JPWO2017038520A1

JPWO2017038520A1 - 電池

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Publication number: JPWO2017038520A1
Application number: JP2017537749A
Authority: JP
Inventors: 美秀雨谷; 昌義谷田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2016-08-22
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2036-08-22
Also published as: JP6536679B2; WO2017038520A1; CN107949930A; US20180175437A1

Abstract

正極部材と負極部材と電解質を備えた電池セル１と、電池セルを挟み込み、所定の押圧力で電池セルを両側から加圧しながら保持する一対の加圧部材２ａ、２ｂと、一対の加圧部材により電池セルに加えられる所定の押圧力よりも大きな力が、加圧部材から電池セルに向かう方向とは逆の方向にかかった場合に、電池セルが所定の押圧力の加わった状態で一対の加圧部材間に保持されるように、加圧部材の動作を規制するロック機構３とを備えた構成とする。また、ロック機構が、加圧部材の、電池セルを押圧する方向への動作を妨げないように構成する。

Description

本発明は、電池に関し、詳しくは、正極部材と負極部材と電解質を備えた電池セルを、一対の加圧部材の間に保持した構造を有する電池に関する。

近年、自動車の動力源に電池を用いることが広く行われている。そのような用途に用いられる電池の一つに、特許文献１に開示されているような電池（組電池）がある。

すなわち、この電池（組電池）は、複数の扁平型電池が積層されてなる電池積層体と、電池積層体を挟み込む１組の加圧板と、１組の加圧板を挟み込む１組の加圧力付与部材と、１組の加圧力付与部材を連結しそれぞれの加圧力付与部材を互いに近接させる方向に付勢することができる連結部材とを備えており、連結部材によって加圧力付与部材を互いに近接させた場合に、１組の加圧板が互いに接近する方向に移動して電池積層体に加圧力を付与することができるように構成されている。

そして、上述のように構成された特許文献１の電池によれば、１組の加圧板が１組の加圧力付与部材によって局部的にではなく全体的に電池積層体を加圧するので、少ない部品で均一な加圧力を各扁平型電池に与えることが可能で、小型軽量化された組み立て効率およびメンテナンス性の良好な組電池を提供することができるとされている。

確かに、放充電の繰り返しよって発生するガスにより、扁平型電池（電池セル）の内部圧力が上昇することで生じる性能の劣化を防止する見地からは、特許文献１に開示されている電池が備えているような構成を採用することには意義がある。

しかしながら、上記加圧力付与部材および加圧板により扁平型電池（電池セル）に加えられる圧力が大きくなりすぎると、電池セルの破損や性能劣化が生じるという問題点があり、電池セルに対して加える圧力を所定の範囲に管理することが必要になる。

そして、電池セルに対して適度な圧をかける方法としては、例えば、電池セルを、バネなどの蓄勢部材を介して加圧する方法が考えられる。
しかしながら、バネなどの蓄勢部材を介して電池セルを加圧する方法には、例えば落下時などに受けるような衝撃を受けた場合に、バネが縮んで、電池セルが加圧板の間から脱落し、変形や破損などを生じるという問題点がある。

特開２００６−０４０６９６号公報

本発明は、上記課題を解決するものであり、加圧部材間において、電池セルに所定の押圧力を加えることが可能で、かつ、例えば落下時などに受けるような衝撃を受けた場合にも、電池セルが加圧部材の間から脱落することを防止することができる、信頼性の高い電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電池は、
正極部材と負極部材と電解質を備えた電池セルと、
前記電池セルを挟み込み、所定の押圧力で前記電池セルを両側から加圧しながら保持する一対の加圧部材と、
前記一対の加圧部材により前記電池セルに加えられる所定の押圧力よりも大きな力が、加圧部材から前記電池セルに向かう方向とは逆の方向にかかった場合に、前記電池セルが前記所定の押圧力の加わった状態で前記一対の加圧部材間に保持されるように、前記加圧部材の動作を規制するロック機構と
を備えていることを特徴としている。

また、本発明の電池において、前記ロック機構は、前記加圧部材の、前記電池セルを押圧する方向への動作を妨げないように構成されていることが好ましい。

加圧部材の、電池セルを押圧する方向への動作を妨げるような負荷が、ロック機構によりかけられた場合、加圧部材により電池セルに加えた押圧力が電池セルにすべて加わらないことになり、電池セルに所定の押圧力（所望の押圧力）を確実に加えることができなくなるが、ロック機構が、加圧部材の、前記電池セルを押圧する方向への動作を妨げないように構成することにより、適正な押圧力を電池セルに確実に加えることが可能になる。

また、積層された複数の前記電池セルが、前記一対の加圧部材の間に挟み込まれ、かつ、積層方向から前記電池セルのそれぞれに前記所定の押圧力が加わった状態で、前記一対の加圧部材の間に保持されていることが好ましい。

上記構成とすることにより、容量の大きい電池を構成することが可能になり、本発明をより実効あらしめることができる。

また、前記一対の加圧部材の少なくとも一方が、ばね部材を介して、前記電池セルに向かって押圧されることにより、前記所定の押圧力が加わった状態で、前記電池セルが前記一対の加圧部材の間に保持されていることが好ましい。

一対の加圧部材の少なくとも一方が、ばね部材を介して、前記電池セルに向かって押圧されるように構成することにより、加圧部材により電池セルを押圧する力が大きくなり過ぎることを防止して、確実に所定の押圧力で押圧することが可能になり有意義である。

本発明の電池は、正極部材と負極部材と電解質を備えた電池セルと、電池セルを挟み込み、所定の押圧力で電池セルを両側から加圧、保持する一対の加圧部材と、一対の加圧部材により電池セルに加えられる所定の押圧力よりも大きな力が、加圧部材から電池セルに向かう方向とは逆の方向にかかった場合に、電池セルが所定の押圧力の加わった状態で一対の加圧部材間に保持されるように、加圧部材の動作を規制するロック機構とを備えているので、加圧部材間において、電池セルに所定の押圧力を加えることが可能で、例えば落下時などに受けるような衝撃を受けた場合にも、電池セルが加圧部材の間から脱落することを防止することができる、信頼性の高い電池を提供することが可能になる。

本発明の実施形態にかかる電池の平面図である。（ａ）は図１のＡ−Ａ線による断面図であって、本発明の実施形態にかかる電池の要部を示す断面図であり、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線による断面図であって、本発明の実施形態にかかる電池が備えるロック機構の構成を模式的に示す拡大図である。本発明の電池が備えるロック機構の動作を説明するための模式図である。

以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

図１は本発明の一実施形態にかかる電池（組電池）を示す平面図、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線による断面図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線による断面図であって、本発明の実施形態にかかる電池が備えるロック機構の構成を示す図である。

この実施形態１の電池１０は、図１および図２（ａ），（ｂ）に示すように、複数の電池セル１と、電池セル１を積層方向両側から挟み込み、所定の押圧力で電池セル１を両側から加圧しながら保持する一対の加圧部材２と、上述の所定の押圧力よりも大きな力が、加圧部材２から電池セル１に向かう方向とは逆の方向にかかった場合に、電池セル１が所定の押圧力の加わった状態で一対の加圧部材２間に保持されるように、加圧部材２の動作を規制するロック機構３（図２（ｂ）、図３）を備えており、これらの電池要素が、ケース２０（図１）に収容されている。

なお、この実施形態にかかる電池１０を構成する電池セル１は、リチウムイオン２次電池であって、正極部材と負極部材が電解質を外装材の内部に収容することにより形成されたものである。

ただし、本発明の電池において、電池セルの種類や構成などに特別の制約はなく、種々の電池セルを用いることができる。

また、電池セルの構造についても特別の制約はなく、例えば、正極と負極とをセパレータを介して積層し、電解質とともに外装材の内部に収容した積層構造を有するものや、セパレータの一方面側と他方面側に正極と負極を配設し、巻回した後、押圧して扁平形状とした構造のものなど、種々の構造のものを用いることができる。

また、この実施形態にかかる電池１０では、電池セル１を複数積み重ねた積層体を加圧部材２間に保持するようにしているが、場合によっては単一の電池セル１を加圧部材２間に保持するように構成することも可能である。

また、この実施形態にかかる電池１０を構成する一対の加圧部材２の一方は、固定的に配置された特に動作しない固定側板状部材（固定板）２ａであり、他方は、電池セル１に向かう方向と、その逆の方向に動作させることができるように構成された可動側板状部材（可動板）２ｂである。

また、可動側板状部材２ｂの上面側には、プレート１２ａと、このプレート１２ａと可動側板状部材２ｂの間に位置するようにばね１２ｂが設けられている。なお、この実施形態にかかる電池１０において、可動側板状部材２ｂは、ばね１２ｂが伸縮することにより、電池セル１に向かう方向と、その逆の方向に動作することができるように構成されている。

また、この実施形態にかかる電池１０においては、複数の電池セル１の積層体の、厚み方向の寸法、およびばね１２ｂの付勢力の大きさを考慮して、電池セル１に所定の押圧力が加わるように、固定側板状部材２ａとプレート１２ａの間隔が定められている。

すなわち、所定の間隔を有する固定側板状部材２ａとプレート１２ａの間に電池セル１の積層体と、可動側板状部材２ｂと、ばね１２ｂとを位置させ、可動側板状部材２ｂを、ばね１２ｂを介して電池セル１に向かって押圧することで、蓄勢部材であるばね１２ｂの伸縮により、電池セル１に対して、常に所定の範囲内の押圧力が安定して加えられることになる。
なお、この実施形態では、電池セル１に加わる押圧力が、１００Ｎ以上４００Ｎ以下の範囲内となるように構成されている。

また、この実施形態にかかる電池１０においては、加圧部材２の動作を規制するロック機構３として、図２（ｂ）および図３に示すように、可動側板状部材２ｂの一端側（あるいは両端側）に取り付けられ、可動側板状部材２ｂの動きに連動する連動ギア２１と、連動ギア２１の動作を規制する規制ギア２２を備えたラチェット機構からなるロック機構を備えている。

なお、規制ギア（この実施形態ではワンウェイヒンジ）２２は、反時計回りの方向には抵抗なく回転するが、時計回りの方向には回転しないように構成されている。また、規制ギア２２は、可動側板状部材２ｂの動きに連動することのない部位、例えば、プレート１２ａの所定の位置に取り付けられている。

次に、図３を参照しつつ、このロック機構３の機能および動作を説明する。
例えば、電池１０が落下した場合の衝撃により、可動側板状部材２ｂが、電池セル１への押圧力が取り除かれる方向（すなわち、図２（ａ）および図３では上方向）に移動しようとした場合に、可動側板状部材２ｂと連動して上方向に移動しようとする連動ギア２１の移動（上方向への移動）が、時計回りの方向には回転しない規制ギア２２によって阻止される。その結果、連動ギア２１と連動する可動側板状部材２ｂの上方向の移動が阻止され、電池セル１は、固定側板状部材２ａと可動側板状部材２ｂの間に、所定の押圧力が加わった状態で保持されることになる。

この実施形態の電池（組電池）は、上述のように構成されており、電池セル１に加えられる所定の押圧力よりも大きな力が、加圧部材２を構成する固定側板状部材２ａあるいは可動側板状部材２ｂから電池セル１に向かう方向とは逆の方向にかかった場合に、可動側板状部材２ｂの動作を規制するロック機構３を備えているので、例えば、電池１０の落下による衝撃を受けたような場合にも、電池セル１が固定側板状部材２ａと可動側板状部材２ｂの間から脱落することを防止することが可能で、信頼性の高い電池１０を提供することが可能になる。

また、プレート１２ａと可動側板状部材２ｂの間に、蓄勢部材であるばね１２ｂを配設し、ばね１２ｂを介して可動側板状部材２ｂを電池セル１に押し付けるようにしているので、ばね１２ｂの蓄勢部材としての機能により、電池セル１に、常に所定の範囲内の押圧力を加えることができる。その結果、放充電の繰り返しによって発生するガスにより、電池セルの内部圧力が上昇し、電池要素の位置関係にずれが生じたり、位置関係がずれることによって正極や負極が損傷したりすることによる性能の劣化を防止することが可能になり、信頼性の高い電池１０を提供することができる。

なお、この実施形態では、ロック機構３が、連動ギア２１と、連動ギア２１の動作を規制する規制ギア２２を備えている場合を例にとって説明したが、本発明の電池においては、連動ギアと、爪（歯止め）からなるラチェット機構など、他の構成のロック機構を採用することも可能である。

また、上述の実施形態では、電池セル１を複数積み重ねた積層体を加圧部材２間に保持するようにしているが、単一の電池セル１を加圧部材２間に保持するように構成することも可能である。

本発明は、さらにその他の点においても、上記実施形態に限定されるものではなく、電池セルや、１対の加圧部材の具体的な構成などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

１電池セル
２一対の加圧部材
２ａ一対の加圧部材の一方である固定側板状部材
２ｂ一対の加圧部材の他方である可動側板状部材
３ロック機構
１２ａプレート
１２ｂばね（蓄勢部材）
２１連動ギア
２２規制ギア

Claims

正極部材と負極部材と電解質を備えた電池セルと、
前記電池セルを挟み込み、所定の押圧力で前記電池セルを両側から加圧しながら保持する一対の加圧部材と、
前記一対の加圧部材により前記電池セルに加えられる所定の押圧力よりも大きな力が、加圧部材から前記電池セルに向かう方向とは逆の方向にかかった場合に、前記電池セルが前記所定の押圧力の加わった状態で前記一対の加圧部材間に保持されるように、前記加圧部材の動作を規制するロック機構と
を備えていることを特徴とする電池。
前記ロック機構は、前記加圧部材の、前記電池セルを押圧する方向への動作を妨げないように構成されていることを特徴とする請求項１記載の電池。
積層された複数の前記電池セルが、前記一対の加圧部材の間に挟み込まれ、かつ、積層方向から前記電池セルのそれぞれに前記所定の押圧力が加わった状態で、前記一対の加圧部材の間に保持されていることを特徴とする請求項１または２記載の電池。
前記一対の加圧部材の少なくとも一方が、ばね部材を介して、前記電池セル向かって押圧されることにより、前記所定の押圧力が加わった状態で、前記電池セルが前記一対の加圧部材の間に保持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電池。