(57)【要約】【課題】高容量で且つ安全性が高い非水電解質電池モジュールを提供する。【解決手段】本発明の非水電解質電池モジュールは、５〜４０個の非水電解質電池と、放熱部材と、電池異常検出部とを含む非水電解質電池モジュールであって、前記非水電解質電池の１個の電気容量は、８〜２０Ａｈであり、前記非水電解質電池は、電池要素と、前記電池要素を収納した可撓性を有する外装材とを含み、前記電池要素は、正極と、負極と、セパレータと、非水電解質とを含み、前記正極は、マンガンを含むスピネル構造のリチウム含有複合酸化物を正極活物質として含み、前記セパレータは、耐熱性多孔質基体と、熱可塑性樹脂からなる微多孔フィルムとを含み、前記非水電解質は、ホスファゼン誘導体を含み、前記放熱部材は、前記非水電解質電池のそれぞれに備え付けられ、前記電池異常検出部は、前記非水電解質電池のそれぞれに備え付けられていることを特徴とする。【選択図】図４
2011249015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
５〜４０個の非水電解質電池と、放熱部材と、電池異常検出部とを含む非水電解質電池モジュールであって、
前記非水電解質電池の１個の電気容量は、８〜２０Ａｈであり、
前記非水電解質電池は、電池要素と、前記電池要素を収納した可撓性を有する外装材とを含み、
前記電池要素は、正極と、負極と、セパレータと、非水電解質とを含み、
前記正極は、マンガンを含むスピネル構造のリチウム含有複合酸化物を正極活物質として含み、
前記セパレータは、耐熱性多孔質基体と、熱可塑性樹脂からなる微多孔フィルムとを含み、
前記非水電解質は、ホスファゼン誘導体を含み、
前記放熱部材は、前記非水電解質電池のそれぞれに備え付けられ、
前記電池異常検出部は、前記非水電解質電池のそれぞれに備え付けられていることを特徴とする非水電解質電池モジュール。
【請求項２】
前記非水電解質電池のそれぞれには、電池の異常を外部に発信する異常信号発信部がさらに備え付けられている請求項１に記載の非水電解質電池モジュール。
【請求項３】
前記マンガンを含むスピネル構造のリチウム含有複合酸化物の含有量が、前記正極活物質全体の重量割合で、７０〜１００重量％である請求項１又は２に記載の非水電解質電池モジュール。
【請求項４】
前記ホスファゼン誘導体の含有量が、前記非水電解質全体の重量割合で、５重量％以上２０重量％未満である請求項１〜３のいずれか１項に記載の非水電解質電池モジュール。
【請求項５】
前記非水電解質は、ゲル化剤をさらに含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の非水電解質電池モジュール。
【請求項６】
前記外装材の外周は、矩形状に形成され、前記外装材の外周辺のうち、谷折りされた一辺以外の三辺が所定の幅をもって接合されて封止部を形成し、前記谷折りされた一辺と対向する封止部から電極リード端子部が引き出されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の非水電解質電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可撓性を有する外装材を備えた非水電解質電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質電池は、エネルギー密度が高いという特徴から、携帯電話やノート型パーソナルコンピューター等の携帯機器の電源として広く用いられている。携帯機器の高性能化に伴ってリチウムイオン二次電池の高容量化がさらに進む傾向にあり、エネルギー密度をさらに向上させるため、可撓性を有するラミネート外装材を用いた扁平型非電解質電池が多く使用されている。
【０００３】
一方、最近では非水電解質電池の高性能化に伴い、非水電解質電池が携帯機器の電源以外の電源としても用いられようとしている。例えば、据え置き型の非常用電源等に従来より大型の非水電解質電池が用いられ始めた。また、非水電解質電池を据え置き型の非常用電源等に用いる場合には、さらなる高容量化のため非水電解質電池を複数組み合わせてモジュール化して用いられる。非水電解質電池をこのようにモジュール化して用いる場合には、モジュールを構成する各非水電解質電池の安全性と、モジュール全体の安全性とが要求される。
【０００４】
例えば、特許文献１には、一対の外装フィルムの周縁部を接合して上記外装フィルム内に発電要素を密閉した電池本体と、上記発電要素に接続されるとともに上記周縁部を接合した接合部から外部に引き出された電極タブよりなる電池を複数多段に積層して、積層方向に隣合う電池の電極タブ同士を接続することで、各電池を直列接続又は並列接続又は直並列接続してなるモジュール電池が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、正極、負極及びリチウム塩を含む非水系電解質を備え、厚さ１２ｍｍ未満の扁平形状の電池容器にて密閉され、エネルギー容量が３０Ｗｈ以上且つ体積エネルギー密度が１８０Ｗｈ／Ｌ以上である単電池の複数枚を、並列配置し、電気的に接続した電池モジュールを収容するための電池モジュールケースが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３６４９２１３号公報
【特許文献２】特許第４１０２９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１〜２では、モジュールを構成する各電池の安全性及びモジュール全体の安全性については何ら考慮されていない。
【０００８】
本発明は上記問題を解決したもので、高容量で且つ安全性が高い非水電解質電池モジュールを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の非水電解質電池モジュールは、５〜４０個の非水電解質電池と、放熱部材と、電池異常検出部とを含む非水電解質電池モジュールであって、前記非水電解質電池の１個の電気容量は、８〜２０Ａｈであり、前記非水電解質電池は、電池要素と、前記電池要素を収納した可撓性を有する外装材とを含み、前記電池要素は、正極と、負極と、セパレータと、非水電解質とを含み、前記正極は、マンガンを含むスピネル構造のリチウム含有複合酸化物を正極活物質として含み、前記セパレータは、耐熱性多孔質基体と、熱可塑性樹脂からなる微多孔フィルムとを含み、前記非水電解質は、ホスファゼン誘導体を含み、前記放熱部材は、前記非水電解質電池のそれぞれに備え付けられ、前記電池異常検出部は、前記非水電解質電池のそれぞれに備え付けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、高容量で且つ安全性が高い非水電解質電池モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１Ａは本発明で用いる電極体を説明するための斜視図であり、図１Ｂは電極体を外装材に収納している状態を示す斜視図であり、図１Ｃは電極体を外装材に収納した状態の斜視図である。
【図２】図２Ａは本発明で用いる放熱部材としての放熱シートの斜視図であり、図２Ｂは図２Ａの側面図である。
【図３】図３Ａは本発明で用いる非水電解質電池に放熱部材を取り付けた状態の斜視図であり、図３Ｂは図３Ａの底面図である。
【図４】本発明で用いる非水電解質電池に電池異常検出部及び異常信号発信部を取り付けた状態の平面図である。
【図５】本発明の非水電解質電池モジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の非水電解質電池モジュールは、５〜４０個の非水電解質電池と、放熱部材と、電池異常検出部とを備え、上記非水電解質電池の１個の電気容量は、８〜２０Ａｈである。
【００１３】
複数の非水電解質電池を組み合わせて一定の電気容量のモジュールを形成する場合、各電池の個数が多いほど１個の電池に異常が発生した場合のモジュール全体に与える安全性及び電気容量への影響は小さいが、電池要素以外の部材の割合が増加するため、モジュール全体の単位体積当たりの電気容量が低下するとともに、各電池の接続作業が増加して生産性が低下する。一方、各電池の個数が少ないほど単位体積当たりの電気容量が増加するともに、各電池の接続作業が減少して生産性が向上するが、１個の電池に異常が発生した場合のモジュール全体に与える安全性及び電気容量への影響は大きくなる。そこで、本発明者らは、携帯機器の電源とし用いられる非水電解質電池よりも高容量である１個の電気容量が８〜２０Ａｈの非水電解質電池を複数組み合わせてモジュールを形成する場合、モジュール全体の単位体積当たりの電気容量、安全性及び生産性を一定以上の水準に維持するとともに、電池に異常が発生した場合にモジュール全体に与える電気容量への影響を考慮して、５〜４０個の非水電解質電池を組み合わせてモジュールを形成することとした。
【００１４】
また、上記非水電解質電池は、電池要素と、上記電池要素を収納した可撓性を有する外装材とを備え、上記電池要素は、正極と、負極と、セパレータと、非水電解質とを備えている。
【００１５】
可撓性を有する外装材を用いることにより、特定の非水電解質電池が何らかの理由で異常発熱して電池内圧が上昇しても、上記外装材が容易に破断して電池内圧を低下させることができるので、電池の重大事故を未然に防ぐことができ、モジュール全体の安全性を向上できる。
【００１６】
また、上記正極は、マンガンを含むスピネル構造のリチウム含有複合酸化物を正極活物質として含んでいる。これにより、正極活物質の熱的安定性が向上し、個々の非水電解質電池の安全性、ひいてはモジュール全体の安全性を向上できる。
【００１７】
また、上記セパレータには、耐熱性多孔質基体と、熱可塑性樹脂からなる微多孔フィルムとを備えた２層構造のセパレータを用いる。耐熱性多孔質基体を用いることにより、電池の異常発熱時におけるセパレータの収縮を防止できる。また、熱可塑性樹脂からなる微多孔フィルムを用いることにより、電池の熱暴走（異常発熱）温度以下で微多孔フィルムの構成樹脂を溶融させて空孔を閉塞させ、これにより電池の内部抵抗を上昇させて短絡の際などに電池の安全性を向上させる、所謂シャットダウンを生じさせることができる。これにより、セパレータの耐熱性が向上し、個々の非水電解質電池の安全性、ひいてはモジュール全体の安全性を向上できる。
【００１８】
また、上記非水電解質は、ホスファゼン誘導体を含んでいる。これにより、非水電解質の難燃性及び不燃性が向上し、個々の非水電解質電池の安全性、ひいてはモジュール全体の安全性を向上できる。
【００１９】
また、上記放熱部材は、上記非水電解質電池のそれぞれに備え付けられている。これにより、個々の非水電解質電池の放熱性、ひいてはモジュール全体の放熱性を向上できる。また、上記非水電解質に上記ホスファゼン誘導体を添加した場合、非水電解質の内部抵抗が上昇し、非水電解質電池の発熱性が増加するが、上記放熱部材を用いることにより、非水電解質電池の温度上昇を軽減できる。
【００２０】
また、上記電池異常検出部は、上記各非水電解質電池のそれぞれに備え付けられている。これにより、個々の非水電解質電池の異常を的確に検出でき、異常の電池を個別にモジュール全体からヒューズ等により切り離すことができ、モジュール全体に異常が波及しないようにすることができる。
【００２１】
また、上記非水電解質電池のそれぞれには、電池の異常を外部に発信する異常信号発信部がさらに備えられていることが好ましい。これにより、異常電池の交換を促すことができる。
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。但し、図１〜図４では、同一部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する場合がある。
【００２３】
先ず、本発明に用いる非水電解質電池の実施形態について扁平型リチウムイオン二次電池を例に説明する。図１Ａは本実施形態で用いる電極体を説明するための斜視図であり、図１Ｂは電極体を外装材に収納している状態を示す斜視図であり、図１Ｃは電極体を外装材に収納した状態の斜視図である。
【００２４】
図１Ａにおいて、電池要素に含まれる電極体１０は、矩形状の正極１１と矩形状の負極１２とを、矩形状のセパレータ１３を介して積層して作製される。正極１１の一端には、正極リード端子１１ａが設けられ、負極１２の一端には、負極リード端子１２ａが設けられている。
【００２５】
図１Ｂにおいて、可撓性を有する矩形状の外装材１４は、谷折りされて第１外装面１４ａと第２外装面１４ｂとから構成されている。第１外装面１４ａには、深絞り成形により電極収納部１５が形成されている。また、各正極リード端子１１ａ（図１Ａ）及び各負極リード端子１２ａ（図１Ａ）は、それぞれ重ね合わされて溶接されて、それぞれ正極リード端子部１６ａ及び負極リード端子部１６ｂを形成している。
【００２６】
図１Ｃにおいて、電極体１０は、電解液とともに谷折りされた第１外装面１４ａと第２外装面１４ｂとが形成する電極収納部１５に収納される。また、外装材１４の外周辺のうち、谷折りされた一辺以外の三辺が所定の幅をもって接合されて封止部１７ａ、１７ｂ、１７ｃを形成している。正極リード端子部１６ａ及び負極リード端子部１６ｂは、外装材１４の谷折りされた一辺と対向する封止部１７ｃから外部に引き出されている。
【００２７】
正極１１は、正極活物質、正極用導電助剤、正極用バインダ等を含む混合物に、溶剤を加えて十分に混練して得た正極合剤ペーストを、正極集電体の両面に塗布して乾燥した後に、その正極合剤層を所定の厚さ及び所定の電極密度に制御することにより形成できる。
【００２８】
上記正極活物質としては、マンガンを含むスピネル構造のリチウム含有複合酸化物の単体、又はマンガンを含むスピネル構造のリチウム含有複合酸化物と他の正極活物質との混合体を用いることができる。上記マンガンを含むスピネル構造のリチウム含有複合酸化物の含有量は、正極活物質全体の重量割合で、７０〜１００重量％であることが好ましい。上記含有量が、７０重量％を下回ると正極活物質の熱的安定性が不十分となる傾向にあるからである。
【００２９】
上記マンガンを含むスピネル構造のリチウム含有複合酸化物としては、例えば、一般式ＬｉyＭｎ2Ｏ4（０．９８＜ｙ≦１．１）の組成を有するリチウム含有複合酸化物、又は上記Ｍｎの一部がＧｅ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ａｌ及びＣｏより選ばれる少なくとも１種の元素で置換されたリチウム含有複合酸化物（例えば、ＬｉＣｏＭｎＯ4、ＬｉＮｉ0.5Ｍｎ1.5Ｏ4等）等が挙げられる。上記マンガンを含むスピネル構造のリチウム含有複合酸化物は、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３０】
上記他の正極活物質としては、例えば、一般式ＬｉＣｏＯ2に代表されるリチウムコバルト複合酸化物（構成元素の一部が、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｂ等の元素で置換された複合酸化物も含む。）、一般式ＬｉＮｉＯ2、Ｌｉ1+xＮｉ0.7Ｃｏ0.25Ａｌ0.05Ｏ2等に代表されるリチウムニッケル複合酸化物（構成元素の一部が、Ｃｏ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｂ等の元素で置換された複合酸化物も含む。）等の層状構造の複合酸化物；一般式Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12に代表されるリチウムチタン複合酸化物（構成元素の一部が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｂ等の元素で置換された複合酸化物も含む。）等のスピネル構造の複合酸化物；一般式ＬｉＭＰＯ4に代表されるオリビン構造のリチウム複合酸化物（但し、ＭはＮｉ、Ｃｏ及びＦｅより選ばれる少なくとも１種）等が例示される。
【００３１】
上記正極用導電助剤は、正極合剤層の導電性向上等の目的で必要に応じて添加すればよく、導電助剤となる導電性粉末として、例えば、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、繊維状炭素、黒鉛等の炭素粉末や、ニッケル粉末等の金属粉末を利用することができる。
【００３２】
上記正極用バインダには、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３３】
上記正極集電体としては、構成された電池において実質的に化学的に安定な電子伝導体であれば特に限定されない。正極集電体としては、例えば、厚さが１０〜３０μｍのアルミニウム箔等が用いられる。
【００３４】
上記溶剤としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等が使用できる。
【００３５】
正極１１の厚さは特に限定されないが、通常は１１０〜２３０μｍである。
【００３６】
負極１２は、負極活物質、負極用導電助剤、負極用バインダ等を含む混合物に、溶剤を加えて十分に混練して得た負極合剤ペーストを、負極集電体の両面に塗布して乾燥した後に、その負極合剤層を所定の厚さ及び所定の電極密度に制御することにより形成できる。
【００３７】
上記負極活物質としては、例えば、天然黒鉛又は塊状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛等の人造黒鉛等の炭素材料が用いられるが、リチウムイオンを吸蔵・放出可能であればこれらに限定はされない。
【００３８】
上記負極集電体としては、構成された電池において実質的に化学的に安定な電子伝導体であれば特に限定されない。負極集電体としては、例えば、厚さが５〜２０μｍの銅箔等が用いられる。
【００３９】
上記負極用導電助剤、負極用バインダ、溶剤については、正極に用いたものと同様のものを使用できる。
【００４０】
負極１２の厚さは特に限定されないが、通常は６５〜２２０μｍである。
【００４１】
セパレータ１３としては、厚さが１０〜５０μｍの耐熱性多孔質基体と、厚さが１０〜３０μｍの熱可塑性樹脂からなる微多孔フィルムとを備えた２層構造のセパレータを用いる。耐熱性多孔質基体としては、例えば、耐熱温度が１５０℃以上の繊維状物で形成してもよく、上記繊維状物は、セルロース及びその変成体、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、アラミド、ポリアミドイミド及びポリイミドよりなる群から選択される少なくとも１種の材料で形成することができ、より具体的には上記材料からなる織布、不織布（紙を含む。）等のシート状物を耐熱性多孔質基体として用いることができる。
【００４２】
上記多孔質基体の「耐熱性」は、軟化等による実質的な寸法変化が生じないことを意味し、対象物の長さの変化、すなわち、多孔質基体においては、室温での長さに対する収縮の割合（収縮率）が５％以下を維持することのできる上限温度（耐熱温度）が、セパレータのシャットダウン温度よりも十分に高いか否かで耐熱性を評価する。シャットダウン後の非水電解質電池の安全性を高めるために、多孔質基体は、シャットダウン温度よりも２０℃以上高い耐熱温度を有することが望ましく、より具体的には、多孔質基体の耐熱温度は、１５０℃以上であることが好ましく、１８０℃以上であることがより好ましい。
【００４３】
また、上記熱可塑性樹脂からなる微多孔フィルムとしては、一定温度以上（１００〜１４０℃）で微孔を閉塞し、抵抗を上げるシャットダウン機能をセパレータに付与するために、例えば、融点が８０〜１４０℃である熱可塑性樹脂からなる微多孔性フィルムを用いることができる。より具体的には、耐有機溶剤性及び疎水性を有するポリプロピレン、ポリエチレン等のオレフィン系ポリマーからなる微多孔シートを用いることができる。
【００４４】
また、セパレータの耐熱性をより向上させるために、上記耐熱性多孔質基体に無機フィラーを含ませてもよく、また、上記微多孔フィルムに厚さが３〜１０μｍ程度の無機フィラー層を設けてもよい。上記無機フィラーとしては、例えば、アルミナ、シリカ、酸化チタン、酸化ジルコニウム及びベーマイトよりなる群から選択される少なくとも１種の無機酸化物の粒子を用いることができる。
【００４５】
セパレータ１３の厚さは特に限定されないが、通常は２５〜９０μｍである。
【００４６】
外装材１４としては、アルミニウム等の金属層と熱可塑性樹脂層とが積層されたラミネートフィルム等を用いることができる。例えば、厚さが２０〜１００μｍのアルミニウム層の外側に厚さが２０〜５０μｍの熱可塑性樹脂層を設け、その内側に２０〜１００μｍの接着層を設けたラミネートフィルムを用いることができる。これにより、封止部１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、熱溶着により確実に接合できる。
【００４７】
外装材１４の厚さは特に限定されないが、通常は６０〜２５０μｍである。
【００４８】
上記非水電解質としては、有機溶媒にリチウム塩を溶解させた溶液に、さらにホスファゼン誘導体を添加した非水電解液を使用する。
【００４９】
上記ホスファゼン誘導体としては、環状型と鎖状型のいずれも用いうるが、負荷特性等の電池の特性を考えた場合、特許第４３６７９５１号公報に記載の環状構造のものが好ましい。上記ホスファゼン誘導体の含有量は、上記非水電解質全体の重量割合で、５重量％以上２０重量％未満であることが好ましい。５重量％以上で非水電解液の引火点がなくなり難燃性が認められ、１０重量％以上で不燃性が認められる。一方、２０重量％以上では非水電解液の内部抵抗が大きくなり、電池の負荷特性が低下する傾向があるため、２０重量％未満が好ましい。
【００５０】
上記有機溶媒としては、例えば、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、γ−ブチロラクトン等の有機溶媒を１種類又は２種類以上混合して用いることができる。また、上記リチウム塩としては、例えば、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3等から選ばれる少なくとも１種類のリチウム塩を用いることができる。非水電解液中のＬｉイオンの濃度は、０．５〜１．５ｍｏｌ／Ｌとすればよい。
【００５１】
上記非水電解質は、ゲル化剤をさらに含んでいてもよい。ゲル化剤により上記非水電解液がゲル化することにより、異常時に電池の外装材が破断しても非水電解液の漏液を防止でき、個々の非水電解質電池の安全性、ひいてはモジュール全体の安全性を向上できる。
【００５２】
上記ゲル化剤としては、オキセタン基及び脂環式エポキシ基から選ばれる少なくとも１種の官能基を含む架橋性高分子化合物を架橋してなる重合体が好ましい。この種の重合体は、高温耐久性が高いからである。
【００５３】
上記オキセタン基及び脂環式エポキシ基から選ばれる少なくとも１種の官能基を含む架橋性高分子化合物は、オキセタン基及び脂環式エポキシ基から選ばれる少なくとも１種の官能基を含む重合性モノマーの重合体、又は、オキセタン基及び脂環式エポキシ基から選ばれる少なくとも１種の官能基を含む重合性モノマーと、他の重合性モノマーとの共重合体として合成することができる。
【００５４】
但し、上記オキセタン基及び脂環式エポキシ基から選ばれる少なくとも１種の官能基を含む重合性モノマーを単独で重合する場合は、オキセタン基等の架橋性官能基の濃度が高くなりすぎ、重合度が低くなって所望の分子量の大きな架橋性高分子化合物（プレポリマー）が得られないことがある。しかし、非架橋性で保液性の良い他の重合性モノマーと共重合することにより、上記問題を解決することができる。その場合のそれぞれの重合性モノマーの割合は、オキセタン基及び脂環式エポキシ基から選ばれる少なくとも１種の官能基を含む重合性モノマーのモル数をｍモルとし、他の重合性モノマーのモル数をｎモルとすると、モル比ｍ／ｎが１／２０〜２／１の範囲とするのが好ましく、より好ましくは１／１０〜１／１の範囲である。上記モル比を１／２０以上とすることにより、化学架橋点の割合を増加させて高温での流動化を効果的に抑制することができる。また、上記モル比を２／１以下とすることにより、非水電解質中の活性成分と、オキセタン基又は脂環式エポキシ基との反応を抑制して、イオン伝導性の低下を防ぐことができる。
【００５５】
上記オキセタン基を含む重合性モノマーとしては、式（１）：
【００５６】
【化１】
2011249015.tif 000003
【００５７】
（式中、Ｒ1は水素又は炭素数１〜３のアルキル基、Ｒ2は炭素数１〜６のアルキル基である。）
で示されるモノマーを用いることができる。
【００５８】
また、上記脂環式エポキシ基を含む重合性モノマーとしては、式（２）：
【００５９】
【化２】
2011249015.tif 000004
【００６０】
（式中、Ｒ3は水素又は炭素数１〜３のアルキル基である。）
で示されるモノマーを用いることができる。
【００６１】
また、上記他の重合性モノマーとしては、例えば、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、及びこれらの誘導体、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、ビニルピロリドン、ビニレンカーボネート、Ｎ−ビニルアセトアミド、酢酸ビニル、塩化ビニル等を使用できる。
【００６２】
上記ゲル化剤の含有量は、上記非水電解質全体の重量割合で、１．５〜５重量％であることが好ましい。この範囲内では、イオン伝導性に優れ、高温でも流動化しないゲル状電解質を作製できるからである。
【００６３】
図２Ａは本実施形態の非水電解質電池に用いる放熱部材としての放熱シートの斜視図であり、図２Ｂは図２Ａの側面図である。図２Ａ、Ｂにおいて、放熱シート１８は、シート状の金属部材としての金属シート１８ｃと、金属シート１８ｃの両主面に接合された樹脂部材としての樹脂シート１８ａ、１８ｂとから形成されている。これにより、放熱シート１８と、前述の外装材１４から外部に引き出された正極リード端子部１６ａ及び負極リード端子部１６ｂとが電気的に短絡することをより効果的に防止できる。但し、電極リード端子部の構造により短絡の可能性が低い場合には、放熱部材として金属シート１８ｃのみを用いてもよい。
【００６４】
金属シート１８ｃは、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、ステンレス鋼等の金属で形成されている。金属シート１８ｃは、１種類の金属シートを用いてもよいし、２種類以上の金属シートを積層して用いてもよい。金属シート１８ｃの厚さは、非水電解質電池の大きさや厚さにより変動するが、例えば、２００〜５００μｍとすることができる。
【００６５】
樹脂シート１８ａ、１８ｂは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂から形成されている。樹脂シート１８ａ、１８ｂは、１種類の樹脂シートを用いてもよいし、２種類以上の樹脂シートを積層して用いてもよい。樹脂シート１８ａ、１８ｂの厚さは、非水電解質電池の大きさや厚さにより変動するが、例えば、５〜３０μｍとすることができる。
【００６６】
図３Ａは本実施形態の非水電解質電池に上記放熱部材を取り付けた状態の斜視図であり、図３Ｂは図３Ａの底面図である。図３Ａ、Ｂにおいて、非水電解質電池２０の外装材１４の一方の主面には、図２Ａ、Ｂで示した放熱シート１８が接合されている。外装材１４と放熱シート１８とは、例えば、加熱圧着による接合、接着剤による接合等により、一体化されている。樹脂シート１８ａ、１８ｂを前述の熱可塑性樹脂で形成すれば、外装材１４と放熱シート１８とを効率良く加熱圧着により接合できる。
【００６７】
図３Ｂに示した矢印は、外装材１４から放熱シート１８を通って熱が伝導する放熱ルートを表したものである。電池内から外装材１４に伝導した熱は、樹脂シート１８ａから金属シート１８ｃに伝導し、最終的には、金属シート１８ｃの端部から外部に放出される。
【００６８】
また、図３Ａ、Ｂに示した非水電解質電池では、放熱シート１８の金属シート１８ｃの両主面の全面が、樹脂シート１８ａ、１８ｂで覆われているので、金属シート１８ｃと、外装材１４から外部に引き出された正極リード端子部１６ａ及び負極リード端子部１６ｂとが電気的に短絡することをより効果的に防止できる。
【００６９】
本実施形態の非水電解質電池２０の電気容量は、８〜２０Ａｈに設定されている。これは、前述のとおり、モジュール全体の単位体積当たりの電気容量、安全性及び生産性を一定以上の水準に維持するとともに、電池に異常が発生した場合にモジュール全体に与える電気容量への影響を考慮して、５〜４０個の非水電解質電池を組み合わせてモジュールを形成する場合に、個々の非水電解質電池として最適な電気容量となるからである。
【００７０】
また、非水電解質電池２０には電池異常検出部が備えられている。上記電池異常検出部としては詳細な回路図は省略するが、例えば図４に示すように、基板３０の上にヒューズ３１とともに電池異常検出部３２として設けることができる。電池異常検出部３２は、電池電圧、電池温度、圧力センサーを用いた電池圧力又は歪センサーを用いた電池厚さの測定等の測定値が、予め設定した安全範囲を超えた場合に電池異常状態と判定する。このような電池異常状態を検出すると、電池の正極リード端子部１６ａに接続されているヒューズ３１に電池から電流を流して強制的にヒューズ３１を切断し、異常電池を他の電池から切り離すことができる。
【００７１】
さらに、非水電解質電池２０には電池の異常を外部に発信する異常信号発信部が備えられている。上記異常信号発信部としては詳細な回路図は省略するが、例えば図４に示すように、基板３０の上にヒューズ３１、電池異常検出部３２とともに異常信号発信部３３として設けることができる。異常信号発信部３３を備えることにより、他の電池の保護やモジュール全体の保護に対処することができる。
【００７２】
より具体的には、例えば、ある電池が過充電状態となるとその電圧を上記電池異常検出部で検出し、上記ヒューズを遮断することにより、異常電池を他の正常電池から分離するとともに、上記異常信号発信部から異常電池の分離情報が発信され、異常電池の交換を促すことができる。
【００７３】
次に、本発明の非水電解質電池モジュールの実施形態について説明する。本実施形態の非水電解質電池モジュールは、上記非水電解質電池を上記放熱部材を介して複数積層したものである。
【００７４】
図５は、本実施形態の非水電解質電池モジュールの断面図である。図５において、非水電解質電池モジュール５０の外装体４０の内部には、非水電解質電池２０が複数積層されて収納されている。各非水電解質電池２０の放熱シート１８の端部は、外装体４０の内面に接している。これにより、放熱シート１８に伝導した熱を外装体４０から外部に放出できる。このため、外装体４０は、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、ステンレス鋼等の熱伝導性が高い材料で形成することが好ましい。
【００７５】
本発明の非水電解質電池モジュールは、高容量で且つ安全性が高い高い非水電解質電池を５〜４０個の範囲内の任意の数だけ簡便に積層できるので、高容量で且つ安全性が高い非水電解質電池電池モジュールを提供できる。
【実施例】
【００７６】
（実施例１）
先ず、以下のようにして非水電解質電池を作製した。
【００７７】
正極活物質としてＬｉＭｎ2Ｏ4を９４質量部、導電助剤としてアセチレンブラック３質量部、及びバインダとしてポリフッ化ビニリデン３質量部を、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを溶剤として均一になるように混合し、正極合剤含有ペーストを調製した。そのペーストを厚さ１５μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、ローラーで正極合剤層の密度が２．８５ｍｇ／ｃｍ3になるまで加圧成形した後、電極塗布面が幅１４０ｍｍ及び長さ２２０ｍｍになるように切断して正極を作製した。また、正極合剤層が形成されていない正極の一端部には正極リード端子を形成した。
【００７８】
負極活物質としてＢＥＴ比表面積が２．２ｍ2／ｇで平均粒径が１８μｍの黒鉛粉末、及びバインダとしてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とスチレン・ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）を用い、溶媒としての水とともに、黒鉛粉末、ＣＭＣ及びＳＢＲを、それぞれ質量比で、９６：２：２の割合で混合し、スラリー状の負極合剤含有ぺーストを調製した。
【００７９】
得られた負極合剤含有ぺーストを厚さ１０μｍの銅箔からなる負極集電体の両面に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、ローラーで負極合剤層の密度が１．５５ｇ／ｃｍ3になるまで加圧成形した後、電極塗布面が幅１４６ｍｍ及び長さ２２６ｍｍになるように切断して負極を作製した。また、負極合剤層が形成されていない負極の一端部には負極リード端子を形成した。
【００８０】
セパレータとして、厚さ１６μｍのポリエチレン製の微孔フィルムに厚さ５μｍのベーマイト粒子層を形成したセパレータと、厚さ２０μｍのポリエチレンテレフタレート製の不織布とを積層した多孔性積層フィルムを準備した。上記多孔性積層フィルム（セパレータ）の総厚みは約２０μｍ、開口率は５０％であった。
【００８１】
次に、上記正極１５枚及び上記負極１６枚を用い、正極と負極との間に、不織布側が正極に当接するように上記セパレータを配置して各正極及び各負極を積層し、各正極リード端子を溶接して正極リード端子部を形成し、各負極リード端子を溶接して負極リード端子部を形成した後、ラミネートフィルム製の外装材内に挿入した。
【００８２】
非水電解液に、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比１：２で混合した溶媒中に、ＬｉＰＦ6を１．２モル／リットルの割合で溶解し、さらに、ホスファゼン誘導体としてブリジストン社製の組成式Ｃ2Ｈ5ＯＮ3Ｐ3Ｆ5で表される“ホスライト”（商品名）を１０重量％添加した溶液を用い、これを上記外装材内に注入した後、封止して、端子部を除き幅１５０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、高さ４ｍｍで、電池容量１０Ａｈの非水電解質電池を作製した。
【００８３】
次に、作製した非水電解質電池に図４に示すように電池異常検出部と異常信号発信部とを取り付けた。上記電池異常検出部は、電池に１０Ｃ（１００Ａ）以上の電流が流れるとヒューズを切断して電流を遮断することができる。また、上記異常信号発信部は、上記電池異常検出部により電流が遮断されると、その情報を電池制御部に伝達し、異常電池を隔離することができる。
【００８４】
次に、放熱部材としてアルミニウム板の両面をＰＥＴ樹脂でコートした幅１５０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの放熱シートを準備した。続いて、図５に示すように放熱シートを介して上記非水電解質電池を２５個積層して、厚み１ｍｍのアルミニウム製の外装体に挿入して、正極端子及び負極端子を備える非水電解質電池モジュールを作製した。各電池の接続構成は、５個を直列に接続し、その５個直列に接続した電池群をさらに５個並列に接続したものとした。
【００８５】
（実施例２）
各電池の接続構成を、８個を直列に接続し、その８個直列に接続した電池群をさらに５個並列に接続したものとし、電池個数を４０個とした以外は、実施例１と同様にして非水電解質電池モジュールを作製した。
【００８６】
（実施例３）
正極を１５枚、負極を１６枚使用した電池容量１５Ａｈの非水電解質電池を用いた以外は、実施例１と同様にして非水電解質電池モジュールを作製した。
【００８７】
（実施例４）
各電池の接続構成を、８個を直列に接続し、その８個直列に接続した電池群をさらに５個並列に接続したものとし、電池個数を４０個とした以外は、実施例３と同様にして非水電解質電池モジュールを作製した。
【００８８】
（比較例１）
正極を５枚、負極を６枚使用した電池容量５Ａｈの非水電解質電池を用い、各電池の接続構成を、３個を直列に接続したものとし、電池個数を３個とし、放熱部材及び電池異常検出部を取り付けなかった以外は、実施例１と同様にして非水電解質電池モジュールを作製した。
【００８９】
（比較例２）
各電池の接続構成を、５個を直列に接続し、その５個直列に接続した電池群をさらに２個並列に接続したものとし、電池個数を１０個とした以外は、比較例１と同様にして非水電解質電池モジュールを作製した。
【００９０】
（比較例３）
放熱部材を用いなかった以外は、実施例１と同様にして非水電解質電池モジュールを作製した。
【００９１】
（比較例４）
電池異常検出部を取り付けなかった以外は、実施例１と同様にして非水電解質電池モジュールを作製した。
【００９２】
（比較例５）
電池異常検出部を取り付けなかった以外は、実施例４と同様にして非水電解質電池モジュールを作製した。
【００９３】
（比較例６）
放熱部材を用いなかった以外は、実施例４と同様にして非水電解質電池モジュールを作製した。
【００９４】
（比較例７）
正極を２５枚、負極を２６枚使用した電池容量２５Ａｈの非水電解質電池を用いた以外は、実施例１と同様にして非水電解質電池モジュールを作製した。
【００９５】
次に、実施例１〜４及び比較例１〜７の非水電解質電池モジュールについて、下記のように外部短絡試験及び過充電試験を行った。
【００９６】
＜外部短絡試験＞
４．２Ｖの終止電圧で、満充電した電池モジュールの正極端子と負極端子とを、１０ｍΩの抵抗を介して、雰囲気温度２５℃で短絡させ、各電池の外装材の状態を観察し、各電池の温度を測定した。
【００９７】
＜過充電試験＞
雰囲気温度２５℃で単電池あたり５Ｖ、２Ｃの電流で８時間充電した電池モジュールの各電池の外装材の状態を観察し、電池の温度を測定した
【００９８】
上記外部短絡試験及び上記過充電試験の結果を下記Ａ、Ｂ及びＣで表し、電池容量、直列数、並列数、電池個数、放熱部材の有無及び電池異常検出部の有無とともに、表１に示す。
【００９９】
Ａ：非水電解質電池モジュールの各電池の最大温度が１００℃以下で、各電池の外装材に異常が認められなった。
Ｂ：非水電解質電池モジュールのいずれかの電池の最大温度が１００℃を超えるか、又は、いずれかの電池の外装材が開封した。
Ｃ：非水電解質電池モジュールのいずれかの電池の最大温度が１００℃を超え、且つ、いずれかの電池の外装材が開封した。
【０１００】
【表１】
2011249015.tif 000005
【０１０１】
表１から、本発明の実施例１〜４の非水電解質電池モジュールでは、外部短絡試験及び過充電試験のいずれにおいても良好な結果を得られたことが分かる。また、電池容量が少ない比較例１及び２の非水電解質電池モジュールでは、放熱部材及び電池異常検出部が無くても大きな電池異常は起きなかった。一方、電池容量が比較的多い比較例３〜６の非水電解質電池モジュールでは、放熱部材又は電池異常検出部のいずれかが無い場合には、大きな電池異常が発生した。さらに、電池容量が２０Ａｈを超えた比較例７の非水電解質電池モジュールでは、放熱部材及び電池異常検出部を備えていても大きな電池異常が発生した。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
以上説明したように、本発明は、高容量で且つ安全性が高い非水電解質電池モジュールを提供できる。従って、本発明の非水電解質電池モジュールは、高容量で且つ高い安全性が要求される据え置き型の非常用電源等として広く利用できる。
【符号の説明】
【０１０３】
１０  電極体
１１  正極
１１ａ  正極リード端子
１２  負極
１２ａ  負極リード端子
１３  セパレータ
１４  外装材
１４ａ  第１外装面
１４ｂ  第２外装面
１５  電極収納部
１６ａ  正極リード端子部
１６ｂ  負極リード端子部
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ  封止部
１８  放熱シート
１８ａ、１８ｂ  樹脂シート
１８ｃ  金属シート
２０  非水電解質電池
３０  基板
３１  ヒューズ
３２  電池異常検出部
３３  異常信号発信部
４０  外装体
５０  非水電解質電池モジュール
【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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