた場合に、各平板状電池が発熱しても、各平板状電池の熱が上記のスペーサ部材から接合部分を通して加圧部材に伝達され、この加圧部材に伝達されて熱が加圧ホルダー全体から外部に放熱されるようになり、組電池全体の温度が上昇するのが防止されるようになる。

また、組電池を上記の加圧ホルダーにより平板状電池の積層方向両側から挟み込むように加圧させた場合、各平板状電池間におけるスペーサ部材が上記のように板状になっているため、このスペーサ部材によって各平板状電池が均一に加圧されるようになり、上記のように組電池を充放電させた場合においても、各平板状電池が変形するのが適切に抑制されて、サイクル寿命が劣化するのが防止される。

この結果、本発明における加圧ホルダー付き組電池においては、上記の平板状電池に高容量の非水電解質二次電池を用い、大電流で組電池を充放電させた場合においても、組電池全体の温度が上昇するのが適切に防止されると共に、各平板状電池が変形するのも適切に防止されて、サイクル寿命も向上する。

また、上記のスペーサ部材と加圧部材とにアルミニウム等の金属を用い、スペーサ部材と加圧ホルダーとの少なくとも一方を、熱伝導性の高い材料で構成された接続部材によって外部放熱部材に接続させるようにすると、各平板状電池において発生した熱が、上記のスペーサ部材から加圧部材に速やかに伝達されるようなり、この熱が外部放熱部材を通してさらに速やかに外部に放熱されるようになり、組電池全体の温度が上昇するのがより一層防止されるようになる。

次に、この発明の実施形態に係る加圧ホルダー付き組電池を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この発明に係る加圧ホルダー付き組電池は、特に、下記の実施形態に示したものに限定されず、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。

この実施形態においては、両面が平坦になった平板状電池１０として、図１〜図３に示すように、正極集電タブ１１ａが設けられた正極１１と負極集電タブ１２ａが設けられた負極１２との間にセパレータ１３を介在させるようにして正極１１と負極１２とを所要枚数積層させた電極体１４を用い、上記の正極集電タブ１１ａと負極集電タブ１２ａとがラミネートフィルムで構成された外装体１５から外部に突出されるようにして、電極体１４をこの外装体１５内に収容させると共にこの外装体１５内に電解液を注液させ、その後、この外装体１５の開口部分を封口させたものを用いるようにした。なお、使用する平板状電池は、特にこのようなものに限定されず、両面が平坦になったものであればよく、例えば、正極と負極との間にセパレータを介在させた状態でこれらを扁平に巻き取り、さらにこれをプレスして扁平にした電極体を外装体内に収容させた平板状電池等を用いることも可能である。

また、この実施形態においては、上記の平板状電池１０間に配置させるスペーサ部材２０として、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、四角形状になった金属板２１の四隅部分に、それぞれ直交するように一対の切込み２２を設け、対角に位置する２つの隅部における各切込み２２を上記の金属板２１の片面側に折り曲げる一方、他の対角に位置する２つの隅部における各切込み２２を上記の金属製板材２１の反対面側に折り曲げて、金属板２１の両面に平板状電池１０を保持する保持部２３を形成すると共に、上記の金属板２１の上辺両端部及び下辺両端部からそれぞれ上方又は下方に突出した係合凸部２４を設けたものを用いるようにした。

そして、この実施形態においては、図５に示すように、上記のスペーサ部材２０を各平板状電池１０の間に挟み込んで、スペーサ部材２０の両面に設けられた上記の保持部２３に平板状電池１０を保持させるようにして、複数の平板状電池１０を積層させて組電池を作製し、この組電池を加圧ホルダー３０により、平板状電池２０の積層方向両側から挟み込んで加圧させるようにしている。

ここで、上記のように加圧ホルダー３０により、平板状電池１０の積層方向両側から挟み込むようにして組電池を加圧させるにあたり、この実施形態においては、一対の加圧板３１を組電池の積層方向両側に配置させ、この一対の加圧板３１の周辺部分を貫通するようにして４本の締結用ボルト３２を設け、各加圧板３１から突出された各締結用ボルト３２の端部に締結用ナット３３を取り付け、この締結用ナット３３を締め付けると共に、上記の各締結用ボルト３２として、図６に示すように、その軸方向に溝部３２ａが設けられたものを用い、この締結用ボルト３２の溝部３２ａに、上記のスペーサ部材２０に設けられた係合凸部２４を係合させるようにしている。

このようにすると、上記の各スペーサ部材２０と各締結用ボルト３２とが、係合凸部２４と溝部３２ａとよって部分的に接合され、この状態で、上記の組電池を充放電させた場合に、各平板状電池１０が発熱しても、各平板状電池１０における熱が、平板状電池１０の間に配置された上記の各スペーサ部材２０から各締結用ボルト３２に伝達されて、加圧ホルダー３０全体から外部に放熱されるようになり、組電池全体の温度が上昇するのが防止されるようになる。

また、この実施形態においては、上記のように組電池の各平板状電池２０における平坦な面が、上記の加圧板３１及び平板状電池１０の間に配置されたスペーサ部材２０により均一に加圧された状態になるため、上記のように組電池を充放電させた場合に、各平板状電池２０が変形するのが防止され、サイクル寿命が劣化するのも抑制されるようになる。

また、この実施形態において、図７に示すように、上記の各スペーサ部材２０における係合凸部２４及び上記の加圧ホルダー３０を、金属線からなる接続部材４１によって金属箔や金属容器等の外部放熱部材４０に接続させると、充放電により各平板状電池１０において発生した熱が、上記のスペーサ部材２０から加圧ホルダー３０及び外部放熱部材４０に導かれ、この熱が加圧ホルダー３０及び外部放熱部材４０を通してより効率よく外部に放熱されるようになり、組電池全体の温度が上昇するのが一層防止されるようになる。

なお、この実施形態においては、上記のスペーサ部材２０と締結用ボルト３２とを部分的に接合させるにあたり、スペーサ部材２０に設けられた係合凸部２４を締結用ボルト３２に設けられた溝部３２ａに係合させるようにしたが、スペーサ部材２０と締結用ボルト３２とを部分的に接合させる方法はこのようなものに限定されず、図示していないが、上記の場合とは逆に、スペーサ部材に溝部を設ける一方、締結用ボルトに係合凸部を設けるようにすることも可能である。

本発明の実施形態に係る加圧ホルダー付き組電池に使用する平板状電池において、正極と負極との間にセパレータを介在させてこれらを複数積層させた電極体を作製する状態を示した概略説明図である。 上記の平板状電池の概略側面図である。 上記の平板状電池の概略平面図である。 本発明の実施形態に係る加圧ホルダー付き組電池において使用するスペーサ部材の概略平面図及び概略側面図である。 上記の実施形態に係る加圧ホルダー付き組電池を示した概略側面図である。 上記の実施形態に係る加圧ホルダー付き組電池において使用する締結用ボルトの断面説明図である。 上記の実施形態に係る加圧ホルダー付き組電池において、各スペーサ部材における係合凸部及び加圧ホルダーを接続部材によって外部放熱部材に接続させた状態を示した概略側面図である。

符号の説明

１０ 平板状電池
１１ 正極
１１ａ 正極集電タブ
１２ 負極
１２ａ 負極集電タブ
１３ セパレータ
１４ 電極体
１５ 外装体
２０ スペーサ部材
２１ 金属板
２２ 切込み
２３ 保持部
２４ 係合凸部
３０ 加圧ホルダー
３１ 加圧板
３２ 締結用ボルト
３２ａ 溝部
３３ 締結用ナット

Claims (3)

1. 両面が平坦になった平板状電池を複数積層させた組電池を加圧ホルダーに挟み込んで加圧させる加圧ホルダー付き組電池において、上記の加圧ホルダーが、上記の組電池を挟み込む一対の加圧板と、この一対の加圧板間において上記の組電池を挟み込むように加圧させる金属で構成された加圧部材とを有し、上記の平板状電池相互間に金属で構成された板状のスペーサ部材が設けられ、このスペーサ部材と上記の加圧部材との何れか一方に係合凸部が設けられる一方、他方にこの係合凸部と係合される溝部が設けられ、この係合凸部と溝部とが係合されて、スペーサ部材と加圧部材とが部分的に接合されていることを特徴とする加圧ホルダー付き組電池。
2. 請求項１に記載の加圧ホルダー付き組電池において、上記のスペーサ部材と加圧部材との少なくとも一方が、Ｃｕ，Ａｌ，Ｆｅ，ステンレスまたは合金で構成された接続部材によって外部放熱部材に接続されていることを特徴とする加圧ホルダー付き組電池。
3. 請求項１又は請求項２に記載の加圧ホルダー付き組電池において、上記の平板状電池が非水電解質二次電池であることを特徴とする加圧ホルダー付き組電池。

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