JP6315269B2 - 密閉型電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、密閉型電池モジュール及びその製造方法に関する。

近年、電動機を駆動源として用いる電気自動車や、駆動源としての電動機とその他の駆動源とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド電気自動車が注目されている。このような車両においては、電動機にエネルギーである電気を供給するための高容量・高電圧を実現できるバッテリが搭載される。バッテリとしては、たとえば繰り返し充放電が可能なニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池、リチウムイオン電池等に代表される二次電池を電池セルとして用いられる。

バッテリは、電池セルを積層配列した電池モジュールを作製し、この電池モジュールをさらに複数組み付けた電池パックによって構成されている。

一般に電池セルを電池モジュール化する際には、まず電極体を電解液と共にラミネートフィルム等の外装体で封入した１つの電池セルを作製する。次にこの電池セルを複数個配列し金属ケース等に収納し組み付けて電池モジュールとしている。すなわち、従来からの電池モジュールは１電池セルごとの組み付けによって製造されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１４−７８４９８号公報

ここで、電池セルをモジュール化する際に、複数の電池セルを製造すると同時に電池モジュールも製造することができれば、電池モジュールの製造を簡素化できる。したがって、電池モジュール化に要する時間や製造コスト、部品点数を大幅に削減することができ、ひいては電池パックの製造時間やコストを抑えることができる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電池モジュール化の簡素化、及び電池モジュール化における製造時間やコストを抑えることのできる密閉型電池モジュール及びその製造方法を提供することにある。

そこで、本発明者等は鋭意検討により、電池セルのモジュール化において１電池セルごとの組み付けではなく、複数の電池セルを同時に組み付け電池モジュールを製造することを実現させた。
本発明に係る密閉型電池モジュールは、正極要素及び負極要素を含み、接合部にて直列又は並列に電気的に接続される複数の扁平形状の電極体と、電極体の厚み方向を自身の表裏方向に合わせ且つ厚み方向に直交する方向にて複数の電極体の一部を一面側に残部を他面側にそれぞれ一列に配設する、板状体から形成された隔壁板と、隔壁板に表裏方向から挟み込むように固定し且つ内部に各電極体を電解液と共に収納する収納空間を隔壁板と共に区画する、電極体の外観形状に倣った形状に板状体を変形させて形成された外装体とを備えるケースと、を有し、前記隔壁板は、樹脂層（３３）、金属層（３４）、樹脂層（３３）の順に積層された多層を単独で用いてなる、又は前記多層の複数を積層してなる積層部材である（前記多層を折り曲げて重ねたものを除く、及び前記多層を接着材で接着したものを除く）。

上記構成を採ることにより、本発明に係る密閉型電池モジュールは、複数の電極体が１つのケースに封入される。したがって、各電極体をケースで封入し電池セルとして製造してから、この電池セルを組み付けてさらにケースに封入しモジュール化する従来からの電池モジュールに比べて、本発明は電池モジュール化を簡素化することができる。つまり、電池モジュール化における電池セルと電池モジュールのケースを一元化することができるため、電池モジュール化における製造時間及び部品点数を削減することができ、ひいては製造コストを抑えることができる。

また、本発明に係る密閉型電池モジュールにおいて、各電極体は電解液と共に、ケースが作る区画された収納空間に収納され密封される。すなわち、電解液はそれぞれの収納空間において独立して存在しているため、１つの電極体が持つ電圧を各収納空間に確保することができる。したがって、例えば各電極体を直列接続した場合、本発明に係る密閉型電池モジュールは電極体数に応じた電圧を確保することができる。

また、本発明に係る密閉型電池モジュールは、複数の電極体を隔壁板の表裏両面にそれぞれ一列に配設する。よって、よりコンパクトな電池モジュールを実現することができる。すなわち、本発明に係る密閉型電池モジュールを複数配列して電池パックとする場合、所望とする電圧を確保しつつ電池パックが占める空間を小さくすることができる。

本発明に係る密閉型電池モジュールの製造方法は、複数の電極体を一列に配設し複数の接合部にて電気的に直列接続して電極体群を形成する電極体群形成工程と、複数の接合部のうちの１つを折り曲げて板状体から形成された隔壁板の表裏面を挟持するように電極体群を配設する電極体群配設工程と、電極体群配設工程において配設された電極体群の外形に倣った形態をもち且つ各電極体を電解液と共にそれぞれ収納する収納空間を区画する外装体にて電極体群を隔壁板の表裏方向から挟み込む挟持工程と、挟持工程後、隣接する収納空間を液密化するシール工程と、を有するとともに、前記隔壁板は、樹脂層（３３）、金属層（３４）、樹脂層（３３）の順に積層された多層を単独で用いてなる、又は前記多層の複数を積層してなる積層部材である（前記多層を折り曲げて重ねたものを除く、及び前記多層を接着材で接着したものを除く）。

上記構成を採ることにより、本発明に係る密閉型電池モジュールの製造方法は、複数の電極体を１つのケースにて封入する工程を有する。したがって、各電極体をケースに封入し電池セルとして作製する工程と、この電池セルを組み付けてさらにケースに封入し電池モジュールとする工程とを有する従来からの電池モジュールの製造方法に比べて、本発明に係る密閉型電池モジュールの製造方法は、その工程を簡素化することができる。つまり、電池モジュール化における電池セルと電池モジュールのケースを一元化することができるため、本発明の製造工程における製造時間及び部品点数を削減することができ、ひいては製造コストを抑えることができる。

また、本発明に係る製造方法によって製造された密閉型電池モジュールは、各電極体が電気的に直列接続され、電解液と共にケースが作る区画された収納空間に収納され密閉される。そのため、１つの電極体が持つ電圧を確保することができ、ゆえに電極体数に応じた電圧を確保することができる。

さらに、本発明に係る製造方法によって製造された密閉型電池モジュールは、複数の電極体を隔壁板の表裏両面にそれぞれ一列に配設している。したがって、よりコンパクトな電池モジュールを実現することができる。すなわち、本発明に係る製造方法によって製造された密閉型電池モジュールを複数配列して電池パックとする場合、所望とする電圧を確保しつつ電池パックが占める空間を小さくすることができる。

参考形態に係る密閉型電池モジュールを示す斜視図である。 参考形態に係る密閉型電池モジュールの断面図の一部を模式的に示した図である。 実施形態に係る密閉型電池モジュールを示す斜視図である。 実施形態に係る密閉型電池モジュールの断面図の一部を模式的に示した図である。 本発明に係る密閉型電池モジュールにおける電極体の断面図を模式的に示した図である。 実施形態に係る密閉型電池モジュールの製造工程における電極体群形成工程を模式的に示す断面図である。 実施形態に係る密閉型電池モジュールの製造工程における電極体群配設工程を模式的に示す断面図である。 実施形態に係る密閉型電池モジュールの製造工程における挟持工程を模式的に示す断面図である。 実施形態に係る密閉型電池モジュールの製造工程におけるシール工程を模式的に示す断面図である。 本発明に係る密閉型電池モジュールにおけるケースの積層構造を模式的に示す断面図である。 実施形態に係る密閉型電池モジュールにおける隔壁板の積層構造を模式的に示す断面図である。 実施形態に係る密閉型電池モジュールにおける隔壁板の他の積層構造を模式的に示す断面図である。

以下、図１〜図９を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事項は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

また、本明細書等において、密閉型電池モジュールにおける電池セルは、リチウム二次電池、リチウムイオンキャパシタ、および電気二重層キャパシタ等を含む。以下、本発明の密閉型電池モジュールにおける電池セルについて、リチウム二次電池を例に挙げ説明する。

まず、リチウム二次電池の一般的構成について概説する。本明細書において「リチウム二次電池」とは、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。一般にリチウムイオン電池（もしくはリチウムイオン二次電池）、リチウムポリマー電池、リチウム−空気電池、リチウム−硫黄電池等と称される二次電池は、本明細書におけるリチウム二次電池に包含され得る。また、本明細書において「活物質」とは、正極側又は負極側において蓄電に関与する物質（化合物）をいう。すなわち、電池の充放電時において電子の吸蔵及び放出に関与する物質をいう。なお、本発明におけるリチウム二次電池は、下記の実施形態に示したものに限定されず、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できる。

本発明に係る密閉型電池モジュールは、正極要素及び負極要素を含む電極体と、電極体の外観形状に倣った形状に変形させたケースとを有する。

図５に示すように、電極体２１は、正極要素２２、負極要素２３、セパレータ２４、正極接合体２５、負極接合体２６を有する。電極体２１の形状は特に限定されるものではないが、例えば複数の矩形板状に形成された正極要素２２と複数の矩形板状に形成された負極要素２３との間に複数の矩形形状に形成されたセパレータ２４を挟んで交互に積層して扁平形状に形成される。あるいは、正極要素２２と負極要素２３をセパレータ２４を介して交互に積層したものをコイル状に捲回し押圧することにより扁平形状に形成されても良い。

正極要素２２は、正極集電体２２ａと、正極活物質、導電助剤、及びバインダ等を含有する正極合剤からなる層（正極合剤層）を正極集電体２２ａの片面または両面に形成した構造を有する。

正極活物質は、リチウムイオンを吸蔵・放出できる活物質からなる。このような正極活物質は、例えば、Ｌｉ_1+xＭＯ₂（−０．１＜ｘ＜０．１、Ｍ：Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｍｇ等）で表される層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄又はＬｉＭｎ₂Ｏ₄の元素の一部を他の元素で置き換えたスピネル構造のリチウムマンガン酸化物、およびＬｉＭＰＯ₄（Ｍ：Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｆｅ等）で表されるオリビン型化合物等のいずれかからなることが望ましい。

上記の層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物は、例えば、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉ_1-xＣｏ_x-yＡｌ_yＯ₂（０．１≦ｘ≦０．３，０．０１≦ｙ≦０．２）、および少なくともＣｏ，ＮｉおよびＭｎを含む酸化物（ＬｉＭｎ_1/3Ｎｉ_1/3Ｃｏ_1/3Ｏ₂，ＬｉＭｎ_5/12Ｎｉ_5/12Ｃｏ_1/6Ｏ₂，ＬｉＮｉ_3/5Ｍｎ_1/5Ｃｏ_1/5Ｏ₂，ＬｉＮｉ_0.5Ｃｏ_0.2Ｍｎ_0.3）のいずれかからなることが好ましい。

正極集電体２２ａは、例えば、アルミニウム箔、およびアルミニウム合金箔のいずれかからなることが好ましい。正極集電体２２ａの厚みは、電池の大きさおよび容量によって異なるが、例えば１〜２０μｍであることが望ましい。

正極要素２２は、上述した正極活物質と、黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、および繊維状炭素等の導電助剤と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のバインダとを含む正極合剤を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤を用いて均一に分散させたペースト状またはスラリー状の組成物を調整する（バインダは、溶剤に溶解していてもよい）。この組成物を帯状の正極集電体２２ａ上に間欠的に塗布して乾燥する。必要に応じてプレス処理により正極合剤層の厚みを調整してもよい。このようにして得た長尺の正極基材を所定形状に切断して正極要素２２が得られる。

正極要素２２における正極合剤層の厚みは、片面当たり、３０〜１００μｍであることが好ましい。また、正極合剤層における各構成成分の含有量は、正極活物質：９０〜９８質量部、導電助剤：１〜５質量部、バインダ：１〜５質量部であることが望ましい。

正極接合体２５は、他の電極体と電気的に接続するための接合部位である。正極接合体２５は正極要素２２から延設された正極合剤層を設けていない各正極集電体２２ｂを積層して形成される。正極接合体２５は他の電極体の正極又は負極接合体と接合することにより電極体同士が電気的に接続される。また、正極接合体２５に電極端子を設け電極端子同士を接合することによって、電極体同士が電気的に接続してもよい。

負極要素２３は、負極集電体２３ａと、リチウムイオンを吸蔵・放出できる負極活物質を含有する層（負極合剤層）を負極集電体２３ａの片面または両面に形成した構造を有する。

負極活物質は、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、および炭素繊維等のリチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素系材料の１種または２種以上の混合物からなることが望ましい。あるいは、負極活物質は、Ｓｉ，Ｓｎ，Ｇｅ，Ｂｉ，Ｓｂ，Ｉｎ等の元素、Ｓｉ，Ｓｎ，Ｇｅ，Ｂｉ，Ｓｂ，Ｉｎの合金、リチウム含有窒化物、およびリチウム酸化物等のリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物（ＬｉＴｉ₃Ｏ₁₂等）、リチウム金属、およびリチウム／アルミニウム合金のいずれかからなることが好ましい。

負極集電体２３ａは、銅箔が好適である。銅箔は、その製造方法の違いによって電解銅箔と圧延銅箔とに大別される。電解銅箔は、相対的に安価である。負極集電体２３ａの厚みは、電池の大きさまたは容量によって異なるが、例えば、１〜２０μｍであることが好ましい。

負極要素２３は、上述した負極活物質と、バインダ（ＰＶＤＦ、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）のようなゴム系バインダとカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）との混合バインダ等）と、必要に応じて黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック等の導電助剤等とを含む負極合剤を、ＮＭＰや水等の溶剤を用いて均一に分散させたペースト状またはスラリー状の組成物を調製する（バインダは、溶剤に溶解していてもよい）。この組成物を帯状の負極集電体２３ａ上に間欠的に塗布して乾燥する。必要に応じてプレス処理により負極合剤層の厚み又は密度を調整してもよい。このようにして得た長尺の負極基材を所定形状に切断して負極要素２３が得られる。

負極要素２３における負極合剤層の厚みは、片面当たり、３０〜１００μｍであることが好ましい。また、負極合剤層における各構成成分の含有量は、負極活物質：９０〜９８質量部、バインダ：１〜５質量部であることが好ましい。また、導電助剤を用いる場合には、負極合剤層中の導電助剤の含有量は、１〜５質量部であることが好ましい。

負極接合体２６は、他の電極体と電気的に接続するための接合部位である。負極接合体２６は負極要素２３から延設された負極合剤層を設けていない各負極集電体２３ｂを積層して形成される。負極接合体２６は他の電極体の正極又は負極接合体と接合することにより電極体同士が電気的に接続される。また、負極接合体２６に電極端子を設け電極端子同士を接合することによって、電極体同士が電気的に接続してもよい。

セパレータ２４は、正極要素２２と負極要素２３との間に介在しリチウムイオンを透過させる多孔質フィルムを含む。多孔質フィルムは、融点が８０〜１４０℃程度の熱可塑性樹脂からなることが望ましく、具体的にはポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン系ポリマーからなることが好ましい。多孔質フィルムの厚みは、特に制限はないが、１０〜５０μｍであることが望ましい。

電解液として、例えば、高誘電率溶媒または有機溶媒にＬｉＰＦ₆，ＬｉＢＦ₄等の溶質を溶解した溶液（非水電解液）を用いることができる。高誘電率溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、およびγ−ブチロラクトン（ＢＬ）のいずれかを用いることができる。有機溶媒としては、直鎖状のジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＥＭＣ）等の低粘度溶媒を用いることができる。

電解液の溶媒としては、上述した高誘電率溶媒と低粘度溶媒との混合溶媒を使用することが好ましい。また、上述した溶液に、ＰＶＤＦ、ゴム系の材料、脂環エポキシ、およびオキセタン系の三次元架橋構造を有する材料等を混合して固化し、ポリマー電解質層としてもよい。あるいは、セパレータ及び電解液に代えて無機材料からなる無機固体電解質層を採用してもよい。無機固体電解質としては、例えばぺロブスカイト型、ＮＡＳＩＣＯＮ型、ＬＩＳＩＣＯＮ型、チオ‐ＬＩＳＩＣＯＮ型、γ−Ｌｉ_３ＰＯ_４型、ガーネット型、及びＬＩＰＯＮ型の群から選ばれる結晶構造を持つ少なくとも１以上の無機固体電解質材料を含むものが望ましい。

図７に示すように、電極体４，１４を電解液と共に外装するケース２，１２は板状体２８を変形させて形成されることが望ましい。板状体２８は外側層２９と、金属層３０と、内側層３１とがこの順に積層された多層の積層部材で構成されている。また、外側層２９と金属層３０との間、及び内側層３１と金属層３０との間には、接着層が介在されていることが望ましい。

ケース２，１２の板状体２８を構成する外側層２９は、外部からの衝撃に耐えるべく剛性を備え、かつ、成形性を確保するために柔軟性に優れた樹脂層が望まれる。そこで、ポリアミド樹脂またはポリエステル樹脂といった耐熱性樹脂フィルムの延伸フイルムが好ましく用いられる。例えば、二軸延伸ナイロン（ＯＮｙ）や二軸延伸ポリエチレンテレフタレート（ＯＰＥＴ）である。そして、外側層２９は少なくとも１または２以上のこれら耐熱性樹脂フィルムを含んで構成されていることが望ましい。２以上の耐熱性樹脂フィルム（２９ａ、２９ｂ）から構成される場合の外側層２９は、耐熱性樹脂フィルム同士が接着層を介して積層されていることが好ましい。

外側層２９の厚さは１０〜５０μｍ程度が好ましく、１５〜３０μｍ程度がより好ましい。厚さが１０μｍ以上であれば、板状体の成形を行なうときに延伸フイルムの伸びが充分であり、金属層３０にネッキングが生じ難くなり、ゆえに板状体２８の成形性が優れる。また、厚さが５０μｍ以下であれば、成形性の効果をより充分に発揮できる。

例えば外側層２９は、１層の場合であれば１〜１０μｍの厚さのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、２層の場合（２９ａ、２９ｂ）であれば最外層から１〜１０μｍの厚さのＰＥＴ（２９ａ）、１〜１５μｍの厚さのＯＮｙ（２９ｂ）からなることが望ましい。

ケース２，１２の板状体２８を構成する金属層３０は、ケース２，１２のバリア性確保の役割を担うものである。この金属層３０としては、アルミニウム箔、ステンレス箔、銅箔等が好ましく使用されるが、成形性、軽量であること、並びにコスト面を考慮し、アルミニウム箔を使用することが好ましい。アルミニウム箔の材質としては、純アルミニウム系またはアルミニウム−鉄系合金のＯ材（軟質材）が好ましく用いられる。

金属層３０の厚さは、加工性の確保及び酸素や水分の電池内への侵入を防止するバリア性確保のために２０〜８００μｍが望ましい。より好ましくは４０〜６０μｍである。厚さが２０μｍ以上であれば、ケース２，１２の成形時において金属箔の破断が生じ難くなり、ピンホールが発生し難くなり、酸素や水分の侵入を防止できる。厚さが６０μｍ以下であれば、成形時の破断の改善効果やピンホール発生防止効果を充分に発揮することができ、また、ケース２，１２の総厚が過剰に厚くならず、電池自体の重量増を防止できる。

また、金属層３０には、外側層２９及び内側層３１との接着性を向上させたり、耐食性を向上させるために、シランカップリング剤やチタンカップリング剤等によるアンダーコート処理や、クロメート処理等による化成処理が施されているとよい。

次に、ケース２，１２の板状体２８を構成する内側層３１は、熱可塑性樹脂フィルムを含んで構成されていることが望ましい。内側層３１に使用される熱可塑性樹脂フィルムとしては、ヒートシール性を有し、腐食性の強い電解質等に対する耐薬品性を向上させる役割を果たすものがよく、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、無水マレイン酸変性ポリプロピレン等の未延伸ポリオレフィンフィルムや、エチレン−アクリレート共重合体またはアイオノマー樹脂などの未延伸フィルムが好ましく用いられる。

内側層３１の厚さとしては、０．１〜２００μｍの範囲が好ましく、５０〜１００μｍの範囲がより好ましい。厚さが０．１μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上であれば、電解液等に対する耐食性がより優れ、また、厚さが２００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下であれば、耐薬品性効果を充分に発揮でき、かつ、電池自体の重量増を防止できる。

接着層（図示せず）は、外側層２９と金属層３０、及び内側層３１と金属層３０とを接着するために、外側層２９と金属層３０との間、及び内側層３１と金属層３０との間に配置される。また、外側層２９を複数層とする場合（２９ａ、２９ｂ）には、各層の間に接着層が配置されることが望ましい。接着層は、ドライラミネート用接着層が好ましく、例えば、ウレタン系、酸変性ポリオレフィン、スチレンエラストマー、アクリル系、シリコーン系、エーテル系、エチレン−酢酸ビニル系から選ばれる少なくとも１種を用いることが望ましい。

接着層の厚さは、０．１〜１０μｍの範囲が好ましく、１〜５μｍの範囲がより好ましい。接着層の厚さが１μｍ以上であれば、接着強度が充分であり、絶縁性をより高めることができる。また、接着層の厚みが５μｍ以下であれば、更に優れた接着強度が実現できる。

特に、外側層２９側の接着層と内側層３１側の接着層は、相互に異なる材質からなる接着層を用いることが好ましい。相互に異なる材質からなる接着層を用いることで、各材質間の接着強度および耐電解液性能を充分に付与できる。

板状体は、外側層２９、金属層３０、内側層３１を積層し公知の方法によって作製することができる。例えば、押出成形機、射出成形機、カレンダー成形機、インフレーション成形機、ロール成形機、あるいは加熱プレス成形機などを用いてフィルム状成形体に成形加工することが可能である。

ケース２，１２を構成する板状体２８としてより好ましい積層部材は、外側層２９がＰＥＴとＯＮｙからなる２層であり、金属層３０がアルミニウム、そして内側層３１がＰＰで構成されているものである。この構成を採るラミネートフィルムである板状体２８は市販されており、容易に準備できる。

また、剛性を向上させる観点から、ケース２，１２を構成する板状体として外側層２９がＰＥＴ、金属層３０がアルミニウム、そして内側層３１がＰＰ又はＰＰＳであることが望ましい。ここで、金属層３０の厚さを３００〜８００μｍとすることが望ましい。この構成を採ることにより、ケース２，１２はより剛性に優れたものとなる。本明細書において、金属層３０の材質がアルミニウムであり、厚さが３００〜８００μｍを有する板状体２８を「薄板アルミラミネートフィルム」と称する。また本明細書において、板状体２８と称する時は、ラミネートフィルムと薄板アルミラミネートフィルムの両方を意味するものとする。

［参考形態］
参考形態に係る密閉型電池モジュール１を図１及び図２を参照して以下に説明する。なお、各構成要素は上記したものを用いる。

扁平で矩形形状の電極体４は、電気を電極体から外部に導出する正極接合体９ａ及び負極接合体９ｂを有する。正極接合体９ａは、電極体４内の複数の正極集電体を延設し積層したものであり、負極接合体９ｂは、電極体４内の複数の負極集電体を延設し積層したものである。正極接合体９ａ及び負極接合体９ｂは、電極体４から相反する方向に延設されても良いが、同方向に併設して延設されても良い。

複数の電極体４は一列に配設され、接合部５にて直列に電気的に接続される。ここで、接合部５とは接合体同士が接合する部位をいう。例えば電気的に直列接続である場合には、接合部５は正極接合体９ａと負極接合体９ｂとの接合によって構成される。並列接続である場合には、接合部は正極接合体９ａ同士又は負極接合体９ｂ同士の接合によって構成される。

電極体４が直列に電気的に接続される場合は、隣り合う電極体４同士は互いに異なる接合体で接続される。例えば、図１に示すように、相反する方向に正極接合体９ａ及び負極接合体９ｂを持つ電極体４が、一列に配設される。このとき複数の電極体４は、各電極体４の正極接合体９ａ及び負極接合体９ｂが電極体４の配設方向を向くように配設される。そして、隣り合う電極体４同士は、互いに異なる極の接合体で電気的に接続される。こうして、電気的に直列接続された電極体群は準備される。

また電極体４が並列に電気的に接続される場合は、一列に配設された各電極体４同士が同極の接合体で接続される。例えば電極体４の配設方法は、相反する方向に正極接合体９ａ及び負極接合体９ｂを持つ電極体４が、一列に配設される。このとき複数の電極体４は、各電極体４の接合体が電極体４の配設方向と直交する方向を向き、かつ、各電極体４の接合体の極は同方向を向くように配設される。そして、隣り合う電極体４同士は、例えば電極端子により互いに同じ極の接合体で電気的に接続される。こうして、電気的に並列に接続された電極体群は準備される。

接合部５における接合は、接合体同士の接合すなわち、積層された集電体同士の接合であることが望ましい。一般的に電極体４同士の接合は集電体積層部に電極端子を設け、電極端子同士の接合により行われている。ここで集電体積層部に電極端子を設けずに、集電体積層部同士を接合することで、電極端子を集電体積層部に接合する工程を省くことができる。したがって、当該形態の密閉型電池モジュール１は、製造工程の簡略化、部品点数の削減、及び製造コストの削減を実現することができるものとなる。各接合体の接合方法は特に限定されないが、例えば各接合体同士を超音波溶接によって接合することが望ましい。また、詳細は後述するが、電極体群をケースにて封入する際に、ケースと一体的に接合部５を接合することも望ましい。これにより、当該形態の密閉型電池モジュール１は、更なる製造工程の簡略化及び製造コストの削減を実現できるものとなる。

各接合体は電極端子を設けて電極端子同士を接合することによって電気的に接続しても良い。接合体に電極端子を設けることにより、接合部の強度をより向上させることができる。電極端子を接合体に設ける方法及び電極端子同士の接合方法は特に限定されず公知の方法を用いることができる。例えばスポット溶接、アーク溶接、レーザー溶接、シーム溶接、超音波溶接等によって接合されることができる。

電極端子は、接合する接合体すなわち集電体と同質の材料を用いる。例えば正極接合体９ａに接合する電極端子であれば正極集電体で使用されるアルミニウムを採用することができる。負極接合体９ｂに接合する電極端子であれば負極集電体で使用される銅を採用することができる。

また、直列接続の場合、接合部５において電極端子は正極集電体及び負極集電体を構成する材料からなるクラッド材であることが望ましい。例えば正極集電体がアルミニウムからなり、負極集電体が銅からなるとすると、アルミニウムと銅からなるクラッド材を採用する。電極端子としてクラッド材を採用することにより、電極端子同士の接合工程を省くことができる。したがって、本発明は、製造工程の簡略化、部品点数の削減、及び製造コストの削減を実現することができる。

ケース２は、作製された電極体群を電解液と共に封入する。ケースの外観形状は、複数の電極体４すなわち電極体群の外観形状に倣った形状を採る。

ケース２は、一対の積層部材で構成される板状体２８を変形して形成されることが望ましい。

一対の積層部材の一方は、電極体群の電極体４が各々収容できるように、電極体４の数と同数の凹状の収納空間３が設けられる。収納空間３の作製方法は特に限定されるものではないが、例えば図７で示されるような積層構造を持つ板状体２８の積層部材を絞り加工によって浅い椀型（皿型）に変形させ作製される。収納空間３は、収納される電極体４の厚み方向と直交する方向に一列に、一方の積層部材に配設される。すなわち、一方の積層部材は、一面が収納空間３により形成される凸部を有する面であり、他面が収納空間３により形成される開口を有する面である。一対の積層部材の他方は、一対の積層部材の一方の開口を有する他面を塞ぐ板状体２８である。

作製された一方の積層部材は、他方の板状体２８の積層部材と共に電極体４の厚み方向から電極体群を電解液と共に挟み込む。すなわち、各電極体４は対応する各収納空間３に電解液と共にそれぞれ収納される。

電極体群を収納した一対の積層部材は、その外周縁である外周縁封止部６と、隣接する収納空間３同士の間である隣接封止部７を有するシール部８で封止される。シール部８は、収納空間３から隔離されている部位に存在する。ここで隣接封止部７とは、収納空間３が一列に配設される方向に収納空間３同士の間に存在するケース２の凹部を意味する。隣接封止部７には、その内部に接合体によって構成される接合部５を有する。なお、図１は外周縁封止部６と隣接封止部７からなるシール部８の一部を示している。

隣接封止部７において、接合部５と積層部材の間、すなわち積層部材と対向する接合部５両面と積層部材との間にはシーラント１０を設けることが望ましい。シーラント１０は、積層部材と金属から構成される接合部５との接着性を向上させるため、収納空間３に収納されている電解液をより効果的に液密化させる。シーラント１０の材質は、特に限定されるものではなく公知の樹脂層から構成されるもの、または金属箔を樹脂層との間に介在させたものを使用できる。例えば、積層部材側をポリオレフィン樹脂とし、接合部５側を酸変性ポリオレフィン樹脂とすることができる。または、積層部材側をポリオレフィン樹脂とし、接合部側を酸変性ポリオレフィン樹脂とし、この間にアルミニウム箔等の金属箔層を設けることができる。

封止方法は特に限定されず公知の封止手段が用いられる。例えば、ヒートシール法、超音波溶接法等が用いられる。

ここで、電気的に直列接続の場合、隣接封止部７の封止によって、隣接封止部７内部に存在する接合部５が接合されることが望ましい。この場合、電極体群の作製時において各電極体４の接合体は接合されない。そして各電極体４の接合体同士を接合部にて接触させた状態で、各電極体４はケース２の各収納空間３に電解液と共に収納される。そして、ケース２の封止工程において、隣接封止部７を封止する際に積層部材の封止と共に接合部５が接合される。すなわち、接合部５は積層部材を介して封止手段によって接合される。この方法によれば、電極体群を作製する工程において接合体の接合工程を省略することができるため、より製造工程を簡素化することができ、製造コストを抑えることができる。

こうして製造された当該形態の密閉型電池モジュール１の形状は、全体として薄い平板状の形状をなす。

また、ケース２は、一枚の積層部材から構成される板状体２８を変形して形成されることも望ましい。一枚の積層部材のうち、一部は電極体４の数と相当する数を有する収納空間３を備え、残部は一部と貼り合わさって封止する。すなわち、上記した一対の積層部材の一方が一部に相当し、一対の積層部材の他方が残部に相当するし、同様の構成を採る。

一枚の積層部材は、一部に形成された収納空間３に電極体群を電解液と共に収納した後、残部が一部の収納空間３の開口に向かって折り畳まれ、収納空間３を塞ぐ。そして、一枚の積層部材は、外周縁封止部６と収納空間３同士の間である隣接封止部７とで公知の封止手段によって封止される。

本形態の密閉型電池モジュール１は、封止工程において、ケース２の収納空間３同士の間を封止する。すなわち、当該形態のケース２は各収納空間３をそれぞれ独立して密封し区画するため、各収納空間３に収納された電解液は液密化される。したがって、例えば電極体４を電気的に直列接続する場合に、各電極体４がそれぞれ有する電圧を確保することができるため、当該形態の密閉型電池モジュール１は電極体４の数に相当する電圧（１つの電極体の電圧×電極体の数）を得ることができる。ゆえに、所望とする電圧を容易に制御することができる。

また、当該形態の密閉型電池モジュール１は、電池セルを作製すると同時に電池モジュールを作製することができる。すなわち、電池セルのケースと電池モジュールのケースとを一元化することができる。したがって、製造工程を簡素化することができ、部品点数を減らすことができ、製造コストを抑えることができる。

［実施形態］
実施形態は、参考形態と電極体の配設方法の点で異なる。したがって、参考形態と同じ点については説明を省略し、異なる点について以下説明する。

図３、図４、図８、及び図９に示すように、本形態の密閉型電池モジュール１１は、板状体３２である隔壁板１２ｂと板状体２８を変形させて電極体群の各電極体１４を各々電解液と共に収納する収納空間１３を区画する外装体１２ａとを備えるケース１２を有する。

複数の電極体１４からなる電極体群は、隔壁板１２ｂの一面側に電極体群の一部を一列に配設し、一面側と背向する他面側に電極体群の残部を一列に配設して構成される。電極体１４の配設方向は、隔壁板の長手方向すなわち電極体１４の厚み方向と直交する方向である。このように構成された電極体群は、電解液と共に外装体１２ａと隔壁板１２ｂによって封入され、当該実施形態に係る密閉型電池モジュール１１は形成される。

隔壁板１２ｂは、板状体３２から形成される。板状体３２は、一面と一面に背向する他面を持つ。すなわち板状体３２の一面と他面は、表裏方向に位置する表裏面である。板状体３２の一面及び他面上には複数の電極体１４が一列に長手方向に配設される。隔壁板１２ｂの表裏方向は、電極体１４の厚み方向と一致する。そして、長手方向とは電極体１４の厚み方向（隔壁板の表裏方向）と直交する方向を意味する。

隔壁板１２ｂの板状体３２は、両面（一面及び他面）に配設される電極体１４及び電解液を絶縁的に隔離する。したがって、腐食性の強い電解質等に対する耐薬品性向上の観点から板状体３２は金属板の両面を樹脂コートしたものが望ましい。図８に示すように、隔壁板１２ｂは樹脂層３３、金属層３４、樹脂層３３の順に積層された多層を単独で用いてなる、又は多層の複数を積層してなる積層部材である。

隔壁板１２ｂを構成する積層部材（多層，板状体に相当）の材質は特に限定されるものではなく、樹脂層３３は上述したケースで採用される樹脂を採用でき、金属層３４は上述したケースで採用される金属を採用できる。

外装体１２ａは、板状体２８を変形して形成される。すなわち、板状体２８に各電極体４を収納する収納空間１３を設けるように変形して形成される。外装体１２ａは、一対の積層部材から構成される板状体２８であっても、一枚の積層部材から構成される板状体２８であっても良い。また積層部材は、上記したケースと同様の構成及び材質を採用できる。

隔壁板１２ｂは、外装体１２ａを構成する積層部材と同じ積層部材を用いて形成されることが望ましい。すなわち、図９に示すように、外装体１２ａを構成する積層部材と同じもの（多層，板状体，積層体に相当）を２枚用意し、積層部材の外側層２９（２９ａ）同士を接するように配設して１枚の板状体を形成することが望ましい。例えば、積層部材がＰＥＴ，ＯＮｙ、アルミニウム箔、ＰＰの順に積層されたラミネートフィルム（積層体に相当）を採用する場合は、２枚のラミネートフィルムを最外層２９（２９ａ）のＰＥＴ同士で接するように配設する。したがって、作製される隔壁板１２ｂの積層部材は、ＰＰ，アルミニウム箔、ＯＮｙ、ＰＥＴ，ＯＮｙ、アルミニウム箔、ＰＰの順に積層された構成を採る。この積層構造を採る隔壁板１２ｂは両端面に位置する層が熱可塑性樹脂のＰＰであることにより、外装体１２ａと隔壁板１２ｂとのシール部における熱融着性を向上させることができる。

このようにして隔壁板１２ｂが形成されることにより、一種類の積層部材（多層，板状体，積層体に相当）を用意することで隔壁板１２ｂと外装体１２ａの板状体を準備することができる。したがって、当該実施形態の密閉型電池モジュール１１は、更なる部品点数及び製造コストを抑制できるものとなる。

また隔壁板１２ｂの積層部材（多層，板状体，積層体に相当）は市販されるラミネートフィルムをＰＥＴ同士で貼り合わせたものを用い、外装体１２ａは薄板アルミラミネートフィルムを用いても良い。外装体１２ａに薄板アルミラミネートフィルムを用いることにより、当該実施形態の密閉型電池モジュール１１の剛性を向上させることができる。そして、隔壁板１２ｂは容易に準備することができるため、製造工程をより簡素化することができる。

隔壁板１２ｂと外装体１２ａから構成されるケース１２は収納空間１３を液密化するシール部１８を有する。シール部１８はケース外周縁に位置する外周縁封止部１６と隣接する収納空間同士の間に位置する隣接封止部１７を備える。なお、図３は外周縁封止部１６と隣接封止部１７からなるシール部１８の一部を示している。

図４に示すように、隣接封止部１７の内部は、隔壁板１２ｂの一面側上に存在する電極体群一部の接合部１５と、隔壁板１２ｂの他面側上に存在する電極体群残部の接合部１５とが、外装体１２ａと隔壁板１２ｂによって熱圧着されている。外装体１２ａと接合部１５との間、接合部１５と隔壁板１２ｂとの間にはシーラント２０を設けることが望ましい。シーラント２０は、第１実施形態に係る密閉型電池モジュール１にて記載したものを採用することができる。

ここで、電極体群の一部と残部は隔壁板１２ｂを対称面として面対称の位置に配置されていることが望ましい。このように電極体１４が配置されることにより、隔壁板１２ｂの一面側と他面側の隣接封止部１７もまた対向する位置に配置することができる。したがって、隣接封止部１７のシール工程を隔壁板１２ｂの一面側と他面側とに分けて行うことなく、一度に行うことができる。例えば、シール手段としてヒートシール手段を用いるならば、隣接封止部１７における隔壁板１２ｂの一面側と他面側の両側からヒートシールバーを当てることにより隣接封止部１７を封止できる。

また、隣接封止部１７内部に存在する接合部１５は、隔壁板１２ｂの一面側と他面側とで位置をずらして配置されていることが望ましい。つまり、隣接封止部１７を隔壁板１２ｂ一面側から見た平面透視図において、隔壁板１２ｂ一面側の接合部１５と他面側の接合部１５が重なり合っていないことが望ましい。この構成を採ることにより、隔壁板１２ｂ両面に存在する接合部１５が重なり合わないため、隣接封止部１７の厚みを薄くすることができる。したがって、隣接封止部１７の封止をより効率良く行うことができる。そして、当該実施形態の密閉型電池モジュール１１の組み付け性を向上させることができる。

また、隣接封止部１７に位置する隔壁板１２ｂに、接合部１５を収納する凹部又は貫通孔が形成されることが望ましい。隔壁板１２ｂに凹部又は貫通孔を設けて接合部１５を収納することにより、より隣接封止部１７の厚みを薄くすることができる。したがって、隣接封止部１７の封止をより効率良く行うことができる。そして、当該実施形態の密閉型電池モジュール１１の組み付け性を向上させることができる。

次に、図６Ａ〜図６Ｄを参照して実施形態の製造方法について、直列接続の密閉型電池モジュールを例に挙げ説明をする。

当該実施形態の製造方法は、電極体群形成工程（図６Ａ）と、電極体群配設工程（図６Ｂ）と、挟持工程（図６Ｃ）と、シール工程（図６Ｄ）を有する。

電極体群工程は、複数の電極体１４を一列に配設し複数の接合部１５にて電気的に直列接続して電極体群２７を形成する工程である。各電極体１４は、電極体１４の配設方向に一列に配設される。ここで配設方向とは、電極体１４の厚み方向と直交する方向を意味する。

各電極体１４の正極接合体１９ａ及び負極接合体１９ｂは配設方向に位置する。そして、正極接合体１９ａと負極接合体１９ｂとは互いに相反する方向に位置する。

隣り合う電極体１４は接合部１５において、一方の電極体１４の正極接合体１９ａと他方の電極体１４の負極接合体１９ｂの接合によって電気的に接続される。接合部１５は、各接合体に電極端子を設けて電極端子同士の接合によって構成されていても良い。

電極体群２７の電極体１４の数は、２以上の偶数倍の数であることが望ましい。そして、接合部１５の数は、電極体１４の数を２ｎとしたとき２ｎ−１の数となる。

電極体１４の数が２以上の偶数倍であることにより、製造された当該実施形態の密閉型電池モジュール１１は、隔壁板１２ｂを対称面として面対称の位置に電極体１４を配置する構成を採ることができる。電極体群２７の一部と残部が同数であり、隔壁板１２ｂを介して電極体群２７の一部と残部が面対称の位置に配置されることにより、接合部１５も隔壁板１２ｂを介した面対称の位置に配置される。したがって、封止工程において隔壁板１２ｂの表裏方向から一度に２つの隣接封止部１７を封止することが可能となる。

電極体群配設工程は、複数の接合部１５のうちの１つを折り曲げて板状体から形成された隔壁板１２ｂの表裏面を挟持するように電極体群２７を配設する工程である。

電極体群配設工程は、まず準備した一列に配設される電極体群２７のうち１つの接合部１５を山折りに折り曲げる。すなわち、電極体１４群の形状は、電極体１４の厚み方向における垂直断面図において、コの字の形状となる。

折り曲げる接合部１５は、電極体群２７の電極体１４の数を２ｎとしたとき、一列に配設された一端の電極体１４から数えてｎ番目とｎ＋１番目の間に位置することが望ましい。この位置に存在する接合部１５を折り曲げることにより、隔壁板１２ｂを対称面として面対称の位置に電極体１４を配設することができる。

次に電極体１４の厚み方向における垂直断面図において、コの字の形状となった電極体群２７の間に隔壁板１２ｂを設ける。隔壁板１２ｂは自身の表裏方向に表裏面である一面と他面を有する。すなわち、電極体群２７は隔壁板１２ｂの表裏面を挟持するように電極体群２７の一部は隔壁板１２ｂの一面に配設され、電極体群２７の残部は隔壁板１２ｂの他面に配設される。

挟持工程は、電極体群２７の外形に倣った形態をもち且つ各電極体１４を電解液と共にそれぞれ収納する収納空間１３を区画する外装体１２ａにて電極体群２７を隔壁板１２ｂの表裏方向から挟み込む工程である。

外装体１２ａが一対の積層部材から構成される場合は、一対の積層部材が隔壁板１２ｂの表裏方向から電極体群２７を挟み込む。つまり、一方の積層部材は隔壁板１２ｂの表方向から、他方の積層部材は隔壁板１２ｂの裏方向から電極体群２７を挟み込むようにして固定され、各電極体１４を収納空間１３にて収納する。したがって、両方の積層部材には、各積層部材に収納される電極体１４の数に相当する収納空間１３を形成する。

外装体１２ａが一枚の積層部材から構成される場合は、積層部材の長手方向に電極体群２７の数に相当する数の収納空間１３を一列に形成する。そして、各電極体１４を収納空間１３に収納するように積層部材を１つの隣接封止部１７にて山折りに折り畳む。このように折り畳まれた積層部材は、隔壁板１２ｂの表裏方向から電極体群２７を挟み込むようにして固定され、各電極体１４を収納空間１３にて収納する。

折り畳まれる隣接封止部１７は、積層部材の一端から数えて隔壁板１２ｂの一面に配設される電極体１４の数に相当する数に位置する収納空間１３と、積層部材の他端から数えて隔壁板１２ｂの他面に配設される電極体１４の数に相当する数に位置する収納空間１３との間であることが望ましい。

シール工程は、隣接する収納空間１３を液密化する工程である。

収納空間１３は、外装体１２ａと隔壁板１２ｂによって区画される。そして、収納空間１３は、シール工程によって封止され、収納される電解液を液密化する。ケース１２のシール部１８は、上述した通り外周縁封止部１６と隣接封止部１７を有し、公知の封止手段によって封止される。

１：参考形態に係る密閉型電池モジュール ２、１２：ケース ３、１３：収納空間
４、１４，２１：電極体 ５、１５：接合部 ６，１６：外周縁封止部
７，１７：隣接封止部 ８，１８：シール部 ９ａ、１９ａ、２５：正極接合体
９ｂ、１９ｂ、２６：負極接合体 １０、２０：シーラント
１１：実施形態に係る密閉型電池モジュール １２ａ：外装体 １２ｂ：隔壁板
２７：電極体群 ２８：板状体（ケース、外装体） ２９：外側層 ３０：金属層
３１：内側層 ３２：板状体（隔壁板） ３３：樹脂層 ３４：金属層

Claims (7)

1. 正極要素及び負極要素を含み、接合部（１５）にて直列又は並列に電気的に接続される複数の扁平形状の電極体（１４）と、
   前記電極体の厚み方向を自身の表裏方向に合わせ且つ前記厚み方向に直交する方向にて複数の前記電極体の一部を一面側に残部を他面側にそれぞれ一列に配設する、板状体（２８）から形成された隔壁板（１２ｂ）と、前記隔壁板に表裏方向から挟み込むように固定し且つ内部に各前記電極体を電解液と共に収納する収納空間（１３）を前記隔壁板と共に区画する、前記電極体の外観形状に倣った形状に板状体を変形させて形成された外装体（１２ａ）とを備えるケース（１２）と、
   を有し、
   前記隔壁板は、樹脂層（３３）、金属層（３４）、樹脂層（３３）の順に積層された多層を単独で用いてなる、又は前記多層の複数を積層してなる積層部材である（前記多層を折り曲げて重ねたものを除く、及び前記多層を接着材で接着したものを除く）密閉型電池モジュール（１１）。
2. 複数の前記電極体のうちの一部と残部とは前記隔壁板を対称面として面対称の位置に配置されており、
   隣接する前記収納空間同士の間に位置する隣接封止部（１７）を前記隔壁板の前記一面側から見た平面透視図において、前記一面側の前記接合部と前記他面側の前記接合部が重なり合わないように、位置をずらして配置されている請求項１に記載の密閉型電池モジュール。
3. 隣接する前記収納空間の間を液密化するシール部（１８）をもち、
   前記ケースの前記シール部にて前記収納空間から隔離されている部位であって、隣接する前記収納空間同士の間に位置する隣接封止部（１７）に位置する前記隔壁板に、前記接合部を収納する凹部を形成している請求項１又は２に記載の密閉型電池モジュール。
4. 前記電極体は正極接合体（２５、１９ａ）及び負極接合体（２６、１９ｂ）をもち、
   前記接合部において前記正極接合体及び前記負極接合体を構成する材料からなるクラッド材によって前記電極体同士を電気的に直列に接続する請求項１〜３の何れか一項に記載の密閉型電池モジュール。
5. 前記板状体（２８）は、外側層（２９）と、内側層（３１）と、前記外側層及び前記内側層の間に配設された金属層（３０）とを含み、
   前記外側層は耐熱性樹脂フィルムからなり前記内側層は熱可塑性樹脂フィルムからなる請求項１〜４の何れか一項に記載の密閉型電池モジュール。
6. 前記隔壁板は、前記外側層、前記金属層（３０）、前記内側層が積層してなる積層体の２枚を前記外側層同士を接するように配設してなる請求項５に記載の密閉型電池モジュール。
7. 複数の電極体を一列に配設し複数の接合部にて電気的に直列接続して電極体群を形成する電極体群形成工程と、
   複数の前記接合部のうちの１つを折り曲げて板状体から形成された隔壁板の表裏面を挟持するように前記電極体群を配設する電極体群配設工程と、
   前記電極体群配設工程において配設された前記電極体群の外形に倣った形態をもち且つ各前記電極体を電解液と共にそれぞれ収納する収納空間を区画する外装体にて前記電極体群を前記隔壁板の表裏方向から挟み込む挟持工程と、
   前記挟持工程後、隣接する前記収納空間を液密化するシール工程と、
   を有するとともに、
   前記隔壁板は、樹脂層（３３）、金属層（３４）、樹脂層（３３）の順に積層された多層を単独で用いてなる、又は前記多層の複数を積層してなる積層部材である（前記多層を折り曲げて重ねたものを除く、及び前記多層を接着材で接着したものを除く）密閉型電池モジュールの製造方法。

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