JP2015128018A

JP2015128018A - 組電池

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Publication number: JP2015128018A
Application number: JP2013273348A
Authority: JP
Inventors: 若林　計介; Keisuke Wakabayashi; 計介若林; 下井田　良雄; Yoshio Shimoida; 良雄下井田; 脇　憲尚; Norihisa Waki; 憲尚脇; 祐二室屋; Yuji Muroya; 靖二石本; Seiji Ishimoto; 智久松野; Tomohisa MATSUNO
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-07-09

Abstract

【課題】並列接続された複数の双極型二次電池のうち、一つの双極型二次電池において電解液の減少が生じても、組電池全体での劣化を防止できる組電池を提供する。【解決手段】複数の双極型二次電池２と、複数の双極型二次電池を電気的に並列接続する並列接続部３０と、隣接する双極型二次電池間において電解液を流動可能とする電解液流動手段４０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、組電池に関する。

近年、環境や燃費の観点から、ハイブリッド自動車や電気自動車が製造・販売され、新たな開発が続けられている。これらのいわゆる電動車両においては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の充放電ができる二次電池の活用が不可欠である。特に、リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度の高さや繰り返しの充放電に対する耐久性の高さから、電動車両に好適と考えられ、各種開発が鋭意進められている。

これに関連して、下記の特許文献１には、リチウムイオン二次電池の一種として双極型リチウムイオン二次電池（双極型二次電池）に関する技術が開示されている。双極型二次電池は、集電体の一方の面に正極活物質層が形成され、他方の面に負極活物質層が形成された双極型電極が、セパレータを介して複数積層された構成を有する。このような双極型二次電池によれば、電池内で積層方向に直列に接続されているため、電池を高電圧化できる。

特開平１１―２０４１３６号公報

このような双極型二次電池は、高容量化も望まれている。双極型二次電池を高容量化する方法としては、例えば、双極型二次電池を複数並列接続することが考えられる。

しかしながら、双極型二次電池を複数並列接続した際に、一つの双極型二次電池において電解液が枯渇して劣化した場合、他の双極型二次電池に負荷がかかり、組電池全体での劣化が促進される虞がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、並列接続された複数の双極型二次電池のうち、一つの双極型二次電池において電解液の減少が生じても、組電池全体での劣化を防止できる組電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る組電池は、集電体の一方の面に正極活物質層が形成され他方の面に負極活物質層が形成された双極型電極がセパレータを挟んで積層された複数の双極型二次電池を有する。本発明に係る組電池は、複数の前記双極型二次電池を電気的に並列接続する並列接続部と、隣接する前記双極型二次電池間において電解液を流動可能とする電解液流動手段と、をさらに有する。

上記のように構成した組電池によれば、たとえ一の双極型二次電池において電解液の減少が生じても、電解液流動手段によって、電解液の減少が生じた一の双極型二次電池に、他の双極型二次電池から電解液が流動される。したがって、並列接続された複数の双極型二次電池のうち、一の双極型二次電池において電解液の枯渇が生じることがなく、組電池全体での劣化を防止できる。

本発明の第１実施形態に係る組電池の全体構造を模式的に示す概略断面図である。第１実施形態に係る組電池を示す上面図である。セパレータの空孔の様子を示す図である。２つの双極型二次電池が２つの抑え治具によって抑えられる様子を示す図である。第２実施形態に係る組電池の全体構造を模式的に示す概略断面図である。積層方向に積層された２つの双極型二次電池が１つの抑え治具によって抑えられる様子を示す図である。改変例１に係る組電池の全体構造を模式的に示す概略断面図である。改変例２に係る組電池の全体構造を模式的に示す概略断面図である。改変例３に係る組電池の全体構造を模式的に示す概略断面図である。改変例４に係る組電池の全体構造を模式的に示す概略断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。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。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。

図１は、本発明の第１実施形態に係る組電池１の全体構造を模式的に示す概略断面図である。図２は、第１実施形態に係る組電池１を示す上面図である。なお、図２では理解の容易のために、外装体２０は省略されている。

本実施形態に係る組電池１は、概説すると、図１，２に示すように、集電体１１の一方の面に正極活物質層１２が形成され他方の面に負極活物質層１３が形成された双極型電極１４がセパレータ１５を挟んで積層された２つの双極型二次電池２を有する。組電池１は、２つの双極型二次電池２を電気的に接続する並列接続部３０と、隣接する双極型二次電池２間において電解液を流動可能とする電解液流動手段４０と、をさらに有する。

組電池１は、さらに、積層方向に隣り合う集電体１１の間であってセパレータ１５の外周に設けられるシール部１８と、２つの双極型二次電池２及び電解液流動手段４０を内包する外装体２０と、を有する。

以下、本実施形態に係る組電池１の細部の構成について詳述する。

上述したように、組電池１は、２つの互いに並列接続された双極型二次電池２（２Ａ，２Ｂ）を有する。並列接続された２つの双極型二次電池２は、横方向（積層方向に交差する方向）に並んで配置された状態で、外装体２０内に収納されている。

図１において左側に設けられる一の双極型二次電池２Ａは、集電体１１の一方の面に正極活物質層１２Ａが形成され他方の面に負極活物質層１３Ａが形成された双極型電極１４Ａがセパレータ１５を挟んで３つ積層されて構成される。これにより、正極活物質層１２Ａ及び負極活物質層１３Ａが、セパレータ１５を介して対向して配置される。このとき、図１に示すように、双極型二次電池２Ａには２つの単電池層１９Ａが含まれる。

図１において右側に設けられる他の双極型二次電池２Ｂは、集電体１１の一方の面に正極活物質層１２Ｂが形成され他方の面に負極活物質層１３Ｂが形成された双極型電極１４Ｂがセパレータ１５を挟んで３つ積層されて構成される。これにより、正極活物質層１２Ｂ及び負極活物質層１３Ｂが、セパレータ１５を介して対向して配置される。このとき、図１に示すように、双極型二次電池２Ｂには２つの単電池層１９Ｂが含まれる。

一の双極型二次電池２Ａ及び他の双極型二次電池２Ｂは、集電体１１及びセパレータ１５を共有する。すなわち、正極活物質層１２及び負極活物質層１３が、長尺状の集電体１１上に、横方向に断続的に設けられることによって２つの双極型電極１４Ａ，１４Ｂが形成される。このように形成される２つの双極型電極１４Ａ，１４Ｂを、長尺状のセパレータ１５を介して積層することによって、２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂが形成される。

セパレータ１５は、正極活物質層１２及び負極活物質層１３を物理的に隔離しつつ、電解液を保持する。電解液は、非水（系）電解液である。電解液を介して正極活物質層１２と負極活物質層１３との間をイオンが移動することで、双極型二次電池２に蓄積された電気が充放電される。セパレータ１５の空孔Ｈは、図３に示すように、少なくとも横方向（２つの双極型二次電池２Ａ、２Ｂを結ぶ方向）に連通していることが好ましい。

シール部１８は、集電体１１間に電解液を封止可能とする。具体的には、シール部１８は、図２において点線によって示すように、積層方向に視ると、集電体１１の４辺に沿って枠形状に形成される。本実施形態において、シール部１８は、２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂが共有するセパレータ１５の外周に形成される。したがって、それぞれの双極型二次電池２Ａ，２Ｂの外周にシール部１８を形成する場合と比較して、シール部１８の配置面積を低減させて、エネルギー密度を向上させることができる。

並列接続部３０は、正極側接続部３１及び負極側接続部３２を有する。

正極側接続部３１は、一の双極型二次電池２Ａの最外層における正極活物質層１２ａ及び他の双極型二次電池２Ｂの最外層における正極活物質層１２ｂを電気的に接続しつつ、外装体２０の外部に導出される。すなわち、正極側接続部３１は正極タブとしての役割を果たす。

負極側接続部３２は、一の双極型二次電池２Ｂの最外層における負極活物質層１３ａ及び他の双極型二次電池２Ｂの最外層における負極活物質層１３ｂを電気的に接続しつつ、外装体２０の外部に導出される。すなわち、負極側接続部３２は負極タブとしての役割を果たす。

電解液流動手段４０は、２つの双極型二次電池２間において電解液を流動可能とする。電解液流動手段４０は、２つの双極型二次電池２間において共有されるセパレータ１５及び集電体１１と、積層方向に隣り合う集電体１１の間であってセパレータ１５の外周に設けられるシール部１８と、によって構成される。電解液は、積層方向に隣り合う集電体１１及びシール部１８によって囲まれる空間に封止され、２つの双極型二次電池２間を行き来できる。

［各構成の材料］
次に、本実施形態に係る組電池１の各構成部品の材料等について説明する。

集電体１１は、金属材料または高分子材料の少なくとも一方を含む集電箔と、導電性を有する導電材と、によって構成されている。集電体１１は、例えば、導電材が集電箔上に配置される構造としてもよいし、２枚の集電箔の間に導電材を挟む構造としてもよい。

ここで、集電箔を構成する材料が金属材料の場合、集電箔として従来用いられている公知の金属材料から選ぶことができる。具体的には、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、ステンレス鋼、これらの合金などが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。また、集電体を構成する材料が高分子材料の場合、必ずしも導電性を有する必要はないが、集電箔全体では、集電箔としての機能を果たすために、導電性を有していなければならない。したがって、高分子材料が導電性を持たない場合、集電箔には、高分子材料の他に、導電性を有する導電性フィラー（導電性粒子）が当然に含まれる。また、高分子材料上に金属層を有してもよい。

高分子材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、スチレンブタジエンゴム、ポリアクリロニトリル、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、またはこれらの混合物である。

導電性フィラーは、導電性を有し、電荷移動媒体として用いられるイオンに関して伝導性を有さない材料から選択される。また、導電性フィラーは、印加される正極電位及び負極電位に耐えうる材料から選択される。具体的には、例えば、アルミニウム粒子、ＳＵＳ粒子、カーボン粒子、銀粒子、金粒子、銅粒子、チタン粒子などが挙げられるが、これらに限定されず、合金粒子が用いられてもよい。また、導電性フィラーは、金属に限られず、カーボン粒子、カーボンナノチューブなどが用いられてもよい。また、フィラー系導電性樹脂組成物として実用化されているものを用いることができる。このうち、特に電池において通常導電助剤として用いられる材料であるカーボン粒子が好ましい。カーボンブラックやグラファイトなどのカーボン粒子は電位窓が非常に広く、正極電位及び負極電位の双方に対して幅広い範囲で安定であり、さらに導電性に優れているためである。また、カーボン粒子は非常に軽量なため、質量の増加が最小限になる。

正極活物質層１２は、正極活物質、導電助剤、バインダー、支持塩（リチウム塩）などを含む。

正極活物質は、電極反応において正極活物質層１２と負極活物質層１３との間を往来する物質（イオン）を蓄積及び放出できる正極材料である。正極活物質としては、例えば、リチウム−遷移金属複合酸化物が好ましい。具体的には、ＬｉＣｏＯ_２などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ_２などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ_２Ｏ_４などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ_２などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物などが挙げられる。この他、ＬｉＦｅＰＯ_４などの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物、Ｖ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２、ＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２、ＭｏＯ_３などの遷移金属酸化物や硫化物、ＰｂＯ_２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨなどが挙げられる。また、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。

正極活物質層１２に含まれる導電助剤は、正極活物質の導電性を改善する機能を有し、例えば、黒鉛などのカーボン粉末や、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）などの種々の炭素繊維により構成される。

正極活物質層１２に含まれるバインダーは、集電体１１と正極活物質層１２との結着材としての機能を有する。例えば、バインダーとしては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、またはこれらの混合物が挙げられる。

正極活物質層１２に含まれる支持塩は、支持電解質としての機能を有する。例えば、支持塩としては、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ（ＬｉＢＥＴＩ）、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎなどが挙げられる。

負極活物質層１３は、負極活物質、導電助剤、バインダー、支持塩などを含む。

負極活物質は、電極反応において正極活物質層１２と負極活物質層１３との間を往来する物質（イオン）を蓄積及び放出できる負極材料である。負極活物質としては、例えば、炭素材料が好ましい。炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等の黒鉛系炭素材料（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、ソフトカーボン、ハードカーボンなどが挙げられる。より好ましくは、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛などの黒鉛である。天然黒鉛は、例えば、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛などが使用できる。人造黒鉛としては塊状黒鉛、気相成長黒鉛、鱗片状黒鉛、繊維状黒鉛が使用できる。これらの中で、特に好ましい材料としては、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛である。鱗片状黒鉛、塊状黒鉛を用いた場合、充填密度が高くなるため、特に有利である。また、場合によっては、二種以上の負極活物質が併用されてもよい。

負極活物質層１３に含まれる導電助剤は、負極活物質の導電性を改善する機能を有し、例えば、黒鉛などのカーボン粉末や、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）などの種々の炭素繊維により構成される。

負極活物質層１３に含まれるバインダーは、集電体１１と負極活物質層１３との結着材としての機能を有し、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）によって構成されている。また、ポリフッ化ビニリデンのような溶剤系バインダー以外に、ポリマー微粒子、ゴム材料を水に分散させた水系バインダー（たとえば、スチレン−ブタジエンゴム）を用いてもよい。

負極活物質層１３に含まれる支持塩は、支持電解質としての機能を有する。例えば、負極活物質層１３の支持塩には、正極活物質層１２に含まれる支持塩と同一の物質が用いられる。

セパレータ１５は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン製の多孔質膜、セラミック製の多孔質膜などが用いられる。また、耐熱性を有するアラミドなどが用いられてもよい。

電解液は、例えば、有機溶媒に支持塩であるリチウム塩等が溶解した形態である。有機溶媒としては、支持塩を十分に溶解させ得るものであればよく、たとえば、（１）プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどの環状カーボネート類、（２）ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類、（３）テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジブトキシエタン等のエーテル類、（４）γ−ブチロラクトン等のラクトン類、（５）アセトニトリル等のニトリル類、（６）プロピオン酸メチル等のエステル類、（７）ジメチルホルムアミド等のアミド類、（８）酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから一種類または二種以上を混合した非プロトン性溶媒等の可塑剤などが挙げられる。これら有機溶媒は、単独で用いても二種類以上を組み合わせて用いてもよい。支持塩としては、従来公知のものが用いられる。たとえば、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ（ＬｉＢＥＴＩ）、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ等が用いられる。

シール部１８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い。シール部１８は例えば、熱可塑性樹脂からなる。具体的には、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、ポリイミド樹脂などが用いられ得る。特に、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、エポキシ樹脂を使用することが好ましい。

外装体２０は、例えば、内部に金属板を備えたラミネートシートから構成される。

並列接続部３０の材質は、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、ステンレス鋼、これらの合金などを用いることができる。

［製造方法］
次に、本実施形態に係る組電池１の製造方法について説明する。

まず、所望の正極活物質、導電助剤、バインダー、支持塩などを、溶媒中で混合して、正極活物質スラリーを調製する。同様に、所望の負極活物質、導電助剤、バインダー、支持塩などを、溶媒中で混合して、負極活物質スラリーを調製する。

続いて、長尺状の集電体１１を準備し、上述の正極活物質スラリーを集電体１１の一方の表面に断続的に２か所塗布して正極活物質層１２Ａ，１２Ｂを形成する。正極活物質スラリーを塗布するための塗布手段は特に限定されないが、例えば、自走型コータなどの一般的に用いられている手段が採用され得る。

塗膜を乾燥させるための乾燥手段も特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照され得る。例えば、加熱処理が例示される。乾燥条件（乾燥時間、乾燥温度など）は、正極活物質スラリーの塗布量やスラリーの溶媒の揮発速度に応じて適宜設定され得る。

塗膜を乾燥させた後、上述の負極活物質スラリーを集電体１１の他方の表面に断続的に２か所塗布して負極活物質層１３Ａ，１３Ｂを形成する。これを乾燥させて双極型電極１４Ａ，１４Ｂを完成させる。

次に、双極型電極１４Ａ，１４Ｂを、真空（減圧）密封しつつ、長尺状のセパレータ１５を挟んで、積層する。このとき、積層方向に隣り合う集電体１１の間であって、セパレータ１５の外周に沿ってシール材を配置する。シール材を配置する手段は特に限定されない。配置されるシール材の幅は、集電体１１との密着性や集電体１１同士の接触防止効果などの目的に応じて１ｍｍ〜５０ｍｍの範囲で適宜決定すればよい。なお、シール材の配置は、双極型電極１４Ａ，１４Ｂの積層を行った後に行われてもよい。

次に、集電体１１の４辺のうち３辺に沿ってシール材を集電体１１に固定して、積層方向に隣り合う集電体１１の３辺を封止する。当該３辺は、任意の辺であり得る。具体的には、熱プレス機により熱プレスすることによって、未硬化のシール材を硬化させる。

次に、封止されていない集電体１１の残りの１辺から電解液を注液する。

次に、集電体１１の残りの１辺に沿ってシール材を集電体１１に固定して、積層方向に隣り合う集電体１１の残りの１辺を封止する。この結果、横方向に並んで配置される２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂが形成される。

次に、２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂを内包するように、外装体２０を配置し、並列接続部３０を外装体２０の外部に導出する。

以上の製造方法によって、本実施形態に係る組電池１が形成される。

なお、横方向に並んで配置される２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂは、図４に示すように、外装体２０の上下から、互いに異なる抑え治具Ｊ１，Ｊ２によって抑えられることが好ましい。なお、組電池１を複数積層した状態で、抑え治具Ｊ１，Ｊ２によって抑えられてもよい。あるいは、２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂは、共通の抑え治具により積層方向の両側から抑えられても良い。

［効果］
以上説明したように、本実施形態に係る組電池１は、集電体１１の一方の面に正極活物質層１２が形成され他方の面に負極活物質層１３が形成された双極型電極１４がセパレータ１５を挟んで積層された２つの双極型二次電池２を有する。組電池１は、複数の双極型二次電池２を電気的に並列接続する並列接続部３０と、隣接する双極型二次電池２間において電解液を流動可能とする電解液流動手段４０と、をさらに有する。この構成によれば、たとえ一の双極型二次電池２Ａにおいて電解液の減少が生じても、電解液流動手段４０によって、電解液の減少が生じた一の双極型二次電池２Ａに、他の双極型二次電池２Ｂから電解液が流動される。したがって、並列接続された複数の双極型二次電池２Ａ，２Ｂのうち、一の双極型二次電池２Ａにおいて電解液の枯渇が生じることがなく、組電池１全体での劣化を防止できる。

また、電解液流動手段４０は、２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂ間において共有されるセパレータ１５及び集電体１１と、積層方向に隣り合う集電体１１の間であってセパレータ１５の外周に設けられるシール部１８と、によって構成される。このため、容易な構成によって、電解液流動手段４０を構成することができ、製造時間や製造コストを低減できる。

また、２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂは、横方向に並んで配置される。このため、組電池の高さを高くすることなく高容量化できる。

また、２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂは、互いに異なる抑え治具Ｊ１，Ｊ２によって積層方向から抑えられる。このため、双極型二次電池２Ａ，２Ｂに対して均一な圧力をかけることができる。したがって、電池反応を均一とすることができ、電圧のばらつきを低減できる。また、双極型二次電池２Ａ，２Ｂに対して均一に圧力がかかっているため、電池が反応する部分には、余剰な電解液が無く、２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂが共有する電解液を効率良く使用できる。

また、セパレータ１５の空孔は、少なくとも積層方向に交差する方向に連通する。このため、セパレータ１５を介して電解液を流動することができ、電解液の流動を効率よく行うことができる。

また、組電池１は、双極型二次電池２及び電解液流動手段４０が内包される外装体２０をさらに有する。このため、双極型二次電池２の外部への露出を防止し、組電池１の取扱い性が向上する。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。第１実施形態と共通する部分は説明を省略し、第２実施形態のみに特徴のある箇所について説明する。第２実施形態に係る組電池３は、第１実施形態に係る２つの双極型二次電池２を葛折りすることによって構成される。

以下、図５を参照して第２実施形態に係る組電池３について説明する。

第２実施形態に係る組電池３は、上述した第１実施形態に係る、横方向に並んで配置される２つの双極型二次電池２を、葛折り状に折り畳むことによって構成される。

正極活物質層１２及び負極活物質層１３が形成されない位置、すなわちセパレータ１５及び集電体１１が共有される位置に、２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂが屈曲される屈曲部２１が設けられる。図１において、左上に位置する正極活物質層１２ａが最上層に、右上に位置する正極活物質層１２ｂが最下層となるように、屈曲部２１において折り畳むことによって、図５に示すように、上下方向に積層された２つの双極型二次電池２が形成される。

このとき、図１において、左下に位置する負極活物質層１３ａは、折り重なる２つの双極型二次電池２の間のうち上側に配置される。また、図１において、右下に位置する負極活物質層１３ｂは、折り重なる２つの双極型二次電池２の間のうち下側に配置される。

屈曲部２１における曲率半径は、例えば、０．０５ｍｍ以上の範囲であるが、これに限られない。２つの双極型二次電池２を折り畳むことによって、２つの双極型二次電池２が並列接続されていることには変わりはないが、２つの双極型二次電池２は、積層方向に相互に重なる。

並列接続部１３０は、正極側接続部１３１及び負極側接続部１３２を有する。

正極側接続部１３１は、一端が上側の最外層に設けられる正極活物質層１２ａに電気的に接続される第１正極側接続部１３１ａと、一端が下側の最外層に設けられる正極活物質層１２ｂに電気的に接続される第２正極側接続部１３１ｂと、を有する。正極側接続部１３１は、第１正極側接続部１３１ａ及び第２正極側接続部１３１ｂの他端側に電気的に接続され、外装体２０の外部に導出される導出部１３１ｃをさらに有する。

負極側接続部１３２は、積層方向に積層される２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂの間に配置され、一端が負極活物質層１３ａ，１３ｂに接続され、他端が外装体２０の外部に導出される。

［製造方法］
次に第２実施形態に係る組電池３の製造方法について説明する。２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂが横方向に並んで配置されるまでの工程は、第１実施形態の製造方法と同様であるため、説明は省略し、次の工程から説明する。

横方向に並んで配置される２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂを屈曲部２１において曲げて、葛折り状に折り畳む。２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂの折り畳みは、自動または手動のどちらによって行われてもよい。本実施形態では、図５に示すように、２つの双極型二次電池２を１回折り曲げて、葛折り状に折り畳むことによって、２つの双極型二次電池２が積層方向に積層されて構成する。

次に、正極側接続部１３１を正極活物質層１２に接続し、負極側接続部１３２を負極活物質層１３にそれぞれ接続する。

次に、２つの双極型二次電池２及び電解液流動手段４０を内包するように外装体２０を配置し、並列接続部１３０を外装体２０の外部に導出する。

以上の製造方法によって、本実施形態に係る組電池３が形成される。

なお、電解液を封止した後に、２つの双極型二次電池２を折り畳んだが、これに限定されず、２つの双極型二次電池２を折り畳んだ後に、電解液を封止してもよい。

また、積層方向に積層されて構成する２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂは、図６に示すように、外装体２０の上下から抑え治具Ｊ３によって抑えられることが好ましい。

［効果］
以上説明したように、２つの双極型二次電池２は、隣接する双極型二次電池２間であって、正極活物質層１２及び負極活物質層１３が設けられない位置において葛折り状に折り畳まれ、２つの双極型二次電池２が積層方向に相互に積層される。このため、積層方向から視たときの面積を小さくできる。したがって、省スペース化を図ることができ、例えば車両に搭載する際に、有利である。

また、正極活物質層１２及び負極活物質層１３が形成されない位置に、屈曲部２１が設けられる。このため、短絡が発生した場合、活物質層１２，１３が形成されない集電体１１だけの部分、すなわち、屈曲部２１に電流が流れ、屈曲部２１は、ヒューズの役割を果たすことができる。また、正極活物質層１２及び負極活物質層１３が形成されない屈曲部２１が、葛折りの際に折り曲げられるので、２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂの折り曲げが容易になる。

また、積層方向に積層されて構成される２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂは、１つの抑え治具Ｊ３によって積層方向から抑えられる。この構成によれば、積層方向に積層されて構成される２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂに対して均一に圧力をかけることができる。したがって、電池反応が均一となり、電圧のばらつきを低減できる。

以下、上述した実施形態の改変例を例示する。

（改変例１）
図７は、改変例１に係る組電池４の全体構造を模式的に示す概略断面図である。上述した第２実施形態では、２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂは、屈曲部２１においてＲ形状に折り畳まれた。しかしながら、図７に示すように、２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂは、屈曲部２１において角形状に折り畳まれてもよい。

（改変例２）
図８は、改変例２に係る組電池５の全体構造を模式的に示す概略断面図である。上述した第２実施形態では、２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂを１回曲げて、葛折り状に折り畳むことによって、２つの双極型二次電池２が積層方向に積層されて構成された。しかしながら、ｎを３以上の自然数として、ｎ個の双極型二次電池２をｎ−１回曲げて、葛折り状に折り畳むことによって、ｎ個の双極型二次電池２が積層方向に積層されて構成されてもよい。一例としてｎ＝５のときの組電池５を図８に示す。組電池５は、５個の双極型二次電池２Ａ〜２Ｅを有する。正極側接続部２３１は、一端が最外層における正極活物質層１２に対して電気的に接続され、他端が外装体２０の外部に導出される。負極側接続部２３２は、一端が最外層における負極活物質層１３に対して電気的に接続され、他端が外装体２０の外部に導出される。

（改変例３）
図９は、改変例３に係る組電池６の全体構造を模式的に示す概略断面図である。上述した実施形態では、外装体２０を構成しない２つの双極型二次電池２Ａ，２Ｂが、共通の外装体２０に内包されて組電池１を構成した。しかしながら、図９に示すように、それぞれ独立した外装体１２０を有する２つの双極型二次電池２Ｆ，２Ｇが、並列接続される構成であってもよい。

（改変例４）
図１０は、改変例４に係る組電池７の全体構造を模式的に示す概略断面図である。上述した第１実施形態では、図１に示すように、最外層における集電体１１の両面に正極活物質層１２及び負極活物質層１３が形成された。しかしながら、図１０に示すように、最外層における集電体１１の外側の表面に正極活物質層１２または負極活物質層１３が形成されなくてもよい。また、このように形成された２つの双極型二次電池を折り畳んで構成してもよい。改変例４に係る組電池７では、最外層における集電体１１が、並列接続部３０（３１，３２）に直接接続される。この構成によれば、正極活物質層１２及び負極活物質層１３の配置面積を低減でき、低コスト化を達成できる。

１，３，４，５，６，７組電池、
２双極型二次電池、
１１集電体、
１２正極活物質層、
１３負極活物質層、
１４双極型電極、
１５セパレータ、
１８シール部、
２０，１２０外装体、
３０，１３０並列接続部、
４０電解液流動手段、
Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３抑え治具。

Claims

集電体の一方の面に正極活物質層が形成され他方の面に負極活物質層が形成された双極型電極がセパレータを挟んで積層された複数の双極型二次電池と、
複数の前記双極型二次電池を電気的に並列接続する並列接続部と、
隣接する前記双極型二次電池間において電解液を流動可能とする電解液流動手段と、
を有する組電池。
前記電解液流動手段は、複数の前記双極型二次電池間において共有される前記セパレータ及び前記集電体と、積層方向に隣り合う前記集電体の間であって前記セパレータの外周に設けられるシール部と、によって構成される請求項１に記載の組電池。
複数の前記双極型二次電池は、積層方向に交差する方向に、並んで配置される請求項１または２に記載の組電池。
前記複数の双極型二次電池は、互いに異なる抑え治具によって積層方向から抑えられる請求項３に記載の組電池。
複数の前記双極型二次電池は、隣接する前記双極型二次電池間であって前記正極活物資層及び前記負極活物質層が設けられない位置において葛折り状に折り畳まれて、積層方向に相互に積層される請求項１または２に記載の組電池。
前記セパレータの空孔は、少なくとも積層方向に交差する方向に連通する請求項１〜５のいずれか１項に記載の組電池。
前記双極型二次電池及び前記電解液流動手段が内包される外装体をさらに有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の組電池。