JP6537133B2 - 接続部材、電気化学セルモジュール、電気化学セルの直列接続方法、及び、電気化学セルモジュールの製造方法 - Google Patents
接続部材、電気化学セルモジュール、電気化学セルの直列接続方法、及び、電気化学セルモジュールの製造方法 Download PDFInfo
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Description
このようなコイン型の電気化学セルを携帯用電子機器等の各種電気製品の電源として使用する場合、各電気化学セルを多数個接続して用いる場合が多い。即ち、各セルを、直列接続すれば高電圧を、並列接続すれば高電流を負荷に供給することができる。
(1)セルを多数積み重ね、上下からバネで押さえ、電気的な接続と、固定を兼ねる方法。
(2)樹脂製のコイン電池ホルダーを用い、プリント基板平面に1つ1つ並べ、多数の電池ホルダーとプリント基板をハンダ付けし、電気的な接続と、固定を兼ねる方法。
(3)セルに端子を溶接、プリント基板の平面上に1つ1つ並べ、多数の端子とプリント基板をハンダ付けし電気的な接続と、固定を兼ねる方法。
(4)特許文献1のように2個のセルを積み重ねることで並列接続するとき、正極缶と負極缶のそれぞれに端子を溶接して、同じ極性の缶同士を対向させ、同じ極性の端子同士を溶接し、2個のセルを並列接続する方法。
(5)2個のセルを積み重ねて直列接続する方法として、図11のように接続する方法が考えられる。この方法では、重ねた2つのセル間にはレーザが届かず、溶接が出来ないので、一方のセルの正極缶に補助板401を溶接し、他方のセルの負極缶に補助板402を溶接し、補助板401と補助板402を溶接する方法。
(2)の方法では、直列接続や並列接続を自由にでき、確実に固定できる。しかしコイン電池ホルダー1つに1つのセルしか入れることができないという問題がある。また、樹脂製のコイン電池ホルダーを使用することで高価となると共に、実装スペースが大きくなるという問題もある。
(3)の方法では、直列接続や並列接続を自由にでき、また、確実に固定することができるが、実装面積が大きくなるという問題がある。
特許文献1に記載された(4)の方法では、各セルを確実に固定でき、実装面積を小さくすることができるが、2並列のため(耐)電圧が小さい、2個のセル接続で端子4枚分の厚み増加、溶接箇所が多いという問題がある。
また、(5)の方法では、小さな実装面積で各セルを確実に固定することができるが、直列に重ねたセル間に2枚の補助板401、402が必要になるため厚みが厚くなるという問題がある。また、5カ所の溶接が必要になる。
(2)請求項2に記載の発明では、n個(n≧2)の電気化学セルが、請求項1に記載されたn−1個の接続部材により直列接続された電気化学セルモジュールであって、各接続部材は、前記平板部が、1の電気化学セルの負極缶底面部と他の電気化学セルの正極缶底面部との間に接触配置されると共に、当該平板部と前記1の電気化学セルの負極缶底面部とが溶接され、前記屈曲部は、前記他の電気化学セルの前記正極缶周面部と溶接されている、ことを特徴とする電気化学セルモジュールを提供する。
(3)請求項3に記載の発明では、1の電気化学セル又は請求項2に記載の電気化学セルモジュールを1つの単位ユニットとし、これらを複数並列に接続した電気化学セルモジュールであって、2つの単位ユニットの負極缶同士が対向配置される箇所では、当該両負極缶の間に2枚の負極接続部材の一端側が単位セルの外周面よりも外側に出た状態で配設され、両負極接続部材はそれぞれ接触する側の負極缶に溶接されると共に、両負極接続部材同士が前記単位セルの外周面よりも外側で溶接され、2つの単位ユニットの正極缶底面部同士が対向配置される箇所では、両正極缶底面部同士が直接接触した状態で、当該正極缶底面部と連続する両正極缶周面部のうち、一方の正極缶周面部と正極接続部材の一端側とが溶接され、他方の正極缶周面部と前記正極接続部材の他端側とが溶接されている、ことを特徴とする電気化学セルモジュールを提供する。
(4)請求項4に記載の発明では、負極缶底面部と負極缶周面部とを有する負極缶と、前記負極缶よりも大径の正極缶底面部と正極缶周面部を有する正極缶を備えた第1および第2のコイン型の電気化学セルと、請求項1に記載の接続部材とを備え、前記第1の電気化学セルの負極缶底面部と前記接続部材の前記平板部とを溶接し、次いで、前記第2の電気化学セルの正極缶周面部と前記接続部材の前記屈曲部とを溶接することを特徴とする電気化学セルの直列接続方法を提供する。
(5)請求項5に記載の発明では、負極缶底面部と負極缶周面部とを有する負極缶と、前記負極缶よりも大径の正極缶底面部と正極缶周面部を有する正極缶を備えたコイン型の電気化学セルを、請求項1に記載の接続部材で直列接続する電気化学セルモジュールの製造方法であって、前記接続部材の平板部における、前記屈曲部が屈曲する側と反対側の面を、1の電気化学セルの負極缶に当接し、当該平板部と前記負極缶とを溶接する第1ステップと、前記第1ステップで溶接した前記接続部材の平板部の上に、他の電気化学セルの正極缶底面部と前記平板部とが当接し、当該正極缶底面部に連続する正極缶周面部と前記接続部材の屈曲部とが当接するように載置する第2ステップと、前記第2ステップで当接した正極缶周面部と前記屈曲部とを溶接する第3ステップと、を具備したことを特徴とする電気化学セルモジュールの製造方法を提供する。
(1)実施形態の概要
本実施形態では、負極缶底面部と負極缶周面部とを有する負極缶と、負極缶底面部よりも径が大きい底面部(正極缶底面部)と、負極缶を外側から覆う周面(正極缶周面部)を有する正極缶を備えたコイン型電気化学セルを積層(積み重ね)することで、各セル相互を直列接続、並列接続、及び、直並列接続したモジュールを形成する。
2つの電気化学セル1、2を直列接続する場合、平板部10aと屈曲部10bを備えた接続部材10を使用する。接続部材10の屈曲部10bを負極缶方向にし、平板部10aを一方のセル1の負極缶底面部に当接させて平板部10a側からスポット溶接(1)を行う。その後、平板部10a上と他方のセル2の正極缶底面部が当接するように積層させる。この際、他方の電気化学セル2の正極缶周面部と、接続部材10の屈曲部10bと当接させ、当該当接部において側方からスポット溶接(2)を行う。
並列接続する場合で、直列ユニットの負極缶同士が対向する場合には、2枚の負極接続部材の一端側をそれぞれ負極缶底面部にスポット溶接し、その後、2枚の負極接続部材同士を重ねてセルの外側の位置でスポット溶接する。
一方、並列接続をする場合で、直列ユニットの正極缶同士が対向する場合には、両方の正極缶周面部と正極接続部材とをスポット溶接する。
図1は、電気化学セル100の側面図と、接続部材10の斜視図を表したものである。
図1(a)に示すように、電気化学セル100は、正極缶110、負極缶120、ガスケット130を備えている。電気化学セル100は、例えば、コイン型電池(アルカリ一次電池、リチウム一次電池、リチウム二次電池等)、電気二重層キャパシタとして利用される。
電気二重層キャパシタは、要求規格に応じた各種サイズに形成される。本実施形態の電気化学セルのサイズについては特に規格はないが、例えば、IEC 60086−3に規定されているコイン型一次電池のサイズが参考にされることもある。
例えば、1つのセルが3V、10mAを負荷に供給できるリチウム一次電池の場合、2個直列に接続した組からなるモジュールとすると、6V、5mAを負荷に供給できるようになる。同様に、2直列2並列としたモジュールとすると6V、10mA、2直列4並列としたモジュールとすると6V、20mAを負荷に供給できるようになる。
ガスケット130は、樹脂により円環状(ドーナツ形状)に形成され、その肉厚部分には負極缶120の開口径と同径の円環凹部(溝)が形成されている。
そして、図1(a)に示されるように、電気化学セル100の外面には、正極缶110の底面部111と周面部112(以下、正極缶周面部112という)、及び、負極缶120の底面部121が露出している。
接続部材10は、平板部10aと、この平板部10aに連続して形成された屈曲部10bとから構成されている。
接続部材10のサイズは直列接続する電気化学セル100のサイズに応じて形成され、正極缶110の底面部111の半径をx1、高さをy1、負極缶120の底面部121の半径をx2、電気化学セル100全体の厚さをy2とした場合に、平板部10aの幅をM、長さをL、屈曲部10bの高さをHとした場合、以下の条件(1)〜(3)を満たすように形成される。
x1−x2<L<2×x1 …(2)
H≦y2…(3)
接続部材10の屈曲部10bは、その幅方向に亘って、正極缶110の周面部112の半径x1と同一の半径x1で湾曲している。この湾曲により、屈曲部10bの内側面(平板部10aの内側面と連続している面)と正極缶110の周面部112とを面接触させることができるので、屈曲部10bの外側面から確実にスポット溶接を行うことができる。
これら両接続部材については、後述する。
接続部材10の材質は、正極缶110、負極缶121と溶接性が良いものが好ましい。例えば、正極缶110、負極缶121にステンレスを用いる場合は、接続部材10もステンレスを用いる。
また電気化学セルの材質として非磁性が求められる場合は、正極缶110、負極缶121、接続部材10にそれぞれ非磁性ステンレスを用いることが好ましい。
ここで、電気化学セル100を1つのセルとし、各セルと各接続部材とを溶接により接続する規則について説明する。
接続部材は平板部を備え、当該平板部を負極缶の底面部に当接させることで、セルを重ねることで積層した方向(以下積層方向という)に対して直交する平面上に、平板部が配設される。
(ハ)各セルの正極缶は、その周面(以下、正極缶周面部という)に接続部材、又は正極接続部材が溶接される。
負極接続部材は、平板部だけで構成された負極接続部材と、一方の端部が屈曲することで平板部と屈曲部とが形成された負極接続部材の何れかが使用される。2枚の負極接続部材は、平板部同士、屈曲部同士が溶接される。
負極接続部材は、平板部の一端側を負極缶に溶接した状態で、他端(屈曲部)側がセルの外周面(正極缶周面部)よりも外側に位置する長さに形成される。
負極接続部材は、端部(屈曲部側)がセルの外周面よりも外側に出た状態で負極缶の底面部と当接させて溶接する。そして、各負極缶に溶接した両負極接続部材の平板部同士を当接させ、セルの外周面より外側に出た平板部を溶接する。
この場合、2つの負極缶に溶接される両負極接続部材のうち、少なくとも一方は屈曲部が形成された負極接続部材が使用される。負極接続部材の屈曲部は、他の並列接続したユニットに使用された負極接続部材の屈曲部と当接されて溶接される。但し、屈曲部を有する負極接続部材が負極端子として使用される場合は除かれる。
正極接続部材は、積層したセルの数に応じた長さを有し、各セルに対して積層方向に配設される。
正極接続部材は、2つのセルを直列に接続する場合を除き、その両端側(最下層と最上層)のセルの正極缶周面部と当接する当接部が形成され、また、両端の当接部の間は、正極缶底面部同士が対向配置された2つのセルの両正極缶周面部と当接して溶接される中間当接部が形成され、当該中間当接部以外の部分は、他のセルの正極缶周面部との接触を避けるために外側(セルの中心から正極缶周面部に向かう方向)に屈曲して形成されている。
負極接続部材は並列接続を含む場合には常に複数個の使用が必須であるのに対し、正極接続部材は原則1部材で構成することが可能である。但し、正極接続部材20も複数の部材を使用し形成過程において溶接により接続することも可能である。
図2は電気化学セル100を直列接続した電気化学セルモジュールの斜視図と平面図である。なお、以下の説明では各電気化学セル100を、セル1、2、3…として説明する。
図2及び後述の図5、7において、各セルと接続部材との溶接点40を黒丸で表す。但し、各溶接点の符合40については適宜省略する。図2、5、7では溶接点40を2カ所ずつ記載しているが、1カ所でもよく、より多くの点、面積により溶接することも可能である。
図2(a)、(c)は、それぞれ2つ、3つのセルを直列に接続した2セル直列ユニットと、3セル直列ユニットの外観を側面から表したものであり、(b)は両直列ユニットを上側から表したものである。
図2(a)、(c)に示すように直列ユニットでは、各セル1、2、3、…の順に上に積み上げセルとセルは上記規則(ニ)に従って、接続部材10、11、…を介して直列に溶接される。
また最上層に配置したセル2(又は、セル3)の負極缶には、規則(ロ)に従って、負極端子となる負極接続部材30の平板部が溶接される。
電気化学セルモジュール全体に並列接続が存在せず、全てが直列接続(全直列接続)される場合には、負極接続部材30は1つだけ使用される。
全直列接続で使用される負極接続部材30は、規則(ロ)に従って負極缶と溶接される平板部に加え、平板部から略直角方向に屈曲した第1屈曲部が形成され、第1屈曲部の開放側端部は、最下層のセル1の正極缶底面部と同一面上で、更に外側に屈曲した第2屈曲部が形成されている。この第2屈曲部が負極端子として機能している。
なお、接続部材10、11、正極接続部材20、負極接続部材30は、仮想の正方形のいずれかの4隅、即ち、セルの中心を通り直交する2本の線上の何れかの位置に配置することができる。
なお、図3を含め形成手順を説明する図では、手順を分かり易くするために、セルや接続部材のサイズはデフォルメして表示している。
形成手順を示した各図において表示した矢印は溶接箇所と溶接の向きを表し、各矢印に付したカッコ付き数字は溶接の順番を表している。
最初に最下層のセル1の
負極缶の上に接続部材10を載せ、スポット溶接(1)を行う。即ち、上記規則(ニ)に従って、セル1の負極缶の底面部と、接続部材10の平板部10aとを当接させ、この当接部の接続部材10側からスポット溶接(1)を行う。なお、溶接箇所については1カ所に限らず、複数箇所溶接することで確実に固定するようにしてもよい(以下同じ)。
次に接続部材10の平板部10aの上に、2層目のセル2を載せる。この際、セル2の正極缶の周面部が屈曲部10bの内側面と当接するように配設する。
そして、屈曲部10bの外側面からスポット溶接(2)を行う。
以上により、1層目のセル1と2層目のセル2との直列接続が完了する。
即ち、2層目のセル2の負極缶の上に接続部材11を載せ、スポット溶接(3)を行う。即ち、セル2の負極缶の底面部と、接続部材11の平板部11aの外側面とを当接させ、この当接部の接続部材11側からスポット溶接(3)を行う。
次に接続部材11の平板部11aの上に、3層目のセル3の正極缶周面部が屈曲部11bの内側面と当接するように配設し、屈曲部11bの外側面からスポット溶接(4)を行う。
以上により、2層目のセル2と3層目のセル3との直列接続が完了する。
具体的には、まず、最下層のセル1の正極缶の周面部に正極接続部材20を当接させ、正極接続部材20の外側から正極缶の周面部に向けてスポット溶接(5)を行う。そして、平板部の一端側に第1屈曲部が形成された負極接続部材30を使用し、平板部を最上層のセル3の負極缶上に当接させる。この際、第1屈曲部が各セル1、2、3の正極缶と接触しない所定距離だけ離した状態に配設する。そして、平板部の外側(図面上側)からセル3の負極缶に向けてスポット溶接(6)を行う。なお、この際に使用する負極接続部材30は、第1屈曲部に加え、更に平板部と平行で平板部と反対側に屈曲した負極端子として機能する第2屈曲部を備えた負極接続部材30を使用する。
以上により、端子を備えた3直列の電気化学セルユニットが完成する。
なお、溶接の順番については、特に制限はない。上記の例においては、正極接続部材20とのスポット溶接(1)を最初に行う場合について説明したが、当該スポット溶接(1)を、スポット溶接(6)の直前又は直後に行うようにしてもよい。
即ち、最初に、端部が正極端子として機能する正極接続部材20の平板部を、その外側面からセル1の正極缶底面部にスポット溶接(1)する。この場合の正極接続部材20の形状は、図3(a)の負極接続部材30と同一形状である。
次に、図3(a)の場合と同様にして、セル1の負極缶の底面部と、接続部材10の平板部10aとのスポット溶接(2)、セル2の正極缶の周面部と、接続部材10の屈曲部10bとのスポット溶接(3)を行い、1層目のセル1と2層目のセル2との直列接続を行う。同様に、セル2の負極缶の底面部と、接続部材11の平板部11aとのスポット溶接(4)、セル3の正極缶の周面部と、接続部材11の屈曲部11bとのスポット溶接(5)を行い、2層目のセル2と3層目のセル3との直列接続を行う。
このようにして、端子を備えた3直列の電気化学セルユニットが完成する。
一方、4セル以上の直列ユニットでは、直列接続部材12、13、…を介して順次各セル4、5、…の積層とスポット溶接を繰り返す。
そして、2セルの場合、4セル以上の場合の、図3(a)に対応する負極接続部材30と、図3(b)に対応する正極接続部材20は、いずれも積層したセル数に応じた長さの屈曲部とする。
図4は、4セル並列ユニットの形成手順を表したものである。
最初に、最下層のセル1の正極缶周面部に正極接続部材20を当接させ、スポット溶接(1)を行う。
ここで使用する正極接続部材20は、図4に示されるように、最下層のセル1と最上層のセル4の正極缶周面部と当接するように当接部が形成され、また、両端の当接部の間に底面部同士が対向配置された2つのセル2、3の両正極缶周面部と当接する中間当接部が形成され、当該中間当接部以外の部分は、他のセルの正極缶周面部との接触を避けるために外側(セルの中心から正極缶周面部に向かう方向)に屈曲して形成されている。
なお、ここで使用する負極接続部材30の第1屈曲部の長さはセル1の厚さと同じであり、また、第2屈曲部は負極端子として機能している。
図4に示されるように、互いに当接した負極接続部材30と負極接続部材31の両平板部は、両セル1、2の正極缶周面部より外側に出ているので、当該外側の位置で両平板部のスポット溶接(4)を行う。
また、セル2の正極缶周面部と正極接続部材20とを、その当接部の側面外側からスポット溶接(5)で接続する。
なお、スポット溶接(5)と(6)の順番は逆に行うことも可能である。
図4に示した4セル並列ユニットの場合、更に、最上層(4層目)のセル4の負極缶に、平板部だけを有する負極接続部材33を当接させ、その外側からスポット溶接(9)を行った後、3層目のセル3へのスポット溶接(7)が終了している負極接続部材32の上に、両方の平板部が当接するように載せる。この際、セル4の正極缶周面部が正極接続部材20の当接部に当接するように載せる。
更に、セル4の正極缶周面部と正極接続部材20とを、正極接続部材20の当接部の側面外側からスポット溶接(11)する。
なお、スポット溶接(10)と(11)の順番は逆にすることも可能である。
図5は、2つのセルを直列接続したユニット2つを並列に接続した2セル直列2並列ユニットの電気化学セルモジュールの斜視図と平面図である。
図5(a)に示すように、2セル直列2並列ユニットは、セル1aとセル1bとを接続部材11で直列に接続した2セル直列ユニットと、セル2aとセル2bとを接続部材12で直列に接続した2セル直列ユニットとを、セル1bの負極缶とセル2bの負極缶を対向配置し、負極側に負極接続部材30と負極接続部材31を接続し、正極側に正極接続部材20を接続したものである。
図5(b)に示すように、2セル直列2並列ユニットでは、セルの中心を通る直線(一点鎖線)上の一方側に正極接続部材20を、他方側に負極接続部材30、31を配置すると共に、当該直線と直交する他の直線上に接続部材11、12を配置している。
なお、正極接続部材20と、負極接続部材30、31と、接続部材11、12のそれぞれは、点線で示した仮想の正方形のいずれかの4隅、即ち、セルの中心を通り直交する2本の線上の何れかの位置に配置することができる。
更に、接続部材11、12が配設される位置(高さ)において、正極接続部材20と負極接続部材30、31は、共に、セルの正極缶周面部から所定距離だけ離れるように形成されているため、接続部材11、12を、正極接続部材20又は、負極接続部材30、31と同一線上の同じ側に配置するようにしてもよい。
なお、図6も図3と同様に各部材のサイズをデフォルメして表示している。また、接続部材11、12を、正極接続部材20、負極接続部材30、31と同一線上の同じ側に配置した場合について説明する。
最初に、図3(a)において説明した直列接続の手順と同様に、セル1aの負極缶の底面部と、接続部材11の平板部11aとのスポット溶接(1)、セル1bの正極缶の周面部と、接続部材11の屈曲部11bとのスポット溶接(2)を行い、セル1aとセル1bとの直列接続を行う。そして、セル2aとセル2bについても同様に、スポット溶接(3)及び(4)を行い直列接続する。
すなわち、負極接続部材30を使用し、第1屈曲部がセル1a、1bの正極缶と接触しない所定距離だけ離した状態で、平板部をセル1bの負極缶の上に載せ(底面部に当接させ)、外側(図面上から)スポット溶接(5)を行う。
次に、3層目のセル2bの負極缶に、平板部だけを有する負極接続部材31を当接させ、その外側(図面下側)からスポット溶接(6)を行った後、当該平板部を、2層目のセル1bにスポット溶接(5)済みの平板部の上に載せる。
そして、セル2bの正極缶周面部よりも外側の位置で、負極接続部材30の平板部と負極接続部材31の平板部と、をスポット溶接(7)する。
このようにして、2直列2並列の電気化学セルモジュールが完成する。
図7は、2セル直列4並列ユニットの斜視図と平面図である。
図7(a)に示すように、2セル直列4並列ユニットは、図5、6で説明した、2組の2直2並列ユニットを上下に重ねたものである。
そして、正極接続部材は一体の正極接続部材20を使用している。この場合の正極接続部材20は、正極缶周面部との当接部として、両端に形成された当接部の間に、正極缶底面部同士が対向配置された2つのセル2a、3aの両正極缶周面部と当接して溶接される中間当接部が形成されている。中間当接部は、並列接続の数が4以上の場合に形成され、並列数n(n≧4)に対してn−3箇所形成される。
接続部材10〜13と、正極接続部材20と、負極接続部材30〜33の配置関係は、2セル直列2並列ユニットの場合と同様である。また、負極接続部材31及び32は、平板部のほか、両者が接続するための屈曲部を備えている。
具体的には、まず初めに、図3(a)において説明した直列接続の手順と同様に、セル1aと1b、2aと2b、3aと3b、4aと4bを、それぞれスポット溶接(1)〜(8)の手順で直列接続し、4組の2セル直列ユニットを形成する。
次に、セル1b、2bの負極缶底面部と負極接続部材30、31とをそれぞれ、図6において説明した手順によりスポット溶接(9)(10)し固定する。同様に、セル3b、4bの負極缶底面部と負極接続部材32、33とをそれぞれスポット溶接(11)(12)し固定する。
そして、セル1bと2b、2aと3a、3bと4b同士がそれぞれ対向するように各2セル直列ユニットを対向配置し、各セルの正極缶周面部よりも外側の位置で、負極接続部材30と負極接続部材31の平板部同士、負極接続部材31と負極接続部材32の屈曲部同士、負極接続部材32と負極接続部材33の平板部同士をそれぞれスポット溶接(13)〜(15)する。
最後に、セル1a、2a、3a、4aの正極缶周面部と正極接続部材20とをスポット溶接(16)〜(19)により固定することにより、2直列4並列の電気化学セルモジュールが完成する。
また、図6で説明した2セル直列2並列ユニットにおいて正極接続部材20が形成されていない形態において、その後セル3a、3b、接続部材12、負極接続部材32からなる2セル直列接続ユニットを配設し、負極接続部材31と負極接続部材32の屈曲部同士をスポット溶接(14)することにより、2セル直列3並列ユニットとすることができる。さらに、セル4a、4b、接続部材13、負極接続部材33からなる2セル直列接続ユニットをその上に配設し負極接続部材32と負極接続部材33とをスポット溶接(15)することにより2セル直列4並列ユニットとすることができる。5並列以上のユニットについても同様に形成することができる。いずれの並列接続ユニットについても、最後に正極接続部材20を各セル1a、2a、3a、4a、・・・の正極缶周面部とスポット溶接し、モジュールを完成させることができる。
図8までに説明した負極接続部材としては、平板部だけの負極接続部材、平板部と第1屈曲部を備えた負極接続部材、及び、平板部と第1屈曲部と第2屈曲部(負極端子)を備えた負極接続部材といった、それぞれ異なる3種類の負極接続部材を使用する場合について説明した。
これに対して図9の例では、各直列ユニット(又はセル)の最端部に位置する負極缶同士を電気的に接続するための負極接続部材31〜34を同一形状としている。各負極接続部材31〜34は、2枚ずつ(負極接続部材31と32、33と34)屈曲部が反対方向を向くようにして対向配置されている。これらの負極接続部材31と32、33と34は、その一方が、一端に負極端子が形成された負極接続部材30とスポット溶接(13)〜(16)により接続される。
なお、正極補助板21〜23は各セルの正極缶周面部と面接触させるために、図4、6、8で説明した正極接続部材20の各当接部(中間当接部)と同様に、正極缶周面部の半径x1と同一の半径で湾曲している。また、正極接続部材20も、正極缶周面部と同一の方向に同一の半径で湾曲している。
ただし、正極補助板21〜23を、正極缶周面部と当接する側の面を同一の半径の曲面とし、反対側を平面に形成するようにしてもよく、この場合の正極接続部材24は湾曲していない平板を使用することができる。
図8での負極接続部材30と31のスポット溶接は上から行う必要があるため、屈曲部11bと負極接続部材31の間の距離を広くしなければならない欠点がある。
これに対し、図9の例では横からスポット溶接するため、さらに実装面積を小さくできる利点がある。
また、複数のセルを本発明の接続部材で直列接続し、組としておくことで、セル数に応じた電圧の電気化学セルモジュールを提供でき、また直列接続された組を大量に準備しておき、複数の並列数になるよう接続することで、負荷の大きさに応じた電気化学セルモジュールを効率よく提供できる効果も有する。
図10は、接続部材と正極接続部材の斜視図である。
図1で示した直列接続部材10では、平板部10aに連続して形成された屈曲部10bが、正極缶周面部と同じ半径x1の曲面に湾曲するように形成されている。
これに対し、図10(a)で示す接続部材10では、屈曲部10bが平板状に形成されている。そして、接続部材10の周方向の両側には、屈曲部10bと連続する周面板10b1、10b2が、正極缶周面部と同じ半径x1の曲面に湾曲するように形成されている。
これに対し図10(b)に示した正極接続部材25は、セルの積層方向に伸びる平板部25bとその一端で屈曲した正極端子25aを備えている。
そして、平板部25bの単セルの正極缶周面部と当接する箇所から、周方向両側に連続して、周方向外側に湾曲する周面板25c1、25c2、25d1、25d2、25e1、25e2が形成されている。
この周面板25c1〜25e2は、接続部材10の周面板10b1、10b2と同様に、正極缶周面部と同じ半径x1の曲面に湾曲するように形成されている。
なお、図10(b)は、2セル直列4並列ユニットで使用する正極接続部材25を例に示したが、他構成の正極接続部材として、セル数や直並列の接続状態に合わせた長さ、及び、当接部(中間当接部)に対応する周面板を形成するようにしてもよい。
(1)平板部と屈曲部を備えた接続部材を使用することで、1つの接続部材当たり2個のセル同士を直列に接続することで、最小限の厚み(高さ)で接続することができる。
(2)n(≧2)個のセルを直列接続する場合に、(n−1)×2箇所(平板部と屈曲部)の溶接と、正極端子、負極端子の溶接を併せてn×2箇所の溶接でnセル直列ユニットを形成することができる。
(3)使用した接続部材では、正極缶周面部と当接する屈曲部を、正極缶周面部の半径x1に併せて湾曲させることで、正極缶周面部と端子とを面接触させているので、溶接位置ズレがあってもこれらを確実に溶接することができる。
(4)1つのセル、又は、直列接続した組(両者を合わせて単位ユニットという)を並列接続する場合で、単位ユニットの負極缶同士が対向する場合、2枚の負極接続部材の一端側をそれぞれ負極缶にスポット溶接し、その後、2枚の負極接続部材同士を重ねてセルの外側の位置でスポット溶接する。
これにより、複数の単位ユニットを並列接続する場合に、個別のセルを順次積層しながら形成することが可能になる。
(5)正極缶周面部と接続部材とが、接続部材の側方からスポット溶接されているので、積層した高さを抑えることができる。
(6)直列接続、並列接続、直並列接続の全ての場合において、全てのセルの正極缶周面部と負極缶が何れかの接続部材(正極接続部材、負極接続部材を含む)とスポット溶接により接続されているので、セル同士をより確実に固定することができる。これにより、振動や衝撃に強い電気化学セルモジュールを提供することができる。
(7)複数のセルを本発明の接続部材で直列接続し、組としておくことで、セル数に応じた電圧の電気化学セルモジュールを提供できる。また直列接続された組を大量に準備しておき、これらを並列接続することで、負荷の大きさに応じた電気化学セルモジュールを効率よく提供できる。
10a 平板部
10b 屈曲部
20〜25 正極接続部材
30〜34 負極接続部材
40 溶接部
100 電気化学セル
110 正極缶
111 正極缶底面部
112 正極缶周面部
120 負極缶
121 負極缶底面部
130 ガスケット
Claims (5)
- 負極缶底面部と負極缶周面部とを有する負極缶と、前記負極缶よりも大径の正極缶底面部と正極缶周面部を有する正極缶を備えたコイン型の電気化学セル用の接続部材であって、
前記正極缶の半径と前記負極缶底面部の半径の差分よりも長く形成され、1の電気化学セルの負極缶底面部に接続される平板部と、
前記平板部の端部に連続して形成され、前記平板部上に正極缶底面が接するように載置される他の電気化学セルの正極缶周面部の側に屈曲し、当該他の電気化学セルの正極缶周面部に接続される屈曲部と、を具備し、
前記屈曲部は、前記平板部に連続して屈曲形成された平板状の屈曲平板部と、当該屈曲平板部の少なくとも一方の側方に延設され前記正極缶周面部と面接触する前記正極缶周面部と同じ曲率で湾曲した湾曲部と、を備えている、
ことを特徴とする接続部材。 - n個(n≧2)の電気化学セルが、請求項1に記載されたn−1個の接続部材により直列接続された電気化学セルモジュールであって、
各接続部材は、
前記平板部が、1の電気化学セルの負極缶底面部と他の電気化学セルの正極缶底面部との間に接触配置されると共に、当該平板部と前記1の電気化学セルの負極缶底面部とが溶接され、
前記屈曲部は、前記他の電気化学セルの前記正極缶周面部と溶接されている、
ことを特徴とする電気化学セルモジュール。 - 1の電気化学セル又は請求項2に記載の電気化学セルモジュールを1つの単位ユニットとし、これらを複数並列に接続した電気化学セルモジュールであって、
2つの単位ユニットの負極缶同士が対向配置される箇所では、当該両負極缶の間に2枚の負極接続部材の一端側が単位セルの外周面よりも外側に出た状態で配設され、両負極接続部材はそれぞれ接触する側の負極缶に溶接されると共に、両負極接続部材同士が前記単位セルの外周面よりも外側で溶接され、
2つの単位ユニットの正極缶底面部同士が対向配置される箇所では、両正極缶底面部同士が直接接触した状態で、当該正極缶底面部と連続する両正極缶周面部のうち、一方の正極缶周面部と正極接続部材の一端側とが溶接され、他方の正極缶周面部と前記正極接続部材の他端側とが溶接されている、
ことを特徴とする電気化学セルモジュール。 - 負極缶底面部と負極缶周面部とを有する負極缶と、前記負極缶よりも大径の正極缶底面部と正極缶周面部を有する正極缶を備えた第1および第2のコイン型の電気化学セルと、請求項1に記載の接続部材とを備え、前記第1の電気化学セルの負極缶底面部と前記接続部材の前記平板部とを溶接し、次いで、前記第2の電気化学セルの正極缶周面部と前記接続部材の前記屈曲部とを溶接することを特徴とする電気化学セルの直列接続方法。
- 負極缶底面部と負極缶周面部とを有する負極缶と、前記負極缶よりも大径の正極缶底面部と正極缶周面部を有する正極缶を備えたコイン型の電気化学セルを、請求項1に記載の接続部材で直列接続する電気化学セルモジュールの製造方法であって、
前記接続部材の平板部における、前記屈曲部が屈曲する側と反対側の面を、1の電気化学セルの負極缶に当接し、当該平板部と前記負極缶とを溶接する第1ステップと、
前記第1ステップで溶接した前記接続部材の平板部の上に、他の電気化学セルの正極缶底面部と前記平板部とが当接し、当該正極缶底面部に連続する正極缶周面部と前記接続部材の屈曲部とが当接するように載置する第2ステップと、
前記第2ステップで当接した正極缶周面部と前記屈曲部とを溶接する第3ステップと、
を具備したことを特徴とする電気化学セルモジュールの製造方法。
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