(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の合成樹脂層を有する封止手段を備え、
正極端子及び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、
前記封止手段の前記２以上の合成樹脂層は、延伸処理されていない未延伸合成樹脂層と、延伸処理された延伸合成樹脂層と、を含む薄型電池。
【請求項２】
前記封止手段が、少なくとも１以上の金属層をさらに有する請求項１記載の薄型電池。
【請求項３】
前記未延伸合成樹脂層が、前記合成樹脂層のうちで、前記正極端子及び／又は前記負極端子の最も近傍に配置される請求項１又は２記載の薄型電池。
【請求項４】
前記未延伸合成樹脂層が、前記正極端子及び／又は前記負極端子に接触するように配置される請求項１〜３の何れかに記載の薄型電池。
【請求項５】
前記合成樹脂層が、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、又はアイオノマーからなる群より選ばれる材料を含む請求項１〜４の何れかに記載の薄型電池。
【請求項６】
前記正極端子が、アルミニウム、鉄、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１〜５の何れかに記載の薄型電池。
【請求項７】
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１〜６の何れかに記載の薄型電池。
【請求項８】
前記未延伸合成樹脂層及び前記延伸合成樹脂層は、前記金属層と前記正極端子及び／又は前記負極端子との間に配置されている請求項２〜７の何れかに記載の薄型電池。
【請求項９】
１〜１０ｍｍの厚さを有する請求項１〜８の何れかに記載の薄型電池。
【請求項１０】
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１〜９の何れかに記載の薄型電池。
【請求項１１】
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１０記載の薄型電池。
【請求項１２】
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１〜１１の何れかに記載の薄型電池。
【請求項１３】
前記炭素系材料が、非結晶性炭素材である請求項１２記載の薄型電池。
【請求項１４】
請求項１〜１３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する複数の接続手段と、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を並置し、
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１５】
請求項１〜１３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１６】
請求項１４又は１５記載の組電池を電気的に接続した複数の組電池を有する複合組電池であって、
前記各組電池が、外部と電気的に接続する組電池用正極端子及び組電池用負極端子を有し、
一の前記組電池の組電池用正極端子又は組電池用負極端子の一方と、他の前記組電池の組電池用他極端子とを電気的に接続した少なくとも２以上の前記組電池を含む複合組電池。
【請求項１７】
請求項１４又は１５記載の組電池を電気的に接続した複数の組電池を有する復号組電池であって、
前記各組電池が、外部と電気的に接続する組電池用正極端子及び組電池用負極端子を有し、
一の前記組電池の組電池用正極端子と、他の前記組電池の組電池用負極端子とを電気的に接続し、
前記一の組電池の組電池用負極端子と、前記他の組電池の組電池用負極端子とを電気的に接続した少なくとも２以上の前記組電池を含む複合組電池。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に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、特に印加される外力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等の外力が増加する。この外力により、特に薄型電池の端子が引張られ或いは押されて、電池外装部材からの当該端子の導出部（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以上の合成樹脂層を有する封止手段を備え、正極端子及び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、前記封止手段の前記２以上の合成樹脂層は、延伸処理されていない未延伸合成樹脂層と、延伸処理された延伸合成樹脂層と、を含む薄型電池が提供される（請求項１参照）。
【０００５】
本発明では、薄型電池の２以上の合成樹脂層を有する封止手段の合成樹脂層に、延伸処理されていない未延伸合成樹脂層と、延伸処理された延伸樹脂層と、を含ませることにより、外部から印加される外力による端子導出部の剥離を著しく減少することが可能となり、印加される外力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。
【０００７】
実施形態
図１（Ａ）は本発明の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Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。図２は図１（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。図３は本発明の実施形態に係る電池外装部材の第１の樹脂層及びシールフィルムの延伸方向を示す薄型電池の上面模式図である。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。
【０００８】
まず図１を参照しながら、本発明の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、シールフィルム１０８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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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、端子と後述するシールフィルムとの間の界面での引張り応力の発生を極力抑制することが可能となる。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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後述するシールフィルムの応力の発生を比較的小さく抑えることが出来る。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。
【００１７】
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、正極端子１０４の側から薄型電池の外側に向かって、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。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及び下部電池外装部材１０７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。
【００１８】
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、正極端子１０４の側から薄型電池の外側に向かって、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。また、図２には正極端子１０４の断面図を示したが、負極端子側の断面も同様の構造である。
【００１９】
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、電池外装部材自体の強度を向上させることが可能となる。特に、本発明の実施形態においては、後述するように、延伸樹脂フィルムに比べて強度に劣る未延伸樹脂フィルムを使用することにより薄型電池自体の強度が低下する可能性があるが、電池外装部材に金属層を付与することで当該電池外装部材全体の強度を維持することが可能となる。
【００２０】
一般に、フィルム状の樹脂は、引張り強度を向上させるために、所定の方向に延伸処理が行われる。この延伸処理がなされた方向には、当該樹脂フィルムは伸びにくく、これに対して未延伸方向には、残留伸びが内在しており伸び易い。従って、いずれの方向にも延伸処理されていない未延伸樹脂フィルムを用いると、その残留伸びで引張り応力を吸収することが可能となり、端子導出部が相対的に強い構造を有することとなる。
【００２１】
本発明の実施形態においては、上述の電池外装部材１０６、１０７を構成する第１の樹脂層１０６ａ、１０７ａが、図３に示すように、同図中のＸ軸方向に延伸処理された１軸延伸樹脂フィルムで構成され、第２の樹脂層１０６ｃ、１０７ｃが、Ｙ軸方向より強くＸ軸方向（端子導出方向）に延伸処理されている２軸延伸樹脂フィルムで構成されている。なお、図３において第２の樹脂層は特に図示しない。
【００２２】
さらに、本発明の実施形態においては、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と電池外装部材１０６、１０７とが接触する部分にポリエチレン、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シールフィルム１０８（封止手段）が介在されている。同様に、電池外装部材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と電池外装部材１０６、１０７とが接触する部分にシールフィルム１０８が介在している。
【００２３】
これらシールフィルム１０８は、延伸処理されていない未延伸樹脂フィルムで構成され、その結果、電池外装部材１０６、１０７と端子１０４、１０５との熱融着された端子導出部は、残留伸びにより引張り応力を吸収することが可能となっている。
【００２４】
また、電池外装部材及びシールフィルムを、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、金属からなる端子との良好な融着性を確保することが可能となる。
【００２５】
なお、電池外装部材を構成する層数は上記に限定されず、必要とされる層数を適宜設定することが可能である、なお、シールフィルムを介在させずに電池外装部材の第１の樹脂層を熱融着して直接的に端子を封止しても良く、或いはシールフィルム１０８が電池外装部材に予め含まれても良い。
【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を熱融着などの方法により封止する。
【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、端子とシールフィルムとの界面に応力を伝達する可能性が低くなるとともに、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】
なお、外部から印加される振動に対して強い構造を得るために、電池外装部材１０６、１０７を構成する樹脂層及びシールフィルム１０８のうちの少なくとも一つの樹脂層に未延伸樹脂フィルムを用いることで、必要に応じた強度を得ることが出来る。以下に、それら変形例について説明する。なお、いずれの変形例においても、第２の樹脂層は、Ｙ軸方向より強くＸ軸方向（端子導出方向）に延伸処理されている２軸延伸樹脂フィルムである。なお、図４、６〜１１において第２の樹脂層は特に図示しない。
【００３０】
図４は本発明の実施形態に係る電池外装部材の第１の樹脂層及びシールフィルムの延伸方向を示す薄型電池の変形例１の上面模式図、図５は図４の構成の薄型電池の端子導出部応力-伸び変位グラフである。
【００３１】
図４に示すように、変形例１では、シールフィルム１０８に未延伸樹脂フィルムを用い、第１の樹脂層１０６ａ、１０７ａにＹ軸方向に延伸処理された１軸延伸樹脂フィルムを用いる。薄型電池１０のその他の構成は、上述の実施形態の場合と同様の構成である。この変形例１において、第１の樹脂層１０６ａ、１０７ａは、Ｘ軸方向には未延伸であるため、シールフィルム１０８よりその伸び率は少ないが、残留伸びを有する。その結果、図５に示すように、まず、端子１０４、１０５の近傍に配置された未延伸樹脂フィルムからなるシールフィルム１０８に伸びが生じ、その後、１軸延伸樹脂フィルムからなる第１の樹脂層１０６ａ、１０７ａに伸びが生じる。
【００３２】
図６は本発明の実施形態に係る電池外装部材の第１の樹脂層及びシールフィルムの延伸方向を示す薄型電池の変形例２の上面模式図である。同図に示すように、変形例２では、シールフィルム１０８に未延伸樹脂フィルムを用い、第１の樹脂層１０６ａ、１０７ａにＸ軸方向及びＹ軸方向に延伸処理された２軸延伸樹脂フィルムを用いる。薄型電池１０のその他の構成は、上述の実施形態の場合と同様の構成である。なお、同図中の矢印の太さは延伸処理の強弱を示しており、同図においてはＹ軸方向よりＸ軸方向に強い延伸処理がされていることを示している。
【００３３】
図７は本発明の実施形態に係る電池外装部材の第１の樹脂層及びシールフィルムの延伸方向を示す薄型電池の変形例３の上面模式図である。同図に示すように、変形例３では、上述の変形例２と同様に、シールフィルム１０８に未延伸樹脂フィルムを用い、第１の樹脂層１０６ａ、１０７ａにＸ軸方向及びＹ軸方向に延伸処理された２軸延伸樹脂フィルムを用いる。変形例２との相違点は、シールフィルム１０８に未延伸樹脂フィルムを用い、第１の樹脂層１０６ａ、１０７ａにＸ軸方向及びＹ軸方向に延伸処理された２軸延伸樹脂フィルムを用いており、Ｘ軸方向よりＹ軸方向に強く延伸処理がされている。薄型電池１０のその他の構成は、上述の実施形態の場合と同様の構成である。
【００３４】
図８は本発明の実施形態に係る電池外装部材の第１の樹脂層及びシールフィルムの延伸方向を示す薄型電池の変形例４の上面模式図である。同図に示すように、変形例４では、シールフィルム１０８に未延伸樹脂フィルムを用い、第１の樹脂層１０６ａ、１０７ａに同図中Ｘ軸軸に対して４５度の方向に延伸処理された１軸延伸樹脂フィルムを用いる。薄型電池１０のその他の構成は、上述の実施形態の場合と同様の構成である。
【００３５】
以上のように、外力が最も印加される端子の近傍に位置するシールフィルムを未延伸樹脂フィルムとすることにより、当該端子から生じる薄型電池内部の応力を吸収することが可能となり、薄型電池の他の構成要素に応力が伝達するのを効果的に回避することが可能となる。
【００３６】
図９は本発明の実施形態に係る電池外装部材の第１の樹脂層及びシールフィルムの延伸方向を示す薄型電池の変形例５の上面模式図、図１０は変形例６の上面模式図、図１１は変形例７の上面模式図である。
【００３７】
さらに、シールフィルム１０８を延伸樹脂フィルムとし、第１の樹脂層１０６ａ、１０７ａを未延伸樹脂フィルムとすることも可能であり、変形例５では、図９に示すように、シールフィルム１０８にＹ軸方向に延伸処理された１軸延伸樹脂フィルムを用い、変形例６では、図１０に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に延伸処理された２軸延伸樹脂フィルムを用い、変形例７では、図１１に示すように、同図中Ｘ軸に対して４５度の方向に延伸処理された１軸延伸樹脂フィルムを用いる。なお、図１０に示す変形例６において、シールフィルム１０８の延伸処理はＸ軸方向よりＹ軸方向に強く延伸処理されている。薄型電池１０のその他の構成は、上述の実施形態と同様の構成である。
【００３８】
以上のように、薄型電池の電池外装部材、シールフィルムの何れかに未延伸樹脂フィルムを用いることにより、外部から印加される外力による端子導出部の剥離を著しく減少し、印加される外力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り、当該薄型電池の寿命をより長く確保することが可能となる。
【００３９】
なお、延伸樹脂の延伸方向は上述の方向に限定されるものではなく、例えばＸ軸に−４５度の方向などでも良い。また、シールフィルム、電池外装部材の第１の樹脂層及び第２の樹脂層の、延伸樹脂及び未延伸樹脂の組み合わせは、上述の組み合わせに限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定することが出来る。
【００４０】
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。
【００４１】
図１２は本発明の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１２（Ａ）は並列接続を示し、図１２（Ｂ）は比較のための直列接続を示す。図１３は本発明の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１３（Ａ）は並列接続を示し、図１３（Ｂ）は比較のための直列接続を示す。図１４は本発明の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１５（Ａ）は図１４の組電池の平面図、図１５（Ｂ）は図１４の組電池の正面図、図１５（Ｃ）は図１４の組電池の側面図、図１６は図１４の組電池より構成される複合組電池の斜視図、図１７（Ａ）は図１６の複合組電池の平面図、図１７（Ｂ）は図１６の複合組電池の正面図、図１７（Ｃ）は図１６の複合組電池の側面図、図１８は本発明の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。
【００４２】
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１２（Ａ）及び図１３（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。
【００４３】
一つ目の接続構造は、図１２（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。
【００４４】
二つ目の接続構造は、図１３（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。
【００４５】
図１２（Ｂ）及び図１３（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１２（Ｂ）及び図１３（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、端子とシールフィルム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。
【００４６】
図１４及び図１５（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から構成される組電池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。
【００４７】
図１６及び図１７（Ａ）〜（Ｃ）は、図１４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１６及び図１７（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。
【００４８】
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１６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１７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。
【００４９】
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。
【００５０】
図１８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シールフィルム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。
【００５１】
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。
【００５２】
また、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。
【００５３】
【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。
【００５４】
実施例１
実施例１の薄型電池には、正極端子にアルミニウム（Ａｌ）、負極端子にニッケル（Ｎｉ）を用いた。また、シールフィルムに未延伸のポリプロピレン（ＰＰ）樹脂フィルム、第１の樹脂層に図３に示すようにＸ軸方向に延伸処理した１軸延伸のポリプロピレン（ＰＰ）樹脂フィルム、金属層にアルミニウム（Ａｌ）箔、第２の樹脂層にＹ軸方向よりＸ軸方向に強く延伸処理した２軸延伸ナイロン樹脂フィルムを積層した上部電池外装部材及び下部電池外装部材を用いた。さらに、正極活性物質にはマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）、負極活性物質には非結晶性炭素、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）の混合液を用いて、縦１４０［ｍｍ］×横８０［ｍｍ］×厚み４［ｍｍ］の薄型電池を作製した。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。
【表１】
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この薄型電池について、引張り試験及び振動試験を行った。引張り試験は、薄型電池の端子と上部電池外装部材及び下部電池外装部材とをＪＩＳ・Ｋ６８３０の自動車用シーリング材試験方法に記載される引張り強さ試験方法に準拠する試験を行った。ここで、引張り試験中の伸び量を算出し、同一条件の試験での基準サンプルの伸び量との伸び比率を％で算出した。なお、引張り試験における基準サンプルは、シールフィルムの樹脂及び電池外装部材の第１の樹脂層にＸ軸方向の１軸延伸樹脂フィルムを用いた後述する比較例１の薄型電池である。
【００５５】
また、振動試験は、実施例で得られた薄型電池について、ＪＩＳ・Ｋ６３８５の防振ゴムの試験方法に準拠される加振を２０時間行い、その後の薄型電池を目視、電解液の臭気より確認し、端子とシールフィルムの界面剥離の有無を確認した。この結果、表２に示すように実施例１では基準に対して１５０％の伸びの許容が確認され、振動試験後の端子とシールフィルムとの間に剥離は確認されなかった。図１９に実施例１の薄型電池の端子導出部の断面写真を示す。図１９において、延伸樹脂フィルムと未延伸樹脂フィルムとの間に界面が生じていることにより、未延伸樹脂フィルムに伸びが生じていることが明確に観察することが出来る。
【表２】
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実施例２
実施例２の薄型電池には、実施例１と同様の正極端子、正極活性物質、負極活性物質、電解液を用いた。また、負極端子に銅（Ｃｕ）を用い、シールフィルムに未延伸のポリプロピレン（ＰＰ）樹脂フィルム、第１の樹脂層に図４に示すようにＹ軸方向に延伸処理した１軸延伸のポリプロピレン（ＰＰ）樹脂フィルム、金属層にアルミニウム（Ａｌ）箔、第２の樹脂層にＹ軸方向よりＸ軸方向に強く延伸処理した２軸延伸ナイロン樹脂フィルムを積層した上部電池外装部材及び下部電池外装部材を用いて、縦１４０［ｍｍ］×横８０［ｍｍ］×厚さ４［ｍｍ］の薄型電池を作製した。実施例２で作製した薄型電池の条件を表１に示す。
【００５６】
この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、引張り試験と振動試験を行った。その結果、表２に示すように、基準に対して１６０％の伸びの許容があることが確認され、振動試験後の端子とシールフィルムとの間に剥離は確認されなかった。
【００５７】
実施例３
実施例３の薄型電池には、実施例１と同様の正極端子、負極端子、正極活性物質、負極活性物質、電解液を用いた。また、シールフィルムに未延伸のポリプロピレン（ＰＰ）樹脂フィルム、第１の樹脂層に図６に示すようにＸ軸方向及びＹ軸方向に２軸延伸処理し、同図中のＸ軸方向に強く延伸処理したポリプロピレン（ＰＰ）樹脂フィルム、金属層にアルミニウム（Ａｌ）箔、第２の樹脂層にＹ軸方向よりＸ軸方向に強く延伸処理した２軸延伸ナイロン樹脂フィルムを積層した上部電池外装部材及び下部電池外装部材を用いて、縦１４０［ｍｍ］×横８０［ｍｍ］×厚み４［ｍｍ］の薄型電池を作製した。この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、引張り試験と振動試験を行った。その結果、表２に示すように、基準に対して１４８％の伸びの許容があることが確認され、振動試験後の端子とシールフィルムとの間に剥離は確認されなかった。
【００５８】
実施例４
実施例４の薄型電池には、実施例３と同様の正極端子、負極端子、正極活性物質、負極活性物質、電解液を用いた。また、シールフィルムに未延伸のポリプロピレン（ＰＰ）樹脂フィルム、第１の樹脂層に図７に示すようにＸ軸方向及びＹ軸方向に２軸延伸処理し、同図中のＹ軸方向の延伸処理がＸ軸方向の延伸処理より強いポリプロピレン（ＰＰ）樹脂フィルム、金属層にアルミニウム（Ａｌ）箔、第２の樹脂層にＹ軸方向よりＸ軸方向に強く延伸処理された２軸延伸ナイロン樹脂フィルムを積層した上部電池外装部材及び下部電池外装部材を用いて、縦１４０［ｍｍ］×横８０［ｍｍ］×厚み４［ｍｍ］の薄型電池を作製した。この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、引張り試験と振動試験を行った。その結果、表２に示すように、基準に対して１５８％の伸びの許容があることが確認され、振動試験後の端子とシールフィルムとの間に剥離は確認されなかった。
【００５９】
実施例５
実施例５の薄型電池には、実施例１と同様の正極端子、負極端子、正極活性物質、負極活性物質、電解液を用いた。また、シールフィルムに未延伸のポリエチレン（ＰＥ）樹脂フィルム、第１の樹脂層に図８に示すようにＸ軸に対して４５°の方向に延伸処理した１軸延伸のポリエチレン（ＰＥ）樹脂フィルム、金属層にアルミニウム（Ａｌ）箔、第２の樹脂層にＹ軸方向よりＸ軸方向に強く延伸処理した２軸延伸ナイロン樹脂フィルムを積層した上部電池外装部材及び下部電池外装部材を用いて、縦１４０［ｍｍ］×横８０［ｍｍ］×厚み４［ｍｍ］の薄型電池を作製した。この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、引張り試験と振動試験を行った。その結果、表２に示すように、基準に対して１５５％の伸びの許容があることが確認され、振動試験後の端子とシールフィルムとの間に剥離は確認されなかった。
【００６０】
実施例６
実施例５の薄型電池には実施例１と同様の正極端子、負極端子、正極活性物質、負極活性物質、電解液を用いた。また、シールフィルムに図１０に示すようにＹ軸方向に延伸処理された１軸延伸ポリエチレン（ＰＥ）樹脂フィルム、第１の樹脂層に未延伸ポリエチレン（ＰＥ）樹脂フィルム、金属層にアルミニウム（Ａｌ）箔、第２の樹脂層にＹ軸方向よりＸ軸方向に強く延伸処理した２軸延伸ナイロン樹脂フィルムを積層した上部電池外装部材及び下部電池外装部材を用いて、縦１４０［ｍｍ］×横８０［ｍｍ］×厚み８［ｍｍ］の薄型電池を作製した。この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、引張り試験と振動試験を行った。その結果、表２に示すように、基準に対して１５０％の伸びの許容があることが確認され、振動試験後の端子とシールフィルムとの間に剥離は確認されなかった。
【００６１】
実施例７
実施例７の薄型電池には実施例６と同様の正極端子、正極活性物質、負極活性物質、電解液を用いた。また、負極端子に鉄（Ｆｅ）を用い、シールフィルムに図１０に示すようにＸ軸方向及びＹ軸方向に延伸処理した２軸延伸で同図中のＹ軸方向の延伸処理がＸ軸方向の延伸処理より強いポリエチレン（ＰＥ）樹脂フィルム、第１の樹脂層に未延伸ポリエチレン（ＰＥ）樹脂フィルムの上部電池外装部材及び下部電池外装部材を用いて、縦１４０［ｍｍ］×横８０［ｍｍ］×厚み８［ｍｍ］の薄型電池を作製した。なお、実施例７では、金属層及び第２の樹脂層は積層しなかった。この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、引張り試験と振動試験を行った。その結果、表２に示すように、基準に対して１４０％の伸びの許容があることが確認され、振動試験後の端子とシールフィルムとの間に剥離は確認されなかった。
【００６２】
実施例８
実施例８の薄型電池には実施例６と同様の正極端子、負極端子、正極活性物質、負極活性物質、電解液を用いた。また、シールフィルムに図１１に示すようにＸ軸に対して４５°の方向に延伸処理した１軸延伸のポリエチレン（ＰＥ）樹脂フィルム、第１の樹脂層に未延伸ポリエチレン（ＰＥ）樹脂フィルムの上部電池外装部材及び下部電池外装部材を用いて、縦１４０［ｍｍ］×横８０［ｍｍ］×厚み８［ｍｍ］の薄型電池を作製した。なお、実施例８では、金属層、第２の樹脂層は積層しなかった。この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、引張り試験と振動試験を行った。その結果、表２に示すように、基準に対して１４５％の伸びの許容があることが確認され、振動試験後の端子とシールフィルムとの間に剥離は確認されなかった。
【００６３】
比較例１
比較例１として、正極端子にアルミニウム（Ａｌ）、負極端子にニッケル（Ｎｉ）、正極活性物質にマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）、負極活性物質には非結晶性炭素、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、さらにシールフィルムにＸ軸方向に延伸処理した、即ち端子の導出方向に延伸処理した１軸延伸ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂フィルム、電池外装部材の第１の樹脂層に端子の導出方向に延伸処理した１軸延伸ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂フィルムの上部電池外装部材及び下部電池外装部材を用いて、縦１４０［ｍｍ］×横８０［ｍｍ］×厚み４［ｍｍ］の薄型電池を作製した。この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、引張り試験と振動試験を行った。その結果、表２に示すように、振動試験後の端子とシールフィルムとの間に剥離が発生した。なお、引張り試験における当該比較例１が基準となるため、その伸びの許容は１００％である。
【００６４】
比較例２
比較例２として、比較例１と同様の正極端子、負極端子、正極活性物質、負極活性物質、電解液を用い、さらにシールフィルムに端子の導出方向に延伸処理した１軸延伸ポリエチレン（ＰＥ）樹脂フィルム、電池外装部材の第１の樹脂層に端子の導出方向に延伸処理した１軸延伸ポリエチレン（ＰＥ）樹脂フィルムの上部電池外装部材及び下部電池外装部材を用いて、縦１４０［ｍｍ］×横８０［ｍｍ］×厚み４［ｍｍ］の薄型電池を作製した。この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、引張り試験と振動試験を行った。その結果、表２に示すように、振動試験後の端子とシールフィルムとの間に剥離が発生した。なお、引張り試験における基準に対する伸びの許容は１０１％である。
【００６５】
考察
表２の結果からも明らかなように、比較例１及び比較例２の薄型電池と比較して、実施例１〜８の薄型電池はいずれも引張り強度が著しく向上し、所定の振動の印加後も、端子とシートフィルムとの間に界面剥離が発生せず、印加される外力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Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図２】図１（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電池外装部材の第１の樹脂層及びシールフィルムの延伸方向を示す薄型電池の上面模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電池外装部材の第１の樹脂層及びシールフィルムの延伸方向を示す薄型電池の変形例１の上面模式図である。
【図５】図４の構成の薄型電池の端子導出部応力変位グラフである。
【図６】本発明の実施形態に係る電池外装部材の第１の樹脂層及びシールフィルムの延伸方向を示す薄型電池の変形例２の上面模式図である。
【図７】本発明の実施形態に係る電池外装部材の第１の樹脂層及びシールフィルムの延伸方向を示す薄型電池の変形例３の上面模式図である。
【図８】本発明の実施形態に係る電池外装部材の第１の樹脂層及びシールフィルムの延伸方向を示す薄型電池の変形例４の上面模式図である。
【図９】本発明の実施形態に係る電池外装部材の第１の樹脂層及びシールフィルムの延伸方向を示す薄型電池の変形例５の上面模式図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る電池外装部材の第１の樹脂層及びシールフィルムの延伸方向を示す薄型電池の変形例６の上面模式図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る電池外装部材の第１の樹脂層及びシールフィルムの延伸方向を示す薄型電池の変形例７の上面模式図である。
【図１２】本発明の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１２（Ａ）は並列接続を示し、図１２（Ｂ）は比較のための直列接続を示す。
【図１３】本発明の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１３（Ａ）は並列接続を示し、図１３（Ｂ）は比較のための直列接続を示す。
【図１４】本発明の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１５】図１５（Ａ）は図１４の組電池の平面図、図１５（Ｂ）は図１４の組電池の正面図、図１５（Ｃ）は図１４の組電池の側面図である。
【図１６】図１４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１７】図１７（Ａ）は図１６の複合組電池の平面図、図１７（Ｂ）は図１６の複合組電池の正面図、図１７（Ｃ）は図１６の複合組電池の側面図である。
【図１８】本発明の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１９】実施例１の薄型電池の端子導出部の断面写真を示す。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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