(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２層の合成樹脂層に挟まれた１層の金属層を少なくとも有する２枚の外装部材の外周縁を融着して成る封止手段を備え、
正極板、セパレータ、負極板、及び、電解質から成る発電要素を前記封止手段に封止すると共に、前記正極板に接続された正極端子及び前記負極板に接続された負極端子が前記封止手段の外周部の端縁から導出する薄型電池であって、
前記外装部材の最内層に位置する第１の合成樹脂層が、前記外装部材の最外層に位置する第２の合成樹脂層のヤング率より小さいヤング率を有する薄型電池。
【請求項２】
前記第２の合成樹脂層が、前記外装部材が有する合成樹脂層及び金属層の中で最も薄い膜厚を有する請求項１記載の薄型電池。
【請求項３】
前記第１の合成樹脂層が、前記第２の合成樹脂層のヤング率に対して５〜５５％のヤング率を有する請求項１又は２記載の薄型電池。
【請求項４】
前記正極端子及び負極端子が、前記金属層の膜厚に対して２〜５倍の厚さを有する請求項１〜３の何れかに記載の薄型電池。
【請求項５】
前記金属層と前記第１の合成樹脂層との間に接着層をさらに有する請求項１〜４の何れかに記載の薄型電池。
【請求項６】
前記外装部材が、前記金属層と前記第１の合成樹脂層との間に第３の樹脂層をさらに有する請求項１〜５の何れかに記載の薄型電池。
【請求項７】
前記第３の合成樹脂層が、前記第１の合成樹脂層のヤング率に対して９０〜１００％のヤング率を有する請求項６記載の薄型電池。
【請求項８】
前記第１の合成樹脂層が、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、ポリエチレン、変性ポリエチレン、アイオノマーからなる群より選ばれる材料を有する請求項１〜７の何れかに記載の薄型電池。
【請求項９】
前記正極端子が、アルミニウム、銅、及びニッケルからなる群より選ばれる一又はそれ以上の成分を含む請求項１〜８の何れかに記載の薄型電池。
【請求項１０】
前記負極端子が、鉄、ニッケル、及び銅からなる群より選ばれる一又はそれ以上の成分を含む請求項１〜９の何れかに記載の薄型電池。
【請求項１１】
１〜１０ｍｍの厚さを有する請求項１〜１０の何れかに記載の薄型電池。
【請求項１２】
正極として機能する正極活性物質を有し、
前記正極活性物質が、リチウム複合酸化物である請求項１〜１１の何れかに記載の薄型電池。
【請求項１３】
前記リチウム複合酸化物が、リチウム-マンガン系複合酸化物である請求項１２記載の薄型電池。
【請求項１４】
負極として機能する負極活性物質を有し、
前記負極活性物質が、炭素系材料である請求項１〜１３の何れかに記載の薄型電池。
【請求項１５】
前記炭素系材料が、非結晶性炭素材である請求項１４記載の薄型電池。
【請求項１６】
下記式（１）のω１及びω２が１００Ｈｚ以上である請求項１〜１５の何れかに記載の薄型電池。
【数１】
0003719235.tif 000005
但し、上記式（１）において、ω１＜ω２、ａ＝（ｋ１＋ｋ２）／ｍ１、ｂ＝ｋ２／ｍ１、ｃ＝ｋ２／ｍ２であり、ω１は前記封止手段から前記正極端子又は負極端子が導出する端子導出部の一次固有振動数、ω２は前記端子導出部の二次固有振動数、ｍ１は前記正極端子又は負極端子の質量、ｍ２は前記外装部材の金属層の質量、ｋ１は前記第１の合成樹脂層のヤング率、ｋ２は前記第２の合成樹脂層のヤング率である。
【請求項１７】
請求項１〜１６の何れかに記載の薄型電池を電気的に接続した複数の薄型電池と、
一の前記薄型電池の正極端子又は負極端子の一方と、他の前記薄型電池の同極端子又は他極端子の一方とを電気的に接続した複数の接続手段と、を有する組電池であって、
前記一の薄型電池の正極端子と前記他の薄型電池の同極端子とが同方向となるように、前記一の薄型電池の側方に前記他の薄型電池が並置され、
一の前記接続手段により、前記一の薄型電池の正極端子と、前記他の薄型電池の同極端子とを電気的に接続し、
他の前記接続手段により、前記一の薄型電池の負極端子と、前記他の薄型電池の同極端子とを電気的に接続した少なくとも２以上の前記薄型電池を含む組電池。
【請求項１８】
請求項１〜１６の何れかに記載の薄型電池を電気的に接続した複数の薄型電池を有する組電池であって、
一の前記薄型電池の正極端子と他の前記薄型電池の同極端子とが同方向となるように、前記一の薄型電池の鉛直方向上部に前記他の薄型電池を積層し、
前記一の薄型電池の正極端子と、前記他の薄型電池の同極端子とを電気的に接続し、
前記一の薄型電池の負極端子と、前記他の薄型電池の同極端子とを電気的に接続した少なくとも２以上の前記薄型電池を含む組電池。
【請求項１９】
請求項１７又は１８記載の組電池を電気的に直列接続、並列接続、又は、直列並列複合接続した複数の組電池を有する複合組電池。
【請求項２０】
請求項１９記載の複合組電池を車載した車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、封止手段の外周部の端縁から導出する端子を有する薄型電池に関し、特に印加される振動に対して強い構造を有する薄型電池に関する。
【０００２】
【背景技術】
封止手段の外周部の端縁から導出する端子を有する薄型電池の使用態様や使用条件の多様化に伴って、当該薄型電池に対して外部から印加される振動が増加する。この振動により、正極端子又は負極端子が電池外装部材から導出する部分（以下、単に端子導出部ともいう。）の剥離等により薄型電池内部に注入された電解液が漏洩し、当該薄型電池の性能低下を招く場合がある。
【０００３】
【発明の開示】
本発明は、印加される外力に対して強い構造を有する薄型電池を提供することを目的とする。
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明によれば、２層の合成樹脂層に挟まれた１層の金属層を少なくとも有する２枚の外装部材の外周縁を融着して成る封止手段を備え、正極板、セパレータ、負極板、及び、電解質から成る発電要素を前記封止手段に封止すると共に、前記正極板に接続された正極端子及び前記負極板に接続された負極端子が前記封止手段の外周部の端縁から導出する薄型電池であって、前記外装部材の最内層に位置する第１の合成樹脂層が、前記外装部材の最外層に位置する第２の合成樹脂層のヤング率より小さいヤング率を有する薄型電池が提供される（請求項１参照）。
【０００５】
本発明では、電池外装部材が有する最内層の第１の合成樹脂層のヤング率を最外層の第２の合成樹脂層のヤング率より小さくなるように操作することにより、当該端子導出部の共振周波数を加振振動数から離遠させるように移行させ、共振を防止する。これにより、外部から印加される振動による端子導出部の剥離等の発生を著しく減少することが出来、印加される振動に対して強い構造を有する薄型電池とすることが可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
第１実施形態
図１（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図、図１（Ｂ）は（Ａ）のII−II線に沿う断面図である。図２は図１（Ａ）のIII部の拡大断面図である。図３は図２のマス-バネ系モデルである。図４は本発明の第１実施形態に係る端子導出部での振動伝達率スペクトルを示すグラフである。図１は一つの薄型電池（単位電池）を示し、この薄型電池１０を複数積層することにより所望の電圧、容量の組電池が構成される。
【０００７】
まず図１を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る薄型電池１０の全体構成について説明すると、本例の薄型電池１０はリチウム系の薄型二次電池であり、２枚の正極板１０１と、５枚のセパレータ１０２と、２枚の負極板１０３と、正極端子１０４と、負極端子１０５と、上部電池外装部材１０６と、下部電池外装部材１０７と、特に図示しない電解質とから構成されている。このうちの正極板１０１，セパレータ１０２，負極板１０３および電解質を特に発電要素１０９と称する。
【０００８】
なお、正極板１０１，セパレータ１０２，負極板１０３の枚数には何ら限定されず、１枚の正極板１０１，３枚のセパレータ１０２，１枚の負極板１０４でも発電要素１０９を構成することができる。必要に応じて正極板、負極板およびセパレータの枚数を選択して構成することができる。
【０００９】
発電要素１０９を構成する正極板１０１は、金属酸化物などの正極活物質に、カーボンブラックなどの導電材と、ポリ四フッ化エンチレンの水性ディスパージョンなどの接着剤とを、重量比でたとえば１００：３：１０の割合で混合したものを、正極側集電体としてのアルミニウム箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。なお、上記のポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンの混合比率は、その固形分である。
【００１０】
正極活物質としては、例えばニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）などのリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物を挙げることができる。これらの材質は薄型電池内部の発熱を比較的拡散し易く、端子への伝熱による端子の膨張による伸びを少なく出来、端子から後述する電池外装部材へ伝達する引張り応力を極力抑制することが可能となる。
【００１１】
発電要素１０９を構成する負極板１０３は、例えば非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、または黒鉛などのように、正極活物質のリチウムイオンを吸蔵および放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンをたとえば固形分比１００：５で混合し、乾燥させたのち粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これに、アクリル樹脂エマルジョンなどの結着剤をたとえば重量比１００：５で混合し、この混合物を、負極側集電体としてのニッケル箔或いは銅箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。
【００１２】
特に負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量にともなって出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車等の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。
【００１３】
また、発電要素１０９のセパレータ１０２は、上述した正極板１０１と負極板１０３との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えてもよい。セパレータ１０２は、例えばポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
【００１４】
なお、本発明のセパレータ１０２は、ポリオレフィンなどの単層膜にのみ限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔膜と有機不織布などを積層したものも用いることができる。セパレータ１０２を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能およびセパレータの形状維持（剛性向上）機能などの諸機能を付与することができる。また、セパレータ１０２の代わりにゲル電解質又は真性ポリマー電解質等を用いることもできる。
【００１５】
以上の発電要素１０９は、上から正極板１０１と負極板１０３とが交互に、且つ当該正極板１０１と負極板１０３との間にセパレータ１０２が位置するような順序で積層され、さらに、その最上部及び最下部にセパレータ１０２が一枚ずつ積層されている。そして、２枚の正極板１０１のそれぞれは、正極側集電部１０４ａを介して、金属箔製の正極端子１０４に接続される一方で、２枚の負極板１０３は、負極側集電部１０５ａを介して、同じく金属箔製の負極端子１０５に接続されている。なお、正極端子１０４も負極端子１０５も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子１０４としてはアルミニウムやアルミニウム合金、銅又はニッケルなどを挙げることができ、負極端子１０５としてはニッケル、銅、ステンレス又は鉄などを挙げることができる。これらの金属は、金属の抵抗値、線膨張係数、抵抗率において薄型電池の構成要素として特に適当であり、使用温度を変えた場合にも、端子から後述する電池外装部材へ伝達する引張り応力を極力抑制することが可能となる。また、本例の正極側集電部１０４ａも負極側集電部１０５ａの何れも、正極板１０４および負極板１０５の集電体を構成するアルミニウム箔やニッケル箔、銅箔、鉄箔を延長して構成されているが、別途の材料や部品により当該集電部１０４ａ，１０５ａを構成することもできる。
【００１６】
発電要素１０９は、上部電池外装部材１０６及び下部電池外装部材１０７（封止手段）により封止されている。本発明の第１実施形態における上部電池外装部材１０６は、図２に示すように、薄型電池１０の内側から外側に向かって、第１の樹脂層１０６ａ、金属層１０６ｂ、第２の樹脂層１０６ｃの順で３つの層１０６ａ〜１０６ｃが積層される。この３つの層１０６ａ〜１０６ｃは、上部電池外装部材１０６の全面に渡って積層されており、第１の樹脂層１０６ａは、例えばポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、アイオノマーなどの耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムである。第２の樹脂層１０６ｃは、例えば、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムである。このように、電池外装部材の第１の樹脂層を、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、ポリエチレン、変性ポリエチレン、アイオノマーなどの樹脂で構成することにより、金属からなる正極端子又は負極端子と電池外装部材の第１の樹脂層との良好な融着性を確保することが可能となる。金属層１０６ｂは、例えば、アルミニウムなどの金属箔である。従って、上部電池外装部材１０６は、例えば、アルミニウムなどの金属箔の一方の面（薄型電池の内側面）をポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、アイオノマーなどの樹脂でラミネートし、他方の面（薄型電池の外側面）をポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート材などの可撓性を有する材料で形成される。このように、電池外装部材が樹脂層に加えて金属層を具備することにより、電池外装部材の強度を向上させることが可能となる。なお、第２の樹脂層１０６ｃは、金属層１０６ｂの膜厚及び第１の樹脂層１０６ａの膜厚より相対的に薄い膜厚を有しており、第１の樹脂層１０６ａと金属層１０６ｂとによる後述する動吸振器的特性を効果的に作用させることが可能となる。
【００１７】
下部電池外装部材１０７は、上部電池外装部材１０６と同様の構造のものが用いられ、図２に示すように、薄型電池１０の内側から外側に向かって、第１の樹脂層１０７ａ、金属層１０７ｂ、第２の樹脂層１０７ｃの順で、３つの層１０７ａ〜１０７ｃが積層される。下部電池外装部材１０７の第１の樹脂層１０７ａは、上部電池外装部材１０６の第１の樹脂層１０６ａと同様に、例えばポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、アイオノマーなどの耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムである。下部電池外装部材１０７の金属層１０７ｂは、上部電池外装部材１０６の金属層１０６ｂと同様に、例えば、アルミニウムなどの金属箔である。下部電池外装部材１０７の第２の樹脂層１０７ｃは、上部電池外装部材１０６の第２の樹脂層１０６ｃと同様に、例えばポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムである。第２の樹脂層１０７ｃは、金属層１０７ｂの膜厚及び第１の樹脂層１０７ａの膜厚より相対的に薄い膜厚を有しており、第１の樹脂層１０７ａと金属層１０７ｂとによる後述する動吸振器的特性を効果的に作用させることが出来る。
【００１８】
さらに、これら正極端子１０４又は負極端子１０５と、電池外装部材１０６、１０７とから構成される端子導出部１１１は、当該端子導出部１１１の共振周波数を加振振動数から離遠させるように移行させ、当該端子導出部１１１における共振を防止するために、図３に示すような２自由度のマス-バネ系を構成している。図３のマス-バネ系モデルにおいて、薄型電池１０の正極端子１０４又は負極端子１０５が質量ｍ１の第１のマス部Ｍに相当し、電池外装部材１０６、１０７の金属層１０６ｂ、１０７ｂが質量ｍ２の第２のマス部Ｍａ、Ｍｂに相当する。また、上部電池外装部材１０６の第１の樹脂層１０６ａ及び下部電池外装部材１０７の第１の樹脂層１０７ａがヤング率ｋ１の第１のバネ部Ｋ及び減衰要素Ｃに相当し、電池外装部材１０６、１０７の第２の樹脂層１０６ｃ、１０７ｃがヤング率ｋ２の第２のバネ部Ｋａ、Ｋｂに相当し、第１のバネ部Ｋのヤング率ｋ１は、第２のバネ部Ｋａ、Ｋｂのヤング率ｋ２に対して５〜５５％の関係にある。このように、第２のバネ部Ｋａ、Ｋｂを第１のバネ部Ｋのヤング率ｋ２より小さなヤング率ｋ１とすることにより、第１のバネ部Ｋである第１の樹脂層１０６ａ、１０７ａと第２のマス部Ｍａ、Ｍｂである金属層１０６ｂ、１０７ｂとが動吸振器的に効果的に作用して、端子導出部１１１のマス-バネ系の共振周波数を加振振動数から離縁させるように移行させることが可能となる。なお、第１のバネ部Ｋのヤング率ｋ１を第２のバネ部Ｋａ、Ｋｂのヤング率ｋ２に対して５％未満にすると、第１のバネ部Ｋと第２のバネ部Ｋａ、Ｋｂとの動的バネ定数の差が過剰となり、端子導出部１１１の構造が弱くなる可能性がある。また、第１のバネ部Ｋのヤング率ｋ１を第２のバネ部Ｋａ、Ｋｂのヤング率ｋ２に対して５５％より大きくすると、ヤング率に依存する動的バネ定数の差が小さく、第２のマス部Ｍａ、Ｍｂ及び第１のバネ部Ｋによる動吸振器的な作用が弱まり、端子導出部１１１の共振周波数の移行が困難となる。
【００１９】
また、上述の正極端子１０４及び負極端子１０５は、電池外装部材１０６、１０７の金属層１０６ｂ、１０７ｂの膜厚の２〜５倍の厚さを有する。ここで、正極端子１０４及び負極端子１０５の厚さを金属層１０６ｂ、１０７ｂの膜厚の２倍未満とすると、当該金属層１０６ｂ、１０７ｂが端子導出部１１１の共振周波数に与える影響が大きくなり、当該端子導出部１１１の共振周波数の移行が困難となる可能性がある。また、正極端子１０４及び負極端子１０５の厚さを金属層１０６ｂ、１０７ｂの膜厚の５倍より大きくすると、金属層１０６ｂ、１０７ｂが端子導出部１１１の共振周波数に与える影響が小さくなり、必要とする振動数への移行が困難になる。
【００２０】
上述の２自由度のマス-バネ系における共振周波数（固有振動数）ω１、ω２は式１から実質的に算出することが可能である。
【００２１】
【式１】
0003719235.tif 000002
本発明の第１実施形態に係る薄型電池の端子導出部は、完全な２自由度型マス-バネ系ではないため、上式により完全に説明することは出来ないが、上式を参考にして端子導出部における共振周波数のチューニングが可能である。なお、各層及び端子の材質の変更により、上式の質量、ヤング率を変化させて、端子導出部の共振周波数をチューニングしても良い。
【００２２】
電池外装部材を構成する各層の材質、膜厚、ヤング率と、正極端子及び負極端子の材質、厚さとを操作することにより、端子導出部のマス-バネ系における一次固有振動数、二次固有振動数を任意に設定することが可能となり、当該端子導出部の共振周波数を加振振動数から離遠させるように移行させ、共振を抑制することが可能となる。
【００２３】
図４は、第１実施形態に係る薄型電池の端子導出部における縦軸に加振振幅と応答振幅との比である振動伝達率、横軸に周波数の振動伝達率スペクトルを示す。同図に示すように、例えば、主たる加振振動数が約１００Ｈｚ以下に特に集中する車両等での薄型電池の使用する場合において、本発明の第１実施形態に係るチューニングにより、端子導出部の共振周波数を約１００Ｈｚ以上に移行させて加振振動数から離遠させることにより、加振に対する共振を防止して薄型電池を有効に活用することが可能となる。なお、加振振動数は約１００Ｈｚ以下に特に限定されず、それ以上の加振振動数に対しても、上記のチューニングを行うことが可能である。
【００２４】
さらに、図１に示すように、封止された電池外装１０６、１０７の一方の端部から、正極端子１０４が導出するが、正極端子１０４の厚さ分だけ上部電池外装１０６と下部電池外装１０７との接合部に隙間が生じるので、薄型電池１０内の封止性を維持するために、当該正極端子１０４と電池外装１０６、１０７とが接触する部分に、ポリエチレンやポリプロピレン等から構成されたシールフィルムを熱融着などの方法により介在させることもできる。
【００２５】
同様に、封止された電池外装１０６、１０７の他方の端部からは、負極端子１０５が導出するが、ここにも正極端子１０４側と同様に、当該負極端子１０５と電池外装１０６、１０７とが接触する部分にシールフィルムを介在させることもできる。なお、正極端子１０４および負極端子１０５の何れにおいても、シールフィルムは電池外装１０６，１０７を構成する樹脂と同系統の樹脂から構成することが熱融着性の点から望ましい。
【００２６】
これらの電池外装部材１０６、１０７によって、上述した発電要素１０９、正極側集電部１０４ａ、正極端子１０４の一部、負極側集電部１０５ａおよび負極端子１０５の一部を包み込み、当該電池外装部材１０６、１０７により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入したのち、上部電池外装部材１０６及び下部電池外装部材１０７の外周縁の熱融着領域１１０を熱プレスにより熱融着し、封止する。
【００２７】
このように封止された薄型電池１０は、総厚１〜１０［ｍｍ］を有することが好ましい。薄型電池の厚さを１０［ｍｍ］以下とすることにより、当該薄型電池内部に熱がこもりにくくなり、電池外装部材の界面に応力を伝達する可能性が低くなると共に、電池の熱劣化の影響も減少する。また、薄型電池の厚さを１［ｍｍ］以上とすることにより、十分な容量を確保することが出来、経済的な効率を高くすることが可能となる。
【００２８】
有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）などのエステル系溶媒を挙げることができるが、本発明の有機液体溶媒はこれにのみ限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒も用いることができる。
【００２９】
以下に、上述の薄型電池を複数組み合わせることにより構成される組電池、及び当該組電池を複数組み合わせることにより構成される複合組電池について説明する。
【００３０】
図５は本発明の第１実施形態に係る複数の薄型電池の接続方法を示す図であり、図５（Ａ）は並列接続を示し、図５（Ｂ）は比較のための直列接続を示す。図６は本発明の第１実施形態に係る複数の薄型電池の他の接続方法を示す図であり、図６（Ａ）は並列接続を示し、図６（Ｂ）は比較のための直列接続を示す。図７は本発明の第１実施形態に係る複数の薄型電池により構成される組電池の斜視図、図８（Ａ）は図７の組電池の平面図、図８（Ｂ）は図７の組電池の正面図、図８（Ｃ）は図７の組電池の側面図、図９は図７の組電池より構成される複合組電池の斜視図、図１０（Ａ）は図９の複合組電池の平面図、図１０（Ｂ）は図９の複合組電池の正面図、図１０（Ｃ）は図９の複合組電池の側面図、図１１は本発明の第１実施形態に係る複合組電池を車両に搭載した模式図を示す。
【００３１】
上述の薄型電池１０を電気的に接続して複数の薄型電池１０を有する組電池２０を構成する場合、特に図５（Ａ）及び図６（Ａ）に示す配置による２つの接続構造が、印可される外力に対してさらに強い構造を付加する。
【００３２】
一つ目の接続構造は、図５（Ａ）に示すように、第１の薄型電池１０ａの正極端子１０４と、第２の薄型電池１０ｂの正極端子１０４とが同一方向に導出するような方向で、第１の薄型電池１０ａと第２の薄型電池１０ｂを実質的に同一平面上に並置させる。そして、第１の薄型電池１０ａの正極端子１０４と、第２の薄型電池１０ｂの正極端子１０４とを、第１のバスバー２１ａにより電気的に接続する。また、第１の薄型電池１０ａの負極端子１０５と第２の薄型電池１０ｂの負極端子１０５とを、第２のバスバー２１ｂにより電気的に接続する。
【００３３】
二つ目の接続構造は、図６（Ａ）に示すように、第１の薄型電池１０ａの正極端子１０４と、第２の薄型電池１０ｂの正極端子１０４とが同一方向に導出するような方向で、第１の薄型電池１０ａの鉛直上向きの面と第２の薄型電池１０ｂの鉛直下向きの面とを接触させて、第１の薄型電池１０ａと第２の薄型電池１０ｂとを積層する。そして、第１の薄型電池１０ａの正極端子１０４と第２の薄型電池１０ｂの正極端子１０４とを溶着して電気的に接続し、同様に、第１の薄型電池１０ａの負極端子１０５と第２の薄型電池１０ｂの負極端子１０５とを溶着して電気的に接続する。
【００３４】
図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示すような直列に接続された場合、印加される外力によって、各薄型電池１０ａ、１０ｂの正極端子１０４には逆位相の捻れ（図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）において捻れの方向を矢印により示す。）が生じるが、これに対し上記に説明した接続構造は、薄型電池１０ａ、１０ｂの正極端子１０４同士及び負極端子１０５同士が接続されているため、各薄型電池１０ａ、１０ｂに生じる応力が同位相となり、当該端子１０４、１０５に生じる捻れを極力抑えることが出来、端子と電池外装部材との間の界面に剥離が生じる可能性が低くなる。また、正極端子の金属と負極端子の金属とが異なる場合には、それに伴って、端子導出部に生ずる引張り応力も異なり界面剥離の原因になりうるが、上述の並列接続により薄型電池の端子導出部に生じる引張り応力を実質的に同等のものとすることが可能となる。
【００３５】
図７及び図８（Ａ）〜（Ｃ）は、例えば上述の２通りの接続構造を用いて並列接続された２４個の薄型電池１０から構成させる組電池２０を示す。組電池２０は、２４個の薄型電池１０と、組電池用端子２２、２３と、組電池用カバー２５とから構成されている。特に図示しないが、各薄型電池１０の各同極端子間は上述の接続構造でバスバー２１ａ、２１ｂにより並列接続されており、各正極端子１０４を接続する第１のバスバー２１ａは、組電池用カバー２５から導出する略円柱形状の組電池用正極端子２２に接続されている。同様に、各負極端子１０５を接続する第２のバスバー２１ｂは、組電池用カバー２５から導出する略円柱形状の組電池用負極端子２３に接続されている。これらの接続が完了し、２４個の薄型電池１０が組電池用カバー２５に挿入されると、当該組電池用カバー２５と当該組電池２０の他の構成要素との間に形成される空間に充填剤２４が充填され、封止される。さらに、後述する複合組電池として薄型電池が積層された際に、薄型電池同士の振動を極力低減するために、組電池用カバー２５の下面四隅に外部弾性体２６が取り付けられる。
【００３６】
図９及び図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、図７に示す組電池２０を電気的に接続した６個の組電池２０から構成される複合組電池３０を示す。図９及び図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、複合組電池３０は、組電池２０の端子２２、２３がそれぞれ同一方向に向くように積層されている。すなわち、ｍ段目に位置する組電池２０の端子２２、２３と、ｍ＋１段目に位置する組電池２０の端子２２、２３とが同一方向に向くように、ｍ段目の組電池２０の上にｍ＋１段目の組電池２０が積層される（ｍ：自然数）。そして、同一方向を向いた全ての組電池２０の組電池用正極端子２２を、当該複合組電池３０と外部とを接続する外部接続用正極端子３１で電気的に接続する。同様に、同一方向を向いた全ての組電池２０の組電池用負極端子２３を、外部接続用負極端子３２で電気的に接続する。同図に示すように、外部接続用正極端子３１は、略矩形の平板形状であり、組電池用正極端子２２を挿入或いは圧入可能な直径を有する複数の端子接続用孔が加工されている。当該端子接続用孔は、積層された組電池２０の組電池用正極端子２２間のピッチに等しいピッチで加工されており、外部接続用負極端子３２にも同様に端子接続用孔が加工されている。
【００３７】
さらに、組電池用端子２２、２３が複合組電池３０の外部に露出しないように、接続された全ての組電池用端子２２、２３を覆うように、絶縁性の材料の絶縁カバー３３が具備されている。なお、図９において当該絶縁カバー３３は、説明の便宜上、透視図により描かれており、図１０には図示しない。そして、上述のように積層された６個の組電池２０は、その両側面部に平板状の連結部材３４で連結され、さらに固定ネジ３５により締結、固定される。
【００３８】
以上のように、薄型電池により所定の数を単位とした組電池を構成し、さらに当該組電池を単位として、所定の数の組電池を組み合わせて複合組電池を構成することにより、要求される容量、電圧等に適当な複合組電池を容易に得ることが可能となる。また、複雑な接続を伴うことなく複合組電池を構成するので、接続不良による、複合組電池の故障率を低減することが可能となる。さらに、複合組電池を構成する一つの薄型電池が故障或いは劣化し、当該薄型電池の交換を必要とする場合、当該薄型電池を有する組電池を容易に交換することも可能となる。
【００３９】
図１１は、車両１のフロア下に上述の複合組電池３０を車載した例を示す模式図である。車両１の移動に伴って、車内には多くの振動が発生する。同図に示すように、上述の複合組電池３０を車載することにより、当該振動により薄型電池の端子と電池外装部材との間に界面剥離が発生する可能性が著しく減少し、車両で電池を有効に活用することが可能となる。
【００４０】
なお、組電池を構成する薄型電池の数、複合組電池を構成する組電池の数、組電池を構成する薄型電池の接続方式、及び複合組電池を構成する組電池の接続方式は、上述の数及び接続方式に限定されるものではなく、要求される電気容量、電圧等から適宜その数及び接続方式（直列接続、並列接続、直列並列複合接続）を設定することが出来る。
【００４１】
第２実施形態
図１２は本発明の第２実施形態に係る薄型電池の端子導出部の拡大断面図である。なお、図１２は図１のIII部の拡大断面図に相当する。本発明の第２実施形態に係る薄型電池１０は、第１実施形態の電池外装部材１０６、１０７に接着層１０６ｄ、１０７ｄを新たに付与したものであり、当該薄型電池１０のその他の構成要素は、第１実施形態と同様である。
【００４２】
図１２に示すように、上部電池外装部材１０６の第１の樹脂層１０６ａと金属層１０６ｂとの間に接着層１０６ｄが新たに設けられている。同様に、下部電池外装部材１０７の第１の樹脂層１０７ａと金属層１０７ｂとの間に接着層１０７ｄが新たに設けられている。当該接着層１０６ｄが非常に弱い樹脂層を形成することにより、第１の樹脂層１０６ａと金属層１０６ｂとの動吸振器としての動的バネ特性を効率的に低減する。同様に、接着層１０７ｄが、第１の樹脂層１０７ａと金属層１０７ｂとの動吸振器としての動的バネ特性を効率的に低減する。
【００４３】
この第２実施形態に係る薄型電池を単位電池として用いて、第１実施形態と同様に当該薄型電池を複数接続した組電池、当該組電池を複数接続した複合組電池、及び当該複合組電池を車両に車載することが可能である。
【００４４】
第３実施形態
図１３は本発明の第３実施形態に係る端子導出部の拡大断面図であり、図１４は図１３の端子導出部のマス-バネ系モデルであり、図１５は本発明の第３実施形態に係る端子導出部での振動伝達率スペクトルを示すグラフである。なお、図１３は図１のIII部の拡大断面図に相当する。
【００４５】
本発明の第３実施形態に係る薄型電池１０は、第１実施形態の電池外装部材１０６の金属層１０６ｂと第１の樹脂層１０６ａとの間にさらに第３の樹脂層１０６ｅを新たに付与し、同様に下部電池外装部材１０７の金属層１０７ｂと第１の樹脂層１０７ａとの間にさらに第３の樹脂層１０７ｅを付与したものであり、当該薄型電池１０のその他の構成要素は、第１実施形態と同様である。なお、電池外装部材１０６、１０７の第１の樹脂層１０６ａ、１０７ａを、正極端子及び負極端子の近傍のみに配置されるシールフィルムとしても良い。
【００４６】
上部電池外装部材１０６の３つの樹脂層１０６ｃ、１０６ａ、１０６ｅのヤング率の関係は、第１の樹脂層１０６ａのヤング率が第２の樹脂層のヤング率に対して５〜５５％であり、第３の樹脂層１０６ｅのヤング率が第１の樹脂層１０６ｂのヤング率に対して９０〜１００％となるような関係を有している。同様に、下部電池外装部材１０７の３つの樹脂層１０７ｃ、１０７ａ、１０７ｅのヤング率の関係は、第１の樹脂層１０７ａのヤング率が第２の樹脂層１０７ｃのヤング率に対して５〜５５％であり、第３の樹脂層１０７ｅのヤング率が第１の樹脂層１０７ａのヤング率に対して９０〜１００％となるような関係を有している。
【００４７】
そして、上部電池外装部材１０６の第３の樹脂層１０６ｅは、第１の樹脂層１０６ａと直列接続され、図１４に示すように新たな第１のバネ部Ｋ’及び減衰要素Ｃ’を形成する。同様に、下部電池外装部材１０７の第３の樹脂層１０７ｅは、第１の樹脂層１０７ａと直列接続され、同図に示すように新たな第１のバネ部Ｋ’及び減衰要素Ｃ’を形成する。端子導出部１１１のマス-バネ系モデルにおいて、直列接続された新たな第１のバネ部Ｋ’及び減衰要素Ｃ’を形成することにより、第１の樹脂層１０６ａ、１０７ａと金属層１０６ｂ、１０７ｂとによる動吸振器としての動的バネ特性を効率的に低減する。
【００４８】
特に第３の樹脂層１０６ｅ、１０７ｅのヤング率が、第１の樹脂層１０６ａ、１０７ａのヤング率に対して９０〜１００％となるように設定することにより、端子導出部１１１のマスバネ系における動的バネ特性がヤング率の低い樹脂層に一方的に依存するのを防止し、端子導出部における共振周波数の移行が容易となる。
【００４９】
図１５は、第３実施形態に係る薄型電池の端子導出部における縦軸に加振振幅と応答振幅との比である振動伝達率、横軸に周波数の振動伝達率スペクトルを示す。同図に示すように、例えば、主たる加振振動数が約１００Ｈｚ以下に特に集中する車両等での薄型電池の使用する場合において、本発明の第３実施形態に係るチューニングにより、端子導出部の共振周波数を約１００Ｈｚ以上に移行させて加振振動数から離遠させることにより、加振に対する共振を防止して薄型電池を有効に活用することが可能となる。なお、加振振動数は約１００Ｈｚ以下に特に限定されず、それ以上の加振振動数に対しても、上記のチューニングを行うことが可能である。
【００５０】
この第３実施形態に係る薄型電池を単位電池として用いて、第１実施形態と同様に当該薄型電池を複数接続した組電池、当該組電池を複数接続した複合組電池、及び当該複合組電池を車両に車載することが可能である。
【００５１】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００５２】
【実施例】
以下、本発明をさらに具体化した実施例及び比較例により本発明の効果を確認した。以下の実施例は、上述した実施形態で用いた薄型電池の効果を確認するためのものである。
【００５３】
実施例１
実施例１の薄型電池は、正極端子に厚さ１００μｍのアルミニウム（Ａｌ）箔、負極端子に厚さ１００μｍの銅（Ｃｕ）箔、正極活性物質にマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）、負極活性物質に非結晶性炭素材、電解液にプロピレンカーボネート（ＰＣ）及びエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）の混合液を用いた。また、第１の樹脂層に膜厚８０μｍのポリエチレン（ＰＥ）樹脂フィルム、金属層に膜厚４０μｍのアルミニウム（Ａｌ）箔、第２の樹脂層に膜厚２０μｍのナイロン樹脂フィルムを図２のように積層した高分子金属複合フィルムを上部電池外装部材及び下部電池外装部材として用いて縦１４０ｍｍ×横８０ｍｍ×厚さ４ｍｍの薄型電池を作製した。なお、第１の樹脂層のポリエチレン樹脂フィルムのヤング率は、０．０８×１０−１０Ｎ／ｍ２であり、第２の樹脂層のナイロン樹脂フィルムのヤング率は、０．２５×１０−１０Ｎ／ｍ２である。従って、第２の樹脂層のヤング率に対する第１の樹脂層のヤング率の比率は３２％であり、正極端子及び負極端子の厚さは、金属層の膜厚に対して２．５倍となった。実施例１において作製した薄型電池の条件を表１に示す。
【００５４】
【表１】
0003719235.tif 000003
【００５５】
この薄型電池について、加速度比の測定及び平均減衰率の測定を行った。加速度比の測定は、当該薄型電池の端子の略中央部に加速度ピックアップを設定し、１０Ｈｚ、５０Ｈｚ、１００Ｈｚでそれぞれ強制加振したときに得られる応答振動の加速度値を測定した。この際、比較例に対する加速度値を基準にして比率を算出することにより加速度比を算出した。なお、実施例１に対する基準は後述する比較例１である。この加速度比は、その値が１．０のときは、実施例と比較例の加速度の絶対値が同一であることを示し、加速度比の値が０．０〜１．０のときは、強制加振に対して応答振動が低減したことを示し、加速度比の値が１．０以上のときは強制振動に共振して応答振動が増幅されたことを意味する。
【００５６】
また、平均低減率の測定は、上述の加速度比を１０〜３００Ｈｚで測定し、その低減率を平均化したものであり、数値が大きいほど、全体的に振動が低減されたことを示す。
【００５７】
この結果、表２に示すように実施例１における加速度比測定では、１０Ｈｚ：０．２７、５０Ｈｚ：０．３２、１００Ｈｚ：０．３０となり、各加振振動数において振動の低減が確認された。また、実施例１における平均低減率の測定は約５０％となり、全体として振動の低減が確認された。なお、本実施例の振動伝達スペクトルは図４に示すように、共振周波数が移行して約１００Ｈｚ以上になっていることが確認され、本実施例の第１固有振動数は比較例１の第１固有振動数に対して高周波数側への移行量は約５０Ｈｚ分移行した。
【００５８】
【表２】
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【００５９】
実施例２
実施例２の薄型電池には、実施例１と同様の正極活性物質、負極活性物質、電解液を用い、正極端子に厚さ２００μｍのアルミニウム（Ａｌ）箔、負極端子に厚さ２００μｍのニッケル（Ｎｉ）箔を用いた。また、第１の樹脂層に膜厚８０μｍのポリエチレン（ＰＥ）樹脂フィルム、金属層に膜厚４０μｍのアルミニウム（Ａｌ）箔、第２の樹脂層に膜厚２０μｍのナイロン樹脂フィルム、そして第１の樹脂層と金属層との界面にウレタン系接着剤の接着層を設けた図１２に示すような高分子金属複合フィルムを上部電池外装部材及び下部電池外装部材として用いて縦１４０ｍｍ×横８０ｍｍ×厚さ４ｍｍの薄型電池を作製した。なお、第１の樹脂層のポリエチレン樹脂フィルムのヤング率は、０．０８×１０−１０Ｎ／ｍ２であり、第２の樹脂層のナイロン樹脂フィルムのヤング率は、０．２５×１０−１０Ｎ／ｍ２である。従って、第２の樹脂層のヤング率に対する第１の樹脂層のヤング率の比率は３２％であり、正極端子及び負極端子の厚さは、金属層の膜厚に対して５．０倍となった。実施例２において作製した薄型電池の条件を表１に示す。
【００６０】
この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、加速度比測定及び平均低減率測定を行った。その結果、表２に示すように、加速度比測定においては、基準に対して、１０Ｈｚ：０．２５、５０Ｈｚ：０．３、１００Ｈｚ：０．２９となり、各加振振動数において振動の低減が確認された。また、実施例２における平均低減率測定は約４０％となり、全体として振動の低減が確認された。なお、本実施例の第１固有振動数は比較例１の第１固有振動数に対して高周波数側に約６０Ｈｚ分移行し、約１００Ｈｚ以上に位置した。
【００６１】
実施例３
実施例３の薄型電池には、実施例１と同様の正極活性物質、負極活性物質、電解液を用い、正極端子に厚さ１００μｍのアルミニウム（Ａｌ）箔、負極端子に厚さ１００μｍの鉄（Ｆｅ）箔を用いた。また、第１の樹脂層に膜厚４０μｍの変性ポリプロピレン（ＰＰ）、金属層に膜厚５０μｍのアルミニウム（Ａｌ）箔、第２の樹脂層に膜厚２５μｍのナイロン樹脂フィルム、そして第１の樹脂層と金属層との間に膜厚４０μｍのポリプロピレン（ＰＰ）樹脂フィルムの第３の樹脂層を図１３に示すように積層した高分子金属複合フィルムを上部電池外装部材及び下部電池外装部材として用いて、縦１４０ｍｍ×横８０ｍｍ×厚さ４ｍｍの薄型電池を作製した。実施例３で作製した薄型電池の条件を表１に示す。なお、第１の樹脂層の変性ポリプロピレンのヤング率は、０．１２×１０−１０Ｎ／ｍ２であり、第２の樹脂層のナイロン樹脂フィルムのヤング率は、０．２５×１０−１０Ｎ／ｍ２であり、第３の樹脂層のポリプロピレンのヤング率は、０．１３×１０−１０Ｎ／ｍ２である。従って、第２の樹脂層のヤング率に対する第１の樹脂層のヤング率の比率は４８％であり、第１の樹脂層のヤング率に対する第３の樹脂層のヤング率の比率は約９２％であり、正極端子及び負極端子の厚さは、金属層の膜厚に対して２．０倍となった。実施例３において作製した薄型電池の条件を表１に示す。
【００６２】
この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、加速度比測定及び平均低減率測定を行った。その結果、表２に示すように、加速度比測定においては、基準に対して、１０Ｈｚ：０．３０、５０Ｈｚ：０．３５、１００Ｈｚ：０．３４となり、各加振振動数において振動の低減が確認された。また、実施例３における平均低減率測定は約４５％となり、全体として振動の低減が確認された。なお、本実施例の振動伝達スペクトルは図１５に示すように、共振周波数が移行して１００Ｈｚ以上になっていることが確認され、本実施例の第１固有振動数は比較例２の第１共振周波数に対して高周波側に約４０Ｈｚ分移行した。
【００６３】
実施例４
実施例４の薄型電池には、正極端子に厚さ２５０μｍのアルミニウム（Ａｌ）箔、負極端子に厚さ２５０μｍのニッケル（Ｎｉ）箔を用い、その他の構成要素については実施例３と同様のものを用いて、縦１４０ｍｍ×横８０ｍｍ×厚さ４ｍｍの薄型電池を作製した。実施例４で作製した薄型電池の条件を表１に示す。
【００６４】
この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、加速度比測定及び平均低減率測定を行った。その結果、表２に示すように、加速度比測定においては、基準に対して１０Ｈｚ：０．２７、５０Ｈｚ：０．３２、１００Ｈｚ：０．３３となり、各加振振動数において振動の低減が確認された。また、実施例４における平均低減率測定は約５０％となり、全体として振動の低減が確認された。なお、本実施例の第１共振周波数は比較例２の第１共振周波数に対して高周波数側に約８０Ｈｚ分移行し、１００Ｈｚ以上に位置した。
【００６５】
比較例１
比較例１の薄型電池は、電池外装部材の第２の樹脂層に膜厚２０μｍ、ヤング率０．１２×１０−１０Ｎ／ｍ２のナイロン樹脂フィルムを用い、薄型電池の他の構成要素は実施例１と同様である。なお、第２の樹脂層のヤング率に対する第１の樹脂層のヤング率の比率は約６７％である。
【００６６】
比較例２
比較例２の薄型電池は、電池外装部材の第２の樹脂層に膜厚２５μｍ、ヤング率０．１２×１０−１０Ｎ／ｍ２のナイロン樹脂フィルムを用い、薄型電池の他の構成要素は実施例３と同様である。なお、第２の樹脂層のヤング率に対する第１の樹脂層のヤング率の比率は約９２％である。
【００６７】
考察
実施例１〜４と比較例１、２とを比較して、共振周波数を移行させて加振周波数から離し、全体周波数において振動が低減されていることが確認され、実施例１〜４の薄型電池は印加される振動に対して強い構造を有することが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図、図１（Ｂ）は（Ａ）のII−II線に沿う断面図である。
【図２】図１（Ａ）のIII部の拡大断面図である。
【図３】図２の端子導出部のマスバネ系モデルである。
【図４】本発明の第１実施形態に係る端子導出部での振動伝達率スペクトルを示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施形態に係る複数の薄型電池の接続構造を示す図であり、図５（Ａ）は並列接続を示し、図５（Ｂ）は比較のための直列接続を示す。
【図６】本発明の第１実施形態に係る複数の薄型電池の他の接続構造を示す図であり、図６（Ａ）は並列接続を示し、図６（Ｂ）は比較のための直列接続を示す。
【図７】本発明の第１実施形態に係る複数の薄型電池により構成される組電池の斜視図である。
【図８】図８（Ａ）は図７の組電池の平面図、図８（Ｂ）は図７の組電池の正面図、図８（Ｃ）は図７の組電池の側面図である。
【図９】図７の組電池により構成される複合組電池の斜視図である。
【図１０】図１０（Ａ）は図９の複合組電池の平面図、図１０（Ｂ）は図９の複合組電池の正面図、図１０（Ｃ）は図９の複合組電池の側面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態に係る複合組電池を車両に搭載した模式図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る端子導出部の拡大断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る端子導出部の拡大断面図である。
【図１４】図１３のマスバネ系モデルである。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る端子導出部での振動伝達率スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
１…車両
１０…薄型電池
１０ａ…第１の薄型電池
１０ｂ…第２の薄型電池
１０１…正極板
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１０４…正極端子
１０５…負極端子
１０６…上部電池外装部材
１０６ｃ…第２の樹脂層
１０６ｂ…金属層
１０６ａ…第１の樹脂層
１０６ｄ…接着層
１０６ｅ…第３の樹脂層
１０７…下部電池外装部材
１０７ｃ…第２の樹脂層
１０７ｂ…金属層
１０７ａ…第１の樹脂層
１０７ｄ…接着層
１０７ｅ…第３の樹脂層
１０９…発電要素
１１０…熱融着領域
１１１…端子導出部
２０…組電池
２１ａ…第１のバスバー
２１ｂ…第２のバスバー
２２…組電池用正極端子
２３…組電池用負極端子
２４…充填剤
２５…組電池用カバー
２６…外部弾性体
３０…複合組電池
３１…外部接続用正極端子
３２…外部接続用負極端子
３３…絶縁カバー
３４…連結部材
３５…固定ネジ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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