組電池の製造方法および組電池
本発明の課題は、大容量で高出力密度かつ厚さ寸法の小さい環状型電池は体積が大きく、エネルギー密度が低いという問題を解決すると共に、電池の熱放散性も一層改善する、組電池の製造方法を提供することにある。本発明はまた、かかる製造方法に従って製造された組電池も提供する。
かかる課題を解決するために、本発明の製造方法は、（ａ）複数の単セルを製造する工程と、（ｂ）前記複数の単セルを、一の単セルが他の単セルの内側に配設される入れ子状態に配列する工程と、（ｃ）前記複数の単セルを互いに電気的に並列又は直列に接続する工程と、を含んでいる。
かかる課題を解決するために、本発明の製造方法は、（ａ）複数の単セルを製造する工程と、（ｂ）前記複数の単セルを、一の単セルが他の単セルの内側に配設される入れ子状態に配列する工程と、（ｃ）前記複数の単セルを互いに電気的に並列又は直列に接続する工程と、を含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は組電池の製造方法に係り、特に、電気自動車やインテリジェント電力網等に適用され得る大容量で高電力の組電池（動力電池）の製造方法に関するものである。本発明はまた、かかる製造方法によって製造される組電池にも関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１９９０年代初頭以来、リチウムイオン電池は明らか且つ確実な技術革新を遂げており、携帯機器の急速な発展をもたらすに至っている。ここ１０年では、安全性や効率面が急速に改良され、動力電池は高出力トルクモータとして、大型電気工具、ハイブリッド自動車および電気自動車等の様々な分野に適応されている。動力電池は、完全に内燃エンジンに依存する電力システムにおける少なくとも部分的な代替手段として機能しており、環境エネルギーにおける新たな発展を誘発している。
【０００３】
現在のところ、高出力の中実型動力電池における熱放散の悪さを懸念して、リチウムイオン動力電池は小型分野で実用化されており、通常８−１００Ａｈのユニット容量を有している。典型的なリチウムイオン動力電池としては、ＳＰＩＭ２４３００２６０の１００Ａｈの角型リチウムイオン動力電池（中信国安盟固利新能源科技有限公司製）、ＩＭＰ２０／６６／１４８−０８ＰＳ ８Ａｈの高性能電池（星恒電源有限公司（蘇州）製）が知られている。当業者は、これらの電池セルを直列或いは並列に接続して電池パックの電圧および容量を増大させることにより、異なる分野での要求に対応している。例えば、北京中威信通科技有限公司では、１０Ａｈのユニット容量のパワー単セルから成る電池パックを用い、電気通信分野用の４８Ｖ−３００Ａｈ電池パックを使用するＵＰＳサンプル製品ＺＷＤＹ−４８／３００を開発した。
【０００４】
ＥＰ１７０５７４３Ａ１は、複数の単セルを有する電池モジュールに関する。この電池モジュールでは、単セルは互いに所定距離を隔てて配置されており、直列又は並列接続されている。
【０００５】
ＵＳ２００５／０１７４０９２Ａ１は車両で使用される電池システムに関し、電気的に接続された複数のリチウム電池を含んでいる。一実施形態によれば、電池システムは、直列接続された複数（例えば１０）のリチウム電池を含むモジュールを備えている。別の実施形態によれば、モジュールは、コネクターを介してワイヤーまたはケーブルに連結されて、別のモジュールや車両電気系統に連結されるようになっている。
【０００６】
しかしながら、既存の中実動力電池の電力出力特性は、ハイ・レベルな分野での必要条件を満たすに至っておらず、技術者は、セル容量を減少させてクリアランスを提供し押込換気を用いることによってしか、希望の高い電力出力特性を得ることが出来ない。代表例として、２００８年３月に量産化された、ＵＳテスラ・モータ製の電気自動車「テスラ・ロードスター」がある。ここでは、休息状態から４秒以内での１００ｋｍ／ｈへの加速を実現するために、電池パックでは、現在最も成熟した１８６５０のタイプのリチウムイオン電池セルが採用されている。各自動車においては、６８３１個もの１８６５０のタイプ・リチウムイオン電池セルが使用されている。ここでは、全体の電力システムの信頼度を確保するために、パワーマネジメント・システムの複雑さや、アセンブリーの複雑さ、電池パックのメンテナンス要求等が大幅に増加することとなる。
【０００７】
今後の動力電池製品の製品コスト削減に伴い、動力電池製品の適用分野は、発電所のエネルギー貯蔵およびピーク制御、電力網フィルタリング、電車用予備電力等の分野にまで広がる。その際、これらの分野で要求されるＭＷレベルを満たすべく、どのようにセルを組み合わせれば１００Ａｈ未満の容量とすることができるのか、想像することはほとんど不可能である。
【０００８】
改良として、ＵＳ５５０１９１６Ａには、電池コア内に貫通孔を設けた電池セルが開示されており、貫通孔の側壁の少なくとも一部に対して、電池シェル（ｓｈｅｌｌ）を形成する蓋が、直接に又は蓋に熱により接続されたアルミプレートを介して閉塞状態で取り付けられている。これにより、セル内の熱放散性が改善されている。
【０００９】
しかしながら、ここで言及されているように貫通孔を設けることは、熱放散の問題を解決するうえで重要な手掛かりとはならない。熱放散問題を解決する為に重要なことは、電池コアの最大厚さ寸法を制限することである。貫通孔を設けることによって電池コアの最大厚さ寸法を小さくすることはできる。しかしながら、電池セルの容量が３００Ａｈを超えるまでに増大したり、中実型電池コアの最大厚さ寸法が１００ｍｍ以上となる場合は、安全性や効率性の面から電池コアの最大厚さ寸法が制限される。そのため、単に貫通孔の径寸法を大きくしたり、数を増やしたりするだけでは、熱放散の問題が解決されても、他の問題を招来することとなる。例えば、貫通孔の径寸法を大きくすると貫通孔内に中空の（無駄な）容積が増え、電池セルひいては電池パック全体のエネルギー密度や出力密度の低下を招く一方、貫通孔の数を増やすと製造性やコスト性の低下を招くことになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述の従来の動力電池における不具合を解消するために為されたものであって、その解決課題は、熱放散の問題を効果的に解決するだけでなく、高容量、高安全性、高エネルギー密度および高出力密度を有する電池製品を提供すること、およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、組電池又は電池パックを簡便迅速に低コストで製造する方法に関する。すなわち、本発明の組電池の製造方法は、（ａ）複数の単セルを製造する工程と、（ｂ）前記複数の単セルを、一の単セルが他の単セルの内側に配設される入れ子状態に配列する工程と、（ｃ）前記複数の単セルを互いに電気的に並列又は直列に接続する工程と、を含むものである。従って、本発明に従う製造方法により製造された電池製品は、組電池や、複数の単セルを備えた電池パックである。
【００１２】
好ましい態様によれば、前記（ａ）工程が、複数の環状型単セルを製造する工程を含み、各前記環状型単セルは貫通孔を有し、貫通孔によって規定される内側壁と、該環状型単セルの外周部によって規定される外側壁と、該内側壁と外側壁の間のコアを有しており、前記（ｂ）工程が、前記複数の環状型単セルを、一の単セルが他の単セルの該貫通孔内に配設される入れ子状態に配列する工程を含んでいる。
【００１３】
好ましい態様によれば、前記（ａ）工程が、中実型単セルと、１以上の環状型単セルを製造する工程を含み、前記中実型単セルはコアと該中実型単セルの外周部によって規定される外側壁を有する一方、前記環状型単セルは、貫通孔によって規定される内側壁と、該環状型単セルの外周部によって規定される外側壁と、該内側壁と外側壁の間のコアを有しており、前記（ｂ）工程が、前記中実型単セルと前記１以上の環状型単セルを、一の単セルが他の単セルの該貫通孔内に配設される入れ子状態に配列する工程を含んでいる。
【００１４】
本発明によれば、高容量、高出力密度で厚さが小さな環状体電池における、大型化や低エネルギー密度の問題が、複数の単セルを互いに入れ子状に配列して並列接続して製造することにより解消される。また、組電池や電池パックにおける熱放散性もさらに改善される。特に、複数の単セルが異なるサイズで製造されていることから、より小さな断面積を有する単セルをより大きな断面積を有する単セルの貫通孔内に配設することができ、すべての単セルを入れ子状態に配列することができる。従って、単セルの貫通孔による空所を有効に利用しつつ、高容量で熱放散性が良好な電池製品を得ることができ、電池製品のエネルギー密度も増大させることができる。
【００１５】
好ましい態様によれば、前記（ａ）工程が、各前記複数の環状型単セルを製造する工程において、（ａ１）スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートを、中空円筒巻線軸体の周囲に巻線して、前記環状型単セルのコアを形成し、該中空円筒巻線軸体により前記環状型単セルの前記内側壁を形成する工程と、（ａ２）前記内側壁を備えた前記コアをシェルに配置して、該シェルにより前記環状型単セルの前記外側壁を形成する工程と、（ａ３）上カバー板および下カバー板と、前記環状型単セルの前記内側壁と前記外側壁を一体に組み合わせて、前記環状型単セルのコアを封入する工程とを含んでいる。
【００１６】
組電池が中実型単セルを含む場合は、前記（ａ）工程が、前記中実型単セルを製造する工程において、（ａ１’）前記中実型単セルの前記コアを製造する工程と、（ａ２’）前記中実型単セルの前記コアをシェルに配置して、該シェルにより前記中実型単セルの前記外側壁を形成する工程と、（ａ３’）上カバー板および下カバー板と、前記中実型単セルの前記外側壁を一体に組み合わせて、前記中実型単セルの前記コアを封入する工程とを含んでいる。
【００１７】
前記（ａ３）工程においては、上カバー板および下カバー板と、内側壁および外側壁を一体に溶接しても良い。これにより、各カバー板と各側壁が確実にシール及び固定されて、カバー板と側壁間の伝熱も容易となる。
【００１８】
好ましい態様によれば、スラリーで覆われていない内端集電部は、前記中空円筒巻線軸体の表面に直接接触する前記正極シート或いは前記負極シートの最も内側の端部に確保されており、前記内端集電部の少なくとも一部が、前記中空円筒巻線軸体の表面に溶接されている。また、確保された内端集電部は、前記中空円筒巻線軸体の表面に１回以上巻きつけられていても良い。これらの手段により、電池コアの内部から外部への、中空円筒巻線軸体を介しての熱放散が容易となる。
【００１９】
同様に、電池コアの内部から外部へのセルのシェルを介しての熱放散を容易とするためには、スラリーで覆われていない外端集電部は、前記中空円筒巻線軸体周りの最も外側に巻きつけられた前記正極シート或いは前記負極シートの最も外側の端部に確保されており、前記外端集電部が前記シェルに直接接触していても良い。
【００２０】
ある特定の態様によれば、入れ子状態で相互に隣接する二つの前記単セルのうち、外側の単セルの前記内側壁が内側の単セルの前記外側壁としても用いられ、これら隣接する二つの単セルが共通の側壁を共有している。これにより、内側に入れ子状態とされる内側の単セルを製造する工程で隣接する二つの単セルを入れ子状態に組み合わせることができる。その結果、製造工程が簡略化されて、生産性が高まると共に、電池の熱放散性能やエネルギー密度も向上する。更に、隣接する二つの単セルが共通の側壁を共有することから、組電池の機械的構造もよりコンパクトで安定したものとすることができる。
【００２１】
上述した特定の態様の変形として、前記（ａ）工程と前記（ｂ）工程が共に実行されて、前記複数の単セルを製造しそれらが入れ子状態の位置関係となるように順次内側から外側に組み合わせるに際して、スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートを、中空円筒巻線軸体の周囲に巻線して、最も内側の単セルのコアを形成すると共に、該コアをシェルと上下カバー板に取り付けて前記最も内側の単セルを形成する（または、前記最も内側の中実型単セルの前記コアを形成すると共に、該コアをシェルと上下カバー板に取り付けて前記最も内側の中実型単セルを形成する）。次に、スラリーで覆われた他の正極シートと、他のセパレーターと、他のスラリーで覆われた負極シートを、該シェルの周囲に巻線して、他の単セルのコアを形成すると共に、該コアを他のシェルと上下カバー板に取り付けて前記最も内側の単セルの外側に入れ子状態で配設される他の単セルを形成し、上述の手順を最も外側の単セルのコアが形成され該コアをシェルと上下カバー板に取り付けて該最も外側の単セルを形成されるまで繰り返して、これにより、前記複数の単セルが入れ子状態に組み合わされる。このような製造工程によれば、連続生産が促進されて、生産性が向上する。
【００２２】
好ましい態様によれば、前記隣接する二つの単セルが共有する前記共通の側壁が、熱放散フィンによって一体的に連結された二枚のシェルからなる二重壁とされている。これにより、組電池の機械的強度が増すことに加えて、入れ子状態で相互に隣接する二つの単セル間における熱放散性能がさらに向上する。あるいは、共通の側壁に熱放散孔を設けることによっても、入れ子状態で相互に隣接する二つの単セル間における熱放散性能を向上させることができる。
【００２３】
好ましい態様によれば、前記工程（ａ）において、各前記環状型単セルの前記コアの最大厚さ寸法が３５ｍｍ以下とされている。これにより、セルのコアの内部電極シートからセル側壁の熱伝導面までの最大距離を制限することができ、セルのシェルの一部を形成する側壁の熱伝導面を介しての熱放散が一層容易になる。ここにおいて、環状型セルのコアの厚さ寸法とは、セルのコアの内側壁から外側壁に至るサイズをいう。例えば、セルのコアが中空円筒である場合は、厚さ寸法は内外半径の差に相当する。しかしながら、単セルのコアの最大厚さ寸法は３５ｍｍ以下に限定されない。例えば、比較的低効率の電池のみを必要とする用途においては、最大厚さ寸法は、目的に合わせて、例えば５０ｍｍまで増大させることができる。
【００２４】
好ましい態様によれば、前記工程（ｂ）において、入れ子状態で相互に隣接する二つの前記単セルの隙間寸法が５ｍｍ以上とされている。これにより、電池パックの熱放散効果を向上させることができる。ここにおいて、隣接する二つの単セルの隙間寸法とは、隣接する二つの単セルのうち断面積の小さい方の単セルの外側壁と断面積の大きい方の単セルの内側壁の間の最小距離をいう。例えば、内側壁と外側壁が共に環状である場合は、隙間寸法は断面積の小さい方の単セルの外側壁の外半径と断面積の大きい方の単セルの内側壁の内半径の差に等しい。しかしながら、最小距離は５ｍｍ以上に限定されず、比較的低効率の電池のみを必要とする用途においては、０ｍｍであっても良い。即ち、隣接する二つの単セルのうち断面積の小さい方の単セルの外側壁と断面積の大きい方の単セルの内側壁が密接していても良いし、上述のように、隣接する二つの単セルが共通の側壁を共有していても良い。
【００２５】
好ましい態様によれば、前記工程（ａ）において、熱放散フィンを前記複数の単セルの少なくとも一つの内側壁および／又は外側壁に取り付ける工程を含んでいる。これにより、単セル側壁の表面を介しての熱放散が容易となる。
【００２６】
好ましい態様によれば、前記環状型単セルが中空円筒とされている。これにより、電池パックを簡単な構造で得ることができ、製造や組み立ても容易となる。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、単セルは任意の適当な形とすることができる。例えば、単セルは中空直方体等の中空角柱、即ち、多角形断面を有する中空角柱とされていても良い。これに対応して、中実型単セルが中実型円筒または中実型角柱とされていても良い。
【００２７】
好ましい態様によれば、前記環状型単セルの前記貫通孔の中心線が該環状型単セルの幾何中心線と一致している。そこにおいて、貫通孔は円形状とされていても良いし、多角形や、他の任意の適当な形とされていても良い。例えば、環状型単セルが中空円筒である場合は、貫通孔は円筒の中心軸と共軸の円形孔とされていても良い。こうすることによって、一般的に、内部電極シートから隣接する単セル側壁の熱伝導面までの最大距離をより小さくすることができ、単セル側壁の熱伝導面を介してのより優れた熱放散が実現される。また、シェルおよびコアの組み立ても容易とされる。さらに、セルのコアが電解質を吸収して膨張した際に、セルのコアをより一定の応力分布をもってシェルにぴったりと当接させて、シェルに及ぼされるねじり方向の力を軽減し、セルをより一層保護することができる。
【００２８】
好ましい態様によれば、前記単セルがリチウムイオンセルとされている。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、ニッケル水素セルやニッカドセル等の他タイプの単セルを採用することも可能である。
【００２９】
本発明の別の態様は、上述の方法に従って製造される組電池に関するものであって、前記組電池が、互いに電気的に並列又は直列接続されると共に、一方が他方の内側に配設される入れ子状態に配列された複数の単セルを含んで構成されていることを、特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の製造方法に従って製造された組電池に含まれる環状型単セルの一例を概略的に示す斜視図。
【図２】図２ａは、同環状型単セルのコアの巻線を概略的に示す図、図２ｂは、同環状型単セルの製造および組み立てを示す展開図。
【図３】図３ａは、本発明の製造方法に従って製造された第一の形態としての組電池（動力電池）を概略的に示す斜視図、図３ｂは、同組電池の図３ａにおけるＸ−Ｘ断面図。
【図４】本発明の製造方法に従って製造された第二の形態としての組電池（動力電池）を概略的に示す斜視図。
【図５】本発明の製造方法に従って製造された第三の形態としての組電池（動力電池）を概略的に示す斜視図。
【図６】本発明の製造方法に従って製造された第四の形態としての組電池（動力電池）を概略的に示す斜視図。
【図７】本発明の製造方法に従って製造された第五の形態としての組電池（動力電池）を概略的に示す斜視図。
【図８】本発明の製造方法に従って製造された第六の形態としての組電池（動力電池）を概略的に示す斜視図。
【図９】本発明の製造方法に従って製造された第七の形態としての組電池（動力電池）を概略的に示す斜視図。
【図１０】本発明の製造方法に従って製造された第八の形態としての組電池（動力電池）を概略的に示す斜視図。
【図１１】本発明の製造方法に従って製造された第九の形態としての組電池（動力電池）を概略的に示す斜視図。
【図１２】図１１に示した組電池の製造および組み立てを示す展開図。
【図１３】図６に示した組電池の製造および組み立てを示す展開図。
【図１４】比較例としての環状型セルの形態を概略的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明のその他の特徴および利点を明らかにするために、好ましい実施形態について、以下に詳細に説明する。それらは限定的でない例として図面に示されている。
図面はあくまでも例示を目的としたものであって、必ずしも実寸法を示すものではない。図面をより明瞭にする目的またはある部分を目立たせる目的で、他の部分とは相対的に誇張された部分もあり得る。また、実施形態と図面においてそれぞれ対応する部材には同一の符号を付してある。
【００３２】
以下に、本発明のいくつかの実施形態について、図面を参照しつつ、説明する。本発明に従う組電池の製造方法においては、先ず、複数の単セルを製造し、一の単セルが他の単セルの内側に配設される入れ子状態に配列したのち、複数の単セルを互いに電気的に並列又は直列に接続する。
【００３３】
本発明の一実施形態に従えば、先ず、図１に示されるような、貫通孔２をそれぞれ有する複数の環状型単セル１を製造する。そこにおいて、各環状型単セル１は、貫通孔２によって規定される内側壁５と、環状型単セル１の外周部によって規定される外側壁４と、内側壁５と外側壁４の間のコア６を有している。図１では、コア６は、上カバー板７と図示しない下カバー板によって、上部と下部をそれぞれ封印されている。
【００３４】
好ましい実施形態においては、各環状型単セル１は、図２ａおよび２ｂに示されているように、以下の工程によって製造される。先ず、筒状の中空円筒巻線軸体５（例：外径寸法６２ｍｍ、内径寸法６０ｍｍ、高さ寸法１８０ｍｍの金属製、特にアルミニウム製）と、正極タブを有し、正極スラリーで覆われた正極シート６１（例：幅寸法１６６ｍｍ、長さ寸法１６．３ｍ）と、負極タブを有し、負極スラリーで覆われた負極シート６２（例：幅寸法１６６ｍｍ、長さ寸法１５．７ｍ）と、セパレーター６３（例：幅寸法１７０ｍｍ）を準備する。そこにおいて、正極シート、正極スラリー、負極シート、負極スラリーおよびセパレーターは、従来技術で公知の材料によって形成されている。例えば、正極シートはアルミニウム箔、正極スラリーはマンガン酸リチウム、負極シートは銅箔、負極スラリーは天然黒鉛、セパレーターはポリプロピレン（ＰＰ）フィルムで形成されている。この方法で製造されたセルはリチウムイオンセルであり、以下の例示説明における単セルの実施例でもある。次に、図２ａに示されているように、セパレーター６３、負極シート６２およびもう一枚のセパレーター６３を正極シート６１と同じ側に順次配設し、巻線機で中空円筒巻線軸体５の周囲に巻線して、図２ｂに示されるような、中空円筒巻線軸体５を備えたセルのコア６を得る。
【００３５】
本実施形態によれば、中空円筒巻線軸体５はアルミニウムで形成されている。この場合、当業者にはよく知られているように、正極シートのみが巻線軸体５に直接接触することができる。ここにおいて、正極スラリーで覆われていない内端集電部９が正極シート６１の最も内側の端部に確保されていても良く、巻線は内端集電部９から始められる。即ち、内端集電部９は中空円筒巻線軸体５の表面に密接して巻きつけられることとなり、その確保された長さ寸法（例：本実施形態では２００ｍｍ）により、内端集電部９は巻線軸体５の表面に少なくとも１回巻きつけられる。内端集電部９の巻線時には、内端集電部９の少なくとも一部が、例えば超音波溶接等によって巻線軸体５の表面に溶接されていても良い。この方法により、電池コア６と巻線軸体５間の伝熱性を高めることができる。内端集電部９の巻線完了後、正極シート６１の残りの部分と、負極シート６２、およびセパレーター６３が巻線軸体５の表面に巻きつけられ、セルのコア６が形成される。
【００３６】
巻線完了後、中空円筒巻線軸体５はセルのコア６から取り外されることなく、環状型単セル１の内側壁を形成することとなる。続いて、図２ｂに矢印Ａ１で示されているように、巻線軸体５を備えたセルのコア６を、同じくアルミニウムで形成されたセルのシェル４に嵌め入れる。これにより、シェル４が環状型単セル１の外側壁を形成することとなる。当業者にはよく知られているように、アルミニウム製のシェル４に直接接触できるのもまた、正極シートのみであるため、巻線軸体５周りの最も外側に位置できるのは正極シートのみである。ここにおいて、好ましい実施形態に従えば、図２ｂに示されているように、スラリーで覆われていない外端集電部１０が正極シート６１の最も外側の端部に確保されていても良い。かかる外端集電部１０は、最後に巻線軸体５周りに巻きつけられ、その確保された長さ寸法は、例えば本実施形態では、４００ｍｍとされている。外端集電部１０がシェル４に直接接触することにより、セルのコア６とシェル４間での伝熱が改善される。但し、巻線軸体５とシェル４が共にステンレス鋼で形成されている場合は、負極シートのみが巻線軸体およびシェルに直接接触することができる。この場合、スラリーで覆われていない内端集電部と外端集電部をそれぞれ負極シートの両端に、上述と同様の方法で確保することが可能である。これにより、セルのコアからその内側と外側を介しての外部への熱放散が容易となる。
【００３７】
内側壁５を備えたコア６をシェル４の内部に配設したのち、図２ｂに矢印Ａ２およびＡ３で示されているように、上カバー板７および下カバー板８と、環状型単セル１の内側壁５および外側壁４を一体に組み合わせてセルのコア６を封入し、シールされたセルのシェルを得る。ここにおいて、好適には、上下カバー板と内側壁および外側壁は一体に溶接され、これにより各カバー板・各側壁間のシールや固定、および伝熱が容易となる。ここまでの工程で、図１に示される環状型単セル１全体の構造が完成する。
【００３８】
上述の実施形態では、環状型単セルのコアは各々一枚の正極シートと負極シートおよびセパレーターの巻線によって形成している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、環状型単セルのコアは各々複数枚の正極シートと負極シートおよびセパレーターの積層によって形成しても良い。この場合、各々複数枚の正極シートと負極シートおよびセパレーターは積層後、中空円筒巻線軸体に１回だけ巻きつけられる。また、環状型単セルのコアは、並列接続された複数の低容量電気コア（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｒｅｓ）によって形成しても良い。即ち、本発明の製造方法に従えば、単セルのコアは従来技術における様々な方法によって形成することができ、優れた順応性および幅広い適用性が発揮される。
【００３９】
上述の環状型単セルの製造工程において、中空円筒巻線軸体は中空円筒とされており、それに対応して、図１に示されているように、貫通孔２は円形孔とされ、環状型単セル１の形状は中空円筒とされている。さらに、貫通孔２の中心線が環状型単セル１の幾何中心線と一致している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。中空円筒巻線軸体は任意の適当な断面形状（例えば、矩形）を有していても良く、貫通孔２および環状型単セル１がそれに対応する適当な形状とされていても良い。また、貫通孔２の中心線は環状型単セル１の幾何中心線と一致していなくても良い。
【００４０】
同様にして、上述の製造工程に従って異なる寸法の貫通孔や断面積を有する多数の環状型単セルを製造する。そして、これらの環状型単セルを一の単セルが他の単セルの内側に配設される入れ子状態に配列する。最後に、これらの環状型単セルを電気的に並列又は直列に接続する。
【００４１】
例えば、順々に貫通孔および断面積の寸法が大きくなる三つの環状型単セル１Ａ、１Ｂ、１Ｃを製造し、これらの単セルを入れ子状態に配列して電気的に並列接続することで、図３ａおよび図３ｂに示されるような組電池や電池パックを得るようにしても良い。
【００４２】
図３ａには、本発明の製造方法に従って製造された第一の形態としてのリチウムイオン組電池（動力電池）が概略的に示されている。図３ｂには同組電池の図３ａにおけるＸ−Ｘ断面図が示されている。図３ａおよび図３ｂに示されているように、この組電池は、中空円筒形とされた三つの環状型単セルを含んで構成されており、それらの単セルは、端子伝導接続部３によって並列接続されている。この三つの単セルは、以下の順序で（内側から外側へ）互いに入れ子状態にて配列されている。具体的には、容量１００Ａｈ、外径寸法１２５ｍｍ、内径寸法６０ｍｍ、高さ寸法１８０ｍｍとされた環状型リチウムイオンパワー単セル１Ａが最も内側に配置されており、続いて容量２００Ａｈ、外径寸法２１５ｍｍ、内径寸法１５０ｍｍ、高さ寸法１８０ｍｍとされた環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｂ、そして最も外側に配置されているのが容量３００Ａｈ、外径寸法３０５ｍｍ、内径寸法２４０ｍｍ、高さ寸法１８０ｍｍとされた環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｃである。よって、この組電池の合計容量は６００Ａｈとなる。三つの環状型リチウムイオンパワー単セル１Ａ、１Ｂおよび１Ｃのコアはそれぞれ３２．５ｍｍの最大厚さ寸法を有しており、それらの隙間寸法（二つの隣接するセルにおいて対向する内側壁と外側壁の間の最小距離）は１２．５ｍｍとされている。このように、各環状型単セルの最大厚さ寸法および／又は二つの隣接する環状型単セル間の隙間寸法を管理することによって、組電池の熱放散効果がより一層改善される。しかしながら、上記の設定はあくまでも例示であって、組電池はその用途や実際の要求に応じて設計可能であることが当業者には理解されるべきである。この形態の組電池のエネルギー密度は１６８．９５Ｗｈ／Ｌとされており、例えば、充電／放電率が１５Ｃ以下の条件での使用に適している。
【００４３】
これに対して、図１４には、本発明の発明者が設計した、比較例としてのリチウムイオン電池が概略的に示されている。比較例のリチウムイオン電池は貫通孔を有する６００Ａｈ環状型パワー単セルである。この環状型パワー単セルは中空円筒とされており、外径寸法は５９０ｍｍ、内径寸法（貫通孔の径寸法）は５２５ｍｍ、高さ寸法は１８０ｍｍとされている。外側壁４と、電池の貫通孔によって規定される内側壁５の間の距離、即ち電池コアの厚さ寸法は３２．５ｍｍとされており、熱放散フィンは外側壁４と内側壁５の両方に設けられている。比較例の電池の最大径寸法（熱放散フィンを含む）は６１５ｍｍであり、エネルギー密度は４１．５４Ｗｈ／Ｌとされている。
【００４４】
以上からも分かるように、比較例のリチウムイオン環状型単セルに比して、本発明の製造方法に従って製造された上述の第一の形態の組電池は、同一の容量でありながら、全体の外形サイズはより小さく、一方でエネルギー密度は比較例の電池の４．０７倍とされている。さらに、組電池の各単セルが側壁を介して有効に熱放散を実現できることから、組電池全体の熱放散性能は依然として確保されている。
【００４５】
上述の第一の形態の組電池では、各環状型単セルの内側壁と外側壁は共に滑らかな表面を有している。しかしながら、本発明の製造方法に従って組電池の各単セルを製造する際に、側壁の熱放散性能の向上を目的として、比較例の環状型単セルと同様に、少なくとも一つの単セルの内側壁および／又は外側壁に熱放散フィンを設けることも可能である。図４〜図７に、このタイプの組電池の様々な形態を示す。
【００４６】
図４には、本発明の製造方法に従って製造された第二の形態としてのリチウムイオン組電池（動力電池）が概略的に示されている。この組電池の構造は図３に示された第一の形態と実質的に同一とされているが、以下の点が異ならされている。即ち、環状型リチウムイオンパワー単セル１Ａの内側壁５Ａの表面および環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｃの外側壁４Ｃの表面に熱放散フィンが設けられている。本形態の組電池の最大径寸法（熱放散フィンを含む）は３３０ｍｍである。熱放散フィンを考慮に入れた場合のエネルギー密度は１４４．２５Ｗｈ／Ｌとされており、これは比較例の電池が持つエネルギー密度の３．４７倍にあたる。通気性を強化したことで、本形態の組電池は、例えば充電／放電率が２０Ｃ以下の条件での使用に適している。
【００４７】
図５には、本発明の製造方法に従って製造された第三の形態としてのリチウムイオン組電池（動力電池）が概略的に示されている。この組電池の構造もまた、図３に示された第一の形態と実質的に同一とされているが、以下の点が異ならされている。即ち、環状型リチウムイオンパワー単セル１Ａの外側壁４Ａと内側壁５Ａの表面、環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｂの外側壁４Ｂの表面、および環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｃの外側壁４Ｃの表面に熱放散フィンが設けられている。本形態の組電池では、熱放散フィンを考慮に入れた場合のエネルギー密度は１４４．２５Ｗｈ／Ｌとされており、これは比較例の電池が持つエネルギー密度の３．４７倍にあたる。通気性を強化したことで、本形態の組電池は、例えば充電／放電率が３０Ｃ以下の条件での使用に適している。
【００４８】
図６には、本発明の製造方法に従って製造された第四の形態としてのリチウムイオン組電池（動力電池）が概略的に示されている。この組電池の構造は図５に示された第三の形態と実質的に同一とされているが、以下の点が異ならされている。即ち、環状型リチウムイオンパワー単セル１Ａの外側壁４Ａと環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｂの内側壁５Ｂが熱放散フィンを介して固定的かつ一体的に連結されている一方、環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｂの外側壁４Ｂと環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｃの内側壁５Ｃが熱放散フィンを介して固定的かつ一体的に連結されている。本形態の組電池では、熱放散フィンを考慮に入れた場合のエネルギー密度は１４４．２５Ｗｈ／Ｌとされており、これは比較例の電池が持つエネルギー密度の３．４７倍にあたる。通気性を強化したことで、本形態の組電池は、例えば充電／放電率が３０Ｃ以下の条件での使用に適している。
【００４９】
図７には、本発明の製造方法に従って製造された第五の形態としてのリチウムイオン組電池（動力電池）が概略的に示されている。この組電池の構造は図６に示された第四の形態と実質的に同一とされているが、以下の点が異ならされている。即ち、環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｃの外側壁４Ｃに設けられた全熱放散フィンによって形成される、全体の外形形状が正方形とされている。これにより、複数の組電池の配列が容易となり、熱放散性を高めるために熱放散フィンを配置する組電池間のスペースを最大限に利用することができる。言うまでもなく、熱放散フィンの全体外形形状は、具体的に要求されるスペース配置に応じて、他の任意の適当な形状、例えば、三角形、台形あるいは不規則な幾何学的図形とされていても良い。本形態の組電池では、外側の熱放散フィンを考慮に入れた場合のサイズは３２０ｍｍ×３２０ｍｍ、エネルギー密度は１２０．４Ｗｈ／Ｌとされている。通気性を強化したことで、本形態の組電池は、例えば充電／放電率が３０Ｃ以下の条件での使用に適している。
【００５０】
本発明の別の実施形態としての製造方法に従えば、上述の実施形態とは異なり、複数の環状型単セルのうち、最も内側に入れ子状態で配列される環状型単セルが中実型単セルに置き換えられる。即ち、先ず、１つの中実型単セルと、それぞれ貫通孔を有する１以上の環状型単セルを製造し、一の単セルが他の単セルの該貫通孔内に配設される入れ子状態に配列する。その後、これらの単セルを電気的に並列又は直列に接続する。環状型単セルの構造および製造工程は上述の実施形態のそれと同様であり、中実型単セルもまた、コアと、中実型単セルの外周部によって規定される外側壁を有している。
【００５１】
中実型単セルを製造するに際しては、先ず、中実型コアを巻線又は積層によって製造する。次に、この中実型コアを中実型単セルの外側壁を形成するシェルの内部に配設する。最後に、上カバー板および下カバー板と中実型単セルの外側壁を一体に組み合わせて、中実型単セルのコアを封入する。中実型単セルの形状は、中実型単セルの外側に入れ子状態で配列される環状型単セルの貫通孔の形状と合致するものであっても良く、例えば、中実型円筒又は中実型角柱等とされていても良い。加えて、熱放散性の改善を目的として、中実型単セルの外側壁に熱放散フィンを設けることも可能である。図８〜図１０に、本実施形態の製造方法に従って製造された組電池の様々な形態を示す。
【００５２】
図８には、本発明の製造方法に従って製造された第六の形態としてのリチウムイオン組電池（動力電池）が概略的に示されている。本形態の組電池も三つの単セルを含んで構成されており、この三つの単セルは、以下の順序で（内側から外側へ）互いに入れ子状態にて配列されている。具体的には、径寸法１００ｍｍ、高さ寸法１８０ｍｍ、容量１００Ａｈ、最大熱伝導距離２５ｍｍとされた中実型単セル１Ａが最も内側に配置されており、続いて内径寸法１０２ｍｍ、外径寸法１７２ｍｍ、容量２００Ａｈ、最大熱伝導距離１７．５ｍｍとされた環状型単セル１Ｂ、そして最も外側に配置されているのが内径寸法１７４ｍｍ、外径寸法２４０ｍｍ、容量３００Ａｈ、最大熱伝導距離１６．５ｍｍとされた環状型単セル１Ｃである。この組電池の合計容量も６００Ａｈである。熱放散フィンは三つの単セルの内側壁、外側壁のどちらにも設けられておらず、各単セル間の隙間寸法は比較的小さい僅か２ｍｍとされている。この組電池のエネルギー密度は２７２．８Ｗｈ／Ｌとされており、例えば最大放電率が２Ｃ以下の条件での使用に適している。
【００５３】
図９には、本発明の製造方法に従って製造された第七の形態としてのリチウムイオン組電池（動力電池）が概略的に示されている。本形態の組電池も三つの単セルを含んで構成されており、この三つの単セルは、以下の順序で（内側から外側へ）互いに入れ子状態にて配列されている。具体的には、径寸法１００ｍｍ、高さ寸法１８０ｍｍ、容量１００Ａｈ、最大熱伝導距離２５ｍｍとされた中実型単セル１Ａが最も内側に配置されており、続いて内径寸法１１０ｍｍ、外径寸法１８０ｍｍ、容量２００Ａｈ、最大熱伝導距離１７．５ｍｍとされた環状型単セル１Ｂ、そして最も外側に配置されているのが内径寸法１９０ｍｍ、外径寸法２５５ｍｍ、容量３００Ａｈ、最大熱伝導距離１６．２５ｍｍとされた環状型単セル１Ｃである。図９に示されているように、最も内側の単セル１Ａが中実型単セルである点を除いては、この組電池は第三の形態の組電池と同様の構造を有しており、熱放散フィンの配置も同様である。この組電池は、外側の熱放散フィンを考慮に入れた場合の最大径寸法は２６５ｍｍ、エネルギー密度は２２３．７Ｗｈ／Ｌとされており、例えば最大放電率が４Ｃ以下の条件での使用に適している。
【００５４】
図１０には、本発明の製造方法に従って製造された第八の形態としてのリチウムイオン組電池（動力電池）が概略的に示されている。この組電池の構造は図９に示された第七の形態と実質的に同一とされているが、以下の点が異ならされている。即ち、中実型リチウムイオンパワー単セル１Ａの外側壁４Ａと環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｂの内側壁５Ｂが熱放散フィンを介して固定的かつ一体的に連結されている一方、環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｂの外側壁４Ｂと環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｃの内側壁５Ｃが熱放散フィンを介して固定的かつ一体的に連結されている。この組電池では、外側の熱放散フィンを考慮に入れた場合の最大径寸法は２６５ｍｍ、エネルギー密度は２２３．７Ｗｈ／Ｌとされており、例えば最大放電率が４Ｃ以下の条件での使用に適している。
【００５５】
一方、図１１には、本発明の製造方法に従って製造された第九の形態としてのリチウムイオン組電池（動力電池）が概略的に示されている。本形態の組電池も三つの単セルを含んで構成されており、この三つの単セルは、以下の順序で（内側から外側へ）互いに入れ子状態にて配列されている。具体的には、径寸法１００ｍｍ、高さ寸法１８０ｍｍ、容量１００Ａｈ、最大熱伝導距離２５ｍｍとされた中実型単セル１Ａが最も内側に配置されており、続いて内径寸法１００ｍｍ、外径寸法１７０ｍｍ、容量２００Ａｈ、最大熱伝導距離１７．５ｍｍとされた環状型単セル１Ｂ、そして最も外側に配置されているのが内径寸法１７０ｍｍ、外径寸法２３６ｍｍ、容量３００Ａｈ、最大熱伝導距離１６．５ｍｍとされた環状型単セル１Ｃである。図１１に示されているように、中実型単セル１Ａの外側壁は環状型単セル１Ｂの内側壁と共用されており、これら二つの単セルが共通の側壁を共有している。また、環状型単セル１Ｂの外側壁は環状型単セル１Ｃの内側壁と共用されており、これら二つの単セルもまた共通の側壁を共有している。環状型単セル１Ｃの外側壁に熱放散フィンは設けられていない。この組電池のエネルギー密度は２８２．１Ｗｈ／Ｌとされており、例えば最大放電率が１Ｃ以下の条件での使用に適している。当業者には良く理解されるように、この特別な形態の組電池を製造するに際して、入れ子状態で最も内側に配列される中実型単セル１Ａは、対応する寸法の環状型単セルに置き換えても良い。さらに、最も外側のおよび／又は最も内側の環状型単セルの側壁に熱放散フィンを設けることも可能である。
【００５６】
組電池のこの特別な形態に関して、各単セルの製造工程自体は前述の工程と略同じであるが、単セルの製造工程と単セルを入れ子状態に組み合わせる工程とを共に実行することができる。図１２に、かかる特別な形態の組電池の製造および組み立てを展開図で示す。この組電池も、内側から外側へ互いに入れ子状態にて配列される三つの単セルを含んで構成されており、最も内側の単セル１Ａは中実型単セルとされている。中実型単セル１Ａの製造に際しては、先ず中実型コア６Ａを形成するが、この中実型コアはシェル４Ａ内には配設せず、上下カバー板にも取り付けない。同様に、環状型単セル１Ｂ又は１Ｃの製造に際して、正極シート、負極シートおよびセパレーターを中空円筒巻線軸体５Ｂ又は５Ｃに巻きつけて内側壁を備えたコア６Ｂ又は６Ｃを形成するが、それらのコアは対応するシェル４Ｂ又は４Ｃ内には配設せず、上下カバー板にも取り付けない。ここで、当業者には良く理解されるように、入れ子状態で最も内側に配列される中実型単セル１Ａを環状型単セルに置き換える場合は、環状型単セル１Ｂ又は１Ｃと同様の方法で製造可能である。また、上記単セルの製造順序は限定されるものではなく、任意の順序で製造しても良い。その後、中実型コア６Ａと、内側壁５Ｂを備えたコア６Ｂおよび内側壁５Ｃを備えたコア６Ｃを任意の順序で（但し入れ子状態にて）環状型単セル１Ｃのシェル４Ｃ内に配設し、各単セルの上下カバー７Ａ〜７Ｃおよび８Ａ〜８Ｃに任意の順序でそれぞれ取り付ける。これにより、図１１に示されたような（但しシェル４Ｃに熱放散フィンが追加で設けられた）組電池を得る。換言すれば、本組電池の製造工程においては、入れ子状態で相互に隣接する二つの単セルのうち、内側の単セルを製造する工程で、入れ子状態で隣接する二つの単セルのうち、外側の単セルの内側壁が内側の単セルの外側壁／シェルとしても用いられる。そして、この工程と同時に、隣接する二つの単セルを入れ子状態に組み合わせることができ、これらの隣接する二つの単セルは共通の側壁を共有することとなる。
【００５７】
上述した製造方法の変形として、単セルの製造工程と単セルを入れ子状態に組み合わせる工程とを共に実行するのは同じだが、複数の単セルを、それらが入れ子状態の位置関係となるように順次内側から外側に製造し組み合わせる方法がある。同じく図１２に示された組電池を例として説明するが、先ず、最も内側の単セルのコア６Ａを形成し、シェル４Ａと上下カバー板７Ａ、８Ａに取り付けて最も内側の中実型単セル１Ａを製造する（もしくは、スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートを中空円筒巻線軸体の周囲に巻線して最も内側の単セルのコアを形成すると共に、シェルと上下カバー板に取り付けて最も内側の環状型単セルを製造する）。次に、スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートをシェル４Ａの周囲に巻線して他の単セルのコア６Ｂを形成すると共に、他のシェル４Ｂと上下カバー板７Ｂ、８Ｂに取り付けて、最も内側の単セル１Ａの外側に入れ子状態で配設される他の単セル１Ｂを製造する。上述の手順を最も外側の単セルのコア６Ｃが形成されてシェル４Ｃと上下カバー板７Ｃ、８Ｃに取り付けて最も外側の単セル１Ｃが製造されるまで繰り返す。この工程と同時に、複数の単セルを入れ子状態に組み合わせる工程も完了する。このような工程によれば、先に製造した単セルのシェルを、次の単セルのコアを製造する際の巻線軸体として使用することにより、連続生産および生産性の向上が達成される。但し、全ての単セルのコアの形成および各シェルへの取り付けが完了してから、全ての単セルをまとめて上下カバーに取り付けても良い。
【００５８】
上述の特別な形態の組電池の製造方法およびその変形は、入れ子状態で隣接する二つの単セルが共有する共通の側壁を、熱放散フィンによって一体的に連結された二枚のシェルからなる二重壁とする場合にも適用できる。その場合、各単セル間の熱放散が一層改善される一方、製造の簡略化という利点は維持される。図１３に、このような製造および組み立て工程を図１２と同様に示す。図１３と図１２の違いは以下の２点のみである。即ち、入れ子状態で隣接する二つの単セルが共有する共通の側壁が二重壁に置き換えられている点と、最も内側に入れ子状態で配列される中実型セル１Ａが環状型セル１Ａに置き換えられている点である。図１３に示された製造および組み立て工程に従えば、図６に示された第四の形態の組電池を迅速に製造することができる。
【００５９】
上述の第一〜第三、第六および第七の形態の組電池を製造する際には、組電池内の三つの単セルは互いに分離可能に入れ子状態に組み合わされる。これにより、組電池が極めて柔軟な構造で提供される。即ち、組電池内の入れ子状態に組み合わされた単セルの数を必要に応じて増減することができ、様々な容量の組電池を提供することが可能となる。例えば、容量４００Ａｈの組電池を得るには、単セル１Ａと単セル１Ｃを端子伝導接続部３で接続するだけで良い。また、三つの単セルは端子伝導接続部３で電気的に接続するだけでなく、更に、従来技術で公知の他の適当な手段によって機械的に接続し、組電池の機械的な安定性を向上させることもできる。例えば、組電池の外側に更にケーシングを配設して組電池を収容しても良い。こうすることにより、組電池全体の運搬や設置も容易となる。
【００６０】
上述の第四、第五、第八および第九の形態の組電池を製造するに際しては、入れ子状態で隣接する二つの単セルが一重または二重の側壁を共有することとなる。これにより、製造工程が簡略化されるだけでなく、組電池の機械的強度も高まって、組電池全体の構造がより安定する。特に、入れ子状態で隣接する二つの単セルの内側壁と外側壁を熱放散フィンを介して固定的かつ一体的に連結する二重壁においては、隣接する二つの単セル間の伝熱がより一層改善される。また、隣接する二つの単セルが一重の側壁を共有する場合は、かかる側壁に熱放散孔を設けることによって、単セル間における熱放散が改善される。
【００６１】
本発明の製造方法に従って製造された上述の様々な形態においては、比較例の環状型単セルに比して、組電池のエネルギー密度が大幅に増加している。加えて、組電池全体の熱放散性能は組電池内の個々の単セルの熱放散性能によって決まることから、単セルの最大厚さ寸法および／又は各単セル間の隙間寸法を適当に設定することによって、および／又は熱放散フィンを設けることによって組電池の熱放散性能を確保することが可能となる。
【００６２】
以上、本発明の幾つかの実施形態について詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、かかる実施形態における具体的な記載によって、何等、限定的に解釈されるものではない。また、本発明の開示内容から当業者が容易に想定できる種々なる修正、代用、変更は、何れも、本発明の保護範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。例えば、本発明の製造方法によれば、複数の環状型単セルは異なる高さ寸法、異なる最大厚さ寸法、異なる形状等を有するようにされていても良い。また、環状型単セルの最大厚さ寸法、および隣接する単セル間の隙間寸法は、エネルギー密度と熱放散性能の好適なバランスを取る目的で適当な値に設定可能である。更にまた、組電池において入れ子状態に配列された単セルの数は、上述の三つに限定されるものではなく、二つ、四つ、あるいは必要に応じてそれ以上の数であっても良い。また、組電池における個々の単セルの容量は前記実施形態における具体的な数値に限定されるものではなく、必要に応じて種々の容量の単セルが採用可能である。加えて、本発明の製造方法に従って製造された上述の様々な形態の組電池が使用可能な放電率は前記実施形態における具体的な数値に限定されるものではなく、本組電池は、実際の要求に応じて様々な放電率が必要とされるあらゆる条件において使用可能である。また、前記実施形態においては、組電池の容量を増大させるために組電池内の単セルを電気的に並列接続していたが、組電池の電圧を増大させるために各単セルを電気的に直列接続させることも可能である。更にまた、本発明の製造方法に従って組電池を製造する際には、熱放散フィンの配置は前記実施形態の記載に限定されるものではなく、実際の要求や具体的用途に応じて、一つ以上の単セルにおいて任意に選択された内側壁および／又は外側壁表面の全体に、あるいは部分的に配設されていても良い。本発明の保護範囲は、添付の特許請求の範囲に具体的に記載されている。
【技術分野】
【０００１】
本発明は組電池の製造方法に係り、特に、電気自動車やインテリジェント電力網等に適用され得る大容量で高電力の組電池（動力電池）の製造方法に関するものである。本発明はまた、かかる製造方法によって製造される組電池にも関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１９９０年代初頭以来、リチウムイオン電池は明らか且つ確実な技術革新を遂げており、携帯機器の急速な発展をもたらすに至っている。ここ１０年では、安全性や効率面が急速に改良され、動力電池は高出力トルクモータとして、大型電気工具、ハイブリッド自動車および電気自動車等の様々な分野に適応されている。動力電池は、完全に内燃エンジンに依存する電力システムにおける少なくとも部分的な代替手段として機能しており、環境エネルギーにおける新たな発展を誘発している。
【０００３】
現在のところ、高出力の中実型動力電池における熱放散の悪さを懸念して、リチウムイオン動力電池は小型分野で実用化されており、通常８−１００Ａｈのユニット容量を有している。典型的なリチウムイオン動力電池としては、ＳＰＩＭ２４３００２６０の１００Ａｈの角型リチウムイオン動力電池（中信国安盟固利新能源科技有限公司製）、ＩＭＰ２０／６６／１４８−０８ＰＳ ８Ａｈの高性能電池（星恒電源有限公司（蘇州）製）が知られている。当業者は、これらの電池セルを直列或いは並列に接続して電池パックの電圧および容量を増大させることにより、異なる分野での要求に対応している。例えば、北京中威信通科技有限公司では、１０Ａｈのユニット容量のパワー単セルから成る電池パックを用い、電気通信分野用の４８Ｖ−３００Ａｈ電池パックを使用するＵＰＳサンプル製品ＺＷＤＹ−４８／３００を開発した。
【０００４】
ＥＰ１７０５７４３Ａ１は、複数の単セルを有する電池モジュールに関する。この電池モジュールでは、単セルは互いに所定距離を隔てて配置されており、直列又は並列接続されている。
【０００５】
ＵＳ２００５／０１７４０９２Ａ１は車両で使用される電池システムに関し、電気的に接続された複数のリチウム電池を含んでいる。一実施形態によれば、電池システムは、直列接続された複数（例えば１０）のリチウム電池を含むモジュールを備えている。別の実施形態によれば、モジュールは、コネクターを介してワイヤーまたはケーブルに連結されて、別のモジュールや車両電気系統に連結されるようになっている。
【０００６】
しかしながら、既存の中実動力電池の電力出力特性は、ハイ・レベルな分野での必要条件を満たすに至っておらず、技術者は、セル容量を減少させてクリアランスを提供し押込換気を用いることによってしか、希望の高い電力出力特性を得ることが出来ない。代表例として、２００８年３月に量産化された、ＵＳテスラ・モータ製の電気自動車「テスラ・ロードスター」がある。ここでは、休息状態から４秒以内での１００ｋｍ／ｈへの加速を実現するために、電池パックでは、現在最も成熟した１８６５０のタイプのリチウムイオン電池セルが採用されている。各自動車においては、６８３１個もの１８６５０のタイプ・リチウムイオン電池セルが使用されている。ここでは、全体の電力システムの信頼度を確保するために、パワーマネジメント・システムの複雑さや、アセンブリーの複雑さ、電池パックのメンテナンス要求等が大幅に増加することとなる。
【０００７】
今後の動力電池製品の製品コスト削減に伴い、動力電池製品の適用分野は、発電所のエネルギー貯蔵およびピーク制御、電力網フィルタリング、電車用予備電力等の分野にまで広がる。その際、これらの分野で要求されるＭＷレベルを満たすべく、どのようにセルを組み合わせれば１００Ａｈ未満の容量とすることができるのか、想像することはほとんど不可能である。
【０００８】
改良として、ＵＳ５５０１９１６Ａには、電池コア内に貫通孔を設けた電池セルが開示されており、貫通孔の側壁の少なくとも一部に対して、電池シェル（ｓｈｅｌｌ）を形成する蓋が、直接に又は蓋に熱により接続されたアルミプレートを介して閉塞状態で取り付けられている。これにより、セル内の熱放散性が改善されている。
【０００９】
しかしながら、ここで言及されているように貫通孔を設けることは、熱放散の問題を解決するうえで重要な手掛かりとはならない。熱放散問題を解決する為に重要なことは、電池コアの最大厚さ寸法を制限することである。貫通孔を設けることによって電池コアの最大厚さ寸法を小さくすることはできる。しかしながら、電池セルの容量が３００Ａｈを超えるまでに増大したり、中実型電池コアの最大厚さ寸法が１００ｍｍ以上となる場合は、安全性や効率性の面から電池コアの最大厚さ寸法が制限される。そのため、単に貫通孔の径寸法を大きくしたり、数を増やしたりするだけでは、熱放散の問題が解決されても、他の問題を招来することとなる。例えば、貫通孔の径寸法を大きくすると貫通孔内に中空の（無駄な）容積が増え、電池セルひいては電池パック全体のエネルギー密度や出力密度の低下を招く一方、貫通孔の数を増やすと製造性やコスト性の低下を招くことになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述の従来の動力電池における不具合を解消するために為されたものであって、その解決課題は、熱放散の問題を効果的に解決するだけでなく、高容量、高安全性、高エネルギー密度および高出力密度を有する電池製品を提供すること、およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、組電池又は電池パックを簡便迅速に低コストで製造する方法に関する。すなわち、本発明の組電池の製造方法は、（ａ）複数の単セルを製造する工程と、（ｂ）前記複数の単セルを、一の単セルが他の単セルの内側に配設される入れ子状態に配列する工程と、（ｃ）前記複数の単セルを互いに電気的に並列又は直列に接続する工程と、を含むものである。従って、本発明に従う製造方法により製造された電池製品は、組電池や、複数の単セルを備えた電池パックである。
【００１２】
好ましい態様によれば、前記（ａ）工程が、複数の環状型単セルを製造する工程を含み、各前記環状型単セルは貫通孔を有し、貫通孔によって規定される内側壁と、該環状型単セルの外周部によって規定される外側壁と、該内側壁と外側壁の間のコアを有しており、前記（ｂ）工程が、前記複数の環状型単セルを、一の単セルが他の単セルの該貫通孔内に配設される入れ子状態に配列する工程を含んでいる。
【００１３】
好ましい態様によれば、前記（ａ）工程が、中実型単セルと、１以上の環状型単セルを製造する工程を含み、前記中実型単セルはコアと該中実型単セルの外周部によって規定される外側壁を有する一方、前記環状型単セルは、貫通孔によって規定される内側壁と、該環状型単セルの外周部によって規定される外側壁と、該内側壁と外側壁の間のコアを有しており、前記（ｂ）工程が、前記中実型単セルと前記１以上の環状型単セルを、一の単セルが他の単セルの該貫通孔内に配設される入れ子状態に配列する工程を含んでいる。
【００１４】
本発明によれば、高容量、高出力密度で厚さが小さな環状体電池における、大型化や低エネルギー密度の問題が、複数の単セルを互いに入れ子状に配列して並列接続して製造することにより解消される。また、組電池や電池パックにおける熱放散性もさらに改善される。特に、複数の単セルが異なるサイズで製造されていることから、より小さな断面積を有する単セルをより大きな断面積を有する単セルの貫通孔内に配設することができ、すべての単セルを入れ子状態に配列することができる。従って、単セルの貫通孔による空所を有効に利用しつつ、高容量で熱放散性が良好な電池製品を得ることができ、電池製品のエネルギー密度も増大させることができる。
【００１５】
好ましい態様によれば、前記（ａ）工程が、各前記複数の環状型単セルを製造する工程において、（ａ１）スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートを、中空円筒巻線軸体の周囲に巻線して、前記環状型単セルのコアを形成し、該中空円筒巻線軸体により前記環状型単セルの前記内側壁を形成する工程と、（ａ２）前記内側壁を備えた前記コアをシェルに配置して、該シェルにより前記環状型単セルの前記外側壁を形成する工程と、（ａ３）上カバー板および下カバー板と、前記環状型単セルの前記内側壁と前記外側壁を一体に組み合わせて、前記環状型単セルのコアを封入する工程とを含んでいる。
【００１６】
組電池が中実型単セルを含む場合は、前記（ａ）工程が、前記中実型単セルを製造する工程において、（ａ１’）前記中実型単セルの前記コアを製造する工程と、（ａ２’）前記中実型単セルの前記コアをシェルに配置して、該シェルにより前記中実型単セルの前記外側壁を形成する工程と、（ａ３’）上カバー板および下カバー板と、前記中実型単セルの前記外側壁を一体に組み合わせて、前記中実型単セルの前記コアを封入する工程とを含んでいる。
【００１７】
前記（ａ３）工程においては、上カバー板および下カバー板と、内側壁および外側壁を一体に溶接しても良い。これにより、各カバー板と各側壁が確実にシール及び固定されて、カバー板と側壁間の伝熱も容易となる。
【００１８】
好ましい態様によれば、スラリーで覆われていない内端集電部は、前記中空円筒巻線軸体の表面に直接接触する前記正極シート或いは前記負極シートの最も内側の端部に確保されており、前記内端集電部の少なくとも一部が、前記中空円筒巻線軸体の表面に溶接されている。また、確保された内端集電部は、前記中空円筒巻線軸体の表面に１回以上巻きつけられていても良い。これらの手段により、電池コアの内部から外部への、中空円筒巻線軸体を介しての熱放散が容易となる。
【００１９】
同様に、電池コアの内部から外部へのセルのシェルを介しての熱放散を容易とするためには、スラリーで覆われていない外端集電部は、前記中空円筒巻線軸体周りの最も外側に巻きつけられた前記正極シート或いは前記負極シートの最も外側の端部に確保されており、前記外端集電部が前記シェルに直接接触していても良い。
【００２０】
ある特定の態様によれば、入れ子状態で相互に隣接する二つの前記単セルのうち、外側の単セルの前記内側壁が内側の単セルの前記外側壁としても用いられ、これら隣接する二つの単セルが共通の側壁を共有している。これにより、内側に入れ子状態とされる内側の単セルを製造する工程で隣接する二つの単セルを入れ子状態に組み合わせることができる。その結果、製造工程が簡略化されて、生産性が高まると共に、電池の熱放散性能やエネルギー密度も向上する。更に、隣接する二つの単セルが共通の側壁を共有することから、組電池の機械的構造もよりコンパクトで安定したものとすることができる。
【００２１】
上述した特定の態様の変形として、前記（ａ）工程と前記（ｂ）工程が共に実行されて、前記複数の単セルを製造しそれらが入れ子状態の位置関係となるように順次内側から外側に組み合わせるに際して、スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートを、中空円筒巻線軸体の周囲に巻線して、最も内側の単セルのコアを形成すると共に、該コアをシェルと上下カバー板に取り付けて前記最も内側の単セルを形成する（または、前記最も内側の中実型単セルの前記コアを形成すると共に、該コアをシェルと上下カバー板に取り付けて前記最も内側の中実型単セルを形成する）。次に、スラリーで覆われた他の正極シートと、他のセパレーターと、他のスラリーで覆われた負極シートを、該シェルの周囲に巻線して、他の単セルのコアを形成すると共に、該コアを他のシェルと上下カバー板に取り付けて前記最も内側の単セルの外側に入れ子状態で配設される他の単セルを形成し、上述の手順を最も外側の単セルのコアが形成され該コアをシェルと上下カバー板に取り付けて該最も外側の単セルを形成されるまで繰り返して、これにより、前記複数の単セルが入れ子状態に組み合わされる。このような製造工程によれば、連続生産が促進されて、生産性が向上する。
【００２２】
好ましい態様によれば、前記隣接する二つの単セルが共有する前記共通の側壁が、熱放散フィンによって一体的に連結された二枚のシェルからなる二重壁とされている。これにより、組電池の機械的強度が増すことに加えて、入れ子状態で相互に隣接する二つの単セル間における熱放散性能がさらに向上する。あるいは、共通の側壁に熱放散孔を設けることによっても、入れ子状態で相互に隣接する二つの単セル間における熱放散性能を向上させることができる。
【００２３】
好ましい態様によれば、前記工程（ａ）において、各前記環状型単セルの前記コアの最大厚さ寸法が３５ｍｍ以下とされている。これにより、セルのコアの内部電極シートからセル側壁の熱伝導面までの最大距離を制限することができ、セルのシェルの一部を形成する側壁の熱伝導面を介しての熱放散が一層容易になる。ここにおいて、環状型セルのコアの厚さ寸法とは、セルのコアの内側壁から外側壁に至るサイズをいう。例えば、セルのコアが中空円筒である場合は、厚さ寸法は内外半径の差に相当する。しかしながら、単セルのコアの最大厚さ寸法は３５ｍｍ以下に限定されない。例えば、比較的低効率の電池のみを必要とする用途においては、最大厚さ寸法は、目的に合わせて、例えば５０ｍｍまで増大させることができる。
【００２４】
好ましい態様によれば、前記工程（ｂ）において、入れ子状態で相互に隣接する二つの前記単セルの隙間寸法が５ｍｍ以上とされている。これにより、電池パックの熱放散効果を向上させることができる。ここにおいて、隣接する二つの単セルの隙間寸法とは、隣接する二つの単セルのうち断面積の小さい方の単セルの外側壁と断面積の大きい方の単セルの内側壁の間の最小距離をいう。例えば、内側壁と外側壁が共に環状である場合は、隙間寸法は断面積の小さい方の単セルの外側壁の外半径と断面積の大きい方の単セルの内側壁の内半径の差に等しい。しかしながら、最小距離は５ｍｍ以上に限定されず、比較的低効率の電池のみを必要とする用途においては、０ｍｍであっても良い。即ち、隣接する二つの単セルのうち断面積の小さい方の単セルの外側壁と断面積の大きい方の単セルの内側壁が密接していても良いし、上述のように、隣接する二つの単セルが共通の側壁を共有していても良い。
【００２５】
好ましい態様によれば、前記工程（ａ）において、熱放散フィンを前記複数の単セルの少なくとも一つの内側壁および／又は外側壁に取り付ける工程を含んでいる。これにより、単セル側壁の表面を介しての熱放散が容易となる。
【００２６】
好ましい態様によれば、前記環状型単セルが中空円筒とされている。これにより、電池パックを簡単な構造で得ることができ、製造や組み立ても容易となる。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、単セルは任意の適当な形とすることができる。例えば、単セルは中空直方体等の中空角柱、即ち、多角形断面を有する中空角柱とされていても良い。これに対応して、中実型単セルが中実型円筒または中実型角柱とされていても良い。
【００２７】
好ましい態様によれば、前記環状型単セルの前記貫通孔の中心線が該環状型単セルの幾何中心線と一致している。そこにおいて、貫通孔は円形状とされていても良いし、多角形や、他の任意の適当な形とされていても良い。例えば、環状型単セルが中空円筒である場合は、貫通孔は円筒の中心軸と共軸の円形孔とされていても良い。こうすることによって、一般的に、内部電極シートから隣接する単セル側壁の熱伝導面までの最大距離をより小さくすることができ、単セル側壁の熱伝導面を介してのより優れた熱放散が実現される。また、シェルおよびコアの組み立ても容易とされる。さらに、セルのコアが電解質を吸収して膨張した際に、セルのコアをより一定の応力分布をもってシェルにぴったりと当接させて、シェルに及ぼされるねじり方向の力を軽減し、セルをより一層保護することができる。
【００２８】
好ましい態様によれば、前記単セルがリチウムイオンセルとされている。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、ニッケル水素セルやニッカドセル等の他タイプの単セルを採用することも可能である。
【００２９】
本発明の別の態様は、上述の方法に従って製造される組電池に関するものであって、前記組電池が、互いに電気的に並列又は直列接続されると共に、一方が他方の内側に配設される入れ子状態に配列された複数の単セルを含んで構成されていることを、特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の製造方法に従って製造された組電池に含まれる環状型単セルの一例を概略的に示す斜視図。
【図２】図２ａは、同環状型単セルのコアの巻線を概略的に示す図、図２ｂは、同環状型単セルの製造および組み立てを示す展開図。
【図３】図３ａは、本発明の製造方法に従って製造された第一の形態としての組電池（動力電池）を概略的に示す斜視図、図３ｂは、同組電池の図３ａにおけるＸ−Ｘ断面図。
【図４】本発明の製造方法に従って製造された第二の形態としての組電池（動力電池）を概略的に示す斜視図。
【図５】本発明の製造方法に従って製造された第三の形態としての組電池（動力電池）を概略的に示す斜視図。
【図６】本発明の製造方法に従って製造された第四の形態としての組電池（動力電池）を概略的に示す斜視図。
【図７】本発明の製造方法に従って製造された第五の形態としての組電池（動力電池）を概略的に示す斜視図。
【図８】本発明の製造方法に従って製造された第六の形態としての組電池（動力電池）を概略的に示す斜視図。
【図９】本発明の製造方法に従って製造された第七の形態としての組電池（動力電池）を概略的に示す斜視図。
【図１０】本発明の製造方法に従って製造された第八の形態としての組電池（動力電池）を概略的に示す斜視図。
【図１１】本発明の製造方法に従って製造された第九の形態としての組電池（動力電池）を概略的に示す斜視図。
【図１２】図１１に示した組電池の製造および組み立てを示す展開図。
【図１３】図６に示した組電池の製造および組み立てを示す展開図。
【図１４】比較例としての環状型セルの形態を概略的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明のその他の特徴および利点を明らかにするために、好ましい実施形態について、以下に詳細に説明する。それらは限定的でない例として図面に示されている。
図面はあくまでも例示を目的としたものであって、必ずしも実寸法を示すものではない。図面をより明瞭にする目的またはある部分を目立たせる目的で、他の部分とは相対的に誇張された部分もあり得る。また、実施形態と図面においてそれぞれ対応する部材には同一の符号を付してある。
【００３２】
以下に、本発明のいくつかの実施形態について、図面を参照しつつ、説明する。本発明に従う組電池の製造方法においては、先ず、複数の単セルを製造し、一の単セルが他の単セルの内側に配設される入れ子状態に配列したのち、複数の単セルを互いに電気的に並列又は直列に接続する。
【００３３】
本発明の一実施形態に従えば、先ず、図１に示されるような、貫通孔２をそれぞれ有する複数の環状型単セル１を製造する。そこにおいて、各環状型単セル１は、貫通孔２によって規定される内側壁５と、環状型単セル１の外周部によって規定される外側壁４と、内側壁５と外側壁４の間のコア６を有している。図１では、コア６は、上カバー板７と図示しない下カバー板によって、上部と下部をそれぞれ封印されている。
【００３４】
好ましい実施形態においては、各環状型単セル１は、図２ａおよび２ｂに示されているように、以下の工程によって製造される。先ず、筒状の中空円筒巻線軸体５（例：外径寸法６２ｍｍ、内径寸法６０ｍｍ、高さ寸法１８０ｍｍの金属製、特にアルミニウム製）と、正極タブを有し、正極スラリーで覆われた正極シート６１（例：幅寸法１６６ｍｍ、長さ寸法１６．３ｍ）と、負極タブを有し、負極スラリーで覆われた負極シート６２（例：幅寸法１６６ｍｍ、長さ寸法１５．７ｍ）と、セパレーター６３（例：幅寸法１７０ｍｍ）を準備する。そこにおいて、正極シート、正極スラリー、負極シート、負極スラリーおよびセパレーターは、従来技術で公知の材料によって形成されている。例えば、正極シートはアルミニウム箔、正極スラリーはマンガン酸リチウム、負極シートは銅箔、負極スラリーは天然黒鉛、セパレーターはポリプロピレン（ＰＰ）フィルムで形成されている。この方法で製造されたセルはリチウムイオンセルであり、以下の例示説明における単セルの実施例でもある。次に、図２ａに示されているように、セパレーター６３、負極シート６２およびもう一枚のセパレーター６３を正極シート６１と同じ側に順次配設し、巻線機で中空円筒巻線軸体５の周囲に巻線して、図２ｂに示されるような、中空円筒巻線軸体５を備えたセルのコア６を得る。
【００３５】
本実施形態によれば、中空円筒巻線軸体５はアルミニウムで形成されている。この場合、当業者にはよく知られているように、正極シートのみが巻線軸体５に直接接触することができる。ここにおいて、正極スラリーで覆われていない内端集電部９が正極シート６１の最も内側の端部に確保されていても良く、巻線は内端集電部９から始められる。即ち、内端集電部９は中空円筒巻線軸体５の表面に密接して巻きつけられることとなり、その確保された長さ寸法（例：本実施形態では２００ｍｍ）により、内端集電部９は巻線軸体５の表面に少なくとも１回巻きつけられる。内端集電部９の巻線時には、内端集電部９の少なくとも一部が、例えば超音波溶接等によって巻線軸体５の表面に溶接されていても良い。この方法により、電池コア６と巻線軸体５間の伝熱性を高めることができる。内端集電部９の巻線完了後、正極シート６１の残りの部分と、負極シート６２、およびセパレーター６３が巻線軸体５の表面に巻きつけられ、セルのコア６が形成される。
【００３６】
巻線完了後、中空円筒巻線軸体５はセルのコア６から取り外されることなく、環状型単セル１の内側壁を形成することとなる。続いて、図２ｂに矢印Ａ１で示されているように、巻線軸体５を備えたセルのコア６を、同じくアルミニウムで形成されたセルのシェル４に嵌め入れる。これにより、シェル４が環状型単セル１の外側壁を形成することとなる。当業者にはよく知られているように、アルミニウム製のシェル４に直接接触できるのもまた、正極シートのみであるため、巻線軸体５周りの最も外側に位置できるのは正極シートのみである。ここにおいて、好ましい実施形態に従えば、図２ｂに示されているように、スラリーで覆われていない外端集電部１０が正極シート６１の最も外側の端部に確保されていても良い。かかる外端集電部１０は、最後に巻線軸体５周りに巻きつけられ、その確保された長さ寸法は、例えば本実施形態では、４００ｍｍとされている。外端集電部１０がシェル４に直接接触することにより、セルのコア６とシェル４間での伝熱が改善される。但し、巻線軸体５とシェル４が共にステンレス鋼で形成されている場合は、負極シートのみが巻線軸体およびシェルに直接接触することができる。この場合、スラリーで覆われていない内端集電部と外端集電部をそれぞれ負極シートの両端に、上述と同様の方法で確保することが可能である。これにより、セルのコアからその内側と外側を介しての外部への熱放散が容易となる。
【００３７】
内側壁５を備えたコア６をシェル４の内部に配設したのち、図２ｂに矢印Ａ２およびＡ３で示されているように、上カバー板７および下カバー板８と、環状型単セル１の内側壁５および外側壁４を一体に組み合わせてセルのコア６を封入し、シールされたセルのシェルを得る。ここにおいて、好適には、上下カバー板と内側壁および外側壁は一体に溶接され、これにより各カバー板・各側壁間のシールや固定、および伝熱が容易となる。ここまでの工程で、図１に示される環状型単セル１全体の構造が完成する。
【００３８】
上述の実施形態では、環状型単セルのコアは各々一枚の正極シートと負極シートおよびセパレーターの巻線によって形成している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、環状型単セルのコアは各々複数枚の正極シートと負極シートおよびセパレーターの積層によって形成しても良い。この場合、各々複数枚の正極シートと負極シートおよびセパレーターは積層後、中空円筒巻線軸体に１回だけ巻きつけられる。また、環状型単セルのコアは、並列接続された複数の低容量電気コア（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｒｅｓ）によって形成しても良い。即ち、本発明の製造方法に従えば、単セルのコアは従来技術における様々な方法によって形成することができ、優れた順応性および幅広い適用性が発揮される。
【００３９】
上述の環状型単セルの製造工程において、中空円筒巻線軸体は中空円筒とされており、それに対応して、図１に示されているように、貫通孔２は円形孔とされ、環状型単セル１の形状は中空円筒とされている。さらに、貫通孔２の中心線が環状型単セル１の幾何中心線と一致している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。中空円筒巻線軸体は任意の適当な断面形状（例えば、矩形）を有していても良く、貫通孔２および環状型単セル１がそれに対応する適当な形状とされていても良い。また、貫通孔２の中心線は環状型単セル１の幾何中心線と一致していなくても良い。
【００４０】
同様にして、上述の製造工程に従って異なる寸法の貫通孔や断面積を有する多数の環状型単セルを製造する。そして、これらの環状型単セルを一の単セルが他の単セルの内側に配設される入れ子状態に配列する。最後に、これらの環状型単セルを電気的に並列又は直列に接続する。
【００４１】
例えば、順々に貫通孔および断面積の寸法が大きくなる三つの環状型単セル１Ａ、１Ｂ、１Ｃを製造し、これらの単セルを入れ子状態に配列して電気的に並列接続することで、図３ａおよび図３ｂに示されるような組電池や電池パックを得るようにしても良い。
【００４２】
図３ａには、本発明の製造方法に従って製造された第一の形態としてのリチウムイオン組電池（動力電池）が概略的に示されている。図３ｂには同組電池の図３ａにおけるＸ−Ｘ断面図が示されている。図３ａおよび図３ｂに示されているように、この組電池は、中空円筒形とされた三つの環状型単セルを含んで構成されており、それらの単セルは、端子伝導接続部３によって並列接続されている。この三つの単セルは、以下の順序で（内側から外側へ）互いに入れ子状態にて配列されている。具体的には、容量１００Ａｈ、外径寸法１２５ｍｍ、内径寸法６０ｍｍ、高さ寸法１８０ｍｍとされた環状型リチウムイオンパワー単セル１Ａが最も内側に配置されており、続いて容量２００Ａｈ、外径寸法２１５ｍｍ、内径寸法１５０ｍｍ、高さ寸法１８０ｍｍとされた環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｂ、そして最も外側に配置されているのが容量３００Ａｈ、外径寸法３０５ｍｍ、内径寸法２４０ｍｍ、高さ寸法１８０ｍｍとされた環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｃである。よって、この組電池の合計容量は６００Ａｈとなる。三つの環状型リチウムイオンパワー単セル１Ａ、１Ｂおよび１Ｃのコアはそれぞれ３２．５ｍｍの最大厚さ寸法を有しており、それらの隙間寸法（二つの隣接するセルにおいて対向する内側壁と外側壁の間の最小距離）は１２．５ｍｍとされている。このように、各環状型単セルの最大厚さ寸法および／又は二つの隣接する環状型単セル間の隙間寸法を管理することによって、組電池の熱放散効果がより一層改善される。しかしながら、上記の設定はあくまでも例示であって、組電池はその用途や実際の要求に応じて設計可能であることが当業者には理解されるべきである。この形態の組電池のエネルギー密度は１６８．９５Ｗｈ／Ｌとされており、例えば、充電／放電率が１５Ｃ以下の条件での使用に適している。
【００４３】
これに対して、図１４には、本発明の発明者が設計した、比較例としてのリチウムイオン電池が概略的に示されている。比較例のリチウムイオン電池は貫通孔を有する６００Ａｈ環状型パワー単セルである。この環状型パワー単セルは中空円筒とされており、外径寸法は５９０ｍｍ、内径寸法（貫通孔の径寸法）は５２５ｍｍ、高さ寸法は１８０ｍｍとされている。外側壁４と、電池の貫通孔によって規定される内側壁５の間の距離、即ち電池コアの厚さ寸法は３２．５ｍｍとされており、熱放散フィンは外側壁４と内側壁５の両方に設けられている。比較例の電池の最大径寸法（熱放散フィンを含む）は６１５ｍｍであり、エネルギー密度は４１．５４Ｗｈ／Ｌとされている。
【００４４】
以上からも分かるように、比較例のリチウムイオン環状型単セルに比して、本発明の製造方法に従って製造された上述の第一の形態の組電池は、同一の容量でありながら、全体の外形サイズはより小さく、一方でエネルギー密度は比較例の電池の４．０７倍とされている。さらに、組電池の各単セルが側壁を介して有効に熱放散を実現できることから、組電池全体の熱放散性能は依然として確保されている。
【００４５】
上述の第一の形態の組電池では、各環状型単セルの内側壁と外側壁は共に滑らかな表面を有している。しかしながら、本発明の製造方法に従って組電池の各単セルを製造する際に、側壁の熱放散性能の向上を目的として、比較例の環状型単セルと同様に、少なくとも一つの単セルの内側壁および／又は外側壁に熱放散フィンを設けることも可能である。図４〜図７に、このタイプの組電池の様々な形態を示す。
【００４６】
図４には、本発明の製造方法に従って製造された第二の形態としてのリチウムイオン組電池（動力電池）が概略的に示されている。この組電池の構造は図３に示された第一の形態と実質的に同一とされているが、以下の点が異ならされている。即ち、環状型リチウムイオンパワー単セル１Ａの内側壁５Ａの表面および環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｃの外側壁４Ｃの表面に熱放散フィンが設けられている。本形態の組電池の最大径寸法（熱放散フィンを含む）は３３０ｍｍである。熱放散フィンを考慮に入れた場合のエネルギー密度は１４４．２５Ｗｈ／Ｌとされており、これは比較例の電池が持つエネルギー密度の３．４７倍にあたる。通気性を強化したことで、本形態の組電池は、例えば充電／放電率が２０Ｃ以下の条件での使用に適している。
【００４７】
図５には、本発明の製造方法に従って製造された第三の形態としてのリチウムイオン組電池（動力電池）が概略的に示されている。この組電池の構造もまた、図３に示された第一の形態と実質的に同一とされているが、以下の点が異ならされている。即ち、環状型リチウムイオンパワー単セル１Ａの外側壁４Ａと内側壁５Ａの表面、環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｂの外側壁４Ｂの表面、および環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｃの外側壁４Ｃの表面に熱放散フィンが設けられている。本形態の組電池では、熱放散フィンを考慮に入れた場合のエネルギー密度は１４４．２５Ｗｈ／Ｌとされており、これは比較例の電池が持つエネルギー密度の３．４７倍にあたる。通気性を強化したことで、本形態の組電池は、例えば充電／放電率が３０Ｃ以下の条件での使用に適している。
【００４８】
図６には、本発明の製造方法に従って製造された第四の形態としてのリチウムイオン組電池（動力電池）が概略的に示されている。この組電池の構造は図５に示された第三の形態と実質的に同一とされているが、以下の点が異ならされている。即ち、環状型リチウムイオンパワー単セル１Ａの外側壁４Ａと環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｂの内側壁５Ｂが熱放散フィンを介して固定的かつ一体的に連結されている一方、環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｂの外側壁４Ｂと環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｃの内側壁５Ｃが熱放散フィンを介して固定的かつ一体的に連結されている。本形態の組電池では、熱放散フィンを考慮に入れた場合のエネルギー密度は１４４．２５Ｗｈ／Ｌとされており、これは比較例の電池が持つエネルギー密度の３．４７倍にあたる。通気性を強化したことで、本形態の組電池は、例えば充電／放電率が３０Ｃ以下の条件での使用に適している。
【００４９】
図７には、本発明の製造方法に従って製造された第五の形態としてのリチウムイオン組電池（動力電池）が概略的に示されている。この組電池の構造は図６に示された第四の形態と実質的に同一とされているが、以下の点が異ならされている。即ち、環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｃの外側壁４Ｃに設けられた全熱放散フィンによって形成される、全体の外形形状が正方形とされている。これにより、複数の組電池の配列が容易となり、熱放散性を高めるために熱放散フィンを配置する組電池間のスペースを最大限に利用することができる。言うまでもなく、熱放散フィンの全体外形形状は、具体的に要求されるスペース配置に応じて、他の任意の適当な形状、例えば、三角形、台形あるいは不規則な幾何学的図形とされていても良い。本形態の組電池では、外側の熱放散フィンを考慮に入れた場合のサイズは３２０ｍｍ×３２０ｍｍ、エネルギー密度は１２０．４Ｗｈ／Ｌとされている。通気性を強化したことで、本形態の組電池は、例えば充電／放電率が３０Ｃ以下の条件での使用に適している。
【００５０】
本発明の別の実施形態としての製造方法に従えば、上述の実施形態とは異なり、複数の環状型単セルのうち、最も内側に入れ子状態で配列される環状型単セルが中実型単セルに置き換えられる。即ち、先ず、１つの中実型単セルと、それぞれ貫通孔を有する１以上の環状型単セルを製造し、一の単セルが他の単セルの該貫通孔内に配設される入れ子状態に配列する。その後、これらの単セルを電気的に並列又は直列に接続する。環状型単セルの構造および製造工程は上述の実施形態のそれと同様であり、中実型単セルもまた、コアと、中実型単セルの外周部によって規定される外側壁を有している。
【００５１】
中実型単セルを製造するに際しては、先ず、中実型コアを巻線又は積層によって製造する。次に、この中実型コアを中実型単セルの外側壁を形成するシェルの内部に配設する。最後に、上カバー板および下カバー板と中実型単セルの外側壁を一体に組み合わせて、中実型単セルのコアを封入する。中実型単セルの形状は、中実型単セルの外側に入れ子状態で配列される環状型単セルの貫通孔の形状と合致するものであっても良く、例えば、中実型円筒又は中実型角柱等とされていても良い。加えて、熱放散性の改善を目的として、中実型単セルの外側壁に熱放散フィンを設けることも可能である。図８〜図１０に、本実施形態の製造方法に従って製造された組電池の様々な形態を示す。
【００５２】
図８には、本発明の製造方法に従って製造された第六の形態としてのリチウムイオン組電池（動力電池）が概略的に示されている。本形態の組電池も三つの単セルを含んで構成されており、この三つの単セルは、以下の順序で（内側から外側へ）互いに入れ子状態にて配列されている。具体的には、径寸法１００ｍｍ、高さ寸法１８０ｍｍ、容量１００Ａｈ、最大熱伝導距離２５ｍｍとされた中実型単セル１Ａが最も内側に配置されており、続いて内径寸法１０２ｍｍ、外径寸法１７２ｍｍ、容量２００Ａｈ、最大熱伝導距離１７．５ｍｍとされた環状型単セル１Ｂ、そして最も外側に配置されているのが内径寸法１７４ｍｍ、外径寸法２４０ｍｍ、容量３００Ａｈ、最大熱伝導距離１６．５ｍｍとされた環状型単セル１Ｃである。この組電池の合計容量も６００Ａｈである。熱放散フィンは三つの単セルの内側壁、外側壁のどちらにも設けられておらず、各単セル間の隙間寸法は比較的小さい僅か２ｍｍとされている。この組電池のエネルギー密度は２７２．８Ｗｈ／Ｌとされており、例えば最大放電率が２Ｃ以下の条件での使用に適している。
【００５３】
図９には、本発明の製造方法に従って製造された第七の形態としてのリチウムイオン組電池（動力電池）が概略的に示されている。本形態の組電池も三つの単セルを含んで構成されており、この三つの単セルは、以下の順序で（内側から外側へ）互いに入れ子状態にて配列されている。具体的には、径寸法１００ｍｍ、高さ寸法１８０ｍｍ、容量１００Ａｈ、最大熱伝導距離２５ｍｍとされた中実型単セル１Ａが最も内側に配置されており、続いて内径寸法１１０ｍｍ、外径寸法１８０ｍｍ、容量２００Ａｈ、最大熱伝導距離１７．５ｍｍとされた環状型単セル１Ｂ、そして最も外側に配置されているのが内径寸法１９０ｍｍ、外径寸法２５５ｍｍ、容量３００Ａｈ、最大熱伝導距離１６．２５ｍｍとされた環状型単セル１Ｃである。図９に示されているように、最も内側の単セル１Ａが中実型単セルである点を除いては、この組電池は第三の形態の組電池と同様の構造を有しており、熱放散フィンの配置も同様である。この組電池は、外側の熱放散フィンを考慮に入れた場合の最大径寸法は２６５ｍｍ、エネルギー密度は２２３．７Ｗｈ／Ｌとされており、例えば最大放電率が４Ｃ以下の条件での使用に適している。
【００５４】
図１０には、本発明の製造方法に従って製造された第八の形態としてのリチウムイオン組電池（動力電池）が概略的に示されている。この組電池の構造は図９に示された第七の形態と実質的に同一とされているが、以下の点が異ならされている。即ち、中実型リチウムイオンパワー単セル１Ａの外側壁４Ａと環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｂの内側壁５Ｂが熱放散フィンを介して固定的かつ一体的に連結されている一方、環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｂの外側壁４Ｂと環状型リチウムイオンパワー単セル１Ｃの内側壁５Ｃが熱放散フィンを介して固定的かつ一体的に連結されている。この組電池では、外側の熱放散フィンを考慮に入れた場合の最大径寸法は２６５ｍｍ、エネルギー密度は２２３．７Ｗｈ／Ｌとされており、例えば最大放電率が４Ｃ以下の条件での使用に適している。
【００５５】
一方、図１１には、本発明の製造方法に従って製造された第九の形態としてのリチウムイオン組電池（動力電池）が概略的に示されている。本形態の組電池も三つの単セルを含んで構成されており、この三つの単セルは、以下の順序で（内側から外側へ）互いに入れ子状態にて配列されている。具体的には、径寸法１００ｍｍ、高さ寸法１８０ｍｍ、容量１００Ａｈ、最大熱伝導距離２５ｍｍとされた中実型単セル１Ａが最も内側に配置されており、続いて内径寸法１００ｍｍ、外径寸法１７０ｍｍ、容量２００Ａｈ、最大熱伝導距離１７．５ｍｍとされた環状型単セル１Ｂ、そして最も外側に配置されているのが内径寸法１７０ｍｍ、外径寸法２３６ｍｍ、容量３００Ａｈ、最大熱伝導距離１６．５ｍｍとされた環状型単セル１Ｃである。図１１に示されているように、中実型単セル１Ａの外側壁は環状型単セル１Ｂの内側壁と共用されており、これら二つの単セルが共通の側壁を共有している。また、環状型単セル１Ｂの外側壁は環状型単セル１Ｃの内側壁と共用されており、これら二つの単セルもまた共通の側壁を共有している。環状型単セル１Ｃの外側壁に熱放散フィンは設けられていない。この組電池のエネルギー密度は２８２．１Ｗｈ／Ｌとされており、例えば最大放電率が１Ｃ以下の条件での使用に適している。当業者には良く理解されるように、この特別な形態の組電池を製造するに際して、入れ子状態で最も内側に配列される中実型単セル１Ａは、対応する寸法の環状型単セルに置き換えても良い。さらに、最も外側のおよび／又は最も内側の環状型単セルの側壁に熱放散フィンを設けることも可能である。
【００５６】
組電池のこの特別な形態に関して、各単セルの製造工程自体は前述の工程と略同じであるが、単セルの製造工程と単セルを入れ子状態に組み合わせる工程とを共に実行することができる。図１２に、かかる特別な形態の組電池の製造および組み立てを展開図で示す。この組電池も、内側から外側へ互いに入れ子状態にて配列される三つの単セルを含んで構成されており、最も内側の単セル１Ａは中実型単セルとされている。中実型単セル１Ａの製造に際しては、先ず中実型コア６Ａを形成するが、この中実型コアはシェル４Ａ内には配設せず、上下カバー板にも取り付けない。同様に、環状型単セル１Ｂ又は１Ｃの製造に際して、正極シート、負極シートおよびセパレーターを中空円筒巻線軸体５Ｂ又は５Ｃに巻きつけて内側壁を備えたコア６Ｂ又は６Ｃを形成するが、それらのコアは対応するシェル４Ｂ又は４Ｃ内には配設せず、上下カバー板にも取り付けない。ここで、当業者には良く理解されるように、入れ子状態で最も内側に配列される中実型単セル１Ａを環状型単セルに置き換える場合は、環状型単セル１Ｂ又は１Ｃと同様の方法で製造可能である。また、上記単セルの製造順序は限定されるものではなく、任意の順序で製造しても良い。その後、中実型コア６Ａと、内側壁５Ｂを備えたコア６Ｂおよび内側壁５Ｃを備えたコア６Ｃを任意の順序で（但し入れ子状態にて）環状型単セル１Ｃのシェル４Ｃ内に配設し、各単セルの上下カバー７Ａ〜７Ｃおよび８Ａ〜８Ｃに任意の順序でそれぞれ取り付ける。これにより、図１１に示されたような（但しシェル４Ｃに熱放散フィンが追加で設けられた）組電池を得る。換言すれば、本組電池の製造工程においては、入れ子状態で相互に隣接する二つの単セルのうち、内側の単セルを製造する工程で、入れ子状態で隣接する二つの単セルのうち、外側の単セルの内側壁が内側の単セルの外側壁／シェルとしても用いられる。そして、この工程と同時に、隣接する二つの単セルを入れ子状態に組み合わせることができ、これらの隣接する二つの単セルは共通の側壁を共有することとなる。
【００５７】
上述した製造方法の変形として、単セルの製造工程と単セルを入れ子状態に組み合わせる工程とを共に実行するのは同じだが、複数の単セルを、それらが入れ子状態の位置関係となるように順次内側から外側に製造し組み合わせる方法がある。同じく図１２に示された組電池を例として説明するが、先ず、最も内側の単セルのコア６Ａを形成し、シェル４Ａと上下カバー板７Ａ、８Ａに取り付けて最も内側の中実型単セル１Ａを製造する（もしくは、スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートを中空円筒巻線軸体の周囲に巻線して最も内側の単セルのコアを形成すると共に、シェルと上下カバー板に取り付けて最も内側の環状型単セルを製造する）。次に、スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートをシェル４Ａの周囲に巻線して他の単セルのコア６Ｂを形成すると共に、他のシェル４Ｂと上下カバー板７Ｂ、８Ｂに取り付けて、最も内側の単セル１Ａの外側に入れ子状態で配設される他の単セル１Ｂを製造する。上述の手順を最も外側の単セルのコア６Ｃが形成されてシェル４Ｃと上下カバー板７Ｃ、８Ｃに取り付けて最も外側の単セル１Ｃが製造されるまで繰り返す。この工程と同時に、複数の単セルを入れ子状態に組み合わせる工程も完了する。このような工程によれば、先に製造した単セルのシェルを、次の単セルのコアを製造する際の巻線軸体として使用することにより、連続生産および生産性の向上が達成される。但し、全ての単セルのコアの形成および各シェルへの取り付けが完了してから、全ての単セルをまとめて上下カバーに取り付けても良い。
【００５８】
上述の特別な形態の組電池の製造方法およびその変形は、入れ子状態で隣接する二つの単セルが共有する共通の側壁を、熱放散フィンによって一体的に連結された二枚のシェルからなる二重壁とする場合にも適用できる。その場合、各単セル間の熱放散が一層改善される一方、製造の簡略化という利点は維持される。図１３に、このような製造および組み立て工程を図１２と同様に示す。図１３と図１２の違いは以下の２点のみである。即ち、入れ子状態で隣接する二つの単セルが共有する共通の側壁が二重壁に置き換えられている点と、最も内側に入れ子状態で配列される中実型セル１Ａが環状型セル１Ａに置き換えられている点である。図１３に示された製造および組み立て工程に従えば、図６に示された第四の形態の組電池を迅速に製造することができる。
【００５９】
上述の第一〜第三、第六および第七の形態の組電池を製造する際には、組電池内の三つの単セルは互いに分離可能に入れ子状態に組み合わされる。これにより、組電池が極めて柔軟な構造で提供される。即ち、組電池内の入れ子状態に組み合わされた単セルの数を必要に応じて増減することができ、様々な容量の組電池を提供することが可能となる。例えば、容量４００Ａｈの組電池を得るには、単セル１Ａと単セル１Ｃを端子伝導接続部３で接続するだけで良い。また、三つの単セルは端子伝導接続部３で電気的に接続するだけでなく、更に、従来技術で公知の他の適当な手段によって機械的に接続し、組電池の機械的な安定性を向上させることもできる。例えば、組電池の外側に更にケーシングを配設して組電池を収容しても良い。こうすることにより、組電池全体の運搬や設置も容易となる。
【００６０】
上述の第四、第五、第八および第九の形態の組電池を製造するに際しては、入れ子状態で隣接する二つの単セルが一重または二重の側壁を共有することとなる。これにより、製造工程が簡略化されるだけでなく、組電池の機械的強度も高まって、組電池全体の構造がより安定する。特に、入れ子状態で隣接する二つの単セルの内側壁と外側壁を熱放散フィンを介して固定的かつ一体的に連結する二重壁においては、隣接する二つの単セル間の伝熱がより一層改善される。また、隣接する二つの単セルが一重の側壁を共有する場合は、かかる側壁に熱放散孔を設けることによって、単セル間における熱放散が改善される。
【００６１】
本発明の製造方法に従って製造された上述の様々な形態においては、比較例の環状型単セルに比して、組電池のエネルギー密度が大幅に増加している。加えて、組電池全体の熱放散性能は組電池内の個々の単セルの熱放散性能によって決まることから、単セルの最大厚さ寸法および／又は各単セル間の隙間寸法を適当に設定することによって、および／又は熱放散フィンを設けることによって組電池の熱放散性能を確保することが可能となる。
【００６２】
以上、本発明の幾つかの実施形態について詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、かかる実施形態における具体的な記載によって、何等、限定的に解釈されるものではない。また、本発明の開示内容から当業者が容易に想定できる種々なる修正、代用、変更は、何れも、本発明の保護範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。例えば、本発明の製造方法によれば、複数の環状型単セルは異なる高さ寸法、異なる最大厚さ寸法、異なる形状等を有するようにされていても良い。また、環状型単セルの最大厚さ寸法、および隣接する単セル間の隙間寸法は、エネルギー密度と熱放散性能の好適なバランスを取る目的で適当な値に設定可能である。更にまた、組電池において入れ子状態に配列された単セルの数は、上述の三つに限定されるものではなく、二つ、四つ、あるいは必要に応じてそれ以上の数であっても良い。また、組電池における個々の単セルの容量は前記実施形態における具体的な数値に限定されるものではなく、必要に応じて種々の容量の単セルが採用可能である。加えて、本発明の製造方法に従って製造された上述の様々な形態の組電池が使用可能な放電率は前記実施形態における具体的な数値に限定されるものではなく、本組電池は、実際の要求に応じて様々な放電率が必要とされるあらゆる条件において使用可能である。また、前記実施形態においては、組電池の容量を増大させるために組電池内の単セルを電気的に並列接続していたが、組電池の電圧を増大させるために各単セルを電気的に直列接続させることも可能である。更にまた、本発明の製造方法に従って組電池を製造する際には、熱放散フィンの配置は前記実施形態の記載に限定されるものではなく、実際の要求や具体的用途に応じて、一つ以上の単セルにおいて任意に選択された内側壁および／又は外側壁表面の全体に、あるいは部分的に配設されていても良い。本発明の保護範囲は、添付の特許請求の範囲に具体的に記載されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）複数の単セルを製造する工程と、
（ｂ）前記複数の単セルを、一の単セルが他の単セルの内側に配設される入れ子状態に配列する工程と、
（ｃ）前記複数の単セルを互いに電気的に並列又は直列に接続する工程と、
を含む組電池の製造方法。
【請求項２】
前記（ａ）工程が、複数の環状型単セルを製造する工程を含み、各前記環状型単セルは貫通孔を有し、貫通孔によって規定される内側壁と、該環状型単セルの外周部によって規定される外側壁と、該内側壁と外側壁の間のコアを有しており、前記（ｂ）工程が、前記複数の環状型単セルを、一の単セルが他の単セルの該貫通孔内に配設される入れ子状態に配列する工程を含んでいる請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記（ａ）工程が、中実型単セルと、１以上の環状型単セルを製造する工程を含み、前記中実型単セルはコアと該中実型単セルの外周部によって規定される外側壁を有する一方、前記環状型単セルは、貫通孔によって規定される内側壁と、該環状型単セルの外周部によって規定される外側壁と、該内側壁と外側壁の間のコアを有しており、前記（ｂ）工程が、前記中実型単セルと前記１以上の環状型単セルを、一の単セルが他の単セルの該貫通孔内に配設される入れ子状態に配列する工程を含んでいる請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記（ａ）工程が、各前記複数の環状型単セルを製造する工程において、
（ａ１）スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートを、中空円筒巻線軸体の周囲に巻線して、前記環状型単セルのコアを形成し、該中空円筒巻線軸体により前記環状型単セルの前記内側壁を形成する工程と、
（ａ２）前記内側壁を備えた前記コアをシェルに配置して、該シェルにより前記環状型単セルの前記外側壁を形成する工程と、
（ａ３）上カバー板および下カバー板と、前記環状型単セルの前記内側壁と前記外側壁を一体に組み合わせて、前記環状型単セルの前記コアを封入する工程とを含んでいる請求項２に記載の製造方法。
【請求項５】
前記（ａ）工程が、各前記複数の環状型単セルを製造する工程において、
（ａ１）スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートを、中空円筒巻線軸体の周囲に巻線して、前記環状型単セルのコアを形成し、該中空円筒巻線軸体により前記環状型単セルの前記内側壁を形成する工程と、
（ａ２）前記内側壁を備えた前記コアをシェルに配置して、該シェルにより前記環状型単セルの前記外側壁を形成する工程と、
（ａ３）上カバー板および下カバー板と、前記環状型単セルの前記内側壁と前記外側壁を一体に組み合わせて、前記環状型単セルのコアを封入する工程とを含んでおり、
さらに前記（ａ）工程が、前記中実型単セルを製造する工程において、
（ａ１’）前記中実型単セルの前記コアを製造する工程と、
（ａ２’）前記中実型単セルの前記コアをシェルに配置して、該シェルにより該中実型単セルの前記外側壁を形成する工程と、
（ａ３’）上カバー板および下カバー板と、前記中実型単セルの前記外側壁を一体に組み合わせて、前記中実型単セルの前記コアを封入する工程とを含んでいる請求項３に記載の製造方法。
【請求項６】
スラリーで覆われていない内端集電部は、前記中空円筒巻線軸体の表面に直接接触する前記正極シート或いは前記負極シートの最も内側の端部に確保されており、前記内端集電部の少なくとも一部が、前記中空円筒巻線軸体の表面に溶接されている請求項４又は５に記載の製造方法。
【請求項７】
確保された内端集電部は、前記中空円筒巻線軸体の表面に１回以上巻きつけられている請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
スラリーで覆われていない外端集電部は、前記中空円筒巻線軸体周りの最も外側に巻きつけられた前記正極シート或いは前記負極シートの最も外側の端部に確保されており、前記外端集電部が前記シェルに直接接触している請求項６に記載の製造方法。
【請求項９】
入れ子状態で相互に隣接する二つの前記単セルのうち、外側の単セルの前記内側壁が内側の単セルの前記外側壁としても用いられ、これら隣接する二つの単セルが共通の側壁を共有している請求項４又は５に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記隣接する二つの単セルが共有する前記共通の側壁が、熱放散フィンによって一体的に連結された二枚のシェルからなる二重壁とされている請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記（ａ）工程と前記（ｂ）工程が共に実行されるに際して、
スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートを、中空円筒巻線軸体の周囲に巻線して、最も内側の単セルのコアを形成する一方、
スラリーで覆われた他の正極シートと、他のセパレーターと、スラリーで覆われた他の負極シートを、前記最も内側の単セルのコアのシェルを構成する他の中空円筒巻線軸体の周囲に巻線して、前記最も内側の単セルのコアの外側に入れ子状態で配設される他の単セルのコアを形成すると共に、
上述の手順を最も外側の単セルのコアが形成されるまで繰り返して、
全ての前記単セルのコアをそれぞれの中空円筒巻線軸体および前記最も外側の単セルのシェルに対して入れ子状態に組み合わせて、前記単セルのコアを上カバー板および下カバー板に取り付ける
請求項２に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記（ａ）工程と前記（ｂ）工程が共に実行されるに際して、
最も内側の中実型単セルのコアを形成する一方、
スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートを、前記最も内側の中実型単セルのコアのシェルを構成する中空円筒巻線軸体の周囲に巻線して、前記最も内側の中実型単セルのコアの外側に入れ子状態で配設される他の単セルのコアを形成すると共に、
上述の手順を最も外側の単セルのコアが形成されるまで繰り返して、
全ての前記単セルのコアをそれぞれの中空円筒巻線軸体および前記最も外側の単セルのシェルに対して入れ子状態に組み合わせて、前記単セルのコアを上カバー板および下カバー板に取り付ける
請求項３に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記（ａ）工程と前記（ｂ）工程が共に実行されて、前記複数の単セルを製造しそれらが入れ子状態の位置関係となるように順次内側から外側に組み合わせるに際して、
スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートを、中空円筒巻線軸体の周囲に巻線して、最も内側の単セルのコアを形成すると共に、該コアをシェルと上下カバー板に取り付けて前記最も内側の単セルを形成し、
スラリーで覆われた他の正極シートと、他のセパレーターと、他のスラリーで覆われた負極シートを、該シェルの周囲に巻線して、他の単セルのコアを形成すると共に、該コアを他のシェルと上下カバー板に取り付けて前記最も内側の単セルの外側に入れ子状態で配設される他の単セルを形成し、
上述の手順を最も外側の単セルのコアが形成され該コアをシェルと上下カバー板に取り付けて該最も外側の単セルを形成されるまで繰り返して、これにより、前記複数の単セルが入れ子状態に組み合わされる
請求項２に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記（ａ）工程と前記（ｂ）工程が共に実行されて、前記複数の単セルを製造しそれらが入れ子状態の位置関係となるように順次内側から外側に組み合わせるに際して、
前記最も内側の中実型単セルの前記コアを形成すると共に、該コアをシェルと上下カバー板に取り付けて前記最も内側の中実型単セルを形成し、
スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートを、巻線軸体としての該シェルの周囲に巻線して、他の単セルのコアを形成すると共に、該コアを他のシェルと上下カバー板に取り付けて前記最も内側の単セルの外側に入れ子状態で配設される他の単セルを形成し、
上述の手順を最も外側の単セルのコアが形成され該コアをシェルと上下カバー板に取り付けて該最も外側の単セルを形成されるまで繰り返して、これにより、前記複数の単セルが入れ子状態に組み合わされる
請求項３に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記シェルが、熱放散フィンによって一体的に連結された二枚のシェル壁からなる二重壁とされている請求項１１〜１４の何れか１項に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記工程（ａ）において、各前記環状型単セルの前記コアの最大厚さ寸法が３５ｍｍ以下とされている請求項２又は３に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記工程（ｂ）において、隣接する二つの前記単セルの隙間寸法が５ｍｍ以上とされている請求項１〜３の何れか１項に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記工程（ａ）において、熱放散フィンを前記複数の単セルの少なくとも一つの内側壁および／又は外側壁に取り付ける工程を含んでいる請求項２又は３に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記環状型単セルが中空円筒又は中空角柱とされており、前記環状型単セルの前記貫通孔の中心線が該環状型単セルの幾何中心線と一致している請求項２に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記環状型単セルが中空円筒又は中空角柱とされている一方、前記中実型単セルが対応する中実円筒又は中実角柱とされており、前記環状型単セルの前記貫通孔の中心線が該環状型単セルの幾何中心線と一致している請求項３に記載の組電池。
【請求項２１】
前記単セルがリチウムイオンセルである請求項１〜３の何れか１項に記載の製造方法。
【請求項２２】
請求項１〜２１の何れか１項に記載の製造方法により製造される組電池であって、前記組電池が、互いに電気的に並列又は直列接続されると共に、一方が他方の内側に配設される入れ子状態に配列された複数の単セルを含んで構成されている組電池。
【請求項１】
（ａ）複数の単セルを製造する工程と、
（ｂ）前記複数の単セルを、一の単セルが他の単セルの内側に配設される入れ子状態に配列する工程と、
（ｃ）前記複数の単セルを互いに電気的に並列又は直列に接続する工程と、
を含む組電池の製造方法。
【請求項２】
前記（ａ）工程が、複数の環状型単セルを製造する工程を含み、各前記環状型単セルは貫通孔を有し、貫通孔によって規定される内側壁と、該環状型単セルの外周部によって規定される外側壁と、該内側壁と外側壁の間のコアを有しており、前記（ｂ）工程が、前記複数の環状型単セルを、一の単セルが他の単セルの該貫通孔内に配設される入れ子状態に配列する工程を含んでいる請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記（ａ）工程が、中実型単セルと、１以上の環状型単セルを製造する工程を含み、前記中実型単セルはコアと該中実型単セルの外周部によって規定される外側壁を有する一方、前記環状型単セルは、貫通孔によって規定される内側壁と、該環状型単セルの外周部によって規定される外側壁と、該内側壁と外側壁の間のコアを有しており、前記（ｂ）工程が、前記中実型単セルと前記１以上の環状型単セルを、一の単セルが他の単セルの該貫通孔内に配設される入れ子状態に配列する工程を含んでいる請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記（ａ）工程が、各前記複数の環状型単セルを製造する工程において、
（ａ１）スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートを、中空円筒巻線軸体の周囲に巻線して、前記環状型単セルのコアを形成し、該中空円筒巻線軸体により前記環状型単セルの前記内側壁を形成する工程と、
（ａ２）前記内側壁を備えた前記コアをシェルに配置して、該シェルにより前記環状型単セルの前記外側壁を形成する工程と、
（ａ３）上カバー板および下カバー板と、前記環状型単セルの前記内側壁と前記外側壁を一体に組み合わせて、前記環状型単セルの前記コアを封入する工程とを含んでいる請求項２に記載の製造方法。
【請求項５】
前記（ａ）工程が、各前記複数の環状型単セルを製造する工程において、
（ａ１）スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートを、中空円筒巻線軸体の周囲に巻線して、前記環状型単セルのコアを形成し、該中空円筒巻線軸体により前記環状型単セルの前記内側壁を形成する工程と、
（ａ２）前記内側壁を備えた前記コアをシェルに配置して、該シェルにより前記環状型単セルの前記外側壁を形成する工程と、
（ａ３）上カバー板および下カバー板と、前記環状型単セルの前記内側壁と前記外側壁を一体に組み合わせて、前記環状型単セルのコアを封入する工程とを含んでおり、
さらに前記（ａ）工程が、前記中実型単セルを製造する工程において、
（ａ１’）前記中実型単セルの前記コアを製造する工程と、
（ａ２’）前記中実型単セルの前記コアをシェルに配置して、該シェルにより該中実型単セルの前記外側壁を形成する工程と、
（ａ３’）上カバー板および下カバー板と、前記中実型単セルの前記外側壁を一体に組み合わせて、前記中実型単セルの前記コアを封入する工程とを含んでいる請求項３に記載の製造方法。
【請求項６】
スラリーで覆われていない内端集電部は、前記中空円筒巻線軸体の表面に直接接触する前記正極シート或いは前記負極シートの最も内側の端部に確保されており、前記内端集電部の少なくとも一部が、前記中空円筒巻線軸体の表面に溶接されている請求項４又は５に記載の製造方法。
【請求項７】
確保された内端集電部は、前記中空円筒巻線軸体の表面に１回以上巻きつけられている請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
スラリーで覆われていない外端集電部は、前記中空円筒巻線軸体周りの最も外側に巻きつけられた前記正極シート或いは前記負極シートの最も外側の端部に確保されており、前記外端集電部が前記シェルに直接接触している請求項６に記載の製造方法。
【請求項９】
入れ子状態で相互に隣接する二つの前記単セルのうち、外側の単セルの前記内側壁が内側の単セルの前記外側壁としても用いられ、これら隣接する二つの単セルが共通の側壁を共有している請求項４又は５に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記隣接する二つの単セルが共有する前記共通の側壁が、熱放散フィンによって一体的に連結された二枚のシェルからなる二重壁とされている請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記（ａ）工程と前記（ｂ）工程が共に実行されるに際して、
スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートを、中空円筒巻線軸体の周囲に巻線して、最も内側の単セルのコアを形成する一方、
スラリーで覆われた他の正極シートと、他のセパレーターと、スラリーで覆われた他の負極シートを、前記最も内側の単セルのコアのシェルを構成する他の中空円筒巻線軸体の周囲に巻線して、前記最も内側の単セルのコアの外側に入れ子状態で配設される他の単セルのコアを形成すると共に、
上述の手順を最も外側の単セルのコアが形成されるまで繰り返して、
全ての前記単セルのコアをそれぞれの中空円筒巻線軸体および前記最も外側の単セルのシェルに対して入れ子状態に組み合わせて、前記単セルのコアを上カバー板および下カバー板に取り付ける
請求項２に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記（ａ）工程と前記（ｂ）工程が共に実行されるに際して、
最も内側の中実型単セルのコアを形成する一方、
スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートを、前記最も内側の中実型単セルのコアのシェルを構成する中空円筒巻線軸体の周囲に巻線して、前記最も内側の中実型単セルのコアの外側に入れ子状態で配設される他の単セルのコアを形成すると共に、
上述の手順を最も外側の単セルのコアが形成されるまで繰り返して、
全ての前記単セルのコアをそれぞれの中空円筒巻線軸体および前記最も外側の単セルのシェルに対して入れ子状態に組み合わせて、前記単セルのコアを上カバー板および下カバー板に取り付ける
請求項３に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記（ａ）工程と前記（ｂ）工程が共に実行されて、前記複数の単セルを製造しそれらが入れ子状態の位置関係となるように順次内側から外側に組み合わせるに際して、
スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートを、中空円筒巻線軸体の周囲に巻線して、最も内側の単セルのコアを形成すると共に、該コアをシェルと上下カバー板に取り付けて前記最も内側の単セルを形成し、
スラリーで覆われた他の正極シートと、他のセパレーターと、他のスラリーで覆われた負極シートを、該シェルの周囲に巻線して、他の単セルのコアを形成すると共に、該コアを他のシェルと上下カバー板に取り付けて前記最も内側の単セルの外側に入れ子状態で配設される他の単セルを形成し、
上述の手順を最も外側の単セルのコアが形成され該コアをシェルと上下カバー板に取り付けて該最も外側の単セルを形成されるまで繰り返して、これにより、前記複数の単セルが入れ子状態に組み合わされる
請求項２に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記（ａ）工程と前記（ｂ）工程が共に実行されて、前記複数の単セルを製造しそれらが入れ子状態の位置関係となるように順次内側から外側に組み合わせるに際して、
前記最も内側の中実型単セルの前記コアを形成すると共に、該コアをシェルと上下カバー板に取り付けて前記最も内側の中実型単セルを形成し、
スラリーで覆われた正極シートと、セパレーターと、スラリーで覆われた負極シートを、巻線軸体としての該シェルの周囲に巻線して、他の単セルのコアを形成すると共に、該コアを他のシェルと上下カバー板に取り付けて前記最も内側の単セルの外側に入れ子状態で配設される他の単セルを形成し、
上述の手順を最も外側の単セルのコアが形成され該コアをシェルと上下カバー板に取り付けて該最も外側の単セルを形成されるまで繰り返して、これにより、前記複数の単セルが入れ子状態に組み合わされる
請求項３に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記シェルが、熱放散フィンによって一体的に連結された二枚のシェル壁からなる二重壁とされている請求項１１〜１４の何れか１項に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記工程（ａ）において、各前記環状型単セルの前記コアの最大厚さ寸法が３５ｍｍ以下とされている請求項２又は３に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記工程（ｂ）において、隣接する二つの前記単セルの隙間寸法が５ｍｍ以上とされている請求項１〜３の何れか１項に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記工程（ａ）において、熱放散フィンを前記複数の単セルの少なくとも一つの内側壁および／又は外側壁に取り付ける工程を含んでいる請求項２又は３に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記環状型単セルが中空円筒又は中空角柱とされており、前記環状型単セルの前記貫通孔の中心線が該環状型単セルの幾何中心線と一致している請求項２に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記環状型単セルが中空円筒又は中空角柱とされている一方、前記中実型単セルが対応する中実円筒又は中実角柱とされており、前記環状型単セルの前記貫通孔の中心線が該環状型単セルの幾何中心線と一致している請求項３に記載の組電池。
【請求項２１】
前記単セルがリチウムイオンセルである請求項１〜３の何れか１項に記載の製造方法。
【請求項２２】
請求項１〜２１の何れか１項に記載の製造方法により製造される組電池であって、前記組電池が、互いに電気的に並列又は直列接続されると共に、一方が他方の内側に配設される入れ子状態に配列された複数の単セルを含んで構成されている組電池。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２０１１−５３０１５７（Ｐ２０１１−５３０１５７Ａ）
【公表日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３２４８８（Ｐ２０１１−５３２４８８）
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＮ２０１０／０７０４６９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３５５６５
【国際公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（５１１０３１７３３）チンファ ユニバーシティ (2)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． １， Ｑｉｎｇｈｕａ Ｙｕａｎ， Ｈａｉｄｉａｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４， Ｃｈｉｎａ
【出願人】（５１１０３１７４４）ベイジン ファ チュアン ホン リ エナジー テクノロジーズ リミテッド (1)
【氏名又は名称原語表記】Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｈｕａ Ｃｈｕａｎｇ Ｈｏｎｇ Ｌｉ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． １， Ｓｈｕｎ Ｑｉａｎｇ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｓｈｕｎ Ｙｉ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０１３００， Ｃｈｉｎａ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＮ２０１０／０７０４６９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３５５６５
【国際公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（５１１０３１７３３）チンファ ユニバーシティ (2)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． １， Ｑｉｎｇｈｕａ Ｙｕａｎ， Ｈａｉｄｉａｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４， Ｃｈｉｎａ
【出願人】（５１１０３１７４４）ベイジン ファ チュアン ホン リ エナジー テクノロジーズ リミテッド (1)
【氏名又は名称原語表記】Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｈｕａ Ｃｈｕａｎｇ Ｈｏｎｇ Ｌｉ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． １， Ｓｈｕｎ Ｑｉａｎｇ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｓｈｕｎ Ｙｉ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０１３００， Ｃｈｉｎａ
【Ｆターム（参考）】
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