JP2006073368A

JP2006073368A - 組電池

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Publication number: JP2006073368A
Application number: JP2004255815A
Authority: JP
Inventors: Shin Nagayama; 森長山; Koichi Nemoto; 好一根本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2024-09-02
Also published as: JP4483489B2

Abstract

【課題】単電池の集電体や電極端子における内部抵抗をより一層低減させることで、組電池全体の内部抵抗を低減させうる手段を提供する。
【解決手段】略矩形の外装の内部に前記外装と略相似形である電池要素が封止されてなるシート状電池２０ａ、２０ｂ、２０ｃが、複数個直列に接続されてなる組電池１０であって、前記電池要素に接続された正極端子２５が前記外装の一の長辺から導出し、前記電池要素に接続された負極端子２７が前記外装の他の長辺から導出し、一のシート状電池とこれに隣接する他のシート状電池とが前記一のシート状電池の正極端子と前記他のシート状電池の負極端子との接合により接続されてなる組電池。
【選択図】図４

Description

本発明は、組電池に関する。詳細には、本発明は、組電池を構成する個々の単電池を接続する形態の改良に関する。

近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入による二酸化炭素排出量の低減が期待されており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用電池の開発が盛んに行われている。

モータ駆動用電池としては、繰り返し充電が可能な二次電池の使用が提案されており、なかでも、軽量化および小型化のために有用なシート状電池が注目を集めている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００４−１７９０５３号公報（第１４頁、図８）

ここで、前記特許文献１に記載の電池１個のみでは、その構造上、出力（電圧）が比較的小さい。このため、出力（電圧）の比較的小さいシート状電池（単電池）を複数個直列に接続し、出力（電圧）の比較的大きい組電池とする方法が考えられる。

前記特許文献１に記載のシート状電池においては、正極端子および負極端子が、電池の対向する短辺からそれぞれ導出している。かような構造のシート状電池をバスバーを用いて直列に接続すると、放電時にシート状電池の負極端子側から流入した電流は、正極端子側から流出するまでに、集電体を略全長にわたって流れる必要がある。このため、集電体における内部抵抗が比較的大きく、電池使用時の熱の発生やこれに伴う電池要素の劣化が問題となる。この組電池全体の内部抵抗を低減させるには、この集電体における内部抵抗を低減させることが有効である。また、電極端子の断面積も比較的小さいため、端子部分における内部抵抗を低減させる余地も未だに残されている。

そこで本発明は、単電池の集電体や電極端子における内部抵抗をより一層低減させることで、組電池全体の内部抵抗を低減させうる手段を提供することを目的とする。

本発明は、略矩形の外装の内部に前記外装と略相似形である電池要素が封止されてなるシート状電池が、複数個直列に接続されてなる組電池であって、前記電池要素に接続された正極端子が前記外装の一の長辺から導出し、前記電池要素に接続された負極端子が前記外装の他の長辺から導出し、一のシート状電池とこれに隣接する他のシート状電池とが前記一のシート状電池の正極端子と前記他のシート状電池の負極端子との接合により接続されてなる、組電池である。

また本発明は、上記の組電池が複数個組み合わされてなる組電池モジュールである。

本発明の組電池においては、組電池を構成する単電池の集電体および電極端子における内部抵抗がより一層低減されうる。これにより、組電池全体の内部抵抗が効果的に低減されうる。

また、本発明の組電池モジュールは、電池の体積エネルギ密度の向上に有効に寄与しうる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみには制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。さらに、本明細書において、「シート状電池」、「組電池」、「組電池モジュール」および「複合組電池モジュール」は、それぞれ、以下のように定義される。「シート状電池」とは、可撓性を有する外装によって電池要素が封止されてなる１個の電池をいう。「組電池」とは、シート状電池が複数個電気的に接続されてなる電池をいう。「組電池モジュール」とは、組電池が複数個組み合わされてなる電池をいう。「複合組電池モジュール」とは、組電池モジュールが複数個組み合わされてなる電池をいう。ここで、「シート状電池」は勿論のこと、「組電池」、「組電池モジュール」および「複合組電池モジュール」のそれぞれも電池として用いられうる。本明細書において、「シート状電池」、「組電池」、「組電池モジュール」および「複合組電池モジュール」のそれぞれの名称は、電池の大きさの違いを理解し易くするために用いられる。

（第１実施形態）
本発明の第１は、略矩形の外装の内部に前記外装と略相似形である電池要素が封止されてなるシート状電池が、複数個直列に接続されてなる組電池であって、前記電池要素に接続された正極端子が前記外装の一の長辺から導出し、前記電池要素に接続された負極端子が前記外装の他の長辺から導出し、一のシート状電池とこれに隣接する他のシート状電池とが前記一のシート状電池の正極端子と前記他のシート状電池の負極端子との接合により接続されてなる、組電池である。

以下、本実施形態（第１実施形態）の組電池を構成するシート状電池の構成について説明し、その後、本実施形態の組電池の構成について説明する。

まず、本実施形態（第１実施形態）の組電池を構成するシート状電池の構成について簡単に説明する。

本実施形態の組電池を構成するシート状電池としては、特に制限はなく、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル−水素二次電池、ニッケル−カドミウム二次電池などの非水電解質二次電池が挙げられる。なかでも、車両用電源としての用途を考慮すると、出力およびエネルギ密度に優れるリチウムイオン二次電池が好ましく用いられる。電池を１００個直列に接続して組電池化した場合、ニッケル−水素二次電池では全体の出力電圧が１２０Ｖ程度にしかならないのに対し、リチウムイオン二次電池を１００個直列に接続して組電池化すると、全体の出力電圧が３６０Ｖ程度の組電池を構成することも可能である。特に、高出力が得られるという観点から、シート状電池としてのリチウムイオン二次電池は、好ましくはバイポーラ型のリチウムイオン二次電池（以下、「バイポーラ電池」とも称する）である。よって、以下では本発明の組電池を構成するシート状電池がバイポーラ電池である場合を例に挙げて説明する。ただし、本発明におけるシート状電池の形態がバイポーラ電池のみに制限されないことは勿論である。

図１は、本実施形態（第１実施形態）の組電池を構成するシート状電池（バイポーラ電池）２０の模式平面図であり、図２は、図１に示す２−２線に沿ったシート状電池（バイポーラ電池）２０の模式断面図である。

図１に示すように、本実施形態の組電池を構成する個々のシート状電池（バイポーラ電池）２０は、正極、負極、電解質層（セパレータ）などからなる実際に充放電反応が進行する電池要素２１が、外装であるラミネートシート２９の内部に封止された構造を有する。ここで、ラミネートシート２９と電池要素２１とは、ともに矩形であって、略相似形である。

図２に示すように、シート状電池（バイポーラ電池）２０は、集電体１１の一方の面に正極活物質層１３が形成され他方の面に負極活物質層１５が形成された複数のバイポーラ電極を有する。各バイポーラ電極は、電解質層１７を介して積層されて電池要素２１を形成する。この際、一のバイポーラ電極の正極活物質層１３と前記一のバイポーラ電極に隣接する他のバイポーラ電極の負極活物質層１５とが電解質層１７を介して向き合うように、各バイポーラ電極および電解質層１７が積層されている。

そして、隣接する正極活物質層１３、電解質層１７、および負極活物質層１５は、一つの単電池層３３を構成する。従って、電池要素２１は、単電池層３３が集電体１１を介して積層されてなる構成を有するともいえる。そして、単電池層３３を包囲するように、絶縁層３５が設けられ、隣接する集電体１１間の短絡が防止されている。単電池層３３の積層数は、シート状電池（バイポーラ電池）２０の所望の電池特性に応じて決定されうる。また、シート状電池（バイポーラ電池）２０の大きさも、シート状電池（バイポーラ電池）２０の所望の電池特性や設置環境に応じて決定されうる。

なお、電池要素２１の最外層に位置する集電体（最外層集電体）には、片面のみに、正極活物質層１３（正極側最外層集電体１１ａ）または負極活物質層１５（負極側最外層集電体１１ｂ）のいずれか一方が形成されている。また、図２においては、負極側最外層集電体１１ｂが上方（図２の上方向）に配置され、正極側最外層集電体１１ａが下方（図２の下方向）に配置されているが、これらが逆に配置されても、勿論よい。

図１および図２に示すシート状電池（バイポーラ電池）２０においては、正極側最外層集電体１１ａが図中のＸ正方向に延長され、ラミネートシート２９の一の長辺（図１に示す辺ＢＣ）から正極端子２５として導出している。一方、負極側際外層集電体１１ｂは図中のＸ負方向に延長され、ラミネートシート２９の他の長辺（正極端子２５が導出する辺に対向する辺；図１に示す辺ＤＡ）から負極端子２７として導出している。従って、図１および図２に示すシート状電池（バイポーラ電池）２０において、電池要素２１に接続された正極端子２５および負極端子２７の幅は、電池要素２１の長手方向の長さと同一である。

続いて、本実施形態の組電池の構成について説明する。

図３は、本実施形態（第１実施形態）の組電池の一部を示す部分平面図である。図４は、図３に示す４−４線に沿った断面図である。なお、図４においては、説明の便宜上、最外層集電体（１１ａ、１１ｂ）および電極端子（２５、２７）以外の電池要素２１を長方形として示す。

図３および図４に示す組電池１０においては、組電池１０を構成する個々の単電池（シート状電池２０）が平面方向に直列に接続されている。なお、図３および図４においては、説明の便宜上、組電池１０を構成する一部のシート状電池（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）のみを示す。ただし、本発明の組電池１０を構成するシート状電池２０の数は特に制限されず、組電池１０の所望の出力等を考慮して適宜決定されうる。

本実施形態の組電池１０において、組電池１０を構成する一のシート状電池２０（例えば、図３に示す２０ａ）から導出する正極端子２５と、前記一のシート状電池２０（２０ａ）に隣接する他のシート状電池２０（例えば、図３に示す２０ｂ）から導出する負極端子２７とは直接接合されている。これにより、前記一のシート状電池２０（２０ａ）と前記他のシート状電池２０（２０ｂ）とは直列に接続されている。この際、正極端子２５と負極端子２７との接合は、超音波溶接によりなされている。ただし、場合によっては、後述するその他の手法により接合がなされてもよい。

上述したように、本実施形態の組電池１０は、シート状電池２０が直列に接続されることにより構成されている。従って、組電池１０の放電時には、シート状電池２０の内部でいえば、「負極端子２７→正極端子２５」の方向に電流が流れる。また、放電時には、２個のシート状電池２０の接続部でいえば、「一の電池の正極端子２５→他の電池の負極端子２７」の方向に電流が流れる。

従って、本実施形態の組電池１０において、端部に接続されるシート状電池２０から導出する正極端子２５は、組電池１０を構成する他のシート状電池２０の負極端子２７とは接続されず、組電池１０全体の正極端子として用いられる。同様に、端部に接続されるシート状電池２０から導出する負極端子２７は、組電池１０を構成する他のシート状電池２０の正極端子２５とは接続されず、組電池１０全体の負極端子として用いられる。

本実施形態（第１実施形態）の組電池１０によれば、個々のシート状電池２０の電極端子（２５、２７）がラミネートシート２９の長辺から導出している。このため、放電時に負極端子２７から電池要素２１に流入した電流が正極端子２５から流出するまでに集電体１１を流れる距離が短縮される。従って、集電体１１を電流が流れることによる内部抵抗が低減されうる。また、本実施形態（第１実施形態）の組電池１０によれば、電極端子（２５、２７）の断面積を増加させることもでき、電極端子（２５、２７）を電流が流れることによる内部抵抗も低減されうる。これらの結果、組電池１０の出力が向上しうる。また、内部抵抗による熱の発生も抑制され、この熱による電池要素２１の劣化も防止されうる。さらに、本実施形態（第１実施形態）の組電池１０によれば、電極端子（２５、２７）が直接接合されることにより、隣接するシート状電池２０が接続されている。このため、電極端子間にバスバーなどを介在させる必要がない。その結果、バスバーの設置に伴う内部抵抗の増大や体積効率の低下といった問題が生じないという利点もある。

図３および図４に示す本実施形態の組電池１０において、組電池１０を構成する各シート状電池２０の有する電池要素２１の幅方向の長さに対する電池要素２１の長手方向の長さの比として定義されるアスペクト比は、３．０である。すなわち、図３および図４に示す形態において、シート状電池２０の電池要素２１の長手方向の長さは、電池要素２１の幅方向の長さの３倍である。ただし、アスペクト比が３．０である形態のみには制限されない。本発明の構成によれば、前記アスペクト比は、必然的に１より大きくなるが、前記アスペクト比は好ましくは２．０以上であり、より好ましくは３．０以上である。アスペクト比がかような範囲内の値であると、上述した本実施形態の組電池１０の効果がより一層発揮されうる。ただし、アスペクト比が大きすぎると、電極端子の面積および質量が増大してしまい、電池全体としての性能が低下する虞がある。かような観点からは、前記アスペクト比は好ましくは１００以下であり、より好ましくは２０以下である。

以下、参考までに、シート状電池（バイポーラ電池）２０を構成する部材について説明するが、下記の形態のみに制限されることはない。

［集電体］
集電体１１は、アルミニウム箔、銅箔、ステンレス（ＳＵＳ）箔など、導電性の材料から構成される。集電体１１の一般的な厚さは、１〜３０μｍである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体１１を用いてもよい。集電体１１の大きさは、バイポーラ電池２０の使用用途に応じて決定される。大型の電池に用いられる大型の電極を作製するのであれば、面積の大きな集電体１１が用いられる。小型の電極を作製するのであれば、面積の小さな集電体１１が用いられる。

［活物質層］
正極活物質層１３は、正極活物質を含む。正極活物質としては、リチウム−遷移金属複合酸化物が好ましく、例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４などのＬｉ−Ｍｎ系複合酸化物やＬｉＮｉＯ_２などのＬｉ−Ｎｉ系複合酸化物が挙げられる。場合によっては、２種以上の正極活物質が併用されてもよい。

負極活物質層１５は、負極活物質を含む。負極活物質としては、上記のリチウム遷移金属−複合酸化物や、カーボンが好ましい。カーボンとしては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛系炭素材料、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、ハードカーボン等が挙げられる。

正極活物質層１３および負極活物質層１５には、必要であれば、その他の物質が含まれてもよい。例えば、バインダ、導電助剤、リチウム塩（支持電解質）、イオン伝導性ポリマー等が含まれうる。また、イオン伝導性ポリマーが含まれる場合には、前記ポリマーを重合させるための重合開始剤が含まれてもよい。

バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、合成ゴム系バインダ等が挙げられる。

導電助剤とは、正極活物質層１３または負極活物質層１５の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、グラファイトなどのカーボン粉末が挙げられる。

リチウム塩（支持電解質）としては、ＬｉＢＥＴＩ（リチウムビス（パーフルオロエチレンスルホニルイミド）；Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ）、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３等が挙げられる。

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）系およびポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）系のポリマーが挙げられる。ここで、前記イオン伝導性ポリマーは、バイポーラ電池２０の電解質層１７において電解質として用いられるイオン伝導性ポリマーと同じであってもよく、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。

重合開始剤は、イオン伝導性ポリマーの架橋性基に作用して、架橋反応を進行させるために配合される。開始剤として作用させるための外的要因に応じて、光重合開始剤、熱重合開始剤などに分類される。重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）や、光重合開始剤であるベンジルジメチルケタール（ＢＤＫ）等が挙げられる。

正極活物質層１３および負極活物質層１５中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。

［電解質層］
電解質層１７を構成する電解質としては、一般に、液体電解質またはポリマー電解質が挙げられる。本発明においては、好ましくはポリマー電解質が用いられる。ポリマー電解質を用いることにより、電解質などの液漏れが防止され、バイポーラ電池２０の安全性が向上しうる。

ポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーから構成され、イオン伝導性を示すのであれば材料は限定されない。優れた機械的強度を発現させることが可能である点で、高分子電解質形成用の重合性ポリマーを熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合により架橋構造を形成することにより作製されるものが好適に用いられる。かかる高分子電解質により形成される電解質層では、液漏れが起こらないため、電池の信頼性が向上し、かつ簡易な構成で出力特性に優れたバイポーラ電池２０が形成される。

ポリマー電解質としては、全固体高分子電解質、および高分子ゲル電解質が挙げられる。

全固体高分子電解質としては、特に限定されないが、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系高分子には、ＬｉＢＥＴＩ、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_２等のリチウム塩がよく溶解しうる。また、これらの高分子は、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。本発明においては、電極特性をより向上させるために、全固体高分子電解質が正極活物質層１３および負極活物質層１５の双方に含まれることが好ましい。

また、高分子ゲル電解質とは、一般的に、イオン伝導性を有する全固体高分子電解質に、電解液を保持させたものをいう。ただし、本願では、リチウムイオン伝導性を有しない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも、前記高分子ゲル電解質に含まれるものとする。用いられる非水電解液（電解質塩および可塑剤）の種類等は特に制限されない。

また、電解質層が高分子ゲル電解質からなる場合、前記電解質層は、高分子ゲル原料溶液を不織布などのセパレータに含浸させた後、上記の種々の方法を用いて重合することにより形成されたものであってもよい。セパレータを用いることにより、電解液の充填量を高めることができるとともに、電池内部の熱伝導性が確保される。

［絶縁層］
バイポーラ電池２０においては、通常、各単電池３３の周囲に絶縁層３５が設けられる。この絶縁層３５は、電池内で隣り合う集電体１１同士が接触したり、電池要素２１における単電池３３の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こるのを防止する目的で設けられる。かような絶縁層３５の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質のバイポーラ電池２０が提供されうる。

絶縁層３５としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性（密封性）、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよく、例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴムなどが用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ（製膜性）、経済性などの観点から、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂が好ましい。

［電極端子］
バイポーラ電池２０においては、電池外部に電流を取り出す目的で、電極端子（正極端子２５および負極端子２７）が最外層集電体（１１ａ、１１ｂ）に接続される。具体的には、正極端子２５が正極用最外層集電体１１ａに接続され、負極端子２７が負極用最外層集電体１１ｂに接続される。

電極端子（正極端子２５および負極端子２７）の材質は、特に制限されず、バイポーラ電池の電極端子として従来用いられている公知の材質が用いられうる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等が例示される。なお、正極端子２５と負極端子２７とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。また、図３に示すように、最外層集電体（１１ａ、１１ｂ）を延長することにより電極端子（２５、２７）としてもよいし、別途準備した電極端子を最外層集電体に接続してもよい。

［外装］
バイポーラ電池２０においては、使用時の外部からの衝撃や環境劣化を防止するために、電池要素２１は、ラミネートシート２９などの外装内に封止される。外装としては特に制限されず、従来公知の外装が用いられうる。自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を迅速に電池動作温度まで加熱しうる点で、好ましくは、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートシート等が用いられうる。

以上、本実施形態の組電池１０を構成するシート状電池２０がバイポーラ電池である場合について詳細に説明したが、かような形態のみに制限されず、例えば、バイポーラ型でないリチウムイオン二次電池（一般リチウムイオン二次電池）が、組電池１０を構成するシート状電池２０として用いられてもよい。

続いて、本実施形態の組電池１０の製造方法について簡単に説明する。

まず、シート状電池２０を準備する。シート状電池２０の具体的な形態については、特に制限はなく、例えばバイポーラ型のリチウムイオン二次電池をシート状電池２０として用いる場合には、上述した材料から構成すればよい。その他の電池をシート状電池２０として用いる場合には、その電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。

次に、隣接して接続されるシート状電池２０の正極端子２５と負極端子２７とを接合する。これにより、各シート状電池２０が電気的に接続されて、組電池１０が完成する。

接合の手法については、特に制限はない。例えば、接続させたい二つの部材を圧着する方法や、導電性接着剤を用いて接着させる方法が用いられてもよい。また、リベットやカシメなどにより接続してもよい。ただし、接続部における抵抗をより低減させるという観点からは、溶接による接続が好ましく採用されうる。溶接により接続する場合には、超音波溶接、抵抗溶接、レーザ溶接などが用いられ、接合の容易さ、接合速度、装置のコストなどの観点から、より好ましくは超音波溶接が用いられうる。

（第２実施形態）
本発明の第２は、上記の第１実施形態の組電池が複数個組み合わされてなる組電池モジュールに関する。なお、本実施形態（第２実施形態）の組電池モジュールを構成する個々の組電池または個々のシート状電池について、上記の第１実施形態と同様の構成については、詳細な説明を省略する。また、第１実施形態と同一の部材に対しては、同一の参照符号を付す。

図５は、本実施形態（第２実施形態）の組電池モジュールの一部を示す部分断面図である。図５に示す組電池モジュール４０は、上記の第１実施形態の組電池（１０ａ、１０ｂ）が２個組み合わされることにより構成されている。ただし、説明の便宜上、本実施形態の組電池モジュール４０の各組電池１０を構成するシート状電池２０については、その一部のみを示す。各組電池を構成するシート状電池２０の数が特に制限されないことは、上記の第１実施形態と同様である。

本実施形態（第２実施形態）の組電池モジュール４０において、組電池モジュール４０を構成する２個の組電池（１０ａ、１０ｂ）は、それぞれの組電池（１０ａ、１０ｂ）の凸部どうしが向き合う向きに組み合わされている。そしてこの際、一方の組電池１０の凸部は、他方の組電池１０の凹部と嵌め合わされている。具体的には、組電池１０ａの凸部が、組電池１０ｂの凹部と嵌め合わされている。同様に、組電池１０ｂの凸部が、組電池１０ａの凹部と嵌め合わされている。なお、本願において「凸部」とは、ラミネートシート２９のような外装の内部に電池要素２１が封止されることによって外装が突出した部位（図４中の４２）を意味する。一方、「凹部」とは、前記凸部の形成に伴って生じた、凸部と凸部との間の凹んだ部位（図４中の４４）を意味する。また、嵌め合わされた凸部と凹部とは、接着されていてもよいし、接着されていなくてもよい。

本実施形態（第２実施形態）の組電池モジュール４０は、上記の第１実施形態の組電池１０を組み合わせることにより構成されている。従って、本実施形態（第２実施形態）の組電池モジュール４０は、上記の第１実施形態の組電池１０について説明したのと同様の作用効果を発揮しうる。

さらに、本実施形態（第２実施形態）の組電池モジュール４０は、２個の組電池１０の凸部と凹部とが嵌め合わされた構成を有する。このため、極めてスペース効率に優れる。従って、本実施形態（第２実施形態）の組電池モジュール４０は、組電池１０の体積エネルギ効率の向上に有効に寄与しうる。

図５においては、組電池モジュール４０を構成する２個の組電池１０どうしの電気的な接続形態は図示されていない。ただし、本実施形態（第２実施形態）の組電池モジュール４０を構成する組電池１０どうしは、電気的に接続されてもよいし、接続されなくてもよい。また、組電池モジュール４０を構成する組電池１０どうしが電気的に接続される場合には、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよい。さらに、組み合わされるそれぞれの組電池１０を流れる電流の向きも特に制限されず、組み合わされる２個の組電池１０において同じ方向に流れてもよく、逆方向に流れてもよい。

図５に示す形態は、最密充填構造である。換言すれば、図５に示す形態において、組電池モジュール４０を構成する２個の組電池１０は、凸部と凹部とがぴったりと嵌め合わされることにより、組み合わされている。ただし、かような形態のみには制限されない。例えば、図６に示すように、組電池モジュール４０を構成する２個の組電池１０が、凸部と凹部との嵌合部に空隙４６を形成するように組み合わされる形態もまた、採用されうる。図６に示す形態において、組電池モジュール４０を構成する一の組電池１０の凸部と他の組電池１０の凹部との嵌合部に形成された空隙４６は、通電により発熱した組電池モジュール４０を冷却するための冷却手段として機能しうる。従って、かような形態によれば、通電による発熱に伴う電池要素２１の劣化が抑制されうる。

なお、空隙４６の大きさは特に制限されず、所望の電池性能、空隙４６による冷却性能、組電池モジュール４０の体積などを勘案して適宜決定すればよい。ただし、図６のようなシート状電池の外装の長辺と直角をなす組電池モジュールの断面において、凸部と凹部との嵌合部に形成される空隙４６の断面積（図６中の斜線部Ｓ_１と斜線部Ｓ_２との和）は、当該嵌合部に嵌め合わされる凸部４２の断面積未満であることが好ましい。空隙４６の断面積が凸部４２の断面積を超えると、組電池モジュール４０の体積エネルギ密度が低下する虞がある。なお、空隙４６の大きさは、電池要素２１の大きさまたは電極端子（２５、２７）の長さを調整することで制御されうる。また、必要に応じて、組電池モジュール４０を冷却するための冷却媒体（例えば、冷却ガスなど）を空隙４６に流通させてもよい。これにより、空隙４６の設置による冷却性能が向上しうる。

（第３実施形態）
第３実施形態は、上記の第２実施形態の組電池モジュール４０が積層されてなる複合組電池モジュールに関する。なお、本実施形態（第３実施形態）の複合組電池モジュールを構成する個々の組電池モジュール、個々の組電池、または個々のシート状電池について、上記の第１実施形態および第２実施形態と同様の構成については、詳細な説明を省略する。また、第１実施形態および第２実施形態と同一の部材に対しては、同一の参照符号を付す。

図７は、本実施形態（第３実施形態）の複合組電池モジュールの一部を示す部分断面図である。図７に示す複合組電池モジュール５０は、図５に示す第２実施形態の組電池モジュール４０が４個積層されることにより構成されている。また、説明の便宜上、４個の組電池モジュールの構成要素であるシート状電池２０については、その一部のみを示す。各組電池または各組電池モジュールを構成するシート状電池２０の数が特に制限されないことは、上記の第１実施形態および第２実施形態と同様である。さらに、複合組電池モジュール５０を構成する組電池モジュール４０の積層数も特に制限されず、所望の電池特性および電池の体積を考慮して適宜決定されうる。

本実施形態（第３実施形態）の複合組電池モジュール５０によっても、上記の第１実施形態の組電池１０および第２実施形態の組電池モジュール４０について上述したのと同様の作用効果が得られる。

なお、複合組電池モジュール５０を構成する各組電池モジュール４０どうし、あるいは各組電池モジュール４０を構成する各組電池１０どうしは、それぞれ電気的に接続されてもよいし、接続されなくてもよい。電気的な接続の具体的な形態については、従来公知の知見が適宜参照されうる。また、各組電池モジュール４０は、上記の第２実施形態において図６を参照して説明した空隙４６を有していてもよい。

本実施形態（第３実施形態）の複合組電池モジュール５０は、図８に示す形態であってもよい。図８に示す形態においては、隣接して積層される前記組電池モジュール４０間に、放熱板６０が介在している。図８に示す形態の複合組電池モジュール５０によっても、第１実施形態および第２実施形態について上述したのと同様の効果が得られることは勿論である。ただし、組電池モジュール４０間に放熱板６０が介在することにより、さらなる他の効果も得られる。すなわち、かような形態によれば、複合組電池４０の通電に伴って電池要素から発生した熱が、放熱板６０を介して外気中へ放散しうる。その結果、複合組電池モジュール５０の耐熱性が向上しうる。なお、複合組電池モジュール５０を構成する組電池モジュール４０と放熱板６０とは、接着されていてもよいし、接着されていなくてもよい。

放熱板６０を構成する材料は、特に制限されない。放熱性に優れるという観点からは、熱伝導性の高い材料により放熱板６０が構成されることが好ましい。また、電極端子の接合部間の短絡を防止しうるという観点からは、絶縁性の材料、または表面が絶縁処理された材料により放熱板６０が構成されることが好ましい。かような特性を兼ね備えた材料としては、アルマイト処理されたアルミニウムやタンタルなどが挙げられるが、これらの材料に制限されない。例えば、表面が樹脂によりコーティングされた金属材料により、放熱板６０を構成してもよい。

（第４実施形態）
第４実施形態は、複合組電池モジュールの耐熱性をさらに向上させうる構成に関する。第４実施形態の複合組電池モジュール５０は、上記の第３実施形態の複合組電池モジュール５０と比較して、複合組電池モジュール５０を構成する組電池モジュール４０の形態が異なる。なお、第３実施形態と同様の構成については、詳細な説明を省略する。また、第３実施形態と同一の部材には、同一の参照符号を付す。

図９は、本実施形態（第４実施形態）の複合組電池モジュール５０の一部を示す部分断面図である。

本実施形態（第４実施形態）の複合組電池モジュール５０を構成する組電池モジュール４０は、上記の第２実施形態の組電池モジュール４０と同様に、組電池モジュール４０を構成する２個の組電池（１０ａ、１０ｂ）が、それぞれの組電池（１０ａ、１０ｂ）の凸部どうしが向き合う向きに組み合わされている。しかしながら、第２実施形態の組電池モジュール４０とは異なり、２個の組電池（１０ａ、１０ｂ）は、それぞれの組電池（１０ａ、１０ｂ）の凸部どうしが重なるように組み合わされている。このため、組み合わされた２個の組電池（１０ａ、１０ｂ）の間には、図６に示す形態よりも大きな空隙４６が形成されている。なお、重ねられた凸部どうしは、接着されていてもよいし、接着されていなくてもよい。

本実施形態（第４実施形態）の複合組電池モジュール５０は、上記のような構成を有する４個の組電池モジュール４０が、放熱板６０を介して積層されている。従って、通電に伴って電池要素から発生した熱が、空隙４６および放熱板６０の双方を介して外気中へ放散しうる。その結果、極めて耐熱性に優れる複合組電池モジュール５０が提供されうる。なお、冷却ガスなどの冷却媒体を空隙４６に流通させてもよいことは上記の第２実施形態と同様である。また、放熱板６０の具体的な構成は、上記の第３実施形態と同様である。

（第５実施形態）
第５実施形態では、上記の第１実施形態の組電池１０、第２実施形態の組電池モジュール４０、第３もしくは第４実施形態の複合組電池モジュール５０をモータ駆動用電源として搭載し、輸送機器を構成する。この際、上記の組電池１０、組電池モジュール４０および複合組電池モジュール５０のいずれか一つのみが搭載されてもよく、２つ以上が組み合わされることにより搭載されてもよい。

参考までに、図１０に、第３実施形態の複合組電池モジュール５０を搭載する自動車１００の概略図を示す。自動車に搭載される複合組電池モジュール５０は、上記で説明したような効果を有する。従って、本実施形態の輸送機器、特に自動車は特に出力およびスペース効率の面で優れた性能を発揮しうる。また、場合によっては、耐熱性の向上した組電池モジュール４０または複合組電池モジュール５０が搭載されうるが、かような場合には、輸送機器、特に自動車の耐久性が向上しうる。

本発明の組電池１０、組電池モジュール４０または複合組電池モジュール５０を搭載しうる輸送機器としては、例えば、自動車のほか、列車、二輪車、船舶、航空機などが例示される。ただし、これらの形態には制限されず、モータを駆動することにより動力を得る輸送機器であれば、本実施形態の輸送機器として用いられうる。また、本実施形態の自動車としては、例えば、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車などが挙げられる。

以上、本発明の幾つかの好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、上記で説明した実施形態のみに制限されず、当業者によって種々の変更、省略、および追加が可能である。

第１実施形態の組電池を構成するシート状電池（バイポーラ電池）２０の模式平面図である。図１に示す２−２線に沿ったシート状電池（バイポーラ電池）２０の模式断面図である。第１実施形態の組電池の一部を示す部分平面図である。図３に示す４−４線に沿った断面図である。第２実施形態の組電池モジュールの一部を示す部分断面図である。第２実施形態の組電池モジュールの変形例の一部を示す部分断面図である。第３実施形態の複合組電池モジュールの一部を示す部分断面図である。第３実施形態の複合組電池モジュールの変形例の一部を示す部分断面図である。第４実施形態の複合組電池モジュールの一部を示す部分断面図である。第３実施形態の複合組電池モジュールを搭載する自動車の概略図である。

符号の説明

１０、１０ａ、１０ｂ組電池、
１１集電体、
１１ａ正極側最外層集電体、
１１ｂ負極側最外層集電体、
１３正極活物質層、
１５負極活物質層、
１７電解質層、
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃシート状電池（バイポーラ電池）、
２１電池要素、
２５正極端子、
２７負極端子、
２９ラミネートシート、
３３単電池層、
３５絶縁層、
４０組電池モジュール、
４２凸部、
４４凹部、
４６空隙、
５０複合組電池モジュール、
６０放熱板、
１００自動車、
Ｓ_１、Ｓ_２空隙の断面積。

Claims

略矩形の外装の内部に前記外装と略相似形である電池要素が封止されてなるシート状電池が、複数個直列に接続されてなる組電池であって、
前記電池要素に接続された正極端子が前記外装の一の長辺から導出し、
前記電池要素に接続された負極端子が前記外装の他の長辺から導出し、
一のシート状電池とこれに隣接する他のシート状電池とが前記一のシート状電池の正極端子と前記他のシート状電池の負極端子との接合により接続されてなる、組電池。
前記電池要素に接続された前記正極端子および前記負極端子の幅が前記電池要素の長手方向の長さと略同一である、請求項１に記載の組電池。
前記電池要素の幅方向の長さに対する前記電池要素の長手方向の長さの比として定義されるアスペクト比が２．０以上である、請求項１または２に記載の組電池。
前記正極端子と前記負極端子との接合が超音波溶接、抵抗溶接、またはレーザ溶接によりなされたものである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の組電池。
前記シート状電池が非水電解質二次電池である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の組電池。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の組電池が複数個組み合わされてなる、組電池モジュール。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の組電池が２個組み合わされてなる組電池モジュールであって、
前記２個の組電池が、それぞれの組電池の凸部どうしが向き合う向きに組み合わされ、
前記２個の組電池の一方の組電池の前記凸部が他方の組電池の凹部と嵌め合わされている、組電池モジュール。
組電池モジュールを構成する２個の組電池が、前記凸部と前記凹部との嵌合部に空隙を形成するように組み合わされてなる、請求項７に記載の組電池モジュール。
前記外装の長辺と直角をなす組電池モジュールの断面において、前記凸部と前記凹部との嵌合部に形成される空隙の断面積が、前記嵌合部に嵌め合わされる前記凸部の断面積未満である、請求項８に記載の組電池モジュール。
組電池モジュールを構成する組電池が直列または並列に接続されている、請求項６〜９のいずれか１項に記載の組電池モジュール。
請求項６〜１０のいずれか１項に記載の組電池モジュールが積層されてなる、複合組電池モジュール。
隣接して積層される前記組電池モジュール間に、放熱板が介在している、請求項１１に記載の複合組電池モジュール。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の組電池、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の組電池モジュール、または請求項１１もしくは１２に記載の複合組電池モジュールをモータ駆動用電源として搭載する輸送機器。