CN107845834A - 组电池、电池包及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式涉及组电池、电池包及车辆。实施方式提供可防止在电池内部串联连接时的单电池彼此之间的液体导通的组电池及电池包。实施方式的组电池具备层叠的多个非水电解质电池(4、5)和配置在两个相邻的所述电池之间且与这些电池电连接的至少一个引线(6)。所述多个电池分别具备至少一个正极电极(10)、至少一个负极电极(9)和非水电解质。正极电极具备集电体和设置在该集电体的两面上的正极活性物质层。负极电极具备集电体和设置在该集电体的两面上的负极活性物质层。引线中与所述两个电池对置的对置表面的面积被设定成大于所述两个电池各自中与引线的所述对置表面对置的表面的面积。

Description

组电池、电池包及车辆
技术领域
本发明的实施方式涉及组电池、电池包及车辆。
背景技术
近年来，作为高能量密度电池，一直在广泛开展锂离子二次电池这样的非水电解质电池的研究开发。非水电解质电池被期待着作为混合动力汽车、电动汽车、便携式电话局域网站的无停电电源用等的电源。但是，即使使锂离子二次电池的单电池大型化，从单电池得到的电压也为3.7V左右的低电压。因此，为了得到高输出，需要从大型化的单电池取出大电流，因此有装置整体大型化的问题。
作为解决这些问题的电池，提出了双极型电池。双极型电池是以将在集电体的一个板面上形成有正极活性物质层、在集电体的另一个板面上形成有负极活性物质层的双极电极和电解质层夹持的方式以多片串联层叠而成的结构的电池。就该双极型电池而言，由于在单电池内部以串联方式层叠，所以即使在单电池中也能得到高电压。因而，在要得到高输出时也能以高电压恒电流得到输出，而且能够大幅度降低电池连接部的电阻。
就锂离子二次电池而言，采用了使用液状电解质的结构。但是，由于双极型电池在单电池中重复正极和负极，所以不能将锂离子二次电池的使用了液状电解质的结构用于双极型电池。也就是说，在双极型电池的结构上，为了不因电极层之间存在的电解液相互接触而产生由离子传导导致的短路(液体导通)，需要采用使各电极之间独立的结构。
迄今为止，提出了使用不含液状电解质的高分子固体电解质的双极型电池。如果采用该方法则因电池内不含液状电解质，所以发生由电极层之间的离子传导导致的短路(液体导通)的可能性降低。可是，一般来讲固体电解质的离子传导率与液状电解质相比非常低，为1/10～1/100左右。因此，出现电池的输出密度下降的问题，所以还没有达到实用化。
鉴于这些情况，提出了使用使液状电解质半固态化而成的凝胶电解质的双极型电池。凝胶电解质是在聚环氧乙烷(PEO)、聚偏氟乙烯(PVdF)等高分子中渗入电解液而得到的凝胶状电解质。该凝胶电解质的离子传导率高，也可期待充分得到电池的输出密度。
发明内容
另一方面，对于使双极型电池大型化(高能量密度化)，还有要解决的课题。作为使双极型电池高能量密度化的方法，可考虑增大正负极的电极面积的方法、以及将小面积的双极型单电池以并联方式连接的方法等。作为一种有效的方法，可考虑制作并联连接体(层叠体)，在收容电池主体的容器的内部将层叠体串联连接的方法，但有因层叠体彼此接触而短路的课题。
本发明所要解决的课题是提供能够防止在收容电池主体的容器的内部串联连接多个非水电解质电池和至少一个引线时的非水电解质电池彼此之间的液体导通的组电池、电池包及车辆。
实施方式的组电池具备层叠的多个非水电解质电池以及配置在两个相邻的非水电解质电池之间且与两个相邻的非水电解质电池电连接的至少一个引线。多个非水电解质电池各自具备至少一个正极电极、至少一个负极电极和非水电解质。至少一个正极电极具备正极集电体和设置在正极集电体的两面上的正极活性物质层。至少一个负极电极具备负极集电体和设置在负极集电体的两面上的负极活性物质层。至少一个引线中与两个相邻的非水电解质电池对置的对置表面的面积被设定成大于两个相邻的水电解质电池各自中与至少一个引线的所述对置表面对置的表面的面积。
根据上述构成，可防止在收容包含多个非水电解质电池和至少一个引线的电池主体的容器的内部串联连接多个非水电解质电池和至少一个引线时的多个非水电解质电池彼此之间的液体导通。
附图说明
图1是示出第1实施方式的组电池整体的概略构成的纵向剖视图。
图2A是示出将第1实施方式的组电池的非水电解质电池和引线展开的状态的概略构成的俯视图。
图2B是示出将第1实施方式的组电池的非水电解质电池和引线展开的状态的概略构成的侧视图。
图3是示出第1实施方式的非水电解质电池的层叠体的内部构成的纵向剖视图。
图4A是示出第1实施方式的非水电解质电池的负极电极的主要部分的构成的纵向剖视图。
图4B是示出第1实施方式的非水电解质电池的正极电极的主要部分的构成的纵向剖视图。
图5A是将第2实施方式的组电池的多个非水电解质电池和多个引线的串联连接体以展开的状态示出的俯视图。
图5B是将第2实施方式的组电池的多个非水电解质电池和多个引线的串联连接体以重叠层叠的状态示出的侧视图。
图6是示出将第2实施方式的组电池收容在外包装构件中的状态的纵向剖视图。
图7是示出第3实施方式的组电池的层叠体的内部构成的纵向剖视图。
图8是示出第4实施方式的组电池的层叠体的内部构成的纵向剖视图。
图9是示出第5实施方式的组电池的层叠体的内部构成的纵向剖视图。
图10是将第6实施方式的组电池的非水电解质电池和引线以展开的状态示出的俯视图。
图11是示出将第6实施方式的组电池的非水电解质电池和引线重叠层叠的状态的立体图。
图12是示出将第6实施方式的组电池的层叠体的引线的一部分弯曲的状态的立体图。
图13是示出将第7实施方式的组电池的多个非水电解质电池和多个引线重叠层叠的状态的立体图。
图14是示出将第7实施方式的组电池收容在外包装构件中的状态的剖视图。
图15是示出第8实施方式的组电池的层叠体的内部构成的纵向剖视图。
图16是示出第1实施方式的多个组电池的电池包的概略构成的分解立体图。
图17是示出图16的电池包的电路的框图。
图18是示出实施方式的车辆的例子的示意图。
符号说明
1组电池，2外包装构件，3电池主体，4第一非水电解质电池，5第二非水电解质电池，6引线，7串联连接体，8层叠体，9负极电极，10正极电极，11负极集电体，12负极活性物质层，13正极集电体，14正极活性物质层，15层叠体，16隔膜，17绝缘层，18负极极耳，18a负极极耳层叠部，19正极极耳，19a正极极耳层叠部，20外部连接部，31绝缘层，32引线，33伸出部，34折弯部，36外包装构件，35电池主体，63负极端子，64正极端子，65粘接胶带，66非水电解质电池，67印制电路布线基板，68热敏电阻，69保护电路，70通电用端子，71正极侧引线，72正极侧连接器，73负极侧引线，74负极侧连接器，75布线，77a正极侧布线，77b负极侧布线，78布线，79保护片材，80收纳容器，81盖，90电池包，91组电池，101组电池，102非水电解质电池，103引线，104电池主体，105串联连接体，106层叠体，107外包装构件，201组电池，301组电池，401组电池，402非水电解质电池，403正极电极，404负极电极，405层叠体，406隔膜，407绝缘层，408正极极耳，409负极极耳。
具体实施方式
以下，参照附图对多种实施方式的组电池、具备多个组电池的电池包以及具备电池包的车辆进行说明。再者，对各个实施方式中共同的构成标注相同的符号，并省略重复的说明。
此外，各图是有助于发明的说明及其理解的示意图，其形状或尺寸、比例等有与实际装置不同的地方，但它们可以通过参考以下的说明和公知技术来适宜地进行设计变更。
[第1实施方式]
图1～图4B中示出第1实施方式。图1是示出本实施方式的组电池1整体的概略构成的纵向剖视图。本实施方式的组电池1具有外包装构件(壳)2和收纳在该外包装构件2内的电池主体3。外包装构件2可使用具有后述构成的构件，例如由在两片树脂薄膜之间夹着金属层的层压薄膜形成。
电池主体3中，2个非水电解质电池(第一非水电解质电池4和第二非水电解质电池5)被层叠，在该层叠的第一非水电解质电池4与第二非水电解质电池5之间配设有面积比非水电解质电池对置的面的面积大的薄片状的引线6。这里，引线6例如由铝箔制成。再者，所说的第一非水电解质电池4和第二非水电解质电池5被层叠是不需要接触的，而且也不需要与配设置在它们的间隙中的引线6紧密接触。
本实施方式的电池主体3如图2A及图2B所示的那样在引线6的两侧配置第一非水电解质电池4和第二非水电解质电池5，以一直线状串联电连接，从而形成串联连接体7。然后，该直线状的串联连接体7以如图1所示的那样交替重叠层叠而成的层叠体8的状态被收容在外包装构件2的内部。
这里，以在引线6的上侧配置第一非水电解质电池4、在引线6的下侧配置第二非水电解质电池5的状态重叠层叠。图2A及图2B示出将电池主体3的第一非水电解质电池4、第二非水电解质电池5和引线6展开的状态。
图3是示出电池主体3的层叠体8的内部构成的纵向剖视图。再者，本实施方式中，第一非水电解质电池4和第二非水电解质电池5形成相同的结构。因此，这里，只对一方的第一非水电解质电池4的结构进行说明，对于第二非水电解质电池5的相同部分标注相同符号，并将其说明省略。
第一非水电解质电池4具备多个(本实施方式中为4个)负极电极9、多个(本实施方式中为3个)正极电极10和未图示出的非水电解质。非水电解质含浸在负极电极9和正极电极10的电极组中。
非水电解质也可以是固体状聚合物电解质或凝胶状聚合物电解质。
图4A是示出负极电极9的电极结构的主要部分的纵向剖视图，图4B是示出正极电极10的电极结构的主要部分的纵向剖视图。负极电极9如图4A所示的那样具有负极集电体11和层叠在负极集电体11的两面上的负极活性物质层12。正极电极10如图4B所示的那样具有正极集电体13和层叠在正极集电体13的两面上的正极活性物质层14。而且，通过4个负极电极9和3个正极电极10交替地层叠、合计7个电极层叠而成的1个层叠体15形成第一非水电解质电池4。这里，就1个层叠体15而言，在图3中最下部配置负极电极9，在该负极电极9上以夹着隔膜16的方式层叠有正极电极10。另外，在该正极电极10上以夹着隔膜16的方式层叠有负极电极9。这样一来，将负极电极9和正极电极10以夹着隔膜16的方式交替堆积、最后也为负极电极9的方式进行层叠。此外，在层叠体15的外包装面被覆有隔膜等绝缘层17。
就第一非水电解质电池4而言，在4个负极电极9的图3中右端部分别具有负极极耳18、在3个正极电极10的图3中左端部分别具有正极极耳19。负极极耳18是将负极集电体11的一部分延伸地设置到绝缘层17的外侧。同样，正极极耳19是将正极集电体13的一部分延伸地设置到绝缘层17的外侧。
第一非水电解质电池4的4个负极极耳18例如通过焊接而被固定在负极侧的外部连接部20上来进行连接。第一非水电解质电池4的3个正极极耳19例如通过焊接而被固定在引线6的构成具有半径R的弯曲部的一端部(图3中左端部)上来进行连接。由此，将通过交替层叠4个负极电极9和3个正极电极10而成的电极组并联连接来形成第一非水电解质电池4。
第二非水电解质电池5的4个负极极耳18例如通过焊接而被固定在引线6的构成具有半径R的弯曲部的另一端部(图3中右端部)来进行连接。第二非水电解质电池5的3个正极极耳19例如通过焊接而被固定在正极侧的外部连接部20上来进行连接。由此，将通过交替层叠4个负极电极9和3个正极电极10而成的电极组并联连接来形成第二非水电解质电池5。
再者，就本实施方式而言，按照以下的方式进行设定：在将第一非水电解质电池4及第二非水电解质电池5的电阻设定为RA、将引线6的电阻设定为RB时，为RA≥RB。
接着，对本实施方式的组电池1的构成要素更详细地进行说明。
<负极电极9>
该负极电极9具有负极集电体11和担载在所述集电体11的一面或两面上且含有活性物质、导电剂及粘合剂的负极层(负极活性物质层12)。
负极集电体11优选使用铝箔或纯铝(纯度为100％)至纯度为98％以上的铝合金箔。作为铝合金，优选为含有铝与选自铁、镁、锌、锰及硅中的1种以上的元素的合金。例如，Al-Fe合金、Al-Mn系合金及Al-Mg系合金能够得到比铝更高的强度。另一方面，优选将铝及铝合金中的镍、铬等过渡金属的含量设定为100ppm以下(包括0ppm在内)。例如，就Al-Cu系合金而言，虽然强度提高，但耐蚀性恶化，所以不适合作为集电体。
更优选的铝纯度为99.95～98.0％的范围。本实施方式中，通过使用二次粒子为2μm以上的含钛氧化物粒子，可降低负极压制压力，从而减小铝箔的延伸率，因此该纯度范围是适当的。其结果是，具有能够提高铝箔集电体的电子传导性的优点，并且能够通过抑制含钛氧化物的二次粒子的破碎来制作低电阻的负极。
作为负极活性物质层12的嵌入及脱嵌锂离子的负极活性物质，可列举出碳质材料、石墨材料、锂合金材料、金属氧化物、金属硫化物。其中优选选择含有选自锂离子的嵌入脱嵌电位按Li电位基准计在1～3V的范围的锂钛氧化物、钛氧化物、铌钛氧化物、锂钠铌钛氧化物之中的一种以上、具体地为一种或二种以上的含钛氧化物的负极活性物质。
作为锂钛氧化物，有用通式Li4+xTi5O12(x为-1≤x≤3)表示的尖晶石结构的锂钛氧化物，作为斜方锰矿结构的锂钛氧化物，有Li2+xTi3O7、Li1+xTi2O4、Li1.1+xTi1.8O4、Li1.07+ xTi1.86O4、LixTiO2(x为0≤x)等锂钛氧化物、用通式LixTiO2(0≤x)表示的单斜晶结构(作为充电前结构为TiO2(B))、金红石结构、锐钛矿结构的钛氧化物(作为充电前结构为TiO2)，铌钛氧化物为用LiaTiMbNb2±βO7±σ(0≤a≤5、0≤b≤0.3、0≤β≤0.3、0≤σ≤0.3，M为Fe、V、Mo、Ta中的至少1种以上的元素)表示的。它们可单独使用或混合使用。更优选为体积变化非常小的用通式Li4+xTi5O12(x为-1≤x≤3)表示的尖晶石结构的锂钛氧化物。通过使用这些含钛氧化物，可取代以往的铜箔而使用与正极集电体13相同的铝箔作为负极集电体11，可实现轻质化和低成本化。
负极活性物质的二次粒子的平均粒径(直径)优选大于5μm，更优选为7～20μm。如果在该范围，则能以将负极压制压力保持得较低的状态制作高密度的负极，能够抑制铝箔集电体的延伸。
二次粒子的平均粒径大于5μm的负极活性物质例如可用以下方法得到。在通过对活性物质原料进行反应合成而制成平均粒径为1μm以下的活性物质前体后，进行烧制处理，用球磨机及喷射式粉碎机等粉碎机实施粉碎处理，接着在烧制处理中，使活性物质前体凝聚，生长成粒径大的二次粒子。由此，优选将负极活性物质的一次粒子的平均粒径设定为1μm以下。由此，就高输入性能(急速充电)而言此效果显著。这是因为例如活性物质内部的锂离子的扩散距离缩短，比表面积增大。再者，更优选的平均粒径为0.1～0.8μm。此外，为降低负极电阻，还优选在二次粒子表面被覆碳质材料。这可通过在二次粒子制造过程中添加碳质材料的前体，在不活泼气氛下在500℃以上进行烧制来制作。
此外，在负极电极9制成后的负极活性物质层12中，含钛氧化物的二次粒子和一次粒子也可以混合存在。从更高密度化的观点出发，优选在负极活性物质层12中存在5～50体积％的一次粒子。
之所以使负极活性物质的平均粒径在上述范围是因为如果因使用平均粒径超过1μm的一次粒子而使负极电极9的比表面积增大至3～50m2/g，则不能避免负极电极9的多孔率的下降。但是，如果平均粒径小，则有可能容易产生粒子的凝聚，非水电解质的分布偏向负极电极9从而招致正极电极10中电解质枯竭，所以优选将下限值设定为0.001μm。
负极活性物质优选其平均粒径为1μm以下，且根据N2吸附的BET法中的比表面积为3～200m2/g的范围。由此，可进一步提高负极电极9的与非水电解质的亲和性。
对将负极活性物质的比表面积设定为上述范围的理由进行说明。如果比表面积低于3m2/g，则粒子的凝聚明显，负极电极9和非水电解质的亲和性下降，负极电极9的界面电阻增加。因此，输出特性和充放电循环特性下降。另一方面，如果比表面积超过50m2/g，则非水电解质的分布偏向负极电极9，招致正极电极10中的非水电解质不足，因而不能谋求改善输出特性和充放电循环特性。比表面积的更优选的范围为5～50m2/g。这里，所谓负极电极9的比表面积是指相对于每1g负极活性物质层12(除去负极集电体11的重量)的表面积。
负极电极9的多孔率(除去负极集电体11)优选设定在20～50％的范围。由此，可得到负极电极9和非水电解质的亲和性优异、且高密度的负极电极9。多孔率的更优选的范围为25～40％。
负极集电体11优选为铝箔或铝合金箔。
铝箔及铝合金箔的厚度优选为20μm以下，更优选为15μm以下。铝箔的纯度优选为99.99％以上。作为铝合金，优选含有镁、锌、硅等元素的铝合金。另一方面，优选将铁、铜、镍、铬等过渡金属的含量设定为100ppm以下。
作为所述导电剂，例如可使用碳质材料。作为碳质材料，例如可列举出乙炔黑、炭黑、焦炭、碳纤维、石墨、铝粉末、TiO等。更优选为热处理温度为800℃～2000℃的平均粒径为10μm以下的焦炭、石墨、TiO的粉末、平均纤维径为1μm以下的碳纤维。所述碳质材料的通过N2吸附得到的BET比表面积优选为10m2/g以上。
作为所述粘合剂，例如可列举出聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVdF)、氟系橡胶、丁苯橡胶、芯壳胶粘剂等。
优选将所述负极电极9的活性物质、导电剂及粘合剂的配合比设定为负极活性物质：80～95重量％、导电剂：3～18重量％、粘合剂：2～7重量％的范围。
负极电极9可通过将上述的负极活性物质、导电剂及粘合剂悬浮在适当的溶剂中，将该悬浊物涂布在负极集电体11上，使其干燥，然后施加加温压制来制作。此时，以粘合剂的添加量少的状态使负极活性物质的粒子均匀分散。这是因为粘合剂的添加量大者有粒子的分散性增高的倾向，但粒子表面容易被粘合剂被覆，使作为负极的比表面积会减小。如果粘合剂的添加量小则粒子容易凝聚，因此可通过调整搅拌条件(球磨机的旋转数、搅拌时间及搅拌温度)来抑制粒子凝聚。由此，能够使微粒子均匀地分散，可得到本实施方式的负极电极9。另外，即使粘合剂添加量和搅拌条件在适宜范围内，如果导电剂的添加量大，则也有负极活性物质层12的表面容易被导电剂被覆、而且负极电极9的表面的孔减少的倾向，因此有作为负极电极9的比表面积减小的倾向。此外，如果导电剂的添加量小，则有负极活性物质层12容易粉碎，使负极电极9的比表面积增大，或者负极活性物质层12的分散性下降，使负极电极9的比表面积减小的倾向。另外，不仅导电剂的添加量影响负极的比表面积，而且导电剂的平均粒径和比表面积也影响负极的比表面积。作为导电剂，优选平均粒径为负极活性物质层12的平均粒径以下，比表面积大于负极活性物质的比表面积。
<正极电极10>
该正极电极10具有：正极集电体13；和担载在所述正极集电体13的一面或两面上且含有活性物质、导电剂及粘合剂的正极活性物质层14。
作为正极集电体13，优选使用铝箔或纯铝(纯度为100％)至纯度为99％以上的铝合金箔。作为铝合金，优选为含有铝与选自铁、镁、锌、锰及硅中的1种以上的元素的合金。例如，Al-Fe合金、Al-Mn系合金及Al-Mg系合金可得到比铝更高的强度。另一方面，优选将铝及铝合金中的镍、铬等过渡金属的含量设定为100ppm以下(包括0ppm在内)。例如，就Al-Cu系合金而言，虽然强度提高，但是耐蚀性恶化，所以不适合作为正极集电体13。
更优选的铝纯度为99.99～99.0％的范围。如果为该范围，则可降低由杂质元素的溶解造成的高温循环寿命劣化。
作为正极活性物质层14，可列举出锂锰复合氧化物、锂镍复合氧化物、锂钴铝复合氧化物、锂镍钴锰复合氧化物、尖晶石型的锂锰镍复合氧化物、锂锰钴复合氧化物、橄榄石型的锂磷酸铁(LiFePO4)及锂磷酸锰(LiMnPO4)等。
例如，可列举出LixMn2O4或LixMnO2等锂锰复合氧化物、例如LixNi1-yAlyO2等锂镍铝复合氧化物、例如LixCoO2等锂钴复合氧化物、例如LixNi1-y-zCoyMnzO2等锂镍钴复合氧化物、例如LixMnyCo1-yO2等锂锰钴复合氧化物、例如LixMn2-yNiyO4等尖晶石型锂锰镍复合氧化物、例如LixFePO4、LixFe1-yMnyPO4、LixCoPO4等具有橄榄石型结构的锂磷氧化物、例如氟化硫酸铁LixFeSO4F。x、y只要没有特别的说明，都优选为0～1的范围。
这是因为这些物质可得到高的正极电压。其中，通过锂镍铝复合氧化物、锂镍钴锰复合氧化物、锂锰钴复合氧化物，能够抑制高温环境下的与非水电解质的反应，能够大幅度提高电池寿命。特别是优选用LixNi1-y-zCoyMnzO2(0≤x≤1.1、0≤y≤0.5、0≤z≤0.5)表示的锂镍钴锰复合氧化物。通过使用锂镍钴锰复合氧化物，可得到更好的高温耐久寿命。
作为提高电子传导性且抑制与正极集电体13的接触电阻的导电剂，例如可列举出乙炔黑、炭黑、石墨等。
作为用于使正极活性物质层14和导电剂粘结的粘合剂，例如可列举出聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVdF)、氟系橡胶等。
关于正极活性物质层14的正极活性物质、导电剂及粘合剂的配合比，优选设定为正极活性物质：80重量％以上且95重量％以下、导电剂：3重量％以上且18重量％以下、粘合剂：2重量％以上且7重量％以下的范围。关于导电剂，通过为3重量％以上能够发挥上述的效果，通过为18重量％以下能够降低高温保存下的导电剂表面中的非水电解质的分解。关于粘合剂，通过为2重量％以上能够得到充分的电极强度，通过为7重量％以下能够减少正极电极10的绝缘部。
正极电极10例如可通过将正极活性物质、导电剂及粘合剂悬浮在适当的溶剂中，将该悬浊物涂布在正极集电体13上，并使其干燥，然后实施压制来制作。正极压制压力优选为0.15吨/毫米～0.3吨/毫米的范围。如果为该范围，则正极活性物质层14和铝箔的正极集电体13的密合性(剥离强度)提高，且正极集电体13的铝箔的延伸率优选为20％以下。
引线6为以面积大于非水电解质电池对置的面的面积的方式配设的薄片状，铝箔优选使用纯铝(纯度为100％)至纯度为98％以上的铝合金箔。作为铝合金，优选为含有铝与选自铁、镁、锌、锰及硅中的1种以上的元素的合金。例如，Al-Fe合金、Al-Mn系合金及Al-Mg系合金可得到比铝更高的强度。另一方面，优选将铝及铝合金中的镍、铬等过渡金属的含量设定为100ppm以下(包括0ppm在内)。例如，就Al-Cu系合金而言，虽然强度提高，但是耐蚀性恶化，所以不适合作为引线。更优选的铝纯度为99.95～98.0％的范围。该引线的厚度优选为20μm以上。如果厚度太厚则处理性下降、或单位体积的容量下降，因此厚度优选为1mm以下，更优选为500μm以下，进一步优选为200μm以下。
作为收容电池主体3的层叠体8的容器(外包装构件2)，可使用金属制容器及层压薄膜制容器。作为金属制容器，可使用由铝、铝合金、铁、不锈钢等制成的金属罐，形状为方型、圆筒型。此外，容器的壁厚优选设定为0.5mm以下，更优选的范围为0.3mm以下。
作为层压薄膜，例如可列举出用树脂薄膜被覆铝箔而形成的多层薄膜等。作为树脂，可使用聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等高分子。此外，优选将层压薄膜的厚度设定为0.2mm以下。铝箔的纯度优选为99.5％以上。
由铝合金制成的金属罐优选为含有锰、镁、锌、硅等元素的铝纯度为99.8％以下的合金。由铝合金形成的金属罐因强度飞跃般地增大而能够减小罐的壁厚。其结果是，能够实现薄型、轻质且高输出的散热性优异的电池。
根据上述构成的本实施方式的组电池1，在外包装构件2的内部，在第一非水电解质电池4与第二非水电解质电池5之间配置有面积比第一非水电解质电池4及第二非水电解质电池5的面积大的引线6。因此，能够通过引线6来防止在外包装构件2内部层叠的第一非水电解质电池4与第二非水电解质电池5之间非水电解质泄漏、发生液体导通。由此，可防止在外包装构件2内部层叠的第一非水电解质电池4与第二非水电解质电池5之间的内部短路，能够提高能量密度。因此，例如，与将第一非水电解质电池4和第二非水电解质电池5分别收容在单个容器内、然后将2个非水电解质电池串联连接时相比，能够减少部件数量，减轻组电池1的整体的重量。
[第2实施方式]
图5A、图5B及图6示出第2实施方式。本实施方式的组电池101具有：构成与第1实施方式(参照图1～图4B)的组电池1中的第一非水电解质电池4(或第二非水电解质电池5)相同的5个非水电解质电池102；和构成与第1实施方式的引线6相同的4个引线103。
本实施方式的电池主体104如图5A所示的那样以在各非水电解质电池102之间分别夹着薄片状的引线103的状态通过一直线状串联连接而形成串联连接体105。然后，将该直线状的串联连接体105如图5B所示的那样交替重叠层叠而形成层叠体106。如图6所示的那样，以该层叠体106的状态收容在外包装构件107的内部。
[第3实施方式]
图7示出第3实施方式。本实施方式的组电池201具有构成与第1实施方式(参照图1～图4B)的组电池1相同的第一非水电解质电池4和第二非水电解质电池5。在本实施方式的组电池201中，设置有由第一非水电解质电池4的3个正极极耳19层叠而成的正极极耳层叠部19a。该正极极耳层叠部19a例如通过焊接而被固定在引线6的构成具有半径R的弯曲部的一端部(图7中左端部)的表面(图7中上表面)上来进行连接。另外，设置有由第二非水电解质电池5的4个负极极耳18层叠而成的负极极耳层叠部18a。该负极极耳层叠部18a例如通过焊接而被固定在引线6的构成具有半径R的弯曲部的另一端部(图7中右端部)的背面(图7中下表面)上来进行连接。除此以外的部分与第1实施方式同样地制作。
[第4实施方式]
图8示出第4实施方式。本实施方式的组电池301具有构成与第1实施方式(参照图1～图4B)的组电池1相同的第一非水电解质电池4和第二非水电解质电池5。在本实施方式的组电池301中，设置有由第一非水电解质电池4的3个正极极耳19层叠而成的正极极耳层叠部19a。该正极极耳层叠部19a例如通过焊接而被固定在引线6的构成具有半径R的弯曲部的一端部(图8中左端部)的背面(图8中下表面)上来进行连接。另外，设置有由第二非水电解质电池5的4个负极极耳18层叠而成的负极极耳层叠部18a。该负极极耳层叠部18a例如通过焊接而被固定在引线6的构成具有半径R的弯曲部的另一端部(图8中右端部)的背面(图8中下表面)上来进行连接。除此以外的部分与第1实施方式同样地制作。
[第5实施方式]
图9示出第5实施方式。本实施方式中，在配置在第1实施方式(参照图1～图4B)的组电池1的第一非水电解质电池4与第二非水电解质电池5之间的引线6的铝箔的两面上制作有3μm的由氧化铝粒子形成的绝缘层31。除此以外的部分与第1实施方式同样地制作。
[第6实施方式]
图10～图12示出第6实施方式。本实施方式中，对第1实施方式(参照图1～图4B)的组电池1的引线6的形状进行了变更。本实施方式的引线32在分别与第一非水电解质电池4的正极极耳19及第二非水电解质电池5的负极极耳18连接的连接部以外的方向(图10中下方向)设置有长的伸出部33。
图10是将本实施方式的组电池1的第一非水电解质电池4、第二非水电解质电池5和引线6以展开的状态示出的俯视图。图11是示出将组电池1的第一非水电解质电池4、第二非水电解质电池5和引线6重叠层叠而成的层叠体8的立体图。
本实施方式具有如图12所示的那样将引线32的伸出部33折弯成直角而成的L字状的折弯部34。除此以外的部分与第1实施方式同样地制作。
[第7实施方式]
图13及图14示出第7实施方式。本实施方式中，设置有通过将第6实施方式(参照图10～图12)的组电池1的第一非水电解质电池4、第二非水电解质电池5和引线6重叠形成层叠体8，再将多个层叠体8层叠而成的电池主体35。图13是示出将组电池1的第一非水电解质电池4、第二非水电解质电池5和引线6重叠形成多个层叠体8，再将多个层叠体8层叠而构成电池主体35的状态的立体图。图14是将图13的电池主体35以收容在外包装构件36中的状态示出的纵向剖视图。
[第8实施方式]
此外，图15示出第8实施方式。本实施方式的组电池401具有：构成与第1实施方式(参照图1～图4)的组电池1的第一非水电解质电池4不同的第一非水电解质电池402；和构成与第1实施方式的第一非水电解质电池4相同的第二非水电解质电池5。
本实施方式的第一非水电解质电池402具备4个正极电极403和3个负极电极404。4个正极电极403和3个负极电极404交替地层叠，构成合计7个电极层叠而成的1个层叠体405。然后，由1个层叠体405形成第一非水电解质电池402。这里，就1个层叠体405而言，在图15中最下部配置正极电极403，在该正极电极403上夹着隔膜406层叠有负极电极404。另外，在该负极电极404上夹着隔膜406层叠有正极电极403。这样一来，将正极电极403和负极电极404以夹着隔膜406交替地堆积、最后也为正极电极403的方式进行层叠。此外，在层叠体405的外包装面被覆有隔膜等绝缘层407。
就第一非水电解质电池402而言，在4个正极电极403的图15中左端部分别具有正极极耳408，在3个负极电极404的图15中右端部分别具有负极极耳409。第一非水电解质电池402的4个正极极耳408例如通过焊接而被固定在引线6的构成具有半径为R的弯曲部的一端部(图15中左端部)上来进行连接。第一非水电解质电池402的3个负极极耳409例如通过焊接而被固定在负极侧的外部连接部20来进行连接。由此，将4个正极电极403和3个负极电极404交替层叠而成的电极组并联连接来形成第一非水电解质电池402。除此以外的部分与第1实施方式同样地制作。
在上述的各个实施方式中，两个相邻的非水电解质电池可以通过介于两个相邻的非水电解质电池之间的多个引线来相互连结。在这种情况下进行如下的设定就足够了：至少一个引线中两个相邻的非水电解质电池对置的对置表面的面积被设定成大于两个相邻的水电解质电池各自中与至少一个引线的所述对置表面对置的表面的面积。
[比较试验]
接着，为了确认上述构成的实施方式的组电池1的效果，采用具有以下所示的构成的实施例1～9和比较例1，对它们各自进行电池容量(Ah)、平均工作电压(V)、体积能量密度(Wh/L)和重量能量密度(Wh/kg)的比较试验。
<实施例1>
在图1～图4所示的第1实施方式的组电池1的电极结构中，负极电极9和正极电极10分别为70mm×90mm的矩形平板。引线6由74mm×100mm的矩形平板状的铝箔形成。
将第一非水电解质电池4的4个负极极耳18通过焊接而被固定在负极侧的外部连接部20上来进行连接。将第一非水电解质电池4的3个正极极耳19通过焊接而被固定在引线6的一端部(图3中左端部)上来进行连接。由此，将4个负极电极9和3个正极电极10交替层叠而成的电极组并联连接来形成第一非水电解质电池4。
将第二非水电解质电池5的4个负极极耳18通过焊接而被固定在引线6的另一端部(图3中右端部)上来进行连接。将第二非水电解质电池5的3个正极极耳19通过焊接而被固定在正极侧的外部连接部20上来进行连接。由此，将4个负极电极9和3个正极电极10交替层叠而成的电极组并联连接来形成第二非水电解质电池5。
此时，第一非水电解质电池4和第二非水电解质电池5的各层叠体与各极耳的连接是通过在总极耳数的一半的位置进行焊接来进行。在各极耳焊接后，第一非水电解质电池4、第二非水电解质电池5和铝箔以一直线状串联连接，然后进行重叠及层压，由此制作实施例1的试验电池。
<实施例2>
该实施例为第2实施方式的构成的组电池101。准备5个实施例1所述的第一非水电解质电池4的层叠体，将各层叠体与实施例1同样地串联连接(参照图5A、图5B及图6)。
<实施例3>
该实施例为第3实施方式的构成的组电池201(参照图7)。
<实施例4>
该实施例为第4实施方式的构成的组电池301(参照图8)。
<实施例5>
该实施例为第5实施方式的构成的组电池(参照图9)。
<实施例6>
该实施例是通过在实施例5所述的组电池的引线6的铝箔的两面上制作3μm厚的固体电解质粒子(例如Li7La3Zr2O12(LLZ))的绝缘层31而构成的组电池。除此以外的部分与第1实施方式同样地制作(参照图9)。
<实施例7>
该实施例是通过在实施例5所述的组电池1的引线6的铝箔的两面上制作1μm厚的由丙烯酸酯树脂制成的绝缘层而构成的组电池。除此以外的部分与第1实施方式同样地制作(参照图9)。
<实施例8>
该实施例为第6实施方式的构成的组电池1。将实施例1所述的铝箔的引线6的尺寸设定为90mm×100mm。而且，只将位于该铝箔的长边方向的两个短边部中的一个边的16mm折成L字状。除此以外，与实施例1所述的电池同样地制作(参照图10～图12)。
<实施例9>
该实施例为第8实施方式的构成的组电池401。除了准备使实施例1所述的组电池1中最外层的电极为负极的层叠体(第二非水电解质电池5)、和最外层的电极为正极的层叠体(第一非水电解质电池402)以外，与实施例1所述的电池同样地制作(参照图15)。
<比较例1>
将实施例1中所述的层叠体(第一非水电解质电池4)以两个分别进行层压，并串联连接。
表1
实施例1～9和比较例1的比较试验的结果如表1所示。在设定为与电池容量(Ah)：1Ah、平均工作电压：5V大致相同的条件的情况下，与比较例1相比，得知：实施例1～9的体积能量密度(Wh/L)和重量能量密度(Wh/kg)的数值增大。
[电池包]
图16是示出实施方式的电池包90的概略构成的分解立体图。图17是示出图16的电池包90的电路的框图。图16及图17所示的电池包90具备多个组电池91。组电池91为参照图1进行了说明的第1实施方式的组电池1。
实施方式的电池包90可进一步具备保护电路69。保护电路69控制组电池91的充放电。或者，在使用电池包90作为电源的装置(例如电子设备、汽车等)中所包含的电路也能作为电池包90的保护电路使用。
此外，实施方式的电池包90还可进一步具备向外部设备通电用的端子70。向外部设备通电用的端子70是用于将来自组电池91的电流输出到外部、以及用于从外部向组电池91输入电流。换句话说，在使用电池包90作为电源时，电流通过通电用的外部端子70供给外部。此外，在对电池包90充电时，充电电流(包括汽车动力的再生能量)通过向外部设备通电用的端子70来供给到电池包90。
多个组电池91按照使向外部延伸出的负极端子63及正极端子64都朝着相同方向的方式层叠，用粘接胶带65捆紧，从而构成了组电池66。这些多个组电池91如图17所示的那样相互以串联的方式电连接。
印制电路布线基板67与负极端子63及正极端子64延伸出的组电池91的侧面对置地配置。如图17所示的那样，在印制电路布线基板67上搭载有热敏电阻68、保护电路69及向外部设备通电用的端子70。另外，在与非水电解质电池66对置的印制电路布线基板67的面上，为了避免与非水电解质电池66的布线发生不必要的连接而安装有绝缘板(未图示出)。
正极侧引线71与位于非水电解质电池66的最下层的正极端子64连接，其前端插入至印制电路布线基板67的正极侧连接器72中来进行电连接。负极侧引线73与位于非水电解质电池66的最上层的负极端子63连接，其前端插入至印制电路布线基板67的负极侧连接器74中来进行电连接。这些连接器72及74通过形成在印制电路布线基板67上的布线75及76而与保护电路69连接。
热敏电阻68检测组电池91的温度并将其检测信号发送至保护电路69。保护电路69控制组电池91的充放电。保护电路69在规定条件下可以将保护电路69与向外部设备通电用的端子70之间的正极侧布线77a及负极侧布线77b切断。所谓规定条件的一个例子是指例如热敏电阻68的检测温度达到规定温度以上时。此外，规定条件的其它例子是指例如检测到组电池91的过充电、过放电、过电流等时。该过充电等的检测是对各个组电池91或非水电解质电池66整体来进行的。
当检测每个组电池91时，可以检测电池电压，也可以检测正极电位或负极电位。在后者的情况下，要在各个组电池91中插入作为参比电极使用的锂电极。在图16及图17的电池包90的情况下，在各个组电池91上分别连接用于检测电压的布线78，通过这些布线78使检测信号发送至保护电路69。
在除了正极端子64及负极端子63所突出的侧面以外的非水电解质电池66的三个侧面上都分别配置有由橡胶或树脂形成的保护片材79。
非水电解质电池66与各保护片材79及印制电路布线基板67一起被收纳于收纳容器80内。也就是说，在收纳容器80的沿长边方向延伸的长度方向内侧面和沿短边方向延伸的短边方向内侧面分别配置保护片材79，在另一个短边方向内侧面配置印制电路布线基板67。非水电解质电池66位于收纳容器80中被保护片材79及印制电路布线基板67所围成的空间内。盖81覆盖收纳容器80的上部开口。
另外，对于非水电解质电池66的固定，也可以使用热收缩带来代替粘接胶带65。在这种情况下，在非水电解质电池66的两侧面上配置保护片材79，在用热收缩管缠绕后，使热收缩管热收缩而将非水电解质电池66捆扎。
图16及图17中示出多个组电池91被串联连接，但为了增大电池容量，多个组电池91也可以被并联连接。还可以将组装好的多个电池包90串联及/或并联地连接。
此外，电池包90的形态可以根据用途而适当变更。电池包90优选被用于优选为期待大电流特性下的循环特性的用途。作为具体的用途，可列举出数码相机的电源用、两轮至四轮的混合动力电动车、两轮至四轮的电动车、助力自行车等车辆的车载用。电池包90特别适合于车载用。例如，在搭载有电池包的车辆中，电池包例如可回收车辆的动力的再生能量。
图18示出具备实施方式的一个例子的电池包90的车辆的一个例子的汽车。
图18所示的汽车100在车体前方的发动机室内搭载有实施方式的一个例子的电池包90。汽车100中的电池包的搭载位置并不局限于发动机室。例如，电池包90也可以搭载在汽车100的车体后方或座位下。
在此例子中，电池包90以能够回收车辆动力的再生能量的方式构成。电机/发电机M/G与汽车100的车轮连接，电池包90与和电机/发电机M/G连接的控制装置102组合。控制装置102以下述方式构成：选择性地进行将电池包90的电力供给电机/发电机M/G、以及将车辆动力的再生能量回收到电池包90。
根据这些实施方式，可提供能防止在收容电池主体的容器的内部中将多个非水电解质电池和引线串联连接时的非水电解质电池彼此之间的液体导通的组电池、具备多个该非水电解质电池的电池包、以及具备该电池包的车辆。
以上对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而示出的，其并不意欲限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和其变形包含于发明的范围、主旨中，并且包含于权利要求书中记载的发明及其等同的范围内。
另外，可将上述多种实施方式归纳为以下的技术方案。
[技术方案1]
一种组电池，其具备：层叠的多个非水电解质电池；以及配置在两个相邻的非水电解质电池之间且与两个相邻的非水电解质电池电连接的至少一个引线；
多个非水电解质电池各自具备至少一个正极电极、至少一个负极电极和非水电解质；
至少一个正极电极具备正极集电体和设置在正极集电体的两面上的正极活性物质层；
至少一个负极电极具备负极集电体和设置在负极集电体的两面上的负极活性物质层；
至少一个引线中与两个相邻的非水电解质电池对置的对置表面的面积被设定成大于两个相邻的非水电解质电池各自中与至少一个引线的所述对置表面对置的表面的面积。
[技术方案2]
根据技术方案1所述的组电池，其中，在所述非水电解质电池的电阻电阻设定为RA，将所述引线的电阻设定为RB时，为RA≥RB。
[技术方案3]
根据技术方案1所述的组电池，其中，所述非水电解质电池具有外部连接用的极耳部分，所述引线在与所述极耳部分的连接部处具备具有半径R的弯曲部。
[技术方案4]
根据技术方案1所述的组电池，其中，所述非水电解质电池具有外部连接用的极耳部分，所述引线具有折弯部，所述折弯部是将位于朝向与所述极耳部分的连接部的方向以外的方向的至少一边部分折弯成大致直角而成的。
[技术方案5]
根据技术方案1所述的组电池，其中，所述负极活性物质层含有选自锂钛氧化物、钛氧化物、铌钛氧化物、锂钠铌钛氧化物之中的一种以上的负极活性物质。
[技术方案6]
根据技术方案1所述的组电池，其中，所述非水电解质具备固体状聚合物电解质或凝胶状聚合物电解质。
[技术方案7]
一种电池包，其具有技术方案1～6中任一项所述的组电池。
[技术方案8]
根据技术方案7所述的电池包，其进一步包含通电用的外部端子和保护电路。
[技术方案9]
一种车辆，其搭载有技术方案7或8中任一项所述的电池包。
[技术方案10]
根据技术方案9所述的车辆，其以能够电池包回收所述车辆动力的再生能量的方式构成。

Claims (10)

1.一种组电池(1、101、201、301、401)，其具备：层叠的多个非水电解质电池(4、5、102、402)；以及配置在两个相邻的非水电解质电池之间且与两个相邻的非水电解质电池电连接的至少一个引线(6、32、103)；
多个非水电解质电池各自具备至少一个正极电极(10、403)、至少一个负极电极(9、404)和非水电解质；
至少一个正极电极具备正极集电体(13)和设置在正极集电体的两面上的正极活性物质层(14)；
至少一个负极电极具备负极集电体(11)和设置在负极集电体的两面上的负极活性物质层(12)；
至少一个引线中与两个相邻的非水电解质电池对置的对置表面的面积被设定成大于两个相邻的非水电解质电池各自中与至少一个引线的所述对置表面对置的表面的面积。
2.根据权利要求1所述的组电池，其中，在将所述非水电解质电池(4、5、102、402)的电阻设定为RA、将所述引线(6、32、103)的电阻设定为RB时，为RA≥RB。
3.根据权利要求1所述的组电池，其中，所述非水电解质电池(4、5、102、402)具有外部连接用的极耳部分(18、19、408、409)，所述引线(6、32、103)在与所述极耳部分的连接部处具备具有半径R的弯曲部。
4.根据权利要求1所述的组电池，其中，所述非水电解质电池(4、5)具有外部连接用的极耳部分(18、19)，
所述引线(32)具有折弯部(34)，所述折弯部(34)是以将位于朝向与所述极耳部分的连接部的方向以外的方向的至少一边部分(33)折弯成大致直角而成的。
5.根据权利要求1所述的组电池，其中，所述负极活性物质层(12)含有选自锂钛氧化物、钛氧化物、铌钛氧化物、锂钠铌钛氧化物之中的一种以上的负极活性物质。
6.根据权利要求1所述的组电池，其中，所述非水电解质具备固体状聚合物电解质或凝胶状聚合物电解质。
7.一种电池包(90)，其具有权利要求1～6中任一项所述的组电池(1、101、201、301、401)。
8.根据权利要求7所述的电池包，其进一步包含通电用的外部端子(70)和保护电路(69)。
9.一种车辆(100)，其搭载有权利要求7或8中任一项所述的电池包(90)。
10.根据权利要求9所述的车辆，其中，所述电池包(90)以能够回收所述车辆动力的再生能量的方式构成。
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