【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＴＣ層を有するバイポーラ電極およびその電極を用いたバイポーラ二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気自動車の開発が盛んになるにつれて、充電可能な二次電池の開発も活発になってきている。二次電池の中でも、特に、リチウム電池は、小型、軽量、高エネルギー密度といった特徴をもつ高性能の電池であるため、電気自動車に搭載する電池としてふさわしい。
【０００３】
リチウム電池は高起電力、高容量であるから、過電流や急激な発熱に対し、リチウム電池自身が電流を遮断できる機能を有していることが望まれる。リチウム電池は、下記の特許文献１または特許文献２にも示されているように、１つの電池要素が多数直列に積層された構造を有している。下記の特許文献３では、この構造を利用して正極層または負極層の少なくとも一方の外側にＰＴＣ層を設け、過電流や急激な発熱に対処できるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２０４１３６号公報
【特許文献２】
特開２０００−１００４７１号公報
【特許文献３】
特開平８−９６７９２号公報（図１〜図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の特許文献３に記載されているように、リチウム電池を構成する１つの層にＰＴＣ層を形成した場合には、リチウム電池の製造方法が従来のリチウム電池の製造方法とは異なってしまうため、作業工程の変更を余儀なくされる。
【０００６】
また、リチウム電池に要求される安全性能などに対し作業工程を変更することなく迅速に応えることは困難である。
【０００７】
本発明は、以上のような従来の不具合を解消するためになされたものであり、ＰＴＣ層を有するバイポーラ電極およびその電極を用いたバイポーラ二次電池の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し、目的を達成するため、発明にかかるバイポーラ電極は、温度に応じてその抵抗値を変化させるＰＴＣ層の両面に集電体を積層し、当該集電体の一方の面には正極層を積層し他方の面には負極層を積層したことを特徴とする。
【０００９】
また、上記した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかるバイポーラ二次電池は、正極または負極となるバイポーラ電極と電解質とが交互に積層されてなるバイポーラ二次電池であって、少なくとも１枚のバイポーラ電極には、温度に応じてその抵抗値を変化させるＰＴＣ層の両面に集電体を積層し、当該集電体の一方の面には正極層を積層し他方の面には負極層を積層したバイポーラ電極を用いたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
本発明のバイポーラ電極を用いれば、ＰＴＣ層をバイポーラ電極内に形成したので、バイポーラ電池の組み立てに際して、ＰＴＣ層を持たない従来のリチウム電池の組み立てと同一の方法でリチウム電池が製造できる。また、本発明のバイポーラ電池によれば、リチウム電池の電圧や容量に応じた種々の安全性の要求に対しては、バイポーラ電池に配置させる、ＰＴＣ層を有するバイポーラ電極の枚数を変更するだけで対応できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかるバイポーラ電極およびその電極を用いたバイポーラ二次電池の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は以下に記載した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に含まれる範囲内で適宜変更して実施することができる。
【００１２】
本実施の形態は、「温度に応じてその抵抗値を変化させるＰＴＣ層の両面に集電体を積層し、当該集電体の一方の面には正極層を積層し他方の面には負極層を積層したバイポーラ電極」と、「このバイポーラ電極の少なくとも１枚を、ＰＴＣ層を持たないバイポーラ電極に混在させて電解質と交互に積層したバイポーラ二次電池」とに関するものである。なお、本実施の形態では電解質を交互に積層したものを例示するが、液体電解質の電池の場合には電解液を染み込ませたセパレータを交互に積層している。本発明は、これらのいずれの電池でも適用できる。したがって、本明細書においては、電解質の概念に電解液を染み込ませたセパレータも含めている。
【００１３】
図１は、本発明にかかるバイポーラ二次電池の外観図であり、図２は、図１に示したバイポーラ二次電池内部のＡ−Ａ断面図である。図１に示すように、本発明にかかるバイポーラ二次電池１０は、高分子−金属複合ラミネートフィルム１２からなる電池外装材で断面台形形状の電池要素を包み、電池要素に接続される正極電極端子１４および負極電極端子１５をラミネートフィルム１２から外部に露出させ、ラミネートフィルム１２の周囲を熱融着しながらその内部の空気を抜いて減圧し、電池要素を真空包装したものである。
【００１４】
本発明にかかるバイポーラ二次電池１０は、図２に示すように、正極または負極となるバイポーラ電極２０、２１と電解質２２とが交互に積層されてなるものである。バイポーラ電極２０は、集電体２４、正極層２５、負極層２６から成り、集電体２４の一方の面に正極層２５を積層し、他方の面に負極層２６を積層したものである。バイポーラ電極２１は、バイポーラ電極２０とは異なる構造であり、図３に示すように、温度に応じてその抵抗値を変化させるＰＴＣ層２７の両面に集電体２４を積層し、集電体２４の一方の面に正極層２５を積層し、他方の面に負極層２６を積層したものである。
【００１５】
図２に示したバイポーラ二次電池は、ＰＴＣ層２７を持つバイポーラ電極２１を電池要素の中央部に１枚だけ使用している。ここで、本明細書において電池要素とは、バイポーラ電極２０、２１が電解質２２を介して積層され１つの電池を形成する部分をいい、まさに図２に示した全体構成を指すものである。本実施の形態では、１つの電池要素に１枚のバイポーラ電極２１を用いているが、これに限られず、電池要素に複数枚のバイポーラ電極２１を用いても良いし、電池要素の全部をバイポーラ電極２１で構成しても良い。電池要素に何枚のバイポーラ電極２１を用いるかは、バイポーラ二次電池として要求される電圧、容量、安全性能を考慮して決める。例えば、安全性能が重要視されるのであれば、バイポーラ電極２１を多く用いて、過熱や過電流の発生に対して敏感に反応できるようにする。
【００１６】
バイポーラ電極２１を電池要素に１枚だけ用いる場合には、バイポーラ電極２１は図２に示すように電池要素の中央に配置する。中央から外れた位置に配置したのでは、電池要素の上端または下端で過熱や過電流が生じた場合にその状態を迅速に治めることができないことがあるからである。また、バイポーラ電極２１を複数枚用いる場合も、同様の理由から、それらは電池要素の中央部分に位置することが望ましい。
【００１７】
電池要素にバイポーラ電極２０を用いると、電池要素内部の電流分布や温度分布が平準化される。これを図４および図５を用いて説明する。
【００１８】
例えば、図４に示すように、一般的に用いられているバイポーラ電極２０のみを用いて電池要素を構成すると、電解質２２、集電体２４、正極層２５、負極層２６各層の厚みの二次元的な不均一、各層間密着性の二次元的な不均一など種々の要因によって、電池要素におけるバイポーラ電極２０積層方向の抵抗値の面分布は一定ではなくなる。このため、バイポーラ電極２０の積層方向に通過する電流の分布と電池要素の温度分布が不均一になる。すなわち、図４に示すように、相対的に抵抗の高い部分には小さな電流しか流れず、相対的に抵抗の低い部分には大きな電流が流れてしまう。このため、大きな電流が流れている部分は他の部分に比較して温度が高くなってますます大きな電流が流れるようになる。温度分布の不均一は、バイポーラ電池が低温であるときに著しい。
【００１９】
バイポーラ電池を電気自動車用の駆動電源として用いる場合には、その加速時に大きな放電電流が流れ、またその減速時には大きな充電電流が流れるので、相対的に抵抗値が低い部分には他の部分に比較して常に大きな電流が流れることになり電池寿命が著しく低下する。
【００２０】
ところが、図５に示すように、電池要素の一部に本発明のバイポーラ電極２１を用いると、集電体２４に挟まれているＰＴＣ層２７の作用により、電池要素をバイポーラ電極積層方向に流れる電流は、バイポーラ電極積層方向の抵抗値の面分布の均一不均一にかかわらずに一定となる。
【００２１】
ＰＴＣ層２７の抵抗値は、温度の高い部分は抵抗値が大きくなり、低い部分は抵抗値が小さくなるという特性があるからである。したがって、ＰＴＣ層２７の抵抗値の面分布は電池要素の温度分布にしたがって変化し、温度の高い部分はその温度に応じて抵抗値が大きくなり、温度の低い部分はその温度に応じて抵抗値が小さくなる。ＰＴＣ層２７の温度に対する抵抗値の変化率を、電池要素の温度に対する抵抗値の変化率と全く逆に設定することによって、電池要素には常に均一な電流が流れるようになり、電池は安定した動作状態を維持できるようになるので、電池寿命は著しく向上する。
【００２２】
なお、従来から用いられているバイポーラ電極２０と本発明にかかるバイポーラ電極２１の積層方向の抵抗値は同一になるようにしている。不均一であると、電池要素内でバイポーラ電極間の電圧値が異なってしまい、バイポーラ電極間ごとに充放電状態が異なってしまうからである。
【００２３】
次に、本発明にかかるバイポーラ電極およびバイポーラ二次電池の作成手順を説明する。
【００２４】
本発明にかかるバイポーラ電極は次の手順で作成する。まず、一般的に用いられている公知の、たとえばアセチレンブラック配合のポリエチレンから構成されるＰＴＣ材料を所望の厚さに形成してＰＴＣ層２７を作成する。次に、ＰＴＣ層２７の両面に集電体２４となるアルミニウムや銅箔を形成する。そして、一方の集電体２４には正極層２５を形成し、他方の集電体２４には負極層２６を形成する。なお、それぞれの層は、従来から一般的に用いられている方法を使用して形成すれば良いので、これらの層の形成方法についての詳細な説明は省略する。
【００２５】
次に、本発明にかかるバイポーラ電池は次の手順で作成する。図２に示した電池要素を作成する場合、まず、その片面のみに正極層２５が形成されたバイポーラ電極２０の上に電解質２２を介して正極層２５と負極層２６が形成されたバイポーラ電極２０を積層させる。つぎに、このバイポーラ電極２０の上に電解質２２を介してＰＴＣ層２７を持つバイポーラ電極２１を積層させ、さらに電解質２２を介して正極層２５と負極層２６が形成されたバイポーラ電極２０を積層させる。最後に、このバイポーラ電極２０の上に電解質２２を介してその片面のみに負極層２６が形成されたバイポーラ電極２０を積層させる。
【００２６】
そして、電池要素の最下部に位置する集電体２４を正極電極端子１４に接続し、最上部に位置する集電体２４を負極電極端子１５に接続する。最後に、この電池要素をラミネートフィルム１２で真空包装する。
【００２７】
このように、本発明にかかるバイポーラ電極を用いれば、ＰＴＣ層をバイポーラ電極内に形成したので、バイポーラ電池の組み立てに際して、ＰＴＣ層を持たない従来のリチウム電池の組み立てと同一の方法でリチウム電池が製造できる。また、本発明のバイポーラ電池によれば、リチウム電池の電圧や容量に応じた種々の安全性の要求に対しては、バイポーラ電池に配置させる、ＰＴＣ層を有するバイポーラ電極の枚数を変更するだけで対応できる。
【００２８】
本実施の形態では、図１に示すような形態のラミネート電池を例示したが、本発明はこのような形態のものには限定されず、図７に示すような、正極電極端子１４、負極電極端子１５をバイポーラ二次電池１０Ａの同一側端面から取り出して、袋状のラミネートフィルム１２Ａに収納し、その開口部を熱融着させたタイプのバイポーラ二次電池に対しても適用することができる。また、図８に示すように、正極電極端子１４と負極電極端子１５をバイポーラ二次電池１０Ｂの互いに反対側端面から取り出して、ラミネートフィルム１２Ｂに収納し、その周囲を熱融着させたタイプのバイポーラ二次電池に対しても適用することができる。さらに、図９に示すように、正極電極端子１４と負極電極端子１５をバイポーラ二次電池１０Ｃの互いに反対側端面から取り出して、袋状のラミネートフィルム１２Ｃに収納し、その開口部を熱融着させたタイプのバイポーラ二次電池に対しても適用することができる。
【００２９】
本発明のバイポーラ二次電池における、ラミネートフィルム１２、正負電極端子１４、１５、電解質２２、集電体２４、正極層２５、負極層２６、ＰＴＣ層２７を構成する材料は、公知の材料を用いればよく、特に限定されるものではない。参考までに、以下、本発明のバイポーラ二次電池がリチウムイオン二次電池である場合について簡単に記述する。ただし、本発明のバイポーラ二次電池は、リチウムイオン二次電池に限定されるわけではない。
【００３０】
［ラミネートフィルム］
ラミネートフィルムは電池の外装材として用いられる。一般には、熱融着性樹脂フィルム、金属箔、剛性を有する樹脂フィルムがこの順序で積層された高分子金属複合フィルムが用いられる。上記の実施の形態では、台形のカップ形状に整形されたものを用いている。
【００３１】
熱融着性樹脂としては、例えばポリエチレン（ＰＥ）、アイオノマー、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）等を用いることができる。金属箔としては、例えばＡｌ箔、Ｎｉ箔を用いることができる。剛性を有する樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン等を用いることができる。具体的には、シール面側から外面に向けて積層したＰＥ／Ａｌ箔／ＰＥＴの積層フィルム；ＰＥ／Ａｌ箔／ナイロンの積層フィルム；アイオノマー／Ｎｉ箔／ＰＥＴの積層フィルム；ＥＶＡ／Ａｌ箔／ＰＥＴの積層フィルム；アイオノマー／Ａｌ箔／ＰＥＴの積層フィルム等を用いることができる。熱融着性樹脂フィルムは、電池要素を内部に収納する際のシール層として作用する。金属箔や剛性を有する樹脂フィルムは、湿性、耐通気性、耐薬品性を外装材に付与する。ラミネートフィルムは、超音波融着等を用いて、容易かつ確実に接合させることができる。
【００３２】
［正極、負極の各電極端子］
電極端子には、銅、鉄から選ばれる金属を用いることができるが、アルミニウム、ステンレス鋼といった金属またはこれらを含む合金材料も同様に使用可能である。また、表面被覆層にはニッケルが最も好適に使用できるが、銀、金といった金属材料も同様に使用可能である。
【００３３】
［セパレータ］
電池要素のセパレータを構成することになるシート状のセパレータ層は、ポリオレフィン系微多孔質セパレータ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンを用いることができ、セパレータ中には、非水電解液が含浸させられる。非水電解液は、非水溶媒に電解質を溶解することにより調製される。非水溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることができる。非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用しても良い。電解質としては、例えば過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、四フッ化ホウ素リチウム（ＬｉＢＦ４）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ６）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ３）２］等のリチウム塩を挙げることができる。電解質の非水溶媒に対する溶解量は、通常は０．２ｍｏｌ／Ｌ〜２ｍｏｌ／Ｌ程度である。
【００３４】
非水電解液を保持するポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキサイド誘導体、ポリプロピレンオキサイド誘導体、前記誘導体を含むポリマー、ビニリデンフロライド（ＶｄＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）との共重合体等が挙げられる。
【００３５】
［集電体］
集電体には、電池の電気化学反応による腐食による電池性能の低下を防止するために、純度の高い素材を使用することが好ましい。たとえば、純アルミニウムや純銅、純ニッケルを用いる場合には、純度が９９％以上のものが好ましい。但し、この純度に対する要求は、合金化するために添加される他の成分（合金成分）を排除するものではない。
【００３６】
［正極層］
正極層は、アルミニウム等からなる正極集電体の両面に正極材料が結着した構造を有する。正極材料としては、種々の酸化物（ＬｉＭｎ２Ｏ４などのリチウムマンガン酸化物；二酸化マンガン；ＬｉＮｉＯ２などのリチウムニッケル酸化物；ＬｉＣｏＯ２などのリチウムコバルト酸化物；リチウム含有ニッケルコバルト酸化物；リチウムを含む非晶質五酸化バナジウムなど）や、カルコゲン化合物（二硫化チタン、二硫化モリブテンなど）等を挙げることができる。これらの中では、得られるリチウムイオン二次電池の出力特性を考慮すると、リチウムマンガン酸化物またはリチウムニッケル酸化物が好ましい。
【００３７】
正極集電体には、導電性を向上させるために、導電性材料を併せて結着させてもよい。導電性材料としては、例えば、人造黒鉛、カーボンブラック（例えばアセチレンブラックなど）、ニッケル粉末等が挙げられる。
【００３８】
正極集電体としては、例えばアルミニウム製エキスパンドメタル、アルミニウム製メッシュ、アルミニウム製パンチドメタル等を用いることができる。なお、正極は正極集電体の片面に正極材料を結着させた構造であってもよい。
【００３９】
本実施の形態では、活物質としてＬｉＭｎ２Ｏ４、導電助材としてアセチレンブラック、ポリマーとしてポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）とポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）の共重合体、支持塩としてＬｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ、スラリー粘度調整溶媒としてＮＭＰ、重合開始剤としてＡＩＢＮをそれぞれ所定の混合比で混合して正極スラリーを作成し、集電体である厚さ２０μｍ程度のＳＵＳ箔の片面に塗布して熱重合によって硬化させ正極層としている。
【００４０】
［負極層］
負極層は、銅などからなる負極集電体の両面に負極材料が結着した構造を有する。負極材料としては、リチウムイオンを吸蔵放出する炭素材料を用いることができる。このような炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、有機前駆体（例えば、フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース等）を不活性雰囲気中で熱処理して合成した炭素などが挙げられる。好ましくは、負極は非晶質カーボン系材料からなる。非晶質カーボン系材料は熱硬化性樹脂を炭素化することによって得られる。因みに、放電による電圧依存が大きい非晶質カーボン系材料を用いると、２以上のリチウムイオン二次電池を並列に接続した場合におけるリチウムイオン二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
【００４１】
負極集電体としては、例えば銅製エキスパンドメタル、銅製メッシュ、銅製パンチドメタル等を用いることができる。なお、負極は負極集電体の片面に負極材料を結着させた構造であってもよい。
【００４２】
本実施の形態では、活物質としてＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、導電助材としてアセチレンブラック、ポリマーとしてポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）とポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）の共重合体、支持塩としてＬｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ、スラリー粘度調整溶媒としてＮＭＰ、重合開始剤としてＡＩＢＮをそれぞれ所定の混合比で混合して負極スラリーを作成し、集電体の片面に塗布して熱重合によって硬化させ負極層としている。
【００４３】
［ＰＴＣ層］
ＰＴＣ素子を構成する材料としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）にＣｅ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｔａなどを加えた複合粉末を用いる。この複合粉末を加圧成形した後焼成してＰＴＣ層を形成する。なお、ＰＴＣ層の温度特性は、その温度の上昇とともに任意の割合で低下する電池要素の特性とは逆に、その温度の上昇とともに電池要素とほぼ同じ割合で増加するようにし、また一定の温度領域を外れるとその抵抗値が激増するように各材料の配合量を調整する。
【００４４】
以上の実施の形態では、高分子―金属を複合したラミネートフィルム１２の周辺部全部を熱融着にて接合するバイポーラ二次電池について述べたが、本発明は、図６に示すように、高分子−金属を複合したラミネートフィルム１２を用いて袋状にしたその開口部を熱融着にて接合するタイプのバイポーラ二次電池に対しても適用可能である。
【００４５】
さらには、図７に示すように、２つの電極端子１４、１５をバイポーラ二次電池１０Ｂの互いに反対側端面から取り出してラミネートフィルム１２の周辺部全部を熱融着にて接合するタイプのバイポーラ二次電池、または、図８に示すように、２つの電極端子１４、１５をバイポーラ二次電池１０Ｃの互いに反対側端面から取り出して、袋状にしたラミネートフィルムに収納し、その開口部を熱融着するタイプのバイポーラ二次電池に対しても適用可能である。
【００４６】
本発明では、上記のバイポーラ二次電池１０を、少なくとも２以上直列または並列に接続して組電池モジュールとすることができる。なお、組電池モジュールを形成するバイポーラ二次電池１０は、本発明にかかるバイポーラ電極２１（図３参照）が内蔵されたものと、従来のバイポーラ電極２０（図２参照）のみを用いて構成されるものとを混在させても良い。それぞれのバイポーラ二次電池をどの程度の割合で混在させるかは、組電池モジュールとして要求される安全性能に応じて決める。
【００４７】
組電池モジュールを形成するには、例えば、図９に示すように、バイポーラ二次電池１０を４枚並列に接続し（図９（ｂ）参照のこと）、４枚並列にしたバイポーラ二次電池１０をさらに６枚直列にして金属製の組電池ケース３５に収納し（図９（ａ）、（ｃ）参照）組電池モジュール４０とすることができる。このように、バイポーラ二次電池１０を任意の個数直並列に接続することによって、所望の電流、電圧、容量に対応できる組電池モジュール４０を提供することができる。
【００４８】
なお、組電池ケース３５上部の蓋体に設けられた組電池モジュール４０の正極端子４２および負極端子４４と、各バイポーラ二次電池１０の正極電極端子１４、および負極電極端子１５とは、組電池モジュール４０の正極および負極端子用リード線４６、４８を用いて電気的に接続されている。また、バイポーラ二次電池１０を４枚並列に接続する際には、スペーサ４９のような適当な接続部材を用いて各バイポーラ二次電池１０の各電極端子１４、１５を電気的に接続すればよい（図９（ｂ）参照）。同様に、４枚並列にした各バイポーラ二次電池１０をさらに６枚直列に接続する際には、バスバー５０のような適当な接続部材を用いて各バイポーラ二次電池１０の各電極端子１４、１５を順次電気的に接続すればよい（図９（ｃ）参照）。ただし、本発明の組電池モジュール４０は、ここで説明したものに制限されるべきものではなく、従来公知のものを適宜採用することができる。
【００４９】
また、この組電池モジュール４０には、使用用途に応じて、各種計測機器や制御機器類を設けてもよく、例えば、組電池ケース３５上部の蓋体には電池電圧を監視するために電圧計測用コネクタ５５などを設けておいてもよいなど、特に制限されるものではない。さらにバイポーラ二次電池１０同士を連結するためには、超音波溶接、熱溶接、レーザ溶接または電子ビーム溶接により、または、リベットを用いて、またはカシメの手法を用いて、連結するようにしてもよい。
【００５０】
次に、上記の組電池モジュール４０を、少なくとも２以上直列、並列または直並列に接続し、組電池６０とすることで、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に、新たに組電池モジュールを作製することなく、比較的安価に対応することが可能になる。組電池としては、例えば、図１０に示したように、上記の組電池モジュール４０を６組並列に接続して組電池６０とするには、各組電池ケース３５上部の蓋体に設けられた組電池モジュール４０の正極端子４２および負極端子４４を、外部正極端子部、外部負極端子部を有する組電池正極端子連結板６２、組電池負極端子連結板６４を用いてそれぞれ電気的に接続する。また、各組電池ケース３５の両側面に設けられた各ネジ孔部（図示せず）に、該固定ネジ孔部に対応する開口部を有する連結板６６を固定ネジ６７で固定し、各組電池モジュール４０同士を連結する。また、各組電池モジュール４０の正極端子４２および負極端子４４は、それぞれ正極および負極絶縁カバー６８、６９により保護され、適当な色、例えば、赤色と青色に色分けすることで識別されている。
【００５１】
このように、組電池モジュールを複数直並列接続されてなる組電池は、一部の電池、組電池が故障しても、その故障部分を交換するだけで修理が可能である。
【００５２】
組電池６０を、電気自動車に搭載するには、図１１に示したように、電気自動車７０の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、電池を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でも良いし、車両前方のエンジンルームでも良い。
【００５３】
なお、本発明では、組電池６０だけではなく、使用用途によっては、組電池モジュールを搭載するようにしてもよいし、これら組電池と組電池モジュールを組み合わせて搭載するようにしてもよい。また、本発明の組電池または組電池モジュールを搭載することのできる車両としては、上記の電気自動車やハイブリッドカーが好ましいが、これらに制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるバイポーラ二次電池の外観図である。
【図２】図１に示したバイポーラ二次電池のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明にかかるバイポーラ電極の断面図である。
【図４】本発明にかかるバイポーラ二次電池の動作説明に供する図である。
【図５】本発明にかかるバイポーラ二次電池の動作説明に供する図である。
【図６】本発明にかかるバイポーラ二次電池の他の形態を示す外観図である。
【図７】本発明にかかるバイポーラ二次電池の他の形態を示す外観図である。
【図８】本発明にかかるバイポーラ二次電池の他の形態を示す外観図である。
【図９】本発明に係る組電池モジュール構造の代表的な一実施形態を模式的に表した概略図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は正面図である。
【図１０】本発明に係る組電池構造の代表的な一実施形態を模式的に表した概略図である。
【図１１】本発明に係る組電池を搭載した車両を模式的に表した概略図である。
【符号の説明】
１０…バイポーラ二次電池、
１２…ラミネートフィルム、
１４…正極電極端子、
１５…負極電極端子、
２０、２１…バイポーラ電極、
２２…電解質、
２４…集電体、
２５…正極層、
２６…負極層、
２７…ＰＴＣ層、
３５…組電池ケース、
４０…組電池モジュール、
４２…正極端子、
４４…負極端子、
４６…正極端子用リード線、
４８…負極端子用リード線、
４９…スペーサ、
５０…バスバー、
５５…電圧計測用コネクタ、
６０…組電池、
６２…組電池正極端子連結板、
６４…組電池負極端子連結板、
６６…連結板、
６７…固定ねじ、
６８…正極絶縁カバー、
６９…負極絶縁カバー、
７０…電気自動車。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a bipolar electrode having a PTC layer and a bipolar secondary battery using the electrode.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as the development of electric vehicles has become active, the development of rechargeable secondary batteries has also become active. Among secondary batteries, a lithium battery is a high-performance battery having features such as small size, light weight, and high energy density, and thus is suitable as a battery mounted on an electric vehicle.
[0003]
Since a lithium battery has a high electromotive force and a high capacity, it is desired that the lithium battery itself has a function of interrupting the current in response to an overcurrent or sudden heat generation. A lithium battery has a structure in which a large number of one battery element is stacked in series, as shown in Patent Literature 1 or Patent Literature 2 below. In Patent Document 3 described below, a PTC layer is provided outside at least one of the positive electrode layer and the negative electrode layer by using this structure so as to cope with overcurrent and sudden heat generation.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-11-204136 [Patent Document 2]
JP 2000-100471 [Patent Document 3]
JP-A-8-96792 (FIGS. 1 to 3)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a PTC layer is formed on one layer constituting a lithium battery as described in Patent Document 3, the method for manufacturing a lithium battery differs from the conventional method for manufacturing a lithium battery. Therefore, the work process has to be changed.
[0006]
Further, it is difficult to quickly respond to safety performance and the like required for a lithium battery without changing a work process.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and has as its object to provide a bipolar electrode having a PTC layer and a bipolar secondary battery using the electrode.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, a bipolar electrode according to the present invention has a structure in which current collectors are laminated on both surfaces of a PTC layer whose resistance value changes according to temperature, and one surface of the current collector is Is characterized in that a positive electrode layer is laminated and a negative electrode layer is laminated on the other surface.
[0009]
Further, in order to solve the above-described problems and achieve the object, a bipolar secondary battery according to the present invention is a bipolar secondary battery in which a bipolar electrode and an electrolyte serving as a positive electrode or a negative electrode are alternately stacked, On at least one bipolar electrode, current collectors are laminated on both surfaces of a PTC layer whose resistance value is changed according to temperature, a positive electrode layer is laminated on one surface of the current collector, and a current collector is laminated on the other surface. Is characterized in that a bipolar electrode having a stacked negative electrode layer is used.
[0010]
【The invention's effect】
When the bipolar electrode of the present invention is used, the PTC layer is formed in the bipolar electrode. Therefore, when assembling the bipolar battery, a lithium battery can be manufactured by the same method as the assembly of a conventional lithium battery having no PTC layer. Further, according to the bipolar battery of the present invention, in response to various safety requirements according to the voltage and capacity of the lithium battery, it is only necessary to change the number of bipolar electrodes having a PTC layer to be arranged in the bipolar battery. Can respond.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a bipolar electrode and a bipolar secondary battery using the electrode according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the embodiments described below, and can be implemented with appropriate modifications within a range included in the technical idea of the present invention.
[0012]
In the present embodiment, “a current collector is laminated on both surfaces of a PTC layer whose resistance value changes according to temperature, a positive electrode layer is laminated on one surface of the current collector, and a negative electrode is laminated on the other surface. The present invention relates to a "bipolar electrode in which layers are stacked" and "a bipolar secondary battery in which at least one of the bipolar electrodes is mixed with a bipolar electrode having no PTC layer and alternately stacked with an electrolyte". In the present embodiment, an example in which electrolytes are alternately stacked is exemplified. In the case of a liquid electrolyte battery, separators impregnated with an electrolyte are alternately stacked. The present invention can be applied to any of these batteries. Therefore, in the present specification, a separator impregnated with an electrolytic solution in the concept of an electrolyte is also included.
[0013]
FIG. 1 is an external view of a bipolar secondary battery according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the inside of the bipolar secondary battery shown in FIG. As shown in FIG. 1, a bipolar secondary battery 10 according to the present invention includes a battery exterior material made of a polymer-metal composite laminated film 12 wrapping a battery element having a trapezoidal cross section, and a positive electrode terminal connected to the battery element. 14 and the negative electrode terminal 15 are exposed from the laminate film 12 to the outside, and while the periphery of the laminate film 12 is heat-sealed, air inside the laminate film 12 is evacuated to reduce the pressure, and the battery element is vacuum-packaged.
[0014]
As shown in FIG. 2, a bipolar secondary battery 10 according to the present invention is configured by alternately stacking bipolar electrodes 20, 21 serving as positive electrodes or negative electrodes and an electrolyte 22. The bipolar electrode 20 includes a current collector 24, a positive electrode layer 25, and a negative electrode layer 26. The positive electrode layer 25 is laminated on one surface of the current collector 24, and the negative electrode layer 26 is laminated on the other surface. The bipolar electrode 21 has a structure different from that of the bipolar electrode 20, and as shown in FIG. 3, a current collector 24 is laminated on both surfaces of a PTC layer 27 whose resistance value changes according to the temperature. Has a positive electrode layer 25 laminated on one surface and a negative electrode layer 26 laminated on the other surface.
[0015]
The bipolar secondary battery shown in FIG. 2 uses only one bipolar electrode 21 having a PTC layer 27 at the center of the battery element. Here, in the present specification, the battery element refers to a portion where the bipolar electrodes 20 and 21 are stacked via the electrolyte 22 to form one battery, and exactly refers to the entire configuration shown in FIG. In the present embodiment, one bipolar electrode 21 is used for one battery element. However, the present invention is not limited to this. A plurality of bipolar electrodes 21 may be used for the battery element, or all of the battery elements may be bipolar. The electrodes 21 may be used. How many bipolar electrodes 21 are used for the battery element is determined in consideration of the voltage, capacity, and safety performance required for a bipolar secondary battery. For example, if importance is attached to safety performance, the bipolar electrode 21 is used in a large amount so that it can react sensitively to overheating or overcurrent.
[0016]
When only one bipolar electrode 21 is used for the battery element, the bipolar electrode 21 is arranged at the center of the battery element as shown in FIG. This is because, when the battery element is arranged at a position off the center, if overheating or overcurrent occurs at the upper end or lower end of the battery element, the state may not be quickly controlled. Also, when a plurality of bipolar electrodes 21 are used, for the same reason, they are desirably located at the center of the battery element.
[0017]
When the bipolar electrode 20 is used for the battery element, the current distribution and the temperature distribution inside the battery element are leveled. This will be described with reference to FIGS.
[0018]
For example, as shown in FIG. 4, when a battery element is configured using only a generally used bipolar electrode 20, the two-dimensional thickness of each of the electrolyte 22, the current collector 24, the positive electrode layer 25, and the negative electrode layer 26 is obtained. The surface distribution of the resistance value in the stacking direction of the bipolar electrodes 20 in the battery element becomes non-uniform due to various factors such as nonuniformity in terms of overall and adhesion between layers in two dimensions. For this reason, the distribution of the current passing in the stacking direction of the bipolar electrodes 20 and the temperature distribution of the battery element become non-uniform. That is, as shown in FIG. 4, only a small current flows in a portion having a relatively high resistance, and a large current flows in a portion having a relatively low resistance. For this reason, a portion where a large current is flowing has a higher temperature than other portions, and a larger current flows. Non-uniformity in the temperature distribution is significant when the bipolar battery is at a low temperature.
[0019]
When a bipolar battery is used as a drive power source for an electric vehicle, a large discharge current flows during acceleration and a large charge current flows during deceleration. As a result, a large current always flows, and the battery life is significantly reduced.
[0020]
However, as shown in FIG. 5, when the bipolar electrode 21 of the present invention is used for a part of the battery element, the PTC layer 27 sandwiched between the current collectors 24 causes the battery element to flow in the bipolar electrode stacking direction. The current is constant irrespective of the uniformity or nonuniformity of the surface distribution of the resistance value in the bipolar electrode stacking direction.
[0021]
This is because the resistance value of the PTC layer 27 has such a characteristic that a high temperature portion has a large resistance value and a low temperature portion has a small resistance value. Therefore, the surface distribution of the resistance value of the PTC layer 27 changes according to the temperature distribution of the battery element, and the high temperature portion has a large resistance value according to the temperature, and the low temperature portion has a resistance value corresponding to the temperature. Becomes smaller. By setting the rate of change of the resistance value of the PTC layer 27 with respect to the temperature completely opposite to the rate of change of the resistance value of the battery element with respect to temperature, a uniform current always flows through the battery element, and the battery becomes stable. Since the operation state can be maintained, the battery life is significantly improved.
[0022]
The resistance value of the conventionally used bipolar electrode 20 and the bipolar electrode 21 according to the present invention in the laminating direction are set to be the same. If the electrodes are not uniform, the voltage value between the bipolar electrodes in the battery element is different, and the charge / discharge state is different for each bipolar electrode.
[0023]
Next, a procedure for producing the bipolar electrode and the bipolar secondary battery according to the present invention will be described.
[0024]
The bipolar electrode according to the present invention is prepared by the following procedure. First, the PTC layer 27 is formed by forming a generally used known PTC material made of, for example, acetylene black-containing polyethylene to a desired thickness. Next, aluminum or copper foil to be the current collector 24 is formed on both surfaces of the PTC layer 27. Then, the positive electrode layer 25 is formed on one current collector 24, and the negative electrode layer 26 is formed on the other current collector 24. Note that each layer may be formed by using a method generally used conventionally, and a detailed description of a method of forming these layers will be omitted.
[0025]
Next, the bipolar battery according to the present invention is prepared by the following procedure. When producing the battery element shown in FIG. 2, first, a bipolar electrode 20 having a positive electrode layer 25 and a negative electrode layer 26 formed thereon via an electrolyte 22 on a bipolar electrode 20 having a positive electrode layer 25 formed only on one surface thereof Are laminated. Next, the bipolar electrode 21 having the PTC layer 27 is laminated on the bipolar electrode 20 via the electrolyte 22, and the bipolar electrode 20 on which the positive electrode layer 25 and the negative electrode layer 26 are formed is further laminated via the electrolyte 22. . Finally, the bipolar electrode 20 having the negative electrode layer 26 formed on only one surface thereof is laminated on the bipolar electrode 20 with the electrolyte 22 interposed therebetween.
[0026]
Then, the current collector 24 located at the bottom of the battery element is connected to the positive electrode terminal 14, and the current collector 24 located at the top is connected to the negative electrode terminal 15. Finally, the battery element is vacuum-packaged with the laminate film 12.
[0027]
As described above, when the bipolar electrode according to the present invention is used, the PTC layer is formed in the bipolar electrode. Therefore, when assembling the bipolar battery, the lithium battery can be manufactured in the same manner as the conventional lithium battery having no PTC layer. Can be manufactured. Further, according to the bipolar battery of the present invention, in response to various safety requirements according to the voltage and capacity of the lithium battery, it is only necessary to change the number of bipolar electrodes having a PTC layer to be arranged in the bipolar battery. Can respond.
[0028]
In the present embodiment, a laminated battery having the form as shown in FIG. 1 is exemplified, but the present invention is not limited to such a form, and the positive electrode terminal 14 and the negative electrode as shown in FIG. The terminal 15 can be taken out from the same side end surface of the bipolar secondary battery 10A, housed in the bag-like laminated film 12A, and applied to a bipolar secondary battery of the type in which the opening is heat-sealed. . Further, as shown in FIG. 8, a positive electrode terminal 14 and a negative electrode terminal 15 are taken out from opposite end faces of the bipolar secondary battery 10B, stored in a laminate film 12B, and the periphery thereof is heat-sealed. The present invention can also be applied to a bipolar secondary battery. Further, as shown in FIG. 9, the positive electrode terminal 14 and the negative electrode terminal 15 are taken out from the opposite end faces of the bipolar secondary battery 10C, stored in a bag-like laminated film 12C, and the openings thereof are heat-sealed. The present invention can also be applied to a bipolar secondary battery of the type described above.
[0029]
In the bipolar secondary battery of the present invention, known materials are used for the materials constituting the laminate film 12, the positive and negative electrode terminals 14, 15, the electrolyte 22, the current collector 24, the positive electrode layer 25, the negative electrode layer 26, and the PTC layer 27. What is necessary is just, and it does not specifically limit. For reference, the case where the bipolar secondary battery of the present invention is a lithium ion secondary battery will be briefly described below. However, the bipolar secondary battery of the present invention is not limited to a lithium ion secondary battery.
[0030]
[Laminate film]
The laminated film is used as a battery exterior material. Generally, a polymer-metal composite film in which a heat-fusible resin film, a metal foil, and a rigid resin film are laminated in this order is used. In the above-described embodiment, a trapezoid shaped cup is used.
[0031]
As the heat-fusible resin, for example, polyethylene (PE), ionomer, ethylene vinyl acetate (EVA) and the like can be used. As the metal foil, for example, an Al foil or a Ni foil can be used. As the resin having rigidity, for example, polyethylene terephthalate (PET), nylon or the like can be used. Specifically, a laminated film of PE / Al foil / PET laminated from the sealing surface side to the outer surface; a laminated film of PE / Al foil / nylon; a laminated film of ionomer / Ni foil / PET; EVA / Al foil / A laminated film of PET; a laminated film of ionomer / Al foil / PET can be used. The heat-fusible resin film functions as a seal layer when the battery element is housed inside. A metal foil or a rigid resin film imparts moisture, air resistance, and chemical resistance to the exterior material. The laminate film can be easily and reliably joined by using ultrasonic fusion or the like.
[0032]
[Positive and negative electrode terminals]
Metals selected from copper and iron can be used for the electrode terminals, but metals such as aluminum and stainless steel or alloy materials containing these can also be used. Nickel is most preferably used for the surface coating layer, but metal materials such as silver and gold can also be used.
[0033]
[Separator]
A polyolefin-based microporous separator, for example, polyethylene or polypropylene, can be used for the sheet-like separator layer constituting the separator of the battery element, and the separator is impregnated with a non-aqueous electrolyte. The non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving the electrolyte in a non-aqueous solvent. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), and γ-butyrolactone (γ-BL). ), Sulfolane, acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, dimethyl ether, tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran and the like. The non-aqueous solvents may be used alone or as a mixture of two or more. Examples of the electrolyte include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium boron tetrafluoride (LiBF 4 ), lithium arsenic hexafluoride (LiAsF 6 ), and lithium trifluoromethanesulfonate. (LiCF 3 SO 3 ) and lithium salts of lithium bistrifluoromethylsulfonylimide [LiN (CF 3 SO 3 ) 2 ]. The amount of the electrolyte dissolved in the nonaqueous solvent is usually about 0.2 mol / L to 2 mol / L.
[0034]
Examples of the polymer that holds the non-aqueous electrolyte include a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a polymer containing the derivative, a copolymer of vinylidene fluoride (VdF) and hexafluoropropylene (HFP), and the like.
[0035]
[Current collector]
It is preferable to use a high-purity material for the current collector in order to prevent a decrease in battery performance due to corrosion due to the electrochemical reaction of the battery. For example, when using pure aluminum, pure copper, or pure nickel, those having a purity of 99% or more are preferable. However, this requirement for purity does not exclude other components (alloy components) added for alloying.
[0036]
[Positive electrode layer]
The positive electrode layer has a structure in which a positive electrode material is bonded to both surfaces of a positive electrode current collector made of aluminum or the like. Examples of the cathode material include various oxides (lithium manganese oxide such as LiMn 2 O 4 ; manganese dioxide; lithium nickel oxide such as LiNiO 2 ; lithium cobalt oxide such as LiCoO 2 ; lithium-containing nickel cobalt oxide; And chalcogen compounds (such as titanium disulfide and molybdenum disulfide). Among these, lithium manganese oxide or lithium nickel oxide is preferable in consideration of the output characteristics of the obtained lithium ion secondary battery.
[0037]
A conductive material may be bound to the positive electrode current collector in order to improve conductivity. Examples of the conductive material include artificial graphite, carbon black (eg, acetylene black), nickel powder, and the like.
[0038]
As the positive electrode current collector, for example, expanded metal made of aluminum, aluminum mesh, punched metal made of aluminum, or the like can be used. Note that the positive electrode may have a structure in which a positive electrode material is bound to one surface of a positive electrode current collector.
[0039]
In this embodiment, LiMn 2 O 4 as an active material, acetylene black as a conductive additive, a copolymer of polyethylene oxide (PEO) and polypropylene oxide (PPO) as a polymer, and Li (C 2 F 5 SO 2 ) as a supporting salt 2 ) NMP as a slurry viscosity adjusting solvent and AIBN as a polymerization initiator were mixed at a predetermined mixing ratio to prepare a positive electrode slurry, which was applied to one side of a current collector SUS foil having a thickness of about 20 μm. It is cured by thermal polymerization to form a positive electrode layer.
[0040]
[Negative electrode layer]
The negative electrode layer has a structure in which a negative electrode material is bonded to both surfaces of a negative electrode current collector made of copper or the like. As the negative electrode material, a carbon material that stores and releases lithium ions can be used. As such a carbon material, natural graphite, artificial graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, and an organic precursor (for example, phenol resin, polyacrylonitrile, cellulose, etc.) were synthesized by heat treatment in an inert atmosphere. Carbon and the like. Preferably, the negative electrode is made of an amorphous carbon-based material. An amorphous carbon-based material is obtained by carbonizing a thermosetting resin. Incidentally, when an amorphous carbon-based material having a large voltage dependency due to discharge is used, the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery when two or more lithium ion secondary batteries are connected in parallel can be improved.
[0041]
As the negative electrode current collector, for example, a copper expanded metal, a copper mesh, a copper punched metal, or the like can be used. Note that the negative electrode may have a structure in which a negative electrode material is bound to one surface of a negative electrode current collector.
[0042]
In the present embodiment, Li 4 Ti 5 O 12 as an active material, acetylene black as a conductive additive, a copolymer of polyethylene oxide (PEO) and polypropylene oxide (PPO) as a polymer, and Li (C 2 F 5 ) as a supporting salt SO 2 ) 2 N, NMP as a slurry viscosity adjusting solvent, and AIBN as a polymerization initiator are respectively mixed at a predetermined mixing ratio to prepare a negative electrode slurry, which is applied to one surface of a current collector and cured by thermal polymerization to form a negative electrode layer. And
[0043]
[PTC layer]
As a material constituting the PTC element, a composite powder obtained by adding Ce, La, Nb, Ta, or the like to barium titanate (BaTiO 3 ) is used. The composite powder is pressed and fired to form a PTC layer. The temperature characteristics of the PTC layer are set to increase at substantially the same rate as the temperature of the battery element, as opposed to the characteristics of the battery element, which decrease at an arbitrary rate as the temperature increases. When the resistance is out of the range, the amount of each material is adjusted so that the resistance value sharply increases.
[0044]
In the above embodiment, the bipolar secondary battery in which the entire peripheral portion of the polymer-metal composite laminated film 12 is joined by heat fusion has been described. However, the present invention, as shown in FIG. The present invention is also applicable to a bipolar secondary battery of a type in which a bag-shaped opening formed by using a laminated film 12 in which a molecule-metal is composited is joined by heat fusion.
[0045]
Furthermore, as shown in FIG. 7, a bipolar secondary battery of a type in which two electrode terminals 14, 15 are taken out from opposite end faces of the bipolar secondary battery 10B and the entire peripheral portion of the laminated film 12 is joined by heat fusion. As shown in FIG. 8, the secondary battery or the two electrode terminals 14 and 15 are taken out from the opposite end faces of the bipolar secondary battery 10C and stored in a bag-shaped laminated film. The present invention is also applicable to a bipolar secondary battery of a wearable type.
[0046]
In the present invention, at least two or more of the above-described bipolar secondary batteries 10 can be connected in series or in parallel to form an assembled battery module. Note that the bipolar secondary battery 10 forming the battery module is configured using only the bipolar electrode 21 (see FIG. 3) according to the present invention and the conventional bipolar electrode 20 (see FIG. 2). May be mixed. The proportion of each bipolar secondary battery to be mixed is determined according to the safety performance required for the assembled battery module.
[0047]
To form an assembled battery module, for example, as shown in FIG. 9, four bipolar secondary batteries 10 are connected in parallel (see FIG. 9B), and four bipolar secondary batteries 10 are connected in parallel. 10 are further arranged in series and stored in a metal assembled battery case 35 (see FIGS. 9A and 9C) to form an assembled battery module 40. As described above, by connecting the number of the bipolar secondary batteries 10 in series and parallel, it is possible to provide the assembled battery module 40 capable of coping with a desired current, voltage and capacity.
[0048]
Note that the positive electrode terminal 42 and the negative electrode terminal 44 of the battery module 40 provided on the lid body above the battery pack case 35 and the positive electrode terminal 14 and the negative electrode terminal 15 of each bipolar secondary battery 10 are The module 40 is electrically connected using the positive and negative terminal lead wires 46 and 48. When four bipolar secondary batteries 10 are connected in parallel, the respective electrode terminals 14 and 15 of each bipolar secondary battery 10 may be electrically connected using an appropriate connecting member such as a spacer 49. Good (see FIG. 9B). Similarly, when further connecting six bipolar rechargeable batteries 10 arranged in parallel to each other in series, six electrode terminals 14 of each bipolar rechargeable battery 10 can be connected using an appropriate connecting member such as a bus bar 50. 15 may be electrically connected in sequence (see FIG. 9C). However, the assembled battery module 40 of the present invention is not limited to the one described here, and a conventionally known one can be appropriately used.
[0049]
The assembled battery module 40 may be provided with various measuring devices and control devices according to the intended use. For example, the lid on the upper part of the assembled battery case 35 measures the voltage to monitor the battery voltage. There is no particular limitation, for example, a connector 55 may be provided. Further, in order to connect the bipolar secondary batteries 10 to each other, the connection may be made by ultrasonic welding, heat welding, laser welding, or electron beam welding, or by using a rivet, or by using a caulking technique. Good.
[0050]
Next, at least two or more of the above-mentioned assembled battery modules 40 are connected in series, parallel or series-parallel to form an assembled battery 60. It is possible to cope relatively inexpensively without manufacturing. As shown in FIG. 10, for example, as shown in FIG. 10, in order to connect six sets of the above-described assembled battery modules 40 in parallel to form an assembled battery 60, the assembled battery modules 40 are provided on a lid above each assembled battery case 35. The positive terminal 42 and the negative terminal 44 of the battery module 40 are electrically connected using a battery positive terminal connecting plate 62 and a battery negative terminal connecting plate 64 having an external positive terminal and an external negative terminal, respectively. A connection plate 66 having an opening corresponding to the fixing screw hole is fixed to each screw hole (not shown) provided on both side surfaces of each battery pack case 35 with fixing screws 67. The battery modules 40 are connected to each other. In addition, the positive electrode terminal 42 and the negative electrode terminal 44 of each battery module 40 are protected by positive and negative electrode insulating covers 68 and 69, respectively, and are identified by being classified into appropriate colors, for example, red and blue.
[0051]
In this way, the assembled battery in which a plurality of assembled battery modules are connected in series and parallel can be repaired even if some of the batteries and the assembled battery fail, simply by replacing the failed part.
[0052]
In order to mount the battery pack 60 on the electric vehicle, as shown in FIG. This is because if installed below the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the battery is mounted is not limited to under the seat, but may be in the lower part of the rear trunk room or in the engine room in front of the vehicle.
[0053]
In the present invention, not only the assembled battery 60 but also an assembled battery module may be mounted depending on the intended use, or these assembled batteries and the assembled battery module may be mounted in combination. Further, as the vehicle on which the assembled battery or the assembled battery module of the present invention can be mounted, the above-described electric vehicle or hybrid car is preferable, but is not limited thereto.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view of a bipolar secondary battery according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the bipolar secondary battery shown in FIG.
FIG. 3 is a sectional view of a bipolar electrode according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the bipolar secondary battery according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the bipolar secondary battery according to the present invention.
FIG. 6 is an external view showing another embodiment of the bipolar secondary battery according to the present invention.
FIG. 7 is an external view showing another embodiment of the bipolar secondary battery according to the present invention.
FIG. 8 is an external view showing another embodiment of the bipolar secondary battery according to the present invention.
FIGS. 9A and 9B are schematic views schematically showing a typical embodiment of the assembled battery module structure according to the present invention, wherein FIG. 9A is a plan view, FIG. 9B is a side view, and FIG. ) Is a front view.
FIG. 10 is a schematic diagram schematically showing a representative embodiment of a battery pack structure according to the present invention.
FIG. 11 is a schematic diagram schematically showing a vehicle equipped with the battery pack according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10. Bipolar secondary battery,
12 ... Laminated film,
14 ... Positive electrode terminal,
15 ... negative electrode terminal
20, 21 ... bipolar electrode,
22 ... electrolyte,
24 ... current collector,
25 ... Positive electrode layer,
26 ... negative electrode layer,
27 ... PTC layer,
35 ... Battery case,
40 ... battery module,
42 ... positive terminal,
44 ... negative electrode terminal,
46 ... lead wire for positive terminal
48 lead wire for negative electrode terminal
49 ... spacer,
50 ... Bus bar,
55 ... voltage measurement connector
60 ... battery pack,
62 ... battery assembly positive terminal connecting plate,
64 ... battery negative electrode terminal connecting plate,
66 ... connecting plate,
67 ... fixing screw,
68 ... Positive insulating cover,
69 ... Negative electrode insulating cover,
70 ... Electric vehicle.
