JP2000195480A

JP2000195480A - 電池モジュ―ル

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Publication number: JP2000195480A
Application number: JP10373754A
Authority: JP
Inventors: Haruo Kikuta; 治夫菊田; Akihito Hayano; 彰人早野; Shizukuni Yada; 静邦矢田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2000-07-14
Anticipated expiration: 2018-12-28
Also published as: JP3799463B2

Abstract

(57)【要約】【課題】３０Ｗｈ以上の大容量且つ１８０Ｗｈ／ｌ以
上の体積エネルギー密度を有する蓄電システム用有機電
解質電池を単電池として用いたサイクル特性及びレート
特性の良好な電池モジュールを提供する。【解決手段】正極、負極及びリチウム塩を含む非水系電
解質を備え、厚さ１２ｍｍ未満の扁平形状であり、エネ
ルギー容量が３０Ｗｈ以上且つ体積エネルギー密度が１
８０Ｗｈ／ｌ以上である非水系二次電池であり、直列及
び／又は並列に電気的に接続され、電池の厚み方向に１
ｍｍ以上の隙間をもって配置された複数の単電池４０１
と、単電池間の隙間に配置され、両側の単電池を押圧す
るための少なくとも１つ以上の押圧部材と、前記複数の
単電池を固定するための外装部材５００とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池モジュールに
関し、特に、複数の蓄電システム用非水系二次電池を直
列及び／又は並列に電気的に接続した電池モジュールに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、省資源を目指したエネルギーの有
効利用及び地球環境問題の観点から、深夜電力貯蔵及び
太陽光発電の電力貯蔵を目的とした家庭用分散型蓄電シ
ステム、電気自動車のための蓄電システム等が注目を集
めている。例えば、特開平６−８６４６３号公報には、
エネルギー需要者に最適条件でエネルギーを供給できる
システムとして、発電所から供給される電気、ガスコー
ジェネレーション、燃料電池、蓄電池等を組み合わせた
トータルシステムが提案されている。このような蓄電シ
ステムに用いられる二次電池は、エネルギー容量が１０
Ｗｈ以下の携帯機器用小型二次電池と異なり、容量が大
きい大型のものが必要とされる。このため、上記の蓄電
システムでは、複数の二次電池を直列に積層し、電圧が
例えば５０〜４００Ｖの組電池として用いるのが常であ
り、ほとんどの場合、鉛電池を用いていた。

【０００３】一方、携帯機器用小型二次電池の分野で
は、小型及び高容量のニーズに応えるべく、新型電池と
してニッケル水素電池、リチウム二次電池の開発が進展
し、１８０Ｗｈ／ｌ以上の体積エネルギー密度を有する
電池が市販されている。特に、リチウムイオン電池は、
３５０Ｗｈ／ｌを超える体積エネルギー密度の可能性を
有すること、及び、安全性、サイクル特性等の信頼性が
金属リチウムを負極に用いたリチウム二次電池に比べ優
れることから、その市場を飛躍的に延ばしている。

【０００４】これを受け、蓄電システム用大型電池の分
野においても、高エネルギー密度電池の候補として、リ
チウムイオン電池をターゲットとし、リチウム電池電力
貯蔵技術研究組合（ＬＩＢＥＳ）等で精力的に開発が進
められている。

【０００５】これら大型リチウムイオン電池のエネルギ
ー容量は、１００Ｗｈから４００Ｗｈ程度であり、体積
エネルギー密度は、２００〜３００Ｗｈ／ｌと携帯機器
用小型二次電池並のレベルに達している。その形状は、
直径５０ｍｍ〜７０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ〜４５０ｍｍ
の円筒型、厚さ３５ｍｍ〜５０ｍｍの角形又は長円角形
等の扁平角柱形が代表的なものである。

【０００６】上述の大型電池を蓄電システムに用いる場
合、一般に４〜１０個の大型電池（単電池）を直列に接
続し、１５〜５０Ｖの電池モジュールとし、さらに、こ
れら電池モジュールを直列、並列に接続し、所定の電
圧、容量を有する蓄電システムとして用いられることが
多い。

【０００７】また、薄型のリチウム二次電池について
は、薄型の外装に、例えば、金属とプラスチックをラミ
ネートした厚さ１ｍｍ以下のフィルムを収納したフィル
ム電池（特開平５−１５９７５７号公報、特開平７−５
７７８８号公報等）、厚さ２ｍｍ〜１５ｍｍ程度の小型
角型電池（特開平８−１９５２０４号公報、特開平８−
１３８７２７号公報、特開平９−２１３２８６号公報
等）が知られている。これらのリチウム二次電池は、い
ずれも、その目的が携帯機器の小型化及び薄型化に対応
するものであり、例えば携帯用パソコンの底面に収納で
きる厚さ数ｍｍでＪＩＳＡ４サイズ程度の面積を有す
る薄型電池も開示されているが（特開平５−２８３１０
５号公報）、エネルギー容量が１０Ｗｈ以下であるた
め、蓄電システム用二次電池としては容量が小さ過ぎ
る。さらには、これら薄型電池を直列、並列に接続して
電池モジュールとする場合、容量が小さいことから、放
熱等を考慮しておらず、単純に積み重ねる等、特に工夫
はなされていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】蓄電システム用の大型
リチウム二次電池（エネルギー容量３０Ｗｈ以上）にお
いては、高エネルギー密度が得られるものの、その電池
設計が携帯機器用小型電池の延長にあることから、直径
又は厚さが携帯機器用小型電池の３倍以上の円筒型、角
型等の電池形状とされる。この場合には、充放電時の電
池の内部抵抗によるジュール発熱、或いはリチウムイオ
ンの出入りによって活物質のエントロピーが変化するこ
とによる電池の内部発熱により、電池内部に熱が蓄積さ
れやすい。このため、電池内部の温度と電池表面付近の
温度差が大きく、これに伴って内部抵抗が異なる。その
結果、充電量、電圧のバラツキを生じ易い。また、この
種の電池は複数個を組電池にして用いるため、システム
内での電池の設置位置によっても蓄熱されやすさが異な
って各電池間のバラツキが生じ、組電池全体の正確な制
御が困難になる。更には、高率充放電時等に放熱が不十
分な為、電池温度が上昇し、電池にとって好ましくない
状態におかれることから、電解液の分解等よる寿命の低
下、更には電池の熱暴走の誘起など信頼性、特に、安全
性に問題が残されていた。

【０００９】この問題を解決するため、電気自動車用の
蓄電システムでは、冷却ファンを用いた空冷、ペルチェ
素子を用いた冷却法（特開平８−１４８１８９号公
報）、電池内部に潜熱蓄熱材を充填する方法（特開平９
−２１９２１３号公報）が開示されているが、いずれも
外部からの冷却であり、本質的な解決法であるとは言え
ない。

【００１０】上記の問題を解決する手段としては、電池
の表面積が大きくなる扁平型の電池が考えられるが、扁
平形状の電池の場合、電池の厚みを薄くするに従い、電
池表裏面積は大きくなり、電池内に収納される電極を押
さえ込む力が弱くなる。特に、蓄電システムに用いられ
る大型リチウム二次電池（エネルギー容量３０Ｗｈ以
上）においては、その傾向が強く、例えば、１００Ｗｈ
級の厚さ６ｍｍのリチウムイオン電池を考えた場合、電
池表裏面の大きさは６００ｃｍ²（片面）と非常に大き
い。

【００１１】また、上記の蓄電システムにおいては、複
数の単電池を直列、並列に接続して用いる電池モジュー
ルが基本単位になるが、扁平型電池を電池モジュールに
する技術は少なく、特に、電極を押さえ込む力が弱い大
型の扁平形状の電池の場合、高率放電における容量低下
及び充放電の繰り返しによるサイクル劣化が大きいとい
う問題がある。このような問題を単電池の構造のみの工
夫で解決することは難しく、これら電池を組み合わせた
電池モジュールにおける解決が必要となる。

【００１２】本発明の目的は、３０Ｗｈ以上の大容量且
つ１８０Ｗｈ／ｌ以上の体積エネルギー密度を有する蓄
電システム用有機電解質電池を単電池として用いたサイ
クル特性及びレート特性の良好な電池モジュールを提供
することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、直列及び／又は並列に電気的に接続され、電
池の厚み方向に１ｍｍ以上の隙間をもって配置された複
数の単電池と、前記単電池間の隙間に配置され、両側の
単電池を押圧するための少なくとも１つ以上の押圧部材
と、前記複数の単電池を固定するための外装部材とを備
え、前記単電池は、正極、負極及びリチウム塩を含む非
水系電解質を備え、厚さ１２ｍｍ未満の扁平形状であ
り、エネルギー容量が３０Ｗｈ以上且つ体積エネルギー
密度が１８０Ｗｈ／ｌ以上である非水系二次電池である
ことを特徴とする電池モジュールを提供するものであ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る一実施形態の
電池モジュールについて図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る一実施形態の電池モジュールの構
成を示す斜視図である。

【００１５】図１に示すように、電池モジュールは、外
装部材５００、複数の単電池４０１を備える。外装部材
５００の中には、以下に説明する押圧部材を介して積層
された複数の単電池４０１が収容されて固定されてい
る。複数の単電池４０１は、直列及び／又は並列に電気
的に接続され、電池の厚み方向に１ｍｍ以上の隙間をも
って並べられており、各単電池間の隙間には両側の単電
池に接触する押圧部材が少なくとも１つ以上配置されて
おり、該押圧部材により各単電池に圧力が加えられるよ
うな外装構造によりモジュール化されている。

【００１６】次に、図１に示す外装部材についてさらに
詳細に説明する。図２は、図１に示す外装部材の構成を
示す斜視図である。

【００１７】図２に示すように、外装部材５００は、６
本の電池表裏面側のはり部材５０１、６本の電池の厚み
方向側のはり部材５０２、４本の縦方向のはり部材５０
３を備え、図示のように各々が連結されている。図２に
示す外装部材の構成は、一例であり、特にこの例に限定
されるものではないが、以下に説明する押圧部材により
各単電池に圧力が加え得るような構造であればよく、単
電池の膨れに充分耐えうる強度を有する必要がある。

【００１８】また、単電池の表裏面側のはり部材５０１
の断面形状は、図３の（ａ）に示すようにコ字形状の両
端部をさらに折り曲げて延出させた形状を有している
が、この例に特に限定されず、図３の（ｂ）に示す四角
形、図３の（ｃ）に示すＷ字形状、図３の（ｄ）に示す
円形、図３の（ｅ）に示すＬ字形状等が用いることがで
き、特に平板を折り曲げ加工したもの（図３の（ａ）、
（ｃ））、Ｌ字形状のもの（図３の（ｅ））が軽量で強
度が高いことから好ましい。また、電池厚み方向側のは
り部材５０２も、上記と同様の種々の形状をとることが
可能である。

【００１９】また、外装部材５００は、単電池の表裏面
側の全面に厚板、パンチング板等を用いたり、電池の厚
み方向側の全面に厚板、パンチング板等を用いたり、電
池モジュールの上部又は下部にはり部材、厚板材、パン
チング板等を用いたり、これらを複合させたり、又は、
はり部材の本数を増加又は減少させる等、種々の変更が
可能であるが、電池の放熱を考えた場合、図２に示すよ
うに、単電池が外気になるべく触れることができるよう
設計することが好ましい。また、先に述べたように、単
電池中央部付近により高い圧力が必要になることから、
例えば、図２に示すように単電池の表裏面側のはり部材
５０１及び電池の厚み方向側のはり部材５０２は、単電
池中央付近に少なくとも１本は配置されるように設計す
ることが好ましい。

【００２０】外装部材５００の組立は、特に限定されな
いが、ボルトによる固定、溶接等が実用的であり、特
に、電池モジュールの組立の容易さ及びメンテナンスを
考慮すると、少なくとも一部は、ボルトにより固定し、
取り外し可能にすることが好ましい。

【００２１】次に、押圧部材についてさらに詳細に説明
する。図４は、押圧部材と単電池との位置関係を説明す
るための斜視図である。なお、図４では、説明を容易に
するため、３枚の単電池の間に押圧部材を配置する場合
について説明するが、他の枚数の単電池の場合でも、各
単電池間に押圧部材が同様に配置される。

【００２２】図４に示すように、単電池４０１ａと単電
池４０１ｂとの隙間、及び単電池４０１ｂと単電池４０
１ｃとの隙間に、それぞれ３本の角柱の押圧部材４０２
が、両側の各単電池に接触するように配置されている。

【００２３】本発明の電池モジュールに用いる単電池
は、扁平形状を有していることから、電池の厚み方向の
押さえが弱く、電池組立時又は電池充電時に、厚み（単
電池の扁平形状の中央部Ｃ付近の厚み）が増加する傾向
がある。ここで、押圧部材４０２の厚さをｕ、単電池４
０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃの厚さをｔとすると、３枚
の単電池の両端の距離は、３ｔ＋２ｕになる。従って、
外装部材５００を３ｔ＋２ｕに合わせて設計すれば、各
単電池４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃが厚みｔより膨れ
ようとするとき、押圧部材４０２により各単電池４０１
ａ、４０１ｂ、４０１ｃに圧力がかかる。

【００２４】押圧部材４０２は、上記の角柱に特に限定
されず、円柱、中空の角柱、又は中空の円柱等を用いる
ことができ、その断面形状も、四角形に特に限定され
ず、円形、円盤形、Ｌ字形状、Ｗ字形状等の種々の形状
を用いることができる。また、押圧部材４０２の取り付
け方法も、特に限定されず、単電池に溶接等で接続され
ていてもよく、外装部材との組み合わせによる押さえだ
けで固定することも可能である。

【００２５】また、押圧部材４０２としては、弾性のあ
る材料（例えばゴム）からなる部材、又は、弾性構造
（例えばバネ）を有する部材を用いることもできる。例
えば、図５の（ａ）、（ｂ）に示すように、矢印方向に
弾性を有するバネ板４１１、４１２を押圧部材として用
いることも可能である。この場合、上述の角柱等の形状
の押圧部材と異なり、単電池を押さえ込む力を、単電池
間の隙間の大きさに応じて可変することができる。ま
た、バネ板４１１、４１２は可撓性があるため、単電池
間の種々の隙間の大きさに適用することができ、バネ板
４１１、４１２が少なくとも両側の単電池に接触する範
囲で、自由に外装部材を設計することができる。

【００２６】上記単電池間の隙間は、１ｍｍ以上であ
り、好ましくは２ｍｍ以上１２ｍｍ以下であり、更に好
ましくは２ｍｍ以上８ｍｍ以下である。この隙間は単電
池の厚み、容量、蓄電システムの使用環境、用途等によ
り適宜決定されるが、この隙間が小さすぎると、単電池
の発熱を充分に放熱することが難しくなり、大きすぎる
と電池モジュールの体積が大きくなり好ましくない。な
お、この隙間は電池モジュールに冷却ファン、放熱板等
の冷却構造がある場合、更に小さくすることができる。
また、押圧部材に放熱板としての機能も兼ね備えるよ
う、アルミニウム又はアルミニウム合金等の熱伝導率の
高い金属を用いる場合も、単電池間の隙間を小さくする
ことができる。

【００２７】単電池に対する押圧部材の配置位置は、特
に限定されないが、電池を均一に押さえられる様配置す
べきである。特に電池中央部が、単電池において内部の
電極を押さえ込む力が弱いことから、単電池中央部付近
には少なくとも１つ押圧部材を配置することが好まし
い。また、上述の弾性を有する押圧部材を用いて、電池
中央部を周辺部に比べ強く押さえ込むことにより、単電
池を均一におさえることも可能である。

【００２８】押圧部材と単電池が接触する面積は、単電
池の扁平形状部分（表面又は裏面）の５０％以下であ
り、３０％以下であることがより好ましい。押圧部材が
接触する面積が５０％を超えると、単電池の発熱を充分
に放熱することが難しくなり好ましくない。

【００２９】なお、図４では、３枚の単電池が並べられ
ているが、本発明の電池モジュールにおいては、２枚以
上の複数枚の単電池を用いることができる。望ましい単
電池の枚数は、目的とする蓄電池システムの電圧、容
量、大きさ、形状、単電池の電圧、容量、形状、重量等
により適宜決定されるものであるが、一般には、４枚以
上１０枚以下である。また、これら単電池の電池の接続
については、直列又は並列に接続されるのが一般的であ
るが、１つの電池モジュール内で直列接続と並列接続と
が混在してもよい。

【００３０】次に、単電池である非水系二次電池につい
てさらに詳細に説明する。図６は、本発明の電池モジュ
ールに用いられる扁平な矩形（ノート型）の蓄電システ
ム用非水系二次電池の平面図及び側面図を示す図であ
り、図７は、図６に示す電池の内部に収納される電極積
層体の構成を示す側面図である。

【００３１】図６及び図７に示すように、単電池である
非水系二次電池は、上蓋１及び底容器２からなる電池ケ
ース（電池容器）と、該電池ケースの中に収納されてい
る複数の正極１０１ａ、負極１０１ｂ、１０１ｃ、及び
セパレータ１０４からなる電極積層体とを備えている。
扁平型非水系二次電池の場合、正極１０１ａ、負極１０
１ｂ（又は積層体の両外側に配置された負極１０１ｃ）
は、例えば、図７に示すように、セパレータ１０４を介
して交互に配置されて積層されるが、単電池の構成は、
この配置に特に限定されず、積層数等は、必要とされる
容量等に応じて種々の変更が可能である。

【００３２】各正極１０１ａの正極集電体は、正極タブ
１０３ａを介して正極端子３に電気的に接続され、同様
に、各負極１０１ｂ、１０１ｃの負極集電体は、負極タ
ブ１０３ｂを介して負極端子４に電気的に接続されてい
る。正極端子３及び負極端子４は、電池ケースすなわち
上蓋１と絶縁された状態で取り付けられている。上蓋１
及び底容器２は、図６中の拡大図に示したＡ点で全周を
溶接されている。上蓋１には、電池内部の内圧が上昇し
たときに解放するための安全弁５が設けられている。図
６及び図７に示す非水系二次電池の形状は、例えば縦３
００ｍｍ×横２１０ｍｍ×厚さ６ｍｍであり、正極１０
１ａに正極にリチウム複合酸化物、負極に炭素材料を用
いるリチウム二次電池の場合、８０〜１００Ｗｈ程度の
エネルギー容量を有し、本電池モジュールに用いること
ができる。

【００３３】正極１０１ａに用いられる正極活物質とし
ては、リチウム系の正極材料であれば、特に限定され
ず、リチウム複合コバルト酸化物、リチウム複合ニッケ
ル酸化物、リチウム複合マンガン酸化物、或いはこれら
の混合物、更にはこれら複合酸化物に異種金属元素を一
種以上添加した系等を用いることができ、高電圧、高容
量の電池が得られることから、好ましい。また、安全性
を重視する場合、熱分解温度が高いマンガン酸化物が好
ましい。このマンガン酸化物としてはＬｉＭｎ₂Ｏ₄に代
表されるリチウム複合マンガン酸化物、更にはこれら複
合酸化物に異種金属元素を一種以上添加した系、さらに
はリチウム、酸素等を量論比よりも過剰にしたＬｉＭｎ
₂Ｏ₄が挙げられる。

【００３４】負極１０１ｂ、１０１ｃに用いられる負極
活物質としては、リチウム系の負極材料であれば、特に
限定されず、リチウムをドープ及び脱ドープ可能な材料
であることが、安全性、サイクル寿命などの信頼性が向
上し好ましい。リチウムをドープ及び脱ドープ可能な材
料としては、公知のリチウムイオン電池の負極材として
使用されている黒鉛系物質、炭素系物質、錫酸化物系、
ケイ素酸化物系等の金属酸化物、或いはポリアセン系有
機半導体に代表される導電性高分子等が挙げられる。特
に、安全性の観点から、１５０℃前後の発熱が小さいポ
リアセン系物質又はこれを含んだ材料が望ましい。

【００３５】上記の非水系二次電池の電解質としては、
公知のリチウム塩を含む非水系電解質を使用することが
でき、正極材料、負極材料、充電電圧等の使用条件によ
り適宜決定され、より具体的にはＬｉＰＦ₆、ＬｉＢ
Ｆ₄、ＬｉＣｌＯ₄等のリチウム塩を、プロピレンカーボ
ネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネー
ト、ジメトキシエタン、γーブチルラクトン、酢酸メチ
ル、蟻酸メチル、或いはこれら２種以上の混合溶媒等の
有機溶媒に溶解したもの等が例示される。また、電解液
の濃度は特に限定されるものではないが、一般的に０．
５ｍｏｌ／ｌから２ｍｏｌ／ｌが実用的であり、該電解
液は当然のことながら、水分が１００ｐｐｍ以下のもの
を用いることが好ましい。なお、本明細書で使用する非
水系電解質とは、非水系電解液、有機電解液を含む概念
を意味するものであり、また、ゲル状又は固体の電解質
も含む概念を意味するものである。

【００３６】セパレータ１０４の材質は、特に限定され
るものではないが、例えばポリエチレン、ポリプロピレ
ンなどのポリオレフィン、ポリアミド、クラフト紙、ガ
ラス等が挙げられるが、ポリエチレン、ポリプロピレン
が、コスト、含水などの観点から望ましい。また、セパ
レータは上記の一種又は複数種を用いることも可能で
あり、また、複数のセパレータがラミネート（接着）さ
れていてもよい。

【００３７】上記のように構成された非水系二次電池を
用いた電池モジュールは、家庭用蓄電システム（夜間電
力貯蔵、コージェネレション、太陽光発電等）、電気自
動車等の蓄電システム等に用いることができ、大容量且
つ高エネルギー密度を有することができる。この場合、
単電池のエネルギー容量は、好ましくは３０Ｗｈ以上、
より好ましくは５０Ｗｈ以上であり、且つエネルギー密
度は、好ましくは１８０Ｗｈ／ｌ以上、より好ましくは
２００Ｗｈ／ｌである。エネルギー容量が３０Ｗｈ未満
の場合、或いは、体積エネルギー密度が１８０Ｗｈ／ｌ
未満の場合は、該電池を組み合わせた電池モジュールを
蓄電システムに用いるには容量が小さく、充分なシステ
ム容量を得るために１つの電池モジュールの単電池の直
並列数又は電池モジュールの数を増やす必要があるこ
と、また、コンパクトな設計が困難となることから蓄電
システム用としては好ましくない。

【００３８】また、上記の扁平形状の非水系二次電池の
厚さは、好ましくは１２ｍｍ未満、より好ましくは１０
ｍｍ未満、さらに好ましくは８ｍｍ未満である。厚さの
下限については電極の充填率、電池サイズ（薄くなれば
同容量を得るためには面積が大きくなる）を考慮した場
合、２ｍｍ以上が実用的である。電池の厚さが１２ｍｍ
以上になると、電池内部の発熱を充分に外部に放熱する
ことが難しくなること、或いは電池内部と電池表面付近
での温度差が大きくなり、内部抵抗が異なる結果、電池
内での充電量、電圧のバラツキが大きくなる。なお、具
体的な厚さは、電池容量、エネルギー密度に応じて適宜
決定されるが、期待する放熱特性が得られる最大厚さで
設計するのが、好ましい。

【００３９】また、上記の非水系二次電池の形状として
は、例えば、扁平形状の表裏面が角形、円形、長円形等
の種々の形状とすることができ、角形の場合は、一般に
矩形であるが、三角形、六角形等の多角形とすることも
できる。さらに、肉厚の薄い円筒等の筒形にすることも
できる。筒形の場合は、筒の肉厚がここでいう厚さとな
る。また、製造の容易性の観点から、電池の扁平形状の
表裏面が矩形であり、図６に示すようなノート型の形状
が好ましい。

【００４０】次に、上記の上蓋１及び底容器２からなる
電池ケースの製造方法の一例として、ノート型形状の電
池ケースの製造方法について説明する。一般に角形の電
池は、民生用小型電池では、５０ｍｍ角、厚さ６ｍｍ程
度のものであり、図８に示すように、厚板の深絞りで製
造される底容器２１（負極端子を兼ねる）と、安全弁、
正極端子を設置した上蓋２２をレーザー溶接することに
より製造されている。

【００４１】しかしながら、図６に示すようなノート型
電池の場合、小型二次電池と同様の方法で製造すること
は難しく、電池ケースの底容器２は、図９に示す形状の
薄板を破線Ｌ１に沿って内側に曲げ、さらに一点鎖線Ｌ
２に沿って外側に曲げ、その後Ａで示される角部を溶接
したり、又は、薄板の絞り加工（非常に浅い絞り加工）
で製造し、端子及び安全弁が設置された上蓋１を図６の
様に溶接することにより得られる。また、薄板を図１０
の様に折曲げ、Ａ部を溶接した構造体１３に横蓋１１、
１２を溶接することでも製造できる。

【００４２】上記薄板等の電池ケースに用いられる材質
は、電池の用途、形状により適宜選択され、特に限定さ
れるものではなく、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム等
が一般的であり、実用的である。また、電池ケースの厚
さも電池の用途、形状或いは電池ケースの材質により適
宜決定され、特に限定されるものではない。好ましく
は、その電池表面積の８０％以上の部分の厚さ（電池ケ
ースを構成する一番面積が広い部分の厚さ）が０．２ｍ
ｍ以上である。上記厚さが０．２ｍｍ未満では、電池の
製造に必要な強度が得られないことから望ましくなく、
この観点から、より好ましくは０．３ｍｍ以上である。
また、同部分の厚さは、１ｍｍ以下であることが望まし
い。この厚さが１ｍｍを超えると、電池の内容積が減少
し充分な容量が得られないこと、或いは、重量が重くな
ることから望ましくなく、この観点からより好ましくは
０．７ｍｍ以下である。

【００４３】上記のように、非水系二次電池の厚さを１
２ｍｍ未満に設計することにより、例えば、該電池が３
０Ｗｈ以上の大容量且つ１８０Ｗｈ／ｌの高エネルギー
密度を有する場合、高率充放電時等においても、電池温
度の上昇が小さく、優れた放熱特性を有することができ
る。従って、内部発熱による電池の蓄熱が低減され、結
果として電池の熱暴走も抑止することが可能となり信頼
性、安全性に優れた非水系二次電池を提供することがで
き、電池モジュールの設計において、放熱対策等が容易
であり、電池モジュールの信頼性、安全性を向上させる
ことができる。

【００４４】また、本実施形態の電池モジュールは、各
単電池に充分な圧力を加えることが可能であり、単電池
自身を均一な厚みに保つことができることから、サイク
ル特性及びレート特性に優れた電池モジュールを得るこ
とができ、単電池の放熱特性の良さを十分に発揮するこ
とができる。なお、上記の電池モジュールは、単独で、
若しくは更に複数個直列又は並列に接続されて、蓄電シ
ステムに用いられるが、実用においては、必要に応じ
て、該電池モジュールを制御するシステムをモジュール
の側面又は上面等に設置することも可能である。

【００４５】

【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明をさら
に具体的に説明する。（実施例）（１）ＬｉＣｏ₂Ｏ₄１００重量部、アセチレンブラック
８重量部、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）３
重量部をＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）１００重量部
と混合し正極合材スラリーを得た。該スラリーを集電体
となる厚さ２０μｍのアルミ箔の両面に塗布、乾燥した
後、プレスを行い、正極を得た。図１１は電極の説明図
である。本実施例において電極１０１の塗布面積（Ｗ１
×Ｗ２）は、２６８×１７８ｍｍ²であり、２０μｍの
集電体１０２の両面に９５μｍの厚さで塗布されてい
る。その結果、電極厚さｔは２１０μｍとなっている。
また、集電体１０２の一方の短辺の端部部分１ｃｍは、
電極が塗布されておらず、タブ１０３（厚さ０．１ｍ
ｍ、幅６ｍｍのアルミ）が溶接されている。

【００４６】（２）メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣ
ＭＢ、大阪ガスケミカル製、品番６−２８）１００重量
部、ＰＶＤＦ１０重量部をＮＭＰ９０重量部と混合し、
負極合材スラリーを得た。該スラリーを集電体となる厚
さ１４μｍの銅箔の両面に塗布、乾燥した後、プレスを
行い、負極を得た。形状は前述の正極と同様であるの
で、図１１を用いて説明する。本実施例において電極１
０１の塗布面積（Ｗ１×Ｗ２）は、２７０×１８０ｍｍ
²であり、１４μｍの集電体１０２の両面に１０５μｍ
の厚さで塗布されている。その結果、電極厚さｔは２２
４μｍとなっている。また、集電体１０２の一方の短辺
の端部部分１ｃｍは、電極が塗布されておらず、タブ１
０３（厚さ０．１ｍｍ、巾６ｍｍのニッケル）が溶接さ
れている。

【００４７】更に、同様の手法で片面だけに塗布し、そ
れ以外は同様の方法で厚さ１１９μｍの片面電極を作成
した。片面電極は（３）項の電極積層体において外側に
配置される（図７中１０１ｃ）。

【００４８】（３）上記（１）項で得られた正極８枚、
負極９枚（内片面２枚）を図７に示すようにセパレータ
１０４（ポリエチレン−ポリプロピレン不織布とポリプ
ロピレン製微孔膜の重ね合わせ）を介して、交互に積層
し電極積層体を作成した。

【００４９】（４）電池の底容器２（図６参照）は、
０．５ｍｍのＳＵＳ３０４製薄板を深さ５ｍｍに絞り作
成した。また、電池の上蓋１も厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ
３０４製薄板で作成した。該上蓋には、ＳＵＳ３０４製
の正極及び負極端子３、４（６ｍｍφ）を取り付けると
共に安全弁用穴（８ｍｍφ）を設け、正極及び負極端子
３、４は、ポリプロピレン製パッキンで上蓋１と絶縁さ
れている。

【００５０】（５）上記（３）項で作成した電極積層体
の各正極タブ１０３ａを正極端子３に、各負極タブ１０
３ｂを負極端子４に接続線を介して溶接したのち、電極
積層体を底容器２に配置し、絶縁テープで固定し、図６
の角部Ａを全周に亘りレーザー溶接した。その後、安全
弁用穴から電解液としてエチレンカーボネートとジエチ
ルカーボネートを１：１重量比で混合した溶媒に１ｍｏ
ｌ／ｌの濃度にＬｉＰＦ₆を溶解した溶液を注液し、厚
さ０．１ｍｍのアルミ箔を用いて蓋を閉めた。

【００５１】（６）得られた電池を５Ａの電流で４．１
Ｖまで充電し、その後４．１Ｖの定電圧を印加する定電
流定電圧充電を８時間行った。続いて、１０Ａの定電流
で２．５Ｖまで放電した。放電容量は２１．１Ａｈであ
った。放電時の電池の温度上昇は、同容量の箱形電池
（厚み１２ｍｍ以上の電池）の場合に比べ少なかった。

【００５２】（７）上記の電池を用いて上記と同一条件
で充放電を１０サイクル繰り返した時の容量は１９．８
Ａｈであった。さらに、１１サイクル目に５Ａの電流で
４．１Ｖまで充電し、その後４．１Ｖの定電圧を印加す
る定電流定電圧充電を８時間行った。続いて、２０Ａの
定電流で２．５Ｖまで放電したところ、単電池での容量
は１１．８Ａｈとレート特性が不十分であった。

【００５３】（８）上記単電池を８枚用い、図１２の様
に並べ、図２に示す外装部材５００に入れ、電池モジュ
ールを作製した。各電池間には厚さ３ｍｍで幅２０ｍｍ
の押圧部材４０２を３枚、図４に示すような位置に挿入
した。押圧部材４０２の位置は単電池の中央部と単電池
の外側から２０ｍｍとした。また、単電池の表裏面側の
はり部材５０１には、厚さ２ｍｍのＳＵＳ３０４製平板
を、図３の（ａ）に示す断面形状を有するように折り曲
げて作成した部材（深さ４ｍｍ、幅３０ｍｍ）を用い
た。電池の厚み方向側のはり部材５０２は、厚み５ｍｍ
で幅３０ｍｍのアルミ板を用いた。また、縦方向のはり
部材５０３には、厚さ２ｍｍで幅５ｍｍのＳＵＳ３０４
製Ｌ字形状部材を使用した。各はり部材はボルトで締め
て固定した。得られた電池モジュールの電池の厚み方向
の長さが８１ｍｍであり、外装部材５００の内側の長さ
が６９ｍｍであり、単電池両端の間隔が６９ｍｍになる
ように設計されている。

【００５４】（９）（８）で得られた電池モジュールに
おいて、各単電池を直列に接続し、５Ａの定電流で３
２．８Ｖまで充電し、その後３２．８Ｖの定電圧を印加
する定電流定電圧充電を８時間行った。続いて、１０Ａ
の定電流で２０Ｖまで放電した。放電容量は２０．７Ａ
ｈであった。

【００５５】（１０）該電池モジュールの単電池を用い
て同一条件で充放電を１０サイクル繰り返した時の容量
は２０．１Ａｈであった。さらに、１１サイクル目に５
Ａの電流で３２．８Ｖまで充電し、その後３２．８Ｖの
定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行った。続
いて、２０Ａの定電流で２０Ｖまで放電したところ、容
量は１５．８Ａｈとレート特性が単電池に比べ向上し
た。（比較例）押圧部材を用いない点以外は上記の実施例と
同様にして電池モジュールを作製した。各単電池を直列
に接続し、５Ａの電流で３２．８Ｖまで充電し、その後
３２．８Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧充電を８時
間行った。続いて、１０Ａの定電流で２０Ｖまで放電し
た。放電容量は２０．４Ａｈであった。

【００５６】次に、該電池モジュールの単電池を用いて
同一条件で充放電を１０サイクル繰り返した時の容量は
１９．５Ａｈであった。さらに、１１サイクル目に５Ａ
の電流で３２．８Ｖまで充電し、その後３２．８Ｖの定
電圧を印加する定電流定電圧充電を８時間行った。続い
て、２０Ａの定電流で２０Ｖまで放電したところ、容量
は１０．９Ａｈとレート特性が悪かった。

【００５７】

【発明の効果】以上から明らかな通り、本発明によれ
ば、３０Ｗｈ以上の大容量且つ１８０Ｗｈ／ｌ以上の体
積エネルギー密度を有し、放熱特性の優れた安全性の高
い蓄電システム用有機電解質電池を単電池として用い、
該単電池を複数接続する電池モジュールにおいて、両側
の単電池を押圧するための少なくとも１つ以上の押圧部
材を単電池間の隙間に配置することにより、良好なサイ
クル特性及びレート特性を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施形態の電池モジュールの構
成を示す斜視図である。

【図２】図１に示す外装部材の構成を示す斜視図であ
る。

【図３】図２に示す外装部材のはり部材の断面形状の例
を示す図である。

【図４】押圧部材と単電池との位置関係を説明するため
の斜視図である。

【図５】他の押圧部材の例を示す斜視図である。

【図６】図１に示す単電池の一例である蓄電システム用
非水系二次電池の平面図及び側面図を示す図である。

【図７】図６に示す電池の内部に収納される電極積層体
の構成を示す側面図である。

【図８】従来の小型角型電池の製造方法の説明図であ
る。

【図９】図１に示す底容器の製造方法の一例の説明図で
ある。

【図１０】本発明の非水系二次電池の電池ケースの製造
方法の他の一例の説明図である。

【図１１】本発明の電池モジュールの実施例に用いた単
電池の電極の説明図である。

【図１２】本発明の電池モジュールの実施例に用いた単
電池の配置の説明図である。

【符号の説明】

１上蓋２底容器３正極端子４負極端子５安全弁１０１電極１０１ａ正極（両面）１０１ｂ負極（両面）１０１ｃ負極（片面）１０２集電体１０３タブ１０３ａ正極タブ１０３ｂ負極タブ１０４セパレータ１１１ａ正極ユニット１１１ｂ負極ユニット１１１ｃ片面負極ユニット４０１、４０１ａ、４０２ｂ、４０２ｃ単電池４０２押圧部材５００外装部材５０１、５０２、５０３はり部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢田静邦大阪府大阪市中央区平野町４丁目１−２株式会社関西新技術研究所内Ｆターム(参考） 5H020 AA02 AS05 AS08 CC01 HH01 HH05 KK13 5H029 AJ03 AK02 AL12 BJ04 BJ23 DJ04 EJ04 HJ04 HJ19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】直列及び／又は並列に電気的に接続さ
れ、電池の厚み方向に１ｍｍ以上の隙間をもって配置さ
れた複数の単電池と、前記単電池間の隙間に配置され、両側の単電池を押圧す
るための少なくとも１つ以上の押圧部材と、前記複数の単電池を固定するための外装部材とを備え、前記単電池は、正極、負極及びリチウム塩を含む非水系
電解質を備え、厚さ１２ｍｍ未満の扁平形状であり、エ
ネルギー容量が３０Ｗｈ以上且つ体積エネルギー密度が
１８０Ｗｈ／ｌ以上である非水系二次電池であることを
特徴とする電池モジュール。
【請求項２】前記単電池の電池容器の板厚は、０．２
ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に
記載の電池モジュール。
【請求項３】前記単電池の扁平形状の表裏面の形状
は、矩形であることを特徴とする請求項１又は２に記載
の電池モジュール。
【請求項４】前記押圧部材と前記単電池とが接触する
面積は、前記単電池の扁平形状部分の面積の５０％以下
であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか
に記載の電池モジュール。