JP4706170B2

JP4706170B2 - 組電池

Info

Publication number: JP4706170B2
Application number: JP2003353829A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　　勲; 岳人松原; 胸永　　訓良; 稔平田; 聖治根本; 下薗　　武司
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2003-10-14
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2023-10-14
Also published as: JP2005122927A

Description

本発明は、発電要素をアルミラミネートシート等のフレキシブルシートで覆った電池を複数個組み合わせた組電池に関するものである。

携帯用電子機器等では、発電要素をアルミラミネートシートで覆うことにより薄型軽量化を図った電池が従来から使用されている。アルミラミネートシートは、樹脂シートとアルミニウム箔をラミネート状にしたフレキシブルなシート材であり、扁平状の発電要素をこのアルミラミネートシートの間に収納し、このアルミラミネートシートが重なり合った周縁部分等を両側から加熱して熱溶着させることにより内部を密閉する。また、この際、発電要素の電極に接続された金属箔からなる端子を予めアルミラミネートシートが重なり合う間を通して外部まで伸ばしておき、熱溶着によってこの端子も封止して外部に引き出されるようにしている。

上記のようなフレキシブルなアルミラミネートシートで覆われた電池は、外部からの圧迫によって発電要素が容易に変形破損するおそれがあるので、さらに剛性のある電池ケースの内部に収容して保護することが多い（例えば、特許文献１，２参照。）。しかしながら、このように電池を電池ケースに収容すると、外部から振動や衝撃を受けたときに、この電池ケースの内部で電池がずれたり移動するので、金属箔からなる端子に曲げや折れが生じて破損するおそれがある。そこで、特許文献１では、電池のアルミラミネートシートを電池ケースに接着することにより、端子に曲げや折れが生じないようにしている。また、特許文献２では、アルミラミネートシートの周縁の溶着部を全周にわたって電池ケースで挟持することにより、端子もこのアルミラミネートシートの間に挟み込んで固定するようにしている。

ところが、上記電池を複数個組電池ケースに収容して組電池として用いる場合にも、振動や衝撃を受けると、これらの電池が個々に組電池ケースの内部でずれたり移動するので、この組電池ケースの内部で相互に接続された各電池の端子が破損するおそれが生じるという問題があった。しかも、このような組電池では、特許文献１の場合のように、各電池のアルミラミネートシートをそれぞれ組電池ケースに接着して確実に固定することはできず、特許文献２の場合のように、この組電池ケースによって各電池のアルミラミネートシートの周縁の溶着部をそれぞれ挟持して固定することもできない。

また、上記電池をそれぞれ一対の枠体の間に挟んだものを複数個並べて固定して組電池として用いるものも従来から提案されていた（例えば、特許文献３参照。）。しかしながら、このような組電池も、一対の枠体は、アルミラミネートシートが内部の発電要素によって膨らんだ部分を挟持するものであり、このアルミラミネートシートの間から引き出される端子の部分を挟持するものではないため、外部の振動や衝撃によってこの端子がアルミラミネートシートの周縁の溶着部と共に自由振動を起こし、これの繰り返しによって破損するのを防止することはできなかった。
特開平１１−１１１２５０号公報特開２０００−４８７７３号公報特開２００２−３１９３８３号公報

本発明は、フレキシブルシートの間に発電要素を収納した電池を複数個組み合わせた組電池の場合に、各電池のフレキシブルシートの封止固着部から引き出される端子を確実に固定することが困難であるために、この端子が破損し易いという問題を解決しようとするものである。

請求項１の発明は、フレキシブルシートよりなる発電要素収納手段の封止固着部から端子を引き出した電池の両側に配置し、前記封止固着部を両側から狭持しうる電池用枠体であって、前記電池用枠体は、前記電池の両側に配置された前記枠体自身によって該枠体同士が係止しうる係止手段を備えていることを特徴とする。

請求項２の発明は、電池用枠体が前記端子を接続しうる端子接続用導体を備えていることを特徴とする。

請求項３の発明は、フレキシブルシートよりなる発電要素収納手段の封止固着部から端子を引き出した電池の両側に、請求項１又は２記載の電池用枠体を備えたことを特徴とする。

請求項４の発明は、組電池がフレキシブルシートよりなる発電要素収納手段の封止固着部から端子を引き出した複数の電池と、請求項１又は２記載の枠体とを備えたことを特徴とし、請求項５の発明は、請求項４記載の組電池が同一形状の枠体が隣接している部分を含むことを特徴とする。

本発明によれば、電池の両側の枠体が端子の引き出されたフレキシブルシートの封止固着部を両側から挟持するので、外部から振動や衝撃を受けても、この端子がフレキシブルシートの端部と共に自由振動を起こすようなことがなくなり、この振動の繰り返しにより破損するのを防止することができるようになる。しかも、枠体同士が係止されているので、電池のずれや移動により端子が破損するのを防止することもできるようになる。

また、事前に各電池ごとに一対の枠体を取り付けてユニットにしておくことができるので、組電池を組み立てる際に、このユニットを複数個組み合わせればよく、それぞれバラバラな個々の電池と個々の枠体をその場で組み合わせる必要がなくなり、作業を容易にすることができるようになる。

また、電池の端子が、枠体に取り付けられた端子接続用導体を介して接続されるので、この端子がフレキシブルシートの封止固着部から先も含めて全て枠体によって支持されるようになり、外部から振動や衝撃に対してさらに確実に保護することができるようになる。ここで、各電池間に枠体が２個ある場合には、いずれか一方の枠体にのみ端子接続用導体を固着してもよいし、双方に端子接続用導体を固着して、組み立て後にこれらの端子接続用導体同士を接続するようにしてもよい。ただし、端子接続用導体同士を接続する場合には、各電池間の２個の枠体は、外部から振動や衝撃を受けても、相互にずれたり移動することがないようにする必要がある。

さらに、各枠体が互いに係止されるので、外部から振動や衝撃を受けても、枠体間でずれたり移動するようなことがなくなり、この枠体間のずれや移動によって端子が破損するのを防止することができるようになる。

以下、本発明の最良の実施形態について説明する。

本実施形態では、図１に示す非水電解質二次電池１を複数個組み合わせた組電池について説明する。この非水電解質二次電池１は、発電要素をアルミラミネートシート１１で覆ったものである。発電要素は、円筒形に巻回したものを側面から押し潰して扁平状の長円筒形に成形した巻回型のものを用いる。ただし、この発電要素の構成は任意であり、最初から長円筒形に巻回したものや積層型のものを用いることもできる。アルミラミネートシート１１は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂シートとＰＥ（ポリエチレン）等の樹脂シートとの間にアルミニウム箔を挟んでラミネート状としたフレキシブルシートであり、表面のＰＥＴ層により強度を確保すると共に、中間層のアルミニウム箔によりガスや水分、非水電解液のバリア性を確保し、内面のＰＥ層により熱溶着を容易にしている。

上記発電要素は、上下２枚のアルミラミネートシート１１の間に挟んで収納される。そして、これらのアルミラミネートシート１１は、四方の周縁部をＰＥ層が合わさるようにして重ね合わせられ、上下両側から加熱押圧して熱溶着させることにより全周にわたって熱溶着部１１ａ〜１１ｄを形成し内部を密閉する。また、この際には、発電要素の電極に接続された金属箔からなる端子１２を予めアルミラミネートシート１１が重なり合う間を通して外部まで伸ばしておき、熱溶着によってこの端子１２を共に封止することにより外部に引き出されるようにしている。即ち、図１では、発電要素を上下から挟んだアルミラミネートシート１１の手前側の周縁の熱溶着部１１ａから端子１２が引き出されると共に、奥側の周縁の熱溶着部１１ｃからも逆極性の端子１２が引き出されている。なお、これらの熱溶着部１１ａ，１１ｃにおける端子１２とアルミラミネートシート１１のＰＥ層との間には、予め金属にもＰＥにも馴染み易い樹脂を介在させて封止を確実にしている。また、このアルミラミネートシート１１の内部には、完全に密閉する前に非水電解液が注入される。

上記のように構成された非水電解質二次電池１は、上下の両側から枠体２に挟み込まれる。上方の枠体２は、非水電解質二次電池１の上側のアルミラミネートシート１１における発電要素による上方への膨らみ部分の四方の周囲を囲むように配置された４本の桟２１〜２４からなる樹脂成形品である。従って、この枠体２は、非水電解質二次電池１のアルミラミネートシート１１における四方の周縁部の熱溶着部１１ａ〜１１ｄの上に各桟２１〜２４が載置される。そして、これらの桟２１〜２４は、アルミラミネートシート１１の上方への膨らみ部分の高さよりも僅かに高く形成されているので、この膨らみ部分の四方の周囲を完全に覆うことになる。また、この枠体２には、手前側の桟２１と奥側の桟２３の両端部の下端にそれぞれ下方に突出する係止凸部２ａが形成されると共に、これらの桟２１，２３の両端部の上部にも、それぞれこの係止凸部２ａが嵌まり込むようになった係止凹部２ｂが形成されている。

下方の枠体２は、上記上方の枠体２と全く同じ構成の同一部品が用いられる。従って、この下方の枠体２は、非水電解質二次電池１のアルミラミネートシート１１における四方の周縁部の熱溶着部１１ａ〜１１ｄの下に各桟２１〜２４が載置される。また、上方の枠体２の各係止凸部２ａが下方の枠体２の各係止凹部２ｂに嵌まり込み係止されるので、これら上下の枠体２は、四方の各桟２１〜２４の間に非水電解質二次電池１のアルミラミネートシート１１の周縁部の熱溶着部１１ａ〜１１ｄを挟持した状態で一体化される。なお、図１では、この係止凸部２ａが単に係止凹部２ｂに嵌まり込むことにより係止される場合を示しているが、この係止凸部２ａが係止凹部２ｂに嵌まり込むと共に例えば弾性によって噛み合って容易には外れないように係止されるものであってもよい。このようにして非水電解質二次電池１が上下一対の枠体２に挟持されると、手前側と奥側の上下の桟２１，２３に挟持されたアルミラミネートシート１１の熱溶着部１１ａ，１１ｃから引き出された端子１２は、それぞれこの一対の枠体２からも手前側と奥側に突出することになる。また、右側と左側の熱溶着部１１ｂ，１１ｄも、上下の桟２２，２４に挟持されると共に、先端部がはみ出すので、このはみ出し部分が邪魔にならないように下方に折り曲げている。

上記のようにして非水電解質二次電池１が上下一対の枠体２に挟持されて一体化されると、図２に示すように、このような非水電解質二次電池１と一対の枠体２とからなるユニットが複数個上下に積み重ねられる。この際、上方の非水電解質二次電池１の下側の枠体２の各係止凸部２ａが下方の非水電解質二次電池１の上側の枠体２の各係止凹部２ｂに嵌まり込んで係止されるので、上下に積層された全ての枠体２が一体化される。また、各ユニット間では、それぞれの一対の枠体２から突出した端子１２同士が超音波溶接やスポット溶接により接続されて組電池が構成される。そして、このように構成された組電池は、枠状や箱状又は袋状等の適宜な組電池ケースに収容されて使用される。

上記構成の組電池によれば、各非水電解質二次電池１の端子１２がアルミラミネートシート１１の熱溶着部１１ａ，１１ｃで一対の枠体２の桟２１，２３によって上下から挟持されるので、外部から振動や衝撃を受けても自由振動を起こすようなことがなくなり、この振動の繰り返しによって破損するのを防止することができる。また、各枠体２間は、係止凸部２ａと係止凹部２ｂとによって係止されるので、一対の枠体２間だけでなくユニット間でもずれや移動が生じることがなくなり、端子１２の接続部分が破損するおそれもなくなる。さらに、これらの枠体２が組電池ケース内で固定されている場合には、この組電池ケースに取り付けられた組電池端子に内部の非水電解質二次電池１の端子を接続した部分が破損するおそれもなくなる。しかも、複数の非水電解質二次電池１とこの２倍の個数の枠体２とを組電池の組み立て時にその場で組み合わせるのではなく、予め各非水電解質二次電池１ごとに一対の枠体２を取り付けてユニットとしたものを組み合わせるだけでよいので、組電池の組み立て作業を容易にすることができる。

なお、上記実施形態では、各非水電解質二次電池１ごとに一対の枠体２を取り付けるので、非水電解質二次電池１の間に２個の枠体２が配置される場合を示したが、図３に示すように、図１及び図２の２個の枠体２を一体形成したような背の高い枠体３を用いることもできる。この場合、各非水電解質二次電池１ごとに事前にユニットを作っておくことはできないが、複数個の非水電解質二次電池１とこれより１個少ない枠体３に上下の端の２個の背の低い枠体２を組み合わせるだけでよいので、部品点数を削減することができる。

また、上記実施形態では、各非水電解質二次電池１のアルミラミネートシート１１の四方の熱溶着部１１ａ〜１１ｄを全て枠体２で挟持する場合を示したが、これらの枠体２は、少なくとも端子１２が引き出される手前側と奥側の熱溶着部１１ａ，１１ｃの中央部だけを挟持すればよい。即ち、枠体２の各桟２１〜２４は、非水電解質二次電池１のアルミラミネートシート１１に当接する面が全て面一である場合を示したが、例えば右側と左側の熱溶着部１１ｂ，１１ｄの上方に配置される桟２２，２４の面は、手前側と奥側の桟２１，２３よりも後退していてもよい。さらに、上記実施形態では、アルミラミネートシート１１の手前側と奥側の双方から端子１２を引き出す場合を示したが、この端子１２の引き出し位置は任意であり、例えばアルミラミネートシート１１の手前側だけから正負双方の端子１２を共に引き出すようにすることもできる。そして、この場合には、枠体２の手前側の桟２１がこのアルミラミネートシート１１の手前側の熱溶着部１１ａだけを挟持するようにしてもよい。しかも、枠体２が挟持する部分がこのように偏っている場合には、四方の桟２１〜２４を全て設ける必要もなく、挟持する部分に応じて任意の構成とすることができる。つまり、枠体２は、アルミラミネートシート１１における少なくとも端子１２が引き出される熱溶着部を挟持するようになっていればよい。

また、上記実施形態では、各非水電解質二次電池１の端子１２が個別に接続される場合を示したが、図３に示すように、枠体３の手前側の桟３１の側面に端子接続用導体４を取り付け、この端子接続用導体４に上下の非水電解質二次電池１の端子１２をそれぞれ接続固定するようにしてもよい。このような端子接続用導体４を用いると、アルミラミネートシート１１の熱溶着部１１ａ，１１ｃより先に突出する端子１２も固定することができるので、外部からの振動や衝撃に対してこの端子１２をさらに確実に保護することができるようになる。即ち、アルミラミネートシート１１の熱溶着部１１ａ，１１ｃを枠体２で挟持するだけでは、さらにその先に突出する端子１２のみが外部の振動や衝撃により自由振動を起こしたり組電池ケースの内面に擦れて破損するのを避けることはできないが、この端子１２を端子接続用導体４に接続固定しておけば、このような破損を防止することができるようになる。

ここで、上下に積み重ねた非水電解質二次電池１を直列に接続する場合には、手前側に引き出される端子１２の極性が正負交互になるように上下の非水電解質二次電池１を配置し、各非水電解質二次電池１の間の枠体３も、端子接続用導体４を取り付ける手前側と奥側の桟３１，３３を上下方向に交互に替えればよい。また、並列に接続する場合には、端子１２の極性を同じにして、各枠体３の手前側と奥側の双方の桟３１，３３にそれぞれ端子接続用導体４を取り付ければよい。

さらに、上記では、各非水電解質二次電池１の間に配置する１個の枠体３に端子接続用導体４を取り付ける場合を示したが、図１及び図２に示したように、各非水電解質二次電池１の間に２個の枠体２を配置する場合にも、各枠体２に端子接続用導体４を取り付けることができる。ただし、この場合には、各非水電解質二次電池１の間の２個の枠体２の端子接続用導体４間は、別途接続固定する必要がある。しかしながら、例えば各非水電解質二次電池１の間の２個の枠体２のうち１個だけに端子接続用導体４を取り付けておき、ここに上下の非水電解質二次電池１の端子１２を接続固定するようにしてもよい。また、この場合、上下いずれかの非水電解質二次電池１の端子１２と端子接続用導体４との間の距離が長くなるので、この端子接続用導体４を上下いずれかの方向にはみ出すようにすることもできる。

また、上記実施形態では、各枠体２に係止凸部２ａと係止凹部２ｂを形成した場合を示したが、上下の枠体２同士が係止されるようにする係止手段であれば、このような係止凸部２ａと係止凹部２ｂの構造に限定されることはない。もっとも、図３に係る枠体３にも、図１及び図２に示した枠体２のような係止凸部や係止凹部等の係止手段を形成する。

また、上記実施形態では、２枚のアルミラミネートシート１１を重ね合わせた発電要素収納手段を用いる場合を示したが、例えば１枚を２つ折りにしたり、封筒のように両端部と中央部で重ね合わせるようにした間に発電要素を収納してもよく、予め袋状にしたアルミラミネートシート１１の中に発電要素を収納してもよい。そして、このようにアルミラミネートシート１１を周縁部以外の端部で重ね合わせて熱溶着する場合には、端子１２も、この周縁部以外の端部の熱溶着部から引き出すようにしてもよい。さらに、このアルミラミネートシート１１の重ね合わせ部分は、熱溶着に代えて、接着等の他の方法により封止固着することもできる。さらに、上記実施形態では、アルミラミネートシート１１よりなる発電要素収納手段を用いる場合を示したが、十分な強度とバリア性を確保し確実な封止が可能なフレキシブルシートであれば材質は任意であり、ラミネートシートでなくてもよい。

また、上記実施形態では、非水電解質二次電池１を上下の１次元方向に並べる場合を示したが、上下左右のように２次元方向や上下左右と前後のように３次元方向に並べた組電池にも同様に実施可能である。さらに、上記実施形態では、非水電解質二次電池１について示したが、本発明は電池の種類は問わない。

本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池とこの上下に配置される一対の枠体の構成を示す組み立て斜視図である。本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池と一対の枠体とからなるユニットを複数積み重ねる組み立て工程を示す斜視図である。本発明の一実施形態を示すものであって、端子接続用導体４を取り付けた枠体の例を示すための斜視図である。

符号の説明

１非水電解質二次電池
１１アルミラミネートシート
１１ａ熱溶着部
１１ｂ熱溶着部
１１ｃ熱溶着部
１２端子
２枠体
２ａ係止凸部
２ｂ係止凹部
３枠体
４端子接続用導体

Claims

フレキシブルシートよりなる発電要素収納手段の封止固着部から端子を引き出した電池の両側に配置し、前記封止固着部を両側から狭持しうる電池用枠体であって、前記電池用枠体は、前記電池の両側に配置された前記枠体自身によって該枠体同士が係止しうる係止手段を備えていることを特徴とする電池用枠体。
前記端子を接続しうる端子接続用導体を備えた請求項１記載の電池用枠体。
フレキシブルシートよりなる発電要素収納手段の封止固着部から端子を引き出した電池の両側に、請求項１又は２記載の電池用枠体を備えた電池。
フレキシブルシートよりなる発電要素収納手段の封止固着部から端子を引き出した複数の電池と、請求項１又は２記載の枠体とを備えた組電池。
同一形状の枠体が隣接している部分を含む請求項４記載の組電池。