(57)【要約】【課題】耐久性に優れた二次電池およびこれを搭載した車両を提供する。【解決手段】電気絶縁性を有する母材層１１の一方の面に正極１２が形成され、他方の面に負極１３が形成された電極構造体１４が、隣接する電極構造体１４の正極１２と負極１３とが対向するように、電解質層１５を介して複数積層されてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性を有する母材層の一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成された電極構造体が、隣接する電極構造体の正極と負極とが対向するように、電解質層を介して複数積層されてなることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記母材層は、１層の絶縁層からなり、
前記正極は、前記母材層の一方の面に順次に積層される正極集電体層および正極活物質層を有し、前記負極は、前記母材層の他方の面に順次に積層される負極集電体層および負極活物質層を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記電極構造体の端部から前記母材層および前記正極集電体層が延長されてなり、正極集電部材が接合される正極拡張部と、
前記電極構造体の端部から前記母材層および前記負極集電体層が延長されてなり、負極集電部材が接合される負極拡張部と、をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記正極拡張部および前記負極拡張部は、前記電極構造体の対向する端部からそれぞれ延長されていることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
【請求項５】
前記正極拡張部および前記負極拡張部は、前記電極構造体の対向する端部の間隔が可及的に短くなるように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
【請求項６】
前記正極拡張部および前記負極拡張部は、前記電極構造体の同一の端部からそれぞれ延長されていることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
【請求項７】
前記正極集電部材および前記負極集電部材は、それぞれ複数設けられており、
前記正極集電部材は、前記隣接する電極構造体の前記正極拡張部間に密に挿入され、当該隣接する正極拡張部間から外部に導出されており、
前記負極集電部材は、前記隣接する電極構造体の前記負極拡張部間に密に挿入され、当該隣接する負極拡張部間から外部に導出されていることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
【請求項８】
前記正極拡張部の正極集電体層と反対側の面は母材層が露出されて、前記正極集電部材と前記負極とを電気的に絶縁しており、
前記負極拡張部の負極集電体層と反対側の面は母材層が露出されて、前記負極集電部材と前記正極とを電気的に絶縁していることを特徴とする請求項７に記載の二次電池。
【請求項９】
前記複数の電極構造体の正極拡張部および負極拡張部は、一の前記正極集電部材および前記負極集電部材とそれぞれ異なる位置で接合されるように、前記電極構造体毎に異なって設けられていることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
【請求項１０】
前記正極拡張部および前記負極拡張部は、前記電極構造体毎に異なる位置から延長されていることを特徴とする請求項９に記載の二次電池。
【請求項１１】
前記正極拡張部および前記負極拡張部は、前記電極構造体毎に異なる長さに延長されていることを特徴とする請求項９に記載の二次電池。
【請求項１２】
前記正極拡張部および前記負極拡張部には、前記電極構造体毎に異なる位置に開口部が設けられており、前記複数の開口部を介して複数の正極拡張部および負極拡張部は、前記正極集電部材および前記負極集電部材にそれぞれ接合されていることを特徴とする請求項９に記載の二次電池。
【請求項１３】
前記正極拡張部の正極集電体層および前記負極拡張部の負極集電体層の少なくとも一方は、電流密度が部分的に増加するようにパターニングされていることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
【請求項１４】
前記母材層は、耐熱性を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項１５】
前記母材層は、伸展性を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の二次電池を駆動用電源として搭載したことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池およびこれを搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車（ＥＶ）およびハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）のモータ駆動用電源として、リチウムイオン電池およびニッケル水素電池などの二次電池の開発が盛んである。
【０００３】
このような二次電池としては、樹脂フィルムの両面に同一の電極が形成された電極構造体を有する二次電池が知られている（たとえば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平１１−１０２７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記二次電池では、樹脂フィルムの両面に設けられた同一極の電極から電気を取り出すため、樹脂フィルムの両面に正極が設けられた電極構造体と樹脂フィルムの両面に負極が設けられた電極構造体とが交互に積層されてなる積層型の二次電池では、樹脂フィルムの両面の同一箇所に電極タブがそれぞれ取り付けられる必要がある。したがって、樹脂フィルムの両面に取り付けられた２つの電極タブによって、扁平な電極構造体が片持ち梁状に１点で支持されるため、このような二次電池は、振動に弱く、耐久性が低いという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、耐久性に優れた二次電池を提供することである。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、上記二次電池を搭載した車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【０００８】
本発明の二次電池は、電気絶縁性を有する母材層の一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成された電極構造体が、隣接する電極構造体の正極と負極とが対向するように、電解質層を介して複数積層されてなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の車両は、上記二次電池を駆動用電源として搭載したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の二次電池によれば、電極構造体の両面に設けられた異なる極の電極から電気が取り出されるため、電極構造体を面方向に異なる２点で支持することができる。その結果、二次電池の耐久性を向上することができる。
【００１１】
本発明の車両によれば、耐久性に優れた二次電池が用いられるため、車両の信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の図面では、説明の明確化のために各構成要素を誇張して表現している。また、図中、同様の部材には同一の符号を用いた。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における二次電池を外装部材により電池として構成した場合の断面図であり、図２は、図１に示す二次電池の概略構成を説明するための斜視図である。
【００１４】
本実施の形態の二次電池１００は、概説すれば、電気絶縁性を有する母材層の一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成された電極構造体が、隣接する電極構造体の正極と負極とが対向するように、電解質層を介して複数積層されてなるものである。なお、本実施の形態の二次電池１００は、たとえば、リチウムイオン二次電池である。
【００１５】
図１に示すとおり、本実施の形態の二次電池１００は、電池要素１０、集電タブ部（拡張部）２０、接合タブ（集電部材）３０、電極タブ４０、および外装部材５０を有する。電池要素１０、集電タブ部２０、および接合タブ３０は、外装部材５０の内部に収容されて封止されている。外装部材５０は、たとえば、２枚のアルミラミネートフィルムが相互に熱融着されてなり、正極タブ４０ａおよび負極タブ４０ｂが外部に導出される。
【００１６】
以下、本実施の形態の二次電池１００における電池要素１０、集電タブ部２０、および接合タブ３０について詳細に説明する。
【００１７】
（電池要素）
電池要素１０は、物質の化学反応などを利用して電気を発生させるためのものである。電池要素１０は、扁平な矩形状であって、電気絶縁性を有する母材層１１の一方の面に正極１２が形成され、他方の面に負極１３が形成されてなる電極構造体１４が、隣接する電極構造体１４の正極１２と負極１３とが対向するように、電解質層１５を介して複数積層されてなる。複数積層された電極構造体１４のうち最下位の電極構造体１４の下部には、母材層１１の一方の面に正極１２のみが形成されてなる正極末端極が電解質層１５を介して積層され、最上位の電極構造体１４の上部には、母材層１１の一方の面に負極１３のみが形成されてなる負極末端極が電解質層１５を介して積層される。なお、電極構造体１４の積層数は、図１に示す形態に限定されるものではない。
【００１８】
母材層１１は、１層の絶縁層からなり、母材層１１を挟み込む正極１２と負極１３とは母材層１１により電気的に絶縁されている。このような母材層１１は、たとえば、ポリイミドから形成される。なお、本実施の形態と異なり、母材層１１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、フェノール樹脂、およびエポキシなどの熱硬化性樹脂、または、ゴム、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、およびポリプロピレンなどの伸展性樹脂からなることができる。あるいは、母材層１１は、たとえば、上記材料からなる薄膜が２つ以上組み合わされた多層構造に形成されることもできる。
【００１９】
正極１２は、母材層１１の一方の面に正極集電体層１２ａおよび正極活物質層１２ｂが順次に積層されてなり、負極１３は、母材層１１の他方の面に負極集電体層１３ａおよび負極活物質層１３ｂが順次に積層されてなる。正極集電体層１２ａは、たとえば、アルミニウムからなり、蒸着法などによって母材層１１と一体的に形成されている。負極集電体層１３ａは、たとえば、銅からなり、蒸着法などによって母材層１１と一体的に形成されている。また、電解質層１５は、たとえば、セパレータおよび電解液から構成される。
【００２０】
ここで、隣接する一対の母材層１１間に配置される正極１２、電解質層１５、および負極１３は、発電の最小要素である単電池層を構成する。なお、正極活物質層１２ｂ、負極活物質層１３ｂ、および電解質層１５は、一般的に知られる各種の物質を使うことができるため詳細な説明は省略する。
【００２１】
（集電タブ部）
集電タブ部２０は、電池要素１０の端部から延長され、電気を取り出すための接合タブ３０が接合されるものである。集電タブ部２０は、電極構造体１４の端部から母材層１１、正極集電体層１２ａ、および負極集電体層１３ａが延長されてなる。本実施の形態の集電タブ部２０は、電極構造体１４の対向する端部からそれぞれ反対方向に延長される正極集電タブ部２０ａおよび負極集電タブ部２０ｂを有する。
【００２２】
（接電タブ）
接合タブ３０は、集電タブ部２０に接合され、電池要素１０で発生される電気を取り出すものである。接合タブ３０は、電極構造体１４の正極集電タブ部２０ａに接合される正極接合タブ３０ａと、負極集電タブ部２０ｂに接合される負極接合タブ３０ｂと、を有する。正極接合タブ３０ａは、たとえば、アルミニウム板から形成され、負極接合タブ３０ｂは、たとえば、銅板から形成される。
【００２３】
本実施の形態の正極接合タブ３０ａは、隣接する電極構造体１４の正極集電タブ部２０ａ間に挿入されて下側の正極集電タブ部２０ａの正極集電体層１２ａに接合され、電池要素１０の外部に導出される。同様に、負極接合タブ３０ｂは、隣接する電極構造体１４の負極集電タブ部２０ｂ間に挿入されて上側の負極集電タブ部２０ｂの負極集電体層１３ａに接合され、電池要素１０の外部に導出される。なお、本実施の形態では、正極接合タブ３０ａが、上側の正極集電タブ部２０ａの負極集電体層１３ａと接触して短絡することを防止するために、正極接合タブ３０ａと負極集電体層１３ａとの間には絶縁層３５が設けられる。同様に、負極接合タブ３０ｂが、下側の負極集電タブ部の正極集電体層１２ａと接触して短絡することを防止するために、負極接合タブ３０ｂと正極集電体層１２ａとの間には絶縁層３５が設けられる。絶縁層３５は、たとえば、カプトンテープのような電気絶縁テープまたは絶縁紙などからなる。
【００２４】
また、本実施の形態の接合タブ３０は、隣接する電極構造体１４の集電タブ部２０間に密に挿入される。言い換えれば、本実施の形態の接合タブ３０は、隣接する電極構造体１４の集電タブ部２０間の空間を充填することができるように、接合タブ３０と絶縁体層３５の厚さの和が、正極活物質層１２と電解質層１５と負極活物質層１３との厚さの和とほぼ等しくなるように形成される。
【００２５】
そして、図２に示すとおり、電池要素１０から導出された複数の正極接合タブ３０ａは、電池要素１０の側部で重畳されて相互に接合される。同様に、電池要素１０から導出された複数の負極接合タブ３０ｂは、電池要素１０の反対側の側部で重畳されて相互に接合される。相互に接合された複数の正極接合タブ３０ａおよび負極接合タブ３０ｂには、電池要素１０で発生された電気を外装部材５０の外部に取り出すための正極タブ４０ａおよび負極タブ４０ｂがそれぞれ接合される。集電タブ部２０、接合タブ３０、および電極タブ４０は、電気的な抵抗を低減することができるように、たとえば、超音波溶接によって相互に接合される。
【００２６】
以上のとおり構成される本実施の形態の二次電池１００は、１層の絶縁層からなる母材層１１の一方の面に正極１２が形成され、他方の面に負極１３が形成された電極構造体１４が、隣接する電極構造体１４の正極１２と負極１３とが対向するように、電解質層１５を介して複数積層されてなる。そして、正極集電体層１２ａ、母材層１１、および負極集電体層１３ａが一体的に形成されている電極構造体１４の対向する端部に、集電タブ部２０ａ，２０ｂを介して、正極接合タブ３０ａおよび負極接合タブ３０ｂが接合される。したがって、電極構造体１４が、２つの接合タブ３０ａ，３０ｂによって両端支持されるため、電極構造体１４の撓みが低減される。その結果、接合タブ３０と集電タブ部２０との接合部が振動および衝撃などによって劣化することが抑制され、二次電池の耐久性が向上する。
【００２７】
なお、上述した実施の形態では、矩形状の電池要素１０の長手方向に沿って接合タブ３０ａ，３０ｂが導出された。しかしながら、図３に示すとおり、たとえば、矩形状の電池要素１０の長手方向の側部（すなわち、長辺側）から接合タブ３０ａ，３０ｂが導出されてもよい。このような構成にすると、電極構造体１４の撓み量がより一層低減される。
【００２８】
次に、図４および図５を参照しつつ、本実施の形態の二次電池の撓みについて詳細に説明する。
【００２９】
図４は、本実施の形態の二次電池による電極構造体の撓み量の低減効果を説明するための図である。なお、図４では、参考のために図５に示されるような絶縁層の両面に同一の電極が形成されてなる電極構造体を有する一般的な二次電池を比較例として示している。
【００３０】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、本実施の形態の二次電池の概略的な撓み量の計算方法を示す図であり、図４（Ｃ）および図４（Ｄ）は、一般的な二次電池の概略的な撓み量の計算方法を示す図である。
【００３１】
本実施の形態の二次電池における電極構造体は、正極接合タブ３０ａおよび負極接合タブ３０ｂによって両端部が支持されるため、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すとおり、両端支持梁に集中荷重または等分布加重が付与されるモデルで表現される。一方、一般的な二次電池の電極構造体は、接合タブによって一方の端部のみが支持されるため、図４（Ｃ）および図４（Ｄ）に示すとおり、片持ち梁に集中荷重または等分布加重が付与されるモデルで表現される。ここで、図４に示す数式から、集中荷重が中央部に作用する両端梁と、集中荷重が中央部に作用する片持ち梁と、集中荷重が先端部に作用する片持ち梁端部の撓み量の比が、１：５：１６であることが分かる。また、等分布荷重が作用する両端梁と、等分布荷重が作用する片持ち梁の中央部の撓み量の比が、１：９．６であることが分かる。したがって、電極構造体１４が両端で支持され本実施の形態の二次電池１００は、一般的な二次電池に比べて、１／１０〜１／５程度に撓み量が低減されることが分かる。
【００３２】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、以下の効果を奏する。
【００３３】
（ａ）本実施の形態の二次電池は、電気絶縁性を有する母材層の一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成された電極構造体が、隣接する電極構造体の正極と負極とが対向するように、電解質層を介して複数積層されてなる。したがって、電極構造体の一方の面に正極接合タブが取り付けられ、他方の面に負極接合タブが取り付けられるため、電極構造体を異なる２点で支持することができる。その結果、集電タブ部と接合タブの接合部の振動および衝撃などによる劣化が抑制され、二次電池の耐久性を向上することができる。さらに、本実施の形態の二次電池によれば、極間距離の広がりが抑制されるため、内部抵抗の増大を防止することができる。
【００３４】
また、本実施の形態の二次電池によれば、接合タブおよび接合部の数を低減することができるとともに、正極および負極の関係なく、１種類の電極構造体を製作することによって二次電池を製作することができる。さらに、本実施の形態の二次電池によれば、釘刺し時の内部短絡モードを回避することができる。
【００３５】
（ｂ）母材層は、１層の絶縁層からなり、正極は、母材層の一方の面に順次に積層される正極集電体層および正極活物質層を有し、負極は、母材層の他方の面に順次に積層される負極集電体層および負極活物質層を有する。したがって、最小限の構成部材から電極構造体を形成することができる。
【００３６】
（ｃ）本実施の形態の二次電池は、電極構造体の端部から母材層および正極集電体層が延長されてなり、正極接合タブが接合される正極集電タブ部と、電極構造体の端部から母材層および負極集電体層が延長されてなり、負極接合タブが接合される負極集電タブ部と、をさらに有する。したがって、電池要素で発生される電気を容易に外部に取り出すことができる。
【００３７】
（ｄ）正極集電タブ部および負極集電タブ部は、電極構造体の対向する端部からそれぞれ延長されている。したがって、電極構造体を両端支持することができるため、電極構造体の撓みをより低減することができる。
【００３８】
（ｅ）正極接合タブおよび負極接合タブは、それぞれ複数設けられており、正極接合タブは、隣接する電極構造体の正極集電タブ部間に密に挿入され、当該隣接する正極集電タブ部間から外部に導出されており、負極接合タブは、隣接する電極構造体の負極集電タブ間に密に挿入され、当該隣接する負極集電タブ部間から外部に導出されている。したがって、接合タブが補強部材の役割を果たし、二次電池の耐久性がより一層向上する。
【００３９】
（ｆ）正極集電タブ部および負極集電タブ部は、電極構造体の対向する端部の間隔が可及的に短くなるように、矩形状の電極構造体の長手方向側部から延長される。したがって、電極構造体の撓みをより一層低減することができる。
【００４０】
（ｇ）母材層は、耐熱性を有する。したがって、電極構造体で発生される熱を放出することができるため、二次電池の熱耐久性が向上する。
【００４１】
（ｈ）母材層は、伸展性を有する。したがって、正極と負極との短絡がより確実に防止されるため、二次電池の信頼性が向上する。
【００４２】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、集電タブ部２０と接合タブ３０との間に絶縁層３５を設けることによって接合タブ３０と正極１２または負極１３との接触による短絡を防止した。本実施の形態では、絶縁層３５を用いることなく、接合タブ３０と正極１２または負極１３との短絡を防止する。
【００４３】
図６は、本発明の第２の実施の形態における二次電池の概略構成を説明するための図である。図６に示すとおり、本実施の形態では、集電タブ部２０の一方の面は、母材層が露出している。なお、集電タブ部の一方の面に母材層が露出している点を除いては、本実施の形態の二次電池の構成は、第１の実施の形態の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。また、説明の簡素化のため、電極タブおよび外装部材は省略して示している。
【００４４】
本実施の形態の正極集電タブ部２０ａは、電極構造体１４の端部から正極集電体層１２ａおよび母材層１１のみが延長されてなり、正極接合タブ３０ａが接合される接合部と反対側の面は、母材層１１が露出されている。同様に、本実施の形態の負極集電タブ部１３ａは、電極構造体１４の端部から負極集電体層１３ａおよび母材層１１のみが延長されてなり、負極接合タブ３０ｂが接合される接合部と反対側の面は、母材層１１が露出されている。
【００４５】
そして、隣接する正極集電タブ部２０ａ間に挿入される正極接合タブ３０ａは、下側の正極集電タブ部２０ａの正極集電体層と接合される一方で、上側の正極集電タブ部２０ａの母材層と接触する。同様に、隣接する負極集電タブ部２０ｂ間に挿入される負極接合タブ３０ｂは、上側の負極集電タブ部２０ｂの負極集電体層と接合される一方で、下側の負極集電タブ部２０ｂの母材層と接触する。このような構成にすると、正極接合タブ３０ａと負極１３との接触による短絡が防止され、負極接合タブ３０ｂと正極１２の接触による短絡が防止される。
【００４６】
なお、本実施の形態の接合タブ３０は、隣接する電極構造体１４の集電タブ部２０間に密に挿入される。言い換えれば、本実施の形態の接合タブ３０は、隣接する電極構造体１４の集電タブ部２０間の空間を充填することができるように、接合タブ３０の厚さが、正極活物質層１２ｂと電解質層１５と負極活物質層１３ｂとの厚さの和とほぼ等しくなるように形成される。
【００４７】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１の実施の形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００４８】
（ｉ）正極集電タブ部の正極集電体層と反対側の面は母材層が露出されて、正極接合タブと負極とを電気的に絶縁しており、負極集電タブ部の負極集電体層と反対側の面は母材層が露出されて、負極接合タブと正極とを電気的に絶縁している。したがって、正極接合タブ３０ａと負極１３との接触による短絡が防止され、負極接合タブ３０ｂと正極１２の接触による短絡が防止される。さらに、集電タブ部２０と接合タブ３０との間に設けられる絶縁層３５を省略することができる。
【００４９】
（第３の実施の形態）
次に、図７を参照しつつ、本発明の第３の実施の形態について述べる。本実施の形態は、二次電池の同一の端部から正極タブおよび負極タブを導出する実施の形態である。
【００５０】
図７に示すとおり、本実施の形態における正極集電タブ部２０ａおよび負極集電タブ部２０ｂは、電極構造体１４の一の端部から一体的に延長されており、正極接合タブ３０ａおよび負極タブ３０ｂは、同一方向に導出されている。なお、電池要素１０の同一の端部から正極接合タブ３０ａおよび負極接合タブ３０ｂが導出されていることを除いては、本実施の形態の二次電池の構成は、第１および第２の実施の形態の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５１】
本実施の形態の集電タブ部２０は、電極構造体１４の一の端部から母材層１１、正極集電体層１２ａ、および負極集電体層が延長されてなる。集電タブ部１１の上面は、正極接合タブ３０ａが接合されるように、正極集電体層が部分的に延長され、残りの部分は母材層が露出されている。また、集電タブ部１１の下面は、負極接合タブ３０ｂが接合されるように、負極集電体層が部分的に延長されて、残りの部分は母材層が露出されている。
【００５２】
このような構成にすると、正極接合タブ３０ａおよび負極接合タブ３０ｂによって、電極構造体１４が同一の端部の異なる２点で支持される。その結果、絶縁層の両面に同一の電極が形成され、かつ、同一の端部から正極タブおよび負極タブが導出される一般的な二次電池と比較して、電極構造体の撓みが低減される。
【００５３】
次に、図８を参照しつつ、上述した第１〜第３の実施の形態の二次電池による撓み量の低減効果について説明する。
【００５４】
図８は、本発明の第１〜第３の実施の形態の二次電池による撓み量の低減効果を説明するための図である。図８（Ａ）は、矩形状の二次電池の長手方向に沿って対向する端部から電極タブが導出された場合の効果を説明するための図であり、図８（Ｂ）は、矩形状の二次電池の対向する長手方向側部から電極タブが導出された場合の効果を説明するための図である。また、図８（Ｃ）は、矩形状の二次電池の長手方向に沿って同一の端部から電極タブが導出された場合の効果を説明するための図であり、図８（Ｄ）は、矩形状の二次電池の同一の長手方向側部から電極タブが導出された場合の効果を説明するための図である。なお、図８に示すＬは、図４に示す各式のＬに対応する。
【００５５】
図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示す実施の形態に関しては、第１の実施の形態で述べたとおり、片持ち梁状に電極構造体が支持される一般的な二次電池（比較例）に対して、本発明の二次電池では、電極構造体が両端支持されるため、電極構造体の撓みが低減される。特に、図８（Ｂ）に示す実施の形態において、電極構造体の撓み量が最も低減される。一方、図８（Ｃ）および図８（Ｄ）に示す実施の形態では、電極構造体が片持ち梁状に支持される点に関しては、一般的な二次電池と相違しない。しかしながら、本発明の二次電池では、図４（Ｃ）および図４（Ｄ）に示す数式に基づいて撓み量を計算する際の基準となる梁の長さＬが、一般的な二次電池の場合よりも短くなるため、撓み量の低減効果が得られる。
【００５６】
以上のとおり構成される本実施の形態によれば、第１および第２の実施の形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００５７】
（ｊ）正極集電タブ部および負極集電タブ部は、電極構造体の同一の端部からそれぞれ延長されている。したがって、電極構造体１４を同一の端部の異なる２点で支持することができるため、一般的な二次電池と比較して、電極構造体の撓みが低減される。その結果、二次電池の耐久性が向上する。
【００５８】
（第４の実施の形態）
第１〜第３の実施の形態では、複数の電極構造体１４の各正極集電タブ部２０ａおよび負極集電タブ部２０ｂは、それぞれ異なる正極接合タブ３０ａおよび負極接合タブ３０ｂに接合された。本実施の形態では、複数の電極構造体１４の正極集電タブ部２０ａおよび負極集電タブ部２０ｂが、同一の正極接合タブ３０ａおよび負極接合タブ３０ｂにそれぞれ接合される。
【００５９】
図９は、本発明の第４の実施の形態における二次電池の概略構成を説明するための図である。図９に示すとおり、本発明の第４の実施の形態における二次電池では、複数の正極集電タブ部２０ａおよび負極集電タブ部２０ｂが互いに重ならないように、電極構造体１４毎に異なる位置からそれぞれ延長されている。
【００６０】
より具体的には、本実施の形態の正極集電タブ部２０ａは、電池要素１０の下部の電極構造体１４から上部の電極構造体１４に向かうに連れて、電極構造体１４の端部に沿って所定距離ずつ移動した位置からそれぞれ延長されている。同様に、本実施の形態の負極集電タブ部２０ｂは、電池要素１０の下部の電極構造体１４から上部の電極構造体１４に向かうに連れて、電極構造体１４の端部に沿って所定距離ずつ移動した位置からそれぞれ延長されている。
【００６１】
このような構成にすると、複数の集電タブ部２０ａを一の接合タブ３０ａに接合することができるため、製造工程を簡略化することができる。また、接合タブの数を低減することができる。なお、本実施の形態では、電極タブ４０が省略されて、接電タブ３０が外装部材５０の外部に直接導出されることができる。
【００６２】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１〜第３の実施の形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００６３】
（ｋ）複数の電極構造体の正極集電タブ部および負極集電タブ部は、一の正極接合タブおよび負極接合タブとそれぞれ異なる位置で接合されるように、電極構造体毎に異なって設けられている。したがって、複数の集電タブ部を一の接合タブに接合することができるため、製造工程を簡略化することができる。
【００６４】
（ｌ）正極集電タブ部および負極集電タブ部は、電極構造体毎に異なる位置から延長されている。したがって、正極集電タブ部および負極集電タブ部を、一の正極接合タブおよび負極接合タブとそれぞれ異なる位置で接合することができる。
【００６５】
（第５の実施の形態）
次に、図１０を参照しつつ、本発明の第５の実施の形態について述べる。本実施の形態は、複数積層される電極構造体１４毎に異なる長さに集電タブ部２０が延長される実施の形態である。
【００６６】
図１０に示すとおり、本発明の第５の実施の形態における二次電池１００では、電極構造体１４毎に異なる長さに集電タブ部２０ａ，２０ｂが延長されている。より具体的には、本実施の形態の正極集電タブ部２０ａは、電池要素１０の下部の電極構造体１４から上部の電極構造体１４に向かうに連れて、その長さが長くなるように延長されている。また、本実施の形態の負極集電タブ部２０ｂは、電池要素１０の下部の電極構造体１４から上部の電極構造体１４に向かうに連れて、その長さが短くなるように延長されている。
【００６７】
このような構成にすると、複数の集電タブ部２０を一の接合タブ３０に接合することができるため、製造工程を簡略化することができる。また、接合タブの数を低減することができる。なお、本実施の形態では、電極タブ４０が省略されて、接合タブ３０が外装部材５０の外部に直接導出されることができる。
【００６８】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１〜第４の実施の形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００６９】
（ｍ）正極集電タブ部および負極集電タブ部は、電極構造体毎に異なる長さに延長されている。したがって、正極集電タブ部および負極集電タブ部を、一の正極接合タブおよび負極接合タブとそれぞれ異なる位置で接合することができる。
【００７０】
（第６の実施の形態）
本実施の形態は、集電タブ部２０に開口部を設けることによって、一の接合タブ３０に複数の集電タブ部２０を接合する実施の形態である。
【００７１】
図１１は、本発明の第６の実施の形態おける二次電池の概略構成を示す分解斜視図である。図１１に示すとおり、本発明の第６の実施の形態における集電タブ部２０は、電極構造体１４毎に異なる位置に開口部が設けられている。より具体的には、本実施の形態の二次電池１００では、電池要素１０の下部の電極構造体１４から上部の電極構造体１４に向かうに連れて、集電タブ部２０の側部からの距離が大きくなるように各開口部が形成されている。すなわち、本実施の形態では、超音波溶接による接合幅をＴ、開口部の幅（打ち抜き幅）をＷとし、各開口部の集電タブ部２０の側部からの距離（すなわち、接合しろ）をｔ１、ｔ２、ｔ３…とすると、Ｔ＜ｔ１＜ｔ２＜ｔ３…、かつ、Ｔ×積層枚数＜Ｗとなるように開口部が形成される。
【００７２】
図１１に示すとおり、最下部の第１集電タブ部２０ｐは、側部近傍の領域で接合タブ３０ａに接合され、下から２番目の第２集電タブ部２０ｑは、第１集電タブ部２０ｐに形成される開口部を通じて、接合タブ３０ａに接合される。同様に、下から３番目の第３集電タブ部２０ｒは、第１および第２集電タブ部２０ｐ，２０ｑに形成される開口部を通じて、接合タブ３０ａに接合され、最上部の第４集電タブ部２０ｓは、第１〜第３集電タブ部２０ｐ，２０ｑ，２０ｒに形成される開口部を通じて、接合タブ３０ａに接合される。
【００７３】
このような構成にすると、複数の集電タブ部２０を同一の接合タブ３０に接合することができるため、製造工程を簡略化することができる。また、接合タブの数を低減することができる。なお、本実施の形態では、電極タブ４０が省略されて、接合タブ３０が外装部材５０の外部に直接導出されることができる。
【００７４】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１〜第５の実施の形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００７５】
（ｎ）正極集電タブ部および負極集電タブ部には、電極構造体毎に異なる位置に開口部が設けられており、複数の開口部を介して複数の正極集電タブ部および負極集電タブ部は、正極接合タブおよび負極接合タブにそれぞれ接合されている。したがって、正極集電タブ部および負極集電タブ部を、一の正極接合タブおよび負極接合タブとそれぞれ異なる位置で接合することができる。
【００７６】
（第７の実施の形態）
次に、図１２を参照しつつ、本発明の第７の実施の形態について説明する。本実施の形態は、集電タブ部２０の正極集電体層および負極集電体層をパターニングした実施の形態である。
【００７７】
図１２に示すとおり、本実施の形態では、集電タブ部２０をなす正極集電体層および負極集電体層の少なくとも一方がパターニングされている。より具体的には、集電タブ部２０の集電体層は、接合タブ３０が接合される被接合部２１と、電極構造体１４の端部と被接合部２１とを連結する複数の電流経路部２２と、を有する。このようなパターニングされた正極集電体層または負極集電体層は、金属を蒸着する際に、母材層が露出する所望の領域を予めマスキングすることによって形成される。なお、電流経路部２２の数は、図１２に示す形態に限定されるものではない。
【００７８】
このとき、厚さｔおよび幅ｗを有する４つの電流経路部２２に関して、充放電時の最大電流Ｉとすると、このときの電流密度はＩ／（ｔ×ｗ）で表されるため、過充電時などの電流上昇分ΔＩによってパターニング部が溶解し電流回路が遮断されるように流経路部２２の幅ｗを設定する。このような構成にすると、集電タブ部２０にヒューズ機能を付与することができる。
【００７９】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１〜第６の実施の形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００８０】
（ｏ）正極集電体層または負極集電体層は、正極集電タブ部および負極集電タブ部において部分的に電流密度が増加するようにパターニングされている。したがって、集電タブ部がヒューズとしての役割を果たすため、二次電池の信頼性が向上する。
【００８１】
（第８の実施の形態）
図１３は、本発明の第８の実施の形態である車両として自動車を示す概略構成図である。
【００８２】
第１〜第７の実施の形態で説明した二次電池１００は、直列または並列に複数接続されて電池モジュール１１０を形成し、この電池モジュールがさらに直列または並列に複数接続されて組電池１２０を形成することができる。このような二次電池１００、電池モジュール１１０、および／または組電池１２０を自動車および電車などの車両に搭載し、モータなどの電気機器の駆動用電源に使用することができる。
【００８３】
組電池１２０を、電気自動車２００に搭載するには、図１３に示すとおり、電気自動車２００の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができる。なお、組電池１２０を搭載する場所は、座席下に限定されず、後部トランクルームの下部もしくは車両前方のエンジンルームでもよい。以上のような組電池１２０を用いた電気自動車２００は、高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、プラグイン・ハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）を提供できる。また、このような車両用電源として使用するために、二次電池の内部抵抗は１〜５ｍΩ程度であることが好ましい。
【００８４】
なお、本発明では、組電池１２０だけではなく、使用用途によっては、電池モジュール１１０のみを搭載するようにしてもよいし、これらの組電池１２０と電池モジュール１１０とを組み合わせて搭載してもよい。
【００８５】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１〜第７の実施の形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００８６】
（ｐ）本実施の形態の電気自動車は、第１〜第７の実施の形態に示す二次電池を駆動用電源として搭載している。したがって、振動に強く、耐久性に優れた二次電池が用いられるため、電気自動車の信頼性を向上することができる。
【００８７】
以上のとおり、第１〜第８の実施の形態において、本発明の二次電池およびこれを搭載した車両を説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、省略することができることはいうまでもない。
【００８８】
たとえば、上述した第１〜８の実施の形態では、二次電池は、同一形態の正極集電タブ部と負極集電タブ部とを備える対称構造に形成された。しかしながら、正極集電タブ部と負極集電タブ部とが異なる形態に形成されてもよい。たとえば、正極集電タブ部は、電極構造体毎に異なる位置から延長される一方で、負極集電タブ部は、電極構造体毎に異なる長さに延長される。このような構成にすると、正極と負極とを容易に見分けることができる。
【００８９】
また、第４〜第７の実施の形態における集電タブ部の構成は、電極構造体の異なる端部から正極接合タブおよび負極接合タブがそれぞれ導出される両タブ形態の二次電池に限定されるものではなく、電極構造体の同一の端部から正極接合タブおよび負極接合タブがそれぞれ導出される片タブ形態の二次電池にも用いることができる。
【実施例】
【００９０】
以下、実施例を用いて本発明の実施の形態をより詳細に説明する。しかしながら、本発明は、本実施例によって何ら限定されるものではない。
【００９１】
本実施例では、まず、本発明の第１〜第６の実施の形態に示す二次電池を製作した。そして、実施例１〜６において、第１〜第６の実施の形態に対応して製作した二次電池を対象にハンマリング試験を実施した。
【００９２】
具体的な試験方法としては、二次電池の中央部に加速度ピックアップを取り付け、インパルスハンマにより二次電池に外力を作用させた。加速度ピックアップにより測定された振動スペクトルを、ＦＦＴ分析器を用いて周波数と加速度振幅とに変換し、得られた周波数を平均化ならびにスムージングして、基準（図５に示す一般的な二次電池の試験結果）に対する基本波の減衰率を算出した。第１〜第６の実施の形態に示す二次電池に対応する第１〜第６の実施例についての試験結果を表１に示す。
【００９３】
【表１】
2008293717.tif 000003
【００９４】
表１に示すとおり、本発明の第１〜第６の実施の形態に示す二次電池のすべてにおいて、振動減衰効果が確認された。特に、本発明の第１および第２の実施の形態に示す二次電池では、極めて高い振動減衰効果が確認された。
【００９５】
以上のとおり、本発明の二次電池によれば、耐久性が向上されることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１の実施の形態における二次電池を示す断面図である。
【図２】図１に示す二次電池の概略構成を説明するための斜視図である。
【図３】図１に示す二次電池の変形例の概略構成を説明するための斜視図である。
【図４】図１に示す二次電池による電極構造体の撓み量の低減効果を説明するための図である。
【図５】一般的な二次電池の概略構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における二次電池の概略構成を説明するための斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態における二次電池の概略構成を説明するための斜視図である。
【図８】本発明の第１〜第３の実施の形態の二次電池による撓み量の低減効果を説明するための図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態における二次電池の概略構成を説明するための斜視図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態における二次電池の概略構成を説明するための斜視図である。
【図１１】本発明の第６の実施の形態における二次電池の概略構成を説明するための分解斜視図である。
【図１２】本発明の第７の実施の形態における二次電池の概略構成を説明するための斜視図である。
【図１３】本発明の第８の実施の形態である車両を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０    電池要素、
１１    母材層、
１２    正極、
１３    負極、
１４    電極構造体、
１５    電解質層、
２０    集電タブ部、
３０    接合タブ、
１００    二次電池、
２００    電気自動車。
【図１】
2008293717.tif 000004
【図２】
2008293717.tif 000005
【図３】
2008293717.tif 000006
【図４】
2008293717.tif 000007
【図５】
2008293717.tif 000008
【図６】
2008293717.tif 000009
【図７】
2008293717.tif 000010
【図８】
2008293717.tif 000011
【図９】
2008293717.tif 000012
【図１０】
2008293717.tif 000013
【図１１】
2008293717.tif 000014
【図１２】
2008293717.tif 000015
【図１３】
2008293717.tif 000016