(57)【要約】  積層された複数の単位電池を備える組電池の製造方法であって、一方の最外層に配置された単位電池を第１の単位電池とし、第１の単位電池から順次積層された複数の単位電池のうち、一方の最外層と対向する他方の最外層に配置された単位電池を第Ｎ（Ｎは２以上の正数）の単位電池としたとき、第Ｎの単位電池が備える外部端子の組電池外側にアンビルを配置し、第Ｎ−１の単位電池が備える外部端子の組電池外側または第Ｎ−１の単位電池が備える外部端子と第Ｎ−２の単位電池が備える外部端子との間に横振動型のホーンを配置し、第Ｎの単位電池の外部端子と第Ｎ−１の単位電池の外部端子とをアンビルとホーンとを用いて超音波接合する工程を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の単位電池を備える組電池の製造方法であって、
一方の最外層に配置された単位電池を第１の単位電池とし、前記第１の単位電池から順次積層された複数の単位電池のうち、前記一方の最外層と対向する他方の最外層に配置された単位電池を第Ｎ（Ｎは２以上の正数）の単位電池としたとき、
前記第Ｎの単位電池が備える外部端子の前記組電池外側にアンビルを配置し、第Ｎ−１の単位電池が備える外部端子の前記組電池外側、または前記第Ｎ−１の単位電池が備える外部端子と第Ｎ−２の単位電池が備える外部端子との間に横振動型のホーンを配置し、前記第Ｎの単位電池の外部端子と前記第Ｎ−１の単位電池の外部端子とを前記アンビルと前記ホーンとを用いて超音波接合する工程を含む組電池の製造方法。
【請求項２】
前記第Ｎの単位電池が備える外部端子と前記第Ｎ−１の単位電池が備える外部端子とを接合しているとき、前記第１の単位電池から前記第Ｎ−１の単位電池が積層されている請求項１記載の組電池の製造方法。
【請求項３】
前記第１の単位電池から前記第Ｎの単位電池を直列に接続する請求項１または２記載の組電池の製造方法。
【請求項４】
前記第Ｎの単位電池の外部端子と前記第Ｎ−１の単位電池の外部端子とを、複数の部位で超音波接合する請求項１から３のいずれか１項記載の組電池の製造方法。
【請求項５】
前記複数の単位電池どうしを、前記外部端子以外の部位で固定する請求項１から４のいずれか１項に記載の組電池の製造方法。
【請求項６】
前記第１の単位電池及び前記第Ｎの単位電池は、
積層方向において隣接する単位電池と前記外部端子が接合されない外部端子である最外端子を備え、
前記最外端子に、前記最外端子以外の前記外部端子よりも前記積層方向から見て外周側に突出する延長端子を接合する請求項１から５のいずれか１項記載の組電池の製造方法。
【請求項７】
正極端子及び負極端子となる２つの外部端子をそれぞれ備え、積層されて直列に接続された複数の単位電池を有し、
最外層に配置される前記単位電池が備える前記外部端子のうち、積層方向において隣接する単位電池の前記外部端子と接合されない外部端子である最外端子が、該隣接する単位電池から離れる方向に折り曲げられた組電池。
【請求項８】
前記最外端子に、
バスバー付きコネクタのバスバー部が接合された請求項７記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は積層された複数の単位電池を備える組電池の製造方法及び組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機、ノート型やタブレット型のパーソナルコンピュータ等の各種携帯機器の普及に伴い、該携帯機器の電源に用いる二次電池の軽量化や薄型化が強く望まれている。そのため、二次電池には、従来の金属缶に代わって、金属フィルム、あるいは金属薄膜と熱融着性樹脂フィルムとを積層したラミネートフィルム等を外装体に用いるフィルム外装電池が増えてきている。フィルム外装電池は、シート状の正極及び負極がセパレータを間に有して積層または巻回されて、電解液と共に外装体である外装フィルムの内部に封入された構成である。外装フィルムからは、電極引き出しタブを介して正極及び負極と接続された外部端子（正極端子及び負極端子）が引き出される。【０００３】
ところで、近年の二次電池は、上記各種携帯機器で用いられるだけでなく、電動アシスト自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車等の電源としても用いられる。さらに、二次電池は、地球温暖化問題に伴う低炭素社会の実現へ向けて導入されつつある、太陽電池等の再生可能電源で発電された電力を貯蔵するためにも利用される。【０００４】
二次電池を電力貯蔵や電気自動車等の大型の電源として利用する場合、平板状の複数のフィルム外装電池をその厚さ方向に積層し、それらを直列に接続することで組電池を構成したものがある。そのような構成の組電池では、各々の正極端子と負極端子の位置が交互に入れ替わるように各フィルム外装電池を積層し、積層方向において隣接するフィルム外装電池の外部端子（正極端子及び負極端子）どうしを接合する必要がある。外部端子（正極端子及び負極端子）どうしの接合には、例えば周知の超音波接合機が用いられる。その場合、接合対象である正極端子と負極端子の上方または下方には、積層された他のフィルム外装電池の正極端子または負極端子が位置するため、接合に必要な作業スペースが狭くなる課題がある。【０００５】
そこで、特許文献１には、積層方向において隣接するフィルム外装電池の外部端子（正極端子及び負極端子）どうしを該積層方向に設けたバスバーでそれぞれ接続する構成が記載されている。特許文献１に記載された複数のフィルム外装電池は、アルミニウム等から成る枠体にそれぞれ載置されて積層されている。
また、特許文献２には、接合対象となる複数の正極端子及び負極端子の位置がフィルム外装電池の積層方向から見て重ならないように、各フィルム外装電池の正極端子及び負極端子の位置をずらした構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２２２６９９号公報
【特許文献２】特開２００９−２７７６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１に記載された組電池は、バスバーを用いることで、複数のフィルム外装電池の外部端子どうしを比較的容易に接続できる。また、特許文献１に記載された組電池は、各フィルム外装電池の外周側面をそれぞれ枠体で保持する構成であるため、外部からの衝撃に対する各フィルム外装電池の耐性が向上する。
しかしながら、特許文献１に記載された組電池は、枠体やバスバーを備えることで重量が増大するため、フィルム外装電池を用いることで得られる軽量化の利点を失うことになる。【０００８】
それに対して、特許文献２に記載された技術は枠体やバスバーを用いないため、組電池の重量の増大を招くことがない。
しかしながら、特許文献２に記載された技術は、フィルム外装電池の積層数を増やすと、正極端子及び負極端子の幅を狭くする必要があるため、正極端子及び負極端子に大きな電流を流すことができなくなる。一方、正極端子及び負極端子の幅をある程度確保すると、フィルム外装電池の積層数が制限されるため、組電池から高電圧を出力することができなくなる。そのため、特許文献２に記載された技術は、大電力型の組電池に適用することが困難である。また、特許文献２に記載された技術は、正極端子及び負極端子の位置が異なる複数種類のフィルム外装電池を用意する必要があるため、組電池の製造工程が複雑になることで製品コストが上昇する。【０００９】
本発明は上述したような背景技術が有する課題を解決するためになされたものであり、大電力型の組電池の製造にも適用が可能であり、製品コストの上昇を抑制できる組電池の製造方法及び組電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明の組電池の製造方法は、積層された複数の単位電池を備える組電池の製造方法であって、
一方の最外層に配置された単位電池を第１の単位電池とし、前記第１の単位電池から順次積層された複数の単位電池のうち、前記一方の最外層と対向する他方の最外層に配置された単位電池を第Ｎ（Ｎは２以上の正数）の単位電池としたとき、
前記第Ｎの単位電池が備える外部端子の前記組電池外側にアンビルを配置し、第Ｎ−１の単位電池が備える外部端子の前記組電池外側、または前記第Ｎ−１の単位電池が備える外部端子と第Ｎ−２の単位電池が備える外部端子との間に横振動型のホーンを配置し、前記第Ｎの単位電池の外部端子と前記第Ｎ−１の単位電池の外部端子とを前記アンビルと前記ホーンとを用いて超音波接合する工程を含む。【００１１】
本発明の組電池は、正極端子及び負極端子となる２つの外部端子をそれぞれ備え、積層されて直列に接続された複数の単位電池を有し、
最外層に配置される前記単位電池が備える前記外部端子のうち、積層方向において隣接する単位電池の前記外部端子と接合されない外部端子である最外端子が、該隣接する単位電池から離れる方向に折り曲げられた構成である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、大電力型の組電池の製造にも適用可能であり、該組電池の製品コストの上昇を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１の実施の形態の組電池の一構成例を示す斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１に示した組電池の製造方法の処理手順の一例を模式的に示す平面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１に示した組電池の製造方法の処理手順の一例を模式的に示す側断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１に示した組電池の製造方法の処理手順の一例を模式的に示す側断面図である。
【図３】図３は、第２の実施の形態の組電池の製造方法の一例を模式的に示す側断面図である。
【図４】図４は、第３の実施の形態の組電池の一構成例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に本発明について図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の組電池の一構成例を示す斜視図である。
図１に示すように、第１の実施の形態の組電池１は、複数（図１では４つ）の単位電池２を備え、該複数の単位電池２が積層された構成である。
図１に示す組電池１が備える単位電池２は、電池本体の一方の短辺から２つの外部端子２１（正極端子及び負極端子）がそれぞれ引き出された構成である。複数の単位電池２は、積層方向において、それぞれの正極端子及び負極端子の位置が交互に入れ替わるように積層される。
【００１５】
積層された各単位電池２では、一方の外部端子２１（正極端子または負極端子）が積層方向において隣接する一方の単位電池２の他方の外部端子２１（負極端子または正極端子）と接合される。また、積層された各単位電池２の他方の外部端子２１（負極端子または正極端子）は、積層方向において隣接する他方の単位電池２の一方の外部端子２１（正極端子または負極端子）と接合される。このようにして、積層された複数の単位電池２が電気的に直列に接続される。
【００１６】
積層されて直列に接続された複数の単位電池２は、互いの位置がずれないように外部端子２１以外の部位で固定される。複数の単位電池２の位置は、例えば不図示の筐体（ケース）に収納することで固定すればよい。また、複数の単位電池２の位置は、両面テープ等を用いて積層方向において隣接する単位電池２どうしを貼着することで固定すればよい。あるいは、複数の単位電池２の位置は、帯状の固定バンドを用いて、例えばその短辺と平行な方向に拘束することで固定すればよい。複数の単位電池２の位置は、上述した各種の方法を組み合わせて固定してもよい。
【００１７】
積層されて直列に接続された複数の単位電池２のうち、最外層（最下層及び最上層）の単位電池２には、隣接する単位電池２の外部端子２１と接合されない外部端子２１（以下、最外端子と称す）が存在する。これらの最外端子には、例えば該最外端子以外の外部端子２１よりも積層方向から見て外周側に突出する延長端子が接合される。組電池１からは、該延長端子または該延長端子に接続されたケーブルが外部へ引き出される。組電池１から外部へ引き出された延長端子またはケーブルは、該組電池１の充放電に用いられる。
【００１８】
単位電池２は、図１で示すように、電池本体の一方の短辺から２つの外部端子２１（正極端子及び負極端子）がそれぞれ引き出される構成に限定されるものではない。単位電池２は、例えば電池本体の一方の短辺から正極端子が引出され、他方の短辺から負極端子が引出される構成でもよい。
【００１９】
組電池１を構成する各単位電池２には、フィルム外装電池がそれぞれ用いられる。フィルム外装電池は、上述したようにシート状の正極及び負極（不図示）がセパレータ（不図示）を間に有して積層または巻回されて、電解液と共に外装体である外装フィルムの内部に封入された構成である。フィルム外装電池の電池本体外周は、２枚の外装フィルムどうしを熱融着することで封止されている。
【００２０】
図２Ａ〜Ｃは、図１に示した組電池の製造方法の処理手順の一例を模式的に示す図である。図２Ａは、図１に示した組電池を積層方向から見た平面図であり、図２Ｂ及びＣは、図２ＡのＡ−Ａ’線から見た側断面図を示している。また、図２Ｂ及びＣは、組電池１の製造工程において、単位電池２の積層数が増えていく様子を示しており、図２Ｂは３つの単位電池２が積層された状態を示し、図２Ｃは７つの単位電池２が積層された状態を示している。
【００２１】
図２Ｂ及びＣで示すように、本実施形態では、積層方向において隣接する２つの単位電池２が備える外部端子２１どうしを周知の超音波接合機３を用いて接合する。超音波接合機３は、接合対象となる一対の外部端子２１が搭載されるアンビル３１と、該一対の外部端子２１を間に挟んでアンビル３１と対向して配置されるホーン３２とを有する。超音波接合機３は、ホーン３２を用いて、該一対の外部端子２１をアンビル３１の方向に加圧しつつ超音波振動を加えることで該一対の外部端子２１どうしを接合する。
【００２２】
上述したように、接合対象となる一対の外部端子（正極端子及び負極端子）２１の上方または下方には、積層された他の単位電池２の外部端子２１が位置するため、接合に必要な作業スペースが狭くなる課題がある。
そこで、本実施形態では、該狭い作業スペースにおいて外部端子２１どうしを接合できるように、横振動型のホーン３２を備えた超音波接合機３を用いる。横振動型のホーン３２は、側面の振動を接合に利用するため、比較的薄い形状のものでも外部端子２１どうしを接合できる。したがって、図２Ｂで示すように、例えば接合対象となる一対の外部端子２１の上方に他の単位電池２の外部端子２１が位置していても、該他の単位電池２の外部端子２１を接合に必要な作業スペースから退避させる必要がない。
【００２３】
また、本実施形態では、図２Ｂ及びＣで示すように、隣接する単位電池２の外部端子２１どうしの接合が終了すると、積層された複数の単位電池２の下方に、次に積層する単位電池２を配置する。そして、該次に積層する単位電池２の外部端子２１と、積層された複数の単位電池２（以下、「積層セル」と称す）の最下層の単位電池２の外部端子２１とを接合する。このとき、アンビル３１は、次に積層する単位電池２の外部端子２１の下方側に設置し、ホーン３２は、積層セルの最下層の単位電池２の外部端子２１と最下層から２番目の単位電池２の外部端子２１との間に配置する。
【００２４】
図２Ｂ及びＣは、積層セルの下方に次に積層する単位電池２を配置する例を示しているが、そのような配置例に限定されるものではない。例えば、積層セルの上方に次に積層する単位電池２を配置し、該次に積層する単位電池２の外部端子２１と積層セルの最上層の単位電池２の外部端子２１とを接合してもよい。その場合、次に積層する単位電池２の外部端子２１の上方側にアンビル３１を設置し、積層セルの最上層の単位電池２の外部端子２１と最上層から２番目の単位電池２の外部端子２１との間にホーン３２を配置すればよい。
【００２５】
すなわち、本実施形態では、一方の最外層に配置された単位電池２を第１の単位電池とし、第１の単位電池から順次積層された複数の単位電池２のうち、一方の最外層と対向する他方の最外層に配置された単位電池２を第Ｎ（Ｎは２以上の正数）の単位電池としたとき、第Ｎの単位電池が備える外部端子２１の組電池１外側にアンビル３１を配置し、第Ｎ−１の単位電池が備える外部端子２１の組電池１外側、または第Ｎ−１の単位電池が備える外部端子２１と第Ｎ−２の単位電池が備える外部端子２１との間に横振動型のホーン３２を配置し、第Ｎの単位電池の外部端子２１と第Ｎ−１の単位電池の外部端子２１とを超音波接合する。
第Ｎの単位電池の外部端子２１と第Ｎ−１の単位電池の外部端子２１とを接合しているとき、第１の単位電池から第Ｎ−１の単位電池は、積層されて直列に接続されているものとする。
このように、複数の単位電池２を一方向に順次積層しつつ外部端子２１どうしを接合することで、最外層の単位電池２の組電池１の外側には、アンビル３１を配置するのに十分なスペースを確保できる。
【００２６】
なお、上述した説明では、第Ｎの単位電池の外部端子２１の組電池１外側にアンビル３１を配置し、第Ｎ−１の単位電池の外部端子２１の組電池１外側または第Ｎ−１の単位電池の外部端子２１と第Ｎ−２の単位電池の外部端子２１との間に横振動型のホーン３２を配置する例を示した。しかしながら、薄い形状のアンビル３１を用いることができる場合は、該アンビル３１とホーン３２の位置関係は逆でもよい。
また、接合対象となる一対の外部端子２１どうしを接合する場合、該外部端子２１内における接合部位は１箇所である必要はない。外部端子２１内における接合部位は、接合作業が可能であれば、複数箇所でもよい。
【００２７】
第１の実施の形態によれば、横振動型のホーン３２を用いて隣接する単位電池２の外部端子２１どうしを接合するため、比較的狭い作業スペースでも外部端子２１どうしを接合できる。そのため、特許文献２に記載された組電池のように、正極端子及び負極端子の位置が異なる複数種類のフィルム外装電池を用意する必要がない。
また、複数の単位電池２を一方向に順次積層しつつ外部端子２１どうしを接合するため、最外層に配置される単位電池２の組電池１の外側には、アンビル３１（またはホーン３２）を配置するのに十分なスペースを確保できる。
したがって、製造工程が複雑になることがなく、組電池を簡易に製造することができる。そのため、該組電池の製品コストの上昇が抑制される。
さらに、第１の実施の形態によれば、特許文献２で示す組電池のように、単位電池２の積層数に応じて外部端子２１（正極端子及び負極端子）の幅が制限されることはない。よって、第１の実施の形態の組電池の製造方法は、大電力型の組電池の製造にも適用可能である。
【００２８】
（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態の組電池の製造方法の一例を模式的に示す側断面図である。図３は、図２Ｂ及びＣと同様に、図２ＡのＡ−Ａ’線から見た側断面図を示している。
図２Ｂ及びＣで示したように、第１の実施の形態の組電池１では、各単位電池２の外部端子２１を、接合相手となる隣接する単位電池２の方向へ折り曲げるため、その先端が該隣接する単位電池２との境界付近に位置する。
但し、図２Ｂで示すように、最外層の単位電池２が備える２つの外部端子２１のうち、隣接する単位電池２の外部端子２１と接合されない最外端子は、該隣接する単位電池２の方向へ折り曲げることがない。
【００２９】
したがって、隣接する単位電池２の外部端子２１と接合されない最外端子と、最外層から２番目に位置する単位電池２の外部端子２１との間は、他の隣接する接合後の外部端子２１間よりも狭くなる。そのため、ホーン３２は、該最外端子と、最外層から２番目に位置する単位電池２の外部端子２１との間の距離を考慮して、その厚さを選定する必要がある。
【００３０】
第２の実施の形態では、図３で示すように、組電池１の最外層（図３では最上層）の単位電池２が備える２つの外部端子２１のうち、最外端子となる外部端子２１を該隣接する単位電池２から離れる方向へ折り曲げる。そのため、第２の実施の形態では、最外端子と最外層から２番目に位置する単位電池２の外部端子２１との間の距離が、第１の実施の形態よりも広くなる。したがって、第２の実施の形態の組電池の製造方法では、第１の実施の形態よりも厚い大型のホーン３２を用いることができる。
【００３１】
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が得られると共に、第１の実施の形態よりも超音波接合に用いるホーン３２の選択自由度が向上する。
【００３２】
（第３の実施の形態）
図４は、第３の実施の形態の組電池の一構成例を示す斜視図である。
上述したように、第１の実施の形態では、上記最外端子に延長端子が接続され、該延長端子または該延長端子に接続されたケーブルが組電池１の外部に引き出されて該組電池１の充放電に用いられる。
近年の組電池１には、放電電流に１００Ａ程度の高出力電流が要求されることがあるため、最外端子と組電池１からの放電電流を供給する負荷との間は、接続点の数を減らして接触抵抗を小さくすることが望ましい。
【００３３】
そこで、第３の実施の形態では、図４で示すように、組電池１の最外層の単位電池２が備える２つの外部端子２１のうち、隣接する単位電池２の外部端子２１と接合されない外部端子２１（最外端子）にバスバー付きコネクタ４１を接続する。最外端子には、例えば該バスバー付きコネクタ（レセプタクル）４１が備えるバスバー部４２を、超音波接合機３を用いて直接接合すればよい。
バスバー部４２を接合する最外端子は、第１の実施の形態で示したように直線状（図２Ｂ及びＣ参照）でもよく、第２の実施の形態で示したように折り曲げた形状（図３参照）でもよい。
【００３４】
バスバー付きコネクタ（レセプタクル）４１には、例えば、該レセプタクルに対応するプラグを挿入し、該プラグに接続されたケーブルを組電池１の外部へ引き出させばよい。バスバー付きコネクタ４１には、例えば日本航空電子工業株式会社製のＤＷ４シリーズを用いることができる。
【００３５】
図４では、組電池１が備える複数の単位電池２（図４では３つ）のうち、最下層の単位電池２が備える最外端子にバスバー付きコネクタ４１を接続した例を示している。バスバー付きコネクタ４１は、組電池１の最上層の単位電池２が備える最外端子に接続してもよく、最下層及び最上層の単位電池２が備える最外端子にそれぞれ接続してもよい。
【００３６】
第３の実施の形態によれば、第１及び第２の実施の形態と同様の効果が得られると共に、第１及び第２の実施の形態よりも高出力電流が要求される組電池１に適用することができる。
【００３７】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細は本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更が可能である。
【００３８】
この出願は、２０１７年３月１０日に出願された特願２０１７−０４６１６０号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2018163667.tif 000010
2018163667.tif 000011
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