JP2004158344A

JP2004158344A - ラミネート二次電池、複数のラミネート二次電池からなる組電池モジュール、複数の組電池モジュールからなる組電池ならびにこれらいずれかの電池を搭載した電気自動車

Info

Publication number: JP2004158344A
Application number: JP2002324029A
Authority: JP
Inventors: Takanori Ito; 孝憲伊藤; Hideaki Horie; 英明堀江; Takaaki Abe; 孝昭安部; Osamu Shimamura; 修嶋村; Takami Saito; 崇実齋藤; Yukinori Takahashi; 幸徳高橋; Masaaki Suzuki; 正明鈴木; Kenji Hamada; 謙二濱田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2022-11-07
Also published as: JP4135474B2

Abstract

【課題】積層されている電極が位置ずれを起こさないようにする。
【解決手段】セパレータ（２６）を介し正極集電体と負極集電体（２４）とを交互に積層して電池要素（２０）を形成し、電池要素をラミネートフィルム（１２）で包装してなるラミネート二次電池（１０）であって、電池要素を構成する負極集電体同士を電極要素の四隅の固着部（３０Ａ〜３０Ｄ）でその積層方向に固定した。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層されている電極が位置ずれを起こさないようにしたラミネート二次電池、複数のそのラミネート二次電池からなる組電池モジュール、複数のその組電池モジュールからなる組電池ならびにこれらいずれかの電池を搭載した電気自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境問題の意識の高まりから、自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリット電気自動車（ＨＥＶ）、燃料電池自動車（ＦＣＶ）の開発を急いでいる。ＥＶまたはＨＥＶの動力用電池には、現在一般的に用いられている１２Ｖまたは２４Ｖのバッテリよりも高い電圧の二次電池が用いられる。高い電圧を得るためには、多数の電極を積層させる必要がある。下記の特許文献１に記載されている電池は、電極が巻回された非水電解質二次電池であるが、この電池では複数の層を構成する電極を巻き止めテープで十字状に固定している。また、下記の特許文献２に記載されている電池は、平板状の電極を多数積層した積層型ポリマー電解質電池であるが、この電池では、複数の積層された電極を外装体やシール部分で拘束している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１８５２２４号公報（第１図）
【特許文献２】
特開２０００−２３５８５０号公報（第３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に示されているような巻型の電池の場合であれば、上記のように十字状に電極を固定することができるが、特許文献２に記載されているような平板状の電池の場合には、積層されている電極を積極的に固定することは特に行っていない。平板状の電池の場合、電極は外装体による圧縮力によって暫定的に、またシール部分によって局部的に固定されているだけである。
【０００５】
電池に要求される電圧があまり高くなければ、積層される電極の数が少ないため外装体からの圧縮力やシール部分における局部的な固定でもある程度は電極の位置ずれを防止することはできる。しかし、要求される電圧が高くなり、積層される電極の数が多くなると、積層されている電極を積極的に固定しなければ、電極の位置ずれを防止することができなくなる。電極の位置ずれは、電池容量の減少や電池特性の悪化など、製造当初では予想できない種々の不具合を誘発する可能性がある。
【０００６】
ＥＶまたはＨＥＶの動力用電池は、常に振動が生じている車体に搭載されることになるから、この電池において長期間に渡って電極の位置ずれをいかに防止するかが特に重要な課題となる。
【０００７】
本発明は、以上のような従来の課題を解決するためになされたものであり、積層されている電極が位置ずれを起こさないような構造を有するラミネート二次電池、複数のそのラミネート二次電池からなる組電池モジュール、複数のその組電池モジュールからなる組電池ならびにこれらいずれかの電池を搭載した電気自動車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、発明にかかるラミネート二次電池は、正極または負極となる集電体とセパレータとを交互に積層して電池要素を形成し、当該電池要素を、高分子と金属とを複合したラミネートフィルムで包装してなるラミネート二次電池であって、電池要素を構成する、正極同士または負極同士またはセパレータ同士の少なくともいずれか一方をその積層方向で固定したことを特徴とする。正極同士または負極同士を固定すれば、長期間にわたって振動や熱応力が加わっても、積層されている電極の位置ずれを防止することができる。
【０００９】
正極同士または負極同士の固定は、溶着、溶接または接着によって行うことが望ましい。また、その固定は、リベット止めによって行うこともできる。電池要素が前記積層方向から見て４角形であれば、その固定は、電池要素の４隅で行うことが望ましい。正極または負極同士を固定するための溶着は熱溶着を用いることが望ましい。また、正極または負極同士を固定するための溶接は超音波溶接を用いることが望ましい。
【００１０】
さらにセパレータ同士をその積層方向で固定すれば、より確実に電極の位置ずれを防止することができる。セパレータ同士の固定は、セパレータの対向する２辺の内側にそれぞれの辺に沿って線状に溶着、溶接または接着することによって行うことが望ましい。セパレータ同士を固定するための溶着は熱溶着を用いることが望ましい。
【００１１】
本発明にかかるラミネート二次電池を複数並列接続、直列接続または直並列接続して組電池モジュールを構成すれば、長期間にわたって振動や熱応力が加わっても、安定した電池性能が維持できる組電池モジュールが提供できる。
【００１２】
さらに、本発明にかかる組電池モジュールを複数並列接続、直列接続または直並列接続して組電池とすれば、長期間にわたって振動や熱応力が加わっても、安定した電池性能が維持できる組電池が提供できる。
【００１３】
そして、本発明にかかるラミネート二次電池、組電池モジュール、組電池のいずれかの電池を電気自動車に搭載すれば、長期間にわたって振動や熱応力が加わっても、安定した動力源を備えた電気自動車とすることができる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明のラミネート二次電池によれば、少なくとも正極または負極をその積層方向で固定したので、電極の位置ずれを防止することができ、長期間に渡ってさまざまな振動が加わったり、熱応力が加わったりしても、安定した電池性能を得ることができる。
【００１５】
また、本発明の組電池モジュールまたは組電池によれば、長期間にわたって振動や熱応力が加わっても、安定した電池性能が維持できる。
【００１６】
さらに、本発明にかかるラミネート二次電池、組電池モジュール、組電池のいずれかの電池を電気自動車の動力源と使用した場合には、長期にわたって安定した動力性能が維持できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかるラミネート二次電池、複数のラミネート二次電池からなる組電池モジュール、複数の組電池モジュールからなる組電池ならびにこれらいずれかの電池を搭載した電気自動車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。以下に、本発明を［実施の形態１］から［実施の形態５］に基づいて詳細に説明する。
［実施の形態１］
本発明にかかるラミネート二次電池は、正極または負極となる集電体とセパレータとを交互に積層して電池要素を形成し、当該電池要素を、高分子と金属とを複合したラミネートフィルムで包装してなるラミネート二次電池であって、前記電池要素を構成する、正極同士または負極同士のいずれかをその積層方向で固定したことを特徴とするものである。
【００１８】
図１は、本発明にかかるラミネート二次電池の外観図であり、図２は、図１に示したラミネート二次電池の内部を示す正面図である。
【００１９】
図１に示すように、本発明にかかるラミネート二次電池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電池要素を包み、電池要素に接続される正負の電極端子１４をラミネートフィルム１２の相対する方向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、電池要素が真空包装されてなるものである。
【００２０】
図１に示したラミネート二次電池１０を形成するとき、下側に位置するラミネートフィルム１２上には、図２に示すような電池要素を載せる。この電池要素の構成は図２に示すようなものである。電池要素２０は、正極または負極となる集電体とセパレータとが交互に積層されたものである。
【００２１】
図２において、積層方向から電池内部を見ると、まず１番上にシート状の負極層２２が見える。負極層２２は、銅材で形成されたシート状の負極集電体２４の両面上に形成される。負極集電体２４の下側にはセパレータ２６が位置され、その下側にはその両面に正極層を有するアルミニウム材で形成されたシート状の正極集電体が位置される。このように、図２において、電池要素２０は、負極集電体、セパレータ、正極集電体、セパレータ、…、正極集電体というように、セパレータを介して複数の負極集電体と正極集電体とが交互に配置された多層構造になっている。
【００２２】
電池要素２０のすべての負極集電体２４は束ねられて電極端子１４が取り付けられる。一方、すべての正極集電体はリード線を介して電極端子１４が取り付けられる。負極集電体２４と電極端子１４および正極集電体と電極端子１４とは、その接合部２８において例えば超音波溶接によって溶接される。この溶接によって負極集電体２４と電極端子１４および正極集電体と電極端子１４が機械的におよび電気的に接続される。なお、超音波溶接で溶接するのは、この溶接は他の溶接に比べてバリの発生が少なく、ラミネートフィルム１２との内部短絡の恐れがほとんどないからである。
【００２３】
本発明にかかるラミネート二次電池１０は、負極集電体、セパレータ、正極集電体それぞれの相互間の位置ずれが生じないように、負極集電体同士または正極集電体同士のいずれかをその積層方向で機械的に固定している。正極集電体同士または負極集電体同士を固定すれば、長期間にわたって振動や熱応力が加わっても、積層されている電極の位置ずれが防止され、電池要素２０の膨張もある程度抑えることができる。
【００２４】
正極集電体同士または負極集電体同士の固定は、溶着、溶接または接着によって行うことができる。溶着は具体的には熱溶着を用いることが望ましい。溶接は具体的には超音波溶接を用いることが望ましい。接着によって固定する場合には電気導電性の接着剤を用いる。
【００２５】
本実施の形態では、電池要素２０の形状が積層方向から見て４角形であるため、図２に示すように、負極集電体２４の４隅の固着部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄにおいて、積層されている負極集電体２４同士を固定している。この固定は、超音波溶接または熱溶着によって行う。
【００２６】
下側のラミネートフィルム１２に載せられた電池要素２０は、その上からラミネートフィルム１２が被せられ、ラミネートフィルム１２の周囲を熱融着しながら空気を抜いて減圧し、ラミネートフィルム１２内で電池要素２０を密封する。
【００２７】
負極集電体２４同士の固定状態を図３〜図５の断面図でさらに詳細に説明する。図３は、図２に示したラミネート二次電池のＡ−Ａ断面図、図４は、図２に示したラミネート二次電池のＢ−Ｂ断面図、図５は、図２に示したラミネート二次電池のＣ−Ｃ断面図である。
【００２８】
これらの断面図に示すように、電池要素２０は、上から負極集電体２４、セパレータ２６、正極集電体２７、セパレータ２６、負極集電体２４、セパレータ２６、正極集電体２７、セパレータ２６、負極集電体２４の順に積層されている。図２に示すように、負極集電体２４の縦方向（電極端子１４間方向）の長さは、正極集電体２７を電極端子１４に接続するための切り欠き部分を除き、固着部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄとしての十分な領域が取れるように、セパレータ２５の縦方向の長さよりも長くしてある。負極集電体２４の両面には負極層２２が固着部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄとしての領域を残して幅方向全体に渡って形成してある。
【００２９】
セパレータ２６は、負極集電体２４に形成されている負極層２２全体を覆うことができるように、負極層２２の面積よりも若干大きめに形成されている。一方、正極集電体２７は、図３に示すように、セパレータ２６によってその全体が覆われるように、セパレータ２６の面積よりも小さく形成されている。
【００３０】
各々の負極集電体２４は、図３および図５に示すように、電極端子１４が接続される領域で束ねられ、負極集電体２４の４隅の固着部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄにおいて、束ねた負極集電体２４同士を固定している。この固定は、超音波溶接または熱溶着によって行う。負極集電体２４を固定した後に、図４に示すように負極集電体２４と電極端子１４とをその接合部２８において例えば超音波溶接によって溶接する。一方、正極集電体２４にはリード線２５が接続され、そのリード線２５が電極端子１４の接合部２９で一括して接続される。
【００３１】
以上のようにして、負極集電体２４同士が堅固に固着され、その固着による拘束力によって負極集電体２４、セパレータ２６、正極集電体２７各層の位置ずれが防止される。
【００３２】
この実施の形態１では、負極集電体２４をその４隅において超音波溶接または熱溶着により固着する形態を例示したが、負極集電体２４に代えて正極集電体２７を固着させても良い。また、負極集電体２４と正極集電体２７の両方を固着させても良い。負極集電体２４と正極集電体２７の両方を固着させる場合には、負極集電体２４と正極集電体２７が接触しないように、それらの集電体の大きさや形状、およびその固着の位置などを本実施の形態とは異なるものとしなければならならないが、どのように固着するかは当業者であれば容易に考えられる。
【００３３】
本発明のラミネート二次電池としては、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、電気自動車用の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二次電池を直列に接続して電気自動車用電源とした場合、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。
【００３４】
本発明のラミネート二次電池における、ラミネートフィルム１２、電極端子１４、正極集電体２７、セパレータ２６、負極集電体２４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、本発明のラミネート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、本発明のラミネート二次電池は、リチウムイオン二次電池に限定されるわけではない。
【００３５】
［正極層］
電池要素２０の正極を構成することになるシート状の正極層は、電池要素２０の幅とほぼ同一の幅をもち、アルミニウム等からなる正極集電体２７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（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４などのリチウムマンガン酸化物；二酸化マンガン；ＬｉＮｉＯ_２などのリチウムニッケル酸化物；ＬｉＣｏＯ_２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）など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。
【００３６】
正極集電体２７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。
【００３７】
正極集電体２７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２７の片面に正極材料を結着させた構造であってもよい。
【００３８】
［負極層］
電池要素２０の負極を構成することになるシート状の負極層２２は、長さは電池要素２０よりも長いが電池要素２０の幅とほぼ同一の幅をもち、銅などからなる負極集電体２４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。
【００３９】
負極集電体２４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２４の片面に負極材料を結着させた構造であってもよい。
【００４０】
［セパレータ層］
電池要素２０のセパレータ２６を構成することになるシート状のセパレータ層は、電池要素２０の幅とほぼ同一の幅をもち、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など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（ＬｉＣｌＯ_４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、四フッ化ホウ素リチウム（ＬｉＢＦ_４）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ_６）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_３）_２］など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。
【００４１】
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。
【００４２】
［ラミネートフィルム］
ラミネートフィルム１２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。
【００４３】
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の積層フィルムなど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。
【００４４】
［電極端子］
電極端子１４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。この電極端子１４が外部に引き出されるラミネートフィルム１２の封止部分のシール性を改善するためには、電極端子１４の幅をそのシール性の改善にともなって広げることができる。具体的には、電極端子１４の幅を、集電体の幅の２０％〜１００％の範囲内の寸法にすることが可能である。電極端子１４の幅が広く取れると、大電流を取り出すことが可能になるため、ラミネート二次電池の大容量化に容易に適応させることができる。
［実施の形態２］
図６は、実施の形態２にかかるラミネート二次電池の内部を示す正面図であり、図７は、図６に示したラミネート二次電池のＡ−Ａ断面図である。なお、図６に示したラミネート二次電池のＢ−Ｂ断面図は図４と同一である。
【００４５】
この実施の形態では、積層されている負極集電体２４同士を、リベットを用いてその４隅で固定している。リベットの材料としては負極集電体２４の材料に良くなじみ、電池要素２０に対して化学的な安定性があり、塑性変形させやすいものを用いる。
【００４６】
負極集電体２４の４隅には、リベット３２を貫通させるための穴が形成してある。この実施の形態では、負極集電体２４同士をリベット３２で固定することと、負極集電体２４の４隅にリベット３２を貫通させるための穴を形成してあること以外は、実施の形態１と全く同一であるので、詳しい説明は省略する。負極集電体２４同士をリベット３２で固定する場合には、実施の形態１のように溶着、溶接、接着によって固定する場合と比較して、作業効率が向上し、また、高価な装置も不要である。
【００４７】
本実施の形態において、各々の負極集電体２４は、図７に示すように、電極端子１４が接続される領域で束ねられ、負極集電体２４の４隅で、束ねた負極集電体２４同士をリベット３２でその両面からカシメ固定している。負極集電体２４を固定した後に、図４および図６に示すように負極集電体２４と電極端子１４とをその接合部２８において例えば超音波溶接によって溶接する。一方、正極集電体２４にはリード線２５が接続され、そのリード線２５が電極端子１４の接合部２９で一括して接続される。
【００４８】
以上のようにして、負極集電体２４同士が堅固に固着され、その固着による拘束力によって負極集電体２４、セパレータ２６、正極集電体２７各層の位置ずれが防止される。
【００４９】
この実施の形態２では、負極集電体２４をその４隅においてリベット３２で固定する形態を例示したが、負極集電体２４に代えて正極集電体２７を固定させても良い。また、負極集電体２４と正極集電体２７の両方を固定させても良い。負極集電体２４と正極集電体２７の両方を固着させる場合には、負極集電体２４と正極集電体２７が接触しないように、それらの集電体の大きさや形状、およびその固定の位置などを本実施の形態とは異なるものとしなければならならないが、どのように固定するかは当業者であれば容易に考えられる。
［実施の形態３］
図８は、実施の形態３にかかるラミネート二次電池の内部を示す正面図である。この実施の形態では、積層されている負極集電体２４同士を、その幅方向の両端部３４で線状に溶着、溶接または接着によって固定している。
【００５０】
このように、負極集電体２４の両端部３４で、負極集電体２４の淵に沿って固定すると、上記の実施の形態１、２のように局部的（４点）に固定する場合に比較して、さらに堅固に負極集電体２４同士を固定することができる。
【００５１】
この実施の形態の場合には、負極集電体２４の幅を上記の実施の形態１、２の負極集電体２４の幅に比べて広くする必要がある。また、負極集電体２４の両面に形成する負極層２２は、負極集電体２４の幅方向の固定代と電極端子１４の接合代を除いた領域の大きさとする。
【００５２】
この実施の形態の場合、負極集電体２４と電極端子１４とは従来通りリード線を用いて接続し、正極集電体２７と電極端子１４も同様に接続する。
【００５３】
この実施の形態３では、負極集電体２４を固定する形態を例示したが、負極集電体２４に代えて正極集電体２７を固定させても良い。
［実施の形態４］
図９は、実施の形態４にかかるラミネート二次電池の内部を示す正面図であり、図１０は、図９に示したラミネート二次電池のＤ−Ｄ断面図である。なお、図９に示したラミネート二次電池のＢ−Ｂ断面図は図４と同一である。この実施の形態では、負極集電体２４同士を固定するとともに、セパレータ２６同士も固定している。負極集電体２４同士の固定は、実施の形態１と全く同様であり、また、セパレータ２６同士の固定は第３の実施の形態を応用することによってできる。
【００５４】
この実施の形態４の場合には、負極集電体２４同士を固定することに加えて、積層されているセパレータ２６同士を、その幅方向の両端部３６で線状に溶着、溶接または接着によって固定している。
【００５５】
このように、セパレータ２６の両端部３６でもセパレータ２６の淵に沿って固定すると、負極誘電体２４がその４隅で、またセパレータ２６がその幅方向の両端部３６で線状に固定されることになるので、その固定による拘束力によって負極集電体２４、セパレータ２６、正極集電体２７各層の位置ずれが効果的に防止される。上記の実施の形態１〜３と比較しても最も堅固な構造となる。
【００５６】
本実施の形態では、セパレータ２６同士をその幅方向で固定するので、セパレータ２６の幅を上記の実施の形態１〜３のセパレータ２６の幅に比べて広くする必要がある。
【００５７】
この実施の形態４では、負極集電体２４をその４隅において固定する形態を例示したが、負極集電体２４に代えて正極集電体２７を固定させても良い。また、負極集電体２４と正極集電体２７の両方を固定させても良い。負極集電体２４と正極集電体２７の両方を固着させる場合には、負極集電体２４と正極集電体２７が接触しないように、それらの集電体の大きさや形状、およびその固定の位置などを工夫する。
［実施の形態５］
図１１は、実施の形態５にかかるラミネート二次電池の内部を示す正面図である。この実施の形態では、積層されているセパレータ２６同士を、その幅方向の両端部３８で線状に溶着、溶接または接着によって固定している。
【００５８】
このように、セパレータ２６の両端部３８で、セパレータ２６の淵に沿って固定すると、上記の実施の形態１〜３のように集電体２４、２７のみを固定する場合に比較すれば、セパレータ２６の層数が多い分より堅固な構造とすることができる。
【００５９】
この実施の形態の場合には、実施の形態４と同様、セパレータ２６の幅を実施の形態１〜３のセパレータ２６の幅に比べて広くする必要がある。セパレータ２６を固定するようにすると、集電体２４、２７の幅方向全体に負極層または正極層を形成することが可能になる。
【００６０】
以上の実施の形態１〜５では、図１に示したような、２つの電極端子１４をラミネート二次電池１０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ラミネート二次電池を例示したが、本発明は、さらに、図１２に示すような、２つの電極端子１４をラミネート二次電池１０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ラミネート二次電池に対しても適用可能である。また、図１３に示すような、２つの電極端子１４をラミネート二次電池１０の同一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ラミネート二次電池、図１４に示すような、２つの電極端子１４をラミネート二次電池１０の同一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ラミネート二次電池に対しても適用可能である。
【００６１】
本発明では、上記のラミネート二次電池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。具体的には、例えば、図１５に示すように、ラミネート二次電池１０を４枚並列に接続し（図１５（ｂ）参照のこと）、４枚並列にしたラミネート二次電池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１５（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、ラミネート二次電池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。
【００６２】
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、各ラミネート二次電池１０の電極端子１４、１４とは、組電池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、ラミネート二次電池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ラミネート二次電池１０の電極端子１４を電気的に接続すればよい（図１５（ｂ）参照）。同様に、４枚並列にした各ラミネート二次電池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ラミネート二次電池１０の電極端子１４、１４を順次電気的に接続すればよい（図１５（ｃ）参照）。
【００６３】
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。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。さらにラミネート二次電池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。
【００６４】
次に、上記の組電池モジュールを、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１６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。
【００６５】
このように、組電池モジュール４０を複数直並列接続されてなる組電池６０は、一部のラミネート二次電池１０、組電池モジュール４０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。
【００６６】
組電池６０を、電気自動車に搭載するには、図１７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よいし、車両前方のエンジンルームでも良い。
【００６７】
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６０と組電池モジュール４０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６０または組電池モジュール４０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】本発明にかかるラミネート二次電池の外観図である。
【図２】図１に示したラミネート二次電池の内部を示す正面図である。
【図３】図２に示したラミネート二次電池のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２に示したラミネート二次電池のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図２に示したラミネート二次電池のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】実施の形態２にかかるラミネート二次電池の内部を示す正面図である。
【図７】図６に示したラミネート二次電池のＡ−Ａ断面図である。
【図８】実施の形態３にかかるラミネート二次電池の内部を示す正面図である。
【図９】実施の形態４にかかるラミネート二次電池の内部を示す正面図である。
【図１０】図９に示したラミネート二次電池のＤ−Ｄ断面図である。
【図１１】実施の形態５にかかるラミネート二次電池の内部を示す正面図である。
【図１２】本発明にかかる別タイプのラミネート二次電池の外観図である。
【図１３】本発明にかかる別タイプのラミネート二次電池の外観図である。
【図１４】本発明にかかる別タイプのラミネート二次電池の外観図である。
【図１５】本発明にかか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示した概略図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその側面図であり、（ｃ）はその正面図である。
【図１６】本発明にかかる組電池構造の代表的な一実施形態を模式的に示した概略図である。
【図１７】本発明にかかる組電池を搭載した車両を模式的に示した概略図である。
【符号の説明】
１０…ラミネート二次電池、
１２…ラミネートフィルム、
１４…電極端子、
２０…電池要素、
２２…負極層、
２４…負極集電体、
２５…リード線、
２６…セパレータ、
２７…正極集電体、
２８、２９…接合部、
３０Ａ〜３０Ｄ…固着部、
３２…リベット、
３４、３６、３８…両端部、
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…固定ネジ、
６８…正極絶縁カバー、
６９…負極絶縁カバー、
７０…電気自動車。

Claims

正極または負極となる集電体とセパレータとを交互に積層して電池要素を形成し、当該電池要素を、高分子と金属とを複合したラミネートフィルムで包装してなるラミネート二次電池であって、
前記電池要素を構成する、正極同士または負極同士またはセパレータ同士の少なくともいずれか一方をその積層方向で固定したことを特徴とするラミネート二次電池。
前記固定は、溶着、溶接または接着によって行うことを特徴とする請求項１に記載のラミネート二次電池。
前記固定は、リベット止めによって行うことを特徴とする請求項１に記載のラミネート二次電池。
前記電池要素が前記積層方向から見て４角形であれば、前記固定は、前記電池要素の４隅で行うことを特徴とする請求項１に記載のラミネート二次電池。
前記溶着は、熱溶着であることを特徴とする請求項２に記載のラミネート二次電池。
前記溶接は、超音波溶接であることを特徴とする請求項２に記載のラミネート二次電池。
さらにセパレータ同士をその積層方向で固定したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のラミネート二次電池。
前記セパレータ同士の固定は、前記セパレータの対向する２辺の内側にそれぞれの辺に沿って線状に溶着、溶接または接着することによって行うことを特徴とする請求項７に記載のラミネート二次電池。
前記溶着は、熱溶着であることを特徴とする請求項８に記載のラミネート二次電池。
前記溶接は、超音波溶接であることを特徴とする請求項８に記載のラミネート二次電池。
請求項１〜１０のいずれかに記載のラミネート二次電池が複数並列接続、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１１に記載の組電池モジュールが複数並列接続、直列接続または直並列接続されてなる組電池。
請求項１〜１０のいずれかに記載のラミネート二次電池、請求項１１に記載の組電池モジュール、請求項１２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。