(57)【要約】【課題】組立性及び体積、重量効率に優れる集合電池を提供する。【解決手段】組電池３０は、４個の二次電池１、１１、２１、３１がそれぞれ上下を逆にして配列されており、二次電池１、１１、２１、３１の側周面の間にそれぞれ２本のスペーサ４、１４、２４が介在している。２本のスペーサ４の一側に隣接した二次電池１及び２本のスペーサ４のスペーサ上部４ａが熱収縮チューブ５ａにより個縛され、２本のスペーサ４の他側に隣接した二次電池１１及び２本のスペーサ４のスペーサ下部４ｂが熱収縮チューブ５ｂにより個縛されて、二次電池１、１１が結束している。スペーサ４、１４、２４及び熱収縮チューブ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆで二次電池１、１１、２１、３１を結束する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単電池が複数個集合した集合電池において、前記単電池が側周面の間に棒状のスペーサを介して配設されており、前記スペーサと前記スペーサの一側に隣接した単電池とが前記スペーサの長手方向の一側で筒状体に内包され、前記スペーサと前記スペーサの他側に隣接した単電池とが前記スペーサの長手方向の他側で前記筒状体とは別の筒状体に内包されたことを特徴とする集合電池。
【請求項２】
前記スペーサが両端に前記筒状体を係止する係止部を有することを特徴とする請求項１に記載の集合電池。
【請求項３】
前記筒状体が熱収縮して前記単電池及び前記スペーサが保持されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の集合電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は集合電池に係り、特に、単電池を複数個集合した集合電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円筒型電池を複数集合して集合電池を構成するために、複雑な形状の電池ホルダを複数用いて、電池ホルダに円筒型電池を接着する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、円筒型電池の直径より大きな内径の有底筒状の電池ホルダ内に円筒型電池を挿入し、電池ホルダの両端面に円筒型電池間を電気的に接続する金属片を溶接又はネジ締結して、電池ホルダにより円筒型電池を狭持し、電池ホルダの接合力により円筒型電池を固定する技術も知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２２３０９９号公報（図２、図１４、図１５、段落番号「００３５」、「００３６」）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、複雑な形状の電池ホルダを複数用いるため、コスト高となる。また、電池ホルダに円筒型電池を接着するために、接着剤の硬化時間が必要なため、組立性が悪く、リサイクル時には、電池ホルダが円筒型電池に接着されているため、解体作業が煩雑化する、という問題点がある。
【０００５】
また、有底筒状電池ホルダ内に円筒型電池を挿入する技術では、電池ホルダがコスト高となるだけでなく、電池ホルダの接合力により円筒型電池を固定し電気的接続を担うために、金属片の体積が大きくなってしまい、その分集合電池の重量が増加する、という問題点がある。
【０００６】
本発明は、上記事案に鑑み、組立性及び体積、重量効率に優れた集合電池を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、単電池が複数個集合した集合電池において、前記単電池が側周面の間に棒状のスペーサを介して配設されており、前記スペーサと前記スペーサの一側に隣接した単電池とが前記スペーサの長手方向の一側で筒状体に内包され、前記スペーサと前記スペーサの他側に隣接した単電池とが前記スペーサの長手方向の他側で前記筒状体とは別の筒状体に内包されている。
【０００８】
本発明では、スペーサ及び筒状体によりスペーサの一側及び他側に隣接した単電池を集合させることができるので、組立性が向上すると共に、スペーサが棒状のため、スペーサが占める体積、重量を抑制することができるので、集合電池の体積、重量効率を向上させることができる。
【０００９】
この場合において、スペーサが両端に筒状体を係止する係止部を有するようにすれば、筒状体がずれてスペーサからはずれることを抑制することができる。また、筒状体が熱収縮して単電池及びスペーサを保持するようにすれば、熱収縮した筒状体により各単電池を集合させることができると共に、集合電池を素早く解体することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明を組電池に適用した実施の形態について説明する。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態の組電池３０は、４個の円筒型リチウムイオン二次電池（以下、二次電池と略称する。）１、１１、２１、３１を備えている。二次電池１、１１、２１、３１は、それぞれ上下を逆にして配列されている。二次電池１の正極端子２及び二次電池３１の負極端子３を除いて、二次電池１、１１、２１、３１の正、負極端子は板状の金属製接続ブスバ９で隣接する二次電池の異極同士に接続されており、二次電池１、１１、２１、３１全体として直列に接続されている。二次電池１の正極端子２は板状の正極端子片７の一側に接続されており、二次電池３１の負極端子３は板状の負極端子片８の一側に接続されている。すなわち、図２に示すように、正極端子片７の一側には十字状の溶接用貫通穴（プロジェクション）が形成されており、正極端子２は貫通穴を介して正極端子片７にスポット溶接されている。正極端子片７の他側には２５０シリーズのタブが形成されており、このタブに図示を省略した正極出力リード線が接続されている。同様に、負極端子３は貫通穴を介して負極端子片８にスポット溶接されており、２５０シリーズのタブは負極出力リード線に接続されている。
【００１２】
図１及び図２に示すように、二次電池１及び二次電池１１の側周面の間には、電気絶縁性樹脂製で棒状のスペーサ４が、二次電池１の長手方向及び二次電池１、１１、２１、３１の配列方向に直交する方向に所定距離隔てて２本配設されている。二次電池１１、２１、３１の側周面の間にも、同様にそれぞれ２本ずつスペーサ１４、２４が配設されている。
【００１３】
図１及び図３に示すように、スペーサ４は、長手方向の中央部及び両端部に、熱収縮した電気絶縁性樹脂製筒状の熱収縮チューブ５ａを係止する円柱状の中央係止部４ｅ、上端係止部４ｃ、下端係止部４ｄを有している。中央、上、下端係止部４ｅ、４ｃ、４ｄの直径は、ほぼ同寸法とされている。また、スペーサ４には、上端係止部４ｃ及び中央係止部４ｅの間に上端係止部４ｃの径より小径のスペーサ上部４ａが形成されており、下端係止部４ｄ及び中央係止部４ｅの間にスペーサ上部４ａの径と同径のスペーサ下部４ｂが形成されている。スペーサ上部４ａ、スペーサ下部４ｂの長手方向の長さはほぼ同じである。なお、他のスペーサ１４、２４もスペーサ４と同様の形状を有している。
【００１４】
図１及び図２に示すように、２本のスペーサ４のスペーサ上部４ａ及び二次電池１の上半部（二次電池１のスペーサ上部４ａに対向する部分）は熱収縮チューブ５ａに内包され個縛されており、中央、上、下端係止部４ｅ、４ｃ、４ｄは二次電池１に圧接されている。また、２本のスペーサ４のスペーサ下部４ｂ及び二次電池１１の下半部（二次電池１１のスペーサ下部４ｂに対向する部分）は熱収縮チューブ５ｂに内包され個縛されており、中央、上、下端係止部４ｅ、４ｃ、４ｄは二次電池１１に圧接されている。従って、２本のスペーサ４の一側及び他側に隣接した二次電池１及び二次電池１１が結束している。
【００１５】
また、２本のスペーサ１４のスペーサ上部１４ａ及び二次電池１１の上半部は熱収縮チューブ５ｃに内包され個縛されており、２本のスペーサ１４の中央、上、下端係止部は二次電池１１に圧接されている。更に、２本のスペーサ１４のスペーサ下部１４ｂ及び二次電池２１の下半部は熱収縮チューブ５ｄに内包され個縛されており、２本のスペーサ１４の中央、上、下端係止部は二次電池２１に圧接されている。従って、２本のスペーサ１４の一側及び他側に隣接した二次電池１１及び二次電池２１が結束している。同様に、スペーサ２４の一側及び他側に隣接した二次電池２１、３１は、熱収縮チューブ５ｅ、５ｆに個縛されて組電池３０が構成されている。
【００１６】
図４に示すように、二次電池１は、正極及び負極をリチウムイオンの通過を許容するポリエチレン製微多孔薄膜のセパレータを介してガラスフィラが３０％混入したポリプロピレン製中空棒状の捲き芯の周りに捲回した電極群１３と非水電解液とが円筒状の有底電池缶１５内に収容され、電池内圧が所定圧に到達するとガスを開放するガス開放弁を有する上蓋でカシメ封口されカシメ部１３が形成されている。
【００１７】
正極は、活物質のマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）粉末１００重量部に、導電剤として平均粒径２０μｍの鱗片状黒鉛１０重量部、結着剤のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）１０重量部を添加し、これに分散溶媒のＮ−メチルピロリドンを添加、混練して得たスラリを正極集電体のアルミニウム箔の両表面に塗布、乾燥、プレス、裁断して得られたものである。
【００１８】
一方、負極は、グラファイト粉末１００重量部に、結着剤としてＰＶＤＦ１０重量部を添加し、これに分散溶媒のＮ−メチルピロリドンを添加、混練して得たスラリを負極集電体の圧延銅箔の両面に塗布、乾燥、プレス、裁断して得られたものである。
【００１９】
非水電解液には、例えば、６フッ化リン酸リチウムや４フッ化ホウ酸リチウムをエチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）などの有機溶媒に１モル／リットル程度溶解した電解液が用いられている。他の二次電池１１、２１、３１も二次電池１と同様に作製されている。
【００２０】
（組電池の作製）
次に、本実施形態の組電池３０の作製手順について説明する。
【００２１】
二次電池１、１１を、上下を逆にして側周面の間にスペーサ４を２本介して配列する。このとき、二次電池１の上半部及び２本のスペーサ４のスペーサ上部４ａに円筒状の熱収縮チューブ５ａを被せ、二次電池１１の下半部及び２本のスペーサ４のスペーサ下部４ｂに熱収縮チューブ５ａと同一形状の熱収縮チューブ５ｂを被せる。次に、熱収縮チューブ５ａを熱収縮させて、二次電池１の上半部及びスペーサ上部４ａを個縛し、熱収縮チューブ５ｂを熱収縮させて、二次電池１１の下半部及びスペーサ下部４ｂを個縛する。これにより、スペーサ４の一側及び他側に隣接する二次電池１、１１が結束される。二次電池１、１１の結束と同様にして、二次電池２１、３１を個縛・結束する。
【００２２】
二次電池１、１１、２１、３１を結束した後、二次電池１、１１、２１、３１の正、負極端子を金属接続ブスバ９で隣接する二次電池の異極同士に接続する。次に、２５０シリーズのタブに正極出力リード線を予め接続した正極端子片７を、溶接用貫通穴を介して正極端子２にスポット溶接し、同様に、２５０シリーズのタブに負極出力リード線を予め接続した負極端子片８を、溶接用貫通穴を介して負極端子３にスポット溶接して組電池３０を作製する。
【００２３】
次に、本実施形態の組電池３０の作用等について説明する。
【００２４】
本実施形態の組電池３０では、スペーサ上部４ａ及び二次電池１の上半部が熱収縮チューブ５ａに個縛され、スペーサ下部４ｂ及び二次電池１１の下半部が熱収縮チューブ５ｂに個縛されている。他の二次電池２１、３１も、同様に個縛されている。このように、本実施形態の組電池３０では、スペーサ４及び熱収縮チューブ５ａの２種類の部品で、スペーサ４の一側及び他側に隣接した二次電池１、１１を結束可能なため、複雑でコスト高となる電池ホルダが不要となり、二次電池と電池ホルダとを接着する接着剤の硬化時間が不要となる。従って、組電池３０を低コスト化することができると共に、組立性を向上させることができる。
【００２５】
また、本実施形態の組電池３０では、組電池３０をリサイクルするために解体する場合や、直並列接続に変更がある場合に、熱収縮チューブ５ａや熱収縮チューブ５ｂを破断するだけで、簡単に解体することができる。
【００２６】
更に、本実施形態の組電池３０では、スペーサ４、１４、２４が棒状の形状を有している。このため、二次電池の間隔を小さくすることができる。従って、組電池３０を小型化することができる。また、各スペーサ及び熱収縮チューブが樹脂製とされている。このため、スペーサ及び熱収縮チューブを共に軽量化することができるので、組電池３０を軽量化することができる。更に、各スペーサ及び熱収縮チューブが電気絶縁性とされているため、各二次電池同士を絶縁することができる。
【００２７】
また更に、本実施形態の組電池３０では、スペーサ４が、両端に熱収縮チューブ５ａ、５ｂを係止する上、下端係止部４ｃ、４ｄを有している。このため、熱収縮チューブ５ａ、５ｂがスペーサ４の端にずれてスペーサ４から外れることを防止することができる。また、スペーサ４が中央係止部４ｅを有しているため、熱収縮チューブ５ａ、５ｂ同士が接触することによる熱収縮チューブ５ａ、５ｂの破損を防止することができる。更に、スペーサ上、下部４ａ、４ｂの長手方向の長さを、同一寸法としたため、熱収縮チューブ５ａ、５ｂの位置合わせが容易となるので、組立性を向上させることができる。なお、他のスペーサ１４、２４、熱収縮チューブ５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆについても同様の効果を得ることができる。
【００２８】
そして、本実施形態の組電池３０では、各二次電池を結束した後、金属接続ブスバ９及び正、負極端子片７、８を溶接するため、接続作業が容易となる。
【００２９】
なお、本実施形態では、二次電池１、１１、２１、３１の側周面の間に棒状のスペーサ４、１４、２４を二次電池１の長手方向及び二次電池の配列方向に直交する方向に所定距離隔てて２本配設する例を示したが、スペーサの本数、形状はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、二次電池１、１１の側周面の間に、断面が板状の扁平スペーサ４０を一つ配置するようにしてもよいし、図６に示すように、中央部、両端部の断面形状が略菱形のスペーサ４４を二次電池の側周面の間に配置するようにしてもよい。このようにすることで、組電池３０全体の小型化を図ることができる。また、熱収縮チューブ５ａを係止する中央係止部、上、下端係止部が円柱状の形状を有する例を示したが、二次電池に接触する接触面を二次電池の形状に合わせるようにしてもよい。このようにすれば、各二次電池を安定した状態で結束することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、熱収縮チューブ５ａにより二次電池１の上半部、熱収縮チューブ５ｂにより二次電池１１の下半部がそれぞれ個縛された例を示したが、熱収縮チューブ５ａにより二次電池１の下半部、熱収縮チューブ５ｂにより二次電池１１の上半部をそれぞれ個縛するようにしてもよい。このようにしても、同様の効果が得られる。
【００３１】
更に、本実施形態では、二次電池１と二次電池１１を結束し、次に、二次電池１１と二次電池２１とを結束した例を示したが、結束する順序はこれに限定されず、例えば、二次電池１と二次電池１１を結束し、次に、二次電池２１と二次電池３１とを結束し、最後に、二次電池１１と二次電池２１とを結束してもよい。
【００３２】
また、本実施形態では、二次電池が４個直列に接続された組電池３０を例示したが、二次電池の個数及び接続はこれに限定されず、２個の二次電池を並列接続し、並列接続した電池を４個直列に接続するようにしてもよい。
【００３３】
更に、本実施形態では、円筒型リチウムイオン二次電池を例示したが、これに限定されず、角型や一次電池に適用してもよい。そして、本実施形態では、電池間が接続された組電池を例示したが、本発明はこのような接続を行う前の集合電池に適用可能なことは云うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スペーサ及び筒状体によりスペーサの一側及び他側に隣接した単電池を集合させることができるので、組立性が向上すると共に、スペーサが棒状のため、スペーサが占める体積、重量を抑制することができるので、集合電池の体積、重量効率を向上させることができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の組電池の正面図である。
【図２】実施形態の組電池の平面図である。
【図３】実施形態の組電池に使用されるスペーサの正面図である。
【図４】円筒型リチウムイオン二次電池の断面図である。
【図５】他の実施形態の組電池に使用されるスペーサの平面図である。
【図６】別の実施形態の組電池に使用されるスペーサの平面図である。
【符号の説明】
１、１１、２１、３１  円筒型リチウムイオン二次電池（単電池）
４、１４、２４、４４  スペーサ
４ａ、１４ａ  スペーサ上部
４ｂ、１４ｂ  スペーサ下部
４ｃ  上端係止部（係止部）
４ｄ  下端係止部（係止部）
４ｅ  中央係止部（係止部）
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ  熱収縮チューブ（筒状体）
３０  組電池（集合電池）
４０  扁平スペーサ
【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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