(57)【要約】【課題】ＰＴＣ層を有するバイポーラ電極を提供する。【解決手段】温度に応じてその抵抗値を変化させるＰＴＣ層（２７）の両面に集電体（２４）を積層し、集電体の一方の面には正極層（２５）を積層し他方の面には負極層（２６）を積層する。【選択図】            図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度に応じてその抵抗値を変化させるＰＴＣ層の両面に集電体が積層され、当該集電体の一方の面には正極層が積層され他方の面には負極層が積層されてなることを特徴とするバイポーラ電極。
【請求項２】
正極または負極となるバイポーラ電極と電解質とが交互に積層されてなるバイポーラ二次電池であって、
少なくとも１枚のバイポーラ電極には請求項１に記載のバイポーラ電極を用いたことを特徴とするバイポーラ二次電池。
【請求項３】
前記請求項１に記載のバイポーラ電極は、前記バイポーラ電池を形成するために積層された複数のバイポーラ電極の内、その積層方向中央部に配置されることを特徴とする請求項２に記載のバイポーラ二次電池。
【請求項４】
前記請求項１に記載のバイポーラ電極は、前記積層方向中央に１枚のみ配置されることを特徴とする請求項３に記載のバイポーラ二次電池。
【請求項５】
正極の活物質としてリチウム−遷移金属複合酸化物が用いられ、負極の活物質としてカーボンまたはリチウム−遷移金属複合酸化物が用いられることを特徴とする請求項２に記載のバイポーラ二次電池。
【請求項６】
前記電解質には固体高分子が用いられることを特徴とする請求項２に記載のバイポーラ二次電池。
【請求項７】
正極または負極となるバイポーラ電極と電解質とが交互に積層されてなるバイポーラ二次電池と請求項２から６に記載のいずれかのバイポーラ二次電池とが混在して並列接続、直列接続または直並列接続されてなる組電池モジュール。
【請求項８】
請求項２から６に記載のいずれかのバイポーラ二次電池を並列接続、直列接続または直並列接続されてなる組電池モジュール。
【請求項９】
請求項７または８に記載の組電池モジュールが並列接続、直列接続または直並列接続されてなる組電池。
【請求項１０】
請求項２から６に記載のいずれかのバイポーラ二次電池、請求項７または８に記載の組電池モジュール、請求項９に記載の組電池のいずれかの電池を搭載したことを特徴とする電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＴＣ層を有するバイポーラ電極およびその電極を用いたバイポーラ二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気自動車の開発が盛んになるにつれて、充電可能な二次電池の開発も活発になってきている。二次電池の中でも、特に、リチウム電池は、小型、軽量、高エネルギー密度といった特徴をもつ高性能の電池であるため、電気自動車に搭載する電池としてふさわしい。
【０００３】
リチウム電池は高起電力、高容量であるから、過電流や急激な発熱に対し、リチウム電池自身が電流を遮断できる機能を有していることが望まれる。リチウム電池は、下記の特許文献１または特許文献２にも示されているように、１つの電池要素が多数直列に積層された構造を有している。下記の特許文献３では、この構造を利用して正極層または負極層の少なくとも一方の外側にＰＴＣ層を設け、過電流や急激な発熱に対処できるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２０４１３６号公報
【特許文献２】
特開２０００−１００４７１号公報
【特許文献３】
特開平８−９６７９２号公報（図１〜図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の特許文献３に記載されているように、リチウム電池を構成する１つの層にＰＴＣ層を形成した場合には、リチウム電池の製造方法が従来のリチウム電池の製造方法とは異なってしまうため、作業工程の変更を余儀なくされる。
【０００６】
また、リチウム電池に要求される安全性能などに対し作業工程を変更することなく迅速に応えることは困難である。
【０００７】
本発明は、以上のような従来の不具合を解消するためになされたものであり、ＰＴＣ層を有するバイポーラ電極およびその電極を用いたバイポーラ二次電池の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し、目的を達成するため、発明にかかるバイポーラ電極は、温度に応じてその抵抗値を変化させるＰＴＣ層の両面に集電体を積層し、当該集電体の一方の面には正極層を積層し他方の面には負極層を積層したことを特徴とする。
【０００９】
また、上記した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかるバイポーラ二次電池は、正極または負極となるバイポーラ電極と電解質とが交互に積層されてなるバイポーラ二次電池であって、少なくとも１枚のバイポーラ電極には、温度に応じてその抵抗値を変化させるＰＴＣ層の両面に集電体を積層し、当該集電体の一方の面には正極層を積層し他方の面には負極層を積層したバイポーラ電極を用いたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
本発明のバイポーラ電極を用いれば、ＰＴＣ層をバイポーラ電極内に形成したので、バイポーラ電池の組み立てに際して、ＰＴＣ層を持たない従来のリチウム電池の組み立てと同一の方法でリチウム電池が製造できる。また、本発明のバイポーラ電池によれば、リチウム電池の電圧や容量に応じた種々の安全性の要求に対しては、バイポーラ電池に配置させる、ＰＴＣ層を有するバイポーラ電極の枚数を変更するだけで対応できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかるバイポーラ電極およびその電極を用いたバイポーラ二次電池の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は以下に記載した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に含まれる範囲内で適宜変更して実施することができる。
【００１２】
本実施の形態は、「温度に応じてその抵抗値を変化させるＰＴＣ層の両面に集電体を積層し、当該集電体の一方の面には正極層を積層し他方の面には負極層を積層したバイポーラ電極」と、「このバイポーラ電極の少なくとも１枚を、ＰＴＣ層を持たないバイポーラ電極に混在させて電解質と交互に積層したバイポーラ二次電池」とに関するものである。なお、本実施の形態では電解質を交互に積層したものを例示するが、液体電解質の電池の場合には電解液を染み込ませたセパレータを交互に積層している。本発明は、これらのいずれの電池でも適用できる。したがって、本明細書においては、電解質の概念に電解液を染み込ませたセパレータも含めている。
【００１３】
図１は、本発明にかかるバイポーラ二次電池の外観図であり、図２は、図１に示したバイポーラ二次電池内部のＡ−Ａ断面図である。図１に示すように、本発明にかかるバイポーラ二次電池１０は、高分子−金属複合ラミネートフィルム１２からなる電池外装材で断面台形形状の電池要素を包み、電池要素に接続される正極電極端子１４および負極電極端子１５をラミネートフィルム１２から外部に露出させ、ラミネートフィルム１２の周囲を熱融着しながらその内部の空気を抜いて減圧し、電池要素を真空包装したものである。
【００１４】
本発明にかかるバイポーラ二次電池１０は、図２に示すように、正極または負極となるバイポーラ電極２０、２１と電解質２２とが交互に積層されてなるものである。バイポーラ電極２０は、集電体２４、正極層２５、負極層２６から成り、集電体２４の一方の面に正極層２５を積層し、他方の面に負極層２６を積層したものである。バイポーラ電極２１は、バイポーラ電極２０とは異なる構造であり、図３に示すように、温度に応じてその抵抗値を変化させるＰＴＣ層２７の両面に集電体２４を積層し、集電体２４の一方の面に正極層２５を積層し、他方の面に負極層２６を積層したものである。
【００１５】
図２に示したバイポーラ二次電池は、ＰＴＣ層２７を持つバイポーラ電極２１を電池要素の中央部に１枚だけ使用している。ここで、本明細書において電池要素とは、バイポーラ電極２０、２１が電解質２２を介して積層され１つの電池を形成する部分をいい、まさに図２に示した全体構成を指すものである。本実施の形態では、１つの電池要素に１枚のバイポーラ電極２１を用いているが、これに限られず、電池要素に複数枚のバイポーラ電極２１を用いても良いし、電池要素の全部をバイポーラ電極２１で構成しても良い。電池要素に何枚のバイポーラ電極２１を用いるかは、バイポーラ二次電池として要求される電圧、容量、安全性能を考慮して決める。例えば、安全性能が重要視されるのであれば、バイポーラ電極２１を多く用いて、過熱や過電流の発生に対して敏感に反応できるようにする。
【００１６】
バイポーラ電極２１を電池要素に１枚だけ用いる場合には、バイポーラ電極２１は図２に示すように電池要素の中央に配置する。中央から外れた位置に配置したのでは、電池要素の上端または下端で過熱や過電流が生じた場合にその状態を迅速に治めることができないことがあるからである。また、バイポーラ電極２１を複数枚用いる場合も、同様の理由から、それらは電池要素の中央部分に位置することが望ましい。
【００１７】
電池要素にバイポーラ電極２０を用いると、電池要素内部の電流分布や温度分布が平準化される。これを図４および図５を用いて説明する。
【００１８】
例えば、図４に示すように、一般的に用いられているバイポーラ電極２０のみを用いて電池要素を構成すると、電解質２２、集電体２４、正極層２５、負極層２６各層の厚みの二次元的な不均一、各層間密着性の二次元的な不均一など種々の要因によって、電池要素におけるバイポーラ電極２０積層方向の抵抗値の面分布は一定ではなくなる。このため、バイポーラ電極２０の積層方向に通過する電流の分布と電池要素の温度分布が不均一になる。すなわち、図４に示すように、相対的に抵抗の高い部分には小さな電流しか流れず、相対的に抵抗の低い部分には大きな電流が流れてしまう。このため、大きな電流が流れている部分は他の部分に比較して温度が高くなってますます大きな電流が流れるようになる。温度分布の不均一は、バイポーラ電池が低温であるときに著しい。
【００１９】
バイポーラ電池を電気自動車用の駆動電源として用いる場合には、その加速時に大きな放電電流が流れ、またその減速時には大きな充電電流が流れるので、相対的に抵抗値が低い部分には他の部分に比較して常に大きな電流が流れることになり電池寿命が著しく低下する。
【００２０】
ところが、図５に示すように、電池要素の一部に本発明のバイポーラ電極２１を用いると、集電体２４に挟まれているＰＴＣ層２７の作用により、電池要素をバイポーラ電極積層方向に流れる電流は、バイポーラ電極積層方向の抵抗値の面分布の均一不均一にかかわらずに一定となる。
【００２１】
ＰＴＣ層２７の抵抗値は、温度の高い部分は抵抗値が大きくなり、低い部分は抵抗値が小さくなるという特性があるからである。したがって、ＰＴＣ層２７の抵抗値の面分布は電池要素の温度分布にしたがって変化し、温度の高い部分はその温度に応じて抵抗値が大きくなり、温度の低い部分はその温度に応じて抵抗値が小さくなる。ＰＴＣ層２７の温度に対する抵抗値の変化率を、電池要素の温度に対する抵抗値の変化率と全く逆に設定することによって、電池要素には常に均一な電流が流れるようになり、電池は安定した動作状態を維持できるようになるので、電池寿命は著しく向上する。
【００２２】
なお、従来から用いられているバイポーラ電極２０と本発明にかかるバイポーラ電極２１の積層方向の抵抗値は同一になるようにしている。不均一であると、電池要素内でバイポーラ電極間の電圧値が異なってしまい、バイポーラ電極間ごとに充放電状態が異なってしまうからである。
【００２３】
次に、本発明にかかるバイポーラ電極およびバイポーラ二次電池の作成手順を説明する。
【００２４】
本発明にかかるバイポーラ電極は次の手順で作成する。まず、一般的に用いられている公知の、たとえばアセチレンブラック配合のポリエチレンから構成されるＰＴＣ材料を所望の厚さに形成してＰＴＣ層２７を作成する。次に、ＰＴＣ層２７の両面に集電体２４となるアルミニウムや銅箔を形成する。そして、一方の集電体２４には正極層２５を形成し、他方の集電体２４には負極層２６を形成する。なお、それぞれの層は、従来から一般的に用いられている方法を使用して形成すれば良いので、これらの層の形成方法についての詳細な説明は省略する。
【００２５】
次に、本発明にかかるバイポーラ電池は次の手順で作成する。図２に示した電池要素を作成する場合、まず、その片面のみに正極層２５が形成されたバイポーラ電極２０の上に電解質２２を介して正極層２５と負極層２６が形成されたバイポーラ電極２０を積層させる。つぎに、このバイポーラ電極２０の上に電解質２２を介してＰＴＣ層２７を持つバイポーラ電極２１を積層させ、さらに電解質２２を介して正極層２５と負極層２６が形成されたバイポーラ電極２０を積層させる。最後に、このバイポーラ電極２０の上に電解質２２を介してその片面のみに負極層２６が形成されたバイポーラ電極２０を積層させる。
【００２６】
そして、電池要素の最下部に位置する集電体２４を正極電極端子１４に接続し、最上部に位置する集電体２４を負極電極端子１５に接続する。最後に、この電池要素をラミネートフィルム１２で真空包装する。
【００２７】
このように、本発明にかかるバイポーラ電極を用いれば、ＰＴＣ層をバイポーラ電極内に形成したので、バイポーラ電池の組み立てに際して、ＰＴＣ層を持たない従来のリチウム電池の組み立てと同一の方法でリチウム電池が製造できる。また、本発明のバイポーラ電池によれば、リチウム電池の電圧や容量に応じた種々の安全性の要求に対しては、バイポーラ電池に配置させる、ＰＴＣ層を有するバイポーラ電極の枚数を変更するだけで対応できる。
【００２８】
本実施の形態では、図１に示すような形態のラミネート電池を例示したが、本発明はこのような形態のものには限定されず、図７に示すような、正極電極端子１４、負極電極端子１５をバイポーラ二次電池１０Ａの同一側端面から取り出して、袋状のラミネートフィルム１２Ａに収納し、その開口部を熱融着させたタイプのバイポーラ二次電池に対しても適用することができる。また、図８に示すように、正極電極端子１４と負極電極端子１５をバイポーラ二次電池１０Ｂの互いに反対側端面から取り出して、ラミネートフィルム１２Ｂに収納し、その周囲を熱融着させたタイプのバイポーラ二次電池に対しても適用することができる。さらに、図９に示すように、正極電極端子１４と負極電極端子１５をバイポーラ二次電池１０Ｃの互いに反対側端面から取り出して、袋状のラミネートフィルム１２Ｃに収納し、その開口部を熱融着させたタイプのバイポーラ二次電池に対しても適用することができる。
【００２９】
本発明のバイポーラ二次電池における、ラミネートフィルム１２、正負電極端子１４、１５、電解質２２、集電体２４、正極層２５、負極層２６、ＰＴＣ層２７を構成する材料は、公知の材料を用いればよく、特に限定されるものではない。参考までに、以下、本発明のバイポーラ二次電池がリチウムイオン二次電池である場合について簡単に記述する。ただし、本発明のバイポーラ二次電池は、リチウムイオン二次電池に限定されるわけではない。
【００３０】
［ラミネートフィルム］
ラミネートフィルムは電池の外装材として用いられる。一般には、熱融着性樹脂フィルム、金属箔、剛性を有する樹脂フィルムがこの順序で積層された高分子金属複合フィルムが用いられる。上記の実施の形態では、台形のカップ形状に整形されたものを用いている。
【００３１】
熱融着性樹脂としては、例えばポリエチレン（ＰＥ）、アイオノマー、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）等を用いることができる。金属箔としては、例えばＡｌ箔、Ｎｉ箔を用いることができる。剛性を有する樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン等を用いることができる。具体的には、シール面側から外面に向けて積層したＰＥ／Ａｌ箔／ＰＥＴの積層フィルム；ＰＥ／Ａｌ箔／ナイロンの積層フィルム；アイオノマー／Ｎｉ箔／ＰＥＴの積層フィルム；ＥＶＡ／Ａｌ箔／ＰＥＴの積層フィルム；アイオノマー／Ａｌ箔／ＰＥＴの積層フィルム等を用いることができる。熱融着性樹脂フィルムは、電池要素を内部に収納する際のシール層として作用する。金属箔や剛性を有する樹脂フィルムは、湿性、耐通気性、耐薬品性を外装材に付与する。ラミネートフィルムは、超音波融着等を用いて、容易かつ確実に接合させることができる。
【００３２】
［正極、負極の各電極端子］
電極端子には、銅、鉄から選ばれる金属を用いることができるが、アルミニウム、ステンレス鋼といった金属またはこれらを含む合金材料も同様に使用可能である。また、表面被覆層にはニッケルが最も好適に使用できるが、銀、金といった金属材料も同様に使用可能である。
【００３３】
［セパレータ］
電池要素のセパレータを構成することになるシート状のセパレータ層は、ポリオレフィン系微多孔質セパレータ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンを用いることができ、セパレータ中には、非水電解液が含浸させられる。非水電解液は、非水溶媒に電解質を溶解することにより調製される。非水溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、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）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることができる。非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用しても良い。電解質としては、例えば過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、四フッ化ホウ素リチウム（ＬｉＢＦ４）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ６）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ３）２］等のリチウム塩を挙げることができる。電解質の非水溶媒に対する溶解量は、通常は０．２ｍｏｌ／Ｌ〜２ｍｏｌ／Ｌ程度である。
【００３４】
非水電解液を保持するポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキサイド誘導体、ポリプロピレンオキサイド誘導体、前記誘導体を含むポリマー、ビニリデンフロライド（ＶｄＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）との共重合体等が挙げられる。
【００３５】
［集電体］
集電体には、電池の電気化学反応による腐食による電池性能の低下を防止するために、純度の高い素材を使用することが好ましい。たとえば、純アルミニウムや純銅、純ニッケルを用いる場合には、純度が９９％以上のものが好ましい。但し、この純度に対する要求は、合金化するために添加される他の成分（合金成分）を排除するものではない。
【００３６】
［正極層］
正極層は、アルミニウム等からなる正極集電体の両面に正極材料が結着した構造を有する。正極材料としては、種々の酸化物（ＬｉＭｎ２Ｏ４などのリチウムマンガン酸化物；二酸化マンガン；ＬｉＮｉＯ２などのリチウムニッケル酸化物；ＬｉＣｏＯ２などのリチウムコバルト酸化物；リチウム含有ニッケルコバルト酸化物；リチウムを含む非晶質五酸化バナジウムなど）や、カルコゲン化合物（二硫化チタン、二硫化モリブテンなど）等を挙げることができる。これらの中では、得られるリチウムイオン二次電池の出力特性を考慮すると、リチウムマンガン酸化物またはリチウムニッケル酸化物が好ましい。
【００３７】
正極集電体には、導電性を向上させるために、導電性材料を併せて結着させてもよい。導電性材料としては、例えば、人造黒鉛、カーボンブラック（例えばアセチレンブラックなど）、ニッケル粉末等が挙げられる。
【００３８】
正極集電体としては、例えばアルミニウム製エキスパンドメタル、アルミニウム製メッシュ、アルミニウム製パンチドメタル等を用いることができる。なお、正極は正極集電体の片面に正極材料を結着させた構造であってもよい。
【００３９】
本実施の形態では、活物質としてＬｉＭｎ２Ｏ４、導電助材としてアセチレンブラック、ポリマーとしてポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）とポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）の共重合体、支持塩としてＬｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ、スラリー粘度調整溶媒としてＮＭＰ、重合開始剤としてＡＩＢＮをそれぞれ所定の混合比で混合して正極スラリーを作成し、集電体である厚さ２０μｍ程度のＳＵＳ箔の片面に塗布して熱重合によって硬化させ正極層としている。
【００４０】
［負極層］
負極層は、銅などからなる負極集電体の両面に負極材料が結着した構造を有する。負極材料としては、リチウムイオンを吸蔵放出する炭素材料を用いることができる。このような炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、有機前駆体（例えば、フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース等）を不活性雰囲気中で熱処理して合成した炭素などが挙げられる。好ましくは、負極は非晶質カーボン系材料からなる。非晶質カーボン系材料は熱硬化性樹脂を炭素化することによって得られる。因みに、放電による電圧依存が大きい非晶質カーボン系材料を用いると、２以上のリチウムイオン二次電池を並列に接続した場合におけるリチウムイオン二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
【００４１】
負極集電体としては、例えば銅製エキスパンドメタル、銅製メッシュ、銅製パンチドメタル等を用いることができる。なお、負極は負極集電体の片面に負極材料を結着させた構造であってもよい。
【００４２】
本実施の形態では、活物質としてＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、導電助材としてアセチレンブラック、ポリマーとしてポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）とポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）の共重合体、支持塩としてＬｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ、スラリー粘度調整溶媒としてＮＭＰ、重合開始剤としてＡＩＢＮをそれぞれ所定の混合比で混合して負極スラリーを作成し、集電体の片面に塗布して熱重合によって硬化させ負極層としている。
【００４３】
［ＰＴＣ層］
ＰＴＣ素子を構成する材料としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）にＣｅ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｔａなどを加えた複合粉末を用いる。この複合粉末を加圧成形した後焼成してＰＴＣ層を形成する。なお、ＰＴＣ層の温度特性は、その温度の上昇とともに任意の割合で低下する電池要素の特性とは逆に、その温度の上昇とともに電池要素とほぼ同じ割合で増加するようにし、また一定の温度領域を外れるとその抵抗値が激増するように各材料の配合量を調整する。
【００４４】
以上の実施の形態では、高分子―金属を複合したラミネートフィルム１２の周辺部全部を熱融着にて接合するバイポーラ二次電池について述べたが、本発明は、図６に示すように、高分子−金属を複合したラミネートフィルム１２を用いて袋状にしたその開口部を熱融着にて接合するタイプのバイポーラ二次電池に対しても適用可能である。
【００４５】
さらには、図７に示すように、２つの電極端子１４、１５をバイポーラ二次電池１０Ｂの互いに反対側端面から取り出してラミネートフィルム１２の周辺部全部を熱融着にて接合するタイプのバイポーラ二次電池、または、図８に示すように、２つの電極端子１４、１５をバイポーラ二次電池１０Ｃの互いに反対側端面から取り出して、袋状にしたラミネートフィルムに収納し、その開口部を熱融着するタイプのバイポーラ二次電池に対しても適用可能である。
【００４６】
本発明では、上記のバイポーラ二次電池１０を、少なくとも２以上直列または並列に接続して組電池モジュールとすることができる。なお、組電池モジュールを形成するバイポーラ二次電池１０は、本発明にかかるバイポーラ電極２１（図３参照）が内蔵されたものと、従来のバイポーラ電極２０（図２参照）のみを用いて構成されるものとを混在させても良い。それぞれのバイポーラ二次電池をどの程度の割合で混在させるかは、組電池モジュールとして要求される安全性能に応じて決める。
【００４７】
組電池モジュールを形成するには、例えば、図９に示すように、バイポーラ二次電池１０を４枚並列に接続し（図９（ｂ）参照のこと）、４枚並列にしたバイポーラ二次電池１０をさらに６枚直列にして金属製の組電池ケース３５に収納し（図９（ａ）、（ｃ）参照）組電池モジュール４０とすることができる。このように、バイポーラ二次電池１０を任意の個数直並列に接続することによって、所望の電流、電圧、容量に対応できる組電池モジュール４０を提供することができる。
【００４８】
なお、組電池ケース３５上部の蓋体に設けられた組電池モジュール４０の正極端子４２および負極端子４４と、各バイポーラ二次電池１０の正極電極端子１４、および負極電極端子１５とは、組電池モジュール４０の正極および負極端子用リード線４６、４８を用いて電気的に接続されている。また、バイポーラ二次電池１０を４枚並列に接続する際には、スペーサ４９のような適当な接続部材を用いて各バイポーラ二次電池１０の各電極端子１４、１５を電気的に接続すればよい（図９（ｂ）参照）。同様に、４枚並列にした各バイポーラ二次電池１０をさらに６枚直列に接続する際には、バスバー５０のような適当な接続部材を用いて各バイポーラ二次電池１０の各電極端子１４、１５を順次電気的に接続すればよい（図９（ｃ）参照）。ただし、本発明の組電池モジュール４０は、ここで説明したものに制限されるべきものではなく、従来公知のものを適宜採用することができる。
【００４９】
また、この組電池モジュール４０には、使用用途に応じて、各種計測機器や制御機器類を設けてもよく、例えば、組電池ケース３５上部の蓋体には電池電圧を監視するために電圧計測用コネクタ５５などを設けておいてもよいなど、特に制限されるものではない。さらにバイポーラ二次電池１０同士を連結するためには、超音波溶接、熱溶接、レーザ溶接または電子ビーム溶接により、または、リベットを用いて、またはカシメの手法を用いて、連結するようにしてもよい。
【００５０】
次に、上記の組電池モジュール４０を、少なくとも２以上直列、並列または直並列に接続し、組電池６０とすることで、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に、新たに組電池モジュールを作製することなく、比較的安価に対応することが可能になる。組電池としては、例えば、図１０に示したように、上記の組電池モジュール４０を６組並列に接続して組電池６０とするには、各組電池ケース３５上部の蓋体に設けられた組電池モジュール４０の正極端子４２および負極端子４４を、外部正極端子部、外部負極端子部を有する組電池正極端子連結板６２、組電池負極端子連結板６４を用いてそれぞれ電気的に接続する。また、各組電池ケース３５の両側面に設けられた各ネジ孔部（図示せず）に、該固定ネジ孔部に対応する開口部を有する連結板６６を固定ネジ６７で固定し、各組電池モジュール４０同士を連結する。また、各組電池モジュール４０の正極端子４２および負極端子４４は、それぞれ正極および負極絶縁カバー６８、６９により保護され、適当な色、例えば、赤色と青色に色分けすることで識別されている。
【００５１】
このように、組電池モジュールを複数直並列接続されてなる組電池は、一部の電池、組電池が故障しても、その故障部分を交換するだけで修理が可能である。
【００５２】
組電池６０を、電気自動車に搭載するには、図１１に示したように、電気自動車７０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からである。なお、電池を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でも良いし、車両前方のエンジンルームでも良い。
【００５３】
なお、本発明では、組電池６０だけではなく、使用用途によっては、組電池モジュールを搭載するようにしてもよいし、これら組電池と組電池モジュールを組み合わせて搭載するようにしてもよい。また、本発明の組電池または組電池モジュールを搭載することのできる車両としては、上記の電気自動車やハイブリッドカーが好ましいが、これらに制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるバイポーラ二次電池の外観図である。
【図２】図１に示したバイポーラ二次電池のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明にかかるバイポーラ電極の断面図である。
【図４】本発明にかかるバイポーラ二次電池の動作説明に供する図である。
【図５】本発明にかかるバイポーラ二次電池の動作説明に供する図である。
【図６】本発明にかかるバイポーラ二次電池の他の形態を示す外観図である。
【図７】本発明にかかるバイポーラ二次電池の他の形態を示す外観図である。
【図８】本発明にかかるバイポーラ二次電池の他の形態を示す外観図である。
【図９】本発明に係る組電池モジュール構造の代表的な一実施形態を模式的に表した概略図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は正面図である。
【図１０】本発明に係る組電池構造の代表的な一実施形態を模式的に表した概略図である。
【図１１】本発明に係る組電池を搭載した車両を模式的に表した概略図である。
【符号の説明】
１０…バイポーラ二次電池、
１２…ラミネートフィルム、
１４…正極電極端子、
１５…負極電極端子、
２０、２１…バイポーラ電極、
２２…電解質、
２４…集電体、
２５…正極層、
２６…負極層、
２７…ＰＴＣ層、
３５…組電池ケース、
４０…組電池モジュール、
４２…正極端子、
４４…負極端子、
４６…正極端子用リード線、
４８…負極端子用リード線、
４９…スペーサ、
５０…バスバー、
５５…電圧計測用コネクタ、
６０…組電池、
６２…組電池正極端子連結板、
６４…組電池負極端子連結板、
６６…連結板、
６７…固定ねじ、
６８…正極絶縁カバー、
６９…負極絶縁カバー、
７０…電気自動車。
【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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