(57)【要約】【課題】双極型電池の温度が上昇したときの信頼性および安全性を向上させる。【解決手段】集電体１２の一方の面に正極活物質層１３が形成され他方の面に負極活物質層１４が形成された双極型電極１６と、電解質層１５とが交互に複数積層されて構成された双極型電池であり、積層方向に隣り合う集電体１２同士を、集電体１２の温度の上昇によって絶縁性を呈する抵抗値から電導性を呈する抵抗値まで抵抗値が低下するＣＴＲサーミスタ３０で接続した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体の一方の面に正極活物質層が形成されかつ他方の面に負極活物質層が形成されてなる双極型電極と、電解質層とが交互に複数積層されてなる双極型電池であって、
積層方向に隣り合う前記集電体同士を前記集電体の温度の上昇によって絶縁性を呈する抵抗値から電導性を呈する抵抗値まで抵抗値が低下する抵抗値低下部材によって接続したことを特徴とする双極型電池。
【請求項２】
前記抵抗値低下部材は、前記集電体の正極活物質層または負極活物質層が備えられている部分以外の部分に備えたことを特徴とする請求項１に記載の双極型電池。
【請求項３】
前記抵抗値低下部材は、積層方向に隣り合う前記集電体との間で前記電解質層を外部から密封するシール材の外側に備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の双極型電池。
【請求項４】
前記抵抗値低下部材は、前記集電体の外周部分の全周に渡って備えたことを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載の双極型電池。
【請求項５】
請求項１−４のいずれかに記載の双極型電池を直列または並列に接続して、または直列および並列接続を組み合わせて接続して構成することを特徴とする組電池。
【請求項６】
前記請求項１−４のいずれかに記載の双極型電池または前記請求項５の組電池を搭載したことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双極型電池、その双極型電池を用いた組電池および車両に係り、特に、双極型電池の温度が上昇したときの信頼性および安全性を向上させた双極型電池、その双極型電池を用いた組電池および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題への関心の高まりから、各業界において二酸化炭素排出の削減が重要な課題となっている。自動車業界では、ガソリン自動車よりも二酸化炭素排出量の少ないハイブリッド自動車および電気自動車の開発が盛んになるにつれ、高エネルギー密度、高出力密度を有する電池への期待が高まっている。
【０００３】
双極型電池は、複数の単電池が直列に積層されることにより構成される。したがって、双極型電池は、複数の単電池が直列に接続された状態で電池を充放電することが可能であり高出力密度を有する。
【０００４】
ところで、このような双極型電池において、単電池に容量のばらつきがあると、過充電となった単電池が発熱する可能性がある。また、放電時の電流値が大きい場合、積層された単電池間で電流値に差が生じ、過電流が流れたある特定の単電池が発熱する可能性もある。
【０００５】
双極型電池などの二次電池の発熱を検知して外部装置との接続を絶ち、二次電池を保護する従来の技術としては、下記特許文献１に示すような二次電池の保護回路が知られている。
【特許文献１】特開２００６−１２１８２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の技術においては、二次電池の発熱を検知して外部装置との接続を絶ち、二次電池を保護できるようになってはいるが、複雑な回路を有する保護回路を、二次電池の外部に設ける必要がある。
【０００７】
したがって、この従来の技術を適用して、双極型電池の発熱による保護を単電池ごとにきめ細かく行なおうとすると、数多くの保護回路を設けなければならない。これでは、コストが非常に高くなる上に、高い信頼性および安全性を備えた双極型電池の提供も困難である。
【０００８】
本発明は、このような従来の技術の欠点を解消するために成されたものであり、単純な構造によって、温度が上昇したときの信頼性および安全性を向上させた双極型電池、その双極型電池を用いた組電池および車両の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明は、集電体の一方の面に正極活物質層が形成されかつ他方の面に負極活物質層が形成されてなる双極型電極と、電解質層とが交互に複数積層されてなる双極型電池に適用した。
【００１０】
具体的には、上記の構成を有する双極型電池の積層方向に隣り合う集電体同士を、集電体の温度の上昇によって絶縁性を呈する抵抗値から電導性を呈する抵抗値まで抵抗値が低下する抵抗値低下部材で接続した。
【００１１】
また、上記目的を達成するための本発明の組電池は、上記のような構成を有する複数の双極型電池を直列にまたは並列に接続することによって構成している。
【００１２】
さらに、上記目的を達成するための本発明の車両は、上記のような構成を有する双極型電池および組電池を搭載している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による双極型電池によれば、積層されている集電体の内、一部の集電体の温度が電池機能を停止するまでに上昇すると、抵抗値低下部材の抵抗値が急激に低下し、抵抗値低下部材が隣り合う集電体同士を電気的に接続するようになる。そのため、温度上昇を呈した集電体間は抵抗値低下部材を介して電流が流れるようになり、過充電などによる温度上昇が回避されて、高い信頼性および安全性を備えた双極型電池が単純な構造によって提供できる。
【００１４】
本発明による組電池によれば、高い信頼性および安全性を備えた組電池が提供できる。
【００１５】
本発明による車両によれば、安定した走行性能を備えた車両を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る双極型電池、その双極型電池を用いた組電池および車両について最良の実施形態を説明する。
［実施形態１］
図１から図４は、本発明に係る双極型電池、その双極型電池を用いた組電池および車両を説明するための図面である。図１は、本実施形態における双極型電池の概略構成を説明するための断面図である。図２は、図１のＡ-Ａ断面を示す図であり、集電体上に位置する各層の配置を積層方向から見た図である。図３は、図１に示す構成の双極型電池を複数接続して構成した組電池の外観図である。図４は、図１に示す双極型電池または図３に示す組電池を搭載した車両の説明に供する図である。
（双極型電池の構成）
まず、本実施形態における双極型電池の全体構成について説明する。
【００１７】
本実施形態における双極型電池１０は、リチウムイオンを利用したリチウムイオン二次電池であり、図１に示すように、発電要素２０、ＣＴＲサーミスタ３０、外装部材４０、正極集電板５０および負極集電板６０を備える。
【００１８】
発電要素２０は、集電体１２の一方の面に正極活物質層１３が形成されかつ他方の面に負極活物質層１４が形成された双極型電極１６と、電解質層１５とが交互に複数積層されて構成される。
【００１９】
見方を変えると、発電要素２０は、６つの単電池１１が集電体１２を介して積層されたものである。単電池１１は、積層方向に隣り合う集電体１２、積層方向上側に位置する集電体１２の正極活物質層１３、積層方向下側に位置する集電体１２の負極活物質層１４、隣り合う集電体１２の正極活物質層１３および負極活物質層１４を覆う電解質層１５で構成される。
【００２０】
単電池１１は、リチウムイオンが正極活物質層１３と負極活物質層１４との間を電解質層１５に含まれる非水電解液を介して移動することによって充放電を行なう。
【００２１】
隣り合う集電体１２はシール材２３によってしっかりと接着される。また、シール材２３は電解質層１５のリチウムイオンの漏出を防止する。さらに、隣り合う集電体１２はシール材２３の外側に備えたＣＴＲサーミスタ３０によって電気的に接続される。
【００２２】
次に、本実施形態における双極型電池１０の各構成要素を詳細に説明する。
［電解質層］
本発明の双極型電池において、電解質層１５はセパレータを含む。セパレータは、正極活物質層１３と負極活物質層１４との間の空間的な隔壁（スペーサ）として機能する。また、これと併せて、充放電時における正負極間でのリチウムイオンの移動媒体である電解質を保持する機能をも有する。すなわち、電解質層１５は、セパレータとこれに保持された電解質とからなる。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。セパレータの厚さ（Ｔｓ）についても特に制限はないが、電池の出力特性を向上させるという観点からは、セパレータの厚さ（Ｔｓ）は、好ましくは５〜３０μｍであり、より好ましくは１０〜２０μｍである。
【００２３】
電解質としては、液体電解質またはゲル電解質が用いられうる。液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤として用いられうる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）等のカーボネート類が例示される。また、支持塩（リチウム塩）としては、ＬｉＢＥＴＩ等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。
【００２４】
一方、ゲル電解質は、電解液を含むポリマー電解質であり、詳細には、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。マトリックスポリマーとして用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、およびこれらの共重合体等が挙げられる。このようなポリアルキレンオキシド系ポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。ゲル電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー（例えば、ＰＥＯやＰＰＯ）に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。
［シール材］
シール材２３は、双極型電池１０に特有の部材であり、電解質層１５の漏れを防止する目的で単電池１１の周縁部に配置されている。このほかにも、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こったりするのを防止することもできる。シール材２３の構成材料としては、例えば、ＰＥ、ＰＰなどのポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ゴム、ポリイミドなどが挙げられる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、製膜性、経済性などの観点からは、ポリオレフィン樹脂が好ましい。
［正極および負極集電板］
双極型電池１０においては、電池外部に電流を取り出す目的で、最外層集電体（１２ａ、１２ｂ）に電気的に接続された集電板（正極集電板５０および負極集電板６０）がラミネートシートで構成される外装部材４０から外部に取り出されている。なお、図１では、最外層集電体に正極または負極のいずれかの活物質のみを形成したものを例示したが、これにとらわれず、集電体の一方の面に正極活物質層が形成されかつ他方の面に負極活物質層が形成されてなる双極型電極を最外層集電体として用いることもできる。具体的には、正極用最外層集電体１２ａに電気的に接続された正極集電板５０と、負極用最外層集電体１２ｂに電気的に接続された負極集電板６０とが、外装部材４０の外部に取り出される。なお、図１では、最外層集電体に正極または負極のいずれかの活物質のみを形成したものを例示したが、これにとらわれず、集電体の一方の面に正極活物質層が形成されかつ他方の面に負極活物質層が形成されてなる双極型電極を最外層集電体として用いることもできる。また、最外層集電体、正極集電板５０、負極集電板６０は同一の材料で形成することができる。
【００２５】
集電板（正極集電板５０および負極集電板６０）を構成する材料は、特に制限されず、双極型電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等の金属材料が好ましく、より好ましくは軽量、耐食性、高導電性の観点からアルミニウム、銅などが好ましい、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板５０と負極集電板６０とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。また、最外層集電体（１２ａ、１２ｂ）を延長することにより集電板（５０、６０）としてもよいし、別途準備した集電板を最外層集電体に接続してもよい。
［ＣＴＲサーミスタ］
ＣＴＲサーミスタ３０は、集電体１２の温度の上昇によって絶縁性を呈する抵抗値から電導性を呈する抵抗値まで抵抗値が低下する抵抗値低下部材として機能する。ＣＴＲサーミスタ３０は、双極型電池１０が通常使用される常温から７０℃程度までの温度領域においては、電気的に絶縁体とみなされる程度の高い抵抗値を有している。ところが、温度が８０℃、９０℃と上昇するにつれて導電体とみなされる程度にまで急激に抵抗値が低下する特性を持つ。
【００２６】
ＣＴＲサーミスタ３０は、図に示してあるように、すべての単電池１１に備えていることが、温度に対する感度の点、および電流の集中を回避する点から最も好まし。しかし、温度に対する感度の点、および電流の集中が容認できるのであれば、例えば、単電池１１の１つおきに備えるようにしても良い。また、ＣＴＲサーミスタ３０は、通常は酸化物であり、電解質層１５に含まれる電解液を劣化させる可能性があるため、シール材２３によって隔離することが好ましい。このため、本実施形態では、シール材２３の外側にＣＴＲサーミスタ３０を備えている。なお、ＣＴＲサーミスタ３０は、たとえば半導体セラミック材料で形成され、この半導体セラミック材料を集電体１２の外周部分に塗り付けることによって形成する。
【００２７】
なお、ＣＴＲサーミスタ３０の抵抗値が急激に変化する動作温度領域は、ＣＴＲサーミスタ３０の作成過程において適宜変更することができる。したがって、ＣＴＲサーミスタ３０の動作温度領域は、双極型電池１０の信頼性および安全性を向上させるために、最適と思われる温度に設定すればよい。また、ＣＴＲサーミスタ３０の温度が動作温度領域にあるときの抵抗値は、少なくとも、単電池１１を構成する正極活物質層１３、負極活物質層１４、電解質層１５を介した集電体１２間の抵抗値よりも小さくなることが必要である。ＣＴＲサーミスタ３０はこの点も勘案して形成する。
［外装部材］
外装部材４０は、発電要素２０を外気から保護するものであり、たとえば、金属箔の両面に樹脂シートを積層して構成する。外装部材４０は、上部および下部部材４１、４２からなり、その合わせ面からは、正極集電板５０、負極集電板６０が外装部材４０の外部に引き出されている。正極集電板５０は、発電要素２０の最上層に位置する単電池１１の集電体１２ａと接続され、負極集電板６０は、発電要素２０の最下層に位置する単電池１１の集電体１２ｂと接続される。
【００２８】
集電体１２の上に積層されている負極活物質層１４、シール材２３、ＣＴＲサーミスタ３０の配置を積層方向から見ると図２に示すようになる。なお、図２は図１のＡ-Ａ断面を示している。
【００２９】
図に示すように、集電体１２（図２には表われていない）の外周部分の全体を覆うようにＣＴＲサーミスタ３０が配置され、その内側にシール材２３が配置される。シール材２３の内側には負極活物質層１４が配置される。ＣＴＲサーミスタ３０は、集電体１２の外周部分のどの領域においても熱伝導の状態に敏感に反応できるように、集電体１２の外周部分の全周に備えている。したがって、単電池１１のどの部分で発熱しようと、ＣＴＲサーミスタ３０はその発熱に敏感に反応できる。
（双極型電池の動作）
次に、本実施形態における双極型電池の動作について説明する。
【００３０】
たとえば、放電中に、発電要素２０を構成するいずれかの単電池１１が発熱した場合、その単電池１１を構成する集電体１２に熱が伝導する。伝導した熱は集電体１２の外周部分に形成されているＣＴＲサーミスタ３０の抵抗値を部分的に急激に低下させる。このときの抵抗値は、単電池１１を構成する正極活物質層１３、負極活物質層１４、電解質層１５を介した集電体１２間の抵抗値よりもさらに小さくなっている。このため、ＣＴＲサーミスタ３０は集電体１２間をほぼ短絡状態に近い状態で接続する回路を形成し、電流は発熱した単電池１１を回避して流れるようになる。つまり、発熱した単電池１１は発電要素２０を構成する他の単電池１１から電気的に取り除かれる。このようにして、発熱した単電池１１は他の単電池１１から取り除かれる結果、双極型電池１０としての出力は１つ分の単電池１１だけ少なくなる。しかし、双極型電池１０の全体が使用不能に陥ってしまうわけではないので、双極型電池１０として高い信頼性を維持することができる。また、発熱した単電池１１が温度上昇時に取り除かれるので、双極型電池１０として高い安全性を備えることができる。
【００３１】
そして、発熱した単電池１１の温度が低下してくると、部分的に低下したＣＴＲサーミスタ３０の抵抗値が元の抵抗値まで戻ってくる。したがって、ＣＴＲサーミスタ３０の抵抗値が単電池１１を構成する正極活物質層１３、負極活物質層１４、電解質層１５を介した集電体１２間の抵抗値よりもかなり大きくなる。このため、ＣＴＲサーミスタ３０は集電体１２間をほぼ絶縁状態で接続するようになり、電気的に取り除かれた単電池１１は再び発電要素２０を構成する単電池１１に組み入れられる。
【００３２】
以上、本実施形態では、集電体１２の外周部分の全体にＣＴＲサーミスタ３０を備え、発熱した単電池１１を自動的に取り除くことができる双極型電池１０について説明した。本発明に係る双極型電池１０は、本実施形態以外の態様として、ＣＴＲサーミスタ３０の抵抗値の低下に基づいて異常シグナルを発振する回路を外部から接続し、発熱の発生を報知する構成を付加した態様も考えられる。
【００３３】
次に、上記のように構成された双極型電池１０を直列または並列に接続して、または直列および並列接続を組み合わせて接続して構成した組電池を図３に基づいて説明する。
【００３４】
図３のＡは組電池の平面図であり、図３のＢは組電池の正面図であり、図３のＣは組電池の側面図である。
【００３５】
図３に示すように本実施形態に係る組電池１００は、本実施形態の双極型電池１０を複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池１５０を形成し、この装脱着可能な小型の組電池１５０をさらに複数、直列にまたは並列に接続して形成する。
【００３６】
これにより、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池１００を形成することができる。図３に示す組電池では、作成した装脱着可能な小型の組電池１５０を、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、この組電池１５０は接続治具１１０を用いて複数段積層される。何個の双極型電池１０を接続して組電池１５０を作成するか、また、何段の組電池１５０を積層して組電池１００を作製するかは、搭載される車両（電気自動車）の電池容量や出力に応じて決めことができる。すなわち、双極型電池１０を直列化、並列化することで電池の容量および電圧を自由に調節できる。
【００３７】
図４は、本実施形態に係る双極型電池１０または組電池１００を搭載した電気自動車２００を示す図である。本実施形態に係る双極型電池１０または組電池１００は、図４に示すように、電気自動車２００の車体中央部の座席下２２０に搭載しうる。座席下２２０に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広くとることができるメリットを有する。なお、本実施形態に係る双極型電池１０または組電池１００を搭載する場所は、座席下２２０に限られない。すなわち、本実施形態に係る双極型電池１０または組電池１００は、後部トランクルームの下部や車両前方のエンジンルームにも搭載しうる。本実施形態に係る双極型電池１０または組電池１００をハイブリット車や電気自動車といった車両に用いることにより高寿命で安定した走行性能を備える高い車両とすることができる。
【００３８】
以下に、本実施形態に係る双極型電池の効果を示す。
【００３９】
積層されている集電体の内、一部の集電体の温度が電池機能を停止するまでに上昇すると、ＣＴＲサーミスタの抵抗値が急激に低下し、ＣＴＲサーミスタが隣り合う集電体同士を電気的に導通させるようになる。そのため、温度上昇を呈した集電体間はＣＴＲサーミスタを介して電流が流れるようになり、これ以上の温度上昇が回避されて、高い信頼性および安全性を備えた双極型電池が提供できる。
【００４０】
ＣＴＲサーミスタを正極活物質層または負極活物質層が備えられている部分以外の部分に備えることによって、ＣＴＲサーミスタで隣り合う集電体同士を直接接続することができる。
【００４１】
ＣＴＲサーミスタをシール材２３の外側に備えることによって、ＣＴＲサーミスタが電解質層の電解液と触れなくなり、ＣＴＲサーミスタによって電解質層の電解液を劣化させるのを防止することができる。したがって、高い信頼性および安全性を備えた双極型電池となる。
【００４２】
ＣＴＲサーミスタを集電体の外周部分の全周に備えたことによって、集電体間の温度上昇を集電体の外周部分の全周で敏感に捉えることができ、高い信頼性および安全性を備えた双極型電池となる。
【００４３】
上記のような、高い信頼性および安全性を備えた双極型電池によって組電池を構成しているため、組電池としても高い信頼性および安全性を備えることができる。
【００４４】
高い信頼性および安全性を備えた双極型電池または高い信頼性および安全性を備えた組電池を搭載しているため、安定した走行性能を備えた車両を提供することができる。
［実施形態１の変形例］
図５は、実施形態１の変形例を示す図である。
【００４５】
実施形態１では、ＣＴＲサーミスタ３０を集電体１２の外周部分の全周に備えている双極型電池１０を示した。この実施形態１の変形例では、実施形態１とは異なり、ＣＴＲサーミスタ３０を集電体１２の外周部分に間欠的に設けている。なお、ＣＴＲサーミスタ３０を間欠的に設けたこと以外、その他の構成は実施形態１の双極型電池と同一であるので、異なる部分以外の説明は省略する。
【００４６】
この変形例のようにＣＴＲサーミスタ３０を間欠的に設けると、実施形態１の場合と比較して、温度上昇の検出感度は若干低下するが、単電池１１の熱伝導率が非常に高い場合には、ＣＴＲサーミスタ３０を間欠的に設けても実用上は問題がない。また、ＣＴＲサーミスタ３０を形成する領域が小さくなるので、ＣＴＲサーミスタ３０の材料の量を減らすことができる。
【００４７】
図に示すように、１つ１つが同一の形状・大きさを有するＣＴＲサーミスタ３０を集電体２０の外周部分に備えることが好ましい。しかし、確率的に発熱が起き易い部分の近傍にはＣＴＲサーミスタ３０の占める領域を大きく取り、逆に、確率的に発熱が起き難い部分の近傍にはＣＴＲサーミスタ３０の占める領域小さく取るようにしても良い。または、あらかじめ温度分布を把握し、その領域に最適な動作温度を有するＣＴＲサーミスタを設置しても良い。
【００４８】
このように、発熱の発生確率に基づいてＣＴＲサーミスタ３０を形成するようにすれば、実施形態１に比較しても、温度上昇の検出感度を落とすことなく、ＣＴＲサーミスタ３０を配置することが可能になる。
【００４９】
本実施形態に係る双極型電池の効果は、実施形態１の効果と同一である。
［実施形態２］
図６は、実施形態２に係る発電要素２０Ａを示す図である。実施形態１で説明した発電要素２０は、集電体１２の外周部分にＣＴＲサーミスタ３０のみを備えている。本実施形態では、図に示すように、ＣＴＲサーミスタ３０の外周部分に、内部に導電性材料が封入され感熱ポリマーでその導電性材料を覆った構造の感熱連結部材３５をさらに備えている点が実施形態１と異なっている。
【００５０】
感熱連結部材３５をＣＴＲサーミスタ３０の外周部分に設けたこと以外、実施形態１に示した発電要素２０の構成と同一であるので、異なる部分以外の説明は省略する。
【００５１】
感熱連結部材３５は、集電体１２の温度がＣＴＲサーミスタ３０の動作温度領域に達したときに、感熱ポリマーと導電性材料が溶けて、隣り合う集電体１２同士をショート状態とさせてしまうものである。
【００５２】
したがって、感熱連結部材３５が溶ける温度とＣＴＲサーミスタ３０が急激に抵抗値を低下させる動作温度領域の温度はほぼ一致していることが望ましい。
【００５３】
また、本実施形態では、感熱連結部材３５をすべての隣り合う集電体１２間に設けているが、たとえば、積層方向に１つおきに飛び飛びに設けるようにしても良い。さらに、本実施形態では、感熱連結部材３５をＣＴＲサーミスタ３０と同様に集電体１２の外周部分の全周にわたって備えるようにしても良いし、図５に示したＣＴＲサーミスタ３０と同様に集電体１２の外周部分に間欠的に設けるようにしても良い。
【００５４】
このように、感熱連結部材３５を設けた場合、双極型電池１０は次のように動作する。
【００５５】
たとえば、放電中に、発電要素２０を構成するいずれかの単電池１１が発熱した場合、その単電池１１を構成する集電体１２に熱が伝導する。伝導した熱は集電体１２の外周部分に形成されているＣＴＲサーミスタ３０の抵抗値を部分的に急激に低下させる。このときの抵抗値は、単電池１１を構成する正極活物質層１３、負極活物質層１４、電解質層１５を介した集電体１２間の抵抗値よりもさらに小さくなっている。このため、ＣＴＲサーミスタ３０は集電体１２間をほぼ短絡状態に近い状態で接続する回路を形成し、電流は発熱した単電池１１を回避して流れるようになる。これと同時に、感熱連結部材３５を構成する感熱ポリマーと導電性材料が溶けて、隣り合う集電体１２同士を連結しショート状態にする。一旦、感熱連結部材３５によって隣り合う集電体１２同士が連結されてしまうと、その後単電池１１の温度が低下しても、ショート状態は元には戻らない。つまり、一旦発熱した単電池１１は発電要素２０を構成する他の単電池１１から非可逆的に電気的に取り除かれる。このようにして、発熱した単電池１１は他の単電池１１から取り除かれる結果、双極型電池１０としての出力は１つ分の単電池１１だけ少なくなる。しかし、双極型電池１０の全体が使用不能に陥ってしまうわけではないので、双極型電池１０として高い信頼性を維持することができる。また、発熱した単電池１１が温度上昇時に取り除かれるので、双極型電池１０として高い安全性を備えることができる。
【００５６】
そして、発熱した単電池１１の温度が低下してくると、部分的に低下したＣＴＲサーミスタ３０の抵抗値が元の抵抗値まで戻ってくる。したがって、ＣＴＲサーミスタ３０の抵抗値が単電池１１を構成する正極活物質層１３、負極活物質層１４、電解質層１５を介した集電体１２間の抵抗値よりもかなり大きくなる。ところが、感熱連結部材３５によって隣り合う集電体１２同士のショート状態が非可逆的に維持されているので、発熱した単電池１１は他の単電池１１から取り除かれたままの状態が継続される。また、このときＣＴＲサーミスタ３０の抵抗値の低下に基づいて異常シグナルを発振する回路を外部から接続し、発熱の発生を報知する構成を付加してもよい。
【００５７】
なお、本実施形態では、ＣＴＲサーミスタ３０の動作温度領域と感熱連結部材３５が溶ける温度をほぼ一致させた場合を例示したが、感熱連結部材３５が溶ける温度をＣＴＲサーミスタ３０の動作温度領域よりも高い温度にすることも可能である。この場合には、まず、温度上昇によってＣＴＲサーミスタ３０による回避回路が形成され、それでも温度上昇が止まらない場合に、感熱連結部材３５が溶けて、確実に回避回路を形成するようにしても良い。
【００５８】
以下に、本実施形態に係る双極型電池の効果を示す。
【００５９】
積層されている集電体の内、一部の集電体の温度が電池機能を停止するまでに上昇すると、ＣＴＲサーミスタの抵抗値が急激に低下し、ＣＴＲサーミスタが隣り合う集電体同士を電気的に導通させるようになる。さらに、感熱連結部材が溶断して隣り合う集電体同士を電気的に導通させるようにもなる。そのため、温度上昇を呈した集電体間はＣＴＲサーミスタおよび感熱連結部材を介して電流が流れるようになり、これ以上の温度上昇が回避されて、高い信頼性および安全性を備えた双極型電池が提供できる。
【００６０】
ＣＴＲサーミスタをシール材の外側に備えることによって、ＣＴＲサーミスタが電解質層の電解液と触れなくなり、ＣＴＲサーミスタによって電解質層の電解液を劣化させるのを防止することができる。したがって、高い信頼性および安全性を備えた双極型電池となる。
【００６１】
ＣＴＲサーミスタおよび感熱連結部材を集電体の外周部分の全周に備えたことによって、集電体間の温度上昇を集電体の外周部分の全周で敏感に捉えることができ、高い信頼性および安全性を備えた双極型電池となる。
［実施形態３］
図７は、実施形態３に係る発電要素２０Ｂを示す図である。図８は、図７のＢ-Ｂ断面を示す図であり、集電体上に位置する各層の配置を積層方向から見た図である。
【００６２】
実施形態１で説明した発電要素２０は、ＣＴＲサーミスタ３０をシール材２３の外側に設けたが、本実施形態では逆に、図７および図８に示すように、シール材２３をＣＴＲサーミスタ３０の外側に形成している。
【００６３】
実施形態１でＣＴＲサーミスタ３０をシール材２３の外側に設けたのは、ＣＴＲサーミスタ３０は、通常は酸化物であり、ＣＴＲサーミスタ３０と電解質層１５が直接接触すると、電解質層１５に含まれる電解液を劣化させる可能性があるからであった。
【００６４】
本実施形態では、電解質層１５に含まれる電解液がＣＴＲサーミスタ３０によって侵されない材料によって構成されていれば、ＣＴＲサーミスタ３０と電解質層１５が直接接触しても問題がないという考えに基づいて、このよう構成を採っている。
【００６５】
シール材２３をＣＴＲサーミスタ３０の外側に形成したこと以外、実施形態１に示した発電要素２０の構成と同一であるので、異なる部分以外の説明は省略した。
【００６６】
以下に、本実施形態に係る双極型電池の効果を示す。
【００６７】
積層されている集電体の内、一部の集電体の温度が電池機能を停止するまでに上昇すると、ＣＴＲサーミスタの抵抗値が急激に低下し、ＣＴＲサーミスタが隣り合う集電体同士を電気的に導通させるようになる。そのため、温度上昇を呈した集電体間はＣＴＲサーミスタを介して電流が流れるようになり、これ以上の温度上昇が回避されて、高い信頼性および安全性を備えた双極型電池が提供できる。
【００６８】
ＣＴＲサーミスタを集電体の外周部分の全周に備えたことによって、集電体間の温度上昇を集電体の外周部分の全周で敏感に捉えることができ、高い信頼性および安全性を備えた双極型電池となる。
［実施形態４］
図９は、実施形態４に係る発電要素２０Ｃを示す図である。
【００６９】
実施形態１で説明した発電要素２０は、電解質層１５がシール材２３の内側にあった。ところが、本実施形態の発電要素２０Ｃは、電解質層１５がシール材２３のみならず、ＣＴＲサーミスタ３０をも突き抜けて配置される。さらに、集電体１２もシール材２３およびＣＴＲサーミスタ３０を突き抜けるような大きさを有している。
【００７０】
シール材２３およびＣＴＲサーミスタ３０が電解質層１５に含まれる電解液を侵さないような材料で構成されていれば、図９のような構成を採ることも可能である。
【００７１】
このように、シール材２３およびＣＴＲサーミスタ３０が形成される部分に対して集電体１２および電解質層１５を突出するような大きさとすることによって、単電池１１が発熱した場合には、シール材２３よりも突出した部分が冷却用のフィンとして機能する。
【００７２】
つまり、単電池１１の発熱が生じた場合に、その熱は集電体１２および電解質層１５を伝達する。この熱がシール材２３よりも突出した集電体１２および電解質層１５の先端部分から効率的に発散される。したがって、実施形態１に示した発電要素２０の単電池１１よりも本実施形態の発電要素２０Ｃの単電池１１の方がより早く冷却される。
【００７３】
このため、発熱したときに、発電要素２０Ｃから電気的に取り外された単電池１１が実施形態１の場合よりも早く発電要素２０Ｃに組み入れられることになり、発電要素２０Ｃの出力が減少する時間を短くすることができる。
【００７４】
集電体１２および電解質層１５をシール材２３から突出させたこと以外、実施形態１に示した発電要素２０の構成と同一であるので、異なる部分以外の説明は省略した。
【００７５】
以下に、本実施形態に係る双極型電池の効果を示す。
【００７６】
積層されている集電体の内、一部の集電体の温度が電池機能を停止するまでに上昇すると、ＣＴＲサーミスタの抵抗値が急激に低下し、ＣＴＲサーミスタが隣り合う集電体同士を電気的に導通させるようになる。そのため、温度上昇を呈した集電体間はＣＴＲサーミスタを介して電流が流れるようになり、これ以上の温度上昇が回避されて、高い信頼性および安全性を備えた双極型電池が提供できる。
【００７７】
ＣＴＲサーミスタを集電体の外周部分の全周に備えたことによって、集電体間の温度上昇を集電体の外周部分の全周で敏感に捉えることができ、高い信頼性および安全性を備えた双極型電池となる。
【００７８】
シール材およびＣＴＲサーミスタが形成される部分に対して集電体および電解質層を突出するような大きさとしたので、集電体間の温度上昇をより早く抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、発熱時の信頼性を向上させる双極型電池に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】実施形態１における双極型電池の概略構成を説明するための断面図である。
【図２】図１のＡ-Ａ断面を示す図であり、集電体上に位置する各層の配置を積層方向から見た図である。
【図３】図１に示す構成の双極型電池を複数接続して構成した組電池の外観図である。
【図４】図１に示す双極型電池または図３に示す組電池を搭載した車両の説明に供する図である。
【図５】実施形態１の変形例を示す図である。
【図６】実施形態２に係る発電要素を示す図である。
【図７】実施形態３に係る発電要素を示す図である。
【図８】図７のＢ-Ｂ断面を示す図であり、集電体上に位置する各層の配置を積層方向から見た図である。
【図９】実施形態４に係る発電要素を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１０  双極型電池、
１２  集電体、
１３  正極活物質層、
１４  負極活物質層、
１５  電解質層、
１６  双極型電極、
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ  発電要素、
２３  シール材、
３０  ＣＴＲサーミスタ、
３５  感熱連結部材、
４０  外装部材、
５０  正極集電板、
６０  負極集電板、
１００、１５０  組電池、
２００  車両。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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