JP2006260975A

JP2006260975A - 電池モジュール

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Publication number: JP2006260975A
Application number: JP2005077722A
Authority: JP
Inventors: Masataka Okushita; 正隆奥下
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2025-03-17
Also published as: JP5200316B2

Abstract

【課題】水の浸入を完全に防止することができると共にリチウム電池からなる単電池の内圧上昇による外装材の膨張を抑制することができて電池の劣化や出力低下等の電池寿命特性を向上させることができる電池モジュールを提供することである。
【解決手段】金属端子を外部に突出させて電池本体を外装材で密封したリチウム電池と、前記リチウム電池の複数個を前記金属端子を介して電気的に接続した電池群と、前記電池群を収納する外部端子を有する密封可能な外装容器とを備え、前記外装容器内に前記電池群を収納すると共に前記電池群の電気的に接続されていない前記金属端子をリード線を介して前記外部端子に接続して前記外装容器を密封した電池モジュールにおいて、前記外装容器内を大気圧より高い陽圧状態に保持したことを特徴とする電池モジュール。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池、特に電解質（液体や固体電解質）を有するリチウム電池を複数個接続した電池モジュールに関し、さらに詳しくは、リチウム電池本体がフレキシブルな包装材からなる外装材で収納された高容量、高出力の電池モジュールに関するものである。

リチウム電池とは、リチウム二次電池ともいわれ、電解質として固体高分子、ゲル状高分子、液体などからなり、リチウムイオンの移動で起電する電池であって、正極・負極活物質が高分子ポリマーからなるものを含むものである。リチウム二次電池の構成は、正極集電材（アルミニウム）／正極活性物質層（金属酸化物、カーボンブラック、金属硫化物、電解液、ポリアクリロニトリル等の高分子正極材料）／電解質（プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、炭酸ジメチル、エチレンメチルカーボネート等のカーボネート系電解液、リチウム塩からなる無機固体電解質、ゲル電解質）／負極活性物質層（リチウム金属、合金、カーボン、電解液、ポリアクリロニトリルなどの高分子負極材料）／負極集電材（銅）からなるリチウム電池本体およびそれらを包装する外装等からなる。リチウム二次電池は、その高い体積効率、重量効率から電子機器、電子部品、特に携帯電話、ノート型パソコン、ビデオカメラなどに広く用いられている。

前記リチウム電池の外装としては、円柱状や直方体状の金属缶からなる外装材と、フレキシブルな包装材からなる外装材とに大別されるが、金属端子の取出し易さや密封のし易さ、あるいは、柔軟性を有するために電子機器や電子部品の適当な空間に合わせた形状とすることができ、電子機器や電子部品自体の形状をある程度自由に設計することができるために、さらなる小型化、軽量化を図ることができる等の理由から、プラスチックフィルムやアルミニウム等の金属箔を積層したフレキシブルな包装材からなる外装材（以下、フレキシブル外装材と呼称する）が用いられるようになってきた。

フレキシブル外装材としては、一般的にリチウム電池用としての必要な物性、すなわち、防湿性、密封性、耐突刺し性、絶縁性、耐熱・耐寒性、耐電解質性（耐電解液性）、耐腐蝕性（電解質の劣化や加水分解により発生するフッ酸に対する耐性）等が必要不可欠なものとして求められると共に加工性や経済性等から一般的には耐突刺し性や外部との通電を阻止するための基材層、防湿性を確保するためのアルミニウム等の金属箔からなるバリアー層、密封性を確保するための熱接着性を有するオレフィン系樹脂からなる内層で構成される。

リチウム電池の形態としては、上記したフレキシブル外装材を製袋加工して周縁熱接着部で図４（ａ）に示すように袋状〔図４（ａ）上はピロータイプの包装袋であるが三方タイプ、四方タイプ等の包装袋であってもよい〕にして、図示はしないがリチウム電池本体の正極および負極との各々に接続された金属端子を外側に突出した状態で収納し、開口部を熱接着して密封するなりした図４（ｂ）に示す袋タイプ、あるいは、上記したフレキシブル外装材を図５（ａ）に示すようにプレス成形して凹部を形成し、この凹部に図示はしないが前記リチウム電池本体の正極および負極との各々に接続された金属端子を外側に突出した状態で収納すると共に、図示はしないが別途用意したシート状の前記フレキシブル外装材で前記凹部を被覆すると共に四周縁を熱接着して密封するなりした図５（ｂ）に示す成形タイプとがある。なお、図４、５に示す袋タイプ、あるいは、成形タイプは本発明の電池モジュールに用いるリチウム電池の形態である。また、図４、５上で示す符号Ａは外装材、符号Ｄはリチウム電池、符号Ｓは周縁熱接着部、Ｔは金属端子を示す。なお、金属端子としては、強度や加工性等を考慮して選択されるものであり、たとえば、アルミニウム、銅、ニッケル、金、銀、ステンレス鋼等の中から適宜選択して用いられるが、特にこれらに限定されるものではない。

また、近年、排ガスによる環境汚染が問題となっている中で、電気を動力源とする電気自動車やエンジンとモーターを組み合わせて走行するハイブリッドカーが注目を集めている。このようなハイブリッドカーは、発進時やフル加速時にはバッテリーから供給される電力を使用するため、バッテリーには高い出力が要求される。また、ハイブリッドカーは、エンジンやモーター／ジェネレーター、バッテリーなど多くの構成部品を搭載せねばならず、自動車全体の重量が増加することから、バッテリーに対しては、電気自動車と同様に高容量、高出力が求められると共に軽量であることが求められ、鉛、ニッカドやニッケル水素電池などに代わるものとして、リチウム電池が注目されている。

ところで、このようなハイブリッドカーに搭載されるバッテリーは、携帯電話、ノート型パソコン、ビデオカメラ等のモバイル品に用いるものと異なり、モータを駆動するために高い電圧が要求されるので、通常は複数個の単電池を直列に接続して構成されている。たとえば、３００Ｖのバッテリー電圧を得るためには、単電池当たり２Ｖの鉛電池では１５０個程度の単電池を直列接続し、単電池当たり３．６Ｖのリチウム電池では８０個程度の単電池を直列接続することになる。

このような多数の単電池を直列接続してなる電池モジュールにおいて、単電池が鉛電池、ニッカドあるいはニッケル水素電池等の体積エネルギー密度の低い電池においては、個々の出力が低い代わりに、過放電や過充電となっても性能の劣化が少なく、使用不能の状態になることは少ないが、リチウム電池は充放電を繰り返すことにより、あるいは、高温環境下において電解質（電解液）から発生したガスにより内圧が上昇して、特にフレキシブル外装材においては、外装材が膨張し、電池の劣化や出力低下等の電池寿命特性を低下させるという問題がある。

前記フレキシブル外装材の膨張を防止する提案が色々となされている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１記載の電池モジュールは、フレキシブル外装材でリチウム電池本体を密封した扁平型電池を一対の平板型支持体で挟持することにより、膨張を防止するものである。また、前記フレキシブル外装材の上昇した内圧を逃がす提案も色々となされている（たとえば、特許文献２参照）。この特許文献２記載の薄型電池は、リチウム電池本体を密封する熱接着部の一部に接着強度の弱い箇所を設けておくことにより、上昇した内圧をこの箇所から逃がすようにしたものである。

また、リチウム電池、特にフレキシブル外装材からなるリチウム電池は、外装材に防湿性を確保するためのアルミニウム等の金属箔が設けられているものであるが、たとえば、水や水分が金属端子を突設した部分に付着すると、金属端子と外装材に設けられているアルミニウム等の金属箔間で短絡するという問題があり、電池モジュール自体を水分が浸入しないように構成する必要がある。
特開２００３−２４２９５１号公報特開平１０−５５７９２号公報

そこで本発明は、第１の目的として、水の浸入を完全に防止することができると共にリチウム電池からなる単電池の内圧上昇による外装材の膨張を抑制することができて電池の劣化や出力低下等の電池寿命特性を向上させることができる電池モジュールを提供することである。また、第２の目的として、リチウム電池からなる単電池の内圧上昇が所定の圧力に達した際に、内部圧力を逃がすことができる電池モジュールを提供することである。

本発明者は、上記課題を達成するために、請求項１記載の発明は、少なくとも正極および負極を備えた電池本体と、前記正極および負極の各々に接続された金属端子と、少なくともアルミニウム箔と最内層に熱可塑性樹脂層とを備えた前記電池本体を包装する外装材とからなり、前記金属端子を外部に突出させて前記電池本体を前記外装材で密封したリチウム電池と、前記リチウム電池の複数個を前記金属端子を介して電気的に接続した電池群と、前記電池群を収納する外部端子を有する密封可能な外装容器とを備え、前記外装容器内に前記電池群を収納すると共に前記電池群の電気的に接続されていない前記金属端子をリード線を介して前記外部端子に接続して前記外装容器を密封した電池モジュールにおいて、前記外装容器内を大気圧より高い陽圧状態に保持したことを特徴とする電池モジュール。

また、請求項２記載の本発明は、請求項１記載の電池モジュールにおいて、前記陽圧状態が不活性ガスにより達成されていることを特徴とするものである。

また、請求項３記載の本発明は、請求項１、２のいずれかに記載の電池モジュールにおいて、前記外装容器が耐圧容器であることを特徴とするものである。

また、請求項４記載の本発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の電池モジュールにおいて、前記外装容器の外面に放熱フィンが設けられていることを特徴とするものである。

また、請求項５記載の本発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の電池モジュールにおいて、前記外装容器の内面にリチウム電池を起立させた状態でそれぞれ保持すると共に区画する区画壁が設けられていることを特徴とするものである。

また、請求項６記載の本発明は、請求項１記載の電池モジュールにおいて、前記リチウム電池に内圧上昇時にガスを外部に逃がすガス放出手段が設けられていることを特徴とするものである。

本発明は、外装容器を密封可能な容器とすることにより外部から水等が浸入することを防止することができるためにリチウム電池の短絡を防止することができる、また、外装容器内を大気圧より高い陽圧状態に保持することにより、リチウム電池の内圧が上昇しても、陽圧状態に保持した圧力に至るまでは外装材の膨張を抑制することができるために電池の劣化や出力低下等の電池寿命特性を向上させることができるし、不活性ガスで陽圧状態に保持することにより、容器内をより安全な状態に保つことができる、また、外装容器を耐圧容器とすることにより陽圧状態に保持した際の容器の安全性を高めることができる、また、外装容器の外面に放熱フィン（鰭状の放熱板）を設けることにより充放電によりリチウム電池の温度が上昇しても、外装容器の外面に設けた放熱フィンを介して容易に放熱することができる、また、前記リチウム電池にガス放出手段を設けることにより電池の信頼性や安全性を向上させることができる、という数々の優れた効果を奏するものである。

上記の本発明について、図面等を用いて以下に詳しく説明する。
図１は本発明にかかる電池モジュールの一実施例を概略的に示す斜視図、図２は本発明にかかる電池群の一実施例を図解的に示す斜視図、図３は本発明にかかる電池モジュールに用いる外装容器の内部構造の一実施例を示す要部斜視図、図４はリチウム電池の形態の一実施例を説明する図、図５はリチウム電池の形態の他の実施例を説明する図であり、図中の１は電池モジュール、２は電池群、１０は外装容器、１１は外部端子、１２は注入口、１３は区画壁、２０，Ｄはリチウム電池、２１は接続具、２２はリード線、１０１は底壁、１０２は側壁、Ｔ，ｔは金属端子、Ａは外装材、Ｓは周縁熱接着部をそれぞれ示す。

図１は本発明にかかる電池モジュールの一実施例を概略的に示す斜視図、図２は本発明にかかる電池群の一実施例を図解的に示す斜視図であって、電池モジュール１は密封された直方体形状の外装容器１０を備え、該外装容器１０には外部端子１１が突設されると共に、逆止弁を有する注入口１２が設けられ、該注入口１２から不活性ガスが注入されて前記外装容器１０内が大気圧より高い陽圧状態に保持されている。

前記外装容器１０内には、複数個の略方形状リチウム電池（以下、リチウム電池と呼称する場合がある）２０の金属端子Ｔを接続具２１により直列に接続した電池群２が収納されると共に、図示はしないが両端部にある金属端子ｔがそれぞれ外部端子１１にリード線２２を介して接続される。なお、図示はしないが、リチウム電池２０は背景技術の項で示した成形タイプのように、四周縁が周縁熱接着部Ｓで封止されたものである。図２においては、リチウム電池２０を直列に接続したものを示したが、並列に接続したものであってもよいものである。

図３は本発明にかかる電池モジュールに用いる外装容器の内部構造の一実施例を示す要部斜視図であって、前記外装容器１０はその内部に底壁１０１と側壁１０２に連接して設けられた略コの字状の区画壁１３を有し、前記電池群２を構成する扁平型（略方形状）リチウム電池２０が前記区画壁１３で隔離された区画に１個ないし複数個が収納されて保持されるようになっている。なお、前記区画壁１３は図３に示したものに限定することはなく、リチウム電池２０を１個ないし複数個が区画収納できる構造であればよいものである。

前記外装容器１０としては、絶縁性が求められるために樹脂製容器が適当である。前記樹脂製容器としては、リチウム電池に用いられる電解質の態様により選択して用いればよいのであって、射出成形可能な樹脂、要するに熱可塑性樹脂であれば特に限定することなく用いることができ、たとえば、低密度ポリエチレン，中密度ポリエチレン，高密度ポリエチレン，ポリプロピレン，エチレン−ピロピレン共重合体、エチレン−ブテン共重合体，プロピレン−ブテン共重合体，ポリブテン，，エチレン−酢酸ビニル共重合体，エチレン−エチルアクリレート，エチレン−アクリル酸共重合体，エチレン−メタクリル酸共重合体，エチレン−メチルメタクリル酸，エチレン−ビニルアルコール共重合体，アイオノマー等のオレフィン系樹脂や環状ポリオレフィン、塩素化ポリオレフィン、あるいは、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ＡＢＳ、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレート，ポリエチレンナフタレート，ポリカーボネート等のエステル系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリアセタール、フッ素樹脂、変性ポリフェニレンエーテル等を挙げることができ、これらの樹脂の１種ないし２種以上を混合して用いてもよいし、また、２種以上を共押出ししたものであってもよいものである。また、図示はしないが、前記外装容器１０は、その外面に放熱フィン（鰭状の放熱板）を設けてよく、外装容器を射出成形する際に同時に一体的に形成される。

前記外装容器１０は、図示はしないが、容器本体と蓋体とからなるものであって、容器本体内に電池群２を収納し、リード線２２を介して両端の金属端子ｔ（図２上）と外部端子１１を接続した後に蓋体で容器本体の開口を閉止する。前記外装容器１０を密封する方法としては、接着剤を介して容器本体と蓋体とを接着して密封してもよいし、また、図示はしないが、容器本体を開口部周縁にフランジ部を有する容器本体とし、該容器本体のフランジ部に周回する溝を設けると共に、この溝に、いわゆるＯリング（オーリング）を嵌めこみ、蓋体と容器本体とを螺子等の締め付け手段で締めて密封してもよいものである。また、前記外装容器１０は、透明、半透明、不透明のいずれであってもよいし、顔料等により着色されていてもよいものである。

前記外装容器１０内に注入する不活性ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、ネオン等を用いてもよいが、入手し易く、安価であるなどから窒素ガスが適当である。高圧の窒素ガスボンベから所定圧に調節された窒素ガスを逆止弁付き注入口から注入することにより、前記外装容器１０内を大気圧より高い所定圧の陽圧状態にすることができる。前記外装容器１０内の圧力としては、大気圧プラス０．０１〜０．５ＭＰａが適当である。大気圧プラス０．０１ＭＰａ未満では、長期間の使用や高温環境下、あるいは、高度が高い場所等において、内圧が上昇した際に、低い内圧でもリチウム電池２０の周縁熱接着部Ｓが破袋して電池としての機能を損なう虞があり、また、大気圧プラス０．５ＭＰａ超では内圧が上昇した際に、リチウム電池２０の周縁熱接着部Ｓの破袋が阻害されて、電池モジュール全体を不良品にする虞がある。

次に、リチウム電池２０について説明する。リチウム電池は、背景技術の項で説明したように、リチウム電池本体と、正極および負極の各々に接続された金属端子と、これらを包装する外装からなる。

外装となるフレキシブル外装材としては、基材層、バリアー層としてのアルミニウム箔、化成処理層、接着層、熱接着性樹脂層を少なくともこの順となるように積層したものである。

前記基材層としては、外力からアルミニウム箔を保護すると共に、特に外部からの突き刺しに対する耐突き刺し性を向上させる目的で設けるものであり、機械的強度に優れる点から２軸方向に延伸したポリエステルフィルムやポリアミドフィルム、あるいは、これらの積層体を挙げることができる。ポリエステルフィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリカーボネート等からなるフィルムを挙げることができ、また、ポリアミドフィルムとしては、ナイロン６、ナイロン６，６、ナイロン６，１０等からなるフィルムを挙げることができる。前記基材層の厚さとしては６μｍ以上が適当である。この理由としては、６μｍより厚さが薄いと、それ自体にピンホールが存在する可能性があると共に外力に対するアルミニウム箔の保護効果が減少し、特に成形タイプ（図５参照）の場合にはアルミニウム箔にピンホールや破断が発生し易く成形不良を起こし易いからであり、より好ましくは１２μｍ以上である。また、前記基材層が上記したフィルムの単層であれ、複層であれ、２５μｍより厚い場合は外力に対するアルミニウム箔の保護という点で顕著な効果が認められず、体積および重量エネルギー密度を低下させると共に、費用対効果の面からも使用しない方が望ましい。また、上記したポリエステルフィルムやポリアミドフィルムは必要な面にコロナ放電処理、オゾン処理、プラズマ処理等の易接着処理を施してもよいものである。

また、前記アルミニウム箔としては、外部から電池内部に特に水蒸気が浸入するのを防止するために設けられるものであって、水蒸気バリアー性の確保と加工時の加工適性を考慮すると、２０〜２００μｍの厚さのものが適当である。２０μｍ未満の厚さの場合は、アルミニウム箔単体のピンホールが危惧され、水蒸気の浸入の危険性が高くなり、２００μｍ超の厚さの場合は、アルミニウム箔のピンホールに顕著な効果が認められず、水蒸気バリアー性の更なる向上が期待できず、加工適性においても劣り、体積および重量エネルギー密度を低下させると共に費用対効果の面からも使用しない方が望ましい。

また、前記アルミニウム箔は鉄分を０．３〜９．０重量％、好ましくは０．７〜２．０重量％含有したものが鉄分を含有しないものと比較して延展性に優れると共に折り曲げに対するピンホールの発生が少なく、特にプレス成形時に偏肉のない均一な成形品が得られるために成形タイプ（図５参照）とする場合のフレキシブル外装材に鉄分を含有したアルミニウム箔を用いるのが好ましい。なお、鉄含有量が０．３重量％未満ではピンホール発生の防止や延展性において効果が認められず、鉄含有量が９．０重量％超ではアルミニウム箔としての柔軟性が阻害されるために成形適性が低下する。

また、前記アルミニウム箔は冷間圧延で製造されるが、焼きなまし（いわゆる焼鈍処理）条件でその柔軟性、腰の強さ、硬さが変化するが、本発明に用いるアルミニウム箔は焼きなましをしていない硬質処理品よりも多少ないし完全に焼きなまし処理をした軟質傾向にあるアルミニウム箔がよい。また、柔軟性、腰の強さ、硬さを決めるアルミニウム箔の焼きなまし条件は、フレキシブル外装材を袋タイプ（図４参照）として用いるのか、成形タイプ（図５参照）として用いるのかにより適宜決めればよいものである。

前記化成処理層は前記アルミニウム箔を電解液や電解液の加水分解により発生するフッ酸による腐蝕を防止すると共に電解液や電解液の加水分解により発生するフッ酸による前記アルミニウム箔と後述する接着層との間でのデラミネーションを防止し、さらに前記化成処理層上に積層する接着層との間を強固に接着させるために設けるものである。また、成形タイプの電池にあっては、プレス成形時の上記した層間でのデラミネーションを防止するために設けるものである。前記化成処理層は、クロム酸クロメート処理、リン酸クロメート処理、塗布型クロメート処理等のクロム系化成処理、あるいは、ジルコニウム、チタン、リン酸亜鉛等の非クロム系（塗布型）化成処理等により前記アルミニウム箔面に形成されるものであるが、連続処理が可能であると共に水洗工程が不要で処理コストを安価にすることができるなどから塗布型化成処理が適当である。処理液としては、従来公知の六価クロム化合物を含有したクロメート処理液で処理してもよいものであるが、環境に優しく、時間経過と共に上記した各層間の接着強度の低下を来たし難い処理液、具体的にはアミノ化フェノール重合体、三価クロム化合物、および、リン化合物を含有する処理液を用いて形成するのが好ましい。

まず、アミノ化フェノール重合体について説明する。アミノ化フェノール重合体としては、公知のものを広く使用することができ、たとえば、下記式（１）、（２）、（３）、（４）で表される繰り返し単位からなるアミノ化フェノール重合体を挙げることができる。なお、式中のＸは水素原子、ヒドロキシル基、アルキル基、ヒドロキシアルキル基、アリル基ないしベンジル基を示す。また、Ｒ₁、Ｒ₂はヒドロキシル基、アルキル基、ヒドロキシアルキル基を示し、同じ基であってもよいし、異なる基であってもよいものである。

下記式（１）〜（４）において、Ｘ、Ｒ₁、Ｒ₂で示されるアルキル基としては、たとえば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等の炭素数１〜４の直鎖または分枝鎖状アルキル基を挙げることができる。また、Ｘ、Ｒ₁、Ｒ₂で示されるヒドロキシアルキル基としては、たとえば、ヒドロキシメチル基、１−ヒドロキシエチル基、２−ヒドロキシエチル基、１−ヒドロキシプロピル基、２−ヒドロキシプロピル基、３−ヒドロキシプロピル基、１−ヒドロキシブチル基、２−ヒドロキシブチル基、３−ヒドロキシブチル基、４−ヒドロキシブチル基等のヒドロキシ基が１個置換された炭素数１〜４の直鎖ないし分枝鎖状アルキル基を挙げることができる。なお、下記式（１）〜（４）におけるＸは水素原子、ヒドロキシル基、および、ヒドロキシアルキル基のいずれかであるのが好ましい。

また、下記式（１）、（３）で表されるアミノ化フェノール重合体は、繰り返し単位を約８０モル％以下、好ましくは繰り返し単位を約２５〜約５５モル％の割合で含むアミノ化フェノール重合体である。また、アミノ化フェノール重合体の数平均分子量は、好ましくは約５００〜約１００万、より好ましくは約１０００〜約２万である。アミノ化フェノール重合体は、たとえば、フェノール化合物ないしナフトール化合物とホルムアルデヒドとを重縮合して下記（１）ないし（３）で表される繰り返し単位からなる重合体を製造し、次いで、この重合体にホルムアルデヒドおよびアミン（Ｒ₁Ｒ₂ＮＨ）を用いて水溶性官能基（−ＣＨ₂ＮＲ₁Ｒ₂）を導入することにより製造される。アミノ化フェノール重合体は、１種ないし２種以上混合して用いることができる。

次に、三価クロム化合物について説明する。三価クロム化合物としては、公知のものを広く使用することができ、たとえば、硝酸クロム、フッ化クロム、硫酸クロム、酢酸クロム、蓚酸クロム、重リン酸クロム、クロム酸アセチルアセテート、塩化クロム、硫酸カリウムクロム等を挙げることができ、好ましくは硝酸クロム、フッ化クロムである。

次に、リン化合物について説明する。リン化合物としては、公知のものを広く使用することができ、たとえば、リン酸、ポリリン酸等の縮合リン酸およびこれらの塩等を挙げることができる。ここで、前記塩としては、たとえば、アンモニウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩を挙げることができる。

そして、アミノ化フェノール重合体、三価クロム化合物、および、リン化合物を含有する処理液を用いて形成する前記化成処理層としては、１ｍ²当たり、アミノ化フェノール重合体が約１〜約２００ｍｇ、三価クロム化合物がクロム換算で約０．５〜約５０ｍｇ、および、リン化合物がリン換算で約０．５〜約５０ｍｇの割合で含有されているのが適当であり、アミノ化フェノール重合体が約５．０〜１５０ｍｇ、三価クロム化合物がクロム換算で約１．０〜約４０ｍｇ、および、リン化合物がリン換算で約１．０〜約４０ｍｇの割合で含有されているのがより好ましい。この場合の乾燥温度としては、１５０〜２５０℃、好ましくは１７０〜２５０℃で、加熱処理（焼付け処理）するのが適当である。

また、前記化成処理層の形成方法としては、前記処理液をバーコート法、ロールコート法、グラビアコート法、浸漬法等の周知の塗布法を適宜選択して形成すればよいものである。また、前記化成処理層を形成する前に前記アルミニウム箔面に、予め、たとえば、アルカリ浸漬法、電解洗浄法、酸洗浄法、電解酸洗浄法、酸活性化法等の周知の脱脂処理法で処理を施しておく方が、前記化成処理層の機能を最大限に発現させると共に、長期間維持することができる点から好ましい。

次に、前記接着層について説明する。前記接着層としては、前記アルミニウム箔の前記化成処理層と後述する熱接着性樹脂層とを強固に接着させるために設けるものであり、前記接着層を形成する樹脂としてその一つを例示するならば、たとえば、不飽和カルボン酸でグラフト変性したポリオレフィン樹脂、エチレンないしプロピレンとアクリル酸、または、メタクリル酸との共重合体等の酸変性ポリオレフィン樹脂、特に好ましくは不飽和カルボン酸でグラフト変性したポリオレフィン樹脂を挙げることができ、前記接着層の形成方法としては上記した樹脂をＴダイ押出機を用いて前記アルミニウム箔の前記化成処理層面に溶融押出しして、後述する熱接着性樹脂層を構成する樹脂フィルムを積層する、いわゆるサンドイッチラミネーション法で積層することにより形成してもよいし、また、上記した樹脂と後述する熱接着性樹脂層に用いる樹脂とを予め共押出しして共押出しフィルムとなし、この共押出しフィルムを用いてサーマルラミネーション法で前記アルミニウム箔の前記化成処理層面に積層してもよいものである。この場合の前記接着層の厚さとしては、５〜２０μｍ、好ましくは１０〜１５μｍであり、５μｍ未満では十分なラミネート強度を得ることができず、２０μｍ超では端面からの水分透過が多くなり、電池としての性能を低下させる虞があるからである。

また、前記接着層を形成する樹脂として別の一つを例示するならば、たとえば、ポリエステル系、ポリエーテル系、ポリウレタン系等の周知のドライラミネーション用接着剤を用いて、周知のドライラミネーション法で積層すればよいものであり、その塗布量としては、３．０〜５．０ｇ／ｍ²が適当である。

なお、前記基材層と前記アルミニウム箔との積層についても、上記したポリエステル系、ポリエーテル系、ポリウレタン系等の周知のドライラミネーション用接着剤を用いて、周知のドライラミネーション法で積層すればよいものである。また、フレキシブル外装材を成型タイプに用いる場合にあっては前記アルミニウム箔の前記基材層を積層する側の面にも上記で説明した化成処理層を設けるのが好ましい。この理由としては、プレス成型時の前記アルミニウム箔と前記基材層とのデラミネーションを防止することができるからであり、袋タイプにあっては、敢えて設けなくてもよいものである。

次に、前記熱接着性樹脂層を形成する樹脂について説明する。前記熱接着性樹脂層を形成する樹脂としては、リチウム電池本体の正極および負極の各々に接続された金属端子を外側に突出した状態で挟持して熱接着して密封する際に前記熱接着性樹脂層と金属端子との間に金属端子部密封用接着性フィルムを介在させるか否かで樹脂種が異なるものである。金属端子部密封用接着性フィルムを介在させる場合には、低密度ポリエチレン，中密度ポリエチレン，高密度ポリエチレン，線状低密度ポリエチレン，エチレン−ブテン共重合体等のエチレン系樹脂、ホモポリプロピレン，エチレン−プロピレン共重合体，エチレン−プロピレン−ブテン共重合体等のプロピレン系樹脂の単体ないし混合物等の一般的なオレフィン系樹脂（炭素と水素とからなる直鎖状あるいは分枝鎖状のオレフィン系樹脂層を意味する）を適宜選択して用いればよいものである。また、前記熱接着性樹脂層は、上記した積層方法に応じて必要な面にコロナ放電処理、オゾン処理、プラズマ処理等の易接着処理を施してもよいものである。なお、金属端子部密封用接着性フィルムとして例示するならば、前記接着層を形成する樹脂の一つとして上記で説明した酸変性ポリオレフィン系樹脂からなるフィルムである。

また、金属端子部密封用接着性フィルムを介在させない場合には、前記接着層を形成する樹脂の一つとして上記で説明した、酸変性ポリオレフィン系樹脂、たとえば、不飽和カルボン酸でグラフト変性したポリオレフィン樹脂、エチレンないしプロピレンとアクリル酸、または、メタクリル酸との共重合体等の酸変性ポリオレフィン樹脂、特に好ましくは不飽和カルボン酸でグラフト変性したポリオレフィン樹脂を用いることができ、この場合は前記接着層を兼ねてもよいものである。前記熱接着性樹脂層の厚さとしては、１０〜１００μｍ、好ましくは３０〜５０μｍであり、１０μｍ未満では熱接着した際に十分な接着強度を得ることができずに密封性に問題が生じる虞があり、１００μｍ超では熱接着して密封する際の密封性に顕著な効果が認められず、また、総厚が厚くなることにより逆に体積および重量エネルギー密度を低下させると共に費用対効果の面からも使用しない方が好ましい。

また、プレス成形時に金型に対してフレキシブル外装材が部分的に密着するのを防止して厚みムラ（厚みバラツキ）のない均一なプレス成形品を得る目的（プレス成形時の成形性を向上させる目的）で、フレキシブル外装材の基材層の表面に、たとえば、流動パラフィンなどの炭化水素系、ステアリン酸、エルカ酸などの脂肪酸系、ステアリルアミド、エルカ酸アマイドなどの脂肪酸アミド系、金属石鹸、天然ワックス、シリコーンなどの滑剤を適当な溶媒で溶液化するなどの塗布可能な状態にして、たとえば、グラビアコート法、ロールコート法、あるいは、パターン状に形成する場合にはグラビア印刷法等の周知の塗布法で滑剤層を形成してもよいものである。

また、本発明の電池モジュールに用いるリチウム電池２０において、内圧が上昇した際に円滑にガスを逃がす手段としては、特開平１０−５５７９２号公報に開示されている技術を適用してもよいし、また、フレキシブル外装材を構成する熱接着性樹脂層に用いる樹脂同士を熱接着した際の接着強度よりも小さい接着強度となる熱接着性樹脂フィルムを前記熱接着性樹脂層間に介在させて熱接着した周縁熱接着部を形成することにより、この部分から上昇した内圧を他の周縁熱接着部より早く逃がすことができる。具体的には、たとえば、熱接着性樹脂層をポリプロピレンで形成した場合には、前記熱接着性樹脂フィルムとしてエチレン−プロピレン共重合体を用いればよいものである。また、この場合において、エチレンの含有量を調節することにより、ガスを逃がす圧力を適宜コントロールすることが可能である。

本発明にかかる電池モジュールの一実施例を概略的に示す斜視図である。本発明にかかる電池群の一実施例を図解的に示す斜視図である。本発明にかかる電池モジュールに用いる外装容器の内部構造の一実施例を示す要部斜視図である。リチウム電池の形態の一実施例を説明する図である。リチウム電池の形態の他の実施例を説明する図である。

符号の説明

１電池モジュール
２電池群
１０外装容器
１１外部端子
１２注入口
１３区画壁
２０，Ｄリチウム電池
２１接続具
２２リード線
１０１底壁
１０２側壁
Ｔ，ｔ金属端子
Ａ外装材
Ｓ周縁熱接着部

Claims

少なくとも正極および負極を備えた電池本体と、前記正極および負極の各々に接続された金属端子と、少なくともアルミニウム箔と最内層に熱可塑性樹脂層とを備えた前記電池本体を包装する外装材とからなり、前記金属端子を外部に突出させて前記電池本体を前記外装材で密封したリチウム電池と、前記リチウム電池の複数個を前記金属端子を介して電気的に接続した電池群と、前記電池群を収納する外部端子を有する密封可能な外装容器とを備え、前記外装容器内に前記電池群を収納すると共に前記電池群の電気的に接続されていない前記金属端子をリード線を介して前記外部端子に接続して前記外装容器を密封した電池モジュールにおいて、前記外装容器内を大気圧より高い陽圧状態に保持したことを特徴とする電池モジュール。
前記陽圧状態が不活性ガスにより達成されていることを特徴とする請求項１記載の電池モジュール。
前記外装容器が耐圧容器であることを特徴とする請求項１、２のいずれかに記載の電池モジュール。
前記外装容器の外面に放熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電池モジュール。
前記外装容器の内面に前記リチウム電池を起立させた状態でそれぞれ保持すると共に区画する区画壁が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電池モジュール。
前記リチウム電池に内圧上昇時にガスを外部に逃がすガス放出手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電池モジュール。