JP2016136504A - セルモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】積層された複数のセルを電気的に直列に接続するとともに、セル積層体を構成する各セルを一括して固定されるセルモジュールを提供する。【解決手段】集電体を内包し、正極端子板及び負極端子板を延出させたセルを複数積層し、１つのセルの正極端子板と隣り合う他のセルの負極端子板とが、接続部材を介して固定されるセル積層体１０１を備え、セル積層体１０１は、１つのセル１ａの正極端子板３ａと、所定の積層方向に隣り合う他のセル１ｂの負極端子板４ｂとが、導電性の第１の接続部材５を介して接続され、１つのセル１ａの負極端子板４ａと所定の積層方向に隣り合う他のセル１ｂの正極端子板３ｂとが、絶縁性の第２の接続部材６を介して接続され、絶縁性の固定部材７により、積層された複数のセル１ａ〜１ｄの正極端子板３ａ〜３ｄ及び負極端子板４ａ〜４ｄと、第１の接続部材５と、第２の接続部材６とが、一括して固定される、セルモジュール１００に関する。【選択図】図５

Description

本発明は、集電体を内包し、正極端子板及び負極端子板を延出させたセルを複数積層したセル積層体を備えたセルモジュールに関する。

単一のセルとして、例えば集電体をシート状の包装部材に内包し、正極端子板及び負極端子板を延出させた薄型形態のものが知られている。高電圧及び高容量が要求される電池は、複数のセルを直列又は並列に接続した組電池が知られている。

組電池を形成するために、例えば２つの両タブ型セルを並列に配置したセルユニットを複数積層配列したセルモジュールが提案されている（特許文献１）。特許文献１に記載された両タブ型セルは、セル本体の外周縁から外側を向く方向に、互いに反対方向に向けて伸延するシート状の正極端子及び負極端子を有する。特許文献１に記載されたセルユニットは、並列に配置された２つの両タブ型セルの各端子のうち同一極端子同士を一対の略板状のバスバーによって接続する。このバスバーは、セルユニットの積層方向に貫通する貫通孔を有する。特許文献１に記載されたセルモジュールは、積層方向に並んだ複数のバスバーの貫通孔を貫通して、積層方向に隣接した同電位に設定されるバスバー同士を電気的に接続する導電性柱状部材と、積層方向に隣接した異なる電位に設定されるバスバー同士を電気的に絶縁する絶縁性柱状部材とを備える。各導電性柱状部材及び各絶縁性柱状部材のそれぞれは、一部に雄ねじ形状と雌ネジ形状が形成されている。積層方向に隣接したバスバー同士は、交互に配列された導電性柱状部材と絶縁性柱状部材との雄ネジ形状と雌ネジ形状とがネジ締結されることにより、固定される。

特開２００４−３１１２２号公報

特許文献１に記載されたセルモジュールは、並列に配置した２つの両タブ型セルをそれぞれバスバーに組み付けてセルユニットを形成した後、１つのセルユニットのバスバーに貫通させた絶縁性柱状部材と、他のセルユニットのバスバーに貫通させた導電性柱状部材とを交互に配列させて複数のセルユニットを積層配列する。セルモジュールは、配列された隣接する２つのセルユニットずつを、交互に配列された絶縁性柱状部材と導電性柱状部材との雄ねじ及び雌ねじによりそれぞれ互いに固定しなければならず、組み付け工程が煩雑であり、製造に時間がかかるという問題がある。

本発明は、集電体を内包し、正極端子板及び負極端子板を延出させたセルを複数積層したセル積層体を備え、積層された各セルを電気的に直列に接続するとともに、セル積層体を構成する複数のセルを一括して固定することができるセルモジュールを提供することを課題とする。

［１］本発明は、集電体を内包し、正極端子板及び負極端子板を延出させたセルを複数積層し、１つのセルの正極端子板と隣り合う他のセルの負極端子板とが、接続部材を介して固定されるセル積層体を備え、セル積層体は、１つのセルの正極端子板と、所定の積層方向に隣り合う他のセルの負極端子板とが、導電性の第１の接続部材を介して接続され、１つのセルの負極端子板と所定の積層方向に隣り合う他のセルの正極端子板とが、絶縁性の第２の接続部材を介して接続され、絶縁性の固定部材により、積層された複数のセルの正極端子板及び負極端子板と、第１の接続部材と、第２の接続部材とが、一括して固定されることを特徴とするセルモジュールに関する。
［２］本発明は、正極端子板の厚さ、負極端子板の厚さ、第１の接続部材の長さ、及び第２の接続部材の長さの合計長さが、セルの厚さの２倍以下である、セルモジュールに関する。
［３］本発明は、固定部材は、セル積層体の積層方向の一端の正極端子板又は負極端子板から、第１の接続部材及び第２の接続部材を介して、セル積層体の積層方向の他端の正極端子板又は負極端子板まで、積層方向に亘って締め付け固定する締め付け手段を備えた、セルモジュールに関する。
［４］本発明は、固定部材は、セル積層体の複数のセルの正極端子板及び負極端子板と、第１の接続部材と、第２の接続部材とを連通して固定するものであり、締め付け手段によって締め付けられる固定部材の締め付け長さが、下記式（１）を満たす、セルモジュールに関する。
固定部材が連通する第１の接続部材の接続長さの和＋固定部材が連通する第２の接続部材の接続長さの和＋（固定部材が連通する正極端子板の厚さ又は負極端子板の厚さ×（ｎ−１））≦セルの厚さ×（ｎ−１） （１）
（式（１）中、ｎはセルの個数である。）
［５］本発明は、セルの集電体が、略矩形状であり、正極端子板及び負極端子板が、略矩形状の集電体の一辺から同一方向に延出されてなる、セルモジュールに関する。

本発明のセルモジュールは、１つのセルの正極端子板と、所定の積層方向に隣り合う他のセルの負極端子板とが、導電性の第１の接続部材を介して接続され、１つのセルの負極端子板と所定の積層方向に隣り合う他のセルの正極端子板とが、絶縁性の第２の接続部材を介して接続されるため、積層された複数のセルを電気的に直列に接続することができる。また、本発明のセルモジュールは、絶縁性の固定部材により、積層された複数のセルの正極端子板及び負極端子板と、第１の接続部材と、第２の接続部材とが、一括して固定されるため、煩雑な組み付け工程を必要とせず、第１の接続部材と第２の接続部材とをそれぞれ組み付ける場合と比較して簡単に製造できる構成を有する。

本発明の第１の実施態様のセルモジュール１００を示す正面図である。 セルモジュール１００の左側面図である。 セルモジュール１００を構成するセル１の内部構造を説明する一部断面図である。 セルモジュール１００を構成するセル１の内部構造の実施態様を説明する一部断面図である。 セルモジュール１００の分解斜視図である。 本発明の第２の実施態様のセルモジュール１０２を示す正面図である。 セルモジュール１０２の左側面図である。 セルモジュール１０２の分解斜視図である。

本発明のセルモジュールの実施態様は、図１〜８を参照にして説明する。図１〜図５は、本発明のセルモジュールの第１の実施態様を説明する図である。図６〜図８は、本発明のセルモジュールの第２の実施態様を説明する図である、

［第１の実施態様］
まず、図１〜図５を用いて、本発明のセルモジュールの第１の実施態様を説明する。図１は、本発明の第１の実施態様であるセルモジュール１００を示す外観正面図である。図２は、セルモジュール１００を、左側面から右方向に視た側面図である。図３は、セル１の内部構造を示す断面図である。図４は、セル１の内部構造の他の実施態様を示す図である。図５は、セルモジュール１００の分解斜視図である。

図１に示すセルモジュール１００は、セル積層体１０１を備える。セル積層体１０１は、４つのセル１が左右方向に積層されてなる。図１において、紙面の左右方向をセル積層体が積層される左右方向とする。また、図１において、紙面の上下方向をセルモジュールの上下方向とする。図２に示すように、セルモジュール１００を構成する１つのセル１は、集電体が内包された包装体２と、正極端子板３と負極端子板４とを備える。図２において、紙面の上下方向をセルモジュールの上下方向とする。図２において図示を略した集電体は、略矩形状であることが好ましい。包装体２に内包された集電体の詳細は、後述する。図１及び図２に示すように、正極端子板３及び負極端子板４は、略矩形状の集電体の一辺から同一方向に、包装体２より外部に延出されたものである。図１では、正極端子板３及び負極端子板４は、ともに同一方向である上方向に延出されている。包装体２は、ラミネートフィルム等のシート状部材を、略矩形状の集電体の形に合わせて、略矩形の袋状に形成したものであることが好ましい。本明細書において、図１及び図２に示すように、正極端子板３及び負極端子板４が、略矩形状の集電体の所定の一辺である同一辺から集電体から離れる方向へ同一方向に延出されてなるセル１は、片側端子型セルと称する。

図１に示すように、セルモジュール１００において、複数のセル１は、左右方向において、正極端子板３及び負極端子板４が交互に配置される。正極端子板３及び負極端子板４との間には、導電性の第１の接続部材５と、絶縁性の第２の接続部材６が交互に配置される。正極端子板３及び負極端子板４と、導電性の第１の接続部材５及び絶縁性の第２の接続部材６とは、直接接して配置される。左右方向に積層されたセル１の正極端子板３、負極端子板４、導電性の第１の接続部材５、絶縁性の第２の接続部材６は、固定部材７と締め付け部材８により締結され、固定される。これにより、複数のセル１が積層されて固定されたセルモジュール１００が形成される。セルモジュール１００における各部材の詳細な配置及び構造は、後述する。セル１は、後述する集電体を包装体２に内包してなる。セル１は、複数積層されてセル積層体１０１を構成する。

次に、図３を用いて、セル１の内部構造を説明する。図３は、セル１の正極端子板３側の断面構造の一部を示す断面図である。図３は、セル１の正極端子板３が配置された位置を、図２に線Ｘ−Ｘに示す上下方向に切断し、切断面を正面から視た断面図である。図３において、紙面の上下方向をセル１の上下方向とした。図３では、正極端子板３の一部、及びセル１の下方部分である集電体及び包装体２の一部の図示を省略した。図３に示すセル１は、正極１９及び負極２０を備える。

図３に示すように、正極１９は、正極用集電体１５と、正極集電体１５の両面又は片面に積層された正極活物質層１７とから構成される。正極用集電体１５は、正極端子板３に接続される。

図３に示すように、負極２０は、負極用集電体１６と、負極集電体１６の両面又は片面に積層された負極活物質層１８とから構成される。負極用集電体１６は、図示を省略した負極端子板４に接続される。正極用集電体１５及び負極用集電体１６は、略矩形状の平面を有する板状体であることが好ましい。なお、図示を省略するが、セル１の負極端子板４が配置された位置の断面構造は、負極端子板４が配置された位置を、図３に示す正極端子板３が配置された位置と同様に上下方向に切断し、正面から視た断面において、図３に示す正極端子板３の位置に、正極端子板３に代えて、負極端子板４が配置されること、及び図３に示す正極用集電体１５に代えて、負極用集電体１６が、負極端子板４に接続されることを除いて、図３に示す正極端子板３の断面構造と同じである。

図３に示すように、セル１の包装体２に内包される正極１９及び負極２０は、正極１９と負極２０の間にセパレータ２１を介在させて、交互に積層した構成を有する。

図３に示すように、正極端子板３又は負極端子板（図示略）は、正極１９と負極２０とを積層したセル１の厚み方向の中心線Ａの位置に配置される。

セル１の正極端子板３及び負極端子板４は、図３に示すように、セル１の中心線Ａの位置に配置されなくてもよい。図４は、片側端子型のセル１’の正極端子板３が配置された位置を、図２に線Ｘ−Ｘに示す上下方向に切断した断面構造を示す一部断面図である。図４において、紙面の上下方向をセル１’の上下方向とした。図４に示すセル１’は、内部構造について、図３のセル１とは異なる他の実施態様を示す。図４に示すように、セル１’の正極端子板３及び負極端子板４は、正極端子板３及び負極端子板４は、図４に正極端子板３の例を示すように、セル１’の厚み方向の中心線Ａから偏った位置に配置されていてもよい。

図４に示すセル１’の断面構造は、正極端子板３及び負極端子板４が、セル１’の中心線Ａから偏った位置に配置されることを除いて、図３に示すセル１’の断面構造と同じである。図３に示すセル１と同様に、正極１９と負極２０とを備える。正極１９は、略矩形状の平面を有する板状体である正極用集電体１５を備える。負極２０は、略矩形状の平面を有する板状体である負極用集電体１６を備える。正極用集電体１５の両面又は片面に正極活物質層１７が積層される。負極用集電体１６の両面又は片面に負極活物質層１８が積層される。正極１９及び負極２０は、正極１９と負極２０の間にセパレータ２１を介在させて、交互に積層される。正極用集電体１５は、正極端子板３に接続される。負極用集電体１６は、図４において図示を省略した負極端子板４に接続される。セル１’において、正極端子板３及び負極端子板４は、正極１９と負極２０とを積層したセル１’の厚み方向の中心線Ａから偏った位置に配置される。例えば、図４に示すように、正極端子板３及び負極端子板４は、中心線Ａより左側に偏って配置される。

集電体以外のセルを構成する電子部品の材料は、特に限定されない。電池の種類によって、正極端子板３、負極端子板４、正極用集電体１５、負極用集電体１６、正極用活物質１７、負極用活物質１８、セパレータ２１、包装体２を構成するシート状部材の材料は適宜選択できる。電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池やバナジウム電池等が挙げられる。各種の電池として使用されるセルモジュールを構成するセルは、必要に応じて、電解液を含むものであってもよい。

電池の種類がリチウムイオン二次電池である場合には、正極端子板３はアルミニウムやアルミニウム合金等を使用することができる。リチウムイオン二次電池である場合には、負極端子板は銅や銅合金等を使用することができる。正極用集電体１５はアルミ箔等を使用することができる。負極用集電体１６は銅箔等を使用することができる。セパレータ２１は、樹脂やガラス繊維からなる不織布、織布、微多孔性フィルム等を使用することができる。

電池の種類がバナジウム電池である場合には、正極端子板３又は負極端子板４は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金、ニッケル及びニッケル合金からなるいずれか１種の金属板を使用することができる。正極用集電体１５又は負極用集電体１６は、炭素フェルト、炭素繊維から構成された炭素シート、活性炭を含むシート、及びシート状のグラッシーカーボンからなる群より選ばれる少なくとも１種を使用することができる。正極用活物質又は負極用活物質は、バナジウムをイオン又はバナジウムを含む陽イオンを活物質として含有する固体状の化合物を含む析出物であることが好ましい。セパレータ２１は、水素イオン（プロトン）を通過させることができるものを使用することができる。例えばセパレータ２１は水素イオンを選択的に透過可能なイオン交換膜等が挙げられる。本発明のセルモジュールは、バナジウム二次電池に用いられることが好ましい。バナジウム二次電池のように、繰り返し発電される場合、セル１は、膨張と収縮を繰り返す。また、膨張時において、セル１が膨張した状態の形状は、個体差があり、中心線Ａを中心として左右方向に均一に膨張すると限らない。そのため、積層された複数のセル１の膨張の具合により、各セル１の正極端子板３及び負極端子板４が、左右方向に変位するおそれがある。そのような場合であっても、正極端子板３及び負極端子板４が、導電性の接続部材５及び絶縁性の接続部材６と直接に接続され、且つ、正極端子板３及び負極端子板４と、正極端子板３及び負極端子板４との間に配置された導電性の接続部材５及び絶縁性の接続部材６とが、固定部材７及び締め付け部材８により固定されるため、正極端子板３及び負極端子板４の変位が抑えられ、正極端子板３及び負極端子板４の破損を抑制することができる。

包装体２を構成するシート状部材としては、例えば、内面層、中間層及び外面層の３層構造のラミネートフィルム等が挙げられる。内面層には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド等の耐電解液性及びヒートシール性に優れた熱可塑性樹脂を使用することができる。中間層には、アルミ箔やステンレス箔等の可撓性及び強度に優れた金属箔を使用することができる。外面層には、ポリアミド系樹脂やポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた絶縁樹脂を使用することができる。

図５は、セルモジュール１００の分解斜視図である。図５において、紙面の上下方向をセルモジュール１００の左右方向とした。また、図５において、紙面の左右方向をセルモジュール１００の上下方向とした。

図５に示すように、セルモジュール１００は、セル積層体１０１を備える。セル積層体１０１は、集電体を内包した包装体２から正極端子板３ａ〜３ｄ及び負極端子板４ａ〜４ｄを延出させた４つのセル１ａ〜１ｄが積層される。

図５に示すように、セルモジュール１００は、図１及び図２に示した４つの片側端子型セル１ａ〜１ｄを積層したものである。１つのセル１ｂの負極端子板４ｂと、所定の積層方向に隣り合う他のセル１ｃの正極端子板３ｃとが、絶縁性の第２の接続部材６を介して接続される。１つのセル１ｂの正極端子板３ｂと、所定の積層方向に隣り合う他のセル１ｃの負極端子板４ｃとが、導電性の第１の接続部材５を介して接続される。このように、セルモジュール１００は、１つのセルの正極端子板３と、所定の積層方向に隣り合う他のセルの負極端子板４とが、導電性の第１の接続部材５を介して接続される。また、セルモジュール１００は、１つのセルの負極端子板４と、所定の積層方向に隣り合う他のセルの正極端子板３とが、絶縁性の第２の接続部材６を介して接続される。

セル１ａ〜１ｄの正極端子板３ａ〜３ｄ及び負極端子板４ａ〜４ｄは、それぞれに固定部材７を連通させるための孔部３０を有する。第１の接続部材５及び第２の接続部材６は、固定部材７を連通させることが可能な円管状の円管部材である。導電性の第１の接続部材５は、銅等の導電性材料を使用して形成する。絶縁性の第２の接続部材６は、樹脂等の電気絶縁性の材料を使用して形成する。セルモジュール１００は、積層された複数のセル１ａ〜１ｄの正極端子板３ａ〜３ｄ及び負極端子板４ａ〜４ｄの各板に設けられた孔部３０と、第１の接続部材５と、第２の接続部材６との各接続部材の円管内に、絶縁性の固定部材７が貫通され、固定部材７と締め付け部材８とにより一括して固定される。固定部材７の径より、正極端子板３及び負極端子板４の孔部３０の径は大きく、且つ、第１の接続部材５及び第２の接続部材６の円管の内径は大きい。固定部材７は、複数のセル１ａ〜１ｄの正極端子板３ａ〜３ｄ及び負極端子板４ａ〜４ｄの孔部３０と、第１の接続部材５の円管と、第２の接続部材６の円管とに連通させることができる長さを有するボルトである。固定部材７は、樹脂等の電気絶縁性の材料で形成する。

セルモジュール１００は、複数のセル１ａ〜１ｄと、第１の接続部材５と、第２の接続部材６とが固定部材７によって、一括して固定されるため、煩雑な組み付け工程を必要とせず、第１の接続部材と第２の接続部材とをそれぞれ組み付ける場合と比較して簡単に製造することができる構成を有する。セルモジュールを構成するセルに不具合が生じた場合には、複数のセルを一括で固定している固定部材を外して、不具合が生じたセルを他のセルと交換し、再び複数のセルを固定部材で一括して固定することができる。本発明のセルモジュールは、複数のセルの組み付けが容易であり、セルの交換も容易である。

図５に示すように、セルモジュール１００は、１つのセル１ａの正極端子板３ａと、第１の実施形態では右方向である所定の積層方向に隣り合う他のセル１ｂの負極端子板４ｂとが、導電性の第１の接続部材５を介して接続され、１つのセル１ａの負極端子板４ａと、第１の実施形態では右方向である所定の積層方向に隣り合う他のセル１ｂの正極端子板３ｂとが、絶縁性の第２の接続部材６を介して接続されるため、積層されたセル１ａ〜１ｄを電気的に直列に接続することができる。

固定部材７は、セル積層体１０１の積層方向の一端の正極端子板３ａ又は負極端子板４ａから、第１の接続部材５及び第２の接続部材６を介して、セル積層体１０１の積層方向の他端の正極端子板３ｄ又は負極端子板４ｄまで、積層方向に亘って締め付け固定する締め付け部材８と一対に構成される。固定部材７と締め付け部材８は、締め付け手段を構成する。締め付け部材８は、例えば固定部材７がボルトである場合には、ボルトの雄ネジに螺合する雌ネジを有するナットであることが好ましい。

セルモジュール１００は、正極端子板３の厚さ、負極端子板４の厚さ、第１の接続部材５の長さ、及び第２の接続部材６の長さの合計の長さが、セル１の厚さの２倍以下であることが好ましい。正極端子板３の厚さ、負極端子板４の厚さ、第１の接続部材５の長さ、及び第２の接続部材６の長さの合計の長さが、セル１の厚さの２倍以下であると、積層されたセル１が固定部材７及び締め付け部材８によって、各セル１が密接して固定され、セルモジュール１００は小型化し、体積エネルギー密度を上げることができる。

固定部材７が、セル積層体１０１の複数のセル１ａ〜１ｄの正極端子板３ａ〜３ｄ及び負極端子板４ａ〜４ｄと、第１の接続部材５と、第２の接続部材６とを連通して固定するものであることが好ましい。締め付け部材８によって締め付けられる固定部材７の締め付け長さは、下記式（１）を満たすものであることが好ましい。
固定部材が連通する第１の接続部材の接続長さの和＋固定部材が連通する第２の接続部材の接続長さの和＋（固定部材が連通する正極端子板の厚さ又は負極端子板の厚さ×（ｎ−１））≦セルの厚さ×（ｎ−１） （１）
（式（１）中、ｎはセルの個数である。）

セルモジュール１００は、固定部材７の締め付け長さが式（１）を満たす場合には、セルモジュール１００は、各セル１が密接して固定され、セルモジュール１００は小型化し、体積エネルギー密度を上げることができる。

例えば図３に示すように、正極端子板３又は負極端子板４が、セル１の厚み方向の中心線Ａと一致する位置に配置されているセル１を積層させた場合には、第１の接続部材５の長さと第２の接続部材６の長さは、同一の長さになる。正極端子板３又は負極端子板４がセル１の厚み方向の中心線の位置に配置されたセルを用いる場合には、奇数個のセル１を積層する場合であっても、偶数個のセル１を積層する場合であっても、セルモジュール１００は、正極端子板３の厚さ、負極端子板４の厚さ、第１の接続部材５の長さ、及び第２の接続部材６の長さの合計の長さが、セル１の厚さの２倍以下となるように形成することができる。

正極端子板３又は負極端子板４がセルの厚み方向の中心線Ａの位置に配置されたセル１を用いる場合には、奇数個のセル１を積層する場合であっても、偶数個のセル１を積層する場合であっても、セルモジュール１００は、固定部材７の締め付け長さが式（１）を満たすように形成することができる。

セル１’が、例えば図４に示すように、正極端子板又は負極端子板が、セル１’の厚み方向の中心線Ａから偏った位置に配置されているセルを用いた場合には、第１の接続部材５の長さと第２の接続部材６の長さが異なる長さとなる場合がある。正極端子板３又は負極端子板４がセル１の厚み方向の中心線から偏った位置に配置されたセルモジュール１００は、正極端子板３の厚さ、負極端子板４の厚さ、第１の接続部材５の長さ、及び第２の接続部材６の長さの合計の長さが、セル１’の厚さの２倍以下とならない場合がある。

正極端子板３又は負極端子板４がセル１’の厚み方向の中心線Ａから偏った位置に配置されたセル１’を奇数個積層する場合には、固定部材７で一括して固定される第１の接続部材５の個数と第２の接続部材６の個数が同一である。正極端子板３又は負極端子板４がセル１’の厚み方向の中心線Ａから偏った位置に配置されたセル１’を奇数個積層する場合は、セルモジュール１００は、固定部材７の締め付け長さが式（１）を満たすように形成することができる。一方、正極端子板３又は負極端子板４がセル１’の厚み方向の中心線Ａから偏った位置に配置されたセル１’を偶数個積層する場合には、セルモジュール１００は、固定部材７の締め付け長さが式（１）を満たすように形成することができない場合がある。正極端子板３又は負極端子板４がセルの厚み方向の中心線Ａから偏った位置に配置されたセル１’を偶数個積層する場合には、固定部材７で一括して固定される第１の接続部材５の個数と第２の接続部材６の個数が異なり、第１の接続部材５の長さと第２の接続部材６の長さが異なるためである。

固定部材７は、セル積層体１０１の厚さよりも長い長さを有する細長い平板状の部材と、この平板状の部材の端部に、セル積層体１０１の積層方向の一端の正極端子板３又は負極端子板４と対面する第１の板状部と、セル積層体１０１の積層方向の他端の正極端子板３又は負極端子板４と対面する第２の板状部を備えた、コ字形状の部材であってもよい。コ字形状の部材は、第１の板状体又は第２の板状体の少なくとも一方にボルトを連通させる孔部を有するものであることが好ましい。固定部材がコ字形状の部材である場合には、締め付け部材としては、ボルトとナットを挙げることができる。締め付け部材として、コ字形状の部材の第１の板状体又は第２の板状体にボルトを連通させて、このボルトをセル積層体１０１の積層方向に突出させてナットで固定し、ボルトのセル積層体の積層方向の突出長さによって、セル積層体１０１を締め付け固定させることができるものであってもよい。

［第２の実施態様］
次に、図６〜図８を用いて、本発明のセルモジュールの第２の実施態様を説明する。図６は、本発明の第２の実施態様であるセルモジュール１０２を示す外観正面図である。図６において、紙面の上下方向をセルモジュール１０２の上下方向とした。図６において、紙面の左右方向をセルモジュール１０２の左右方向とした。図７は、セルモジュール１０２を、左側面から右方向に視た側面図である。図７において、紙面の上下方向をセルモジュール１０２の上下方向とした。図８は、セルモジュール１０２の分解斜視図である。図８において、紙面の上下方向をセルモジュール１０２の左右方向とした。図８において、紙面の左右方向をセルモジュール１０２の上下方向とした。

図６に示すように、セルモジュール１０２は、セル積層体１０３を備える。セル積層体１０３は、集電体を内包し、正極端子板１３ａ〜１３ｄ及び負極端子板１４ａ〜１４ｄを互いに反対方向に延出させた４つのセル１０ａ〜１０ｄが左右方向に積層される。
図６及び図７に示すように、セルモジュール１０２を構成する１つのセル１０は、集電体が内包された包装体１２と、正極端子板１３と負極端子板１４とを備える。図６において図示を略した集電体は、略矩形状であることが好ましい。図７に示すように、セル１０は、略矩形状の集電体の一辺から正極端子板１３を延出させてなる。セル１０は、正極端子板１３を延出させた集電体の一辺の対辺から正極端子板１３の反対方向に負極端子板１４を延出させてなる。包装体１２は、ラミネートフィルム等のシート状部材を、略矩形状の集電体の形に合わせて、矩形の袋状に形成したものであることが好ましい。セル１０は、略矩形状の集電体の対向する二辺のそれぞれから正極端子板１３と負極端子板１４とが互いに反対方向に延出される。図６及び図７に示すセル１０では、集電体から上下方向に正極端子板１３または負極端子板１４が、互いに反対方向に延出される。本明細書において、矩形状の集電体の対向する二辺のそれぞれから正極端子板１３と負極端子板１４とが互いに反対方向に延出されてなるセル１０は、両側端子型セルと称する。セル１０は、図６及び図７に示す両側端子型セルの実施形態に限定されない。

図示はしないが、両側端子型セルの場合においても、セルの内部構造は、図３及び図４に基づき内部構造を説明した片側端子側セルと同様である。正極用集電体及び負極用集電体は、略矩形状の平面を有する板状体であることが好ましい。両側端子型セルにおいても、正極及び負極は、片側端子型セルと同様の構造を有する。正極は、正極用集電体及び正極活物質を含む。負極は、負極用集電体及び負極活物質を含む。両側端子型セルは、矩形状の正極用集電体の一辺から、正極端子板が所定の方向に延出する。両側端子型セルは、矩形状の負極用集電体の一辺から、正極端子板１３が延出された所定の方向と反対方向に、負極端子板１４が延出する。この正極端子板１３に正極用集電体が接続され、負極用端子板１４に負極用集電体が接続される。

図８に示すように、セルモジュール１０２は、図６に示した４つの両側端子型セル１０ａ〜１０ｄを積層したものである。１つのセル１０ａの正極端子板１３ａと、所定の積層方向に隣り合う他のセル１０ｂの負極端子板１４ｂとが、導電性の第１の接続部材５を介して接続される。１つのセル１０ａの負極端子板１４ａと、所定の積層方向に隣り合う他のセル１０ｂの正極端子板１３ｂとが、絶縁性の第２の接続部材６を介して接続される。このように、セルモジュール１０２は、１つのセルの正極端子板と、所定の積層方向に隣り合う他のセルの負極端子板とが、導電性の第１の接続部材５を介して接続される。また、セルモジュール１０２は、１つのセルの負極端子板と、所定の積層方向に隣り合う他のセルの正極端子板とが、絶縁性の第２の接続部材６を介して接続される。

セル１０ａ〜１０ｄの正極端子板１３ａ〜１３ｄ及び負極端子板１４ａ〜１４ｄは、それぞれに固定部材７を連通させるための孔部４０を有する。第１の接続部材５及び第２の接続部材６は、固定部材７を連通させることが可能な円管状の円管部材である。導電性の第１の接続部材５は、銅等の導電性材料を使用して形成することができる。絶縁性の第２の接続部材６は、樹脂等の電気絶縁性の材料を使用して形成することができるセルモジュール１０２は、積層された複数のセル１０ａ〜１０ｄの正極端子板１３ａ〜１３ｄ及び負極端子板１４ａ〜１４ｄの各板に設けられた孔部４０と、第１の接続部材５と、第２の接続部材６の各接続部材の円管内とに、絶縁性の固定部材７が貫通され、固定部材７と締め付け部材８とにより一括して固定される。固定部材７の径より、正極端子板１３及び負極端子板１４の孔部４０の径は大きく、且つ、第１の接続部材５及び第２の接続部材６の円管の内径は大きい。固定部材７は、複数のセル１０ａ〜１０ｄの正極端子板１３ａ〜１３ｄ及び負極端子板１４ａ〜１４の孔部４０と、第１の接続部材５の円管と、第２の接続部材６の円管とに連通させることができる長さを有するボルトである。固定部材７は、樹脂等の電気絶縁性の材料で形成する。

セルモジュール１０２は、複数のセル１０ａ〜１０ｄと、第１の接続部材５と、第２の接続部材６とが固定部材７によって、一括して固定されるため、煩雑な組み付け工程を必要とせず、第１の接続部材と第２の接続部材とをそれぞれ組み付ける場合と比較して簡単に製造することができる構成を有する。

図８に示すように、セルモジュール１０２は、１つのセル１０ａの正極端子板１３ａと、第２の実施形態では右方向である所定の積層方向に隣り合う他のセル１０ｂの負極端子板１４ｂとが、導電性の第１の接続部材５を介して接続される。また、セルモジュール１０２は、１つのセル１０ａの負極端子板１４ａと、第２の実施形態では右方向である所定の積層方向に隣り合う他のセル１０ｂの正極端子板１３ｂとが、絶縁性の第２の接続部材６を介して接続される。セルモジュール１０２は、第１の接続部材５及び第２の接続部材６によって、積層されたセル１０ａ〜１０ｄを電気的に直列に接続することができる。

固定部材７は、セル積層体１０３の積層方向の一端の正極端子板１３ａ又は負極端子板１４ａから、第１の接続部材５及び第２の接続部材６を介して、セル積層体１０３の積層方向の他端の正極端子板１３ｄ又は負極端子板１４ｄまで、積層方向に亘って締め付け固定する締め付け部材８を備えることが好ましい。固定部材７と締め付け部材８は、締め付け手段を構成する。締め付け部材８は、例えば固定部材７がボルトである場合には、ボルトの雄ネジに螺合する雌ネジを有するナットであることが好ましい。

セルモジュール１０２は、正極端子板１３の厚さ、負極端子板１４の厚さ、第１の接続部材５の長さ、及び第２の接続部材６の長さの合計の長さが、セル１０の厚さの２倍以下であることが好ましい。正極端子板１３の厚さ、負極端子板１４の厚さ、第１の接続部材５の長さ、及び第２の接続部材６の長さの合計の長さが、セル１０の厚さの２倍以下であると、積層されたセル１０が固定部材７及び締め付け部材８によって、各セル１０が密接して固定され、セルモジュール１０２は小型化し、体積エネルギー密度を上げることができる。

セルモジュール１０２は、固定部材７が、セル積層体１０２の複数のセル１０ａ〜１０ｄの正極端子板１３ａ〜１３ｄ及び負極端子板１４ａ〜１４ｄと、第１の接続部材５と、第２の接続部材６とを連通して固定するものであることが好ましい。セルモジュール１０２は、固定部材７の締め付け部材８によって締め付けられる締め付け長さが、下記式（１）を満たすものであることが好ましい。固定部材が連通する第１の接続部材の接続長さの和＋固定部材が連通する第２の接続部材の接続長さの和＋（固定部材が連通する正極端子板の厚さ又は負極端子板の厚さ×（ｎ−１））≦セルの厚さ×（ｎ−１） （１）
（式（１）中、ｎはセルの個数である。）

セルモジュール１０２は、固定部材７の締め付け長さが式（１）を満たす場合には、各セル１０を密接して固定され、セルモジュール１０２は小型化し、体積エネルギー密度を上げることができる。

本発明は、複数のセルを積層配列したセル積層体を備えたセルモジュールにおいて、積層された複数のセルを電気的に直列に接続することができる。また本発明のセルモジュールは、セル積層体を構成する各セルが、固定部材で一括して固定されるため、煩雑な組み付け工程を必要とせず、２つのセルずつに対して第１の接続部材と第２の接続部材とをそれぞれ組み付ける場合と比較して簡単に製造できる構成を有する。本発明のセルモジュールは、各セルを密接させて固定させ、セルモジュールを小型化し、体積エネルギー密度を上げることができる。本発明のセルモジュールは、小型化かつ製造が容易であるため、高電圧及び高容量が要求される電池に用いることができ、産業上有用である。

１，１’ セル（片側端子型セル）
２，１２ 包装体
３，１３ 正極端子板
４，１４ 負極端子板
５ 第１の接続部材
６ 第２の接続部材
７ 固定部材
８ 締め付け手段
１０ セル（両側端子型セル）
１５ 正極用集電体
１６ 負極用集電体
１７ 正極活物質層
１８ 負極活物質層
１９ 正極
２０ 負極
２１ セパレータ
３０，４０ 孔部
１００，１０２ セルモジュール
１０１，１０３ セル積層体

Claims (5)

1. 集電体を内包し、正極端子板及び負極端子板を延出させたセルを複数積層し、１つのセルの正極端子板と隣り合う他のセルの負極端子板とが、接続部材を介して固定されるセル積層体を備え、
   前記セル積層体は、
   １つのセルの正極端子板と、所定の積層方向に隣り合う他のセルの負極端子板とが、導電性の第１の接続部材を介して接続され、
   前記１つのセルの負極端子板と前記所定の積層方向に隣り合う他のセルの正極端子板とが、絶縁性の第２の接続部材を介して接続され、
   絶縁性の固定部材により、積層された複数の前記セルの正極端子板及び負極端子板と、前記第１の接続部材と、前記第２の接続部材とが、一括して固定されることを特徴とするセルモジュール。
2. 前記正極端子板の厚さ、前記負極端子板の厚さ、前記第１の接続部材の長さ、及び前記第２の接続部材の長さの合計長さが、セルの厚さの２倍以下である、請求項１記載のセルモジュール。
3. 前記固定部材は、前記セル積層体の積層方向の一端の正極端子板又は負極端子板から、前記第１の接続部材及び第前記２の接続部材を介して、前記セル積層体の積層方向の他端の正極端子板又は負極端子板まで、前記積層方向に亘って締め付け固定する締め付け手段を備えた、請求項１又は２記載のセルモジュール。
4. 前記固定部材は、前記セル積層体の複数の前記セルの前記正極端子板及び前記負極端子板と、前記第１の接続部材と、前記第２の接続部材とを連通して固定するものであり、
   前記締め付け手段によって締め付けられる前記固定部材の締め付け長さが、下記式（１）を満たす、請求項３記載のセルモジュール。
   前記固定部材が連通する前記第１の接続部材の接続長さの和＋前記固定部材が連通する前記第２の接続部材の接続長さの和＋（前記固定部材が連通する正極端子板の厚さ又は負極端子板の厚さ×（ｎ−１））≦セルの厚さ×（ｎ−１） （１）
   （式（１）中、ｎはセルの個数である。）
5. 前記セルの前記集電体が、略矩形状であり、前記正極端子板及び前記負極端子板が、略矩形状の前記集電体の一辺から同一方向に延出されてなる、請求項１〜４のいずれか１項記載のセルモジュール。