(57)【要約】【課題】ラミネート電池のシール部分の新たな折り曲げ方法を提供し、複数のラミネート電池からなる組電池の有用性を高める。【解決手段】ラミネートシート内部に電池要素が封止されてなるラミネート電池が複数組み合わされてなる組電池であって、一のラミネート電池のシール部分と、前記一のラミネート電池に隣接するラミネート電池のシール部分とが、重ね巻きされてなることを特徴とする組電池によって上記課題は解決される。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラミネートシート内部に電池要素が封止されてなるラミネート電池が複数組み合わされてなる組電池であって、
一のラミネート電池のシール部分と、前記一のラミネート電池に隣接するラミネート電池のシール部分とが、重ね巻きされてなることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記一のラミネート電池のシール部分と、前記一のラミネート電池に隣接するラミネート電池のシール部分とは、中空部分を有する円柱状に重ね巻きされてなることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記中空部分に、配線コードが挿通されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の組電池。
【請求項４】
前記配線コードは、電池電圧計測配線であること特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の組電池。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の組電池を搭載してなる車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数のラミネート電池からなる組電池に関し、より詳しくは、ラミネート電池のシール部分の折り曲げ方法に特徴を有する組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、燃料電池自動車（ＦＣＶ）の実用化に向けてモータ駆動用電池の開発が鋭意行われている。モータ駆動用電池としては、繰り返し充電が可能な二次電池の使用が提案されている。
【０００３】
これまでに提案されている二次電池の形態としては、電池要素が金属製の缶の内部に配置された構造を有する缶電池、電池要素がラミネートシートを用いて封止された構造を有するラミネート電池などがある。自動車などの移動体用電源としては、軽量化および小型化に役立つラミネート電池が好ましい。
【０００４】
ラミネート電池の電池要素は、ラミネートシートを熱融着することによって、ラミネートシートの内部に封止される。したがって、ラミネート電池の周辺には、２枚のラミネートシートが熱融着されたシール部分が生じる。しかしながら、このシール部分は、ラミネート電池を複数組み合わせて組電池を製造する際に、デッドスペースの原因となる。よって、組電池の体積エネルギー密度を向上させるためには、このシール部分の幅を小さくすることが好ましい。
【０００５】
一方、シール部分の幅が小さすぎるとラミネート電池内部に外気中の水分が浸透し、電池特性を低下させる原因となる。また、シール部分の幅が小さすぎると、接着力の不足により、シール部分の剥離が生じる恐れもある。
【０００６】
つまり、電池特性の観点からはシール部分は小さいほど好ましいが、逆に、電池の信頼性の観点からはシール部分が大きいほど好ましい。
【０００７】
この問題を解決する技術として、特開２０００−２００５８５号公報に記載されているラミネート電池が挙げられる。該公報には、ラミネート電池のシール部分を折り曲げてシール部分の占有面積を縮小する技術が開示されている。つまり、充分な幅を有するシール部分を折り曲げることによって、電池の信頼性および体積エネルギー密度の向上が図られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が目的とするところは、ラミネート電池のシール部分の新たな折り曲げ方法を提供し、複数のラミネート電池からなる組電池の有用性を高めることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ラミネートシート内部に電池要素が封止されてなるラミネート電池が複数組み合わされてなる組電池であって、一のラミネート電池のシール部分と、前記一のラミネート電池に隣接するラミネート電池のシール部分とが、重ね巻きされてなることを特徴とする組電池である。
【００１０】
【発明の効果】
本発明の組電池においては、複数のラミネート電池のシール部分が、重ねて巻き取られている。このため、組電池におけるデッドスペースが小さく、組電池の体積エネルギー密度が高い。また、コンパクトな本発明の組電池は、各種電源としての搭載性に優れる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第一は、ラミネートシート内部に電池要素が封止されてなるラミネート電池が複数組み合わされてなる組電池であって、一のラミネート電池のシール部分と、前記一のラミネート電池に隣接するラミネート電池のシール部分とが、重ね巻きされてなることを特徴とする組電池である。本発明について、以下、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明の組電池１０１の一実施形態の側面図である。図１においては、説明の便宜上、組電池１０１は２つのラミネート電池１０３から構成されているが、組電池を構成するラミネート電池の数には特に限定されない。むしろ、デッドスペースが減少する本発明の効果は、組電池を構成するラミネート電池の数が多いほど大きい。組み合わせられるラミネート電池１０３の数は、電池の出力などに応じて決定すればよい。
【００１３】
ラミネート電池１０３は、正極、負極、セパレータなどからなる実際に充放電反応が進行する電池要素（図示せず）が、ラミネートシート１０５内部に封止された構造を有する。正極、負極、セパレータ、電解質などの電池要素構成物は、通常は積層されている。電池要素構成物の積層数は、ラミネート電池に求める電池特性に応じて決定される。また、ラミネート電池の大きさも、ラミネート電池に求める電池特性や設置環境に応じて決定される。電池要素は、熱融着を用いてラミネートシート１０５内部に封止されることが一般的である。このときにラミネート電池１０３の密封性を確保するために一定幅のシール部分が必要となる。本発明のラミネート電池においては、隣接するラミネート電池のシール部分１０７が重ね巻きされる。かような処理により、ラミネート電池のシール部分によって生じるデッドスペースを減少させることができ、組電池の小型化、体積エネルギー密度の向上が図れる。特に本発明の組電池においては、ラミネート電池のシール部分１０７が重ね巻きされるため、組電池の小型化、体積エネルギー密度の向上に、大きく寄与しうる。なお、シール部分とは、電池要素を封止するためにラミネートシートが接着されている部分をいい、通常は熱融着された部分をいう。
【００１４】
図１においては、２つの隣接するラミネート電池の間に位置するシール部分１０７のみが捲回されてなる実施形態を示したが、かような形態にのみ限定されるわけではない。３つ以上のラミネート電池が横並びに配置される場合には、各ラミネート電池の間のシール部分を、全て重ね巻きすることが、組電池の小型化、体積エネルギー密度の向上のためには好適である。また、端に位置し、隣接するラミネート電池が存在しない部位に位置するシール部分１０７’も、組電池の小型化、体積エネルギー密度の向上のためには、折り畳まれる、または、捲回されることが好適である。
【００１５】
図１の組電池１０１は、平面方向に隣接して配置されたラミネート電池１０３のシール部分１０７と重ね巻きされているが、垂直方向に積層されているラミネート電池のシール部分と重ね巻きされてもよい（図示せず）。かような実施形態も本願における「一のラミネート電池に隣接するラミネート電池のシール部分とが、重ね巻きされてなる」という概念に包含される。また、場合によっては、３つ以上の垂直方向に積層されてなるラミネート電池のシール部分を重ね巻きしてもよい。
【００１６】
小型で体積エネルギー密度に優れる電池は、電池搭載スペースが限られる場合にとりわけ有意義である。例えば、車両のような電池搭載スペースの小型化に対する要請が特に強い用途においては、本発明の組電池による効果が大きい。
【００１７】
ラミネート電池のシール部分の重ね巻き形状は、特に限定されない。図１に示すようにラミネート電池側面から観察した時の形状が、円形、楕円形、四角形、三角形であることが好ましい。好ましくは、ラミネート電池側面から観察した時の形状が、円形、楕円形である。円形や楕円形のように角張った部分が存在しないように巻き取ると、シール部分に加わる力が分散され、シール部分の破損が防止される。
【００１８】
また、好ましくは、一のラミネート電池のラミネートシート１０５のシール部分と、前記一のラミネート電池に隣接するラミネート電池のラミネートシート１０５’のシール部分とは、図１に示すように中空部分を有する円柱状に重ね巻きされてなることが好ましい。本願において「中空部分を有する円柱状」とは、ラミネート電池のシール部分が、中心部分に空間が生じるように捲回されてなる状態を意味する。また、本願において「円柱状」とは、完全な円柱は勿論のこと、円柱がひしゃげた形状も含む概念である。
【００１９】
重ね巻きされるシール部分１０７が円柱状であると、上記説明したように、シール部分に加わる力が分散され、シール部分の破損が防止される。それに加えて、中空部分に配線コードを挿通する場合には、シール部分１０７が配置される空間の有効活用が図れる。かような実施形態について図２および図３を用いて説明する。
【００２０】
図２は、２つのラミネート電池２０３，２０３’の間に存在するシール部分２０７を重ね巻きし、これを二層に積層させた組電池２０１の平面図である。図３は、図２の組電池のＩＩＩ方向からの側面図である。ラミネート電池２０３からは電気的接続に用いるためのタブ２０９がそれぞれ引き出されており、タブ２０９を介して接続される。組電池を搭載した場合には、各電池の充放電状態を管理するために電圧を測定することがあるが、シール部分が中空部分を有する円柱状に重ね巻きされていると、この中空部分にラミネート電池の電圧状態を測定するための電池電圧計測配線２１１を挿通させうる。中空部分を有するように重ね巻きされたシール部分２０７を挿通させることによって、シール部分２０７が占める空間の有効活用が図れる。また、電池電圧計測配線２１１の配線経路として使用できるため、配線設置に関する設計自由度が大きくなる。さらに、配線をシンプルにすることができ、組電池に配線するための作業が容易になる。かような特徴は、多数のラミネート電池からなる組電池のような、複雑に配線が配置される場合に有効である。
【００２１】
シール部分２０７に存在する中空部分を挿通する配線が電池電圧計測配線である場合について説明したが、中空部分を挿通する配線は電池電圧計測配線に限定されるものではない。電池電圧計測配線以外の配線を挿通してもよく、かような場合においても、中空部分を配線が挿通することによって、配線長さの短縮、配線によって占有される空間の低減といった効果が得られる。他の配線は特に限定されるものではなく、本発明の組電池の用途に応じて決定される。例えば本発明の組電池が自動車に搭載される場合には、組電池が配置される空間の周辺にある、制御系配線やセンサーに接続された配線などから、中空部分を挿通する配線が選択される。
【００２２】
中空部分の大きさは、中空部分を挿通する配線に応じて決定すればよい。一般的に用いられる配線の直径が１〜３ｍｍであることを考慮すると、中空部分の短軸径が２ｍｍ以上であることが好ましく、３ｍｍ以上であることがより好ましく、４ｍｍ以上であることが特に好ましい。一方、中空部分が大きすぎると、ラミネート電池のシール部分の占める体積が大きくなり、組電池の体積エネルギー密度が低下してしまう。このため、中空部分の短軸系は、２０ｍｍ以下であることが好ましく、１５ｍｍ以下であることがより好ましく、１０ｍｍ以下であることが特に好ましい。
【００２３】
本発明の組電池を２つ以上組み合わせる場合には、ラミネート電池のシール部分を重ね巻きした部分（以下、「重ね巻き部分」とも記載）が、重なるように組電池を積層させることが好ましい。すなわち、一の組電池の重ね巻き部分と他の組電池の重ね巻き部分とが重なるように、前記一の組電池と前記他の組電池とを積層させることが好ましい。図３は、２つのラミネート電池からなる組電池を、二層に積層させた実施形態の側面図である。このように配置することによって、デッドスペースをより効率よく低減しうる。また、ラミネート電池を電気的に接続するために必要な配線の長さも短くしやすい。
【００２４】
前述のように、３以上のラミネート電池のシール部分を重ね巻きしてもよい。図３のように４つのラミネート電池を組み合わせる場合において、４つのシール部分を重ね巻きする場合には、図３において２つ存在する重ね巻き部分を一つにすることができる（図示せず）。ただし、重ね巻きするシール部分の数が多くなるほど、重ね巻き部分の占有体積も大きくなることに留意する必要がある。
【００２５】
本発明のラミネート電池としては、リチウムイオン二次電池、ポリマーリチウム電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池などが挙げられる。これらの中では、車両用電源としての用途を考慮すると、出力およびエネルギー密度に優れるリチウムイオン二次電池が好ましい。リチウムイオン二次電池であるラミネート電池を直列に接続した組電池を車両用電源とした場合、全体の出力電圧が４００Ｖ程度の組電池を得ることも可能である。
【００２６】
本発明のラミネート電池における、電池要素、タブ、ラミネートシートなどの材料は、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、本発明のラミネート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、本発明のラミネート電池は、リチウムイオン二次電池に限定されるわけではない。
【００２７】
［正極］
正極は、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
［負極］
負極は、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。本願において「非晶質カーボン系材料」とは結晶構造を有さない炭素材料を意味し、換言すれば非晶質炭素材料を意味する。このような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。
【００３１】
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。
【００３２】
［セパレータ］
セパレータは、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。
【００３３】
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。
【００３４】
［ラミネートシート］
ラミネートシート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。
【００３５】
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。ラミネートシートは、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。
【００３６】
［タブ］
タブには、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。
【００３７】
続いて、本発明の組電池の製造方法について簡単に説明する。
【００３８】
まず、ラミネート電池を準備する。ラミネート電池の形状、種類については、特に限定はなく、例えばリチウムイオン二次電池であるラミネート電池を用いる場合には、上述の材料から構成すればよい。
【００３９】
次に、隣接して配置するラミネート電池のシール部分を重ね巻きする。重ね巻きの一方法について図４を参照して説明する。まず、重ね巻きするラミネート電池を重ね合わせる。重ね合わせる際には、シール部分３０７ａが張り出している面同士を重ね合わせると、シール部分３０７ａの重ね巻きが容易であり、作業上の利便性が高い。
【００４０】
重ね巻きの手法については、特に限定はない。中空部分を有する円柱状に重ね巻きする場合には、所望する直径の細い鉄棒を用いてシール部分を捲回し、捲回した後に鉄棒を抜き取ることによって所定の大きさの中空部分を有するように重ね巻きされたシール部分３０７ｂを形成することができる。所定の曲率を有するカーリング型にシール部分を通すことによって加工してもよい。さらに必要に応じて、重ね巻きされたシール部分の反対側に位置するシール部分も同様に重ね巻きする。
【００４１】
シール部分が重ね巻きされた組電池は、電気的に接続されて、組電池となる。中空部分に配線を挿通させた時の効果は上述の通りである。場合によっては、中空部分に挿通させる配線を利用して、重ね巻きしてもよいかもしれない。
【００４２】
本発明の第二は、前記組電池を搭載してなる車両である。参考までに、図５に、本発明の組電池を搭載する車両（自動車）４１３の斜視図を示す。車両に搭載される組電池４０１は、体積エネルギー密度が高い。このため、車両における電池部分の占有体積を小さくすることができ、設計の自由度が高い。また、車両に乗る人員や荷物用の空間を確保する上でも有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の組電池の一実施形態の側面図である。
【図２】直列に接続された２つのラミネート電池からなる組電池の平面図である。
【図３】図２の組電池のＩＩＩ方向からの側面図である。
【図４】シール部分の重ね巻き方法の一実施形態を示す図である。
【図５】本発明の組電池を搭載する車両の斜視図である。
【符号の説明】
１０１，２０１，４０１…組電池、１０３，２０３，２０３’…ラミネート電池、１０５，１０５’…ラミネートシート、１０７，１０７’，２０７，３０７ａ，３０７ｂ…シール部分、２０９…タブ、２１１…電池電圧計測配線、４１３…車両としての自動車
【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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