JP5380990B2 - 双極型電池、その双極型電池を用いた組電池および車両 - Google Patents
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Description
[実施形態1]
図1から図4は、本発明に係る双極型電池、その双極型電池を用いた組電池および車両を説明するための図面である。図1は、本実施形態における双極型電池の概略構成を説明するための断面図である。図2は、図1のA-A断面を示す図であり、集電体上に位置する各層の配置を積層方向から見た図である。図3は、図1に示す構成の双極型電池を複数接続して構成した組電池の外観図である。図4は、図1に示す双極型電池または図3に示す組電池を搭載した車両の説明に供する図である。
(双極型電池の構成)
まず、本実施形態における双極型電池の全体構成について説明する。
[電解質層]
本発明の双極型電池において、電解質層15はセパレータを含む。セパレータは、正極活物質層13と負極活物質層14との間の空間的な隔壁(スペーサ)として機能する。また、これと併せて、充放電時における正負極間でのリチウムイオンの移動媒体である電解質を保持する機能をも有する。すなわち、電解質層15は、セパレータとこれに保持された電解質とからなる。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。セパレータの厚さ(Ts)についても特に制限はないが、電池の出力特性を向上させるという観点からは、セパレータの厚さ(Ts)は、好ましくは5〜30μmであり、より好ましくは10〜20μmである。
[シール材]
シール材23は、双極型電池10に特有の部材であり、電解質層15の漏れを防止する目的で単電池11の周縁部に配置されている。このほかにも、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こったりするのを防止することもできる。シール材23の構成材料としては、例えば、PE、PPなどのポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ゴム、ポリイミドなどが挙げられる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、製膜性、経済性などの観点からは、ポリオレフィン樹脂が好ましい。
[正極および負極集電板]
双極型電池10においては、電池外部に電流を取り出す目的で、最外層集電体(12a、12b)に電気的に接続された集電板(正極集電板50および負極集電板60)がラミネートシートで構成される外装部材40から外部に取り出されている。なお、図1では、最外層集電体に正極または負極のいずれかの活物質のみを形成したものを例示したが、これにとらわれず、集電体の一方の面に正極活物質層が形成されかつ他方の面に負極活物質層が形成されてなる双極型電極を最外層集電体として用いることもできる。具体的には、正極用最外層集電体12aに電気的に接続された正極集電板50と、負極用最外層集電体12bに電気的に接続された負極集電板60とが、外装部材40の外部に取り出される。なお、図1では、最外層集電体に正極または負極のいずれかの活物質のみを形成したものを例示したが、これにとらわれず、集電体の一方の面に正極活物質層が形成されかつ他方の面に負極活物質層が形成されてなる双極型電極を最外層集電体として用いることもできる。また、最外層集電体、正極集電板50、負極集電板60は同一の材料で形成することができる。
[CTRサーミスタ]
CTRサーミスタ30は、集電体12の温度の上昇によって絶縁性を呈する抵抗値から電導性を呈する抵抗値まで抵抗値が低下する抵抗値低下部材として機能する。CTRサーミスタ30は、双極型電池10が通常使用される常温から70℃程度までの温度領域においては、電気的に絶縁体とみなされる程度の高い抵抗値を有している。ところが、温度が80℃、90℃と上昇するにつれて導電体とみなされる程度にまで急激に抵抗値が低下する特性を持つ。
[外装部材]
外装部材40は、発電要素20を外気から保護するものであり、たとえば、金属箔の両面に樹脂シートを積層して構成する。外装部材40は、上部および下部部材41、42からなり、その合わせ面からは、正極集電板50、負極集電板60が外装部材40の外部に引き出されている。正極集電板50は、発電要素20の最上層に位置する単電池11の集電体12aと接続され、負極集電板60は、発電要素20の最下層に位置する単電池11の集電体12bと接続される。
(双極型電池の動作)
次に、本実施形態における双極型電池の動作について説明する。
[実施形態1の変形例]
図5は、実施形態1の変形例を示す図である。
[実施形態2]
図6は、実施形態2に係る発電要素20Aを示す図である。実施形態1で説明した発電要素20は、集電体12の外周部分にCTRサーミスタ30のみを備えている。本実施形態では、図に示すように、CTRサーミスタ30の外周部分に、内部に導電性材料が封入され感熱ポリマーでその導電性材料を覆った構造の感熱連結部材35をさらに備えている点が実施形態1と異なっている。
[実施形態3]
図7は、実施形態3に係る発電要素20Bを示す図である。図8は、図7のB-B断面を示す図であり、集電体上に位置する各層の配置を積層方向から見た図である。
[実施形態4]
図9は、実施形態4に係る発電要素20Cを示す図である。
12 集電体、
13 正極活物質層、
14 負極活物質層、
15 電解質層、
16 双極型電極、
20、20A、20B、20C 発電要素、
23 シール材、
30 CTRサーミスタ、
35 感熱連結部材、
40 外装部材、
50 正極集電板、
60 負極集電板、
100、150 組電池、
200 車両。
Claims (4)
- 集電体の一方の面に正極活物質層が形成されかつ他方の面に負極活物質層が形成されてなる双極型電極と、電解質層とが交互に複数積層されてなる双極型電池であって、
積層方向に隣り合う前記集電体同士を、前記集電体の温度の上昇によって絶縁性を呈する抵抗値から電導性を呈する抵抗値まで抵抗値が低下する一方、前記集電体の温度の低下によって前記絶縁性を呈する抵抗値まで抵抗値が上昇する抵抗値低下部材によって接続したことを特徴とする双極型電池。 - 前記抵抗値低下部材は、前記集電体の正極活物質層または負極活物質層が備えられている部分以外の部分に備えたことを特徴とする請求項1に記載の双極型電池。
- 前記抵抗値低下部材は、積層方向に隣り合う前記集電体との間で前記電解質層を外部から密封するシール材の外側に備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の双極型電池。
- 前記抵抗値低下部材は、前記集電体の外周部分の全周に亘って備えたことを特徴とする請求項1−3のいずれかに記載の双極型電池。
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