JP2010218716A

JP2010218716A - 組電池

Info

Publication number: JP2010218716A
Application number: JP2009060641A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Fujiwara; 雅之藤原; Masataka Shinyashiki; 昌孝新屋敷; Hitoshi Maeda; 仁史前田; Nobuyuki Tamura; 宜之田村; Yasuyuki Okuda; 泰之奥田; Atsuhiro Funabashi; 淳浩船橋
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2010-09-30

Abstract

【課題】限られた空間に密閉されて設置される場合にも外部への熱伝導性を十分に得ることができるとともに、各単電池に均一な構成圧を効果的にかけることが可能な組電池を提供すること。
【解決手段】組電池２０において、積層された複数の電池２１と、電池２１の積層方向に沿って延びると共に熱伝導性を有する外装部材２３と、断熱部２２Ｍ、断熱部２２Ｍの両側の伝熱部２２Ｔおよび伝熱部２２Ｔに連結された外側当接面部２４Ｄを有するスペーサ２２と、を備え、伝熱部２２Ｔが電池２１間に介挿されて電池２１の表面に面的に当接するとともに、外側当接面部２４Ｄが外装部材２３に面的に当接する構成とする。
【選択図】図１８

Description

本発明は、複数の電池よりなる組電池に関し、特に電池に発生する熱を効率よく外部に放熱することができてハイレート特性に優れる大容量の組電池に関するものである。

例えばロボットや小型動力のモバイル機器等の電源は、限られた空間に密閉されるものであるため、小型軽量で低コストであること等が要望される。このような要望を満足するものとして、近年、高エネルギー密度を有するリチウムイオン電池が注目されている。このリチウムイオン電池は、高出力とするため、例えば５、６セル程度ないし１０数セル程度の多数の電池を直列または並列に接続して組電池として使用される。

しかしながら、上記のような用途に使用される組電池は、ハイレートで使用されて放電時に各電池（単電池）が発熱するが、上述のように密閉空間に設置される場合には空気中に放熱することができないので温度が上昇し、運転上限温度にまで達すると電池が放電できなくなるという問題がある。

そこで、特許文献１および特許文献２には、断熱材を両側から伝熱（放熱）材で挟持した３層構造を有する中間部材を単電池間に介装するようにして組電池を構成することが開示されている。このような構成によれば、断熱材によって単電池間の熱伝達を遮断することができるとともに、単電池に発生した熱を伝熱（放熱）材によって放熱することができる。

特開２００４−３６２８７９号公報特開２００６−１９６２３０号公報

しかしながら、前記特許文献１では、中間部材に溝状の通路を形成し、この通路に空気等の冷却媒体を流通させることによって放熱性を確保するようにしており、冷却ファン等を設けて通路に冷却風を強制的に流通させることによりさらに冷却を促進できることも記載されているが、例えば前述のように組電池が限られた空間に密閉されて設置される場合には、ファン等の強制空冷機構を設置することも困難であるため、通路に冷却媒体を流通させる方法によっては期待できる冷却効果にも限界があり、したがって外部へ固体の熱伝導により放熱することが必要となる。前記特許文献１では、断熱部材の両側に高熱伝導部材を配置して前述のような３層構造とすることが開示されているが、この高熱伝導部材によって電池から効率よく受熱するとともに放熱面積を大きくするとの記載があるのみであって、この高熱伝導部材から外部への熱伝導については具体的に記載されておらず、したがって、この高熱伝導部材は通路を流通させる冷却媒体への熱伝導を意図したものと考えられ、上述のような、通路に冷却媒体を流通させる方法により得られる冷却効果の限界を脱するものとは言い難い。

また、角型に構成された積層式電池等を単電池として構成される組電池の場合、ハイレート特性を得るためには各単電池に均一な圧力（構成圧）をかけることが必要であるが、前記特許文献１にはこの点についての記載はなく、ましてや、上述の高熱伝導部材を外部への熱伝導性を確保しながら外装体等の外部の部材に固定する構造等については一切考慮されていない。一方、前記特許文献２には、中間部材である層間部材を熱伝達部材で連結して外殻部材としてのケーシングを形成することが記載されており、この構成によれば中間部材から熱伝達部材を介して外部へ熱伝導させることが可能である。ところが、この特許文献２では、層間部材と熱伝達部材とを一体成形して、各層間部材の間に各単電池を圧入するようにしており、この構造によっては、各単電池に構成圧をかける工程において、層間部材と熱伝達部材との連結部が一体的に固定されていることから、熱伝達部材が外殻部材としての剛性を有するものであると、特にこの連結部の近傍において層間部材の幅が固定されることとなり、したがって各単電池に均一な構成圧をかけることは困難である。

したがって、本発明は、限られた空間に密閉されて設置される場合にも外部への熱伝導性を十分に得ることができるとともに、各単電池に均一な構成圧を効果的にかけることが可能な組電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に、本発明に係る組電池は、
積層された複数の電池と、
電池の積層方向に沿って延びると共に、熱伝導性を有する外装部材と、
断熱性を有する断熱部と、断熱部の両側に配置され熱伝導性を有する伝熱部と、伝熱部に連結された熱伝導性を有する外側当接面部とを有するスペーサと、
を備え、
伝熱部が電池間に介挿されて電池の表面に面的に当接するとともに、外側当接面部が外装部材に面的に当接していることを特徴とする。

本発明において、「外装部材」には、一般に、積層された複数の電池を外側から覆い得るものであればいかなる部材も含まれ、例えば、矩形板状の電池が積層されて全体として概略直方体状に構成された電池積層体の場合、該電池積層体の６面をそれぞれ覆う底板、天板、側板、正面板、背面板等がいずれも含まれるが、「電池の積層方向に沿って延びると共に、熱伝導性を有する外装部材」とは、例えば上記のような概略直方体状の電池積層体の場合であれば、該電池積層体の６面のうち、両端部の電池の外側面を除く４面（即ち積層された各電池の周縁が位置する４面）のうちの少なくとも１面を覆うように延び、アルミニウム、銅等の熱伝導性を有する材料よりなる部材を含意し、例えば該電池積層体が電池の積層方向を前後方向に向けて配置される場合には、熱伝導性材料よりなる、底板、側板、少なくとも一方の側板と底板とを一体に成形してなる断面Ｌ字形状ないし溝形状の部材、等がこれに該当する。

また、「断熱部」としては、例えば、樹脂等の断熱材が膜状、層状等に成形された部位がいずれも含まれ、さらに具体的には例えば樹脂等よりなる断熱シート等が挙げられる。
また、「伝熱部」としては、例えば、アルミニウム、銅等の熱伝導性を有する材料が膜状、層状等に成形された部位がいずれも含まれ、さらに具体的には例えばアルミニウム、銅等の金属よりなる金属板等が挙げられる。
また、「外側当接面部」としては、熱伝導性を有し外装部材に面的に当接し得る当接面を有するものであればよく、例えば、アルミニウム、銅等の金属を断面コ字形状、断面Ｌ字形状、角管状、角棒状（中実の角柱状）等の形状に成形してなる部材をスペーサの伝熱部に溶接等により連結することによって当接面を形成するようにしたものや、あるいはスペーサの端部を一方に折曲することによって当接面を形成するようにしたもの等がいずれも含まれる。

上記構成によれば、電池に発生した熱が、スペーサの伝熱部、外側当接面部および外装部材を経て外部へ放散される。即ち、組電池を構成する単電池と組電池の外部空間との間に、スペーサの伝熱部から外側当接面部を経て外装部材へと至る伝熱経路が形成され、この伝熱経路によって外部への熱伝導性を確保することができるようになっている。このとき、スペーサの伝熱部が電池の表面に対し面的に当接して十分に受熱面積が確保されるとともに、外側当接面部が外装部材に対し面的に当接することによって伝熱面積が十分に確保され、これにより外部への熱伝導性が十分に得られることとなる。

また、スペーサが外側当接面部で外装部材に当接する構造となっているので、組電池の組立工程において、スペーサを外装部材に接合する前の段階であれば、スペーサはいずれの部位においても拘束されておらず遊動し得る余裕を有しており、したがってこの段階で複数の単電池を両側から挟むようにして加圧することにより、各単電池に構成圧を十分にかけることができ、またこのとき、スペーサの伝熱部が電池の表面に対し面的に当接するので、各単電池に構成圧を均一にかけることができる。

前記スペーサが伝熱部に連結された内側当接面部を備え、内側当接面部が電池の側端面に面的に当接していることが望ましい。

本発明において、「内側当接面部」としては、熱伝導性を有し電池の側端面に面的に当接し得る当接面を有するものであればよく、例えば、アルミニウム、銅等の金属を断面コ字形状、断面Ｌ字形状、角管状、角棒状等の形状に成形してなる部材をスペーサの伝熱部に溶接等により連結することによって当接面を形成するようにしたもの等がいずれも含まれる。
また、この場合の「電池の側端面」とは、スペーサの伝熱部に当接しない側面、即ち、例えば前述の矩形板状の電池の場合であれば、スペーサの伝熱部に当接する表面を除く辺縁部（四辺部）に位置する側端面がこれに該当する。

本発明において、組電池を構成する単電池としては、スペーサを介装して組電池を構成し得るものであればいずれも用いることができるが、本発明では前述の通り、単電池に均一な構成圧を十分にかけることができる構成となっていることから、軟質のラミネートフィルムよりなる外装体を用いた積層式電池（以下、「積層ラミネート型電池」とも称す）が特に好適に用いられる。さらに、この積層ラミネート型電池においては、２枚のラミネートフィルムよりなる外装体に積層電極体を挿入し辺縁部を溶着して封止する構成とすることが、最も容易かつ安価に作製できることから一般的となっており、このような構成の積層ラミネート型電池では辺縁部にラミネートフィルムの封止部が延出して耳部が形成されることとなる。この積層ラミネート型電池を単電池として組電池を構成する場合、各単電池からの受熱面積を確保するためには、各単電池の表面をスペーサの伝熱部に当接させるだけでなく、各単電池の辺縁部に位置する側端面も外装部材に当接させることが望ましいが、このとき上記のように耳部が形成されていると、該耳部が外装部材に当接することとなってこの部分では受熱面積を確保することが困難である。

そこで、スペーサに上述のような内側当接面部を設けて電池の側端面に面的に当接させるようにすれば、各単電池の表面だけでなく側端面からの受熱面積も確保することが可能となる。

前記スペーサが、中央片と両側片とからなる断面コ字形状の部材を有し、中央片が伝熱部に連結されると共に、各両側片が外側当接面部と内側当接面部とを構成していることが望ましい。

前記外側当接面部は、例えば前述のようにスペーサの端部を一方に折曲するようにして形成してもよいが、この場合、内側当接面部は別の部材をスペーサに固定する等して形成することが必要である。これに対し、上記のように断面コ字形状の部材の中央片をスペーサに連結して各両側片で外側当接面部と内側当接面部とをそれぞれ構成するようにすると、スペーサに外側当接面部と内側当接面部とを一度に形成することができて作製が容易である。また、断面コ字形状の部材だけでなく、例えば前述のような角管や角棒を用いるようにしてもよいが、軽量化等の観点から断面コ字形状の部材を用いることが望ましい。

前記外装部材に、冷媒を流通させ得る冷媒流通経路が形成されていることが望ましい。

上記構成によれば、冷媒流通経路に冷媒を流通させることで冷却効果が得られ、電池の温度上昇をより効果的に抑制することができる。

前記複数の電池を、該電池の積層方向に沿って両側から挟むようにして熱伝導性を有する加圧板が配置され、該加圧板に、断熱性を有する断熱部が形成されていることが望ましい。

電池に圧力（構成圧）をかける締め付け治具である加圧板は、組電池の放熱性を確保するためにこれも熱伝導性を有するものとすることが望ましいが、該加圧板をそのまま電池の両側に配置すると、最も両側に配置される単電池から加圧板に直接的に熱が伝達され、これによりこの両端部が過度に冷却されることとなる。これに対し、上記のように加圧板に断熱部を形成するようにすると、両端部においても中央部と同様に外装部材を通って熱伝達がなされるようになって過度な冷却が抑制されることとなり、これにより組電池全体における温度分布のバランスを良好とすることができる。

前記スペーサの内側当接面部と前記外装部材との間に、制御基板を配置する基板配置部を形成するようにしてもよい。

スペーサの内側当接面部と外装部材との間に形成される空間は、中央に電池の耳部が配置されるが、それ以外の大部分はデッドスペースとなる。そこで上記のように、この空間に、充放電等の制御を行う制御基板を配置する基板配置部を形成することで、この空間を有効に利用して組電池をその分コンパクト化することができる。

前記スペーサの外側当接面部または外装部材に、前記複数の電池の積層方向に沿って延びる長孔が形成され、該長孔で前記外側当接面部が前記外装部材にネジまたはボルトにより接合されていることが望ましい。

スペーサの外側当接面部は、外装部材に対し、例えば溶接等によって接合するようにしてもよいが、上記のようにスペーサの外側当接面部または外装部材に、前記複数の電池の積層方向に沿って延びる長孔を形成して該長孔で外側当接面部を前記外装部材にネジまたはボルトにより接合するようにすると、仮止め状態では、スペーサが所定位置に保持されながら、電池の積層方向に沿ってわずかに移動（遊動）できるので、両側から加圧することにより各単電池に均一な構成圧を十分にかけることができ、したがって組電池の組み立て作業がより容易となる。

本発明の構成によれば、組電池が限られた空間に密閉されて設置される場合であっても、電池に発生する熱を効率よく外部に放熱することができ、かつ、各単電池に均一な構成圧を容易かつ効果的にかけることが可能となり、したがってハイレート特性に優れる組電池を得ることができる。

本発明の組電池を構成する単電池（セル）の一部を示す図であって、同図（ａ）は正極の平面図、同図（ｂ）はセパレータの斜視図、同図（ｃ）は正極が内部に配置された袋状セパレータを示す平面図である。本発明の組電池を構成する単電池（セル）に用いる負極板の平面図である。本発明の組電池を構成する単電池（セル）に用いる積層電極体の分解斜視図である。本発明の組電池を構成する単電池（セル）に用いる積層電極体の平面図である。正負極タブと正負極集電端子とを溶着した状態を示す平面図である。本発明の組電池を構成する単電池（セル）に用いる外装体に図５の積層電極体を挿入した状態の斜視図である。本発明の組電池を構成する単電池（セル）およびセパレータの斜視図である。本発明の組電池を構成するセパレータの分解斜視図である。底板にセパレータを部分的に配置した状況を示す斜視図である。底板にセパレータを配置してスペーサユニットとした状況を示す右側面図である。底板にセパレータを配置してスペーサユニットとした状況を示す正面図である。本発明の組電池を構成する底板の斜視図である。天板に単電池（セル）を取り付けてセルユニットとした状況を示す斜視図である。スペーサユニットとセルユニットとを一体化させた状況を示す斜視図である。両端に位置する単電池（セル）の両側に加圧板を配置した状況を示す斜視図である。加圧板を取り付けたセルユニットおよびスペーサユニットに側板を配置する状況を示す斜視図である。本発明の組電池の分解斜視図である。本発明の組電池の要部拡大断面図である。組電池に基板配置部を形成した例を示す斜視図である。

以下、本発明を図面を参照しながら更に詳細に説明するが、本発明は以下の最良の形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。

〔正極の作製〕
正極活物質としてのＬｉＣｏＯ_２を９０質量％と、導電剤としてのカーボンブラックを５質量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを５質量％と、溶剤としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液とを混合して正極用スラリーを調製した後、この正極用スラリーを、正極集電体としてのアルミニウム箔（厚み：１５μｍ）の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み０.１ｍｍにまで圧縮した後、図１（ａ）に示すように、所定の幅および高さを有する矩形状となるように切断して、両面に正極活物質層１ａを有する正極板１を作製した。この際、正極板１における一辺の一方端部から、所定の幅および高さを有する矩形状の活物質未塗布部を延出させて正極タブ１１とした。

〔正極板が内部に配置された袋状セパレータの作製〕
図１（ｂ）に示すように、２枚の方形状のポリプロピレン（ＰＰ）製のセパレータ３ａ(厚み３０μｍ）の間に正極板１を配置した後、図１（ｃ）に示すように、セパレータ３ａの周辺部を融着部４で熱溶着して、正極板１が内部に収納・配置された袋状セパレータ３を作製した。

〔負極の作製〕
負極活物質としての黒鉛粉末を９５質量％と、結着剤としてのポリフッ化ピニリデンを５質量％と、溶剤としてのＮＭＰ溶液とを混合して負極用スラリーを調製した後、この負極用スラリーを負極集電体としての銅箔(厚み：１０μｍ)の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み０．０８ｍｍにまで圧縮した後、図２に示すように、所定の幅および高さを有する矩形状となるように切断して、両面に負極活物質層２ａを有する負極板２を作製した。この際、負極板２の一辺において上記正極板１の正極タブ１１形成側端部と反対側となる端部から、所定の幅および高さを有する矩形状の活物質未塗布部を延出させて負極タブ１２とした。

〔積層電極体の作製〕
上記正極板１が内部に配置された袋状セパレータ３を５０枚、負極板２を５１枚調製し、図３に示すように、該袋状セパレータ３と負極板２とを交互に積層した。その際、両端面部に負極板２が位置するようにした。ついで、図４に示すように、この積層体の両端面を形状保持のための絶縁テープ１９で接続して、積層電極体１０を得た。

〔集電端子の溶接〕
図５に示すように、積層された正極タブ１１および負極タブ１２のそれぞれの延出端部に、幅１５ｍｍ、厚み１ｍｍのアルミニウム板よりなる正極集電端子（集電端子）１５ならびに幅１５ｍｍ、厚み１ｍｍの銅板よりなる負極集電端子（集電端子）１６を、それぞれ超音波溶接法により接合した。

〔外装体への封入〕
図６に示すように、あらかじめ電極体が設置できるように成形した２枚のラミネートフィルム１７で構成した外装体１８に、上記積層電極体１０を挿入し、正極集電端子１５および負極集電端子１６のみが外装体１８より外部に突出するよう正極集電端子１５および負極集電端子１６がある辺を熱融着するとともに、残りの３辺の内、２辺を熱融着した。

〔電解液の封入、密封化〕
上記外装体１８の熱溶着していない１辺から、エチレンカーボネート（ＥＣ）とメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）とが体積比で３０：７０の割合で混合された混合溶媒に、ＬｉＰＦ_６が１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解された電解液を注入し、最後に熱溶着していない１辺を熱溶着することにより、図７に示す電池２１を作製した。この電池２１の幅Ｌ１は１００ｍｍ、高さＬ２は１１０ｍｍ（正極タブ１１および負極タブ１２の延出高さを含めると１３６ｍｍ）、厚みＴ１は１５ｍｍである。電池２１の上辺における幅方向両端より１０ｍｍだけ内側寄りの位置から、正極集電リード１５および負極集電リード１６がそれぞれ上方へ突出しており、該正極集電リード１５および負極集電リード１６の突出高さはラミネートフィルム１７の上端から１０ｍｍである。また、電池２１の周縁部には、ラミネートフィルム１７の封止部が延出して耳部２１Ｓが形成され、この耳部２１Ｓより内側（中央側）が、内部に積層電極体１０が封入されて該耳部２１Ｓより厚さ方向に両側へ膨出する形状となっている。

〔電池の放電容量の測定および温度上昇試験〕
上記電池２１を１．０Ｉｔ（１２Ａ）で放電したときに放電容量を測定したところ１２Ａｈであり、１０．０Ｉｔ（１２０Ａ）で放電したときの放電容量を測定したところ１０．８Ａｈであった。
また、密閉状態で設置された場合を想定して、上記電池２１を厚さ２０ｍｍの断熱材（カオウール）で断熱した状態で、２０℃、１０．０Ｉｔ（１２０Ａ）で放電を行って電池２１の温度を測定したところ、放電終了時に６０℃に上昇した。

〔スペーサユニットの組立〕
図８に示すように、幅Ｌ３＝１０２ｍｍ、高さＬ４＝１２２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの金属板（アルミニウム板）２２Ｔを調製し、この金属板２２Ｔの一方面に、断面コ字形状を有し金属（アルミニウム）よりなる長さ１０１ｍｍのコ字形部材２４の中央片を、該金属板２２Ｔの下端縁に揃えるようにして中央に位置するように（即ち金属板２２Ｔの両端との間に０．５ｍｍずつ間隔をおいて）配置し、溶接により接合した。このコ字形部材２４における中央片からの両側片の延出幅は、上記電池２１の厚さＴ１の１／２即ち７．５ｍｍよりもやや小となっており、また、両側片のうちの下側片となる一方側片には、両端近傍の位置にそれぞれネジ挿通孔（図示せず）が穿設されている。この金属板２２Ｔを、図９ないし図１１に示すように、間に０．５ｍｍのギャップをおいてコ字形部材２４が互いに背中合わせになるように２枚を一対として、底板２３の上に配置して仮ネジ止めし、両金属板２２Ｔの間のギャップに、厚さ０．５ｍｍのポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））よりなる断熱シート２２Ｍを両金属板２２Ｔに密着するように挿入して、図８に示す構成を有するスペーサ２２とした。さらにこのスペーサ２２を、図９ないし図１１に示すように、中心間距離がＤ１＝１７ｍｍとなるように底板２３の上に１２個平行に並置するように構成してスペーサユニットとした。このスペーサユニットにおいて、隣接するスペーサ２２のコ字形部材２４における上側片の先端の間にはスリットが形成されている。また、図１０に示す、底板２３の下面からコ字形部材２４の上側片までの高さＨ１は１８ｍｍ、コ字形部材２４の上側片からスペーサ２２の上端までの高さＨ２は１１０ｍｍである。

上記底板２３は、後述する天板２５、側板２６等とともに、組電池の外装部材となっており、図１０および図１１に示すように、長さＬ５＝２３５ｍｍ、幅Ｌ６＝１３１ｍｍ、厚さＴ２＝６ｍｍの長方形状のアルミニウムよりなるプレートであり、図１２に示すように、下面となる一方面には、直方体状に突出する多数のヒートシンクブロック２３Ｂが間隔をおいて格子状に配置形成され、これらヒートシンクブロック２３Ｂの間に格子状に延びる冷媒流通経路２３Ｇが形成されている。また、幅方向両端近傍にはそれぞれ、上記スペーサ２２におけるコ字形部材２４のネジ挿通孔に対応する位置に、電池２１の積層方向となる底板２３の長さ方向に沿ってやや長く延びる長孔２３Ｐが、底板２３の長さ方向に一列に多数（コ字形部材２４の配置数）配置形成されており、上記スペーサ２２のコ字形部材２４が仮ネジ止め状態で電池２１の積層方向にわずかに移動可能に保持されるようになっている。また、外周近傍には、外周縁に沿って、側板２６および加圧板２７を取り付けるための取付孔２３Ｆが一列に多数配置形成されている。

〔セルユニットの組立〕
図１３に示すように、単電池（セル）として上記電池２１を１３個用意して厚さ方向に積層するように配置し、各電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６を、接続ブロック２８（図１７参照）を介してそれぞれ天板２５の下面に仮ネジ止めして、セルユニットとした。さらに、図１４に示すように、上記スペーサ２２の間ないし両側に各電池２１を１個ずつ下端まで挿入するようにして、このセルユニットを上記スペーサユニットと一体化させた。このとき、各電池２１は、上述のように隣接するスペーサ２２のコ字形部材２４の間に形成されたスリットに下端部の耳部２１Ｓを挿通するようにしてスペーサ２２の下端まで挿入され、これにともない、各電池２１の膨出部の下端面がコ字形部材２４における上側片の上面に密着しながら支承される。

上記天板２５は、上記底板２３と同一の長方形状で絶縁性を有するプレートとなっており、上記底板２３の場合と同様に長孔が形成されていて（図示省略）、各電池２１を仮ネジ止めできるようになっている。

〔セルの加圧〕
図１５に示すように、上記スペーサユニットと一体化させたセルユニットの両端に位置する電池２１の両側に、加圧板２７を配置して上記底板２３および天板２５に嵌合し、ボルトで締め付けることにより電池２１に加圧した。このとき、各ボルトの締め付けトルクは２０ｋｇｆとした。さらに、このように加圧した状態で、スペーサ２２を底板２３に対し本締めして固定した。

上記加圧板２７は、高さ１３８ｍｍ、幅１０２ｍｍ、厚みは最厚部（底板との連結部）１４ｍｍ、最薄部（単電池２１との対向部）８ｍｍのアルミニウム板とした。また、上記加圧板２７において電池２１に対向する表面より内側には断熱部が形成されており、該電池２１からの熱が加圧板２７を通して直接的には外部へ伝達されないようになっている。この断熱部は、アルミニウム板の一方面に、上記スペーサ２２の断熱シート２２Ｍと同様の断熱シートを配置し、さらに外側に上記スペーサ２２の金属板と同様の金属板を配置することにより構成され、これにより加圧板２７が、上記スペーサ２２と同様に、伝熱部の内側に断熱部が形成された構成となっている（図示省略）。

〔組電池の完成〕
図１６に示すように、上記加圧板２７を取り付けたセルユニットおよびスペーサユニットにおいて、電池２１が露出している側面部に側板２６をそれぞれ配置固定し、各電池２１と天板２５との接続部を本締めして固定して、図１７の分解斜視図および図１８の要部拡大断面図に示す構成を有する組電池２０を得た。上記側板２６は、上記底板２３と同様のアルミニウムよりなるプレートとなっている。

上記組電池２０においては、図１８に示すように、複数（１３個）の電池２１が、間にスペーサ２２を介装して加圧状態で配置されている。該スペーサ２２は、金属板２２Ｔの間に樹脂シート２２Ｍを挟んだ構成となっており、該金属板２２Ｔが、スペーサ２２の表面を含む外側を構成する伝熱部、樹脂シート２２Ｍが、該伝熱部より内側を構成する断熱部となっている。また、該スペーサ２２のコ字形部材２４における上側片２４Ｐおよび下側片２４Ｄの延出長さＷ１は、上述の通り電池２１の厚さＴ１の１／２より小となっているため、隣接するコ字形部材２４の間における上側片２４Ｐの延出端の間にスリット２４Ｓが形成されており、各電池２１の下端部が、該スリット２４Ｓに耳部２１Ｓを挿通するとともに、膨出部の下端面をコ字形部材２４における上側片２４Ｐの上面に密着させるようにして支承されている。この構造においては、コ字形部材２４の上側片２４Ｐが、電池２１の側端面に対し面的に当接する内側当接面部となっており、一方、コ字形部材２４の下側片２４Ｄが、外装部材である底板２３に対し面的に当接する外側当接面部となっている。

上記組電池２０の構成においては、各電池２１から、スペーサ２２の伝熱部である金属板２２Ｔおよび内側当接面部であるコ字形部材２４の上側片２４Ｐを経て、外装部材である底板２３から外部へと至る伝熱経路が形成されている。ここで、上記金属板２２Ｔだけでなくコ字形部材２４の上側片２４Ｐもが各電池２１に対して面的に当接しているので、十分な受熱面積が確保されており、また、外側当接面部であるコ字形部材２４の下側片２４Ｄも底板２３に対して面的に当接しているので、十分な伝熱面積が確保されている。

また、上記組電池２０の組立において、中央部に配置される電池２１の表面に感圧紙を貼付しておき、加圧後にこの感圧紙を取り出して観察したところ、均一に変色していることが認められ、これにより各電池２１に均一に構成圧が加えられていることが確認された。

〔組電池の使用実験〕
上記組電池２０を密閉空間内に設置し、２０℃、１．０Ｉｔで充電して、１０．０Ｉｔで放電したときの温度上昇を測定したところ、放電直後の電池２１の温度は最大で５０℃まで上昇し、電池２１の温度のばらつきは５℃以内であった。この結果、この組電池２０における温度上昇は前述の断熱状態における電池２１の温度上昇よりも小さくなり、組電池２０を密閉空間内に設置しても、異常温度７０℃以上に達して停止するということがことなく、正常に運転し得ることがわかった。これは、密閉空間内にあっても、上述の伝熱経路によって外部への熱放散が促進されるとともに、断熱部である樹脂シート２２Ｍによって各電池２１間での熱伝達が抑制されたことによるものと考えられる。

〔組電池の効果〕
上記組電池２０の構成により、密閉空間内に設置された場合であっても、電池２１に発生する熱を効率よく外部に放熱することができ、従来の構成によっては温度上昇が大きくて放電が困難であった１０．０Ｉｔのハイレートでの運転を行うことが可能となっている。

また、積層式ラミネート型電池の構成を有する電池２１を単電池（セル）として構成される組電池２０において、各電池２１に均一な構成圧を容易かつ効果的にかけることが可能となっている。

また、スペーサ２２の伝熱部である金属板２２Ｔに連結された内側当接面部であるコ字形部材２４の上側片２４Ｐが、スペーサ２２における電池２１と対向する表面から延出して各電池２１の側端面すなわち膨出部の下端面に面的に当接し、前記内側当接面部の延出長さＷ１が、電池２１の厚さＴ１の１／２より小となっているため、隣接するコ字形部材２４の間における上側片２４Ｐの延出端の間にスリット２４Ｓが形成され、各電池２１の下端部が、該スリット２４Ｓに耳部２１Ｓを挿通するとともに、膨出部の下端面をコ字形部材２４における上側片２４Ｐの上面に密着させるようにして支承されているので、各単電池２１が精度よく位置決めして配置され、配置後の電池２１の位置ずれや、電池２１内部の電極すなわち正極板１ないし負極板２の位置ずれも効果的に防止されるようになっている。

また、スペーサ２２における伝熱部および断熱部が、２枚の金属板２２Ｔの間にシート状の樹脂材料すなわち断熱シート２２Ｍを挟むように配置することにより形成されているので、断熱シート２２Ｍの樹脂により良好な弾性が確保されるとともに、金属板２２Ｔにより強度が確保されて電池２１表面の平面度が良好となっており、また伝熱部および断熱部の形成も容易となっている。

〔その他の事項〕
（１）上記組電池２０の構成においては、各電池２１から、スペーサ２２の伝熱部である金属板２２Ｔおよび内側当接面部であるコ字形部材２４の上側片２４Ｐを経て、外装部材である底板２３から外部へと至る伝熱経路が形成されているが、伝熱経路の熱伝導率は１００Ｗ／ｍ以上となっていることが望ましい。これにより、外部への熱伝導性をより良好とすることができる。１００Ｗ／ｍ以上の熱伝導率を有する材料としては、例えばアルミニウム、銅等の金属が挙げられ、これらの材料でスペーサの伝熱部、外側当接面部、内側当接面部、外装部材等の各部を構成することにより、良好な熱伝導性を有する伝熱経路を形成することができる。

（２）上記組電池２０の構成においては、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））よりなる断熱シート２２Ｍで断熱部が構成されているが、断熱部の熱伝導率は４Ｗ／ｍ以下となっていることが望ましい。これにより、各単電池間の熱伝達をより効果的に防止することができる。４Ｗ／ｍ以下の熱伝導率を有する材料としては、例えば上記ポリテトラフルオロエチレンの他にも、シリコン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン等の樹脂が挙げられ、これらの材料でスペーサの断熱部を構成することにより良好な断熱性を得ることができる。また、樹脂を使用することにより、各電池に対する加圧力が樹脂の弾性によってさらに均一化されるという効果も得られる。

（３）上記組電池２０の構成においては、スペーサ２２の内側当接面部であるコ字形部材２４の上側片２４Ｐと外装部材である底板２３（厳密には外側当接面部であるコ字形部材２４の下側片２４Ｄ）との間に空間が形成されているが、例えばこの空間に適宜部材や部品を配置するようにしてもよい。

図１９は、上記の空間に、制御基板を配置する基板配置部を形成するようにした例を示す図である。同図に示す例では、複数配列されたスペーサ２９のそれぞれにおいて、コ字形部材３０の長さ方向中央の位置に、該コ字形部材３０の長さ方向すなわちスペーサ２９の幅方向に沿ってやや長く延び、該コ字形部材３０の下端から上端まで拡がるように横長の矩形状の開口３０Ａが、一方側（スペーサ２９の表側または裏側）のコ字形部材３０から他方側（スペーサ２９の裏側または表側）のコ字形部材３０まで貫通するように穿設されている。これにより、複数配列されたスペーサ２９の開口３０Ａが該スペーサ２９の配列方向に一列に並置されるように配置形成されて、複数配列されたスペーサ２９の下端部中央を縦貫するように延びる基板配置部が形成されており、この基板配置部に制御ユニット３１が配置されている。この制御ユニット３１は、充放電等の制御を行う制御基板を備えるユニットとなっており、一方向にやや長く延びる矩形状の板状に構成され、スペーサ２９の配列方向に長さ方向を向けて上記開口３０Ａ内に挿通し、平伏させるようにして配置されている。

前述の実施形態における組電池２０の構成では、スペーサ２２のコ字形部材２４における上側片２４Ｐと底板２３との間に形成される空間が、中央に電池２１の耳部２１Ｓが配置されるのみであって、それ以外の大部分は利用されずデッドスペースとなっているが、これに対しここに示す例では、この空間に制御ユニット３１を配置する基板配置部を形成することで、この空間が有効に利用されて組電池がその分コンパクト化されている。

（４）上記組電池２０の構成においては、スペーサ２２を外側当接面部であるコ字形部材２４の下側片２４Ｄにより外装部材である底板２３に接合するようにしているが、これにかえて、あるいはこれとあわせて、スペーサを同様の接合構造により外装部材である側板に接合するようにしてもよい（図示せず）。特に、スペーサを底板だけでなく両側板にも接合するようにすれば、それだけより多くの伝熱面積を確保することができる。

（５）上記組電池２０の構成においては、上述の通り、電池２１に発生する熱を伝熱経路によって効率よく外部に放熱することができるようになっており、限られた空間に密閉されて設置される場合に特に有用なものとなっているが、これとあわせて、ファン等による強制送風機構を設置するようにすると、送風による冷却効果が加わることにより、さらに効果的に温度上昇を抑制することができる。この場合、特に底板２３の冷媒流通経路２３Ｇに空気を流通させることで、冷却効果をさらに向上させることができる。

（６）上記組電池２０の構成においては、外装部材である底板２３に、複数の電池２１の積層方向に沿って延びる長孔２３Ｐが形成され、スペーサ２２の外側当接面部であるコ字形部材２４の下側片２４Ｄが、該長孔２３Ｐで底板２３に対し電池２１の積層方向にわずかに移動（遊動）し得るように仮ネジ止めされるようになっているが、長孔は、外側当接面部に形成するようにしてもよく、あるいは外側当接面部および外装部材の両者に形成するようにしてもよい。

（７）また、上記電池２０においては長孔２３Ｐが複数の電池２１の積層方向に沿ってやや長く延びるものとなっているが、長孔は、電池２１の加圧に必要なスペーサ２２の移動距離を確保し得る程度の長さを有していればよく、例えば、幅３．５ｍｍ、長さ４．５ｍｍ程度の寸法であってもよい。

（８）上記組電池２０の構成においては、単電池（セル）である各電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６が交互に配置されて電池２１が直列に接続されているが、各電池２１の正極集電端子１５および負極集電端子１６を同方向に配置して電池２１を並列に接続するようにしてもよい。

（９）正極活物質としては、上記コバルト酸リチウムに限定されるものではなく、コバルト−ニッケル−マンガン、アルミニウム−ニッケル−マンガン、アルミニウム−ニッケル−コバルト等のコバルト、ニッケル或いはマンガンを含むリチウム複合酸化物や、スピネル型マンガン酸リチウム等でも構わない。

（１０）負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛以外にも、グラファイト・コークス・酸化スズ・金属リチウム・珪素・及びそれらの混合物等、リチウムイオンを挿入脱離できうるものであれば構わない。

（１１）電解液としても特に本実施例で示したものに限定されるものではなく、リチウム塩としては例えばＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２,ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_２，ＬｉＰＦ_６―ｘ（Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１）_ｘ[但し、１＜ｘ＜６、ｎ＝１又は２]等が挙げられ、これらの１種もしくは２種以上を混合して使用できる。支持塩の濃度は特に限定されないが、電解液１リットル当り０．８〜１．８モルが望ましい。また、溶媒種としては上記ＥＣやＭＥＣ以外にも、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等のカーボネート系溶媒が好ましく、更に好ましくは環状カーボネートと鎖状カーボネートの組合せが望ましい。

本発明は、例えばロボットや小型動力のモバイル機器等に搭載される動力用などの高出力用途の電源に好適に適用することができる。

２０組電池
２１単電池
２２スペーサ
２２Ｔ金属板（伝熱部）
２２Ｍ断熱シート（断熱部）
２３底板（外装部材）
２４コ字形部材
２４Ｄ下側片（外側当接面部）
２４Ｐ上側片（内側当接面部）

Claims

積層された複数の電池と、
電池の積層方向に沿って延びると共に、熱伝導性を有する外装部材と、
断熱性を有する断熱部と、断熱部の両側に配置され熱伝導性を有する伝熱部と、伝熱部に連結された外側当接面部とを有するスペーサと、
を備え、
伝熱部が電池間に介挿されて電池の表面に面的に当接するとともに、外側当接面部が外装部材に面的に当接していることを特徴とする組電池。
前記スペーサが伝熱部に連結された内側当接面部を備え、
内側当接面部が電池の側端面に面的に当接している、請求項１に記載の組電池。
前記スペーサが、中央片と両側片とからなる断面コ字形状の部材を有し、中央片が伝熱部に連結されると共に、各両側片が外側当接面部と内側当接面部とを構成している、請求項２に記載の組電池。
前記外装部材に、冷媒を流通させ得る冷媒流通経路が形成されている、請求項１から請求項３のいずれかに記載の組電池。
前記複数の電池を、該電池の積層方向に沿って両側から挟むようにして熱伝導性を有する加圧板が配置され、該加圧板に、断熱性を有する断熱部が形成されている、請求項１から請求項４のいずれかに記載の組電池。
前記スペーサの内側当接面部と前記外装部材との間に、制御基板を配置する基板配置部が形成されている、請求項２から請求項５のいずれかに記載の組電池。
前記スペーサの外側当接面部または外装部材に、前記複数の電池の積層方向に沿って延びる長孔が形成され、該長孔で前記外側当接面部が前記外装部材にネジまたはボルトにより接合されている、請求項１から請求項６のいずれかに記載の組電池。