JP5380991B2 - Bipolar battery, assembled battery and vehicle using the bipolar battery - Google Patents

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Description

本発明は、双極型電池、その双極型電池を用いた組電池および車両に係り、特に、双極型電池の温度が上昇したときの信頼性および安全性を向上させた双極型電池、その双極型電池を用いた組電池および車両に関する。   The present invention relates to a bipolar battery, a battery pack using the bipolar battery, and a vehicle, and more particularly, a bipolar battery having improved reliability and safety when the temperature of the bipolar battery rises, and the bipolar battery The present invention relates to an assembled battery using a battery and a vehicle.

近年、地球環境問題への関心の高まりから、各業界において二酸化炭素排出の削減が重要な課題となっている。自動車業界では、ガソリン自動車よりも二酸化炭素排出量の少ないハイブリッド自動車および電気自動車の開発が盛んになるにつれ、高エネルギー密度、高出力密度を有する電池への期待が高まっている。   In recent years, reduction of carbon dioxide emissions has become an important issue in each industry due to increasing interest in global environmental problems. In the automobile industry, as hybrid cars and electric cars that emit less carbon dioxide than gasoline cars are actively developed, expectations for batteries having high energy density and high output density are increasing.

双極型電池は、複数の単電池が直列に積層されることにより構成される。したがって、双極型電池は、複数の単電池が直列に接続された状態で電池を充放電することが可能であり高出力密度を有する。   A bipolar battery is configured by stacking a plurality of single cells in series. Therefore, the bipolar battery can charge and discharge the battery with a plurality of single cells connected in series, and has a high output density.

ところで、このような双極型電池において、単電池に容量のばらつきがあると、過充電となった単電池が発熱する可能性がある。また、放電時の電流値が大きい場合、積層された単電池間で電流値に差が生じ、過電流が流れたある特定の単電池が発熱する可能性もある。   By the way, in such a bipolar battery, if the cells have a variation in capacity, the overcharged cells may generate heat. Moreover, when the current value at the time of discharge is large, a difference occurs in the current value between the stacked unit cells, and there is a possibility that a specific unit cell in which an overcurrent flows generates heat.

双極型電池などの二次電池の発熱を検知して外部装置との接続を絶ち、二次電池を保護する従来の技術としては、下記特許文献１に示すような二次電池の保護回路が知られている。
特開２００６−１２１８２７号公報 As a conventional technique for protecting a secondary battery by detecting heat generation of a secondary battery such as a bipolar battery and disconnecting it from an external device, a protection circuit for a secondary battery as shown in Patent Document 1 below is known. It has been.
JP 2006-121827 A

しかしながら、上述した従来の技術においては、二次電池の過充電による発熱を検知して外部装置との接続を絶ち、二次電池を保護できるようになってはいるが、複雑な回路を有する保護回路を、二次電池の外部に設ける必要がある。   However, in the above-described conventional technology, it is possible to protect the secondary battery by detecting heat generation due to overcharging of the secondary battery and disconnecting from the external device, but it has a complicated circuit. It is necessary to provide a circuit outside the secondary battery.

したがって、この従来の技術を適用して、双極型電池の過充電による発熱に対する保護を単電池ごとにきめ細かく行なおうとすると、数多くの保護回路を設けなければならない。これでは、コストが非常に高くなる上に、高い信頼性および安全性を備えた双極型電池の提供も困難である。   Therefore, if this conventional technique is applied to finely protect each battery cell against heat generated by overcharging the bipolar battery, a large number of protection circuits must be provided. Accordingly, the cost is very high, and it is difficult to provide a bipolar battery having high reliability and safety.

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、単電池が過充電状態になることによる発熱を防止し、電池の信頼性を確保することができる双極型電池を簡易な構成で提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems. Accordingly, an object of the present invention is to provide a bipolar battery that can prevent heat generation due to an overcharged state of a single cell and ensure the reliability of the battery with a simple configuration.

また、本発明の他の目的は、双極型電池を複数電気的に接続して構成した組電池を提供することである。   Another object of the present invention is to provide an assembled battery formed by electrically connecting a plurality of bipolar batteries.

また、本発明の他の目的は、双極型電池またはその組電池を搭載した車両を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a vehicle equipped with a bipolar battery or an assembled battery thereof.

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。   The above object of the present invention is achieved by the following means.

本発明の双極型電池は、発電要素と、抵抗値低下部材と、導線と、を備える。発電要素は、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構成される。抵抗値低下部材は、発電要素を構成する集電体のうち少なくとも１つの集電体に形成され、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特性を有する。導線は、発電要素から外部負荷器に前記抵抗値低下部材を介して電流を供給する。   The bipolar battery of the present invention includes a power generation element, a resistance value lowering member, and a conductive wire. The power generation element is configured by alternately laminating a plurality of bipolar electrodes each having a positive electrode active material layer formed on one surface of a current collector and a negative electrode active material layer formed on the other surface, and an electrolyte layer. The The resistance value lowering member is formed on at least one of the current collectors constituting the power generation element, and has a resistance value ranging from a resistance value that exhibits insulation to a resistance value that exhibits electrical conductivity due to an increase in temperature of the current collector. Has a characteristic of lowering. The conducting wire supplies a current from the power generation element to the external loader via the resistance value reducing member.

本発明の組電池は、双極型電池を直列または並列に接続して、または直列および並列接続を組み合わせて複数電気的に接続して構成している。   The assembled battery of the present invention is formed by connecting a plurality of bipolar batteries in series or in parallel, or combining a plurality of series and parallel connections to electrically connect a plurality.

本発明の車両は、双極型電池または組電池を駆動用電源として搭載している。   The vehicle of the present invention is equipped with a bipolar battery or an assembled battery as a driving power source.

本発明の双極型電池によれば、抵抗値低下部材を双極型電池に内蔵させることにより、電池の充電時に、温度が電池機能を停止する温度までに上昇すると、抵抗値低下部材の抵抗値が急激に低下し、導線を介して充電電流が外部負荷器へ流れ出す。よって、これ以上の充電が行われず単電池が過充電状態になり発熱することが簡易な装置構成により防止される。したがって、外部に複雑な構成の装置を設置することなく電池の安全性および信頼性が確保される。   According to the bipolar battery of the present invention, by incorporating the resistance value lowering member in the bipolar battery, when the temperature rises to a temperature at which the battery function is stopped when the battery is charged, the resistance value of the resistance value lowering member is reduced. It suddenly drops and the charging current flows out to the external loader via the conductor. Therefore, it is prevented by a simple device configuration that no further charging is performed and the unit cell is overcharged and generates heat. Therefore, the safety and reliability of the battery are ensured without installing a device having a complicated configuration outside.

本発明による組電池によれば、高い信頼性および安全性を備えた組電池が提供できる。   According to the assembled battery according to the present invention, an assembled battery having high reliability and safety can be provided.

本発明による車両によれば、安定した走行性能を備えた車両を提供することができる。   The vehicle according to the present invention can provide a vehicle with stable running performance.

以下、添付した図面を参照して、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について最良の実施形態を説明する。
（実施形態）
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に示す電池要素の最上部に位置する単電池のI-I断面を示す図である。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。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a bipolar battery according to the invention, a battery pack using the bipolar battery, and a vehicle will be described with reference to the accompanying drawings.
(Embodiment)
1 to 4 are drawings for explaining a bipolar battery, a battery pack using the bipolar battery, and a vehicle according to the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a schematic configuration of a bipolar battery in the present embodiment. FIG. 2 is a view showing a II cross section of the unit cell located at the top of the battery element shown in FIG. FIG. 3 is an external view of an assembled battery configured by connecting a plurality of bipolar batteries having the configuration shown in FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining a vehicle on which the bipolar battery shown in FIG. 1 or the assembled battery shown in FIG. 3 is mounted.
(Bipolar battery configuration)
First, the overall configuration of the bipolar battery in this embodiment will be described.

本実施形態における双極型電池１０は、リチウムイオンを利用したリチウムイオン二次電池であり、図１に示すように、発電要素２０、ＣＴＲサーミスタ３０、外装部材４０、正極集電板２１および負極集電板２２を備える。   The bipolar battery 10 in the present embodiment is a lithium ion secondary battery using lithium ions. As shown in FIG. 1, the power generation element 20, the CTR thermistor 30, the exterior member 40, the positive current collector plate 21, and the negative current collector 21 An electric plate 22 is provided.

発電要素２０は、集電体１２の一方の面に正極活物質層１３が形成されかつ他方の面に負極活物質層１４が形成された双極型電極と、電解質層１５とが交互に複数積層されて構成される。   The power generation element 20 includes a plurality of alternately stacked bipolar electrodes each having a positive electrode active material layer 13 formed on one surface of a current collector 12 and a negative electrode active material layer 14 formed on the other surface, and electrolyte layers 15. Configured.

見方を変えると、発電要素２０は、６つの単電池１１が集電体１２を介して積層されたものである。単電池１１は、積層方向に隣り合う集電体１２、積層方向上側に位置する集電体１２の正極活物質層１３、積層方向下側に位置する集電体１２の負極活物質層１４、隣り合う集電体１２の正極活物質層１３および負極活物質層１４を覆う電解質層１５で構成される。   In other words, the power generation element 20 is formed by stacking six unit cells 11 via the current collector 12. The cell 11 includes a current collector 12 adjacent in the stacking direction, a positive electrode active material layer 13 of the current collector 12 positioned on the upper side in the stacking direction, a negative electrode active material layer 14 of the current collector 12 positioned on the lower side in the stacking direction, It is composed of an electrolyte layer 15 that covers the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 14 of the adjacent current collector 12.

単電池１１は、リチウムイオンが正極活物質層１３と負極活物質層１４との間を電解質層１５に含まれる非水電解液を介して移動することによって充放電を行なう。   The unit cell 11 performs charging / discharging by moving lithium ions between the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 14 via the non-aqueous electrolyte contained in the electrolyte layer 15.

隣り合う集電体１２はシール材２３によってしっかりと接着される。また、シール材２３は電解質層１５のリチウムイオンの漏出を防止する。   Adjacent current collectors 12 are firmly bonded by a sealing material 23. Further, the sealing material 23 prevents leakage of lithium ions in the electrolyte layer 15.

次に、本実施形態における双極型電池１０の各構成要素を詳細に説明する。
［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。 Next, each component of the bipolar battery 10 in this embodiment will be described in detail.
[Electrolyte layer]
In the bipolar battery of the present invention, the electrolyte layer 15 includes a separator. The separator functions as a spatial partition (spacer) between the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 14. In addition, it also has a function of holding an electrolyte that is a lithium ion transfer medium between the positive and negative electrodes during charging and discharging. That is, the electrolyte layer 15 includes a separator and an electrolyte held by the separator. Specific examples of the separator include a microporous film made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene. Although there is no restriction | limiting in particular also about the thickness (Ts) of a separator, From a viewpoint of improving the output characteristic of a battery, the thickness (Ts) of a separator becomes like this. Preferably it is 5-30 micrometers, More preferably, it is 10-20 micrometers. It is.

電解質としては、液体電解質またはゲル電解質が用いられうる。液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤として用いられうる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）等のカーボネート類が例示される。また、支持塩（リチウム塩）としては、ＬｉＢＥＴＩ等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。   A liquid electrolyte or a gel electrolyte can be used as the electrolyte. The liquid electrolyte has a form in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer. Examples of the organic solvent that can be used as the plasticizer include carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). Further, as the supporting salt (lithium salt), a compound that can be added to the active material layer of the electrode, such as LiBETI, can be similarly employed.

一方、ゲル電解質は、電解液を含むポリマー電解質であり、詳細には、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。マトリックスポリマーとして用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、およびこれらの共重合体等が挙げられる。このようなポリアルキレンオキシド系ポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。ゲル電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー（例えば、ＰＥＯやＰＰＯ）に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。
［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（１２ｔ、１２ｂ）に電気的に接続された集電板（正極集電板２１および負極集電板２２）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。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２１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２２とが、外装部材４０の外部に取り出される。 On the other hand, the gel electrolyte is a polymer electrolyte containing an electrolytic solution, and specifically has a configuration in which the liquid electrolyte is injected into a matrix polymer made of an ion conductive polymer. Examples of the ion conductive polymer used as the matrix polymer include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. In such polyalkylene oxide polymers, electrolyte salts such as lithium salts can be well dissolved. The matrix polymer of gel electrolyte can express excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. are performed on a polymerizable polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be performed.
[Sealant]
The sealing material 23 is a member peculiar to the bipolar battery 10 and is disposed on the peripheral edge of the unit cell 11 for the purpose of preventing leakage of the electrolyte layer 15. In addition to this, it is possible to prevent current collectors adjacent in the battery from coming into contact with each other and a short circuit due to a slight unevenness at the end of the laminated electrode. Examples of the constituent material of the sealing material 23 include polyolefin resins such as PE and PP, epoxy resins, rubber, and polyimide. Of these, polyolefin resins are preferred from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, film-forming properties, economy, and the like.
[Positive electrode and negative electrode current collector]
In the bipolar battery 10, current collecting plates (a positive current collecting plate 21 and a negative current collecting plate 22) electrically connected to the outermost current collector (12 t, 12 b) are provided for the purpose of extracting current outside the battery. The exterior member 40 made of a laminate sheet is taken out to the outside. Specifically, a positive electrode current collector plate 21 electrically connected to the positive electrode outermost layer current collector 12a and a negative electrode current collector plate 22 electrically connected to the negative electrode outermost layer current collector 12b, It is taken out of the exterior member 40.

集電板（正極集電板２１および負極集電板２２）を構成する材料は、特に制限されず、双極型電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等の金属材料が好ましく、より好ましくは軽量、耐食性、高導電性の観点からアルミニウム、銅などが好ましい、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板２１と負極集電板２２とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。また、最外層集電体（１２ｔ、１２ｂ）を延長することにより集電板（２１、２２）としてもよいし、別途準備した集電板を最外層集電体に接続してもよい。
［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。 The material constituting the current collector plates (the positive electrode current collector plate 21 and the negative electrode current collector plate 22) is not particularly limited, and a known highly conductive material conventionally used as a current collector plate for a bipolar battery is used. sell. As a constituent material of the current collector plate, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable, and aluminum is more preferable from the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity. Copper or the like is preferable, and aluminum is particularly preferable. Note that the positive electrode current collecting plate 21 and the negative electrode current collecting plate 22 may be made of the same material or different materials. Further, the outermost layer current collector (12t, 12b) may be extended to form the current collector plate (21, 22), or a separately prepared current collector plate may be connected to the outermost layer current collector.
[CTR thermistor]
The CTR thermistor 30 functions as a resistance value lowering member whose resistance value decreases from a resistance value exhibiting insulation to a resistance value exhibiting electrical conductivity due to an increase in temperature of the current collector 12. The CTR thermistor 30 has a resistance value high enough to be regarded as an insulator in a temperature range from room temperature to about 70 ° C. where the bipolar battery 10 is normally used. However, as the temperature rises to 80 ° C. and 90 ° C., the resistance value rapidly decreases to such an extent that it can be regarded as a conductor.

ＣＴＲサーミスタ３０は、すべての単電池１１に備えられていることが、温度に対する感度の点から最も好ましい。しかしながら、図１に示すとおり、最上部にある単電池１１のみに備えられていても、ＣＴＲサーミスタ３０の温度に対する感度を十分にすることができる。したがって、本実施の形態のようにＣＴＲサーミスタ３０が、発電要素２０の最上部の集電体１２ｔに形成され、発電要素２０の最下部に位置する単電池１１が発熱する場合でも、ＣＴＲサーミスタ３０を下層部の発熱温度を検知できる程度の温度領域で動作するように変更することで効果を奏する。   It is most preferable that the CTR thermistor 30 is provided in all the unit cells 11 in terms of sensitivity to temperature. However, as shown in FIG. 1, even if only the uppermost unit cell 11 is provided, the sensitivity of the CTR thermistor 30 to the temperature can be made sufficient. Therefore, even when the CTR thermistor 30 is formed on the uppermost current collector 12t of the power generation element 20 and the unit cell 11 located at the lowermost part of the power generation element 20 generates heat as in the present embodiment, the CTR thermistor 30 It is possible to obtain an effect by changing the operation so that it operates in a temperature range in which the heat generation temperature of the lower layer portion can be detected.

また、ＣＴＲサーミスタ３０は、通常は酸化物であり、電解質層１５に含まれる電解液を劣化させる可能性があるため、シール材２３によって隔離することが好ましい。このため、本実施形態では、シール材２３の外側にＣＴＲサーミスタ３０を備えている。なお、ＣＴＲサーミスタ３０は、たとえば半導体セラミック材料で形成され、この半導体セラミック材料を集電体１２の外周部分に塗り付けることによって形成する。   In addition, the CTR thermistor 30 is usually an oxide and may degrade the electrolytic solution contained in the electrolyte layer 15, so that it is preferably isolated by the sealing material 23. For this reason, in this embodiment, the CTR thermistor 30 is provided outside the sealing material 23. The CTR thermistor 30 is made of, for example, a semiconductor ceramic material, and is formed by applying this semiconductor ceramic material to the outer peripheral portion of the current collector 12.

なお、ＣＴＲサーミスタ３０の抵抗値が急激に変化する動作温度領域は、ＣＴＲサーミスタ３０の作成過程において適宜変更することができる。したがって、ＣＴＲサーミスタ３０の動作温度領域は、双極型電池１０の信頼性および安全性を向上させるために、最適と思われる温度に設定すればよい。また、ＣＴＲサーミスタ３０の温度が動作温度領域にあるときの抵抗値は、少なくとも、単電池１１を構成する正極活物質層１３、負極活物質層１４、電解質層１５を介した集電体１２間の抵抗値よりも小さくなることが必要である。ＣＴＲサーミスタ３０はこの点も勘案して形成する。
［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２１、負極集電板２２が外装部材４０の外部に引き出されている。正極集電板２１は、発電要素２０の最上部に位置する単電池１１の集電体１２ｔと接続され、負極集電板２２は、発電要素２０の最下部に位置する単電池１１の集電体１２ｂと接続される。 Note that the operating temperature region in which the resistance value of the CTR thermistor 30 changes abruptly can be changed as appropriate during the process of creating the CTR thermistor 30. Therefore, the operating temperature region of the CTR thermistor 30 may be set to a temperature that seems to be optimal in order to improve the reliability and safety of the bipolar battery 10. The resistance value when the temperature of the CTR thermistor 30 is in the operating temperature range is at least between the current collector 12 via the positive electrode active material layer 13, the negative electrode active material layer 14, and the electrolyte layer 15 constituting the unit cell 11. It is necessary to be smaller than the resistance value. The CTR thermistor 30 is formed in consideration of this point.
[Exterior material]
The exterior member 40 protects the power generation element 20 from the outside air, and is configured by, for example, laminating resin sheets on both surfaces of a metal foil. The exterior member 40 includes upper and lower members 41 and 42, and the positive current collector 21 and the negative current collector 22 are drawn out of the exterior member 40 from the mating surfaces. The positive electrode current collector plate 21 is connected to the current collector 12 t of the cell 11 located at the top of the power generation element 20, and the negative electrode current collector plate 22 is the current collector of the cell 11 located at the bottom of the power generation element 20. It is connected to the body 12b.

外部負荷器５０は、他と熱的に隔離された場所に配置され、単電池１１が過充電などにより温度上昇した場合に充電電流を電気エネルギーから熱エネルギーに変換して放熱する役割を果たす。ＣＴＲサーミスタ３０は、所定の温度領域において温度が上昇するにつれて抵抗値が急激に低下するサーミスタである。したがって、単電池１１の温度が所定の温度に達すると、電流は、温度上昇に伴って抵抗値の下がったＣＴＲサーミスタ３０を通じて外部負荷器５０へ流れ出し、熱エネルギーに変換されて放熱される。本実施の形態の外部負荷器５０は、好ましくは発熱体（ヒータ）であるが、モータなどの回転機であっても良い。外部負荷器５０の一端は、導線５１によりＣＴＲサーミスタ３０に接続され、他端は接地される。なお、導線５１は、集電体１２と直接的に接することはない。   The external loader 50 is disposed in a place that is thermally isolated from the others, and plays a role of converting a charging current from electric energy to heat energy and radiating heat when the unit cell 11 rises in temperature due to overcharging or the like. The CTR thermistor 30 is a thermistor whose resistance value rapidly decreases as the temperature rises in a predetermined temperature range. Therefore, when the temperature of the unit cell 11 reaches a predetermined temperature, the current flows out to the external loader 50 through the CTR thermistor 30 whose resistance value has decreased as the temperature rises, and is converted into heat energy to be radiated. The external loader 50 of the present embodiment is preferably a heating element (heater), but may be a rotating machine such as a motor. One end of the external loader 50 is connected to the CTR thermistor 30 by a conducting wire 51, and the other end is grounded. In addition, the conducting wire 51 is not in direct contact with the current collector 12.

また、外部負荷器５０は、その抵抗値が可変できるように構成されてもよく、双極型電池の内部抵抗値よりも十分に小さい値に設定されることが好ましい。   The external loader 50 may be configured such that its resistance value can be varied, and is preferably set to a value sufficiently smaller than the internal resistance value of the bipolar battery.

次に、図２を参照しつつ本発明の実施の形態における双極型電池を説明する。   Next, a bipolar battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図２は、図１のI−I線に沿った断面図である。上述したように、本実施の形態では、単電池１１の温度上昇に伴いＣＴＲサーミスタの抵抗値が変化し、充電電流が外部負荷器５０に流れることによって、単電池１１が過充電状態になり発熱することが防止される。   FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. As described above, in the present embodiment, the resistance value of the CTR thermistor changes as the temperature of the cell 11 rises, and the charging current flows to the external load device 50, so that the cell 11 becomes overcharged and generates heat. Is prevented.

図２に示すとおり、本実施の形態のＣＴＲサーミスタ３０は、集電体１２ｔの外縁部に沿って形成されており、導線５１がＣＴＲサーミスタ３０の中心部において接している。ＣＴＲサーミスタ３０は、熱伝導の観点から集電体１２ｔの外縁部に途切れることなく連続的に形成されることが好ましい。しかしながら、ＣＴＲサーミスタ３０は、必ずしも連続的に形成されている必要はなく、外部負荷器５０に電気的に接続される限り複数の部分に分かれて間欠的に形成されていてもよい。   As shown in FIG. 2, the CTR thermistor 30 of the present embodiment is formed along the outer edge portion of the current collector 12 t, and the conducting wire 51 is in contact with the central portion of the CTR thermistor 30. The CTR thermistor 30 is preferably formed continuously without interruption at the outer edge of the current collector 12t from the viewpoint of heat conduction. However, the CTR thermistor 30 is not necessarily formed continuously, and may be formed intermittently by being divided into a plurality of portions as long as it is electrically connected to the external loader 50.

また、ＣＴＲサーミスタ３０が複数の部分に分かれて形成された場合、それぞれのＣＴＲサーミスタ３０は、複数の導線５１により外部負荷器５０に接続されてもよい。   When the CTR thermistor 30 is divided into a plurality of parts, each CTR thermistor 30 may be connected to the external loader 50 by a plurality of conductive wires 51.

次に本実施の形態の双極型電池の動作原理について説明する。   Next, the operating principle of the bipolar battery of this embodiment will be described.

本実施の形態では、双極型電池１０の充電時において、たとえば発電要素２０の単電池１１のいずれか１つが過度に充電にされ所定の温度に達した場合、ＣＴＲサーミスタ３０の抵抗値が急激に低下するため、充電電流は、単電池１１を迂回して外部負荷器に５０に流れる。外部負荷器５０に流れる電流は、電気エネルギーから熱エネルギーに変換されて放熱される。   In the present embodiment, when the bipolar battery 10 is charged, for example, when any one of the unit cells 11 of the power generation element 20 is excessively charged and reaches a predetermined temperature, the resistance value of the CTR thermistor 30 abruptly increases. Therefore, the charging current bypasses the cell 11 and flows to the external loader 50. The current flowing through the external loader 50 is converted from electrical energy to heat energy and dissipated.

また、単電池１１が、熱を帯びていない状態になれば、ＣＴＲサーミスタ３０の抵抗値は、元の抵抗値まで戻り非常に高くなるので、適切な電流値で充電することにより双極型電池１０への充電が再び可能となる。   Further, if the unit cell 11 is not heated, the resistance value of the CTR thermistor 30 returns to the original resistance value and becomes very high. Therefore, the bipolar battery 10 is charged by charging with an appropriate current value. Can be charged again.

以上のとおり構成された本実施の形態の双極型電池１０によれば、発電要素２０を構成する複数の単電池１１のいずれかの単電池１１の温度が所定の温度に達した場合、発電要素２０の最上部の集電体１２ｔに形成されたＣＴＲサーミスタ３０の抵抗値が急激に低下する。したがって、充電電流は、発電要素２０本体には流れずに外部負荷器５０に流れ出し、熱エネルギーに変換されて放熱される。その結果、発電要素２０のすべての単電池１１が過充電電流から保護される。また、このときＣＴＲサーミスタ３０の抵抗値の低下に基づいて異常シグナルを発信する回路を外部から接続し、発熱の発生を報知する構成を付加してもよい。   According to the bipolar battery 10 of the present embodiment configured as described above, when the temperature of any one of the plurality of unit cells 11 constituting the power generation element 20 reaches a predetermined temperature, the power generation element The resistance value of the CTR thermistor 30 formed on the uppermost current collector 12t of 20 is rapidly reduced. Therefore, the charging current does not flow into the main body of the power generation element 20 but flows out to the external loader 50, is converted into heat energy, and is radiated. As a result, all the cells 11 of the power generation element 20 are protected from overcharge current. At this time, a circuit for transmitting an abnormal signal based on a decrease in the resistance value of the CTR thermistor 30 may be connected from the outside so as to notify the occurrence of heat generation.

次に、図３および図４を参照して、本実施の形態における組電池および車両について説明する。図３は、本実施の形態の双極型電池が複数直列または並列に接続されて構成された組電池を示す図である。   Next, with reference to FIG. 3 and FIG. 4, the assembled battery and vehicle in this Embodiment are demonstrated. FIG. 3 is a diagram showing an assembled battery in which a plurality of bipolar batteries of the present embodiment are connected in series or in parallel.

以上説明してきた双極型電池１０は、直列または並列に複数接続されて電池モジュール６０を形成し、電池モジュール６０がさらに直列または並列に複数接続されて組電池７０を形成することができる。電池モジュール６０は、双極型電池１０を複数個積層してモジュールケース内に収納し、各双極型電池１０を並列に接続したものである。図３は、本実施の形態における組電池の斜視図である。作製された電池モジュール６０は、バスバーのような接続部材を用いて相互に接続され、複数段積層される。組電池７０に用いる双極型電池１０の個数および電池モジュール６０の積層数は、搭載される車両の電池容量および出力に応じて決定される。   The bipolar battery 10 described above can be connected in series or in parallel to form a battery module 60, and the battery module 60 can be further connected in series or in parallel to form an assembled battery 70. The battery module 60 is obtained by stacking a plurality of bipolar batteries 10 and storing them in a module case, and connecting the bipolar batteries 10 in parallel. FIG. 3 is a perspective view of the assembled battery in the present embodiment. The produced battery modules 60 are connected to each other using a connecting member such as a bus bar, and are stacked in a plurality of stages. The number of bipolar batteries 10 used in the assembled battery 70 and the number of stacked battery modules 60 are determined according to the battery capacity and output of the vehicle on which the battery is mounted.

図４は、本実施の形態の組電池を駆動用電源として搭載した電気自動車を示す図である。本実施の形態の双極型電池１０は、自動車などの車両に搭載され、モータなどの電気機器の駆動用電源として使用することができる。   FIG. 4 is a diagram showing an electric vehicle on which the assembled battery according to the present embodiment is mounted as a driving power source. The bipolar battery 10 according to the present embodiment is mounted on a vehicle such as an automobile and can be used as a power source for driving an electric device such as a motor.

図４に示すとおり、本実施の形態の組電池７０を搭載した電気自動車１００では、組電池７０から電力を供給されるモータによって駆動輪が回転し、電気自動車１００が走行する。本実施の形態の電気自動車１００では、双極型電池１０の過充電が防止されるため、車両１００の安全性および信頼性が向上する。   As shown in FIG. 4, in the electric vehicle 100 equipped with the assembled battery 70 of the present embodiment, the drive wheels are rotated by the motor supplied with electric power from the assembled battery 70, and the electric vehicle 100 travels. In electric vehicle 100 of the present embodiment, overcharge of bipolar battery 10 is prevented, so that safety and reliability of vehicle 100 are improved.

（変形例）
次に、図５〜図８を参照して、本実施の形態における双極型電池の変形例を説明する。図５〜図８は、図１に示す双極型電池におけるＣＴＲサーミスタの形成位置の変形例を示す図である。 (Modification)
Next, with reference to FIGS. 5 to 8, a modification of the bipolar battery in the present embodiment will be described. 5-8 is a figure which shows the modification of the formation position of the CTR thermistor in the bipolar battery shown in FIG.

図５に示すとおり、本変形例においてＣＴＲサーミスタ３０は、発電要素２０の上から２番目の集電体１２の上面の外縁に沿って形成されうる。図５に示す双極型電池１０によれば、発電要素２０のいずれかの単電池１１の温度が所定の温度に達した場合、２番目以下にある単電池１１が過充電電流から保護される。   As shown in FIG. 5, in this modification, the CTR thermistor 30 can be formed along the outer edge of the upper surface of the second current collector 12 from the top of the power generation element 20. According to the bipolar battery 10 shown in FIG. 5, when the temperature of any single battery 11 of the power generation element 20 reaches a predetermined temperature, the second or lower single battery 11 is protected from the overcharge current.

また、図６に示すとおり、本変形例においてＣＴＲサーミスタ３０は、発電要素２０の最上部でかつシール材２３の内側の集電体１２ｔに形成されうる。図６に示す双極型電池１０によれば、発電要素２０のいずれかの単電池１１の温度が所定の温度に達した場合、すべての単電池１１が過充電電流から保護される。   In addition, as shown in FIG. 6, in this modification, the CTR thermistor 30 can be formed on the current collector 12 t at the top of the power generation element 20 and inside the sealing material 23. According to the bipolar battery 10 shown in FIG. 6, when the temperature of any single cell 11 of the power generation element 20 reaches a predetermined temperature, all the single cells 11 are protected from overcharge current.

また、図７に示すとおり、本変形例においてＣＴＲサーミスタ３０は、発電要素２０の最上部の集電体１２ｔの上面に形成されうる。図７に示す双極型電池１０によれば、発電要素２０のいずれかの単電池１１の温度が所定の温度に達した場合、すべての単電池１１が過充電電流から保護される。   Further, as shown in FIG. 7, in this modification, the CTR thermistor 30 can be formed on the upper surface of the uppermost current collector 12 t of the power generation element 20. According to the bipolar battery 10 shown in FIG. 7, when the temperature of any single cell 11 of the power generation element 20 reaches a predetermined temperature, all the single cells 11 are protected from the overcharge current.

また、図８に示すとおり、本変形例において複数のＣＴＲサーミスタ３０が、それぞれ集電体１２の一部に接するように形成され、導線５１によって連結されうる。図８に示す双極型電池１０によれば、ＣＴＲサーミスタ３０の使用量を削減することができる。   Further, as shown in FIG. 8, in the present modification, a plurality of CTR thermistors 30 are formed so as to be in contact with a part of the current collector 12 and can be connected by a conductive wire 51. According to the bipolar battery 10 shown in FIG. 8, the usage amount of the CTR thermistor 30 can be reduced.

以上のとおり、説明した本実施の形態は、以下の効果を奏する。   As described above, the described embodiment has the following effects.

（ａ）本実施の形態の双極型電池は、発電要素と、ＣＴＲサーミスタと、導線と、を備える。発電要素は、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構成される。ＣＴＲサーミスタは、発電要素の複数の集電体のうち少なくとも１つの集電体に形成される。導線は、外部に設けられ、発電要素から熱的に隔離された外部負荷器にＣＴＲサーミスタを通じて電流を供給する。したがって、発電要素を構成する複数の単電池のいずれかの単電池が過充電状態になって温度上昇が生じた場合、ＣＴＲサーミスタの抵抗値が急激に低下し充電電流が外部負荷器へ流れ出すことにより、単電池がさらに発熱することが防止される。その結果、外部に複雑な構成の装置を設置することなく電池の安全性および信頼性が確保される。   (A) The bipolar battery of the present embodiment includes a power generation element, a CTR thermistor, and a conductive wire. The power generation element is configured by alternately laminating a plurality of bipolar electrodes each having a positive electrode active material layer formed on one surface of a current collector and a negative electrode active material layer formed on the other surface, and an electrolyte layer. The The CTR thermistor is formed on at least one current collector among the plurality of current collectors of the power generation element. The conducting wire is provided outside and supplies current through an CTR thermistor to an external loader that is thermally isolated from the power generation element. Therefore, when any one of the plurality of cells constituting the power generation element is overcharged and the temperature rises, the resistance value of the CTR thermistor rapidly decreases and the charging current flows out to the external loader. This prevents the unit cell from further generating heat. As a result, the safety and reliability of the battery can be ensured without installing a device having a complicated configuration outside.

（ｂ）ＣＴＲサーミスタは、発電要素の最上部に配置された集電体に接する。したがって、発電要素を構成する複数の単電池のいずれかの単電池が過充電状態になって温度上昇が生じた場合、すべての単電池において発熱が防止される。   (B) The CTR thermistor is in contact with the current collector disposed at the top of the power generation element. Therefore, when any one of the plurality of unit cells constituting the power generation element is overcharged and the temperature rises, heat generation is prevented in all the unit cells.

（ｃ）ＣＴＲサーミスタは、積層方向に隣り合う集電体の間で電解質層を外部から密封するシール材の外側に配置される。したがって、酸化物であるＣＴＲサーミスタによって電解質層内の電解液が劣化されることが防止される。   (C) The CTR thermistor is disposed outside the sealing material that seals the electrolyte layer from the outside between the current collectors adjacent in the stacking direction. Therefore, the electrolyte solution in the electrolyte layer is prevented from being deteriorated by the CTR thermistor which is an oxide.

（ｄ）導線は、ＣＴＲサーミスタの内部に、または表面に接して設けられ、複数のＣＴＲサーミスタを接続している。したがって、導線を有することにより、ＣＴＲサーミスタが集電体外縁の一部のみに形成される場合であっても、温度上昇に伴う抵抗値の低下により充電電流を外部負荷器へ導くことができる。また、単電池の温度上昇に伴いＣＴＲサーミスタの一部の抵抗値のみが低下したとしても、導線を通じて充電電流を外部負荷器へ導くことができる。   (D) The conducting wire is provided inside or in contact with the surface of the CTR thermistor, and connects a plurality of CTR thermistors. Therefore, by having the conducting wire, even when the CTR thermistor is formed only at a part of the outer edge of the current collector, the charging current can be guided to the external loader due to the decrease in the resistance value accompanying the temperature rise. Further, even if only a part of the resistance value of the CTR thermistor decreases with the temperature rise of the unit cell, the charging current can be guided to the external loader through the conductive wire.

（ｅ）ＣＴＲサーミスタは、集電体の外周部分の全周に渡って備えられ、導線は、ＣＴＲサーミスタの内部または表面に接して設けられている。したがって、ＣＴＲサーミスタが単電池の温度上昇を効率よく検知することができる。   (E) The CTR thermistor is provided over the entire circumference of the outer peripheral portion of the current collector, and the conducting wire is provided in contact with the inside or the surface of the CTR thermistor. Therefore, the CTR thermistor can efficiently detect the temperature rise of the unit cell.

（ｆ）本実施の形態の組電池は、双極型電池を複数電気的に接続して構成している。したがって、組電池の安全性および信頼性が向上する。   (F) The assembled battery of the present embodiment is configured by electrically connecting a plurality of bipolar batteries. Therefore, the safety and reliability of the assembled battery are improved.

（ｇ）本実施の形態の車両は、双極型電池または組電池を駆動用電源として搭載している。したがって、車両の安全性および信頼性が向上し、安定した走行性能が得られる。   (G) The vehicle of this embodiment is equipped with a bipolar battery or an assembled battery as a driving power source. Therefore, the safety and reliability of the vehicle are improved, and stable running performance can be obtained.

以上のとおり、実施の形態において、本発明の双極型電池を説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、および省略することができることはいうまでもない。   As described above, the bipolar battery of the present invention has been described in the embodiment. However, it goes without saying that the present invention can be appropriately added, modified, and omitted by those skilled in the art within the scope of the technical idea.

たとえば、本発明の実施の形態では、ＣＴＲサーミスタは、１つの集電体に形成された。しかしながら、ＣＴＲサーミスタは、単電池の熱伝導性、電極の面積などを考慮して複数の集電体に形成されてもよい。   For example, in the embodiment of the present invention, the CTR thermistor is formed on one current collector. However, the CTR thermistor may be formed on a plurality of current collectors in consideration of the thermal conductivity of the unit cell, the electrode area, and the like.

また、本発明の実施の形態の変形例では、複数のＣＴＲサーミスタが１本の導線により連結され、負荷抵抗器に接続された。しかしながら、複数の導線により負荷抵抗器に接続されてもよい。   Further, in the modification of the embodiment of the present invention, a plurality of CTR thermistors are connected by one conductor and connected to a load resistor. However, it may be connected to the load resistor by a plurality of conductive wires.

また、本発明の実施の形態では、リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明はリチウムイオン二次電池に限定されず、その他の双極型の電池にも適用される。   In the embodiment of the present invention, the lithium ion secondary battery has been described as an example. However, the present invention is not limited to the lithium ion secondary battery, but can be applied to other bipolar batteries.

本発明の実施の形態における双極型電池の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the bipolar battery in embodiment of this invention. 図１に示す双極型電池のI−I線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the II line of the bipolar battery shown in FIG. 図１に示す双極型電池を複数接続して構成された組電池を示す図である。It is a figure which shows the assembled battery comprised by connecting multiple bipolar batteries shown in FIG. 図３に示す組電池を搭載した車両を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the vehicle carrying the assembled battery shown in FIG. 本発明の実施の形態における変形例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における変形例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における変形例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における変形例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification in embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 双極型電池、
１１ 単電池、
１２，１２ｔ，１２ｂ 集電体、
１３ 正極活物質層、
１４ 負極活物質層、
１５ 電解質層、
２０ 発電要素、
２３ シール材、
３０ ＣＴＲサーミスタ（抵抗値低下部材）、
４０ 外装部材、
５０ 外部負荷器、
５１ 導線。 10 Bipolar battery,
11 cells,
12, 12t, 12b current collector,
13 positive electrode active material layer,
14 negative electrode active material layer,
15 electrolyte layer,
20 power generation elements,
23 sealing material,
30 CTR thermistor (resistance value reducing member),
40 exterior members,
50 External loader,
51 conductors.

Claims (8)

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発電要素と、
前記集電体のうち少なくとも１つの集電体に形成され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抵抗値低下部材と、
前記発電要素から外部負荷器に前記抵抗値低下部材を介して電流を供給する導線と、
を有することを特徴とする双極型電池。 A power generation element in which a positive electrode active material layer is formed on one surface of the current collector and a negative electrode active material layer is formed on the other surface, and a plurality of electrolyte layers are alternately stacked;
A resistance value lowering member that is formed on at least one current collector of the current collectors and has a resistance value that decreases from a resistance value that exhibits insulation to a resistance value that exhibits electrical conductivity due to an increase in temperature of the current collector;
A conducting wire for supplying current from the power generation element to the external loader via the resistance value reducing member;
A bipolar battery comprising: 前記抵抗値低下部材は、前記集電体の温度が上昇して所定温度に達するまで絶縁性を呈する抵抗値を有することを特徴とする請求項１に記載の双極型電池。2. The bipolar battery according to claim 1, wherein the resistance value lowering member has a resistance value that exhibits insulation until the temperature of the current collector rises and reaches a predetermined temperature. 前記抵抗値低下部材は、前記発電要素の積層方向最端部に配置された集電体に接する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。 3. The bipolar battery according to claim 1, wherein the resistance value lowering member is in contact with a current collector disposed at an end portion in the stacking direction of the power generation element. 前記抵抗値低下部材は、積層方向に隣り合う前記集電体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配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の双極型電池。 The said resistance value decreasing member is arrange | positioned on the outer side of the sealing material which seals the said electrolyte layer from the exterior between the said electrical power collectors adjacent to a lamination direction, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. The bipolar battery described in 1. 前記導線は、前記抵抗値低下部材の内部に、または表面に接して設けられ、複数の前記抵抗値低下部材を接続していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の双極型電池。 The said conducting wire is provided in the inside of the said resistance value decreasing member, or in contact with the surface, and has connected the said some resistance value decreasing member, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. Bipolar battery. 前記抵抗値低下部材は、前記集電体の外周部分の全周に渡って備えられ、前記導線は、前記抵抗値低下部材の内部または表面に接して設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の双極型電池。 The resistance value lowering member is provided over the entire circumference of the outer peripheral portion of the current collector, and the conductive wire is provided in contact with the inside or the surface of the resistance value lowering member. The bipolar battery according to any one of 1 to 4 . 請求項１〜６のいずれか１項に記載の双極型電池を直列または並列に接続して、または直列および並列接続を組み合わせて複数電気的に接続して構成したことを特徴とする組電池。 An assembled battery comprising the bipolar batteries according to any one of claims 1 to 6 connected in series or in parallel, or a plurality of electrically connected batteries in combination of series and parallel connections. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の双極型電池、または請求項７に記載の組電池を駆動用電源として搭載したことを特徴とする車両。 A vehicle comprising the bipolar battery according to any one of claims 1 to 6 or the assembled battery according to claim 7 as a driving power source.
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