JP2007311264A - 電池構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、放熱性および防振性を向上させるこのできる電池構造体を提供する。
【解決手段】一の集電体（２１）の表面に形成された正極活物質層(２３)と電解質を保持するセパレータ（２７）と他の集電体（２１）の表面に形成された負極活物質層（２５）とを交互に積層した単電池層（２０）を複数積層して形成される電池構造体（１０）であって、電池構造体（１０）は、電池構造体（１０）を形成する複数の単電池層（２０）のうち、少なくとも一の単電池層（２０）と他の単電池層（２０）との間に放熱部材（３０）を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は電池構造体に係り、より詳細には、放熱性および防振性を向上させた電池構造体に関する。

近年、環境保護運動の高まりを背景として、自動車の排ガスによる大気汚染が世界的な問題となっている。この問題を解決する一つの手段として、電気を動力源とする電気自動車や、エンジンとモーターとを組み合わせて走行するハイブリッド自動車が注目を集めている。このため、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載する高容量および高出力の電池の開発が産業上重要な位置を占めている。

電池を高容量および高出力とするためには、電池の電極の面積を大きくしたり、多くの電池要素を積層したりしなければならない。電池の電極の面積を大きくしたり、多くの電池要素を積層したりした場合、電池の剛性を確保することが困難となる。

また、多くの電池要素を積層した場合、電池の厚さの増加によって電池の放熱性能が低下してしまう。つまり、大電流で充放電を繰り返すと、電池の内部抵抗により発生した熱を速やかに放熱することができず、電池の温度が上昇しすぎてしまう。電池の放熱性能の低下は電池性能を劣化させる原因となる。

特に、双極型電極（正極活物質層、集電体、および負極活物質層がこの順に積層されて形成される電極）とセパレータとが交互に積層された構造を有する双極型電池の場合（例えば、特許文献１、特許文献２）、正極活物質層および負極活物質層における発熱量が大きいため、高容量かつ高出力を目指すと、電池の内部に熱が篭り易くなり、放熱性が悪くなることから、電池に含まれる電解質等の劣化が起こり易くなる。

電池の放熱性の悪化は、電池の出力を低下させたり、電池の耐用年数を低下させたりする要因の一つとなっていた。

さらに、上記のような双極型電池のように複数の層が積層されている電池で高容量および高出力を目指すと、双極型電極の面積を大きくしたり、双極型電極の積層数を増加させたりしなければならないことから、車両に搭載した場合、車両からの振動による影響を受けやすくなる。具体的には、車両に搭載した場合、車両からの振動と電池固有の振動とがある一定の周波数で一致し、電池が共振する場合がある。電池が共振すると、電池を構成する層間が部分的または全体的に剥離する層間剥離を起こし易くなり、内部短絡などを引き起こして電池の出力を低下させたり、電池の耐用年数を低下させたりする原因となる可能性がある。
特開２０００−１００４７１号公報 特開２０００−１９５４９５号公報

しかしながら、従来、熱や振動から電池構造体の構成要素を保護することを着目した研究は行われていなかった。

本発明は、上記問題を解決するために成されたものであり、放熱性および防振性を向上させた電池構造体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る電池構造体は、一の集電体の表面に形成された正極活物質層と電解質を保持するセパレータと他の集電体の表面に形成された負極活物質層とを交互に積層して形成される単電池層を複数積層した電池構造体であって、
前記電池構造体は、前記電池構造体を形成する複数の単電池層のうち、少なくとも一の単電池層と他の単電池層との間に放熱部材を備えることを特徴とする。

また、前記放熱部材は、外部から受ける振動を防振する機能を有することを特徴とする。

以上のように構成された本発明に係る電池構造体によれば、前記電池構造体を形成する複数の単電池層のうち、少なくとも一の単電池層と他の単電池層との間に放熱部材を備えるので、電池構造体の放熱性能が向上する結果、電池の出力や電池の耐用年数を向上させることができる。

さらに、前記放熱部材が外部から受ける振動を防振する機能を有するので、電池構造体の振動が防止される結果、電池構造体を構成する要素間（例えば、単電池層間）での層間剥離が防止され、電池の出力や電池の耐用年数を著しく向上させることができる。

以下に、第１実施形態〜第４実施形態に分けて、本発明に係る電池構造体を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態で参照する図面では、電池構造体を構成する要素の各層の厚さや形状を誇張して示しているが、これは発明の内容の理解を容易にするためである。

（第１実施形態）
図１〜図３は、本発明の第１実施の形態に係る電池構造体の説明に供する図である。図１は本実施の形態に係る電池構造体を示した外観図を、図２は図１に示した電池構造体の内部構造を模式的に示した図を、図３は本実施の形態に係る電池構造体の構成要素の振動系モデルを示した図を示す。なお、本発明に係る電池構造体は、シート状の電池要素が複数積層された積層型の電池構造体に有用であるが、本実施の形態では積層型の電池構造体の中でも双極型の電池構造体（双極型電池）を例にとって説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る電池構造体１０は、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電流を取り出すための正極タブ６０Ａ、負極タブ６０Ｂが引き出されている。電池要素４０は被覆材（例えば、ラミネートフィルム）５０によって覆われ、電池要素４０の周囲は熱融着されている。したがって、電池要素４０は正極タブ６０Ａおよび負極タブ６０Ｂを引き出した状態で密封されている。

次に、図２を参照しながら、本実施の形態に係る電池構造体１０の内部構造を詳細に説明する。

図２は、図１に示した電池構造体１０の内部構造を模式的に示したものであり、図２（Ａ）は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図を、図２（Ｂ）は図１に示した電池構造体１０の平面概略図を示したものである。

図２（Ａ）に示すように本実施の形態に係る電池構造体１０は、一の集電体２１の表面に形成された正極活物質層２３と電解質を保持するセパレータ２７と他の集電体２１の表面に形成された負極活物質層２５とが交互に積層された単電池層２０を複数積層して形成される電池要素４０ａ、４０ｂ、４０ｃと、放熱部材３０、外部との物理的な接触を遮断するための被覆材５０、および電池構造体１０から電力を取り出すための正極タブ６０Ａと負極タブ６０Ｂを備えている。なお、単電池層２０を積層する方向つまり電池の厚さ方向を「積層方向」と称し、積層方向に対して直交する方向、すなわち、集電体２１が伸延する方向を「面方向」と称する。

本実施の形態では、積層方向（図２（Ａ）において上下方向）に４層の単電池層２０を一組とした電池要素が、２層の放熱部材３０を介してそれぞれ電気的に直列に接続されている。この電気的な接続形態を「３直列」と称する。

放熱部材３０は、電池要素４０ａにおける最下部の単電池層２０と電池要素４０ｂにおける最上部の単電池層２０との間に、電池要素４０ｂにおける最下部の単電池層２０と電池要素４０ｃにおける最上部の単電池層２０との間にそれぞれ介在されているが、このような構成に限定されず、使用状態に応じて介在させる箇所は任意に選択することができる。

この３直列の電池構造体１０の積層方向上下面には、電流を取り出すための平板状の正極タブ６０Ａ、負極タブ６０Ｂが面接触するように配設されている。正極タブ６０Ａおよび負極タブ６０Ｂは、銅、アルミニウム、およびステンレス鋼等の導電性の金属板によって形成され、図２（Ａ）において、正極タブ６０Ａは電池要素４０ａの最外層に位置する集電体（以下、「最外層集電体」と称する）２１ａに面接触して電気的に接続され、負極タブ６０Ｂは電池要素４０ｃの最外層集電体２１ｂの負極側に面接触して電気的に接続される。そして、３直列の電池要素４０ａ、４０ｂ、および４０ｃを収めるための被覆材５０に覆われて電池構造体１０を形成している。被覆材５０の縁は、熱融着等により接着される。これにより、被覆材５０内部に３直列の電池要素４０ａ、４０ｂ、４０ｃが密閉される。

なお、本実施の形態に係る電池構造体１０は３個の電池要素４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、２層の放熱部材３０を備えるが、これらの数は任意に選択することができる。また、被覆材５０は使用状況に応じて適宜備えることができる。本実施の形態では、被覆材５０を備えたものを電池構造体と称しているが、被覆材５０を備えないものであっても良い。

本発明に係る電池構造体では、放熱部材を、単電池層間に介在させることにより、電池構造体内部の放熱性を向上させることができる。さらに、放熱部材を備えることにより、電池構造体の剛性が高められる結果、外部から受ける振動に対する防振性が向上する。

以下、本実施の形態に係る電池構造体１０の各構成要素について詳細に説明する。

まず、本発明の特徴的要素である放熱部材について説明する。

［放熱部材］
放熱部材３０は、熱伝導性の良好な材料や防振性を有する材料から形成され、電池要素を構成する単電池層（詳細は「単電池層」の項で説明する）３０から発生する熱を放熱する機能を有し、さらに、電池構造体１０が外部から受ける振動に対する防振の機能を有するものである（例えば、前記外部から受ける所定の振動数に対して電池構造体１０の固有振動数が外れるようにして共振を防止（以下、「防振性」とも称する）する）。

放熱部材３０は、放熱性を有する母材中に防振性材料を分散させて形成される。具体的には、高分子材料、金属材料、高分子材料と金属材料との複合材料、または高分子材料に導電性材料を分散させた複合材料からなる群から選択されるいずれか１つの材料から形成することができる。

放熱部材３０の熱伝導率は、０．１〜４５０Ｗ／ｍ・ｋであることが好ましい。放熱部材３０は、上述したような材料から形成されることができるが、例えば、ゴム材（熱伝導率０．２Ｗ／ｍ・ｋ）、セラミックス材（熱伝導率１．５Ｗ／ｍ・ｋ）、炭素鋼（熱伝導率５０Ｗ／ｍ・ｋ）、アルミニウム材（熱伝導率２３０Ｗ／ｍ・ｋ）などから形成することができる。なお、本実施の形態の場合、３直列の接続形態であるため、単電池層２０間を電気的に接続するため導電性を有する放熱部材とする必要があり、一方、後述する双極型でない電池構造体１１の場合（図４参照）、その接続形態上、絶縁性を有する放熱部材とする必要がある。

特に、放熱部材３０は、導電性や放熱性を高めるために金属材料から形成されるシート材にグラファイトを圧着させて形成することができ、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂にカーボン材のフィラーを分散させた材料から形成することもできる。具体的には、合成ゴムにグラファイト等の導電性フィラーを分散させた導電ゴムシートやポリエチレンにカーボン材のフィラーを分散させたシート状のものが好ましい。このように樹脂にカーボン材のフィラーを分散させた材料は、熱伝導性に優れるため放熱性や防振性に優れ、さらに、放熱部材３０を積層するときには、微視的に見れば層間に凹凸を有するため、この凹凸の吸収効果もあり接触抵抗を低減させることができる。

また、放熱部材３０の厚さは、０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。これは、放熱部材３０の厚さが０．０１ｍｍ以下では、放熱性を十分に確保することが難しく、１ｍｍ以上では、防振性の観点から好ましくないからである。

本実施の形態に係る電池構造体１０は、３個の電池要素４０ａ、４０ｂ、４０ｃが２層の放熱部材３０を介在して積層されているが、使用目的や使用状況に応じて放熱部材３０の層数を適宜変更することができる。例えば、車両上に搭載する場合、通常、車両上から電池構造体が受ける振動の周波数は約１００Ｈｚ以下の範囲である。この範囲の周波数に電池構造体の固有振動数（共振周波数）が存在する場合、電池構造体が共振し、電池構造体の各構成要素間で層間剥離などが発生し内部短絡を引き起こす可能性があり、電池の出力低下や耐用年数が低下する原因となる。したがって、上記のような振動の範囲を外すように、電池構造体における放熱部材の配置構成やその層数などを適宜変更して構成することができる。

また、図２（Ａ）に示すように、電池構造体１０が被覆材（詳細は「被覆材」の項で説明する）５０を備える場合、放熱部材３０の一部と被覆材５０とが接触していることが好ましい。これは、被覆材５０が放熱性を有する材料から形成される場合、さらに、放熱部材３０からの熱を外部に放熱させることができるからである。

次に、電池要素４０ａ、４０ｂ、４０ｃを構成する単電池層２０および単電池層２０を構成する各要素について詳細に説明する。

［単電池層］
単電池層２０は、一の集電体２１の表面に形成された正極活物質層２３と電解質を保持するセパレータ２７と他の集電体２１の表面に形成された負極活物質層２５とを交互に積層して形成され、電池要素４０ａ、４０ｂ、４０ｃを構成するものである。本実施の形態では、集電体２１の一方の面に正極活物質層２３が形成された正極と他方の面に負極活物質層２５が形成された負極とを有する双極型電極と、セパレータ２７を介して積層され、正極活物質層２３、セパレータ２７、および負極活物質層２５がこの順に積層されて単電池層２０を形成している。この際、一のバイポーラ電極の正極活物質層２３と当該一の双極型電極に隣接する他の双極型電極の負極活物質層２５とがセパレータ２７を介して向き合うようにして、双極型電極およびセパレータ２７が積層されている。

また、単電池層２０の外周には、隣接する集電体２１間を絶縁するためのシール部７０が配置されている。なお、集電体２１に正極活物質層２３が形成される面を正極と称し、負極活物質層２５が形成される面を負極と称する。

双極型電極は、上述したように集電体２１の一方の面に正極活物質層２３が形成され他方の面に負極活物質層２５が形成されるが、最外層集電体２１ａ、２２ｂには、片面のみに、正極活物質層２３（正極側最外層集電体２１ａ）または負極活物質層２５（負極側最外層集電体２１ｂ）のいずれか一方が形成されている。最外層集電体２１ａ、２２ｂも双極型電極の一種である。

ここで、図２（Ｂ）に示すように、正極活物質層２３と集電体２１との正極活物質接触領域、または、負極活物質層２５と集電体２１との負極活物質接触領域（以下、「正極活物質接触領域」および「負極活物質接触領域」を「接触領域」と称する）における短辺の長さをｂｍｍ、接触領域Ａの面積をＳｍｍ^２、放熱部材３０を除いた電池構造体（以下、「非放熱部材電池構造体」と称する）の厚さをｃｍｍとした場合、

の条件を満たすことが好ましい。ここで、接触領域Ａの面積は実質的に矩形状であるため、接触領域Ａの面積Ｓは、接触領域Ａの長辺の長さａと接触領域の短辺の長さｂとの積により求めることができる。なお、本実施の形態では、被覆材５０（詳細は「被覆材」の項を参照）を備えた電池構造体を示しているが、被覆材５０を除いた非放熱部材電池構造体の厚さをｃｍｍとすることが好ましい。しかしながら、便宜的に被覆材５０を含む非放熱部材電池構造体の厚さをｃｍｍとしても良い。これは、被覆材５０の厚さ程度であれば本発明の目的を達成する上で問題はないからである。

接触領域（電極表面積に相当する）Ａに対する非放熱部材電池構造体の厚さｃの割合（Ｓ／ｃ）が、接触領域Ａの短辺の長さｂに対する接触領域Ａの面積の割合（ｂ／Ｓ）よりも小さい場合、接触領域Ａの面積Ｓに対する非放熱部材電池構造体の厚さのバランスにより、特に車両に搭載されるような電池構造体などにおいては、大電流による充放電下による熱を速やかに放熱し、さらに、車両上から受ける振動を防振することができるようになる。このように、上記数式（１）の条件を満たすように、接触領域Ａの面積、接触領域Ａの短辺の長さ、および非放熱部材電池構造体の厚さとの割合をコントロールすることで、電池構造体の放熱性および防振性を向上させることができるようになる。

さらに、電池構造体の放熱性および防振性を向上させるためには、以下のように接触領域Ａを制限することが好ましい。

接触領域Ａの外周の長さＬは、前記非放熱部材電池構造体の厚さｃの１３０倍以上であることが好ましく、より好ましくは３００倍〜２０００倍である。接触領域Ａの外周の長さＬが前記非放熱部材電池構造体の厚さｃの１３０倍以上であると、十分な放熱性を確保することができる。特に、接触領域Ａの外周の長さＬが前記非放熱部材電池構造体の厚さｃの３００倍〜２０００倍であると、放熱性および剛性を確保することができ、さらに、防振性も向上させることができる。なお、接触領域Ａの外周の長さＬは、Ｌ＝２ａ＋２ｂにより求めることができる。

また、接触領域Ａの外周の長さＬが７５０〜１４５０ｍｍであって、前記非放熱部材電池構造体の厚さｃが２〜１０ｍｍであることが好ましく、さらに好ましくは４〜８ｍｍである。接触領域Ａの外周の長さＬが１４５０ｍｍ以下であり、前記非放熱部材電池構造体の厚さｃが２ｍｍ以上であると、剛性の確保の観点から好ましく、電極の外周Ｌが７５０ｍｍ以上であって、前記非放熱部材電池構造体の厚さｃが１０ｍｍ以下であると放熱性の観点から好ましい。

また、接触領域Ａの対角線の長さｄが２６０〜５５０ｍｍであることが好ましい。接触領域Ａの対角線の長さｄが２６０ｍｍ以上であると放熱性の観点から好ましく、５５０ｍｍ以下であると剛性の確保の観点から好ましい。接触領域Ａの対角線の長さｄを制限しない場合、上述のように接触領域Ａの外周の長さＬを規定するだけでは、極端に細長い電池構造体も可能となる。このような電池構造体であっても本発明の目的を達成することができるが、より放熱性や防振性を向上させるためにはある程度の長方形状であることが好ましい。

［集電体］
集電体２１および最外層集電体２１ａ、２１ｂは、アルミニウム箔、銅箔、ステンレス（ＳＵＳ）箔など、導電性の材料から形成される。これらは単層で用いても良いし、複層で用いても良い。また、これらで被覆されたクラッド材を用いても良い。上述した材料は耐食性、導電性、または加工性などに優れる。

集電体２１（最外層集電体２１ａ、２１ｂ）の厚さは、５〜２０μｍが好ましく、特に好ましくは８〜１５μｍ、さらに好ましくは１０〜１５μｍである。集電体２１の厚さが５μｍ以上である場合、剛性の観点からさらに好ましく、集電体の厚さが２０μｍ以下である場合、放熱性の観点から好ましい。

［正極活物質層］
正極活物質層２３は正極活物質を含み、正極活物質としてはリチウムと遷移金属との複合酸化物、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、ＰｂＯ_２、ＡｇＯまたはＮｉＯＯＨなどを用いることができる。遷移金属とリチウムとの化合物としては、スピネルＬｉＭｎ_２Ｏ_４などのＬｉ−Ｍｎ系複合酸化物；ＬｉＣｏＯ_２などのＬｉ−Ｃｏ系複合酸化物；ＬｉＮｉＯ_２などのＬｉ−Ｎｉ系複合酸化物；ＬｉＦｅＯ_２などのＬｉ−Ｆｅ系複合酸化物；ＬｉＦｅＰＯ_４などの遷移金属とリチウムとのリン酸化合物；または遷移金属とリチウムとの硫酸化合物などが好ましい。遷移金属酸化物は、例えば、Ｖ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２、ＭｏＯ_３などが挙げられ、遷移金属硫化物は、例えば、ＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２などが挙げられる。

上記正極活物質の中では、では、Ｌｉ−Ｍｎ系複合酸化物を用いることが好ましい。これは、Ｌｉ−Ｍｎ系複合酸化物を用いた場合、電圧−充放電時間のグラフから得られる充放電曲線の、充放電時間軸に対して水平となる部分に傾きを持たせることができるため、電圧を計測することで電池の充電状態（ＳＯＣ）を推定することができるからである。この結果、過充電や過放電を速やかに検知して対処することができ、異常時の信頼性を高くすることができる。

正極活物質の平均粒径は１０μｍ以下が好ましく、より好ましくは２μｍ以下である。これは、正極活物質の平均粒径が１０μｍ以下である場合には電極抵抗を低減させることができ、２μｍ以下である場合には正極活物質層２３の厚さを薄くしても、正極活物質層２３の表面を均一化することができるからである。

また、正極活物質の平均粒径はセパレータの厚さの１０分の１以下であることが好ましい。これは、正極活物質の平均粒径がセパレータの厚さの１０分の１以下である場合、正極活物質がセパレータを突き破ってマイクロショートを起こす危険性が低減されるからである。

［負極活物質層］
負極活物質層２５は負極活物質を含み、負極活物質としては結晶性炭素材；非結晶性炭素材；ＴｉＯ、Ｔｉ_２Ｏ_３およびＴｉＯ_２などの金属酸化物；Ｌｉ_４／３Ｔｉ_５／３Ｏ_４などのリチウムと遷移金属との複合酸化物からなる群から選択される少なくとも１種の材料などが好ましい。

上記負極活物質の中では結晶性炭素材または非結晶性炭素材を用いることが好ましく、より好ましくは非結晶性炭素材である。結晶性炭素材または非結晶性炭素材を用いると、電圧−充放電時間のグラフから得られる充放電曲線の中の、充放電時間軸に対して水平な部分を傾けることができるため、電圧を計測することで双極型電池の充電状態（ＳＯＣ）を推定することができる。この結果、過充電や過放電を検知して対処することができ、異常時の信頼性を高くすることができる。

負極活物質の平均粒径は１０μｍ以下が好ましく、より好ましくは２μｍ以下である。これは、極活物質の平均粒径が１０μｍ以下であると電極抵抗が低減する点で好ましく、２μｍ以下であると負極活物質層２５の厚さを薄くしても、負極活物質層２５の表面を均一にすることができるので好ましい。また、負極活物質の平均粒径は後述するセパレータの厚さの１０分の１以下であることが好ましい。これは、負極活物質の平均粒径がセパレータの厚さの１０分の１以下であると、負極活物質がセパレータを突き破ってマイクロショートを起こす危険性が低減されるからである。

［セパレータ］
セパレータ２７は、電解質（詳細は「電解質層」の項で説明する）を保持するもので、電解質層を形成するものである。

セパレータ２７のショアＡ硬度（以下、「硬度」と称する）は２０〜１１０であることが好ましい。電池構造体の防振性を向上させるためには、ある程度の粘弾性を有するセパレータの硬度にすることが好ましく、特に、車両上に電池構造体１０を搭載する場合、セパレータ２７の硬度が２０以上の場合には共振周波数が低周波側に移行しにくくなるため、共振周波数（約１００Ｈｚ以下）に達することを防止することができ、セパレータ２７の硬度が１１０以下である場合には、適度に振動を吸収して防振性を向上させることができる。

さらに、上記のような硬度のセパレータを用いた場合、２つの電極層（正極、負極）間を均一に保持することができる。この結果、外部から受ける振動により、電極間の距離が近づき接触して短絡する可能性を著しく低減することができ、従来よりも薄いセパレータを用いることができる。なお、セパレータの硬度の測定方法は、ＪＩＳ−Ｋ−６２５３で規定されている測定方法に基づく。

また、電池構造体１０を形成する複数の単電池層２０のうち、少なくとも一の単電池層２０におけるセパレータ２７の硬度と他の単電池層２０におけるセパレータ２７の硬度とは異なる硬度を有することが好ましい。

また、セパレータ２７の硬度は、電池構造体１０の中心部に位置する単電池層２０ｃ、２０ｄにおけるセパレータ２７から積層方向両端に位置する単電池層（最上層の単電池層２０ａおよび最下層の単電池層２０ｂ）２０に向かってその硬度が次第に高くなっていくことが好ましい。具体的には、‘単電池層２０ｃ（または、単電池層２０ｄ）におけるセパレータ２７の硬度’よりも、‘単電池層２０ａ（または、単電池層２０ｂ）におけるセパレータ２７の硬度’の方が大きいことが好ましい。また、電池要素４０ａ、４０ｂ、４０ｃにおける単電池層２０群（図２における単電池層２０の４層を１組として見る場合）を１つの単電池層としてみなした場合、‘電池要素４０ｃにおけるセパレータの硬度’よりも、‘電池要素４０ａ（または、電池要素４０ｂ）におけるセパレータの硬度’の方が大きいことが好ましい。なお、電池構造体の中心部に位置する層は、一層以上の単電池層であれば良い。

このように、硬度の異なるセパレータ２７を用いる理由は以下の通りである。

図３に電池構造体１０における振動系（マス・バネ・ダンパ系）のモデル３００を示す。図３に示すように、単電池層２０および集電体２１から構成される電池要素は、マス３２０、バネ３１１、３１３、ダンパー３１５、３１７から構成される振動系にモデル化される。

マス３２０は、本実施の形態では、バイポーラ電極（集電体２１の一方の面に正極活物質層２３が形成され、他方の面に負極活物質層２５が形成されたもの）で構成され、マス３２０のチューニングは、正極活物質層２３の厚さを変化させ、負極活物質２５の厚さを変化させ、または、集電体２１の厚さを変化させることにより行うことができる。

ここで、セパレータ２７ａにおけるバネ定数Ｋ_１よりもセパレータ２７ｂにおけるバネ定数Ｋ_２が小さく（Ｋ_１＞Ｋ_２）、セパレータ２７ａにおける粘性係数Ｃ_１よりもセパレータ２７ｂにおける粘性係数Ｃ_２の大きく（Ｃ_２＞Ｃ_１）なる場合、積層方向内側の方が、高いダンピング性能を有する。通常、単電池層２０を構成する材料は同一の材料を用いているので、振動系モデルに置き換えると、マス３２０、バネ３１１、３１３、およびダンパー３１５、３１７は、それぞれ等しくなる。しかしながら、上述のように一部のセパレータ２７の硬度を他のセパレータ２７の硬度と異ならせることにより、具体的には、セパレータ２７の硬度が電池構造体１０の中心部に位置する単電池層２０におけるセパレータ２７から積層方向両端に位置する単電池層（最上層の単電池層２０ａおよび最下層の単電池層２０ｂ）２０に向かってその硬度が次第に高くなっていくようにすることで、電池構造体の共振周波数を高周波側に移行させることができ、電池構造体腹部（中央部近傍）における振動伝達率を低減させることができる。この結果、電池構造体の防振性をさらに向上させることができる。

ところで、電池構造体のセパレータとして用いることのできる材料の多くは、通常、セパレータの硬度が低くなるにつれて熱伝達係数が高くなるという傾向がある。熱伝達係数が高いものほど放熱性が高くなるため、電池構造体の積層方向両端に位置する単電池層におけるセパレータの硬度よりも、電池構造体の中心部に位置するセパレータの硬度が低い場合、熱の篭もり易い電池構造体の中心部に高い放熱性を付与することができるため、電池構造体の放熱性をさらに向上させることができる。

セパレータ２７は、特に限定はされないが、ポリエステル系樹脂、アラミド系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、無機材を含むポリエステル系樹脂、無機材を含むポリプロピレン系樹脂、および無機材を含むアラミド系樹脂からなる群より選択される少なくとも１種の樹脂を含むことが好ましい。このような樹脂を用いた場合、セパレータ２７を多孔質構造に形成することができ、さらに、上述したような高いダンピング性能を有するセパレータ２７を形成することができる。また、これらの樹脂は、防水性、防湿性、冷熱サイクル性、耐熱安定性、および絶縁性などにも優れる。特に、アラミド系樹脂を用いた場合、セパレータを薄く形成することができるため好ましい。

なお、無機材を含むポリエステル系樹脂、無機材を含むアラミド系樹脂、または無機材を含むポリプロピレン系樹脂に含まれる‘無機材’とは、アルミナ、ＳｉＯ_２などの微細な紛体やフィラー体であり、この無機材をポリエステル系樹脂、アラミド系樹脂、ポリプロピレン系樹脂に混入することでセパレータの剛性を高めることができる。また、これらの無機材をきっかけとして細孔が形成され易くなり、単位面積あたりの空隙率が大きくなり、透気度、曲路率（詳細は後述する）の高いセパレータを形成することができる。セパレータにおける無機材の含有量は、３０〜９５質量％が好ましく、より好ましくは５０〜９０質量％である。

セパレータ２７の曲路率γは、０．５〜２．０であることが好ましい。これは、出力を上げるためには、セパレータ２７の曲路率γを小さくすることが好ましいが、あまりセパレータの曲路率γを小さくしてしまうとセパレータのバネ定数や粘性係数が低下し、防振性が低下してしまう恐れがあるからである。また、セパレータの曲路率γが大きすぎると、電池構造体の出力に影響を与え、出力が増加しにくくなってしまうからである。なお、本明細書中における曲路率とは、一般の吸着法で求めた吸着表面積Ｓ_１をその投影面積Ｓ_０で徐したもの（γ＝Ｓ_１／Ｓ_０）と定義する。

セパレータ２７の厚さは電池構造体における各単電池層の剛性を失わない程度に薄い方が好ましく、３μｍ〜２０μｍ以下であるとより好ましい。セパレータの厚さが薄いと単電池２６の積層数を増やすことはできるものの、あまり薄すぎると各単電池層の剛性が失われてしまうからである。

［電解質層］
電解質層は、電解質を含む層である。電解質層に含まれる電解質は、充放電時に正負極層間を移動するイオンのキャリアーとしての機能を有する。

電解質としては固体高分子電解質またはゲル電解質が挙げられる。固体高分子電解質としては、例えばポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、またはこれらの共重合体などが挙げられる。

ゲル電解質は、高分子電解質からなる骨格中に電解液を含んだものである。骨格としてはイオン導伝性を有する固体高分子電解質、またはイオン導伝性を持たない高分子を用いることができる。

電解液は電解質塩と可塑剤とからなる。電解質塩として例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＴａＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、またはＬｉ_２Ｂ_１０Ｃｌ_１０などの無機陰イオン塩、もしくは；Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、またはＬｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎなどの有機陰イオン塩が挙げられる。これらは１種で可塑剤と混合しても良いし、２種以上を可塑剤と混合しても良い。可塑剤として例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどの環状カーボネート類；ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、またはジエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類；テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジブトキシエタンなどのエーテル類；γ−ブチロラクトンなどのラクトン類；アセトニトリルなどのニトリル類；プロピオン酸メチルなどのエステル類；ジメチルホルムアミドなどのアミド類；および酢酸メチル、ギ酸メチルなどのエステル類などが挙げられる。これらは１種で電解質塩と混合してよいし、２種以上を電解質塩と混合してもよい。

ゲル電解質に用いられる、イオン導伝性を有する固体高分子電解質として、例えばポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、またはこれらの共重合体などが挙げられる。ゲル電解質に用いられる、イオン導伝性を持たない高分子として、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルクロライド、ポリアクリロニトリル、またはポリメチルメタクリレートなどが挙げられる。

ゲル電解質において、固体高分子電解質と電解液との質量比は２０：８０〜９８：２が好ましい。

［シール部］
電池構造体１０は、集電体同士の間にシール部７０を備えることができる。シール部７０は、正極活物質層、電解質層および負極活物質層を取り囲むように配置されるため、電解質層としてゲル電解質を用いた場合に、電解液の漏出を防ぐことができる。

シール部７０は、特開２００４−１５８３４３号公報に記載のように、熱融着性のある第一の樹脂同士の間に、第一の樹脂よりも融点が高く非導電性の第二の樹脂が集電体と並行になるように介在している構造が好ましい。第一の樹脂と第二の樹脂の組み合わせとしては、第一の樹脂が１８０℃未満の融点を有し、第二の樹脂が１８０℃以上の融点を有し第一の樹脂と熱融着させることのできるものが製法上好ましい。これらの樹脂としては、特に限定されないが、例えば、第一の樹脂としてポリプロピレン、ポリエチレン、ポリウレタンまたは熱可塑オレフィンゴムなどが挙げられ、第二の樹脂として、ナイロン６、ナイロン６６、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスチレンなどのポリアミド系樹脂またはシリコーンゴムなどが挙げられる。

次に、電池構造体１０を覆う被覆材５０について詳細に説明する。

［被覆材］
被覆材５０は、電解液や気体を透過させないで電気絶縁性を示し、電解液などか内部に存在しても化学的に安定な材料から形成され、外部との物理的接触から保護したり、放熱性を良好にしたりするものである。

被覆材５０は、例えば、ポリエステル、ナイロン、ポリプロピレン、ポリカーボネートなどの高分子材料、アルミ、ステンレス、チタンなどの金属材料、または高分子−金属複合材料などから形成されることが好ましい。特に、高分子−金属複合材料を用いた場合、被覆材５０としての強度を維持したまま膜厚を薄くすることができるため、電池構造体の保護および放熱性の点から好ましい。

高分子−金属複合体としては、例えば、熱融着性樹脂（例えば、ポリエチレン、エチレンビニルアセテート、アイオノマー樹脂）フィルム、金属箔（例えば、アルミニウム、ニッケル、ステンレス、銅またはこれらの合金を箔にしたもの）、良好な剛性を有する樹脂（、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン）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を用いることが好ましい。被覆材５０が上記のようなフィルムで形成される場合、フィルムが容易に変形することができるため、静水圧をかけることが可能になり、さらに、金属箔が存在するため気体透過性を低下させて、被覆材５０の内部と外部との圧力差を長時間維持することができる。

以上のように構成される本発明の電池構造体は、これまでにない電極の表面積が大きく（約Ａ５サイズからＡ２サイズ程度）、電池構造体の厚さが１０ｍｍ以上の厚い場合に問題であった放熱性や防振性の問題を、放熱部材による放熱効果と防振効果とにより、従来の電池構造体のように厚さの薄い（３〜１０ｍｍ程度）電池構造体と同レベルの放熱性が可能となり、さらに、従来の電池構造体よりも防振性を向上させることが可能となる。この結果、高容量や高出力が要求される電池構造体を提供することができる。

（第２実施形態）
第１実施の形態では双極型の電池構造体について説明したが、本発明の電池構造体は、例えば、双極型の電池構造体１０でない一般リチウムイオン電池のような積層型の電池構造体１１であっても良い。図４は双極型の電池構造体１０（図２参照）でない積層型の電池構造体１１の内部構造を模式的に示した図である。図４から分かるように、電池構造体１１と電池構造体１０とは、その電極層の配置構成が異なるのみである。また、図４において、電池構造体１１の各構成要素は、図１における電池構造体１０と全く同じであるので共通する構成要素の説明は省略する。また、図４において、図１に示した構成要素と対応する構成要素には、同じ参照番号を付してある。

図４に示す積層型の電池構造体１１は、外観は図１に示した電池構造体１０と同様である。図４（Ａ）は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図を、図４（Ｂ）は図１に示した電池構造体１１の平面概略図を示したものである。

図４を参照すれば、本実施の形態に係る電池構造体１１を構成する単電池層２０は、正極活物質層２３を両面に配置した集電体２１と、負極活物質層２５を両面に配置した集電体２１とに電解質層（図１におけるセパレータ２５に該当する）２５が挟持されて形成されている。電池構造体１１の中央部には、セパレータ２５が放熱部材３０を挟持するような配置構成となっているが、本実施の形態に係る電池構造体１１は、第１実施の形態に係る電池構造体１０と電極層の配置構成が異なるので、絶縁性を有する放熱部材とする必要がある。また、図示では被覆材５０と放熱部材３０が離隔された状態を示しているが、これに限らず、放熱部材３０の一部と被覆材５０とが接触するように形成することもできる。

ところで、本実施の形態に係る積層型の電池構造体１１の形態を有する一般リチウムイオン電池は電池容量が大きく高エネルギー型の電池であり、長期間持続して電力を供給する性能に優れる。これに対し、第１実施の形態に係る双極型の電池構造体１０の形態を有する双極型電池は高出力密度の電池であり、短時間に大きな電力を供給する性能に優れる。したがって、いずれの形態を採用するかは、必要とする電力の形態に応じて適宜決定することができる。例えば、車両のモーター駆動用電源として用いられる場合には、高出力密度を達成することができるという観点から、本発明の電池構造体は、好ましくは双極型の電池構造体の形態を有するバイポーラ電池である。

（第３実施形態）
以上説明してきた電池構造体１０、１１は、複数、直列に又は並列に接続して組電池モジュールを形成することができる。図５は図２または図４に示した電池構造体１０、１１をケース８０に入れた組電池モジュール１３の概略的な構成を示す図である。図５（Ａ）は、組電池モジュール１３の平面図を、図５（Ｂ）は組電池モジュール１３の正面図を、図５（Ｃ）は組電池モジュール１３の側面図を示したものである。

図５に示すように、作成した組電池モジュール１３は、バスバー８０のような電気的な接続手段を用いて相互に接続することができる。

（第４実施形態）
第３実施の形態に係る組電池モジュール１３をさらに複数、直列に又は並列に接続して組電池１５を形成することができる。

図６は、図５に示した組電池モジュール１３を６並列に接続した組電池１５の概略的な構成図を示したものである。図６（Ａ）は、組電池１５の平面図を、図６（Ｂ）は組電池１５の正面図を、図６（Ｃ）は組電池１５の側面図を示したものである。

図６に示すように、組電池モジュール１３は接続治具８５を用いて複数段積層し組電池１５を構成することができる。さらに、各組電池モジュール１３の間に弾性体９０を設置して防振構造を形成することができる。何個の電池構造体１０、１１を接続して組電池モジュール１３を作成するか、また、何段の組電池モジュール１３を積層して組電池１５を作成するかは、搭載される車両（電気自動車）の電池容量や出力に応じて設定することができる。

このように、組電池モジュール１３を複数直並列接続されて構成される組電池１５は、高容量や高出力を得ることができ、個々の組電池モジュール１３の信頼性が高いことから、組電池１５としての長期的な信頼性の維持が可能である。また一部の組電池モジュール１３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になる。

（第５実施形態）
組電池１５を、電気自動車１００に搭載するには、図７に示すように、電気自動車１００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、組電池１５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。以上のような組電池１５を用いた電気自動車１００は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供することができる。さらに、軽量化による燃費の低減、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供することができる。

以下、本発明に係る電池構造体を一実施例に基づき詳細に説明する。なお、以下の実施例は発明の理解を容易にするために記載したものであって、本発明の技術的範囲はこの実施例の記載に限定されるものではない。以下に、本実施例および比較例で用いた電池構造体の製造方法を具体的に説明する。

電池構造体の作成
（１）双極型の電池構造体（以下、「双極型電池構造体」と称する）の作成
本実施例および比較例で用いた双極型電池構造体の製造方法を具体的に説明する。なお、実施例５〜２１および比較例５〜１２は電池構造体をラミネート材（被覆材に該当する）で覆ったもの、実施例２２〜２４および比較例（従来の電池構造体）１３〜１４はラミネート材無しのものを作成した。また、比較例５〜１２においては、放熱部材を介在させないものを作成した。放熱部材は、表１における各種材料から形成される放熱部材を電極層１０層ごとに１枚積層した。１０層に満たない電池構造体については、電池構造体の全体積層数の略中央部における単電池層間に放熱部材を設定した。

実施例５〜２４および比較例５〜１４のベースとなる双極型電池構造体はそれぞれ同様の製造方法であるので、双極型電池構造体の製造方法として、実施例１１を例にとって説明する。

まず、電極層として１５μｍのＳＵＳ箔を集電体として用い、ＳＵＳ箔の一方の面に正極活物質としてＬｉ−Ｍｎ系のＬｉＭｎＯ_２（平均粒径２μｍ）を１０μｍの厚さに塗布し、正極活物質層（正極側）とした。その後、他方の面（正極活物質層を塗布した面と反対側の面）に負極活物質として結晶質炭素材量のハードカーボン（平均粒径６μｍ）を１５μｍの厚さに塗布し、負極活物質層（負極側）とした。最外層集電体は上述のＳＵＳ箔を用い、一方の面に上述の正極活物質層を形成したもの、および一方の面に負極活物質層を形成したものを作製した。電極層のサイズはＡ４サイズとなるように作成した。

次に、加架橋型ゲル電解質の前駆体であるＰＶｄＦをポリエステル不織布セパレータ（２０μｍ厚さ：硬度ショアＡ‘６１’）に染込ませ電解質層とした。

次に、炭素を約１重量％含有した炭素鋼（厚さ０．１ｍｍ）シートの両面に、低粘度の導電ペーストをごく微量塗布した後、平均粒径５μｍのグラファイト粉体を圧縮接着して放熱部材（表１において、「炭素鋼＋カーボン」）を製造した。

次に、正極活物質層、セパレータ、負極活物質層から形成される単電池層に上記のように放熱部材を介在させつつ、所望の積層数に積層した。そして、最外層集電体における正極側にはＡｌのタブ（厚さ１００μｍ：幅１００ｍｍ）を振動溶着し、最外層集電体における負極側にはＣｕのタブ（厚さ１００μｍ：幅１００ｍｍ）を振動溶着した。

次に、熱融着性樹脂フィルムとしてマレイン酸変性のポリプロピレンフィルム、金属箔としてＳＵＳ、剛性を有する樹脂フィルムとしてナイロン−アルミ−変性ポリプロピレンの３層構造から形成されるラミネート材で電池構造体を覆い封止した。

次に、約８０℃で約２時間加熱架橋し、双極型の電池構造体を作成した。

（２）双極型でない電池構造体（以下、「積層型電池構造体」と称する）の作成
本実施例および比較例で用いた積層型電池構造体の製造方法を具体的に説明する。なお、実施例１〜８、比較例１〜４は電池構造体をラミネート材（被覆材に該当する）で覆ったものを作成し、比較例１〜４においては、放熱部材を介在させないものを作成した。また、放熱部材は、表１における仕様の放熱部材を電極層１０層ごとに１枚積層した。１０層に満たない電池構造体については、電池構造体の全体積層数の略中央部における単電池層間に放熱部材を設定した。

実施例１〜８および比較例１〜４のベースとなる積層型電池構造体はそれぞれ同様の製造方法であるので、積層型電池構造体の製造方法として、実施例２を例にとって説明する。

まず、１５μｍのアルミ箔を集電体として用い、アルミ箔の両面に正極活物質としてＬｉ−Ｍｎ系のＬｉＭｎＯ_２（平均粒径２μｍ）を１０μｍの厚さに塗布し、正極活物質層とした（正極層）。銅箔１５μｍを集電体として用い、銅箔の両面に負極活物質として結晶性炭素材料のハードカーボン（平均粒径６μｍ品）を１５μｍの厚みに塗布し、負極活物質層（負極層）とした。

次に、加架橋型ゲル電解質の前駆体をポリエステル不織布セパレータ（厚さ２０μｍ：硬度ショアＡ‘６１’）に染込ませ電解質層とした。電極のサイズはＡ４サイズとなるように作製した。

次に、主成分をアルミナからなるセラミックスシート（厚さ０．１ｍｍ）の両面に、低粘度の導電ペーストをごく微量塗布した後、平均粒径５μｍのグラファイト粉体を圧縮接着して放熱部材（表１において、「セラミックス」）を製造した。

次に、正極活物質層、セパレータ、負極活物質層から形成される単電池層に上記のように放熱部材を介在させつつ、所望の積層数に積層した。そして、最外層集電体における正極側にはＡｌのタブ（厚さ１００μｍ：幅１００ｍｍ）を振動溶着し、最外層集電体における負極側にはＣｕのタブ（厚さ１００μｍ：幅１００ｍｍ）を振動溶着した。

次に、熱融着性樹脂フィルムとしてマレイン酸変性のポリプロピレンフィルム、金属箔としてＳＵＳ、剛性を有する樹脂フィルムとしてナイロン−アルミ−変性ポリプロピレンの３層構造から形成されるラミネート材で電池構造体を覆い封止した。

次に、約８０℃で約２時間加熱架橋し、積層型電池構造体を作成した。

なお、上記のように実施例９〜１２では、放熱部材として、「炭素鋼＋カーボン」を、実施例１〜８では「セラミックス」を用いているが、実施例１３〜１５、１８ではアルミシート（厚さ０．１ｍｍ）の両面に、低粘度の導電ペーストをごく微量塗布した後、平均粒径５μｍのグラファイト粉体を圧縮接着して製造した放熱部材（表１において、「アルミ＋カーボン」）を、実施例１６、１９〜２４ではポリエチレンに、導電フィラーとしてカーボン材を分散させて製造した放熱部材（表１において、「ＰＥ＋カーボン」）を、実施例１７ではゴム材に導電フィラーとしてカーボン材を分散させて製造した放熱部材（表１において、「ゴム＋カーボン」）を用いた。

作成した電極層（正極活物質層接触領域、または、負極活物質層接触領域）の長辺の長さａ（ｍｍ）、電極層の短辺の長さｂ（ｍｍ）、電池構造体の厚さｃ（放熱部材が介在している電池構造体に関しては、放熱部材を除く厚さ）、電極層の外周Ｌ、電極の面積Ｓ、および電極の対角線Ｔを表１に示す。

振動減衰率の測定
上述した実施例１〜２４および比較例１〜１４における電池構造体の作成方法により得られた単電池層要素の中央部に加速度ピックアップを設定し、インパルスハンマーによってハンマリングしたときの加速度ピックアップの振動スペクトルを測定した。設定方法はＪＩＳ−Ｂ−０９０８（振動及び衝撃ピックアップの校正方法・基本概念）に準拠した。測定スペクトルはＦＦＴ分析器により解析し周波数と加速度の次元に変換した。得られた周波数の平均化とスムージングを行い、振動伝達率スペクトルを得た。この加速度スペクトルの１０〜３００Ｈｚまでの平均を振動平均値とした。

比較基準は同じ電極層面積の比較例のうち、最も厚い仕様を用いた。具体的には、実施例１〜４の比較基準は比較例１とし、実施例５〜８の比較基準は比較例３とし、実施例９〜１２の比較基準は比較例５とし、実施例１３〜１５の比較基準は比較例７とし、実施例１６〜１８の比較基準は比較例９とし、実施例１９〜２１の比較基準は比較例１１とし、実施例２２〜２４の比較基準は比較例１３とした。それぞれの基準とするスペクトルを振動平均値とし、各基準の振動平均値に対する比を平均低減量とした。

各実施例の振動平均値の各基準の値に対する比を振動減衰率とした。すなわち、振動減衰率を‘（実施例の振動平均値×１００）／（比較例の振動平均値）’から求めた。振動減衰率が０％の場合は比較例と実施例の振動平均値が同等であり減衰が起きていないことを示し、振動減衰率が３０％の場合は比較例に対する実施例の振動平均値が３０％低減されたことを示す。

また、各基準は同じ電極の面積を有する比較例を用いた。具体的には実施例１、２の比較基準は比較例４とし、実施例３〜６および１３の比較基準は比較例５とし、実施例７〜９の比較基準は比較例６とし、実施例１０〜１２の比較基準は比較例７とした。

図８に本実施例のうち、実施例１５、１６、１７と比較例９との振動伝達率と周波数とを示したグラフを、表１に各実施例の振動減衰率と、各実施例および各比較例の一次共振ピーク（最も低周波側に現れる最大ピーク周波数）とを示す。

図８は本実施例のうち、実施例１６、１７、１８および比較例９の振動伝達率と周波数を示したものである。既に説明したように、一般の車両上に発生する振動は約１００Ｈｚ以下であり、この範囲に電池構造体の一次共振周波数があると車両上で電池構造体が共振してしまう。図８を参照すれば、比較例５は１００Ｈｚ以下に一次共振ピークが現れていることが分かる。一方、実施例１６、１７および１８の一次共振ピークは１００Ｈｚよりも高周波側にあることから、車両上では共振に達しないことが分かる。さらに、表１の一次共振ピークの欄において、図８には示していない実施例においても、一次共振ピークが１００Ｈｚよりも高周波側に現れていることが分かる。また、表２を参照すれば、振動減衰率の欄から各実施例において振動平均値が低減されていることが分かる。このことから、本発明の電池構造体は従来の電池構造体よりも防振性に優れることが分かる。

熱上昇および放熱時間の測定
上述した実施例１〜２４および比較例１〜１４における電池構造体の作成方法により得られた電池構造体を用いて、１０Ｃサイクル試験を６０分行い、試験中の電池構造体の中央部平均温度の最高到達温度を測定し、試験開始前の温度との差を熱上昇とした。また、６０分後に電流を止め室温で放置した際の温度変化を調べ、室温まで戻る時間を放熱時間とした。測定は６０分間行い、６０分間で室温まで戻らない場合は、６０分以上と記載した。電池構造体の温度の測定は略中央に位置する箔の縁に熱電対を取り付けて測定を行った。なお、「１０Ｃサイクル試験を６０分行う」とは、１０Ｃの電流値で、６分の充電と６分の放電とを５回行うことである。

表２に各実施例および各比較例の熱上昇および放熱時間を示す。放熱時間の測定は６０分まで行い、６０分で室温まで戻らない場合には‘６０以上’と記載した。表２の熱上昇の欄からは、各比較例と各実施例とを比べた場合、各実施例において、使用中に電池構造体内部の温度が上昇しにくいことが分かる。さらに、表２の放熱時間の欄を参照すれば、各比較例では中央部平均温度が６０分を経過しても室温にまで低下していないのに対して、実施例では中央部平均温度は長くても２０分程度で室温にまで低下していることが分かる。

図９に実施例１６、１７、１８および比較例９の放熱性能を示す。図９からも、各実施例１６〜１８の方が１０Ｃサイクル試験を行っている最中の０〜６０分の間は電池温度−時間曲線の傾きが小さく、６０分以降は傾きが大きくなることから、比較例と比べると実施例の電池構造体は、使用中に電池構造体内部の温度が上昇しにくいことが分かる。このことから、本発明の電池構造体は従来の電池構造体よりも放熱性に優れることが分かる。

本発明は、高出力、高容量、または高い耐久性が求められる電池構造体に関する技術分野に有用である。

図１は第１実施の形態に係る電池構造体を示した概略的な外観図である。 図２は図１に示した電池構造体の内部構造を模式的に示した図である。 電池構造体のマスバネダンパモデルを示した図である。 第２実施の形態に係わる電池構造体の内部構造を模式的に示した図である。 第３の実施形態に係る組電池モジュールの概略的な構成図である。 第４の実施形態に係る組電池の概略的な構成図である。 第５の実施形態に係る組電池が車両に搭載された状態を示す図である。 実施例および比較例の防振性能を比較したグラフを示す図である。 実施例および比較例の放熱性能を比較したグラフを示す図である

符号の説明

１０、１１ 電池構造体、
１３ 組電池モジュール、
１５ 組電池、
２０ 単電池層、
２１ 集電体、
２１ａ、２１ｂ 最外層集電体、
２３ 正極活物質層、
２５ 負極活物質層、
２７、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ セパレータ
３０ 放熱部材、
４０、 電池要素、
５０ 被覆材、
６０Ａ 正極タブ
６０Ｂ 負極タブ
７０ シール部、
７５ 電池ケース、
８０ バスパー、
８５ 接続治具、
９０ 弾性体、
Ａ 接触領域、
ａ 接触領域Ａの長辺長さ、
ｂ 接触領域Ａの短辺長さ、
ｄ 接触領域Ａの対角線の長さ、
ｃ 非放熱部材電池構造体の厚さ、
Ｌ 接触領域Ａの外周の長さ、
Ｓ 接触領域Ａの面積。

Claims (25)

1. 一の集電体の表面に形成された正極活物質層と電解質を保持するセパレータと他の集電体の表面に形成された負極活物質層とを交互に積層した単電池層を複数積層して形成される電池構造体であって、
   前記電池構造体は、前記電池構造体を形成する複数の単電池層のうち、少なくとも一の単電池層と他の単電池層との間に放熱部材を備えることを特徴とする電池構造体。
2. 前記放熱部材は、外部から受ける振動を防振する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の電池構造体。
3. さらに、前記電池構造体を被覆する被覆材を備え、
   前記被覆材は、前記放熱部材の一部と接触することを特徴とする請求項１または２に記載の電池構造体。
4. 前記正極活物質層と前記集電体との正極活物質接触領域における短辺の長さ、または、前記負極活物質層と前記集電体との負極活物質接触領域における短辺の長さをｂｍｍ、前記正極活物質接触領域または前記負極活物質接触領域の面積をＳｍｍ^２、前記放熱部材を除いた前記電池構造体の厚さをｃｍｍとした場合、
   

   

   の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の電池構造体。
5. 前記正極活物質接触領域の外周の長さ、または、前記負極活物質接触領域の外周の長さは、前記放熱部材を除く前記電池構造体の厚さの１３０倍以上であることを特徴とする請求項４に記載の電池構造体。
6. 前記正極活物質接触領域の外周の長さ、または、前記負極活物質接触領域の外周の長さは、前記放熱部材を除く前記電池構造体の厚さの３００〜２０００倍であることを特徴とする請求項４に記載の電池構造体。
7. 前記正極活物質接触領域の外周の長さ、または、前記負極活物質接触領域外周の長さは７５０ｍｍ〜１４５０ｍｍであって、
   前記放熱部材を除く前記電池構造体の厚さは２〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載の電池構造体。
8. 前記放熱部材を除く前記電池構造体の厚さは４〜８ｍｍであることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の電池構造体。
9. 前記正極活物質接触領域の対角線の長さ、または、前記負極活物質接触領域の対角線の長さは２６０〜５５０ｍｍであることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の電池構造体。
10. 前記放熱部材の厚さは、０．０１〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電池構造体。
11. 前記放熱部材の熱伝導率は、０．１〜４５０Ｗ／ｍ・ｋであることを特徴とする請求項１〜８、または１０のいずれか１項に記載の電池構造体。
12. 前記放熱部材は、放熱性を有する母材中に防振性材料を分散させて形成されることを特徴とする請求項１〜８、１０〜１１のいずれか１項に記載の電池構造体。
13. 前記放熱部材は、高分子材料、金属材料、高分子材料と金属材料との複合材料、および高分子材料に導電性材料を分散させた複合材料からなる群から選択されるいずれか１つの材料から形成されることを特徴とする請求項１〜８、１０〜１２のいずれか１項に記載の電池構造体。
14. 前記電池構造体を形成する複数の単電池層のうち、少なくとも一の単電池層におけるセパレータのショアＡ硬度と他の単電池層におけるセパレータのショアＡ硬度とは異なることを特徴とする請求項１に記載の電池構造体。
15. 前記セパレータのショアＡ硬度は、前記電池構造体の中心に位置する前記セパレータから積層方向両端に位置する単電池層に向かってセパレータのショアＡ硬度が次第に高くなることを特徴とするとする請求項１または１４に記載の電池構造体。
16. 前記セパレータのショアＡ硬度は、２０〜１１０であることを特徴とする請求項１、１４、１５のいずれか１項に記載の電池構造体。
17. 前記セパレータの曲路率は、０．５〜２．０であることを特徴とする請求項１、４、１４〜１６のいずれか１項に記載の電池構造体。
18. 前記セパレータは、ポリエステル系樹脂、アラミド系樹脂、およびポリプロピレン系樹脂からなる群より選択される少なくとも１つの樹脂を含むことを特徴とする請求項１、１４〜１７のいずれか１項に記載の電池構造体。
19. 前記正極活物質層は正極活物質を含み、
    前記正極活物質の平均粒径は、０．１μｍ〜２μｍ以下であることを特徴とする請求項１または４に記載の電池構造体。
20. 前記正極活物質は、Ｌｉ−Ｍｎ系複合酸化物またはＬｉ−Ｎｉ系複合酸化物の少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１、４、１９のいずれか１項に記載の電池構造体。
21. 前記負極活物質層は負極活物質を含み、
    前記負極活物質の平均粒径は、０．１μｍ〜２μｍ以下であることを特徴とする請求項１または４に記載の電池構造体。
22. 前記負極活物質は、結晶性炭素材または非結晶性炭素材のうちの少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１、４、２１のいずれか１項に記載の電池構造体。
23. 前記被覆材は、高分子材料と金属材料との複合材料から形成されることを特徴とする請求項３に記載の電池構造体。
24. 請求項１〜２３のいずれかに記載の電池構造体が複数個、直列接続またはおよび並列接続のうち少なくともいずれか一方の接続方法によって接続されて構成される組電池。
25. 請求項１〜２３のいずれかに記載の電池構造体、または請求項２４に記載の組電池を搭載することを特徴とする車両。

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