JP5585524B2 - Assembled battery and manufacturing method of assembled battery - Google Patents
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Description
本発明は,複数の電池を組み合わせてなる組電池および組電池の製造方法に関する。さらに詳細には,各電池を拘束する構造を有する組電池および組電池の製造方法に関するものである。 The present invention relates to an assembled battery formed by combining a plurality of batteries and a method for manufacturing the assembled battery. More specifically, the present invention relates to an assembled battery having a structure for restraining each battery and a method for manufacturing the assembled battery.
近年,リチウムイオン電池等の非水電解液型の二次電池は,携帯型PCや携帯電話を始めとする電子機器のみならず,ハイブリッド車や電気自動車の電源として注目されている。このような二次電池は,発電要素を金属製のケースに収容し,例えばケースの内側に絶縁フィルムを貼付してケースと発電要素とを絶縁している。 In recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion batteries have attracted attention as power sources not only for electronic devices such as portable PCs and mobile phones, but also for hybrid vehicles and electric vehicles. In such a secondary battery, the power generation element is housed in a metal case, and an insulating film is attached to the inside of the case to insulate the case from the power generation element.
二次電池のケースの形状としては,円筒状,矩形状と様々な形状のものが実用化されている。このうち,矩形状の角型ケースは,他の形状のケースよりもスペース効率が高く,小型化の要請に応えるものとして広く利用されている。 As the shape of the secondary battery case, various shapes such as a cylindrical shape and a rectangular shape have been put into practical use. Among these, the rectangular rectangular case has a higher space efficiency than other cases, and is widely used to meet the demand for miniaturization.
発電要素は,正極と負極とがセパレータを介して積層あるいは巻回され,各要素間を電解液で充填する構成を有している。二次電池の発電要素は,例えば初期充電時の正極の膨張や運転環境下での振動によって,電極間の距離が変動し易い。電極間の距離が変動すると,電解液中に気泡等が入り易くなり,電池性能を劣化させる傾向にある。 The power generation element has a configuration in which a positive electrode and a negative electrode are stacked or wound via a separator, and a space between the elements is filled with an electrolytic solution. In the power generation element of the secondary battery, for example, the distance between the electrodes is likely to fluctuate due to expansion of the positive electrode during initial charging or vibration in the operating environment. When the distance between the electrodes fluctuates, bubbles and the like are likely to enter the electrolytic solution, which tends to deteriorate the battery performance.
発電要素の電極間を一定に保つ技術としては,例えば特許文献1に開示されている技術がある。特許文献1の組電池では,複数の角型単電池を扁平面同士が対向するように重ねて配置し,それら角型単電池の周囲を拘束板およびビーム部材によって纏めて拘束している。また,隣り合う角型単電池間には,放熱板として機能するスペーサが組み込まれている。
As a technique for keeping the gap between the electrodes of the power generation element constant, there is a technique disclosed in
しかしながら,前記した従来の技術には,次のような問題があった。すなわち,複数の角型単電池を列置する組電池の場合,ハイレートでの充放電の前後で,電池ケースにかかる面圧にばらつきが生じる。具体的には,電池ケースの扁平面内の領域のうち,単電池の列置方向から見て,電池ケースの扁平面内の発電要素と重なる領域を発電領域とすると,その発電領域内において,中央部では面圧が上昇する傾向にある。一方で,発電領域内の端部では面圧が下降する傾向にある。この面圧のばらつきは,電池性能を劣化させる要因となる。例えば,端部の面圧が中央部よりも低下することで,発電要素内の電解液が中央部から端部に移動し易くなり,その結果として電解液が発電要素外に漏出してしまう。 However, the conventional technique described above has the following problems. That is, in the case of an assembled battery in which a plurality of prismatic cells are arranged in a row, the surface pressure applied to the battery case varies before and after charging and discharging at a high rate. Specifically, of the regions in the flat surface of the battery case, when the region overlapping with the power generation elements in the flat surface of the battery case as seen from the direction in which the cells are arranged is defined as the power generation region, In the central part, the surface pressure tends to increase. On the other hand, the surface pressure tends to decrease at the end in the power generation region. This variation in surface pressure is a factor that degrades battery performance. For example, when the surface pressure at the end portion is lower than that at the central portion, the electrolytic solution in the power generation element easily moves from the central portion to the end portion, and as a result, the electrolytic solution leaks out of the power generation element.
特許文献1に開示されているようなスペーサは,単電池単体の膨張量を抑える意味では効果がある。しかし,上述のスペーサは,扁平面全体を均等に荷重するため,扁平面内での部分的な面圧の上昇には対応困難である。そのため,電池性能の劣化を抑制しきれないこともある。
The spacer as disclosed in
本発明は,前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,ハイレートでの充放電後における電池性能の劣化を確実に抑制する組電池および組電池の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. That is, the problem is to provide an assembled battery and a method of manufacturing the assembled battery that reliably suppress deterioration of battery performance after charging and discharging at a high rate.
この課題の解決を目的としてなされた組電池は,発電要素と,前記発電要素を収容する角型ケースと,前記発電要素の一方の端部と接合する正極集電端子と,前記発電要素の他方の端部と接合する負極集電端子とを有する二次電池を複数有し,隣り合う前記二次電池を,前記角型ケースの扁平面同士を対向させて列置する組電池であって,列置された複数の前記二次電池を纏めて拘束し,各二次電池を前記二次電池の列置方向に荷重する拘束部材と,前記二次電池の前記角型ケースの一方の扁平面である第1面と接し,前記第1面内の領域のうち,前記列置方向から見て,前記発電要素と重なる領域である発電領域内であり,前記発電領域の前記正極集電端子側の端部を含み,前記発電領域の中央部を含まない領域である第1領域を荷重する第1スペーサと,前記第1面と接し,前記第1面内の領域のうち,前記列置方向から見て,前記発電領域内であり,前記発電領域の前記負極集電端子側の端部を含み,前記発電領域の中央部を含まない領域である第2領域を荷重する第2スペーサとを備え,前記第1スペーサおよび前記第2スペーサは,前記二次電池について行われた充放電試験にて面圧が低下した範囲を荷重し,前記試験にて面圧が低下しなかった範囲を荷重しないことを特徴としている。 An assembled battery made for the purpose of solving this problem includes a power generation element, a rectangular case that accommodates the power generation element, a positive current collector terminal that is joined to one end of the power generation element, and the other of the power generation elements. A plurality of secondary batteries having a negative electrode current collector terminal joined to an end of the battery, and the adjacent secondary batteries are arranged side by side with the flat surfaces of the square cases facing each other, A plurality of the secondary batteries arranged in a row are restrained together, a restraining member that loads each secondary battery in the row direction of the secondary batteries, and one flat surface of the square case of the secondary battery Is in the power generation region that is in contact with the first surface, and overlaps with the power generation element in the region in the first surface when viewed from the row direction, and on the positive current collector terminal side of the power generation region The first region, which is the region including the end of the power generation region and not including the central portion of the power generation region, is loaded. One spacer is in contact with the first surface, and the region within the first surface is within the power generation region as viewed from the row direction, and the end of the power generation region on the negative current collector terminal side is And a second spacer that loads a second region that does not include a central portion of the power generation region, and the first spacer and the second spacer are used for a charge / discharge test performed on the secondary battery. It is characterized in that the range in which the surface pressure is reduced is loaded and the range in which the surface pressure is not reduced in the test is not loaded .
本発明の組電池は,角型ケースを有する複数の二次電池(単電池)を列置したものであり,拘束部材がこれらの二次電池を纏めて拘束し,列置方向に荷重している。組電池を構成する二次電池の,一方の扁平面には,2つのスペーサ(第1スペーサと第2スペーサ)が接しており,拘束部材による荷重に伴って,スペーサがその扁平面を押圧する。具体的に,第1スペーサは,扁平面のうち,発電領域内の正極集電端子側の端部を含む第1領域を押圧し,第2スペーサは,扁平面のうち,発電領域内の負極集電端子側の端部を含む第2領域を押圧する。 The assembled battery of the present invention is a battery in which a plurality of secondary batteries (unit cells) having a square case are arranged in a row, and a restraining member collectively restrains these secondary batteries and loads them in the row direction. Yes. Two spacers (first spacer and second spacer) are in contact with one flat surface of the secondary battery constituting the assembled battery, and the spacer presses the flat surface in accordance with the load of the restraining member. . Specifically, the first spacer presses the first region including the end on the positive electrode current collecting terminal side in the power generation region in the flat surface, and the second spacer includes the negative electrode in the power generation region in the flat surface. The second region including the end portion on the current collecting terminal side is pressed.
すなわち,本発明の組電池では,二次電池間に挟まれた第1スペーサおよび第2スペーサが,角型ケースの扁平面のうち,発電領域の端部を含む領域であって中央部を含まない領域を荷重する。これにより,扁平面を荷重する領域と荷重しない領域とが設けられる。さらに,第1スペーサと第2スペーサとは別体であることから,スペーサ個々に位置調整が可能であり,二次電池個々にスペーサを適切に配置できる。そのため,二次電池個々に寸法誤差や組付誤差があったとしてもスペーサの位置を微調整できる。その結果,角型ケースの扁平面内の面圧が均一に近づき,電池性能の劣化を確実に抑制することが期待できる。 That is, in the assembled battery of the present invention, the first spacer and the second spacer sandwiched between the secondary batteries are regions including the end portion of the power generation region in the flat surface of the square case and include the central portion. Load no area. Thereby, the area | region which loads a flat surface and the area | region which does not load are provided. Furthermore, since the first spacer and the second spacer are separate, the position of each spacer can be adjusted, and the spacer can be appropriately arranged for each secondary battery. Therefore, even if there is a dimensional error or an assembly error for each secondary battery, the position of the spacer can be finely adjusted. As a result, it can be expected that the surface pressure in the flat surface of the square case approaches uniformly, and the deterioration of the battery performance is surely suppressed.
また,本発明の組電池は,隣り合う前記二次電池の間に位置し,一方の面が一方の二次電池の扁平面を荷重する前記第1スペーサおよび前記第2スペーサと接し,他方の面が他方の二次電池の扁平面と接する介在部材を備えるとよい。この構成により,第1スペーサおよび第2スペーサと接するのは一方の二次電池の扁平面だけになる。そのため,これらのスペーサによる荷重について,他方の二次電池の面圧への悪影響を回避できる。 The assembled battery of the present invention is located between the adjacent secondary batteries, and one surface is in contact with the first spacer and the second spacer that load the flat surface of one secondary battery, and the other It is preferable to provide an interposition member whose surface is in contact with the flat surface of the other secondary battery. With this configuration, only the flat surface of one secondary battery is in contact with the first spacer and the second spacer. Therefore, adverse effects on the surface pressure of the other secondary battery can be avoided with respect to the load caused by these spacers.
また,前記第1スペーサおよび前記第2スペーサは,平板状のプレート部材が前記列置方向に複数枚重なってなるとよい。この構成によれば,スペーサの列置方向の厚さ調整,すなわち空隙の大きさ調整や面圧の大きさ調整が可能になる。 The first spacer and the second spacer may be formed by overlapping a plurality of flat plate members in the arrangement direction. According to this configuration, it is possible to adjust the thickness of the spacers in the arrangement direction, that is, to adjust the size of the air gap and the size of the surface pressure.
また,前記第1スペーサおよび前記第2スペーサは,直方体のブロック部材が前記列置方向に直交する方向に複数個重なってなるとよい。この構成によれば,スペーサが荷重する領域の範囲調整が可能になる。 The first spacer and the second spacer may be formed by overlapping a plurality of rectangular parallelepiped block members in a direction perpendicular to the arrangement direction. According to this configuration, it is possible to adjust the range of the region loaded by the spacer.
また,本発明の組電池の製造方法は,発電要素と,前記発電要素を収容する角型ケースと,前記発電要素の一方の端部と接合する正極集電端子と,前記発電要素の他方の端部と
接合する負極集電端子とを有する二次電池を複数有し,隣り合う前記二次電池を,前記角型ケースの扁平面同士を対向させて列置する組電池の製造方法であって,前記組電池を構成する各二次電池について充放電試験を行い,前記充放電試験前の面圧と前記充放電試験後の面圧とを取得する取得ステップと,前記取得ステップにて取得した面圧に基づいて,各二次電池について,前記角型ケースの扁平面内で面圧が低下する場所を特定する特定ステップと,前記特定ステップの後,前記二次電池の一方の扁平面に,前記特定ステップにて特定した場所を荷重するスペーサを配置し,前記特定ステップにて特定されなかった場所にはスペーサを配置しない配置ステップとを含むことを特徴としている。
The assembled battery manufacturing method of the present invention includes a power generation element, a rectangular case that houses the power generation element, a positive current collector terminal that is joined to one end of the power generation element, and the other of the power generation elements. A method of manufacturing an assembled battery, comprising a plurality of secondary batteries each having a negative electrode current collector terminal joined to an end, and the adjacent secondary batteries arranged in a row with the flat surfaces of the square cases facing each other. The acquisition step of performing a charge / discharge test on each secondary battery constituting the assembled battery and acquiring the surface pressure before the charge / discharge test and the surface pressure after the charge / discharge test, and acquiring at the acquisition step For each secondary battery based on the measured surface pressure, a specifying step for specifying a place where the surface pressure decreases in the flat surface of the square case, and after the specifying step, one flat surface of the secondary battery The space for loading the location specified in the specific step is Place the sub, in places that are not identified in the identifying step is characterized in that it comprises an arrangement step that does not place the spacer.
すなわち,本発明の組電池の製造方法では,充放電試験を行う前後の面圧を取得し,試験前後での面圧の変化具合から,角型ケースの扁平面内の面圧が低下する場所を特定する。充放電試験としては,大電流の充電あるいは放電が行われればよく,例えば20C以上のレートで試験を行う。そして,その面圧が低下する場所にスペーサを配置する。この構成によれば,面圧の低下場所を確認してスペーサを配置するため,その場所を適切に荷重できる。また,二次電池について,寸法誤差や組付誤差があったとしても,個々の二次電池について面圧の低下場所を特定していることから,二次電池個々に適切に荷重できる。その結果,角型ケースの扁平面内の面圧が均一に近づき,電池性能の劣化を確実に抑制することが期待できる。 That is, in the method for manufacturing an assembled battery according to the present invention, the surface pressure before and after the charge / discharge test is obtained, and the surface pressure in the flat surface of the square case decreases due to the change in the surface pressure before and after the test. Is identified. As the charge / discharge test, it is only necessary to charge or discharge a large current. For example, the test is performed at a rate of 20 C or more. And a spacer is arrange | positioned in the place where the surface pressure falls. According to this configuration, since the spacer is arranged after confirming the place where the surface pressure is reduced, the place can be appropriately loaded. In addition, even if there are dimensional errors and assembly errors for the secondary battery, the location where the surface pressure is reduced is specified for each secondary battery, so that the secondary battery can be appropriately loaded. As a result, it can be expected that the surface pressure in the flat surface of the square case approaches uniformly, and the deterioration of the battery performance is surely suppressed.
また,前記配置ステップでは,隣り合う前記二次電池の間に,一方の面が一方の二次電池の扁平面を荷重する前記スペーサと接し,他方の面が他方の二次電池の扁平面と接する介在部材を配置するとよい。スペーサを配置した,隣り合う2つの二次電池間に介在部材を配置することで,スペーサと接するのは一方の二次電池の扁平面だけになる。そのため,スペーサによる荷重について,他方の二次電池の面圧への悪影響を回避できる。 Further, in the arranging step, between the adjacent secondary batteries, one surface is in contact with the spacer that loads a flat surface of one secondary battery, and the other surface is a flat surface of the other secondary battery. It is good to arrange the interposition member which touches. By arranging an interposition member between two adjacent secondary batteries in which a spacer is arranged, only the flat surface of one secondary battery is in contact with the spacer. Therefore, an adverse effect on the surface pressure of the other secondary battery can be avoided with respect to the load by the spacer.
また,前記配置ステップでは,前記面圧取得ステップにて取得した試験前の面圧と試験後の面圧との変化量に基づいて,前記スペーサの,前記二次電池の列置方向の厚さを調整するとよい。この構成によれば,スペーサの列置方向の厚さ調整,すなわち空隙の大きさ調整や面圧の大きさ調整が可能になる。 In the arranging step, the thickness of the spacers in the arrangement direction of the secondary batteries is determined based on the amount of change between the pre-test surface pressure and the post-test surface pressure acquired in the surface pressure acquisition step. It is good to adjust. According to this configuration, it is possible to adjust the thickness of the spacers in the arrangement direction, that is, to adjust the size of the air gap and the size of the surface pressure.
また,前記配置ステップでは,前記特定ステップにて特定した場所の範囲に基づいて,前記スペーサの,前記二次電池の列置方向と直交する方向の大きさを調整するとよい。この構成によれば,スペーサが荷重する領域の範囲調整が可能になる。 In the arranging step, the size of the spacer in the direction orthogonal to the arrangement direction of the secondary batteries may be adjusted based on the range of the place specified in the specifying step. According to this configuration, it is possible to adjust the range of the region loaded by the spacer.
本発明によれば,ハイレートでの充放電後における電池性能の劣化を確実に抑制する組電池および組電池の製造方法が実現される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the assembled battery and the manufacturing method of an assembled battery which suppress reliably deterioration of the battery performance after charging / discharging at a high rate are implement | achieved.
以下,本発明にかかる組電池を具体化した実施の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお,以下の形態では,ハイブリッド自動車に車載されるリチウムイオン組電池に本発明を適用する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying an assembled battery according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the following embodiment, the present invention is applied to a lithium ion assembled battery mounted on a hybrid vehicle.
[リチウムイオン電池の構成]
始めに,リチウムイオン組電池を構成するリチウムイオン単電池100について,図1を参照しつつ説明する。
[Configuration of lithium-ion battery]
First, a lithium
本形態のリチウムイオン単電池100は,図1に示すように,発電要素60と,発電要素60を収容し,リチウムイオン単電池100の外殻を形成する角型の外装部50とを有する密閉角型の二次電池である。図1は,外装部50を透視した状態を示している。以下の説明では,説明の便宜上,外装部50の幅方向(図1中のX方向)を「幅方向」,外装部50の高さ方向(図1中のY方向)を「高さ方向」,外装部50の奥行き方向(図1中のZ方向)を「列置方向」とする。
As shown in FIG. 1, the lithium
外装部50は,容器となる電池ケース10と,電池ケース10の開口部を封止する封口蓋20とを有している。電池ケース10は,アルミニウム,アルミニウム合金,めっき鋼板,ステンレス鋼板等の金属材からなる。封口蓋20は,アルミニウム,めっき鋼板,ステンレス鋼板等の金属材からなる。電池ケース10や封口蓋20に利用する金属材は,成形が容易であって,剛性があるものであればよい。外装部50の内側全面には,不図示の絶縁フィルムが貼付されている。
The
電池ケース10は,有底矩形の箱体,すなわち上面が開口した直方体をなしている。電池ケース10は,発電要素60を収納しており,矩形板状の封口蓋20にてその開口部を塞ぐことによって発電要素60を密封をしている。具体的に,外装部50は,電池ケース10と封口蓋20とがレーザ溶接によって一体となっている。
The
封口蓋20には,封口蓋20を貫通し,封口蓋20から外装部50の外側に向けて突出する正極集電端子31および負極集電端子32が取り付けられている。正極集電端子31の封口蓋20への取り付け箇所には,樹脂製の絶縁部材33が介在し,正極集電端子31と封口蓋20とを絶縁している。同様に,負極集電端子32の封口蓋20への取り付け箇所には,樹脂製の絶縁部材34が介在し,負極集電端子32と封口蓋20とを絶縁している。また,封口蓋20には,矩形板状の安全弁23も溶接されている。安全弁23は,封口蓋20を貫通する注液孔を封止しており,その注液孔から電解液が注入される。
A positive
発電要素60は,帯状の正極板61と,同じく帯状の負極板62とを,ポリエチレンからなるセパレータを挟んで捲回し,扁平状にしたものである。正極板61は,アルミ箔の両面に不図示の正極活物質層を担持している。この正極活物質層には,例えば,正極活物質のニッケル酸リチウム(LiNiO2 ),導電剤のアセチレンブラック,および結着剤のポリテトラフルオロエチレン(PTFE),カルボキシルメチルセルロース(CMC)が含まれる。また,負極板62は,銅箔の両面に不図示の負極活物質層を担持している。この負極活物質層には,例えば,グラファイトおよび結着剤が含まれる。また,不図示の電解液は,エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを,体積比でEC:EMC=3:7に調整した混合有機溶媒に,溶質として6フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )を添加し,リチウムイオンを1mol/lの濃度とした有機電解液である。なお,正極板61,正極活物質層,負極板62,負極活物質層,電解液に利用される物質は一例であり,一般的にリチウムイオン電池に利用されるものを適宜選択すればよい。
The
正極板61は,クランク状に屈曲した板状の正極集電端子31と接合され,負極板62は,同じくクランク状に屈曲した板状の負極集電端子32と接合されている。具体的に,正極集電端子31は,発電要素60の幅方向の一方の端部に露出する正極板61と接合している。一方,負極集電端子32は,発電要素60の幅方向の他方の端部に露出する負極板62と接合している。なお,本形態では,発電要素60中の幅方向の中心位置を「中心位置60P」とする。
The
[リチウムイオン組電池の構成]
続いて,図1に示したリチウムイオン単電池100を複数個組み合わせてなるリチウムイオン組電池200を,図2を参照しつつ説明する。図2は,リチウムイオン組電池200を高さ方向(図1中のY方向)から見た図である。
[Configuration of lithium-ion battery pack]
Next, a lithium ion assembled
リチウムイオン組電池200は,複数のリチウムイオン単電池100と,リチウムイオン組電池の列置方向(図2中のZ方向)の両端部に位置する一対のエンドプレート71,72と,リチウムイオン単電池100の一方の扁平面と接するスペーサ81,82と,隣り合うリチウムイオン単電池100,100間に挟まれた冷却プレート83とを有している。
The lithium ion assembled
リチウムイオン単電池100は,図2に示すように,扁平面同士を対向させ,列置方向に並んで配置される。ここでは,一方のリチウムイオン単電池100の正極集電端子31と他方のリチウムイオン単電池100の負極集電端子32とが向き合うように配置される。そして,一方のリチウムイオン単電池100の正極集電端子31と他方のリチウムイオン単電池100の負極集電端子32とがバスバー91によって電気的に接続される。これにより,リチウムイオン組電池200を構成する全てのリチウムイオン単電池100が直列に接続される。なお,リチウムイオン単電池100の数は,要求出力等によって適宜決定される。また,電気的に並列に接続されたリチウムイオン単電池100を組み合わせてもよい。
As shown in FIG. 2, the lithium
エンドプレート71,72には,列置方向に延び,各リチウムイオン単電池100の側面に沿って配置された拘束バンド73が取り付けられている。拘束バンド73は,エンドプレート71,72に締め付けられながら固定されることで,エンドプレート71,72に対して拘束力Fを与える。拘束力Fは,エンドプレート71,72が互いに近づく方向に発生する力であり,エンドプレート71,72に挟まれた各リチウムイオン単電池100を列置方向に拘束する力となる。このエンドプレート71,72および拘束バンド73からなる拘束部材により,エンドプレート71,72間に挟まれたリチウムイオン単電池100は,列置方向に荷重される。
A restraining
スペーサ81,82は,それぞれ別体であり,リチウムイオン単電池100の一方の扁平面と密接する。スペーサ81,82には,アルミ等の高熱伝導性を有する金属や,ポリプロピレン等の軽量で硬質な合成樹脂が適用できる。スペーサ81,82は,拘束バンド73による拘束力Fを受け,密接するリチウムイオン単電池100の扁平面を荷重する。スペーサ81,82と密接するリチウムイオン単電池100の電池ケース10は,上述の荷重により,スペーサ81,82との密接箇所が内側に凹まされる。この電池ケース10の凹みは,電池ケース10内の発電要素60を押圧し,電池ケース10内での発電要素60のがたつきを抑制する。
The
また,スペーサ81は,リチウムイオン単電池100の扁平面の幅方向の正極集電端子31側の領域に密接する。一方,スペーサ82は,リチウムイオン単電池100の扁平面の幅方向の負極集電端子32側の領域に密接する。
The
ここで,スペーサ81,82のリチウムイオン単電池100の扁平面内における具体的な位置について説明する。図3は,スペーサ81,82が密接する位置をハッチングによって示している。図3中の2点鎖線枠は,リチウムイオン単電池100の扁平面のうち,列置方向から見て発電要素60の発電エリアと同じ位置になる領域(以下,「発電領域A」とする)を示している。ここでいう発電要素60の発電エリアとは,少なくとも正極板61と負極板62とが重なっているエリアを意味する。さらに発電領域Aは,幅方向の正極集電端子31側の端部に位置する正極側端部領域A1と,幅方向の負極集電端子32側の端部に位置する負極側端部領域A2と,正極側端部領域A1と負極側端部領域A2との間に位置し,中心位置60Pが含まれる中心領域A3とに区画される。
Here, specific positions of the
スペーサ81の幅は,正極側端部領域A1の幅W1と略均等であり,スペーサ81は,正極側端部領域A1と重なる位置に配置される。一方,スペーサ82の幅は,負極側端部領域A2の幅W2と略均等であり,スペーサ82は,負極側端部領域A2と重なる位置に配置される。また,幅方向だけではなく,高さ方向も揃えられる。この構成により,リチウムイオン組電池200では,拘束バンド73を組み付けた際,スペーサ81,82によって,リチウムイオン単電池100の扁平面の一部分,具体的には正極側端部領域A1および負極側端部領域A2のみを荷重する。そのため,リチウムイオン単電池100の扁平面のうち,正極側端部領域A1および負極側端部領域A2については面圧が上昇する。
The width of the
冷却プレート83は,平板状の部材であり,隣り合うリチウムイオン単電池100,100間に挿入される。具体的には,一方の面を,一方のリチウムイオン単電池100の扁平面と接し,他方の面を他方のリチウムイオン単電池100の扁平面を荷重するスペーサ81およびスペーサ82と接する。
The cooling
冷却プレート83は,図4に示すように,発電領域Aと略均等の幅および高さであり,列置方向から見て発電領域Aと重なる位置に配置される。すなわち,冷却プレート83の扁平面の面積は,発電領域Aの面積と略同等である。そして,スペーサ81,82と接する面と反対側の面は,スペーサ81,82に荷重されるリチウムイオン単電池100と対向する他のリチウムイオン単電池100の扁平面と接する。他のリチウムイオン単電池100にとっては,スペーサ81,82との間に冷却プレート83が介在するため,スペーサ81,82による荷重が幅方向ないし高さ方向に分散される。すなわち,冷却プレート83と接する他のリチウムイオン単電池100は,冷却プレート83によって幅方向に略均等に荷重される。
As shown in FIG. 4, the cooling
冷却プレート83には,アルミ等の高熱伝導性を有する金属を適用できる。冷却プレート83と接するリチウムイオン単電池100の発電要素60から発生した熱は,冷却プレート83に伝わり,電池ケース10外に放出される。
A metal having high thermal conductivity such as aluminum can be applied to the
また,隣り合うリチウムイオン単電池100,100の間には,スペーサ81,冷却プレート83,スペーサ82,および他方のリチウムイオン単電池100の扁平面によって囲まれた空隙85が形成される。この空隙85に冷媒流(例えば,空気流や水流)を導入することで冷却効果が高まる。
Further, a gap 85 surrounded by the
[リチウムイオン組電池の製造方法]
続いて,上述したリチウムイオン組電池200の製造方法について,スペーサ81,82を取り付ける手順に着目して説明する。図5は,リチウムイオン組電池200の製造手順を示すフローチャートである。
[Method for producing lithium-ion battery pack]
Next, a method for manufacturing the above-described lithium ion assembled
リチウムイオン組電池200の製造手順では,先ず,リチウムイオン単電池100を製造する(S01)。製造後のリチウムイオン単電池100に対しては,電池性能の各種の検査を行い,不良品は取り除かれる。
In the manufacturing procedure of the lithium ion assembled
リチウムイオン単電池100単体で良品となったものについては,そのリチウムイオン単電池100の扁平面にかかる面圧を測定する(S02)。S02では,扁平面の幅方向全域の面圧を測定する。面圧測定は,一般的な面圧センサを使用すればよい。また,S02の測定において扁平面の幅方向に面圧のばらつきが許容範囲を超えた場合には,不良品として取り除かれる。なお,S02の測定は,製造後のリチウムイオン単電池100に対する各種の検査を行う前に行ってもよい。
For the lithium
次に,ハイレートでの充放電試験を行う(S03)。そして,充放電試験後に再度リチウムイオン単電池100の扁平面にかかる面圧を測定する(S04)。S04では,S02と同じ箇所を同じ方法で測定する。そして,S02の測定結果とS04の測定結果とを比較し,扁平面の幅方向中,面圧が低下した範囲を特定する(S05)。
Next, a charge / discharge test at a high rate is performed (S03). Then, the surface pressure applied to the flat surface of the
リチウムイオン単電池100は,ハイレートでの充電および放電を繰り返すと,発電要素60の端部で面圧の変化量が大きくなる傾向にある。例えば,図6は,36C(レート)での放電を5秒間行った後の,面圧の変化率を示している。図6中,縦軸はS02とS04との間での面圧変化率を意味し,横軸は電池ケース10の発電領域Aの幅方向上の位置(正極集電端子側の端部を0とし,負極集電端子側の端部を100とする。)を意味する。
When the lithium
図6に示すように,本形態のリチウムイオン電池100では,S03でのハイレート試験後,発電領域Aの幅方向のうち,中央部分(図6中の横軸で21〜82の部分)では面圧が上昇し,端部側の領域(図6中の横軸で0〜20の部分および83〜100の部分)では面圧が低下することがわかる。このように,ハイレート試験の前後の面圧を測定することで,面圧が低下した範囲を特定できる。
As shown in FIG. 6, in the
本形態では,面圧が低下した範囲,すなわち面圧変化率が100%以下となった範囲のうち,中心位置60Pよりも正極集電端子31側の範囲(図6中の横軸で0〜20の部分に相当)を「拘束範囲R1」とし,負極集電端子32側の範囲(図6中の横軸で83〜100の部分に相当)を「拘束範囲R2」とする。拘束範囲R1は,図3の正極側端部領域A1の幅と等価である。また,拘束範囲R2は,図3の負極側端部領域A2の幅と等価である。
In the present embodiment, in the range where the surface pressure is reduced, that is, the range where the surface pressure change rate is 100% or less, the range on the positive electrode current collecting
次に,拘束範囲R1と同じ幅のスペーサ81と,拘束範囲R2と同じ幅のスペーサ82とを用意し,拘束範囲R1の位置にスペーサ81を配置し,拘束範囲R2の位置にスペーサ82を配置する(S06)。そして,リチウムイオン単電池100,100間に冷却プレート83を挟み,拘束バンド73をエンドプレート71,72に締め付け,各リチウムイオン単電池100にバスバー91,92を組み付けてリチウムイオン組電池200を完成させる(S07)。S07の後,製造後のリチウムイオン組電池200に対しては,電池性能の各種の試験を行い,不良品は取り除かれ,良品は出荷される。
Next, a
[スペーサの応用例]
[第1の応用例]
続いて,スペーサ81,82の応用例について説明する。第1の応用例のスペーサは,複数ブロックによって構成される。この点,1ブロック,すなわち単体で構成される実施の形態のスペーサ81,82とは異なる。
[Application example of spacer]
[First application example]
Next, application examples of the
図7は,第1の応用例のスペーサ86の構成を示している。スペーサ86は,平板状のプレート861を複数枚列置方向に列置したものである。各プレート861の幅方向および高さ方向の大きさは同じである。各プレート861の列置方向の高さは,同じであっても異なっていてもよい。
FIG. 7 shows the configuration of the
第1の応用例のスペーサ86によれば,プレート861の枚数を調整する,すなわちスペーサ86の列置方向の高さを調整可能にすることにより,リチウムイオン単電池100の扁平面にかかる荷重を調整できる。例えば,プレート861の枚数を減らし,スペーサ86の列置方向の高さを低くすれば,スペーサ86が与える荷重が弱くなる。一方,プレート861の枚数を増やし,スペーサ86の列置方向の高さを高くすれば,スペーサ86が与える荷重が強くなる。
According to the
スペーサ86の高さの決定は,面圧の変化率の大きさによって決定する。例えば,変化率が大きければ,スペーサ86の高さを高くして,低下した箇所の面圧を高くする。一方,変化率が小さければ,スペーサ86の高さを低くして,面圧を微調整する。
The height of the
[第2の応用例]
第2の応用例のスペーサは,第1の応用例と同様に,複数ブロックによって構成される。ただし,第2の応用例では,幅方向に複数のブロックを並置する。この点,列置方向に複数枚のプレートを重ねる第1の応用例のスペーサ86とは異なる。
[Second application example]
As in the first application example, the spacer of the second application example is composed of a plurality of blocks. However, in the second application example, a plurality of blocks are juxtaposed in the width direction. This is different from the
図8は,第2の応用例のスペーサ87の構成を示している。スペーサ87は,直方体のブロック871を複数個幅方向に並置してなる。各ブロック871の列置方向および高さ方向の大きさは同じである。各ブロック871の幅方向の大きさは,同じであっても異なっていてもよい。
FIG. 8 shows the configuration of the
第2の応用例のスペーサ87によれば,ブロック871の個数を調整する,すなわちスペーサ87の幅方向の大きさを調整可能にすることで,リチウムイオン単電池100の面圧が低下する領域の幅にばらつきがあったとしても,そのばらつきに対応できる。例えば,拘束範囲R2が広ければ,ブロック871の個数を増やすことで,スペーサ87の幅を大きくできる。一方,拘束範囲R2が狭ければ,ブロック871の個数を減らすことで,スペーサ87の幅を小さくできる。
According to the
なお,第2の応用例では,複数のブロック871を幅方向に列置しているが,高さ方向に列置してもよい。また,幅方向と高さ方向との両方に複数のブロック871を列置してもよい。また,第1の応用例と第2の応用例とを組み合わせ,列置方向,幅方向,および高さ方向の3方に,複数のブロックないしプレートを列置してもよい。
In the second application example, the plurality of
以上詳細に説明したように本発明のリチウムイオン組電池200では,リチウムイオン単電池100の扁平面に接するスペーサ81,82が,発電領域Aの端部を含む領域であって中央部を含まない領域A1,A2を荷重する。これにより,扁平面を荷重する領域A1,A2と荷重しない領域A3とが設けられ,荷重された領域A1,A2,すなわちハイレートでの充放電によって面圧が低下している領域の面圧を上げることができる。さらに,スペーサ81とスペーサ82とは別体であることから,スペーサ81,82個々に位置調整が可能であり,リチウムイオン単電池100個々にスペーサ81,82を適切に配置できる。そのため,リチウムイオン単電池100個々に寸法誤差や組付誤差があったとしてもスペーサの位置を微調整できる。その結果,リチウムイオン単電池100の扁平面内の面圧が均一に近づき,電池性能の劣化を確実に抑制することが期待できる。
As described above in detail, in the lithium ion assembled
また,本発明のリチウムイオン組電池200の製造方法では,ハイレートでの充放電試験を行う前後の面圧を取得し,試験前後での面圧の変化率から,リチウムイオン単電池100個々の,扁平面内の面圧が低下する場所を特定している。そして,その面圧が低下する場所(実施の形態では拘束範囲R1と拘束範囲R2)にスペーサ81,82をそれぞれ配置している。この構成によれば,面圧の低下場所を確認してスペーサ81,82を配置するため,その場所を適切に荷重できる。特に,リチウムイオン単電池100について寸法誤差や組付誤差があったとしても,個々のリチウムイオン単電池100について面圧の低下場所を特定していることから,リチウムイオン単電池100個々に適切に荷重できる。そのため,電池ケース10の扁平面内の面圧が均一に近づき,面圧が均一になることで発電要素60の部分的な膨張ないし収縮が抑制される。その結果として,電池性能の劣化を確実に抑制することが期待できる。
Moreover, in the manufacturing method of the lithium ion assembled
なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。例えば,リチウムイオン電池は,車載用に限らず,家電製品やパソコンに利用されるものであってもよい。また,電池はリチウムイオン電池に限るものではない。すなわち,ニッケル水素電池やニッカド電池等の二次電池でも本発明を適用できる。 Note that this embodiment is merely an example, and does not limit the present invention. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof. For example, the lithium ion battery is not limited to being mounted on a vehicle, but may be used for home appliances and personal computers. The battery is not limited to a lithium ion battery. That is, the present invention can be applied to a secondary battery such as a nickel metal hydride battery or a nickel cadmium battery.
また,スペーサ81は,少なくとも発電領域Aの正極集電端子31側の端部が含まれる領域と接していればよく,その幅は正極側端部領域A1の幅W1と厳密に一致していなくてもよい。スペーサ82も,少なくとも発電領域Aの負極集電端子32側の端部が含まれる領域と接していればよく,その幅は正極側端部領域A2の幅W2と厳密に一致していなくてもよい。例えば,スペーサ81,82は,発電領域A外の領域も荷重してよい。
The
また,冷却プレート83は,スペーサ81,82と接することができる幅および高さであればよく,その幅および高さは発電領域Aの幅および高さよりも長くてもよい。すなわち,冷却プレート83の扁平面の面積は,発電領域Aの面積以上となる。
The cooling
また,冷却プレート83は,リチウムイオン単電池100のスペーサ81,82によって荷重されている扁平面側に,その扁平面と対向する他のリチウムイオン単電池100がなければ,配置しなくてよい(例えば,図2に示した組電池200のエンドプレート72側部分を参照)。また,例えば,リチウムイオン単電池100を2つのみ列置する場合,両リチウムイオン単電池とも外側となる扁平面にスペーサ81,82を配置すれば,冷却プレート83は不要である。
Further, the cooling
また,実施の形態では,S03のハイレート試験で36C5秒間の充放電を行っているが,これに限るものではない。ハイレート試験としては,大電流の充放電を実施できるものであればよく,例えば本形態のリチウムイオン単電池100では,20C以上のレートで充電あるいは放電を行えばよい。
In the embodiment, charging and discharging are performed for 36C5 seconds in the high-rate test of S03, but the present invention is not limited to this. The high-rate test is not particularly limited as long as it can charge and discharge a large current. For example, in the lithium
10 電池ケース(角型ケース)
31 正極集電端子
32 負極集電端子
60 発電要素
61 正極板
62 負極板
73 拘束バンド(拘束部材)
81 スペーサ(第1スペーサ)
82 スペーサ(第2スペーサ)
83 冷却プレート(介在部材)
100 リチウムイオン単電池(二次電池)
200 リチウムイオン組電池(組電池)
A 発電領域
A1 正極側端部領域(第1領域)
A2 負極側端部領域(第2領域)
10 Battery case (square case)
31 Positive
81 Spacer (first spacer)
82 Spacer (second spacer)
83 Cooling plate (intervening member)
100 Lithium ion cell (secondary battery)
200 Lithium ion battery pack (battery pack)
A Power generation region A1 Positive electrode side end region (first region)
A2 Negative electrode side end region (second region)
Claims (8)
前記発電要素を収容する角型ケースと,
前記発電要素の一方の端部と接合する正極集電端子と,
前記発電要素の他方の端部と接合する負極集電端子と,
を有する二次電池を複数有し,
隣り合う前記二次電池を,前記角型ケースの扁平面同士を対向させて列置する組電池において,
列置された複数の前記二次電池を纏めて拘束し,各二次電池を前記二次電池の列置方向に荷重する拘束部材と,
前記二次電池の前記角型ケースの一方の扁平面である第1面と接し,前記第1面内の領域のうち,前記列置方向から見て,前記発電要素と重なる領域である発電領域内であり,前記発電領域の前記正極集電端子側の端部を含み,前記発電領域の中央部を含まない領域である第1領域を荷重する第1スペーサと,
前記第1面と接し,前記第1面内の領域のうち,前記列置方向から見て,前記発電領域内であり,前記発電領域の前記負極集電端子側の端部を含み,前記発電領域の中央部を含まない領域である第2領域を荷重する第2スペーサと,
を備え,
前記第1スペーサおよび前記第2スペーサは,前記二次電池について行われた充放電試験にて面圧が低下した範囲を荷重し,前記試験にて面圧が低下しなかった範囲を荷重しないことを特徴とする組電池。 Power generation elements;
A square case for housing the power generation element;
A positive current collector terminal joined to one end of the power generating element;
A negative current collector terminal joined to the other end of the power generation element;
A plurality of secondary batteries having
In the assembled battery in which the adjacent secondary batteries are arranged in a row with the flat surfaces of the square cases facing each other,
A constraining member that collectively restrains the plurality of secondary batteries arranged in a row, and loads each secondary battery in the direction in which the secondary batteries are arranged;
A power generation region that is in contact with a first surface that is one flat surface of the rectangular case of the secondary battery and that overlaps the power generation element when viewed from the row direction in the region in the first surface. A first spacer for loading a first region that includes an end of the power generation region on the side of the positive current collector terminal and does not include a central portion of the power generation region;
The power generation region is in contact with the first surface and is within the power generation region of the region within the first surface when viewed from the row direction, and includes an end of the power generation region on the negative current collector terminal side, A second spacer for loading the second region, which is a region not including the central portion of the region;
Equipped with a,
The first spacer and the second spacer are loaded in a range where the surface pressure is reduced in the charge / discharge test performed on the secondary battery, and are not loaded in the range where the surface pressure is not reduced in the test. A battery pack characterized by.
隣り合う前記二次電池の間に位置し,一方の面が一方の二次電池の扁平面を荷重する前記第1スペーサおよび前記第2スペーサと接し,他方の面が他方の二次電池の扁平面と接する介在部材を備えることを特徴とする組電池。 The assembled battery according to claim 1,
Located between adjacent secondary batteries, one surface is in contact with the first spacer and the second spacer that load the flat surface of one secondary battery, and the other surface is the flat surface of the other secondary battery. An assembled battery comprising an interposition member in contact with the surface.
前記第1スペーサおよび前記第2スペーサは,平板状のプレート部材が前記列置方向に複数枚重なってなることを特徴とする組電池。 In the assembled battery according to claim 1 or 2,
The assembled battery, wherein the first spacer and the second spacer are formed by overlapping a plurality of flat plate members in the row direction.
前記第1スペーサおよび前記第2スペーサは,直方体のブロック部材が前記列置方向に直交する方向に複数個重なってなることを特徴とする組電池。 In the assembled battery according to any one of claims 1 to 3,
A plurality of the first spacers and the second spacers are formed by stacking a plurality of rectangular parallelepiped block members in a direction orthogonal to the arrangement direction.
前記発電要素を収容する角型ケースと,
前記発電要素の一方の端部と接合する正極集電端子と,
前記発電要素の他方の端部と接合する負極集電端子と,
を有する二次電池を複数有し,
隣り合う前記二次電池を,前記角型ケースの扁平面同士を対向させて列置する組電池の製造方法において,
前記組電池を構成する各二次電池について充放電試験を行い,前記充放電試験前の面圧と前記充放電試験後の面圧とを取得する取得ステップと,
前記取得ステップにて取得した面圧に基づいて,各二次電池について,前記角型ケースの扁平面内で面圧が低下する場所を特定する特定ステップと,
前記特定ステップの後,前記二次電池の一方の扁平面に,前記特定ステップにて特定した場所を荷重するスペーサを配置し,前記特定ステップにて特定されなかった場所にはスペーサを配置しない配置ステップと,
を含むことを特徴とする組電池の製造方法。 Power generation elements;
A square case for housing the power generation element;
A positive current collector terminal joined to one end of the power generating element;
A negative current collector terminal joined to the other end of the power generation element;
A plurality of secondary batteries having
In the manufacturing method of an assembled battery in which the secondary batteries adjacent to each other are arranged with the flat surfaces of the square cases facing each other,
An acquisition step of performing a charge / discharge test on each secondary battery constituting the assembled battery and acquiring a surface pressure before the charge / discharge test and a surface pressure after the charge / discharge test;
Based on the surface pressure acquired in the acquisition step, for each secondary battery, a specifying step for specifying a place where the surface pressure decreases in the flat surface of the square case;
After the specifying step, on one flat surface of the secondary battery, a spacer that loads the place specified in the specifying step is arranged, and a spacer is not arranged in a place that is not specified in the specifying step. Steps,
A method for producing an assembled battery, comprising:
前記配置ステップでは,隣り合う前記二次電池の間に,一方の面が一方の二次電池の扁
平面を荷重する前記スペーサと接し,他方の面が他方の二次電池の扁平面と接する介在部材を配置することを特徴とする組電池の製造方法。 In the manufacturing method of the assembled battery according to claim 5,
In the arrangement step, between the adjacent secondary batteries, one surface is in contact with the spacer that loads the flat surface of one secondary battery, and the other surface is in contact with the flat surface of the other secondary battery. A method for producing an assembled battery, comprising arranging members.
前記配置ステップでは,前記面圧取得ステップにて取得した試験前の面圧と試験後の面圧との変化量に基づいて,前記スペーサの,前記二次電池の列置方向の厚さを調整することを特徴とする組電池の製造方法。 In the manufacturing method of the assembled battery according to claim 5 or 6,
In the arranging step, the thickness of the spacers in the arrangement direction of the secondary batteries is adjusted based on the amount of change between the pre-test surface pressure and the post-test surface pressure acquired in the surface pressure acquisition step. A method for producing an assembled battery, comprising:
前記配置ステップでは,前記特定ステップにて特定した場所の範囲に基づいて,前記スペーサの,前記二次電池の列置方向と直交する方向の大きさを調整することを特徴とする組電池の製造方法。 In the manufacturing method of the assembled battery as described in any one of Claims 5-7,
In the arranging step, the size of the spacer in the direction orthogonal to the arrangement direction of the secondary batteries is adjusted based on the range of the location specified in the specifying step. Method.
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