(57)【要約】【課題】  両面が平坦になった平板状電池の間に組電池用スペーサ部材を配置させて、平板状電池を複数積層させた組電池を充放電させた場合に、組電池全体の温度が上昇するのを防止すると共に、各平板状電池が変形してサイクル寿命が劣化するのを抑制する。【解決手段】  両面が平坦になった平板状電池２０を複数積層させた組電池において、各平板状電池に接触する両側の面が平面になっていると共に内部に通気用の空間部１４を有する組電池用スペーサ部材１０を、上記の平板状電池相互間に挟み込んだ。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面が平坦になった平板状電池相互間に配置させる組電池用スペーサ部材において、各平板状電池に接触する両側の面が平面であると共に、内部に通気用の空間部が形成されていることを特徴とする組電池用スペーサ部材。
【請求項２】
請求項１に記載の組電池用スペーサ部材において、２つの平板部材間にスペーサが設けられて上記の通気用の空間部が形成されていることを特徴とする組電池用スペーサ部材。
【請求項３】
請求項２に記載の組電池用スペーサ部材において、上記の少なくとも一方の平板部材にスペーサが設けられ、このスペーサを介して平板部材相互が接合されていることを特徴とする組電池用スペーサ部材。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の組電池用スペーサ部材において、平板状電池と接触する面に、平板状電池を位置決めするための係止突起が設けられていることを特徴とする組電池用スペーサ部材。
【請求項５】
両面が平坦になった平板状電池を複数積層させた組電池において、上記の平板状電池相互間に、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の組電池用スペーサ部材を配置させたことを特徴とする組電池。
【請求項６】
請求項５に記載の組電池において、平板状電池の積層方向両側から加圧ホルダーによって組電池を挟み込むように加圧させることを特徴とする組電池。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の組電池において、上記の平板状電池がリチウム二次電池であることを特徴とする組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、両面が平坦になった平板状電池相互間に配置させる組電池用スペーサ部材及び両面が平坦になった平板状電池を複数積層させた組電池に係り、特に、上記の組電池を充放電させた場合に、各平板状電池において発生した熱を外部に適切に放熱できるようにすると共に、この組電池を加圧ホルダーによって加圧させた場合に、各平板状電池が変形することなく適切に加圧されるようにした点に特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、正極と負極とをセパレータを介して複数積層させた電極体が外装体内に収容されて両面が平坦になった平板状電池が様々な分野で利用されており、近年においては、このような平板状電池を、ロボットや電気自動車やバックアップ電源などに使用するために、この平板状電池を複数積層させた組電池として使用することが行われている。
【０００３】
ここで、上記のような組電池を充放電させた場合、各平板状電池が充放電により膨張、収縮して変形し、サイクル寿命が大幅に劣化するため、一般に、平板状電池の積層方向両側から、この組電池を加圧ホルダーによって挟み込むように加圧させることが行われている。
【０００４】
しかし、このように組電池を加圧ホルダーによって挟み込むように加圧させて充放電させるにあたり、上記の平板状電池相互を直接積層させた状態で組電池を充放電させると、充放電により各平板状電池において発生した熱が外部に適切に放熱されず、組電池全体の温度が上昇し、上記のような電源として使用するにあたって、大電流で充放電させた場合には、組電池全体の温度が大きく上昇するという問題があり、特に、上記の平板状電池に高容量のリチウム二次電池を用いた場合には、充放電による電池の膨張、収縮が大きく、また発熱も大きいため、上記のような問題が大きな課題となっていた。
【０００５】
このため、近年においては、特許文献１に示されるように、上記のように積層させる平板状電池の間に組電池用スペーサ部材を配置させると共に、この組電池用スペーサ部材が平板状電池と接触する面に波状や矩型状等の凹凸を設けて、組電池用スペーサ部材と平板状電池との間に通気用の空間部を形成し、この空間部を通して各平板状電池において発生した熱を外部に放熱させることが提案されている。
【０００６】
しかし、このように平板状電池と接触する面に波状や矩型状などの凹凸を設けた組電池用スペーサ部材を平板状電池の間に配置させて、上記のように組電池を加圧ホルダーにより挟み込むように加圧させた場合、この組電池用スペーサ部材によって平板状電池に作用する圧力が不均一になり、この状態で組電池を充放電させた場合、前記のように充放電により各平板状電池が大きく変形し、サイクル寿命が大幅に劣化するという問題があった。
【特許文献１】特開平１０−１１２３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、両面が平坦になった平板状電池を複数積層させて組電池として使用する場合における上記のような様々な問題を解決することを課題とするものである。
【０００８】
すなわち、本発明においては、上記のような組電池において、平板状電池の間に配置させる組電池用スペーサ部材を改善し、上記の組電池を充放電させた場合に、各平板状電池において発生した熱を外部に適切に放熱させて、組電池全体の温度が上昇するのを防止すると共に、この組電池を加圧ホルダーによって加圧させた場合に、各平板状電池が変形することなく適切に加圧されるようにして、サイクル寿命が劣化するのを防止することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明においては、上記のような課題を解決するため、両面が平坦になった平板状電池相互間に配置させる組電池用スペーサ部材において、各平板状電池に接触する両側の面を平面にすると共に、内部に通気用の空間部を形成するようにした。
【００１０】
ここで、上記の組電池用スペーサ部材において、各平板状電池に接触する両側の面を平面にすると共に、内部に通気用の空間部を形成するにあたっては、２つの平板部材間にスペーサを設けるようにすることが好ましく、この場合、少なくとも一方の平板部材にスペーサを設け、このスペーサを介して平板部材相互を接合させるようにすることができる。
【００１１】
また、上記の組電池用スペーサ部材においては、平板状電池と接触する面に、平板状電池を位置決めする係止突起を設けて、平板状電池の位置決めを行うことかできる。
【００１２】
そして、本発明の組電池においては、両面が平坦になった平板状電池を複数積層させるにあたり、上記の平板状電池相互間に、上記のような組電池用スペーサ部材を配置させた。
【００１３】
また、この組電池においては、上記のように組電池を充放電させた場合に、各平板状電池が変形するのを防止するため、平板状電池の積層方向両側から加圧ホルダーによって組電池を挟み込むように加圧させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明における組電池用スペーサ部材においては、平板状電池に接触する両側の面を平面にすると共に、内部に通気用の空間部を形成するようにしたため、平板状電池を複数積層させた組電池において、この組電池用スペーサ部材を平板状電池相互間に配置させると、この組電池を充放電させた場合に、各平板状電池が発熱しても、各平板状電池の熱が平板状電池相互間に配置された組電池用スペーサ部材の通気用の空間部を通して外部に適切に放熱されるようになり、組電池全体の温度が上昇するのが防止されるようになる。
【００１５】
また、この組電池を加圧ホルダーによって上記の平板状電池の積層方向両側から挟み込むように加圧させた場合、各平板状電池が平面になった組電池用スペーサ部材の面と接触しているため、各平板状電池が組電池用スペーサ部材によって均一に加圧されるようになり、この組電池を充放電させた場合においても、各平板状電池が変形するのが適切に抑制されて、サイクル寿命が劣化するのが防止されるようになる。
【００１６】
この結果、上記のような組電池用スペーサ部材を平板状電池相互間に配置させて組電池を作製すると、上記の平板状電池に高容量のリチウム二次電池を用い、大電流で組電池を充放電させた場合においても、組電池全体の温度が上昇するのが適切に防止されると共に、各平板状電池が変形するのも適切に防止されて、サイクル寿命も向上する。
【００１７】
また、上記の組電池用スペーサ部材において、各平板状電池に接触する両側の面を平面にすると共に、内部に通気用の空間部を形成するにあたり、２つの平板部材間にスペーサを設けるようにすると、組電池用スペーサ部材の製造が簡単になると共に、スペーサの数，大きさ，配置を適切に設定することにより、組電池用スペーサ部材の内部に通気用の空間部を適切に形成することができ、充放電時における各平板状電池の熱が、この通気用の空間部を通してより適切に外部に放熱されるようになり、組電池全体の温度が上昇するのを一層防止できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、この発明の実施形態に係る組電池用スペーサ部材及び組電池を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この発明に係る組電池用スペーサ部材及び組電池は、特に、下記の実施形態に示したものに限定されず、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。
【００１９】
この実施形態においては、組電池用スペーサ部材１０を作製するにあたり、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、長方形状になった平板部材１１の片面に、両面が平坦になった平板状電池２０を位置決め保持する係止突起１２として、平板部材１１の短辺側の２つの角部にＬ字状になった一対の第１係止突起１２ａを対向するように設けると共に、第１係止突起１２ａと所要間隔を介するようにして、それぞれ両側の長辺に沿って第２係止突起１２ｂを設けている。一方、上記の係止突起１２が設けられた面と反対側における平板部材１１の面に、平面形状が略正方形になった複数（図に示す例では９つ）のスペーサ１３を長辺及び短辺方向に所要間隔を介して配置させるようにしている。なお、平板部材１１に設ける上記のスペーサ１３の平面形状や数や大きさは特に限定されず、例えば、円形状や長方形状等になったスペーサを適当数設けることも可能である。
【００２０】
そして、この組電池用スペーサ部材１０においては、図２に示すように、上記のように係止突起１２とスペーサ１３とが設けられた２枚の平板部材１１を用い、各平板部材１１におけるスペーサ１３相互を接合させて、この組電池用スペーサ部材１０の内部に通気用の空間部１４を形成すると共に、各平板部材１１に設けられた上記の係止突起１２が組電池用スペーサ部材１０の両面に位置するようにしている。なお、この組電池用スペーサ部材１０に使用する材料は特に限定されないが、十分な強度を有すると共に熱伝導性に優れた材料を用いることが好ましく、例えば、アルミニウム等の金属や、熱伝導性を向上させた難燃性樹脂を用いることが好ましい。
【００２１】
次に、このような組電池用スペーサ部材１０を用い、両面が平坦になった平板状電池２０を複数積層させた組電池について説明する。
【００２２】
ここで、上記の両面が平坦になった平板状電池２０としては、図３〜５に示すように、正極集電タブ２１ａが設けられた正極２１と、負極集電タブ２２ａが設けられた負極２２との間にセパレータ２３を介在させるようにして、正極２１と負極２２とを所要枚数積層させた電極体２４を用い、上記の正極集電タブ２１ａと負極集電タブ２２ａとがラミネートフィルムで構成された外装体２５から外部に突出されるようにして、この電極体２４をこの外装体２５内に収容させると共に、この外装体２５内に電解液を注液させた後、この外装体１１の開口部分を封口させたものを用いるようにした。
【００２３】
そして、図６に示すように、組電池用スペーサ部材１０に設けられた上記の係止突起１２により上記の平板状電池２０を位置決めさせて、この平板状電池２０を組電池用スペーサ部材１０の平坦な面に保持させるようにする。
【００２４】
そして、このように係止突起１２により平板状電池２０を位置決めさせて、この組電池用スペーサ部材１０の両側の平坦な面にそれぞれ平板状電池２０を保持させるようにし、図７に示すように、各平板状電池２０の間にそれぞれ上記の組電池用スペーサ部材１０を挟み込むようにして、複数（図に示す例では５つ）の平板状電池２０を積層させて組電池を作製し、平板状電池２０の積層方向両側から挟み込むようにして、加圧ホルダー３０により組電池を加圧させるようにしている。
【００２５】
ここで、上記のように加圧ホルダー３０により、平板状電池２０の積層方向両側から挟み込むようにして組電池を加圧させるにあたり、この実施形態においては、組電池の積層方向両側に加圧板３１を配置させ、一方の加圧板３１の外面側から複数の締結用ボルト３２を挿入させて、各締結用ボルト３２の先端部を他方の加圧板３１を貫通させて突出させ、このように突出された各締結用ボルト３２の先端部にナット３３を締め付けて、一対の加圧板３１間において平板状電池２０の積層方向両側から組電池を挟み込むように加圧させている。
【００２６】
このようにして加圧ホルダー３０により組電池をその積層方向両側から加圧させると、組電池における各平板状電池２０の平坦な面が、上記の加圧板３１及び組電池用スペーサ部材１０により均一に加圧されるようになる。
【００２７】
そして、この状態で組電池を充放電させた場合、充放電により各平板状電池２０が発熱しても、各平板状電池２０の熱が、平板状電池２０相互間に配置された各組電池用スペーサ部材１０における通気用の空間部１４を通して外部に適切に放熱されて、各平板状電池２０の温度が上昇するのが防止され、組電池全体の温度が大きく上昇するのが抑制されるようになる。
【００２８】
また、この実施形態においては、上記のように組電池における各平板状電池２０の平坦な面が、上記の加圧板３１及び組電池用スペーサ部材１０により均一に加圧された状態にあるため、上記のように組電池を充放電させた場合に、各平板状電池２０が変形するのが防止され、サイクル寿命が劣化するのも抑制されるようになる。
【００２９】
なお、上記の実施形態においては、組電池用スペーサ部材１０を作製するにあたり、片面に係止突起１２が設けられると共に反対側の面にスペーサ１３が設けられた２枚の平板部材１１を用い、各平板部材１１におけるスペーサ１３相互を接合させて、組電池用スペーサ部材１０の内部に通気用の空間部１４を形成すると共に、組電池用スペーサ部材１０の両面に係止突起１２を位置させるようにしたが、組電池用スペーサ部材１０はこのようなものに限定されず、平板状電池２０に接触する両側の面が平面であると共に、内部に通気用の空間部１４が形成されたものであれはどのようなものであってもよい。
【００３０】
例えば、図８に示すように、片面に係止突起１２が設けられると共に反対側の面にスペーサ１３が設けられた平板部材１１Ａと、片面に係止突起１２が設けられただけで反対側の面にスペーサが設けられていない平板部材１１Ｂとを用い、図９に示すように、上記の平板部材１１Ａに設けられたスペーサ１３を、スペーサが設けられていない平板部材１１Ｂの面に接合させて、内部に通気用の空間部１４を形成させるようにすることも可能であり、さらに図示していないが、２つの平板部材にスペーサを設けないようにし、この２つの平板部材の間にスペーサを配置させるようにすることも可能である。
【００３１】
また、２枚の平板部材を使用せずに、組電池用スペーサ部材１０として、例えば、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、１枚の肉厚の平板部材１１Ｃの内部に横方向（又は縦方向）に貫通した通気用の空間部１４を形成することも可能である。
【００３２】
また、上記の実施形態においては、平板状電池２０として、正極２１と負極２２との間にセパレータ２３を介在させて正極２１と負極２２とを所要枚数積層させた電極体２４を、ラミネートフィルムで構成された外装体２５内に収容させたものを用いるようにしたが、使用する平板状電池もこのようなものに限定されず、両面が平坦になったものであればよい。例えば、正極と負極との間にセパレータを介在させた状態でこれらを扁平に巻き取り、さらにこれをプレスして扁平にした電極体を外装体内に収容させた平板状電池等を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態において使用する組電池用スペーサ部材を作製するのに使用した平板部材の概略平面図及び概略背面図である。
【図２】上記の組電池用スペーサ部材の概略側面図である。
【図３】本発明の実施形態において使用する平板状電池において、正極と負極との間にセパレータを介在させてこれらを複数積層させた電極体を作製する状態を示した概略説明図である。
【図４】上記の平板状電池の概略側面図である。
【図５】上記の平板状電池の概略平面図である。
【図６】上記の平板状電池を組電池用スペーサ部材に設けられた係止突起により位置決めさせて、組電池用スペーサ部材の平坦な面に保持させた状態を示した概略平面図である。
【図７】上記の平板状電池間に組電池用スペーサ部材を介在させて複数の平板状電池を積層させた組電池を、加圧ホルダーにより平板状電池の積層方向両側から挟み込むように加圧させた状態を示した概略側面図である。
【図８】本発明の実施形態において使用する組電池用スペーサ部材の第１の変更例に使用する２枚の平板部材を示した概略平面図である。
【図９】上記の第１の変更例に係る組電池用スペーサ部材の概略側面図である。
【図１０】本発明の実施形態において使用する組電池用スペーサ部材の第２の変更例の概略側面図及び概略平面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  組電池用スペーサ部材
１１，１１Ａ〜１１Ｃ  平板部材
１２  係止突起
１２ａ  第１係止突起
１２ｂ  第２係止突起
１３  スペーサ
１４  通気用の空間部
２０  平板状電池
２１  正極
２１ａ  正極集電タブ
２２  負極
２２ａ  負極集電タブ
２３  セパレータ
２４  電極体
２５  外装体
３０  加圧ホルダー
３１  加圧板
３２  締結用ボルト
３３  ナット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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