(57)【要約】【課題】複数の２次電池を並列接続して構成された組電池において、各端子間の距離を確保することができ、組電池自体をコンパクトに構成することができると共に、簡易な構成で各端子に導電部材を接続することができる組電池を提案する。【解決手段】第１の２次電池４Ａと第２の２次電池４Ｂとの間に設けられ、第１の２次電池４Ａと第２の２次電池４Ｂとを電気的に接続する板状の第１集電電極２１と、第１集電電極２１が設けられた第１の２次電池４Ａの表面と反対側の表面に設けられ、第１集電電極２１と極の異なる第２集電電極２３と、第１集電電極２１に設けられ、第１導電部材Ｕ１が接続される第１端子部Ｔ１と、第２集電電極２３に設けられ、第２導電部材Ｕ２が接続される第２端子部Ｔ２とを備え、第１端子部Ｔ１と第２端子部Ｔ２とが積層方向にずれるように配置する。【選択図】図１
2008027659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とを有する単位電池を導電膜を介して積層して形成された２次電池と、
前記２次電池を複数積層して形成された組電池と、
前記複数の２次電池のうち、隣接して積層された第１および第２の２次電池と、
前記第１の２次電池と前記第２の２次電池との間に設けられ、前記第１の２次電池と前記第２の２次電池とを電気的に接続する板状の第１集電電極と、
前記第１集電電極が設けられた前記第１の２次電池の表面と反対側の表面に設けられ、前記第１集電電極と極の異なる第２集電電極と、
前記第１集電電極に設けられ、第１導電性部材が接続される第１端子部と、
前記第２集電電極に設けられ、第２導電性部材が接続される第２端子部と、
を備え、
前記第１端子部と前記第２端子部とが、積層方向にずれるように配置された組電池。
【請求項２】
積層された複数の前記第１と第２の２次電池と、
複数の前記第１と第２集電電極と、
複数の前記第１と第２端子部とを備え、
前記第１端子部同士が前記第１および前記第２の２次電池の積層方向に重なり合い、前記第２端子部同士が前記積層方向に重なり合う、請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記第１集電電極に形成された第１切欠部と、
前記第２集電電極に形成された第２切欠部と、
前記第１端子部に形成され、前記第１導電性部材が接続される第１接続部と、
前記第２端子部に形成され、前記第２導電性部材が接続される第２接続部と、
をさらに備え、
前記第２接続部の前記積層方向に前記第１切欠部が位置し、記第１接続部の前記積層方向に前記第２切欠部が位置する、請求項２に記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の単位電池を積層して構成された組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の電池セルを直列に積層して構成された２次電池が各種提案されている（下記特許文献１〜３参照）。上記２次電池は、両端に集電電極が設けられており、この集電電極には、配線が接続される端子が設けられている。
【特許文献１】特開２０００−３１１７１８号公報
【特許文献２】特開２００４−１７１９５４号公報
【特許文献３】特開２００５−１１６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のように構成された２次電池を複数並列接続するには、絶縁膜を介して複数の２次電池を積層して、各端子を並列に接続する手法が考えられる。
【０００４】
しかし、上記のように２次電池を積層したのでは、隣接する２次電池の端子同士が絶縁膜を介して近接しており、端子同士が接触するおそれがある。また、各２次電池間に絶縁膜が設けられるため、組電池の厚みが厚くなり、組電池を設置するスペースを要するようになる。さらに、複数の２次電池を並列に接続すると、複数の端子に配線を接続する必要が生じ、各端子に配線を接続しようとすると、配線の引き回しが非常に複雑となる。
【０００５】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の２次電池を並列接続して構成された組電池において、各端子間の距離を確保することができ、組電池自体をコンパクトに構成することができると共に、簡易な構成で各端子に配線を接続することができる組電池を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る組電池は、正極と負極とを有する単位電池を導電膜を介して積層して形成された２次電池と、２次電池を複数積層して形成された組電池と、複数の２次電池のうち、隣接して積層された第１および第２の２次電池と、第１の２次電池と第２の２次電池との間に設けられ、第１の２次電池と第２の２次電池とを電気的に接続する板状の第１集電電極と、第１集電電極が設けられた第１の２次電池の表面と反対側の表面に設けられ、第１集電電極と極の異なる第２集電電極と、第１集電電極に設けられ、第１導電性部材が接続される第１端子部と、第２集電電極に設けられ、第２導電性部材が接続される第２端子部とを備え、第１端子部と第２端子部とが、積層方向にずれるように配置される。好ましくは、上記積層された複数の第１と第２の２次電池と、複数の第１と第２集電電極と、複数の第１と第２端子部とを備え、第１端子部同士が第１および第２の２次電池の積層方向に重なり合い、第２端子部同士が積層方向に重なり合うように配置する。好ましくは、上記第１集電電極に形成された第１切欠部と、第２集電電極に形成された第２切欠部と、第１端子部に形成され、第１導電性部材が接続される第１接続部と、第２端子部に形成され、第２導電性部材が接続される第２接続部とさらに備え、第２接続部の積層方向に第１切欠部が位置し、記第１接続部の積層方向に第２切欠部を位置させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る組電池によれば、積層方向に隣り合う２次電池が第１集電電極を共有するため、総端子数を低減することができる。また、第１端子部と第２端子部とがずれているため、第１端子部のうち、第２端子部と重ならない部分に第１配線を接続し、第２端子部のうち、第１端子部と重ならない部分に第２配線を接続することにより、配線の引き回しを容易にすることができる。また、積層方向に隣り合う単位電池同士は、集電電極を共有しており、組電池の厚みを薄く構成することができる。さらに、各端子部間には、２次電池が配置されているため、端子部同士の接触を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１から図７を用いて、本実施の形態１に係る組電池１００について説明する。図１は、本実施の形態に係る組電池１００の斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。図１は、複数のバイポーラ２次電池（２次電池）４と、板状に形成された複数の負極集電電極（第１集電板）２１と、板状に形成された複数の正極集電電極（第２集電板）２３とが積層されて形成されている。
【０００９】
図２に示すように、バイポーラ電池４は、複数の電極シート（単位電池）２５と、各電極シート２５間に設けられた集電箔２９とを順次積層して形成されている。なお、各電極シート２５の積層方向と、バイポーラ２次電池４の積層方向は一致しており、いずれも、組電池１００の厚み方向となっている。
【００１０】
電極シート２５は、板状に形成された電解質層２７と、電解質層２７の一方の主表面（第１主表面）２７ａ上に形成された負極活物質層２６と、電解質層２７の他方の主表面（第２主表面）２７ｂ上に形成された正極活物質層２８とを備えている。そして、各電極シート２５は、集電箔２９を介して直列に積層されている。
【００１１】
バイポーラ２次電池４は、負極集電電極２１または正極集電電極２３を介して複数積層されている。負極集電電極２１および正極集電電極２３は、バイポーラ２次電池４間および組電池１００の両端に設けられている。
【００１２】
組電池１００の一端に設けられた負極集電電極２１の主表面には、積層方向に隣り合うバイポーラ２次電池４の負極活物質層２６が形成されており、他端に設けられた正極集電電極２３の主表面には、積層方向に隣り合うバイポーラ２次電池４の正極活物質層２８が形成されている。
【００１３】
図１において、たとえば、複数のバイポーラ２次電池４のうち、バイポーラ２次電池（第１の２次電池）４Ａとバイポーラ２次電池４Ｂとの間には、負極集電電極（第１集電電極）２１が形成されている。この負極集電電極２１が設けられたバイポーラ電池４Ａの表面と反対側に位置するバイポーラ電極４Ａの表面には、正極集電電極（第２集電電極）２３が設けられている。
【００１４】
そして、正極集電電極２３を介して隣り合うバイポーラ２次電池４は、図２に示す正極活物質層（正極）２８同士が対向するように配置されており、正極集電電極２３の表裏面には、隣り合うバイポーラ２次電池４の正極活物質層２８が接続されている。さらに、負極集電電極２１を介して隣り合うバイポーラ２次電池４は、負極活物質層２６同士が対向するように配置されており、負極集電電極２１の表裏面には、隣り合うバイポーラ２次電池の負極活物質層２６が接続されている。
【００１５】
すなわち、この組電池１００は、複数のバイポーラ２次電池４が負極集電電極２１および正極集電電極２３によって並列接続されて構成されている。また、正極集電電極２３または負極集電電極２１に対して積層方向の両隣りに位置するバイポーラ２次電池４は、当該正極集電電極２３または負極集電電極２１を共有している。このため、従来の複数のバイポーラ２次電池を絶縁膜を介して積層して構成された組電池と比較して、絶縁膜が不要となるのみならず、隣り合う２次電池同士が集電電極を共有することができ、組電池１００自体をコンパクトに構成することができる。
【００１６】
そして、図１において、負極集電電極２１には、配線（第１配線）Ｕ１が接続される端子部Ｔ１が形成されている。この端子部（第１端子部）Ｔ１は、各バイポーラ電池４から外方に向けて突出しており、端子部Ｔ１には、配線Ｕ１と接触する接続孔（接触部）ａ１が形成されている。配線Ｕ１，Ｕ２は、組電池１００から外部に向けて電気が放電されるときや、組電池１００を充電する際に用いられるものであり、たとえば、ＰＣＵ等と組電池１００とを接続している。
【００１７】
また、正極集電電極２３にも、配線（第２導電性部材）Ｕ２が接続される端子部（第２導電性部材）Ｔ２が形成されている。なお、配線Ｕ１、Ｕ２は、リード線に限られず、たとえば、金属製のピン等でもよく、導電性部材であればよい。端子部Ｔ２は、各バイポーラ電池４の端面から外方に向けて突出するように形成されている。この端子部Ｔ２には、配線Ｕ２が接続される接続孔ｂ１が形成されている。これら端子部Ｔ１と端子部Ｔ２との間には、バイポーラ２次電池４が介在しているため、端子部Ｔ１と端子部Ｔ２とが接触することが抑制されている。
【００１８】
さらに、端子部Ｔ１と端子部Ｔ２とは、正極集電電極２３または負極集電電極２１の主表面方向にずれるように配置されている。
【００１９】
このため、端子部Ｔ１のうち、端子部Ｔ２とずれた位置に接続孔ａ１を形成することができ、端子部Ｔ２のうち、端子部Ｔ１とずれた位置に接続孔ｂ１を形成することができる。これにより、配線Ｕ１，Ｕ２を接続孔ａ１，ａ２に容易に接続することができる。
【００２０】
各端子部Ｔ１同士は、積層方向に重なるように配列されており、各端子部Ｔ１に形成される接続孔ａ１も積層方向に沿って一致している。このため、積層方向に配列された各接続孔ａ１に配線Ｕ１を通すことにより、全ての負極集電電極２１を容易に接続することができる。
【００２１】
また、各端子部Ｔ２同士も積層方向に重なるように配列されており、各接続孔ｂ１も積層方向に一致している。このため、積層方向に配列された各接続孔ｂ１に配線Ｕ２を通すことにより、全ての正極集電電極２３を一括接続することができる。
【００２２】
なお、図３は、本実施の形態に係る組電池１００の第１変形例を示す斜視図であり、この図３に示すように、端子部Ｔ１と端子部Ｔ２とが負極集電電極２１および正極集電電極２３の主表面方向にずれているとは、端子部Ｔ１，Ｔ２同士が積層方向に一部重なる領域がある場合も含む。このように端子部Ｔ１，Ｔ２同士が積層方向に重なる部分があったとしても、端子部Ｔ１のうち、接続孔ａ１が位置する部分と、端子部Ｔ２とが積層方向に重ならないように離間すると共に、端子部Ｔ２のうち、接続孔ａ２が位置する部分と、端子部Ｔ１とが積層方向に重ならないように離間しておればよい。さらに、図４は、組電池１００の第２変形例を示す斜視図であり、この図４に示すように、端子部Ｔ１と端子部Ｔ２とが負極集電電極２１および正極集電電極２３の主表面方向にずれているとは、端子部Ｔ１と端子部Ｔ２とがそれぞれ、組電池１００の異なる側面に設けられている場合も含む。
【００２３】
そして、図１において、組電池１００本体の周面のうち、一側面に端子部Ｔ１，Ｔ２を設けることにより、組電池１００本体の他の側面側に他の部材を配置することができ、デッドスペースの低減を図ることができる。その上、組電池１００から引き出される配線Ｕ１，Ｕ２が同一の側面から引き出されるため、配線Ｕ１，Ｕ２の引き回しの容易性をさらに向上させることができる。
【００２４】
負極集電電極２１のうち、端子部Ｔ１と隣り合う部分には、切欠部４０が形成されており、この切欠部４０の積層方向には、正極集電電極２３の端子部Ｔ２が位置している。また、正極集電電極２３のうち、端子部Ｔ２と隣り合う部分には、切欠部４１が形成されており、この切欠部４１の積層方向には、負極集電電極２１の端子部Ｔ１が位置している。このため、端子部Ｔ１および端子部Ｔ２が積層方向に湾曲したり、屈曲したりしても、端子部Ｔ１、Ｔ２同士が接触することを抑制することができる。
【００２５】
端子部（第１端子部）Ｔ１は、負極集電電極２１と一体成形されており、端子部Ｔ２は、正極集電電極２３と一体成形されている。
【００２６】
端子部Ｔ１，Ｔ２を各集電電極２１，２３と一体に形成することにより、たとえば、端子部Ｔ１，Ｔ２を負極集電電極２１および正極集電電極２３と別体にして、半田で接続する場合よりも、導電性を高く確保することができると共に、部品点数の低減を図ることができる。
【００２７】
図２において、電極シート２５を形成する電解質層２７は、イオン伝導性を示す材料から形成される層である。電解質層２７は、固体電解質であってもよいし、ゲル状電解質であってもよい。電解質層２７を介在させることによって、正極活物質層２８および負極活物質層２６間のイオン伝導がスムーズになり、バイポーラ２次電池４の出力を向上させることができる。そして、各電極シート２５に設けられた集電箔２９と、集電箔２９の一方の主面２９ｂにスパッタリングにより形成された正極活物質層２８と、他方の主面２９ａに形成された負極活物質層２６とから構成されたバイポーラ電極３０が形成されている。
【００２８】
続いて、バイポーラ２次電池４を構成する各部材について詳細に説明する。集電箔２９は、たとえば、アルミニウムから形成されている。この場合、集電箔２９の表面に設けられる活物質層が固体高分子電解質を含んでも、集電箔２９の機械的強度を十分に確保することができる。集電箔２９は、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）もしくはこれらの合金等、アルミニウム以外の金属の表面にアルミニウムを被膜することによって形成されてもよい。
【００２９】
正極活物質層２８は、正極活物質層および固体高分子電解質を含む。正極活物質層２８は、イオン伝導性を高めるための支持塩（リチウム塩）、電子伝導性を高めるための導電助剤、スラリー粘度の調整溶媒としてのＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）、重合開始剤としてのＡＩＢＮ（アゾビスイソブチロニトリル）等を含んでもよい。
【００３０】
正極活物質層としては、リチウムイオン２次電池で一般的に用いられる、リチウムと遷移金属との複合酸化物を使用することができる。正極活物質層として、たとえば、ＬｉＣｏＯ２等のＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２等のＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ２Ｏ４等のＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２等のＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物などが挙げられる。その他、ＬｉＦｅＰＯ４等の遷移金属とリチウムとのリン酸化合物や硫酸化合物；Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＭｏＯ３等の遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨ等が挙げられる。
【００３１】
固体高分子電解質は、イオン伝導性を示す高分子であれば、特に限定されず、たとえば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体などが挙げられる。このようなポリアルキレンオキシド系高分子は、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２等のリチウム塩を容易に溶解する。固体高分子電解質は、正極活物質層２８および負極活物質層２６の少なくとも一方に含まれる。より好ましくは、固体高分子電解質は、正極活物質層２８および負極活物質層２６の双方に含まれる。
【００３２】
支持塩としては、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、もしくはこれらの混合物等を使用することができる。導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等を使用することができる。
【００３３】
負極活物質層２６は、負極活物質層および固体高分子電解質を含む。負極活物質層は、イオン伝導性を高めるための支持塩（リチウム塩）、電子伝導性を高めるための導電助剤、スラリー粘度の調整溶媒としてのＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）、重合開始剤としてのＡＩＢＮ（アゾビスイソブチロニトリル）等を含んでもよい。
【００３４】
負極活物質層としては、リチウムイオン２次電池で一般的に用いられる材料を使用することができる。但し、固体電解質を使用する場合、負極活物質層として、カーボンもしくはリチウムと金属酸化物もしくは金属との複合酸化物を用いることが好ましい。より好ましくは、負極活物質層は、カーボンもしくはリチウムと遷移金属との複合酸化物である。さらに好ましくは、遷移金属はチタンである。つまり、負極活物質層は、チタン酸化物もしくはチタンとリチウムとの複合酸化物であることがさらに好ましい。
【００３５】
電解質層２７を形成する固体電解質としては、たとえば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体等、固体高分子電解質を使用することができる。固体電解質は、イオン伝導性を確保するための支持塩（リチウム塩）を含む。支持塩としては、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、もしくはこれらの混合物等を使用することができる。
【００３６】
さらに、正極活物質層２８、負極活物質層２６および電解質層２７を形成する材料の具体例を表１から表３に示す。表１は、電解質層２７が有機系固体電解質である場合の具体例を示し、表２は、電解質層２７が無機系固体電解質である場合の具体例を示し、表３は、電解質層２７がゲル状電解質である場合の具体例を示す。
【００３７】
【表１】
2008027659.tif 000003
【００３８】
【表２】
2008027659.tif 000004
【００３９】
【表３】
2008027659.tif 000005
【００４０】
多くの場合、２次電池に用いられる電解質は液体である。たとえば鉛蓄電池の場合には電解液に稀硫酸が用いられる。正極集電電極２３および負極集電電極２１はある程度の強度を有する。本実施の形態では複数のバイポーラ２次電池４の各々は正極集電電極２３および負極集電電極２１により挟まれる。正極集電電極２３および負極集電電極２１をバイポーラ２次電池４に挟んだときに正極集電電極２３とバイポーラ２次電池４との隙間、あるいは負極集電電極２１とバイポーラ２次電池４との隙間をなくすことができる。これによって組電池１００の強度を確保することができる。
【００４１】
図５は、本実施の形態に係る組電池１００がケーシング１０１内に収納された電池パック１２０の斜視図である。この図５に示されるように、組電池１００本体は、ケーシング１０１内に収納されている一方で、端子部Ｔ１，Ｔ２は、ケーシング１０１から外方に突出している。なお、図６は、図４に示す第２変形例に係る組電池１００がケーシング１０１内に収納された電池パック１２０の斜視図である。
【００４２】
図７は、本実施の形態に係る組電池１００を搭載した自動車の実施の形態を示す断面模式図である。
【００４３】
図７において、自動車１はたとえば充放電可能な電源を動力源とする電気自動車、あるいは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な電源とを動力源とするハイブリッド車両等である。図１に示す組電池１００はこれらの自動車に電源として搭載されている。
【００４４】
自動車１はその搭乗空間（車室）５０内において、フロントシート１２とリアシート６とが配置されている。搭乗空間５０内において、フロントシート１２下に、図１に示す組電池１００を含む電池パック１２０が配置されている。電池パック１２０は、フロントシート１２下に配置されたカバー５および床面２００により囲まれた状態となっている。フロントシート１２の下は自動車１の他の部分に比較して電池パック１２０を収納する空間を確保しやすい。また多くの場合、車体は、衝突時につぶれる部分と、つぶれずに乗員を保護する部分から構成されている。つまりフロントシート１２の下に電池パック１２０を配置することにより車体が強い衝撃を受けた場合にも組電池を衝撃から保護できる。
【００４５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施の形態に係る組電池の斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【図３】本実施の形態に係る組電池の第１変形例を示す斜視図である。
【図４】本実施の形態に係る組電池の第２変形例を示す斜視図である。
【図５】本実施の形態に係る組電池がケーシング内に収納されて形成された電池パックの斜視図である。
【図６】第２変形例に係る組電池をケーシング内に収納して形成された電池パックの斜視図である。
【図７】本実施の形態に係る組電池を搭載した自動車の断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  自動車、４  バイポーラ電池、５  カバー、６  リアシート、１２  フロントシート、２１  負極集電電極、２３  正極集電電極、２５  電極シート、２６  負極活物質層、２７  電解質層、２８  正極活物質層、２９  集電箔、３０  バイポーラ電極、４０，４１  切欠部、１００  組電池、１２０  電池パック、Ｔ１，Ｔ２  端子部、Ｕ１，Ｕ２  配線。
【図１】
2008027659.tif 000006
【図２】
2008027659.tif 000007
【図３】
2008027659.tif 000008
【図４】
2008027659.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
2008027659.tif 000012