JP5449814B2 - 組電池 - Google Patents
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Description
積層された複数の電池と、
前記複数の電池を積層方向における両側から挟むようにしてそれぞれ配置された外装部材と、
前記両側の外装部材の間に架設され、前記複数の電池の電極端子を直列または並列に接続しながら支持する横架部材と、
を備え、
前記横架部材が、前記両側の外装部材に免震構造をなして支持されていることを特徴とする。
〔正極の作製〕
正極活物質としてのLiCoO2を90質量%と、導電剤としてのカーボンブラックを5質量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを5質量%と、溶剤としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液とを混合して正極用スラリーを調製した後、この正極用スラリーを、正極集電体としてのアルミニウム箔(厚み:15μm)の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み0.1mmにまで圧縮した後、図1(a)に示すように、所定の幅および高さを有する矩形状となるように切断して、両面に正極活物質層1aを有する正極板1を作製した。この際、正極板1における一辺の一方端部から、所定の幅および高さを有する矩形状の活物質未塗布部を延出させて正極タブ11とした。
図1(b)に示すように、2枚の方形状のポリプロピレン(PP)製のセパレータ3a(厚み30μm)の間に正極板1を配置した後、図1(c)に示すように、セパレータ3aの周辺部を融着部4で熱溶着して、正極板1が内部に収納・配置された袋状セパレータ3を作製した。
負極活物質としての黒鉛粉末を95質量%と、結着剤としてのポリフッ化ピニリデンを5質量%と、溶剤としてのNMP溶液とを混合して負極用スラリーを調製した後、この負極用スラリーを負極集電体としての銅箔(厚み:10μm)の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み0.08mmにまで圧縮した後、図2に示すように、所定の幅および高さを有する矩形状となるように切断して、両面に負極活物質層2aを有する負極板2を作製した。この際、負極板2の一辺において上記正極板1の正極タブ11形成側端部と反対側となる端部から、所定の幅および高さを有する矩形状の活物質未塗布部を延出させて負極タブ12とした。
上記正極板1が内部に配置された袋状セパレータ3を50枚、負極板2を51枚調製し、図3に示すように、該袋状セパレータ3と負極板2とを交互に積層した。その際、両端面部に負極板2が位置するようにした。ついで、図4に示すように、この積層体の両端面を形状保持のための絶縁テープ19で接続して、積層電極体10を得た。
図5に示すように、積層された正極タブ11および負極タブ12のそれぞれの延出端部に、幅15mm、厚み1mmのアルミニウム板よりなる正極集電端子15ならびに幅15mm、厚み1mmの銅板よりなる負極集電端子16を、それぞれ超音波溶接法により接合した。
図6に示すように、あらかじめ電極体が設置できるように成形した2枚のラミネートフィルム17で構成した外装体18に、上記積層電極体10を挿入し、正極集電端子15および負極集電端子16のみが外装体18より外部に突出するよう正極集電端子15および負極集電端子16がある辺を熱融着するとともに、残りの3辺の内、2辺を熱融着した。
上記外装体25の熱溶着していない1辺から、エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)とが体積比で30:70の割合で混合された混合溶媒に、LiPF6が1M(モル/リットル)の割合で溶解された電解液を注入し、最後に熱溶着していない1辺を熱溶着することにより、図7に示す電池21を作製した。この電池21の幅L1は100mm、高さL2は110mm(正極タブ11および負極タブ12の延出高さを含めると136mm)、厚みT1は15mmである。電池21の上辺における幅方向両端より10mmだけ内側寄りの位置から、正極集電端子15および負極集電端子16がそれぞれ上方へ突出しており、該正極集電端子15および負極集電端子16の突出高さはラミネートフィルム17の上端から10mmであり、また該正極集電端子15および負極集電端子16の先端部は、それぞれ接続される側へ向けて側面視L字形状となるように折曲し、該折曲片にはボルト挿通孔を穿設した。また、電池21の周縁部には、ラミネートフィルム17の封止部が延出して耳部21Sが形成され、この耳部21Sより内側(中央側)が、内部に積層電極体10が封入されて該耳部21Sより厚さ方向に両側へ膨出する形状となっている。
図7に示すように、幅L3=102mm、高さL4=122mm、厚さ0.5mmの金属板(アルミニウム板)22Tを調製し、この金属板22Tの一方面に、断面コ字形状を有し金属(アルミニウム)よりなる長さ101mmのコ字形部材24の中央片を、該金属板22Tの下端縁に揃えるようにして中央に位置するように(即ち金属板22Tの両端との間に0.5mmずつ間隔をおいて)配置し、溶接により接合した。このコ字形部材24における中央片からの両側片の延出幅は、上記電池21の厚さT1の1/2即ち7.5mmよりもやや小となっている。この金属板22Tを2枚用意し、コ字形部材24が互いに背中合わせになるようにして、両金属板22Tの間に、厚さ0.5mmのポリテトラフルオロエチレン(テフロン(登録商標))よりなる断熱シートを挟むように固定して、スペーサ22とした。
図8の分解斜視図に示すように、やや厚さを有して短冊形に長く延びる平板状体の両端よりやや内側寄りの位置の間にある中央部が一方面側(図における下面側)へ膨出するようにさらに厚肉となった外形(換言すれば、断面矩形状で長く延びる角棒状体の両端部が同方向から即ち図における下方から切欠かれて薄肉となった外形)となるように、即ち、概略横長に延びる直方体状の本体部321の両端面の上部から平板状の嵌合突起片322がそれぞれ長さ方向に沿って両側へ突出した形状となるように窒化アルミニウムを成形し、該本体部321の両端近傍の位置および中央より両側寄りの位置の計4箇所に、該本体部321の膨出側端面から内側へ断面矩形状に陥入しかつ該本体部321を幅方向に貫通する切欠323をそれぞれ形成し、さらに、各切欠323の内奥面における両端近傍に、本体部321の幅方向に沿って並置するように貫通孔324をそれぞれ穿設した。各切欠323には、該切欠323に対応する寸法を有し上記貫通孔324に対応する位置にボルト挿通孔がそれぞれ穿設された長方形状の金属プレートをそれぞれ嵌入固定して導通部325とし、また、本体部321の膨出部の両端面(即ち本体部321と両嵌合突起片322との間に形成された入隅部)に、この両端面に対応する寸法を有する長方形状に成形されたゴム板をそれぞれ嵌合固定して免震部326として、図9の斜視図にも示す第1横架部材32Aを得た。なお、上記導通部325のボルト挿通孔は、図では明確に表れていないが、第1横架部材32Aにおける本体部321の長さ方向にわずかに長く延びる長孔となっている。
図12に示すように、上記電池21における耳部21Sより厚さ方向に一方側へ膨出する膨出部をほぼ収容し得る凹部341を一方面側に有し、該凹部341から上方にやや長く延出して該延出部の右上部および左上部に横長の長方形状の嵌合開口342がそれぞれ穿設され、一方(図における右方)の嵌合開口342と上記凹部341との間に横方向に延びる端子挿通スリット343が穿設された構成を有する概略縦長の長方形の板状となるようにポリテトラフルオロエチレン(テフロン(登録商標))を成形して、加圧板34とした。上記嵌合開口342は、上記第1横架部材32Aおよび第2横架部材32Bの嵌合突起片322、328にそれぞれ対応する寸法を有し、上記端子挿通スリット343は、上記第2横架部材32Bの外部接続端子片334に対応する寸法を有している。この加圧板34は、これと左右対称の構成を有するものを別に1枚作製して、あわせて一対とした。
単電池(セル)として上記電池21を8個用意し、図7に示すように各電池21の間にスペーサ22を挟むようにして、これら電池21を厚さ方向に積層した。このとき、各電池21は、隣接するスペーサ22のコ字形部材24における上側片の間に下端部の耳部21Sを挿通しながら、膨出部の下端面をコ字形部材24における上側片の上面に密着させるようにした。
上記組電池20は、積層された複数すなわち8個の電池21と、上記複数の電池21を積層方向における両側から挟むようにしてそれぞれ配置された外装部材である加圧板34と、上記両側の加圧板34の間に架設され、複数の電池21の電極端子すなわち正極集電端子15および負極集電端子16を直列に接続しながら支持する第1横架部材32Aおよび第2横架部材32Bと、を備え、上記第1横架部材32Aおよび第2横架部材32Bが、両側の加圧板34に免震構造をなして支持されている構成となっているので、複数の電池21が第1横架部材32Aおよび第2横架部材32Bを介して両側の加圧板34に支持されるため、各電池が容易かつ確実に位置決めされ、これ以降も振動や自重によって位置ずれ、回転ずれ、ねじれ、脱落等を生じることなく所定位置に確実に支持される。このとき、第1横架部材32Aおよび第2横架部材32Bが加圧板34に免震構造をなして支持されているので、振動がこの免震構造により吸収され、したがって、電極端子に応力が集中することによる端子間の接続のゆるみや端子の破損等が効果的に防止されるようになっている。
複数の電池を並列に接続して組電池を構成する場合には、複数の電池の正極端子および負極端子をそれぞれまとめて接続するようにすればよいので、作業にそれほど手間を要することもないが、複数の電池を直列に接続する場合には、複数の電池の正極端子と負極端子とを交互に(一対ずつ)金具等で接続していく必要があるため、特に電池の積層数が多くなるほど、部品点数も増大し、作業も煩瑣となる。そこで、上記組電池20のように周囲から電気的に絶縁された導通部325、332、333を第1横架部材32Aおよび第2横架部材32Bに設けておき、該導通部325、332、333で複数の電池21の正極集電端子15および負極集電端子16を直列に接続する構成となっていれば、金具を一つずつ用意して個々に接続する必要もなく、したがって接続作業を手間なく簡便に行うことができる。
〔横架部材の作製〕
図18および図19に示すように、やや厚さを有して短冊形に長く延びる平板状の本体部351の両端中央部から、該本体部351よりも幅狭の嵌合突起部352がそれぞれ延出した形状となるように窒化アルミニウムを成形し、このとき、本体部351の一方面に、長さ方向に沿って等間隔をおいて並置するように4個の金属よりなる導通部353をインサート成形により配設した。各導通部353は、本体部351の長さ方向に沿ってやや長い長方形状であって該本体部351の厚さのおよそ1/2程度の厚さを有するプレート状となっており、表面が本体部351の一方面と面一となるように該本体部351に埋設した。各導通部353の中央には、図22に示すように、該導通部353の長さ方向に沿ってやや長く延びる長孔状のボルト挿通孔353P(1個)を穿設し、本体部351にも、該ボルト挿通孔353Pと連通するようにして、該ボルト挿通孔353Pと同形・同寸法の長孔状のボルト挿通孔をそれぞれ穿設した。図18および図19に示すように、上記両嵌合突起部352の基端部(本体部351に連続する側の端部)には、Oリング(オーリング)状のゴムよりなる免震部材354をそれぞれ嵌着して、第3横架部材35Aとした。
図23の模式上面図に示すように、嵌合開口を上記第3横架部材35Aおよび第4横架部材35Bの嵌合突起部352、356にそれぞれ対応する寸法を有するものとし(図示せず)、端子挿通スリットを穿設しないようにした(図示せず)点以外は、第1実施形態における組電池20の加圧板34と同様にして加圧板36を一対作製し、この加圧板36と上記第3横架部材35Aおよび第4横架部材35Bとを用いて、第1実施形態における組電池20の場合と同様にして組電池40を組み立てた。なお、図19および図21では、各電池21の正極集電端子15および負極集電端子16のみを図示してこれらが第3横架部材35Aおよび第4横架部材35Bの導通部353、357および外部接続端子部358に接合された状況を示している。
上記第2実施形態の組電池においては、第4横架部材35Bの外部接続端子部358が嵌合突起部356に一体的に配設されているので、該嵌合突起部356を加圧板36の嵌合開口に貫通させることで同時に外部接続端子部358も外部へ引き出すようにすること、即ち加圧板36に対する嵌合突起部356の貫通構造を利用して電池21を外部へ接続することが可能となっており、加圧板36に端子挿通用の開口を穿設することも不要となっている。
(1)上記第1実施形態および第2実施形態においては、第1ないし第4横架部材32A、32B、35A、35Bのほぼ全体が熱伝導性を有する伝熱部となっているが、例えば図24ないし図25に示すように、さらにこの伝熱部を、横架部材の外部に設けられた放熱部材に熱的に接続するようにしてもよい。
16 負極集電端子(電極端子)
20 組電池
21 単電池
32A 第1横架部材
32B 第2横架部材
335 免震部(弾性部材)
34 加圧板(外装部材)
Claims (6)
- 積層された複数の電池と、
前記複数の電池を積層方向における両側から挟むようにしてそれぞれ配置された外装部材と、
前記両側の外装部材の間に架設され、前記複数の電池の電極端子を直列または並列に接続しながら支持する横架部材と、
を備え、
前記横架部材が、前記両側の外装部材に免震構造をなして支持され、
前記免震構造は前記両側の外装部材に前記横架部材を貫通させて貫通方向に摺動可能に支持させることにより構成されていることを特徴とする組電池。 - 前記横架部材に、周囲から電気的に絶縁された導通部が設けられ、該導通部で前記複数の電池の電極端子が直列に接続されている、請求項1に記載の組電池。
- 前記免震構造が、前記横架部材と前記両側の外装部材との間に弾性部材を介在させることにより構成されている、請求項1または請求項2に記載の組電池。
- 前記横架部材の少なくとも一部に、熱伝導性を有する伝熱部が形成されている、請求項1から請求項3のいずれかに記載の組電池。
- 前記伝熱部が、前記横架部材の外部に設けられた放熱部材に熱的に接続されている、請求項4に記載の組電池。
- 前記両側の外装部材が前記電池に対して断熱性を有する、請求項1から請求5のいずれかに記載の組電池。
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