(57)【要約】【課題】金属製の電極端子や集電体と外装部材の金属層との電気絶縁性に優れた二次電池を提供する。【解決手段】二次電池１０は、正極側集電体１０２ａに正極層１０２ｂ、１０２ｃが形成された正極板１０２、及び、負極側集電体１０４ａに負極層１０４ｂ、１０４ｃが形成された負極板１０４をセパレータ１０３を介して交互に積層した電極積層体１０１と、内側樹脂層１０７ａ、１０８ａ、中間金属層１０７ｂ、１０８ｂ、及び、外側樹脂層１０７ｃ、１０８ｃを有し、電極積層体１０１を収容して封止している外装部材１０７、１０８と、電極積層体１０１から伸びている集電体１０２ａ、１０４ａに接続され、外装部材１０６、１０７の外周縁から導出している電極端子１０５、１０６と、を備えており、電極積層体１０１の角部を被覆する第１及び第２の保護手段１２１、１２２と、集電体１０２ａ、１０４ａと電極端子１０５、１０６との接続部１１１、１１２を被覆する第３及び第４の保護部材１２３、１２４と、をさらに備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体に電極層が形成された電極板をセパレータを介して積層した電極積層体と、
金属層、及び、前記金属層の内側に積層された合成樹脂層を少なくとも有し、前記電極積層体を収容して封止している外装部材と、
前記電極積層体から伸びている前記集電体に接続され、前記外装部材の外周縁から導出している電極端子と、を備えた二次電池であって、
前記集電体と前記電極端子との接続部、及び、前記電極積層体の角部をそれぞれ被覆する保護手段をさらに備えた二次電池。
【請求項２】
前記保護手段は、合成樹脂材料を含む材料から構成されている請求項１記載の二次電池。
【請求項３】
前記保護手段を構成する材料に含まれる前記合成樹脂材料は、前記外装部材が有する前記合成樹脂層のヤング率に対して５０〜１００％のヤング率を有する請求項１又は２記載の二次電池。
【請求項４】
前記保護手段を構成する材料に含まれる前記合成樹脂材料のＪＩＳ−Ａ硬度は、５〜９５である請求項１〜３の何れかに記載の二次電池。
【請求項５】
前記保護手段を構成する材料に含まれる前記合成樹脂材料は、オレフィン系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、又は、ナイロン系樹脂から成る群より選ばれる一又はそれ以上の成分を含む請求項１〜４の何れかに記載の二次電池。
【請求項６】
前記電極板は、リチウム−マンガン系複合酸化物、リチウム−ニッケル系複合酸化物、又は、リチウム−コバルト系複合酸化物から成る正極活物質を有する正極板を含む請求項１〜５の何れかに記載の組電池。
【請求項７】
前記電極板は、結晶性炭素材、又は、非結晶性炭素材から成る負極活物質を有する負極板を含む請求項１〜６の何れかに記載の組電池。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載の二次電池を複数備えた組電池であって、
一の前記二次電池と、他の前記二次電池とを電気的に直列及び／又は並列に接続した少なくとも２以上の前記二次電池を含む組電池。
【請求項９】
請求項８記載の組電池を複数備えた複合組電池であって、
一の前記組電池と、他の前記組電池とを電気的に直列及び／又は並列に接続した少なくとも２以上の前記組電池を含む複合組電池。
【請求項１０】
請求項８記載の組電池、又は、請求項９記載の複合組電池を搭載した車輌。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータを介して積層した電極板を外装部材に収容して封止すると共に、電極板に接続された電極端子が外装部材の外周縁から導出した二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
集電体の両主面に電極層を形成した電極板をセパレータを介して積層して構成される電極積層体を、金属層を２層の合成樹脂層の間にサンドイッチして構成される外装部材に収容して封止すると共に、前記電極積層体から伸びている集電体に接続された電極端子が前記外装部材の外周縁から導出している薄型の二次電池が知られている。
【０００３】
このような二次電池では、電極端子や集電体が金属薄膜で構成されているため、当該金属薄膜の角部やバリ等の突起部が、外装部材の内側の合成樹脂層を貫通し、金属製の電極端子や集電体と、外装部材の金属層とに短絡が生じたり、絶縁距離の低下が生じる場合があった。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、金属製の電極端子や集電体と外装部材の金属層との電気絶縁性に優れた二次電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、集電体に電極層が形成された電極板をセパレータを介して積層した電極積層体と、金属層、及び、前記金属層の内側に積層された合成樹脂層を少なくとも有し、前記電極積層体を収容して封止している外装部材と、前記電極積層体から伸びている前記集電体に接続され、前記外装部材の外周縁から導出している電極端子と、を備えた二次電池であって、前記集電体と前記電極端子との接続部、及び、前記電極積層体の角部をそれぞれ被覆する保護手段をさらに備えた二次電池が提供される。
【０００５】
本発明に係る二次電池では、保護手段により、集電体と電極端子との接続部、及び、電極積層体の角部をそれぞれ被覆する。この保護手段により、金属材料から成る集電体や電極端子の角部やバリ等の突起部が覆われるので、当該突起部が外装部材の内側の合成樹脂層を貫通するのを防止することが出来、金属製の電極端子や集電体と、外装部材の金属層との優れた電気絶縁性を確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００７】
図１は本発明の実施形態に係る二次電池の全体を示す平面図、図２は図１のII-II線に沿った二次電池の断面図、図３は図２のIII-III線に沿った正極側接続部の断面図、図４は図３の正極側接続部におけるマス−バネ系モデルを示す図、図５は本発明の実施形態にっかる正極側接続部における振動伝達率スペクトルを示すグラフである。
【０００８】
図１及び図２は一つの二次電池（単位電池）を示し、この二次電池１０を複数積層して接続することにより所望の電圧、容量の組電池が構成される。
【０００９】
先ず、本発明の実施形態に係る二次電池１０について説明すると、この二次電池１０は、リチウム系の薄型の二次電池であり、図１及び図２に示すように、３枚の正極板１０２、５枚のセパレータ１０３、及び、３枚の負極板１０４を有する電極積層体１０１と、当該電極積層体１０１にそれぞれ接続された正極端子１０５及び負極端子１０６と、これら電極積層体１０１及び電極端子１０５、１０６を収容して封止している上部外装部材１０７及び下部外装部材１０８と、特に図示しない電解質とから構成されている。
【００１０】
電極積層体１０１を構成する３枚の正極板１０２は、図２に示すように、正極端子１０５まで伸びている正極側集電体１０２ａと、この正極側集電体１０２ａの一部の両主面にそれぞれ形成された正極層１０２ｂ、１０２ｃとを有している。
【００１１】
この正極板１０２の正極側集電体１０２ａは、例えば、厚さ２０μｍ程度のアルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔である。
【００１２】
この正極板１０２の正極層１０２ｂ、１０２ｃは、金属酸化物等の正極活物質と、カーボンブラック等の導電剤と、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョン等の接着剤とを混合した正極合剤を、正極側集電体１０２ａの一部の主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。正極活物質としては、例えば、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）、又は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）等のリチウム系複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ，Ｓｅ、Ｔｅ）化物等を挙げることが出来る。
【００１３】
電極積層体１０１を構成する３枚の負極板１０４は、図２に示すように、負極端子１０６まで伸びている負極側集電体１０４ａと、当該負極側集電体１０４ａの一部の両主面にそれぞれ形成された負極層１０４ｂ、１０４ｃとを有している。
【００１４】
この負極板１０４の負極側集電体１０４ａは、例えば、厚さ１０μｍ程度のニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔である。
【００１５】
この負極板１０４の負極層１０４ｂ、１０４ｃは、例えば、非晶性炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のような、上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンを混合し、乾燥させた後に粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これにアクリル樹脂エマルジョン等の結着剤をさらに混合した負極合剤を、負極側集電体１０４ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。
【００１６】
電極積層体１０１の５枚のセパレータ１０３は、上述した正極板１０２と負極板１０４との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えても良い。このセパレータ１０３は、例えば、厚さ２５μｍ程度のポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって、層の空孔が閉塞され、電流を遮断する機能をも有する。
【００１７】
なお、本発明のセパレータは、ポリオレフィン等の単層膜のみに限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔性膜と有機不織布等を積層したものを用いることも出来る。セパレータを複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能及びセパレータの形状維持（剛性向上）機能等の諸機能を付与することが出来る。
【００１８】
電極積層体１０１は、セパレータ１０３を介して、正極板１０２と負極板１０４とを交互に積層して構成されているが、さらに、本実施形態では、図１及び図２に示すように、この電極積層体１０１の上面に第１の保護部材１２１が積層されている。
【００１９】
この第１の保護部材１２１は、同図に示すように、電極積層体１０１の上面全体を覆うことが可能な大きさの合成樹脂製のフィルムから構成されており、特に、電極積層体１０１の最上層に位置する正極側集電体１０２ａの各角部を被覆して、当該角部が外装部材１０７、１０８の内側樹脂層１０７ａ、１０８ａを貫通するのを防止している。
【００２０】
同様に、図１及び図２に示すように、電極積層体１０１の下面に第２の保護部材１２２が積層されている。この第２の保護部材１２２は、電極積層体１０１の下面全体を覆うことが可能な大きさを有する合成樹脂製のフィルム等であり、特に、電極積層体１０１の最下層に位置する負極側集電体１０４ａの各角部を被覆して、当該角部が外装部材１０７、１０８の内側樹脂層１０７ａ、１０８ａを貫通するのを防止している。
【００２１】
これらの第１及び第２の保護部材１２１、１２２を構成する合成樹脂材料としては、ショアＡ硬度が５〜９５程度の、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂や、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、又は、ナイロン系樹脂等を挙げることが出来る。なお、本発明でいうＪＩＳ−Ａ硬度とは、ＪＩＳ規格Ｋ−６３０１に準拠して計測される物性値を指す。
【００２２】
第１及び第２の保護部材１２１、１２２のＪＩＳ−Ａ硬度が５未満となると、電極積層体１０１の各角部を保護するには柔らかくなり過ぎる。これに対し、第１及び第２の保護部材１２１、１２２のＪＩＳ−Ａ硬度が９５より大きくすると、第１及び第２の保護部材１２１、１２２が硬くなり過ぎて電極積層体１０１の角部が第１及び第２の保護部材１２１、１２２を貫通するおそれがある。
【００２３】
電極積層体１０１に積層された３枚の正極板１０２は、正極側集電体１０２ａを介して、金属箔製の正極端子１０５に正極側接続部１１１で接続される一方で、当該電極積層体１０１に積層された３枚の負極板１０４は、負極側集電体１０４ａを介して、同様に金属箔製の負極端子１０６に負極側接続部１１２で接続されている。
【００２４】
なお、電極積層体１０１を構成する正極板１０２、セパレータ１０３、及び、負極板１０４は、本発明では上記の枚数に何ら限定されず、例えば、それぞれ一枚の正極板、セパレータ及び負極板でも電極積層体を構成することが出来、必要に応じて正極板、セパレータ及び負極板の枚数を選択して構成することが出来る。また、本実施形態では、電極板１０２、１０４の集電体１０２ａ、１０４ａを構成する金属箔自体を電極端子１０５、１０６まで延長することにより、電極板１０２、１０４を電極端子１０５、１０６に接続部１１１、１１２でそれぞれ直接接続しているが、電極板１０２、１０４の集電体１０２ａ，１０４ａと、電極端子１０５、１０６とを、集電体１０２ａ、１０４ａを構成する金属箔とは別の材料や部品により接続しても良い。
【００２５】
正極端子１０５も負極端子１０６も電気化学的に安定した金属箔であれば特に限定されないが、正極端子１０５としては、例えば、厚さ０．２ｍｍ程度のアルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等を挙げることが出来る。また、負極端子１０６としては、例えば、厚さ０．２ｍｍ程度のニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等を挙げることが出来る。
【００２６】
この正極端子１０５には、例えば超音波溶接やスポット溶接、冷間圧接等の手法により、電極積層体１０１の各正極板１０２から伸びている正極側集電体１０２ａが正極側接続部１１１で接続されているが、本実施形態に係る二次電池１０では、図１及び図２に示すように、合成樹脂製フィルムで構成された第３の保護部材１２３により、この正極側接続部１１１全体が被覆されており、正極端子１０５及び正極側集電体１０２ａの角部やバリ等の突起部が外装部材１０７、１０８の内側樹脂層１０７ａ、１０８ａを貫通するのを防止している。
【００２７】
同様に、図１及び図３に示すように、負極端子１０６と負極側集電体１０４ａとが接続されている負極側接続部１１２全体が、合成樹脂製フィルムで構成された第４の保護部材１２４により被覆されており、負極端子１０６及び負極側集電体１０４ａの角部やバリ等の突起部が外装部材１０７、１０８の内側樹脂層１０７ａ、１０８ａに貫通するのを防止している。
【００２８】
これら第３及び第４の保護部材１２３、１２４を構成する合成樹脂材料としては、ＪＩＳ−Ａ硬度が５〜９５程度の、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂や、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、又は、ナイロン系樹脂等を挙げることが出来る。
【００２９】
第３及び第４の保護部材１２３、１２４のＪＩＳ−Ａ硬度が５未満となると、集電体１０２ａ、１０４ａの角部やバリ等を保護するには柔らかくなり過ぎる。これに対し、第３及び第４の保護部材１２３、１２４のＪＩＳ−Ａ硬度が９５より大きくなると、第３及び第４の保護部材１２３、１２４が硬くなり過ぎて集電体１０２ａ、１０４ａの角部やバリ等の突起部が第３及び第４の保護部材１２３、１２４を貫通するおそれがある。
【００３０】
さらに、本実施形態に係る二次電池１０では、第３の保護部材１２３が、外装部材１０７、１０８の内側樹脂層１０７ａ、１０８ａを構成する合成樹脂材料（後述）のヤング率に対して５０〜１００％程度のヤング率を有している。
【００３１】
この第３の保護部材１２３は、図３に示すように、正極側接続部１１１において、正極側集電体１０２ａ及び正極端子１０５を被覆していると共に、上部外装部材１０７及び上部外装部材１０８に覆われており、この第３の保護部材１２３が上述のようなヤング率を有することにより、図４に示すような正極側接続部１１１における共振周波数をシフトさせることが可能なマス−バネ系モデルを形成している。
【００３２】
この図４に示すマス−バネ系モデルにおいて、上部外装部材１０７の中間金属層１０７ｂが第１のマス部Ｍ１に相当し、正極端子１０５が第２のマス部Ｍ２に相当する。また、図３における正極側集電体１０２ａと上部外装部材１０７との間に介在する第３の保護部材１２３ａが、図４に示す第１のバネ部Ｋ１及び第１の減衰要素Ｃ１に相当し、図３における正極端子１０５と下部外装部材１０８との間に介在する第３の保護部材１２３ｂが、図４に示す第２のバネ部Ｋ２及び第２の減衰要素Ｃ２に相当する。
【００３３】
本実施形態に係る二次電池１０では、第３の保護部材１２３のヤング率を外装部材１０７、１０８の内側樹脂層１０７ａ、１０８ａのヤング率の５０〜１００％程度に設定し、正極側接続部１１１に図４に示すようなマス−バネ系モデルを構成することにより、主振動系Ｍ２、Ｋ２、Ｃ２に対して、副振動系Ｍ１、Ｋ１、Ｃ１が動吸振器的に作用して、正極側接続部１１１の共振周波数をシフトさせることが可能となっている。
【００３４】
なお、第３の保護部材１２３のヤング率を外装部材１０７、１０８のヤング率に対して１００％より大きくすると、第３の保護部材１２３ａ、１２３ｂがバネ部Ｋ１、Ｋ２及び減衰要素Ｃ１、Ｃ２を構成しないので、図４に示すマス−バネ系モデルが成立せず、正極側接続部１１１の共振周波数のシフトが困難となる。これに対し、第３の保護部材１２３のヤング率を外装部材１０７、１０８のヤング率に対して５０％未満とすると、正極側接続部１１１の構造が弱くなる可能性がある。
【００３５】
そして、第３の保護部材１２３、正極端子１０５、中間金属層１０７ｂの材質や厚さを変更する等して、正極側接続部１１１のマス−バネ系モデルにおける一次固有周波数及び二次固有周波数のチューニングを行うことにより、当該共振周波数を加振周波数から適切に離縁させることが可能となっている。
【００３６】
例えば、図５は、加振振幅と応答振幅との比である振動伝達率を縦軸とし、これに対応する周波数を横軸として、本実施形態に係る二次電池の正極側接続部における振動伝達率スペクトルを示すグラフであるが、同図に示すように、例えば、加振周波数が約１００Ｈｚ以下に特に集中する車輌等で二次電池を使用する場合において、正極側接続部１１１の共振周波数を約１００Ｈｚ以上に移行させて加振周波数から離縁させることにより、車輌使用時等に印加された振動により正極側接続部１１１において正極端子１０５と正極側集電体１０２ａとに生じる剥離等を防止することが出来、正極側接続部１１１の振動信頼性を向上させることが可能となっている。なお、図５において、実線グラフが、第３及び第４の保護部材１２３、１２４を具備した本実施形態に係る二次電池の正極側接続部における振動伝達率スペクトルを示し、破線グラフが、第３及び第４の保護部材１２３、１２４を具備していない従来構造の二次電池の正極側接続部における振動伝達率スペクトルを示している。
【００３７】
第４の保護部材１２４についても同様に、特に図示しないが、外装部材１０７、１０８の内側樹脂層１０７ａ、１０８ａを構成する合成樹脂材料のヤング率に対して５０〜１００％程度のヤング率を有しており、図４に示すものと同様の、共振周波数をシフト可能なマス−バネ系モデルが負極側接続部１１２に形成されており、第４の保護部材１２４、負極端子１０６、或いは、中間金属層１０７ｂの材質や厚さを変更する等して、負極側接続部１１２のマス−バネ系モデルにおける一次固有周波数及び二次固有周波数のチューニングを行うことにより、当該共振周波数を加振周波数から適切に離遠させることが可能となっている。
【００３８】
以上のように構成されている電極積層体１０１は、図２に示すように、凸部を設けたカップ状の外形形状を有する上部外装部材１０７と、平板状の外形形状を有する下部外装部材１０８とに収容されて封止されている。
【００３９】
この上部外装部材１０７は、図３に示すように、例えば、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又は、アイオノマー等の耐電解液及び熱融着性に優れた樹脂フィルムから構成されている内側樹脂層１０７ａと、例えば、アルミニウム箔等の金属箔から構成されている中間金属層１０７ｂと、例えば、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムで構成されている外側樹脂層１０７ｃと、の３層構造となっている。
【００４０】
同様に、下部外装部材１０８も、図３に示すように、例えば、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又は、アイオノマー等の耐電解液及び熱融着性に優れた樹脂フィルムから構成されている内側樹脂層１０８ａと、例えば、アルミニウム箔等の金属箔から構成されている中間金属層１０８ｂと、例えば、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムで構成されている外側樹脂層１０８ｃと、の３層構造となっている。
【００４１】
従って、これら上部外装部材１０７及び下部外装部材１０８は、金属箔の一方の面（二次電池１０の内側面）をポリエチレン等の樹脂フィルムでラミネートし、他方の面（二次電池１０の外側面）をポリアミド系樹脂等の樹脂フィルムでラミネートした、例えば、厚さ１２５μｍ程度の可撓性を有する樹脂−金属薄膜ラミネート材で構成されている。
【００４２】
また、本実施形態では、正極端子１０５と外装部材１０７、１０８との間にシールフィルム１０９が介在し、負極端子１０６と外装部材１０７、１０８との間にもシールフィルム１０９が介在しており、二次電池１０の封止性の向上が図られている。
【００４３】
このシールフィルム１０９を構成する合成樹脂材料としては、外装部材１０７、１０８の内側樹脂層１０７ａ、１０８ａと同様に、例えば、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又は、アイオノマー等の耐電解液及び熱融着性に優れた合成樹脂材料を挙げることが出来る。
【００４４】
なお、本発明においては外装部材を構成する層数は上記に限定されず、必要に応じて層数を適宜設定することが可能である。また、本実施形態としては、カップ状に予め成形した上部外装部材１０７及び平板状の下部外装部材１０８を外装部材として用いたが、本発明では特にこれに限定されず、例えば、予め凸状に成形したものを上部外装部材及び下部外装部材に用いても良い。さらに、本実施形態では、外装部材１０７、１０８と電極端子１０５、１０６との間に、シールフィルム１０９を介在させたが、本発明においては特にこれに限定されず、外装部材の内側樹脂層を電極端子に直接熱融着しても良い。また、本実施形態では、図１に示すように、二次電池１０の外装部材１０７、１０８の対向する短辺から正極端子１０５及び負極端子１０６がそれぞれ導出しているが、本発明では特にこれに限定されず、例えば、当該外装部材の同一の短辺から正極端子及び負極端子が同一方向に向かって導出するように構成しても良い。
【００４５】
以上の外装部材１０７、１０８によって、上述の電極積層体１０１と電極端子１０５、１０６の一部とを包み込み、当該外装部材１０７、１０８により形成される空間に、液体電解質を注入しながら、前記空間内を吸引して真空状態とした後に、外装部材１０７、１０８をその外周縁で熱融着して封止する。液体電解質の溶質としては、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）等のリチウム塩を挙げることが出来る。この液体電解質の有機液体溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）等のエステル系溶媒を挙げることが出来るが、本発明の有機液体溶媒は特にこれに限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒を用いることも出来る。
【００４６】
以下に、上述の二次電池を複数組み合わせることにより構成される組電池、及び、当該組電池を複数組み合わせることにより構成される複合組電池について説明する。
【００４７】
図６（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施形態に係る組電池を示す図であり、図６（Ａ）はその平面図、図６（Ｂ）はその正面図、図６（Ｃ）はその側面図、図７は本発明の実施形態に係る複合組電池の斜視図、図８（Ａ）は図７に示す複合組電池の平面図、図８（Ｂ）は図７に示す複合組電池の正面図、図８（Ｃ）は図７に示す複合組電池の側面図、図９は本発明の実施形態に係る複合組電池を車輌に搭載した模式図である。
【００４８】
図６（Ａ）〜（Ｃ）は、上述の二次電池１０を２４個接続して構成される組電池２０を示す。本実施形態に係る組電池２０は、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、２４個の二次電池１０と、組電池用電極端子２２、２３と、筐体２５と、から構成されており、２４個の二次電池１０が並列接続されている。
【００４９】
各二次電池１０同士の電極端子１０５、１０６は、図６（Ａ）に示すように、バスバー２１ａ、２１ｂにより並列接続されている。そして、各正極端子１０５を接続している正極側バスバー２１ａは組電池用正極端子２２に接続されており、各負極端子１０６を接続している負極側バスバー２１ｂは組電池用負極端子２３に接続されている。
【００５０】
このように電気的に接続された２４個の二次電池１０は、組電池用電極端子２２、２３を筐体２５の外部に導出しながら、充填剤２４が充填された筐体２５内部に収容されて封止されている。また、この筐体２５の下面四隅には緩衝材２６が取り付けられており、後述する複合組電池として組電池２０同士を積層した際に、振動の伝達を極力低減することが可能となっている。
【００５１】
図７及び図８（Ａ）〜（Ｃ）は、上述の組電池２０を６個接続して構成される複合組電池３０を示す。本実施形態に係る複合組電池３０は、６個の組電池２０と、外部電極端子３１、３２と、連結部材３４と、を備えている。
【００５２】
先ず、この複合組電池３０の６個の組電池２０は、図７及び図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、各組電池２０の組電池用電極端子２２、２３がそれぞれ同一方向に導出するように積層されている。即ち、ｍ段目に位置する組電池２０の組電池用電極端子２２、２３と、ｍ＋１段目に位置する組電池２０の組電池用電極端子２２、２３とがそれぞれ同一方向に導出するように、ｍ段目の組電池２０の上にｍ＋１段目の組電池２０が積層されている（但し、ｍは１〜５の自然数）。
【００５３】
この複合組電池３０の外部電極端子３１、３２は、同図に示すように、略矩形の平板形状を有しており、組電池用電極端子２２、２３を挿入或いは圧入可能な直径を有する複数の端子接続用の孔がそれぞれ６箇所加工されている。この孔は、積層された際の組電池２０同士の組電池用同極端子２２、２３の間のピッチに実質的に等しいピッチで加工されている。外部正極端子３１の各孔に、積層された組電池２０において同一方向に向いている全ての組電池用正極端子２２がそれぞれ挿入或いは圧入されていると共に、外部負極端子３２の各孔に、積層された組電池２０において同一方向に向いている全ての組電池用負極端子２３がそれぞれ挿入或いは圧入されており、この外部電極端子３１、３２により６個の組電池２０が並列接続されている。
【００５４】
このように電気的に接続された６個の組電池２０は、その両側面部に平板状の連結部材３４が取り付けられ、固定ネジ３５により固定されている。
【００５５】
以上のように、所定の数の二次電池を単位として組電池を構成し、また、当該組電池を単位として複合組電池を構成することにより、要求される容量や電圧等に適合した組電池や複合組電池を容易に得ることが可能となる。また、複雑な接続を伴うことなく複合組電池を構成出来るので、接続不良等による複合組電池の故障率を低減させることが可能となる。さらに、複合組電池を構成する一部の二次電池が故障或いは劣化して交換を必要とする場合、当該故障等した二次電池が組み込まれた組電池のみを交換することにより、複合組電池を容易に修復することが出来る。
【００５６】
図９は、例えば、電気自動車等の車輌１のフロア下に上述の複合組電池３０を搭載した例を示す模式図である。振動等が外部から比較的多く印加される電気自動車等の車輌に、上述のように故障率が低く、交換容易性に優れた組電池や複合組電池を用いることが特に有効である。
【００５７】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００５８】
例えば、上述の実施形態では、２４個の二次電池を並列接続して組電池を構成したが、本発明では特にこれに限定されず、必要とされる容量や電圧に応じて、任意の数の二次電池を並列接続しても良く、或いは、任意の数の二次電池を直列接続や並列−直列複合接続しても良い。また、上述の実施形態では、６個の組電池を並列接続して複合組電池を構成したが、本発明では特にこれに限定されず、必要とされる容量や電圧に応じて、任意の数の組電池を並列接続しても良く、或いは、任意の数の組電池を直列接続や並列−直列複合接続しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る二次電池の全体を示す平面図である。
【図２】図２は、図１のII-II線に沿った二次電池の断面図である。
【図３】図３は、図２のIII-III線に沿った正極側接続部の断面図である。
【図４】図４は、図３の正極側接続部におけるマス−バネ系モデルを示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る正極側接続部における振動伝達率スペクトルを示すグラフである。
【図６】図６（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施形態に係る組電池を示す図であり、図６（Ａ）はその平面図であり、図６（Ｂ）はその正面図であり、図６（Ｃ）はその側面図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る複合組電池の斜視図である。
【図８】図８（Ａ）は、図７に示す複合組電池の平面図であり、図８（Ｂ）は、図７に示す複合組電池の正面図であり、図８（Ｃ）は、図７に示す複合組電池の側面図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係る複合組電池を車輌に搭載した模式図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…車輌
１０…二次電池
１０１…電極積層体
１０２…正極板
１０２ａ…正極側集電体
１０２ｂ、１０２ｃ…正極層
１０３…セパレータ
１０４…負極板
１０４ａ…負極側集電体
１０４ｂ、１０４ｃ…負極層
１０５…正極端子
１０６…負極端子
１０７…上部外装部材
１０７ａ…内側樹脂層
１０７ｂ…金属層
１０７ｃ…外側樹脂層
１０８…下部外装部材
１０８ａ…内側樹脂層
１０８ｂ…金属層
１０８ｃ…外側樹脂層
１０９…シールフィルム
１１１…正極側接続部
１１２…負極側接続部
１２１〜１２４…第１〜第４の保護部材
２０…組電池
３０…複合組電池
【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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