(57)【要約】【課題】電極活物質の劣化分布の均一化を図ると共に、外装部材の強度を維持することが可能な薄型電池を提供する。【解決手段】薄型電池１０は、セパレータ１０２の間に交互に積層された正極板１０１及び負極板１０３を有する発電要素１０８が外装部材１０６、１０７に収容されて封止され、複数の集電部１０４ａ、１０５ａを介して発電要素１０８に接続された正極端子１０４及び負極端子１０５が外装部材１０６、１０７の外周縁から導出しており、上部外装部材１０６は、発電要素１０８を収容する部分に平坦面１１０、及び、当該平坦面１０８と上部外装部材１０６の外周縁との間に斜面１１２が予め成形された成形品である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータの間に交互に積層された正極板及び負極板を有する発電要素が外装部材に収容されて封止され、複数の集電部を介して前記発電要素に接続された正極端子及び負極端子が前記外装部材の外周縁から導出している薄型電池であって、
前記外装部材は、
前記発電要素を収容する部分に予め成形された平坦面と、
前記平坦面と前記外装部材の外周縁との間に予め成形された斜面と、を有する薄型電池。
【請求項２】
前記外装部材に成形された前記斜面は、前記正極端子及び負極端子が広がる平面に対して４５〜８０度の角度で傾斜している請求項１記載の薄型電池。
【請求項３】
前記外装部材は、前記発電要素の少なくとも一つの角に対応する位置に予め成形された、前記発電要素に対して実質的に垂直な部位が持つ少なくとも一つの角部をさらに有する請求項１又は２記載の薄型電池。
【請求項４】
前記外装部材の少なくとも一つの角部に成形された前記垂直部位の長さは、前記発電要素が有する一枚の正極板、一枚の負極板及び一枚のセパレータの厚さの合計より長い請求項３記載の薄型電池。
【請求項５】
前記外装部材の斜面は、前記複数の集電部のうちの前記外装部材の近傍に位置する前記集電部に対して実質的に平行に成形されている斜面を含む請求項１〜４の何れかに記載の薄型電池。
【請求項６】
前記外装部材に成形された前記斜面は、湾曲形状に成形されている請求項１〜４の何れかに記載の薄型電池。
【請求項７】
前記正極端子は、アルミニウム、鉄、銅及びニッケルから成る群より選ばれる１又はそれ以上の成分を含む請求項１〜６の何れかに記載の薄型電池。
【請求項８】
前記外装部材は、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、ポリエチレン、変性ポリエチレン及びアイオノマーから成る群より選ばれる１又はそれ以上の成分を含む請求項１〜７の何れかに記載の薄型電池。
【請求項９】
前記発電要素の正極板は、正極として機能する正極活物質を有し、
前記正極活物質は、リチウム複合酸化物である請求項１〜８の何れかに記載の薄型電池。
【請求項１０】
前記リチウム複合酸化物は、リチウム−マンガン系複合酸化物である請求項９記載の薄型電池。
【請求項１１】
前記発電要素の負極板は、負極として機能する負極活物質を有し、
前記負極活物質は、炭素系材料である請求項１〜１０の何れかに記載の薄型電池。
【請求項１２】
前記炭素系材料が、結晶性炭素材又は非結晶性炭素材である請求項１１記載の薄型電池。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れかに記載の薄型電池を２以上有する組電池であって、
一の前記薄型電池の正極端子と、他の前記薄型電池の同極端子とが実質的に同一方向となるように、前記一の薄型電池の上に前記他の薄型電池を積層し、
前記一の薄型電池と前記他の薄型電池の同極端子同士を電気的に接続した組電池。
【請求項１４】
請求項１〜１２の何れかに記載の薄型電池を２以上有する組電池であって、
一の前記薄型電池の正極端子と、他の前記薄型電池の同極端子とが実質的に同一方向となるように、前記一の薄型電池の側方に前記他の薄型電池を並置し、
接続手段を介して前記一の薄型電池と前記他の薄型電池の同極端子同士を電気的に接続した組電池。
【請求項１５】
請求項１３又は１４記載の組電池を複数有する複合組電池であって、
前記複数の組電池同士を、並列及び／又は直列に接続した複合組電池。
【請求項１６】
請求項１５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、セパレータの間に交互に積層された電極板を有する発電要素が外装部材により封止され、複数の集電部を介して前記発電要素に接続された電極端子が外装部材の外周縁から導出している薄型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂−金属薄膜ラミネート材を外装部材とする一般的な薄型電池では、シート状のラミネート材を、予め成形することなく、その外周縁を単に熱融着することにより外装部材が構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００２−２６６８４２号公報
【発明の開示】
【０００３】
しかしながら、このような薄型電池では、当該外装部材に封止された発電要素の外周縁における面圧が強く、その中央部に向かうに従い面圧が弱くなり、発電要素における面圧分布が全体として非均一となる傾向がある。
そして、この非均一な面圧分布により、発電要素の外周縁において電極板同士の間隔が狭くなっているのに対し、その中央部に向かうに従い電極板同士の間隔が広がる傾向があり、当該薄型電池全体において電極板同士の間隔にバラツキを有している。
【０００４】
このような全体として電極板同士の間隔にバラツキを有する薄型電池では、電荷移動に起因する電極活物質の劣化の分布にバラツキが生じる。電極を捲回しない積層型の電池では、この傾向が強く、特に、車輌用途の電極板の面積が大きな薄型電池では、この劣化分布のバラツキが発生する可能性は著しく高い。
【０００５】
これに対し、薄型電池の面圧を均一にするために、例えば、図１２（Ａ）に示すように、外装部材１０６’’’を、発電要素１０８を収容する部分に平坦面１１０、及び、当該平坦面１１０と融着部１０９との間に垂直面１１４を予め成形した単なる凸形状の成形品とすると、電池内部を真空状態とした際に、図１２（Ｂ）に示すように、当該外装部材の段差部１１１に皺が発生し、強度的に劣るものとなり、外装部材が破壊される可能性もある。
【０００６】
本発明は、電極活物質の劣化分布の均一化を図ると共に、外装部材の強度を維持することが可能な薄型電池を提供することを目的とする。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、セパレータの間に交互に積層された正極板及び負極板を有する発電要素が外装部材に収容されて封止され、複数の集電部を介して前記発電要素に接続された正極端子及び負極端子が前記外装部材の外周縁から導出している薄型電池であって、前記外装部材は、前記発電要素を収容する部分に予め成形された平坦面と、前記平坦面と前記外装部材の外周縁との間に予め成形された斜面と、を有する薄型電池が提供される。
【０００８】
本発明では、薄型電池の外装部材において発電要素を収容する部分に平坦面を予め成形すると共に、当該平坦面と外装部材の外周縁との間に斜面を予め成形し、この外装部材を平坦面と斜面とが予め成形された成形品とする。先ず、電池内部を真空状態とした際に、外装部材の斜面以外の広い平坦面で電極板を均一に加圧することにより、面圧分布に依存する電極活物質の劣化分布のバラツキをなくし、当該劣化分布の均一化を図ることが可能となる。そして、外装部材の当該平滑面とその外周縁との間に斜面を予め成形することにより、電池内部を真空状態とした際に、外装部材が集電部に追従して変形するので、外装部材における皺の発生が抑制され、外装部材の強度を維持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】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明の第１実施形態に係る薄型電池の斜視図、図２（Ａ）は図１に示す薄型電池の平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図、図３は真空状態とする前の薄型電池の図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図４は本発明の第１実施形態に係る薄型電池の面圧−真空度グラフである。
【００１１】
図１及び図２（Ａ）〜（Ｃ）は一つの薄型電池（単位電池）を示し、この薄型電池１０を複数積層することにより所望の電圧、容量の組電池が構成される。
【００１２】
先ず、図１及び図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る薄型電池１０の全体構成について説明すると、本例の薄型電池１０はリチウム系の薄型二次電池であり、５枚の正極板１０１と、１１枚のセパレータ１０２と、５枚の負極板１０３と、正極端子１０４と、負極端子１０５と、上部外装部材１０６と、下部外装部材１０７と、特に図示しない電解質とから構成されている。このうちの正極板１０１、セパレータ１０２、負極板１０２を特に発電要素１０８と称する。
【００１３】
なお、正極板１０１、セパレータ１０２及び負極板１０３の枚数は、本発明では上記の枚数に何ら限定されず、例えば、１枚の正極板１０１、３枚のセパレータ１０２、及び、１枚の負極板１０３でも発電要素１０８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。
【００１４】
発電要素１０８を構成する正極板１０１は、金属酸化物等の正極活物質に、カーボンブラック等の導電材と、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、重量比で例えば１００：３：１０の割合で混合したものを、正極側集電体としてのアルミニウム箔等の両面に塗着、乾燥させ、圧延した後に所定の大きさに切断したものである。なお、上記のポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンの混合比率は、その固形分である。
【００１５】
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）等のリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物を挙げることが出来る。これらの材質は、薄型電池内部の発熱を比較的放散し易く、外装部材１０６、１０７に対する応力の発生を比較的小さく抑え、上部外装部材１０６の段差部１１１への皺の発生を抑制することが出来る。
【００１６】
発電要素１０８を構成する負極板１０３は、例えば、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のように、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、例えば、固形分比１００：５で混合し、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、例えば、重量比１００：５で混合し、この混合物を、負極側集電体としてのニッケル箔あるいは銅箔等の金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延した後に所定の大きさに切断したものである。
【００１７】
特に、負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量に伴って出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車等の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。
【００１８】
また、発電要素１０８のセパレータ１０２は、上述した正極板１０１と負極板１０３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。セパレータ１０２は、例えば、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。
【００１９】
なお、本発明のセパレータ１０２は、ポリオレフィン等の単層膜にのみ限られず、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膜と有機不織布等を積層したものも用いることが出来る。セパレータ１０２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。また、セパレータ１０２の代わりにゲル電解質又は真性ポリマー電解質等を用いることも出来る。
【００２０】
以上の発電要素１０８は、上から正極板１０１と負極板１０３とが交互に、且つ、当該正極板１０１と負極板１０３との間にセパレータ１０２が位置するような順序で積層され、さらに、その最上部及び最下部にセパレータ１０２が一枚ずつ積層されている。そして、５枚の正極板１０１のそれぞれは、正極側集電部１０４ａを介して、金属箔製の正極端子１０４に接続される一方で、５枚の負極板１０３は、負極側集電部１０５ａを介して、同じく金属箔製の負極端子１０５に接続されている。
【００２１】
なお、正極端子１０４も負極端子１０５も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子１０４としては、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金、銅、又は、ニッケル等を挙げることが出来、負極端子１０５としては、例えば、ニッケル、銅、ステンレス、又は、鉄等を挙げることが出来る。これらの金属は、金属の抵抗値、線膨張係数、抵抗率において、薄型電池の構成要素として特に適当であり、使用温度を変えた場合にも、外装部材１０６、１０７に対する応力の発生を比較的小さく抑え、外装部材１０６、１０７の段差部１１１に皺が発生するのを抑制することが出来る。また、本例の正極側集電部１０４ａも負極側集電部１０５ａの何れも、正極板１０４及び負極板１０５の集電体を構成するアルミニウム箔やニッケル箔、銅箔、鉄箔を延長して構成されているが、別途の材料や部品により当該集電部１０４ａ、１０５ａを構成することも出来る。
【００２２】
発電要素１０８は、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７（外装部材）により封止されている。本実施形態における上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７の何れも、特に図示しないが、正極端子１０４の側から薄型電池１０の外側に向かって、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性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層と、例えば、アルミニウム等の金属箔から構成されている中間層と、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層と、の３層構造となっている。従って、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７の何れも、例えば、アルミニウム箔等の金属箔の一方の面（薄型電池１０の内側面）をポリエチレン、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、アイオノマー等の樹脂でラミネートし、他方の面（薄型電池１０の外側面）をポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート材等の可撓性を有する材料で形成されている。
【００２３】
このように、外装部材が樹脂層に加えて金属層を具備することにより、外装部材自体の強度を向上させることが可能となる。また、外装部材を、例えば、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、ポリエチレン、変性ポリエチレン、又は、アイオノマー等の樹脂で構成することにより、金属から成る端子との良好な融着性を確保することが可能となると共に、当該樹脂の延伸の容易性により段差部への皺の発生を抑制することが可能となる。
【００２４】
なお、図１及び図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、封止された外装部材１０６、１０７の一方の端部から正極端子１０４が導出し、当該他方の端部から負極端子１０５が導出するが、電極端子１０４、１０５の厚さ分だけ上部外装部材１０６と、下部外装部材１０７との融着部１０９に隙間が生じるので、薄型電池１０内部の封止性を維持するために、当該電極端子１０４、１０５と外装部材１０６、１０７とが接触する部分に、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等から構成されたシールフィルムを熱融着等の方法により介在させることも出来る。このシールフィルムは、正極端子１０４及び負極端子１０５の何れにおいても、外装部材１０６、１０７を構成する樹脂と同系統の樹脂で構成することが熱融着性の観点から望ましい。
【００２５】
また、本実施形態における上部外装部材１０６は、図３に示すように、例えば、プレス成形加工等の手法により、内部に発電要素１０８を収容する部分に実質的に平坦な平坦面１１０が予め形成されていると共に、当該平坦面１１０と外周縁に沿った融着部１０９との間に直線形状の斜面１１２が予め成形されている成形品である。
【００２６】
この上部外装部材１０６に予め成形された斜面１１２は、同図に示すように、例えば、正極端子１０４及び負極端子１０５が広がっている平面に対して４５〜８０°の角度θで傾斜するように成形されている。なお、同図において角度θは錯角で示されている。
【００２７】
特に、本実施形態では、同図に示すように、正極端子１０４が導出する側に成形されている斜面１１２は、正極側集電部１０４ａの中で上部外装部材１０６の最も近傍に位置する正極側集電部１０４ａに対して実質的に平行となるように成形されている。同様に、負極端子１０５が導出する側に成形されている斜面１１２は、負極側集電部１０５ａの中で上部外装部材１０６の最も近傍に位置する負極側集電部１０５ａに対して実質的に平行となるように成形されている。
【００２８】
なお、本発明における斜面の角度θは、４５〜８０°の角度であれば任意の角度で設定出来るが、この角度を大きくする程、後述する実施例で示されるように面圧分布が均一になり、しかも薄型電池の体積を小さくすることが出来る。
【００２９】
これらの外装部材１０６、１０７によって、上述した発電要素１０８、正極側集電部１０４ａ、正極端子１０４の一部、負極側集電部１０５ａ及び負極端子１０５の一部を包み込み、当該外装部材１０６、１０７により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入すると共に、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７の内部を吸引して真空状態とした後に、外装部材１０６、１０７の外周縁の融着部１０９を熱プレスにより熱融着して封止する。
【００３０】
有機液体溶媒として、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（ＤＭＣ）などのエステル系溶媒を挙げることができるが、本発明の有機液体溶媒はこれにのみ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も用いることができる。
【００３１】
このように構成される本実施形態に係る薄型電池１０では、電池内部を真空状態とした際に、先ず、上部外装部材１０６に予め成形された広い平坦面１１０で電極板１０１、１０３を均一に加圧することにより、面圧分布に依存する正極及び負極活物質の劣化分布のバラツキをなくし、当該劣化分布の均一化を図ることが可能となる。そして、上部外装部材１０６に予め成形された斜面１１２が、図２（Ｂ）に示すように、電池内部を真空状態とした際に、上部外装部材１０６が集電部１０４ａ、１０５ａに追従して変形することにより、上部外装部材１０６の滑らかな段差部１１１が形成され、当該段差部１１１への皺の発生が抑制されるので、外装部材１０６、１０７の強度を維持することが可能となる。
【００３２】
また、本実施形態に係る薄型電池１０は、上部外装部材１０６の平坦面１１０による面圧分布の均一化に伴って、図４に示すように、発電要素１０８全体に印可される面圧が向上する。この面圧の向上によって電極板１０１、１０３同士の間隔が全体的に狭くなりインピーダンスが下がるので、当該薄型電池１０が備える容量を十分に発揮させることが可能となる。なお、図４における従来構造とは、図１２（Ａ）に示す上述の上部外装部材を凸形状の成形品とした薄型電池である。
【００３３】
以上のように封止された薄型電池１０は、総厚１〜１０［ｍｍ］を有することが好ましい。薄型電池の厚さを１０［ｍｍ］以下とすることにより、当該薄型電池内部に熱がこもりにくくなり、外装部材に対する応力の発生を比較的小さく抑え、段差部に皺が発生するのを抑制することが出来ると共に、電池の熱劣化の影響も減少する。また、薄型電池の厚さを１［ｍｍ］以上とすることにより、十分な容量を確保することが出来、経済的な効率を高くすることが可能となる。
【００３４】
図５は本発明の第２実施形態に係る薄型電池の真空状態とする前の図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００３５】
本発明の第２実施形態に係る薄型電池１０’として、図５に示すように、薄型電池１０’の上部外装部材１０６’に角部１１３をさらに成形しても良い。
【００３６】
第２実施形態に係る薄型電池１０’の上部外装部材１０６’は、図５に示すように、第１実施形態と同様に、平坦面１１０と斜面１１２が予め成形されている。さらに、本実施形態に係る薄型電池１０’の上部外装部材１０６’には、正極板１０１、セパレータ１０２及び負極板１０３から構成される発電要素１０８の上部の四隅の角に対応する位置に角部１１３がそれぞれ予め成形されている。
【００３７】
この各角部１１３は、図５に示すように、上部外装部材１０６’の平坦面１１０と斜面１１２との間にそれぞれ成形されており、発電要素１０８が広がっている平面に対して実質的に垂直な距離Ｌの垂直部位をそれぞれ有している。本実施形態におけるこの各角部１１３の垂直部位の距離Ｌは、図５に示すように、発電要素１０８において上側に積層された１枚の正極端子１０１、３枚のセパレータ１０２、及び、１枚の負極板１０３の厚さの合計と実質的に同一の長さとなっている。なお、本発明における各角部の垂直部位の距離Ｌは、発電要素が有する１枚の正極板、１枚のセパレータ、及び、１枚の負極板の厚さの合計である発電要素の基本単位よりも長ければ、上記の距離に特に限定されず、この垂直部位が長い程その効果が大きくなるが、集電部に各角部の垂直部位が接触しない程度の長さであることが好ましい。
【００３８】
そして、この薄型電池１０’の内部を真空状態とすると、第１実施形態と同様に、上部外装部材１０６’に予め成形された広い平坦面１１０で電極板１０１、１０３が均一に加圧されると共に、上部外装部材１０６’に予め成形された斜面１１２により、上部外装部材１０６’の滑らかな段差部１１１が形成され、電極板１０１、１０３の劣化分布の均一化が図られると共に、外装部材１０６’、１０７の強度を維持することが可能となる。
【００３９】
さらに、本実施形態に係る薄型電池１０’は、上部外装部材１０６’に予め成形された各角部１１３の垂直部位により、上部外装部材１０６’から発電要素１０８の外周縁に印可される圧力が緩和され、発電要素１０８に印可される面圧の均一化がより図られる。
【００４０】
図６は本発明の第３実施形態に係る薄型電池の真空状態とする前の図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００４１】
本発明の第３実施形態に係る薄型電池１０’’として、図６に示すように、薄型電池１０’’の上部外装部材１０６’’に角部１１３を成形すると共に、斜面１１２’を湾曲形状に成形しても良い。
【００４２】
第３実施形態に係る薄型電池１０’’の上部外装部材１０６’’は、図６に示すように、第２実施形態に係る薄型電池１０’と同様に、平坦面１１０と、斜面１１２’と、当該平坦面１１０と斜面１１２’との間の各角部１１３とが予め成形されている。さらに、本実施形態に係る薄型電池１０’’では、上部外装部材１０６’’の斜面１１２’が湾曲形状に成形されている。
【００４３】
この斜面１１２’の湾曲形状は、図６に示すように、薄型電池１０’’の厚さと実質的に等しい半径Ｒで、当該薄型電池１０’’の内部に括れるように成形されている。そして、上述の第２実施形態の作用効果に加え、薄型の内部を真空状態とした際に、上部外装部材１０６’’の斜面１１２’の湾曲形状により、上部外装部材１０６’’の余分な樹脂−金属薄膜ラミネート部材が削減されるので、当該段差部１１１における皺の発生がより抑制される。なお、外装部材の斜面の湾曲形状の半径Ｒは、本発明では上記の半径に限定されないが、当該半径が小さい程、皺の抑制効果が大きく、薄型電池の厚さと実質的に同一であることが好ましい。
【００４４】
以下に、上述の第１実施形態に係る薄型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。
【００４５】
図７は本発明の第１実施形態に係る複数の薄型電池の接続構造を示す図であり、図７（Ａ）は並列接続を示し、図７（Ｂ）は比較のための直列接続を示す図、図８（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の第１実施形態に係る複数の薄型電池の他の接続構造を示す図であり、図８（Ａ）は並列接続を示し、図８（Ｂ）は比較のための直列接続を示す図、図９（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第１実施形態に係る複数の薄型電池により構成される組電池を示す図であり、図９（Ａ）はその平面図、図９（Ｂ）はその正面図、図９（Ｃ）はその側面図、図１０（Ａ）〜（Ｃ）は図９の組電池により構成される複合組電池を示す図であり、図１０（Ａ）はその平面図、図１０（Ｂ）はその正面図、図１０（Ｃ）はその側面図、図１１は本発明の第１実施形態に係る複合組電池を搭載した車輌の模式図である。
【００４６】
先ず、２つの薄型電池１０を電気的に接続した際に、外部からの振動等により印可される外力に対して強い構造を付与する２通りの接続構造について説明する。
【００４７】
外力に対して強い構造を付与する一つ目の接続構造は、図７（Ａ）に示すように、第１の薄型電池１０ａの正極端子１０４と、第２の薄型電池１０ｂの正極端子１０４とが同一方向に導出するような方向で、第１の薄型電池１０ａと第２の薄型電池１０ｂとを実質的に同一平面上に並置させる。そして、第１の薄型電池１０ａの正極端子１０４と、第２の薄型電池１０ｂの正極端子１０４とを、第１のバスバー２１ａにより電気的に接続する。また、第１の薄型電池１０ａの負極端子１０５と第２の薄型電池１０ｂの負極端子１０５とを、第２のバスバー２１ｂにより電気的に接続する。このように、２つの薄型電池の同極端子同士をバスバーにより接続してリンク構造とすることにより、外部からの振動等による外力が各薄型電池に同位相で印可されるため、各薄型電池に生じる捻れに対して強い構造となっている。
【００４８】
これに対し、図７（Ｂ）に示すように、第１の薄型電池１０ａの正極端子１０４と第２の薄型電池１０ｂの負極端子１０５とが同一方向に導出するような方向で、第１の薄型電池１０ａと第２の薄型電池１０ｂとを実質的に同一平面上に並置し、当該第１の薄型電池１０ａの正極端子１０４と第２の薄型電池１０ｂの負極端子１０５とを電気的に接続せずに、第１の薄型電池１０ａの負極端子１０５と第２の薄型電池１０ｂの正極端子１０４とを第２のバスバー２１ｂにより電気的に接続して、第１及び第２の薄型電池１０ａ、１０ｂを直列接続とした場合には、非リンク構造であるため、外部からの振動等による外力が各薄型電池に独立して印可され、上記の並列接続の場合と比較して捻れに弱い構造となっている。
【００４９】
二つ目の接続構造は、図８（Ａ）に示すように、第１の薄型電池１０ａの正極端子１０４と、第２の薄型電池１０ｂの正極端子１０４とが同一方向に導出するような方向で、第１の薄型電池１０ａの上に第２の薄型電池１０ｂを積層する。そして、第１の薄型電池１０ａの正極端子１０４と第２の薄型電池１０ｂの正極端子１０４とを溶着して電気的に接続し、同様に、第１の薄型電池１０ａの負極端子１０５と第２の薄型電池１０ｂの負極端子１０５とを溶着して電気的に接続する。このように、２つの薄型電池の同極端子同士を接続してリンク構造とすることにより、外部からの振動等による外力が各薄型電池に同位相で印可されるため、各薄型電池に生じる捻れに対して強い構造となっている。
【００５０】
これに対し、図８（Ｂ）に示すように、第１の薄型電池１０ａの正極端子１０４と第２の薄型電池１０ｂの負極端子１０５とが同一方向に導出するような方向で、第１の薄型電池１０ａの上に第２の薄型電池１０ｂを積層し、当該第１の薄型電池１０ａの正極端子１０４と第２の薄型電池１０ｂの負極端子１０５とを電気的に接続せずに、第１の薄型電池１０ａの負極端子１０５と第２の薄型電池１０ｂの正極端子１０４とを溶着して電気的に接続した場合には、非リンク構造であるため、外部からの振動等による外力が各薄型電池に独立して印可され、上記の並列接続の場合と比較して捻れに弱い構造となっている。
【００５１】
図９（Ａ）〜（Ｃ）は、例えば、上述の２通りの接続構造を用いて並列接続された２４個の薄型電池１０から構成される組電池２０を示す。この組電池２０は、２４個の薄型電池１０と、組電池用端子２２、２３と、組電池用カバー２５とから構成されている。特に図示しないが、各薄型電池１０の各同極端子間は、上述の接続構造に従ってバスバー２１ａ、２１ｂにより並列接続されており、さらに、各正極端子１０４を接続する第１のバスバー２１ａは、組電池用カバー２５から導出する略円柱形状の組電池用端子２２に接続されている。同様に、各負極端子１０５を接続する第２のバスバー２１ｂは、組電池用カバー２５から導出する略円柱形状の組電池用負極端子２３に接続されている。このように接続された２４個の薄型電池１０が組電池用カバー２５の内部に挿入されており、組電池２０のカバー２５と当該組電池２０の他の構成要素との間に形成されている空間に充填剤２４が充填され封止されている。さらに、後述する複合組電池として組電池２０が積層された際に、当該組電池２０同士の振動の伝達を極力低減させるために、組電池用カバー２５の下面四隅に外部弾性体２６が取り付けられている。
【００５２】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示す組電池２０を電気的に接続した６個の組電池２０から構成される複合組電池３０を示す、図１０に示すように、この複合組電池３０は、組電池２０の端子２２、２３がそれぞれ同一方向に向くように積層されている。即ち、ｍ段目に位置する組電池２０の端子２２、２３と、ｍ＋１段目に位置する組電池の端子２２、２３とが同一方向に向くように、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（ｍ：自然数）。そして、同一方向を向いた全ての組電池２０の組電池用正極端子２２が、当該複合組電池３０と外部とを接続する外部接続用正極端子３１により電気的に接続されている。同様に、同一方向を向いた全ての組電池２０の組電池用負極端子２３をが外部接続用負極端子３２により電気的に接続されている。同図に示すように、外部接続用正極端子３１は、略矩形の平板形状を有しており、組電池用正極端子２２を挿入あるいは圧入可能な直径を有する複数の端子接続用孔が加工されている。当該端子接続用孔は、積層された組電池２０の組電池用正極端子２２間のピッチに実質的に等しいピッチで加工されており、外部接続用負極端子３２にも同様の端子接続用孔が加工されている。そして、上述のように積層された６個の組電池２０は、その両側面部に平板状の連結部材３４で連結され、さらに固定ネジ３５により締結、固定されている。
【００５３】
以上のように、所定の数の薄型電池を単位として組電池を構成し、さらに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、電圧等に適当な複合組電池を容易に得ることが可能となる。
【００５４】
また、複雑な接続を伴うことなく複合組電池を構成することが出来るので、接続不良等による複合組電池の故障率を低減することが可能となる。
【００５５】
さらに、複合組電池を構成する一部の薄型電池が故障或いは劣化し、当該薄型電池の交換を必要とする場合、当該薄型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可能となる。
【００５６】
図１１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。電極板の面積が大きい車輌用途の薄型電池では、正極及び負極活物質の劣化分布のバラツキが発生する可能性が高いため、当該劣化分布の均一化が図られた本実施形態に係る薄型電池１０を用いた複合組電池３０を車輌１に用いることは特に有効である。
【００５７】
以上のように、本発明の第１〜第３実施形態に係る薄型電池では、先ず、薄型電池の外装部材の発電要素を収容する部分に平坦面を予め成形して、電池内部を真空状態とした際に、この広い平坦面で電極板を均一に加圧することにより、面圧分布に依存する電極活物質の劣化分布のバラツキがなくなり、当該劣化分布の均一化を図ることが可能となる。そして、外装部材の平坦面と外周縁との間に斜面を予め成形することにより、電池内部を真空状態とした際に、外装部材が集電部に追従して変形して滑らかな段差部が形成され、当該段差部における皺の発生が抑制されるので、外装部材の強度を維持することが可能となる。また、本実施形態に係る薄型電池では、上部外装部材の平坦面により面圧分布の均一化に伴って、発電要素全体に印可される面圧が向上するので、電極板同士の間隔が全体的に狭くなりインピーダンスが下がり、当該薄型電池が備える容量を十分に発揮させることが可能となる。
【００５８】
また、本発明の第２及び第３実施形態に係る薄型電池では、発電要素に対して実質的に垂直な部位を持つ少なくとも一つの角部を、外装部材において発電要素の少なくとも一つの角に対応する位置に予め成形することにより、電池内部を真空状態とした際に、外装部材から発電要素の外周縁に印可される圧力が緩和され、電極板同士の間隔のバラツキが抑制され、発電要素に印可される面圧の均一化を図ることが可能となる。また、外装部材に予め成形された角部が持つ垂直部位の距離を、少なくともそれぞれ１枚の正極板、セパレータ及び負極板の厚さの合計よりも厚くすることにより、外装部材から発電要素に印可される面圧の均一化をより図ることが可能となる。
【００５９】
さらに、本発明の第３実施形態に係る薄型電池では、電池内部を真空状態とした際に、外装部材が有する斜面の湾曲形状により、樹脂−金属薄膜ラミネート材の余分な部分が削減されるので、外装部材に皺が発生するのをより抑制することが可能となる。
【００６０】
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。
【００６１】
例えば、組電池を構成する薄型電池の数、複合組電池を構成する組電池の数、組電池を構成する薄型電池の接続方式、及び、複合組電池を構成する組電池の接続方式は、上述の数及び接続方式に限定されるものではなく、要求される電気容量、電圧等から適宜その数及び接続方式（直列接続、並列接続、直列並列複合接続）を設定することが出来る。
【００６２】
また、以上の実施形態では、第１実施形態に係る薄型電池により組電池、複合組電池及び車輌を構成するように説明したが、第２及び第３実施形態に係る薄型電池により組電池、複合組電池及び車輌を構成しても良い。
【実施例】
【００６３】
以下、本発明をさらに具体化した実施例及び比較例により本発明の効果を確認した。以下の実施例は、上述した実施形態で用いた薄型電池の効果を確認するためのものである。
【００６４】
実施例１
実施例１の薄型電池は、正極端子に厚さ１００μｍのアルミニウム箔、負極端子に厚さ１００μｍの銅箔、正極活物質にリチウム−マンガン系複合酸化物、負極活物質に結晶性炭素材を用い、上部外装部材として、樹脂−金属薄膜ラミネート材に第１実施形態の図３（Ａ）のような平坦面と直線形状の斜面のみを成形して作製した。この上部外装部材の斜面は、電極端子に対して成す角度θが６０°となるように成形した。実施例１において作製した薄型電池の作製条件を表１に示す。
【表１】
2005116482.tif 000003
この薄型電池について、上部外装部材の段差部における皺の発生量、発電要素における面圧分布及び面圧の向上率の測定を行った。上部外装部材の皺の発生量の測定は、電池内部を真空状態とした後の外装部の段差部を目視することにより行った。また、発電要素における面圧分布の測定は、マイクロメータを用いて真空状態とした薄型電池の表面９カ所（（上部、中部、下部）×（右、中央、左））の位置における厚さを詳細に測定し、同じ材料構成の電池に荷重を懸けた場合の厚さ変化を測定することにより作成された面荷重−厚さのマスターカーブにより、上記の各部位の厚さを面圧に変換することにより測定した。さらに、発電要素における面圧の向上率は、上記９カ所の面圧の平均値をその薄型電池の面圧代表値とし、比較例１の面圧代表値と比較することにより圧力上昇率を算出することにより測定した。
【００６５】
この結果、表２に示すように実施例１における皺の発生量の測定では、比較例１の薄型電池と比較して、上部外装部材の段差部において皺が大幅に減少した。また、実施例１における面圧分布は、殆どバラツキなく均一化されており、面圧が全体として約１３％向上していた。
【表２】
2005116482.tif 000004
実施例２
実施例２の薄型電池は、表１に示すように、実施例１と同様の正極活物質、負極活物質、正極端子及び負極端子を用い、上部外装部材として、樹脂−金属薄膜ラミネート材に第１実施形態の図３のような平坦面と直線形状の斜面のみを成形して作製した。この上部外装部材の斜面は、電極端子に対して成す角度θが８０°となるように成形した。実施例２において作製した薄型電池の作製条件を表１に示す。
【００６６】
この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、上部外装部材の段差部の皺の発生量、発電要素における面圧分布及び面圧の向上率の測定を行った。その結果、表２に示すように、実施例２における皺の発生量の測定では、比較例１の薄型電池と比較して、上部外装部材の段差部において皺が大幅に減少した。また、実施例２における面圧分布は、殆どバラツキなく均一化されており、面圧が全体として約１５％向上していた。
【００６７】
実施例３
実施例３の薄型電池は、表１に示すように、実施例１と同様の正極活物質、負極活物質、正極端子及び負極端子を用い、上部外装部材として、樹脂−金属薄膜ラミネート材に第１実施形態の図３のような平坦面と直線形状の斜面のみを成形して作製した。この上部外装部材の斜面は、電極端子に対して成す角度θが４５°となるように成形した。実施例３において作製した薄型電池の作製条件を表１に示す。
【００６８】
この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、上部外装部材の段差部の皺の発生量、発電要素における面圧分布及び面圧の向上率の測定を行った。その結果、表２に示すように、実施例３における皺の発生量の測定では、比較例１の薄型電池と比較して、上部外装部材の段差部において皺が大幅に減少した。また、実施例３における面圧分布は、殆どバラツキなく均一化されており、面圧が全体として約１０％向上していた。
【００６９】
実施例４
実施例４の薄型電池は、表１に示すように、実施例１と同様の正極活物質、負極活物質、正極端子及び負極端子を用い、上部外装部材として、樹脂−金属薄膜ラミネート材に第２実施形態の図５のような平坦面と直線形状の斜面と当該平坦面の四隅に角部を成形して作製した。この上部外装部材の斜面は、電極端子に対して成す角度θが８０°となるように成形した。また、各角部の垂直部位の長さＬは、１枚の正極板、１枚のセパレータ、及び、１枚の負極板の厚さの合計に相当する約０．３ｍｍとした。実施例４において作製した薄型電池の作製条件を表１に示す。
【００７０】
この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、上部外装部材の段差部の皺の発生量、発電要素における面圧分布及び面圧の向上率の測定を行った。その結果、表２に示すように、実施例４における皺の発生量の測定では、比較例１の薄型電池と比較して、上部外装部材の段差部において皺が大幅に減少した。また、実施例４における面圧分布は、殆どバラツキなく均一化されており、面圧が全体として約２０％向上していた。
【００７１】
実施例５
実施例５の薄型電池は、表１に示すように、実施例１と同様の正極活物質、負極活物質、正極端子及び負極端子を用い、上部外装部材として、樹脂−金属薄膜ラミネート材に第２実施形態の図５のような平坦面と直線形状の斜面と当該平坦面の四隅に角部を成形して作製した。この上部外装部材の斜面は、電極端子に対して成す角度θが８０°と成るように成形した。また、各角部の垂直部位の長さＬは、３枚の正極端子、３枚のセパレータ、及び３枚の負極端子の厚さの合計に相当する約０．９ｍｍとした。実施例５において作製した薄型電池の作製条件を表１に示す。
【００７２】
この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、上部外装部材の段差部の皺の発生量、発電要素における面圧分布及び面圧の向上率の測定を行った。その結果、表２に示すように、実施例５における皺の発生量の測定では、比較例１の薄型電池と比較して、上部外装部材の段差部において皺が大幅に減少した。また、実施例５における面圧分布は、殆どバラツキなく均一化されており、面圧が全体として約２３％向上していた。
【００７３】
実施例６
実施例６の薄型電池は、表１に示すように、実施例１と同様の正極活物質、負極活物質、正極端子及び負極端子を用い、上部外装部材として、樹脂−金属薄膜ラミネート材に第３実施形態の図６のような平坦面と湾曲形状の斜面と当該平坦面の四隅に角部を成形して作製した。この上部外装部材の斜面の湾曲形状は、発電要素の総厚４ｍｍに相当する円弧とした。また、各角部の垂直部位の長さＬは、３枚の正極端子、３枚のセパレータ、３枚の負極板の厚さの合計に相当する約０．９ｍｍとした。実施例６において作製した薄型電池の作製条件を表１に示す。
【００７４】
この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、上部外装部材の段差部の皺の発生量、発電要素における面圧分布及び面圧の向上率の測定を行った。その結果、表２に示すように、実施例６における皺の発生量の測定では、比較例１の薄型電池と比較して、上部外装部材の段差部において皺が極めて減少した。また、実施例６における面圧分布は、殆どバラツキなく均一化されており、面圧が全体として約３０％向上していた。
【００７５】
比較例１
比較例１の薄型電池は、表１に示すように、実施例１と同様の正極活物質、負極活物質、正極端子及び負極端子を用い、上部外装部材として、図１２（Ａ）のような樹脂−金属薄膜ラミネート材に平坦面と当該平坦面に垂直な段差部とにより単なる凸形状に成形して作製した。比較例１において作製した薄型電池の作製条件を表１に示す。
【００７６】
この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、上部外装部材の段差部の皺の発生量、発電要素における面圧分布の測定を行った。その結果、表２に示すように、上部外装部材の段差部に多数の皺が発生しており、発電要素の面圧分布にはバラツキがあった。
【００７７】
比較例２
比較例２の薄型電池は、表１に示すように、実施例１と同様の正極活物質、負極活物質、正極端子及び負極端子を用い、上部外装部材として、平坦面、斜面及び角部の何れもが未成形のシート状の樹脂−金属薄膜ラミネート材を用いて作製した。比較例１において作製した薄型電池の作製条件を表１に示す。
【００７８】
この薄型電池について、第１実施例と同様の条件で、上部外装部材の段差部の皺の発生量、発電要素における面圧分布の測定を行った。その結果、表２に示すように、上部外装部材の段差部に多数の皺が発生しており、発電要素の面圧においては、当該電池の中央部で小さく、その外周縁で大きく、面圧分布のバラツキが大きかった。
【００７９】
考察
実施例１〜６と比較例１、２とを比較して、上部外装部材の段差部に斜面を予め成形することにより、当該段差部における皺の発生を著しく抑制し、発電要素における面圧分布の均一化を図り、さらに、発電要素における面圧が向上することが確認された。
【００８０】
また、実施例１〜４と実施例５、６とを比較して、上部外装部材に適切な距離Ｌの垂直部位を持つ角部を予め成形することにより、段差部において皺の発生が極めて減少することも確認された。
【００８１】
さらに、発電要素における面圧を向上させる要因として、実施例１〜３の比較により角度θを大きくすること、実施例２と実施例４との比較により上部外装部材に角部を成形すること、実施例４と実施例５との比較により当該角部の垂直部位を長くすること、実施例５と実施例６との比較により上部外装部材に成形された斜面を湾曲形状とすることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る薄型電池の斜視図である。
【図２】図２（Ａ）は、図１に示す薄型電池の平面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図３】図３は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った真空状態とする前の薄型電池の断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態における薄型電池の面圧−真空度グラフである。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態に係る薄型電池の真空状態とする前の図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３実施形態に係る薄型電池の真空状態とする前の図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図７】図７（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る複数の薄型電池の接続構造を示す図であり、図７（Ａ）は並列接続を示し、図７（Ｂ）は比較のための直列接続を示す図である。
【図８】図８（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る複数の薄型電池の他の接続構造を示す図であり、図８（Ａ）は並列接続を示し、図８（Ｂ）は比較のための直列接続を示す図である。
【図９】図９（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１実施形態に係る複数の薄型電池により構成される組電池を示す図であり、図９（Ａ）はその平面図、図９（Ｂ）はその正面図、図９（Ｃ）はその側面図である。
【図１０】図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１実施形態に係る複数の組電池により構成される組電池を示す図であり、図１０（Ａ）はその平面図、図１０（Ｂ）はその正面図、図１０（Ｃ）はその側面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第１実施形態に係る複合組電池を搭載した車輌の模式図である。
【図１２】図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、上部外装部材が凹状に成形された従来の薄型電池の断面図であり、図１２（Ａ）は真空状態とする前の断面図、図１２（Ｂ）は真空状態とした後の断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１…車輌
１０…薄型電池
１０ａ…第１の薄型電池
１０ｂ…第２の薄型電池
１０１…正極板
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１０４…正極端子
１０５…負極端子
１０６…上部外装部材
１０７…下部外装部材
１０８…発電要素
１０９…融着部
１１０…平坦面
１１１…段差部
１１２…斜面
１１３…角部
２０…組電池
２１ａ…第１のバスバー
２１ｂ…第２のバスバー
２２…組電池用正極端子
２３…組電池用負極端子
２４…充填剤
２５…組電池用カバー
２６…外部弾性体
３０…複合組電池
３１…外部接続用正極端子
３２…外部接続用負極端子
３４…連結部材
３５…固定ネジ
【図１】
2005116482.tif 000005
【図２】
2005116482.tif 000006
【図３】
2005116482.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
2005116482.tif 000010
【図７】
2005116482.tif 000011
【図８】
2005116482.tif 000012
【図９】
2005116482.tif 000013
【図１０】
2005116482.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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