(57)【要約】  接続部周りの無駄なスペースを低減することができ、エネルギー密度の大きな組電池を提供する。複数の集電体を備えた第１の積層電池、複数の集電体を備えた第２の積層電池、及び、第１の積層電池に備えられた複数の集電体と第２の積層電池に備えられた複数の集電体とを束ねて接続する接続部を有し、接続部において、第１の積層電池に備えられた複数の集電体と、第２の積層電池に備えられた複数の集電体とが、積層されて束ねられており、接続部における複数の集電体の積層方向と、積層電池における複数の集電体の積層方向とが交差している、組電池とする。
2013051138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の集電体を備えた第１の積層電池、
複数の集電体を備えた第２の積層電池、及び、
前記第１の積層電池に備えられた複数の集電体と前記第２の積層電池に備えられた複数の集電体とを束ねて接続する接続部
を有し、
前記接続部において、前記第１の積層電池に備えられた複数の集電体と、前記第２の積層電池に備えられた複数の集電体とが、積層されて束ねられており、
前記接続部における前記複数の集電体の積層方向と、前記積層電池における前記複数の集電体の積層方向とが交差している、組電池。
【請求項２】
前記接続部において、前記複数の集電体が束ねられて直列に接続されている、請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記接続部において、前記第１の積層電池に備えられた集電体と、前記第２の積層電池に備えられた集電体とが、交互に積層されている、請求項１又は２に記載の組電池。
【請求項４】
前記接続部における前記複数の集電体の積層方向と、前記積層電池における前記複数の集電体の積層方向とが略直交している、請求項１〜３のいずれかに記載の組電池。
【請求項５】
集電体が複数積層された第１の積層電池、
集電体が複数積層された第２の積層電池、及び、
前記第１の積層電池に備えられた集電体と前記第２の積層電池に備えられた集電体とを束ねて接続する接続部
を有し、
前記接続部において、前記第１の積層電池に備えられた集電体と、前記第２の積層電池に備えられた集電体とが、積層されて束ねられており、
前記接続部における前記集電体の積層方向と、前記積層電池における前記集電体の積層方向とが交差している、組電池。
【請求項６】
第１の積層電池に備えられた複数の集電体と第２の積層電池に備えられた複数の集電体との積層方向を、前記積層電池における前記複数の集電体の積層方向に対して交差させるように、第１の積層電池に備えられた複数の集電体と第２の積層電池に備えられた複数の集電体とを積層しながら束ねて接続する、組電池の製造方法。
【請求項７】
第１の積層電池に備えられた複数の集電体と第２の積層電池に備えられた複数の集電体とを積層しながら束ねて直列に接続し、接続部とする、接続工程と、
前記接続部における前記複数の集電体の積層方向と、前記積層電池における前記複数の集電体の積層方向とを交差させるように組み上げる、組み上げ工程と、
を備える、組電池の製造方法。
【請求項８】
前記接続工程において、前記第１の積層電池に備えられた集電体と、前記第２の積層電池に備えられた集電体とを、交互に積層する、請求項７に記載の組電池の製造方法。
【請求項９】
前記組み上げ工程において、前記接続部における前記複数の集電体の積層方向と、前記積層電池における前記複数の集電体の積層方向とを略直交させる、請求項７又は８に記載の組電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は積層電池を複数接続して組電池とする場合における接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保護の観点から、低公害車としての電気自動車やハイブリッド自動車等に適用するべく、高出力かつ高容量な電源が必要とされている。また、自動車等以外の分野においても、情報関連機器や通信機器等のモバイルツールの世界的な普及によって、当該モバイルツールを高性能化可能な電源が必要とされている。【０００３】
電源としてリチウム電池等の電池を用いる場合において、特に電気自動車やハイブリッド自動車等の車載用大型電源とする際は、単電池を複数積層して積層電池とし、さらには、当該積層電池を複数接続して組電池とすることが好ましい。特に複数の積層電池を直列に接続することで、高出力な組電池を得ることができ、車載用大型電源として好適に用いることが可能である。【０００４】
例えば、特許文献１においては、積層された複数の単電池の外周部において、当該複数の単電池を積層して電池束（積層電池）とし、さらには当該電池束を複数直列接続することで組電池を構成している。特許文献１によれば、簡単且つコスト効率良く電池束を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５２８７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された組電池にあっては、積層電池同士の接続部周りに無駄なスペースが多く、組電池全体としてのエネルギー密度が小さいという問題があった。【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、接続部周りの無駄なスペースを低減することができ、エネルギー密度の大きな組電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明者が鋭意研究を進めたところ、一の積層電池に備えられた複数の集電体と他の積層電池に備えられた複数の集電体とを束ねて直列接続する際、接続部における集電体の積層方向が、積層電池における単電池の積層方向とは異なる方向となるように、複数の集電体を積層して束ねることにより、接続部周りの無駄なスペースを低減できることを知見した。【０００９】
本発明は上記知見に基づいてなされたものである。すなわち、
本発明の第１の態様は、複数の集電体を備えた第１の積層電池、複数の集電体を備えた第２の積層電池、及び、第１の積層電池に備えられた複数の集電体と第２の積層電池に備えられた複数の集電体とを束ねて接続する接続部を有し、接続部において、第１の積層電池に備えられた複数の集電体と、第２の積層電池に備えられた複数の集電体とが、積層されて束ねられており、接続部における複数の集電体の積層方向と、積層電池における複数の集電体の積層方向とが交差している、組電池である。【００１０】
本発明において、「複数の集電体を束ねて接続する」とは、第１の積層電池と第２の積層電池とを直列又は並列に接続することを意味する。高出力な組電池とする観点からは、直列に束ねることが好ましい。例えば、第１の積層電池に備えられた複数の正極集電体と、第２の積層電池に備えられた複数の負極集電体とを束ねることで、第１の積層電池と第２の積層電池とを直列に接続することができる。「積層電池における複数の集電体の積層方向」とは、積層電池において、正極層等を介在させて積層された集電体の積層方向をいい、単電池の積層方向をいう。すなわち、積層電池において複数の集電体同士が接触して積層されることを意味するわけではない。【００１１】
本発明の第１の態様に係る接続部においては、第１の積層電池に備えられた集電体と、第２の積層電池に備えられた集電体とが、交互に積層されていることが好ましい。交互に積層することで、例えば超音波接合をした場合に、複数の集電体を強固に接合することができる。【００１２】
本発明の第１の態様においては、接続部における複数の集電体の積層方向と、積層電池における前記複数の集電体の積層方向とが略直交していることが好ましい。このようにすると、接続部周りの無駄なスペースを一層低減することができる。【００１３】
本発明の第２の態様は、第１の積層電池に備えられた複数の集電体と第２の積層電池に備えられた複数の集電体との積層方向を、積層電池における複数の集電体の積層方向に対して交差させるように、第１の積層電池に備えられた複数の集電体と第２の積層電池に備えられた複数の集電体とを積層しながら束ねて接続する、組電池の製造方法である。【００１４】
本発明の第２の態様のより具体的な態様としては、例えば、第１の積層電池に備えられた複数の集電体と第２の積層電池に備えられた複数の集電体とを積層しながら束ねて直列に接続し、接続部とする、接続工程と、接続部における複数の集電体の積層方向と、積層電池における複数の集電体の積層方向とを交差させるように組み上げる、組み上げ工程とを備えるものが挙げられる。【００１５】
本発明の第２の態様に係る接続工程においては、第１の積層電池に備えられた集電体と、第２の積層電池に備えられた集電体とを、交互に積層することが好ましい。交互に積層することで、例えば超音波接合をした場合に、複数の集電体を強固に接合することができる。【００１６】
本発明の第２の態様に係る組み上げ工程においては、接続部における複数の集電体の積層方向と、積層電池における複数の集電体の積層方向とを略直交させることが好ましい。このようにすると、接続部周りの無駄なスペースを一層低減することができる。【００１７】
或いは、上記本発明の第１の態様と同様の趣旨から、下記のような組電池としてもよい。すなわち、本発明の第３の態様は、集電体が複数積層された第１の積層電池、集電体が複数積層された第２の積層電池、及び、第１の積層電池に備えられた集電体と第２の積層電池に備えられた集電体とを束ねて接続する接続部を有し、接続部において、第１の積層電池に備えられた集電体と、第２の積層電池に備えられた集電体とが、積層されて束ねられており、接続部における集電体の積層方向と、積層電池における集電体の積層方向とが交差している、組電池である。【００１８】
ここで、「集電体が複数積層された積層電池」とは、集電体が正極層等を介して複数積層されてなる積層電池を意味するものであるが、これは、一の単電池が捲回されることにより、断面形状において、集電体が正極層等を介して複数積層されている形態をも含む概念である。すなわち、「捲回電池」が本発明にいう「積層電池」に含まれるものとする。この場合、第１の捲回電池から延びる集電体と第２の捲回電池から延びる集電体とを束ねて接続部を構成する際、接続部における集電体の積層方向と、積層電池における集電体の積層方向とが交差しているものとすればよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、一の積層電池に備えられた複数の集電体と他の積層電池に備えられた複数の集電体とを束ねて直列接続する際、接続部における集電体の積層方向が、積層電池における単電池の積層方向とは異なる方向となるように、複数の集電体を積層して束ねられている。これにより、接続部周りの無駄なスペースを低減でき、エネルギー密度の大きな組電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来例（比較例）に係る組電池の構成を示す概略図である。
【図２】従来例（比較例）に係る組電池の問題点を説明するための概略図である。
【図３】一実施形態に係る本発明の組電池を説明するための概略図である。
【図４】接続部における集電体の積層形態の一例を説明するための概略図である。
【図５】一実施形態に係る組電池の製造工程を説明するための概略図である。
【図６】他の実施形態に係る本発明の組電池を説明するための概略図である。
【図７】他の実施形態に係る組電池の製造工程を説明するための概略図である。
【図８】積層電池を構成する単電池の一例を示す概略図である。
【図９】積層電池の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
１．従来技術の問題点
図１に、複数の集電体を束ねて直列に接続した組電池５００を概略的に示す。図１に示すように、組電池５００は、複数の集電体５１０を備えた第１の積層電池５０１、複数の集電体５２０を備えた第２の積層電池５０２、及び、第１の積層電池５０１に備えられた複数の集電体５１０と第２の積層電池５０２に備えられた複数の集電体５２０とを束ねて直列に接続する接続部５０５を有している。
【００２２】
組電池５００においては、複数の集電体５１０、５２０が、積層電池５０１、５０２から接続部５０５にかけて突っ張られた状態とされている。特に、積層電池の最も外側に備えられた集電体５１０ａ、５２０ａが強く突っ張った状態となっている。組電池５００にあっては、積層電池５０１、５０２と接続部５０５との間の距離が長く、接続部５０５の周りに無駄なスペースが生じている。
【００２３】
また、組電池５００を製造する際には、下記のような問題も生じ得る。すなわち、図２に示すように、積層電池５０１、５０２における単電池の積層数が多い場合、積層電池５０１、５０２の最も外側に備えられた集電体５１０ａ、５２０ａが強く突っ張られた状態となる。このような場合において、超音波接合機等の接合機用いて接続部５０５を形成しようとすると、接合機のホーンやアンビルＡ、Ａと接触することで、突っ張られた集電体５１０ａ、５２０ａが容易に破れてしまう。集電体の破れを防ぐには、接合機が集電体と接触しない位置にて接合する必要があり、すなわち、積層電池５０１、５０２の活物質塗工端部から遠ざかった位置に接続部５０５を形成せざるを得なかった。
【００２４】
本発明は、このような従来の問題を解決するものである。本発明によれば、接続部周りの無駄なスペースを低減して組電池全体としてエネルギー密度を増大させることが可能である。以下、本発明の具体的な形態について、説明する。
【００２５】
２．組電池
図３に一実施形態に係る本発明の組電池１００を概略的に示す。図３に示すように、組電池１００は、複数の集電体１０を備えた第１の積層電池１、複数の集電体２０を備えた第２の積層電池２、及び、第１の積層電池１に備えられた複数の集電体１０と第２の積層電池２に備えられた複数の集電体２０とを束ねて直列に接続する接続部５を有している。組電池１００において、集電体１０は正極集電体であり、集電体２０は負極集電体である。
【００２６】
組電池１００の接続部５において、第１の積層電池１に備えられた複数の集電体１０と、第２の積層電池２に備えられた複数の集電体２０とが、積層されて束ねられている。そして、接続部５における複数の集電体１０、２０の積層方向（図３において矢印Ｘで示される方向）と、積層電池１、２における複数の集電体１０、２０の積層方向（図３において矢印Ｙで示される方向）とは異なる方向とされており、すなわち、交差している。特に、図３に示した組電池１００においては、接続部５における複数の集電体１０、２０の積層方向Ｘと、積層電池１、２における複数の集電体１０、２０の積層方向Ｙとが略直交している。
【００２７】
組電池１００において、第１の積層電池１に備えられた複数の集電体１０は、第１の積層電池１から接続部５にかけて、折り曲げられた状態とされている。特に、内側（第２の積層電池２側）にあるほど、集電体が撓んだ状態とされており、当該内側の集電体は、第１の積層電池１から外側に折り曲げられるとともに、さらに内側に折り返されたうえで接続部５に接続されている。第２の積層電池２に備えられた複数の集電体２０についても同様で、第２の積層電池２から接続部５にかけて、折り曲げられた状態とされ、特に内側（第１の積層電池１側）にあるほど、集電体の撓みが大きいものとされている。
【００２８】
組電池１００の接続部５においては、図４に示すように、第１の積層電池１に備えられた集電体１０と、第２の積層電池２に備えられた集電体２０とが、交互に積層されていることが好ましい。集電体１０、２０は１枚ずつ交互に積層する形態のほか、複数枚ずつ交互に積層する形態であってもよい。交互に積層することで、例えば超音波接合をした場合に、集電体１０、２０を強固に接合することができる。
【００２９】
このように、組電池１００においては、第１の積層電池１に備えられた複数の集電体１０と第２の積層電池２に備えられた複数の集電体２０とを束ねて直列接続する際、接続部５における集電体１０、２０の積層方向が、積層電池１、２における集電体１０、２０の積層方向（すなわち単電池の積層方向）とは異なる方向となるように、積層して束ねられている。これにより、接続部５を積層電池１、２の活物質塗工端部に近接させて設けることができる。これにより接続部周りの無駄なスペースを低減でき、エネルギー密度の大きな組電池を提供することができる。
【００３０】
３．組電池の製造方法
本発明に係る組電池の製造方法は、第１の積層電池に備えられた複数の集電体と第２の積層電池に備えられた複数の集電体との積層方向を、積層電池における複数の集電体の積層方向に対して交差させるように、第１の積層電池に備えられた複数の集電体と第２の積層電池に備えられた複数の集電体とを積層しながら束ねて直列に接続するものである。
【００３１】
特に、第１の積層電池に備えられた複数の集電体と第２の積層電池に備えられた複数の集電体とを積層しながら束ねて直列に接続し、接続部とする、接続工程と、接続部における複数の集電体の積層方向と、積層電池における複数の集電体の積層方向とを交差させるように組み上げる、組み上げ工程とを有するものであることが好ましい。以下、図５を参照しつつ、一実施形態に係る組電池１００の製造方法について説明する。
【００３２】
接続工程においては、例えば、図５（Ａ）に示すように、第１の積層電池１と第２の積層電池２とを互いに対向させ、第１の積層電池１と第２の積層電池２との間において、複数の集電体１０（正極集電体）と複数の集電体２０（負極集電体）とを交互に重ね合わせて積層部５’を形成する。そして、積層部５’を超音波接合機等の接合機Ａ、Ａに挿入し、接合することにより、図５（Ｂ）に示すように接続部５を形成する。
【００３３】
ここで、積層電池１、２における活物質塗工端部から接続部５までの長さｄ１、ｄ２については、組電池１００を適切に製造可能な長さであればよい。特に、積層電池１、２の積層長さｄ３、ｄ４よりも、長さｄ１、ｄ２を大きくすると、後述する組み上げ工程を適切に行うことが可能となる。尚、長さｄ１、ｄ２を無理に短くする必要はない。本発明においては、組み上げ工程において、接続部５を積層電池１、２の活物質塗工端部側に十分に近づけることが可能だからである。むしろ、長さｄ１、ｄ２を短くし過ぎると、組み上げ工程の際、外側の集電体が強く突っ張ってしまい、集電体の破れ等が懸念される。
【００３４】
組み上げ工程においては、接続部５によって互いに直列に接続された状態にある積層電池１、２を、図５（Ｂ）の矢印で示される方向に互いに向かい合わせるように配置する。より具体的には、第１の積層電池１の側面１ａが第２の積層電池２の側面２ａと隣接するように、集電体１０、２０を折り曲げ、撓ませつつ配置する。これにより、接続部５における複数の集電体１０、２０の積層方向と、積層電池１、２における複数の集電体１０、２０の積層方向とが交差し、また、積層電池１、２において、内側の集電体ほど大きく撓んだ状態とされた組電池１００を容易に製造することができる。
【００３５】
４．他の実施形態
図６に他の実施形態に係る組電池２００を概略的に示す。図６に示すように、組電池２００においては、第１の積層電池１、第２の積層電池２、第３の積層電池３及び第４の積層電池４が順に直列に接続されている。より具体的には、各積層電池１〜４に備えられた複数の集電体１０〜６０は、接続先となる隣接する集電体と互いに積層され接合されることにより接続部５、５、５が形成されている。また、接続部５、５、５における複数の集電体１０〜６０の積層方向と、積層電池１〜４における複数の集電体１０〜６０の積層方向（単電池の積層方向）とは異なる方向とされており、すなわち、交差している。このように、本発明に係る組電池においては、用いる積層電池の数を任意に増加させることができ、いずれの接続部においても、接続部周りの無駄なスペースを低減することができる。すなわち、高容量且つエネルギー密度の大きな組電池とすることができる。このような組電池２００は、例えば、図７に示すように、積層電池１〜４を一列に直列接続したうえで、各積層電池１〜４について、一方の側面を一の隣接する積層電池と隣接させ、他方の側面を他の隣接する積層電池と隣接させるように、図７の矢印で示した方向へと組み上げることで、容易に製造可能である。
【００３６】
５．積層電池、単電池
上記のような組電池において、用いる積層電池の種類については、特に限定されるものではない。例えば、全固体電池やポリマー電解質電池を用いることが好ましい。或いは、電解液電池を用いることも可能である。ただし、電解液電池を用いる場合は、電解液の漏れ等を防ぐための構造が別途必要となる。
【００３７】
５．１．単電池
図８に、積層電池を構成するための単電池の一例として、単電池２ａを示す。単電池２ａは、正極層２ａｃ、負極層２ａａ、及び、当該正極層２ａｃと負極層２ａａとの間に設けられた電解質層２ａｅを備えており、正極層２ａｃと接触するように正極集電体３０ｘが設けられ、負極２ａａと接触するように負極集電体２０ｘが設けられている。当該単電池２ａは、例えば、図６の第２の積層電池２における単電池として用いることが可能である。以下、単電池２ａを全固体のリチウム電池とする場合について説明するが、本発明はこの形態に限定されるものではない。ナトリウム電池やカリウム電池、カルシウム電池、リチウム空気電池等としてもよい。ただし、安全性が高く、より容易に組電池を製造でき、且つ、一層エネルギー密度の大きな組電池が得られる観点からは、全固体のリチウム電池やポリマー電解質電池とすることが好ましい。
【００３８】
５．１．１．正極層、負極層
単電池２ａに備えられる正極層２ａｃ及び負極層２ａａは、活物質や電解質を含み、任意に導電助剤及び結着剤等を含む層である。単電池２ａが全固体のリチウム電池である場合、活物質としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ１＋ｘＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１＋ｘＭｎ２−ｘ−ｙＭｙＯ４（ＭはＡｌ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎのいずれか）で表される異種元素置換Ｌｉ−Ｍｎスピネル、ＬｉｘＴｉＯｙ、ＬｉＭＰＯ４（ＭはＦｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉのいずれか）、Ｖ２Ｏ５、ＭｏＯ３、ＴｉＳ２、グラファイト、ハードカーボン等の炭素材料、ＬｉＣｏＮ、ＬｉｘＳｉｙＯｚ、リチウム金属又はリチウム合金（ＬｉＭ、ＭはＳｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｐ等のいずれか）、リチウム貯蔵性金属間化合物（ＭｇｘＭ、ＭはＳｎ、Ｇｅ、Ｓｂのいずれか、或いは、ＮｙＳｂ、ＮはＩｎ、Ｃｕ、Ｍｎのいずれか）や、これらの誘導体等を用いることができる。ここで、正極活物質と負極活物質には明確な区別はなく、２種類の化合物の充放電電位を比較して貴な電位を示すものを正極層２ａｃに、卑な電位を示すものを負極層２ａａに用いて、任意の電圧のリチウム単電池２ａを構成することができる。
【００３９】
また、単電池２ａが全固体のリチウム電池である場合、電解質としては、固体電解質が用いられる。具体的には、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ−ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ等の酸化物系非晶質固体電解質、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｂ２Ｓ３、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−Ｓｉ２Ｓ、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｏ５、ＬｉＩ−Ｌｉ３ＰＯ４−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５等の硫化物系非晶質固体電解質、或いは、ＬｉＩ、ＬｉＩ−Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ３Ｎ、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ等や、Ｌｉ１．３Ａｌ０．３Ｔｉ０．７（ＰＯ４）３、Ｌｉ１＋ｘ＋ｙＡｘＴｉ２−ｘＳｉｙＰ３−ｙＯ１２（ＡはＡｌ又はＧａ、０≦ｘ≦０．４、０＜ｙ≦０．６）、[（Ｂ１／２Ｌｉ１／２）１−ｚＣｚ]ＴｉＯ３（ＢはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍのいずれか、ＣはＳｒ又はＢａ、０≦ｚ≦０．５）、Ｌｉ５Ｌａ３Ｔａ２Ｏ１２、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２、Ｌｉ６ＢａＬａ２Ｔａ２Ｏ１２、Ｌｉ３ＰＯ（４−３／２ｗ）Ｎｗ（ｗ＜１）、Ｌｉ３．６Ｓｉ０．６Ｐ０．４Ｏ４等の結晶質酸化物・酸窒化物を用いることができる。
【００４０】
導電助剤としては、従来のものを特に限定されることなく用いることができ、例えば、アセチレンブラック等の炭素材料を用いることが好ましい。結着剤についても、従来のものを特に限定されることなく用いることができ、例えば、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂やスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等のゴム性状樹脂等を用いることが好ましい。
【００４１】
正極層２ａｃや負極層２ａａに含まれる各物質の混合比については、単電池２ａを適切に作動可能な比率であれば、特に限定されるものではない。例えば、質量比で、活物質：電解質：導電助剤：結着剤＝９９〜４０：１〜５０：０〜５：０〜５の混合比とすることができる。また、正極層２ａｃや負極層２ａａは、後述する正極集電体３０ｘや負極集電体２０ｘ上に、適切に形成されていれば、厚みや形状等は特に限定されるものではない。例えば、５〜５００μｍ程度の厚みとすることができる。正極層２ａｃ及び負極層２ａａは、上記活物質等を含むペーストを正極集電体３０ｘ、負極集電体２０ｘ上にドクターブレード等によって塗布・乾燥することにより、或いは、粉体状の上記活物質等をプレス成型することにより、形成・作製することができる。
【００４２】
５．１．２．電解質層
電解質層２ａｅは、電解質を含む層である。単電池２ａを全固体のリチウム電池とする場合、電解質層２ａｅは固体電解質と任意に結着剤等を含む。固体電解質としては、上記した固体電解質を用いることができる。結着剤についても上記と同様のものを用いることができる。
【００４３】
電解質層２ａｅに含まれる各物質の混合比については、単電池２ａを適切に作動可能な比率であれば、特に限定されるものではない。例えば、質量比で、電解質：結着剤＝１００〜７０：０〜３０の混合比とすることができる。また、電解質層２ａｅは、正極層２ａｃ及び負極層２ａａの間に適切に設けられ、正極層２ａｃと負極層２ａａとの間のイオン伝導に寄与することができる形態であれば、厚みや形状等は特に限定されるものではない。例えば、０．１〜５００μｍ程度の厚みとすることができる。電解質層２ａｅは、上記電解質等を含むペーストを正極層２ａｃ或いは負極層２ａａ上にドクターブレード等によって塗布・乾燥することにより、或いは、粉体状の上記固体電解質等をプレス成型することにより、形成・作製することができる。
【００４４】
５．１．３．正極集電体、負極集電体
単電池２ａを全固体のリチウム電池とする場合、正極集電体３０ｘ及び負極集電体２０ｘは、全固体のリチウム電池に適用できる集電体であれば、その材質等は特に限定されるものではない。例えば、金属箔や金属メッシュ、金属蒸着フィルム等を用いることができる。具体的には、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｖ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｉｎ、ステンレス鋼等の金属箔やメッシュ、或いは、ポリアミド、ポリイミド、ＰＥＴ、ＰＰＳ、ポリプロピレンなどのフィルムやガラス、シリコン板等の上に上記金属を蒸着したもの等を用いることができる。正極集電体３０ｘ及び負極集電体２０ｘの厚みは特に限定されるものではない。例えば、５〜５００μｍ程度の厚みとすることができる。正極集電体３０ｘ及び負極集電体２０ｘの大きさは、積層電池とした後、集電体を束ねることが可能な程度の大きさであればよい。
【００４５】
単電池２ａは、上記の正極層２ａｃ、電解質層２ａｅ及び負極層２ａａ、並びに、正極集電体３０ｘ及び負極集電体２０ｘを備えていればよく、モノポーラ電池であっても、バイポーラ電池であってもよい。
【００４６】
５．２．積層電池
図９に、上記の単電池２ａを複数積層してなる積層電池２を概略的に示す。当該積層電池２は、例えば、図６における第２の積層電池２として用いることができる。図９に示すように、積層電池２は、筐体内に複数の単電池２ａ、２ａが積層された状態で収容されている。積層電池２は、筐体の一方の側面から複数の正極集電体３０（３０ｘ、３０ｘ、…）が伸出しており、他方の側面から複数の負極集電体２０（２０ｘ、２０ｘ、…）が伸出している。このような積層電池を複数用意し、上記のように集電体を他の積層電池の集電体と積層して接合し、直列に接続することで、組電池を構成することができる。
【００４７】
以上、本発明に係る組電池について説明したが、本発明は上記説明した具体的な形態に限定されるものではない。
【００４８】
例えば、上記説明においては、接続部５における複数の集電体１０、２０の積層方向と、積層電池１、２における複数の集電体１０、２０の積層方向（単電池の積層方向）とが略直交している形態を具体的に示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。接続部における複数の集電体の積層方向と、積層電池における前記複数の集電体の積層方向とが交差していれば、接続部周りの無駄なスペースを低減することが可能である。
【００４９】
また、上記説明においては、一の積層電池の内側（他の積層電池側）にある集電体ほど、大きく撓んだ状態とされるものとして説明したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。集電体の長さを適宜調整することで、積層電池１、２から接続部５の間の集電体１０、２０の撓みを低減することもできる。ただし、上述したように本発明に係る組電池１００は、撓みを低減せずとも、接続部５を積層電池１、２の活物質塗工端部の近傍に設けることができる。
【００５０】
また、上記説明においては、組電池の製造において、接続工程の後で、組み上げ工程を行うものとして説明したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。例えば、積層電池１、２を組電池１００における所望の位置に設置した後、集電体１０、２０を互いに折り曲げながら積層して接合を行い、接続部５を形成してもよい。
【００５１】
また、上記説明した組電池においては、１の積層電池と他の積層電池とが直列に接続されるものとして説明したが本発明は当該形態に限定されない。１の積層電池と他の積層電池とが並列に接続した形態であってもよい。ただし、高出力な組電池とする観点からは、１の積層電池と他の積層電池とを直列に接続した形態が好ましい。
【００５２】
また、上記説明した組電池と同様の趣旨から、以下の組電池も本発明に含ませることができる。すなわち、集電体が複数積層された第１の積層電池、集電体が複数積層された第２の積層電池、及び、第１の積層電池に備えられた集電体と第２の積層電池に備えられた集電体とを束ねて接続する接続部を有し、接続部において、第１の積層電池に備えられた集電体と、第２の積層電池に備えられた集電体とが、積層されて束ねられており、接続部における集電体の積層方向と、積層電池における集電体の積層方向とが交差している、組電池により、エネルギー密度の大きな組電池を提供することができる。「集電体が複数積層された積層電池」とは、集電体が正極層等を介して複数積層されてなる積層電池を意味するものであるが、これは、一の単電池が捲回されることにより、断面形状において、集電体が正極層等を介して複数積層されている形態をも含む概念である。すなわち、「捲回電池」が本発明にいう「積層電池」に含まれるものとする。この場合、第１の捲回電池から延びる集電体と第２の捲回電池から延びる集電体とを束ねて接続部を構成する際、接続部における集電体の積層方向と、積層電池における集電体の積層方向とが交差しているものとすればよい。
【実施例】
【００５３】
以下、実施例に基づいて、本発明に係る組電池について詳述するが、本発明は以下の具体的な形態に限定されるものではない。【００５４】
リチウム全固体単電池を５９層積層して積層電池を複数作製した。作製した積層電池を用いて組電池とした。【００５５】
（実施例）
超音波接合機を用いて、図３に示したような組電池１００を作製し、活物質塗工端部から接続部５までの距離を確認したところ、活物質塗工端部から接続部５までの距離を１０ｍｍ以下にまで近接させることが可能であった。集電体の破れ等も起こらず、安定して組電池１００を製造することができた。【００５６】
（比較例）
超音波接合機を用いて、図１に示したような組電池５００を作製し、活物質塗工端部から接合部５０５までの距離と、集電体１０ａ、２０ａの破れの有無とを確認したところ、集電体５１０ａ、５２０ａを破ることなく安定して組電池を製造可能な距離は、約２０ｍｍであった。接続部５０５を活物質塗工端部にさらに近接させた場合、集電体５１０ａ、５２０ａが破れてしまった。【００５７】
このように、接続部５における複数の集電体１０、２０の積層方向と、積層電池１、２における複数の集電体１０、２０の積層方向（単電池の積層方向）とが交差するように組電池を組み上げることで、活物質塗工端部から接続部５までの距離を小さくすることが可能であった。すなわち、本発明によれば、接続部周りの無駄なスペースを低減することができ、エネルギー密度の大きな組電池を得ることができることが実証された。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係る組電池は、接合部周りの無駄なスペースが低減されており、エネルギー密度が高く、特に車搭載用の電源として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１  第１の積層電池
２  第２の積層電池
２ａ  単電池
２ａｃ  正極層
２ａｅ  電解質層
２ａａ  負極層
３  第３の積層電池
４  第４の積層電池
５  接続部
１０  複数の集電体
２０  複数の集電体
３０  複数の集電体
４０  複数の集電体
５０  複数の集電体
６０  複数の集電体
【図１】
2013051138.tif 000003
【図２】
2013051138.tif 000004
【図３】
2013051138.tif 000005
【図４】
2013051138.tif 000006
【図５】
2013051138.tif 000007
【図６】
2013051138.tif 000008
【図７】
2013051138.tif 000009
【図８】
2013051138.tif 000010
【図９】
2013051138.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月23日(2012.2.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の集電体を備えた第１の積層電池、
複数の集電体を備えた第２の積層電池、及び、
前記第１の積層電池に備えられた複数の集電体と前記第２の積層電池に備えられた複数の集電体とを束ねて接続する接続部
を有し、
前記接続部において、前記第１の積層電池に備えられた複数の集電体と、前記第２の積層電池に備えられた複数の集電体とが、積層されて束ねられており、
前記接続部における前記複数の集電体の積層方向と、前記積層電池における前記複数の集電体の積層方向とが交差し、
前記第１の積層電池における前記第２の積層電池側の集電体が、前記第２の積層電池側とは反対側に向かって撓められ、前記接続部に向かうにつれて前記第２の積層電池側に向かって撓められ、
前記第２の積層電池における前記第１の積層電池側の集電体が、前記第１の積層電池側とは反対側に向かって撓められ、前記接続部に向かうにつれて前記第１の積層電池側に向かって撓められている、組電池。
【請求項２】
前記接続部において、前記複数の集電体が束ねられて直列に接続されている、請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記接続部において、前記第１の積層電池に備えられた集電体と、前記第２の積層電池に備えられた集電体とが、交互に積層されている、請求項１又は２に記載の組電池。
【請求項４】
前記接続部における前記複数の集電体の積層方向と、前記積層電池における前記複数の集電体の積層方向とが略直交している、請求項１〜３のいずれかに記載の組電池。
【請求項５】
集電体が複数積層された第１の積層電池、
集電体が複数積層された第２の積層電池、及び、
前記第１の積層電池に備えられた集電体と前記第２の積層電池に備えられた集電体とを束ねて接続する接続部
を有し、
前記接続部において、前記第１の積層電池に備えられた集電体と、前記第２の積層電池に備えられた集電体とが、積層されて束ねられており、
前記接続部における前記集電体の積層方向と、前記積層電池における前記集電体の積層方向とが交差し、
前記第１の積層電池の集電体が、前記第２の積層電池側とは反対側に向かって撓められ、前記接続部に向かうにつれて前記第２の積層電池側に向かって撓められ、
前記第２の積層電池の集電体が、前記第１の積層電池側とは反対側に向かって撓められ、前記接続部に向かうにつれて前記第１の積層電池側に向かって撓められている、組電池。
【請求項６】
第１の積層電池に備えられた複数の集電体と第２の積層電池に備えられた複数の集電体との積層方向を、前記積層電池における前記複数の集電体の積層方向に対して交差させ、かつ、前記第１の積層電池の集電体が、前記第１の積層電池から前記第２の積層電池側とは反対側に向かって撓められるとともに、前記接続部に向かうにつれて前記第２の積層電池側に向かって撓められ、前記第２の積層電池の集電体が、前記第２の積層電池から前記第１の積層電池側とは反対側に向かって撓められるとともに、前記接続部に向かうにつれて前記第１の積層電池側に向かって撓められるように、第１の積層電池に備えられた複数の集電体と第２の積層電池に備えられた複数の集電体とを積層しながら束ねて接続する、組電池の製造方法。
【請求項７】
第１の積層電池に備えられた複数の集電体と第２の積層電池に備えられた複数の集電体とを積層しながら束ねて直列に接続し、接続部とする、接続工程と、
前記接続部における前記複数の集電体の積層方向と、前記積層電池における前記複数の集電体の積層方向とを交差させ、かつ、前記第１の積層電池の集電体が、前記第１の積層電池から前記第２の積層電池側とは反対側に向かって撓められるとともに、前記接続部に向かうにつれて前記第２の積層電池側に向かって撓められ、前記第２の積層電池の集電体が、前記第２の積層電池から前記第１の積層電池側とは反対側に向かって撓められるとともに、前記接続部に向かうにつれて前記第１の積層電池側に向かって撓められるように組み上げる、組み上げ工程と、
を備える、組電池の製造方法。
【請求項８】
前記接続工程において、前記第１の積層電池に備えられた集電体と、前記第２の積層電池に備えられた集電体とを、交互に積層する、請求項７に記載の組電池の製造方法。
【請求項９】
前記組み上げ工程において、前記接続部における前記複数の集電体の積層方向と、前記積層電池における前記複数の集電体の積層方向とを略直交させる、請求項７又は８に記載の組電池の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月16日(2013.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の集電体を備えた第１の積層電池、
複数の集電体を備えた第２の積層電池、及び、
前記第１の積層電池に備えられた複数の集電体と前記第２の積層電池に備えられた複数の集電体とを束ねて接続する接続部
を有し、
前記接続部において、前記第１の積層電池に備えられた複数の集電体と、前記第２の積層電池に備えられた複数の集電体とが、積層されて束ねられており、
前記接続部における前記複数の集電体の積層方向と、前記積層電池における前記複数の集電体の積層方向とが交差し、
前記第１の積層電池における前記第２の積層電池側の集電体が、前記第２の積層電池側とは反対側に向かって撓められ、前記接続部に向かうにつれて前記第２の積層電池側に向かうように撓められ、
前記第２の積層電池における前記第１の積層電池側の集電体が、前記第１の積層電池側とは反対側に向かって撓められ、前記接続部に向かうにつれて前記第１の積層電池側に向かうように撓められている、組電池。
【請求項２】
前記接続部において、前記複数の集電体が束ねられて直列に接続されている、請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記接続部において、前記第１の積層電池に備えられた集電体と、前記第２の積層電池に備えられた集電体とが、交互に積層されている、請求項１又は２に記載の組電池。
【請求項４】
前記接続部における前記複数の集電体の積層方向と、前記積層電池における前記複数の集電体の積層方向とが略直交している、請求項１〜３のいずれかに記載の組電池。
【請求項５】
集電体が複数積層された第１の積層電池、
集電体が複数積層された第２の積層電池、及び、
前記第１の積層電池に備えられた集電体と前記第２の積層電池に備えられた集電体とを束ねて接続する接続部
を有し、
前記接続部において、前記第１の積層電池に備えられた集電体と、前記第２の積層電池に備えられた集電体とが、積層されて束ねられており、
前記接続部における前記集電体の積層方向と、前記積層電池における前記集電体の積層方向とが交差し、
前記第１の積層電池の集電体が、前記第２の積層電池側とは反対側に向かって撓められ、前記接続部に向かうにつれて前記第２の積層電池側に向かうように撓められ、
前記第２の積層電池の集電体が、前記第１の積層電池側とは反対側に向かって撓められ、前記接続部に向かうにつれて前記第１の積層電池側に向かうように撓められている、組電池。
【請求項６】
第１の積層電池に備えられた複数の集電体と第２の積層電池に備えられた複数の集電体との積層方向を、前記積層電池における前記複数の集電体の積層方向に対して交差させ、かつ、前記第１の積層電池の集電体が、前記第１の積層電池から前記第２の積層電池側とは反対側に向かって撓められるとともに、接続部に向かうにつれて前記第２の積層電池側に向かうように撓められ、前記第２の積層電池の集電体が、前記第２の積層電池から前記第１の積層電池側とは反対側に向かって撓められるとともに、前記接続部に向かうにつれて前記第１の積層電池側に向かうように撓められるように、第１の積層電池に備えられた複数の集電体と第２の積層電池に備えられた複数の集電体とを積層しながら束ねて接続する、組電池の製造方法。
【請求項７】
第１の積層電池に備えられた複数の集電体と第２の積層電池に備えられた複数の集電体とを積層しながら束ねて直列に接続し、接続部とする、接続工程と、
前記接続部における前記複数の集電体の積層方向と、前記積層電池における前記複数の集電体の積層方向とを交差させ、かつ、前記第１の積層電池の集電体が、前記第１の積層電池から前記第２の積層電池側とは反対側に向かって撓められるとともに、前記接続部に向かうにつれて前記第２の積層電池側に向かうように撓められ、前記第２の積層電池の集電体が、前記第２の積層電池から前記第１の積層電池側とは反対側に向かって撓められるとともに、前記接続部に向かうにつれて前記第１の積層電池側に向かうように撓められるように組み上げる、組み上げ工程と、
を備える、組電池の製造方法。
【請求項８】
前記接続工程において、前記第１の積層電池に備えられた集電体と、前記第２の積層電池に備えられた集電体とを、交互に積層する、請求項７に記載の組電池の製造方法。
【請求項９】
前記組み上げ工程において、前記接続部における前記複数の集電体の積層方向と、前記積層電池における前記複数の集電体の積層方向とを略直交させる、請求項７又は８に記載の組電池の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月9日(2014.12.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の正極集電体と複数の負極集電体とを備えた第１の積層電池、
複数の正極集電体と複数の負極集電体とを備えた第２の積層電池、及び、
前記第１の積層電池に備えられた複数の正極集電体又は複数の負極集電体と前記第２の積層電池に備えられた複数の正極集電体又は複数の負極集電体とを束ねて接続する接続部
を有し、
前記接続部において、前記第１の積層電池に備えられた複数の正極集電体又は複数の負極集電体と、前記第２の積層電池に備えられた複数の正極集電体又は複数の負極集電体とが、積層されて束ねられており、
前記接続部における複数の集電体の積層方向と、前記積層電池における複数の集電体の積層方向とが交差し、
前記第１の積層電池における前記第２の積層電池側の集電体が、前記第２の積層電池側とは反対側に向かって撓められ、前記接続部に向かうにつれて前記第２の積層電池側に向かうように撓められ、
前記第２の積層電池における前記第１の積層電池側の集電体が、前記第１の積層電池側とは反対側に向かって撓められ、前記接続部に向かうにつれて前記第１の積層電池側に向かうように撓められている、組電池。
【請求項２】
前記接続部において、前記第１の積層電池の前記複数の正極集電体と前記第２の積層電池の前記複数の負極集電体とが束ねられて直列に接続されている、請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記接続部において、前記第１の積層電池に備えられた正極集電体又は負極集電体と、前記第２の積層電池に備えられた正極集電体又は負極集電体とが、交互に積層されている、請求項１又は２に記載の組電池。
【請求項４】
前記接続部における複数の集電体の積層方向と、前記積層電池における複数の集電体の積層方向とが略直交している、請求項１〜３のいずれかに記載の組電池。
【請求項５】
集電体が複数積層された第１の積層電池、
集電体が複数積層された第２の積層電池、及び、
前記第１の積層電池に備えられた集電体と前記第２の積層電池に備えられた集電体とを束ねて接続する接続部
を有し、
前記接続部において、前記第１の積層電池に備えられた集電体と、前記第２の積層電池に備えられた集電体とが、積層されて束ねられており、
前記接続部における前記集電体の積層方向と、前記積層電池における前記集電体の積層方向とが交差し、
前記第１の積層電池の集電体が、前記第２の積層電池側とは反対側に向かって撓められ、前記接続部に向かうにつれて前記第２の積層電池側に向かうように撓められ、
前記第２の積層電池の集電体が、前記第１の積層電池側とは反対側に向かって撓められ、前記接続部に向かうにつれて前記第１の積層電池側に向かうように撓められている、組電池。
【請求項６】
第１の積層電池に備えられた複数の正極集電体又は複数の負極集電体と第２の積層電池に備えられた複数の正極集電体又は複数の負極集電体との積層方向を、前記積層電池における前記複数の正極集電体又は複数の負極集電体の積層方向に対して交差させ、かつ、前記第１の積層電池の正極集電体又は負極集電体が、前記第１の積層電池から前記第２の積層電池側とは反対側に向かって撓められるとともに、接続部に向かうにつれて前記第２の積層電池側に向かうように撓められ、前記第２の積層電池の正極集電体又は負極集電体が、前記第２の積層電池から前記第１の積層電池側とは反対側に向かって撓められるとともに、前記接続部に向かうにつれて前記第１の積層電池側に向かうように撓められるように、第１の積層電池に備えられた複数の正極集電体又は複数の負極集電体と第２の積層電池に備えられた複数の正極集電体又は負極集電体とを積層しながら束ねて接続する、組電池の製造方法。
【請求項７】
第１の積層電池に備えられた複数の正極集電体と第２の積層電池に備えられた複数の負極集電体とを積層しながら束ねて直列に接続し、接続部とする、接続工程と、
前記接続部における複数の集電体の積層方向と、前記積層電池における複数の集電体の積層方向とを交差させ、かつ、前記第１の積層電池の正極集電体が、前記第１の積層電池から前記第２の積層電池側とは反対側に向かって撓められるとともに、前記接続部に向かうにつれて前記第２の積層電池側に向かうように撓められ、前記第２の積層電池の負極集電体が、前記第２の積層電池から前記第１の積層電池側とは反対側に向かって撓められるとともに、前記接続部に向かうにつれて前記第１の積層電池側に向かうように撓められるように組み上げる、組み上げ工程と、
を備える、組電池の製造方法。
【請求項８】
前記接続工程において、前記第１の積層電池に備えられた複数の正極集電体と、前記第２の積層電池に備えられた複数の負極集電体とを、交互に積層する、請求項７に記載の組電池の製造方法。
【請求項９】
前記組み上げ工程において、前記接続部における複数の集電体の積層方向と、前記積層電池における複数の集電体の積層方向とを略直交させる、請求項７又は８に記載の組電池の製造方法。
【国際調査報告】
2013051138.tif 000012
2013051138.tif 000013
2013051138.tif 000014
2013051138.tif 000015