JP2017117714A - 二次電池モジュール及び非接触充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でありながら、発熱を抑制しつつ充電効率を高めることを可能にする。【解決手段】正極集電体の表面に正極活物質層が形成された正極と、負極集電体の表面に負極活物質層が形成された負極とがセパレータを介して積層された電池セルと、この電池セルの外部に配置された送電コイルからの磁束に応じて電池セルに充電用電力を供給する受電コイルとを有する二次電池モジュールにおいて、正極集電体及び負極集電体を樹脂集電体とし、受電コイルを、正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方を貫通する磁束により充電用電力が生じる位置に配置した。【選択図】図３

Description

本発明は、電池セルと、電磁誘導方式により充電用電力を受電する受電コイルと、充電用電力をこの二次電池セルに供給する充電回路とを有する二次電池モジュール及び非接触充電システムに関する。

ケーブル、コネクタ等を介することなく、電力供給を必要とする各種電気機器に対して非接触状態で電力を供給する、いわゆる非接触電力供給、非接触給電と呼ばれる技術が知られている。このような非接触給電技術の一つとして、送電用コイルと受電用コイルとを近接させ、送電用コイル側に一定周波数の電力を供給し、これら送電用コイルと受電用コイルとの間の電磁誘導により受電用コイル側に電力を発生させ、この電力を電気機器に供給する、電磁誘導方式による非接触給電技術が実用化されている（例えば非特許文献１参照）。

このような非接触給電技術を、例えばリチウムイオン電池等の二次電池を備える移動体通信機器やＩＣカードに適用した場合、二次電池は通常金属筒体や金属箔入りのラミネートフィルムからなる外装体を備えており、送電用コイルからの磁束に対する外装体のシールド効果及び外装体に渦電流が発生する等の理由により給電効率が低下する課題があった。

このような課題に対応して、送電用コイルからの磁束をシールドするために、二次電池と送電用コイルとの間に、受電用コイルを備えた磁性体からなる基板を配置する技術や、受電用コイルで囲まれた位置に配置された二次電池を磁性体フィルムで覆う技術が提案されている（特許文献１、２参照）。

特開平０９−１９０９３８号公報 特開２００９−１０４３７４号公報

ワイヤレスパワーコンソーシアム ＷＰＣ，［online}，［平成２７年１０月２１日検索］，インターネット<URL:http://www.wirelesspowerconsortium.com/jp>

しかしながら、上述した従来の技術では、基板を磁性体から構成する、従来の二次電池を磁性体フィルムで覆う等の付加的な構成が必要になるために構成が複雑化し、二次電池の歩留まりが低下する等の課題があった。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成でありながら、給電効率を高めることの可能な二次電池モジュール及び非接触充電システムの提供を、その目的の一つとしている。

本発明は、正極集電体の表面に正極活物質層が形成された正極と負極集電体の表面に負極活物質層が形成された負極とがセパレータを介して積層されてなる二次電池セル、給電装置が有する送電コイルから電磁誘導方式により充電用電力を受電する受電コイル、及び前記充電用電力を前記受電コイルから前記二次電池セルに供給する充電回路を有する二次電池モジュールに適用される。そして、送電用コイルが発生する磁束が正極集電体又は負極集電体の有する面を貫通する位置にこれら正極集電体又は負極集電体の少なくとも一方を配置し、かつ、受電コイルの中心部を磁束が通過する位置にこの受電コイルを配置してなり、正極集電体及び負極集電体が樹脂集電体であることにより、上述の課題の少なくとも一つを解決している。

正極集電体及び負極集電体が樹脂集電体であるので、受電コイルからの磁束が正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方を貫通しても、磁束に与える影響を抑制することができる。

ここで、受電コイルが無端状に形成され、電池セルを取り囲む位置に配置されていることが好ましい。あるいは、受電コイルが平板状に形成され、電池セルと送電コイルとの間に配置されることが好ましい。

更に、正極活物質層が、正極活物質粒子の表面の少なくとも一部が導電助剤と高分子とを含んでなる層で被覆されている被覆正極活物質粒子を含み、負極活物質層が、負極活物質粒子の表面の少なくとも一部が導電助剤と高分子とを含んでなる層で被覆されている被覆負極活物質粒子を含むことが好ましく、更に、正極活物質層及び負極活物質層は更に繊維状導電性物質を含むことが好ましい。

また、本発明は、上述の二次電池モジュール及び給電装置を有してなることを特徴とする非接触充電システムにより、上述の課題の少なくとも一つを解決している。

本発明によれば、簡易な構成でありながら、給電効率を高めることの可能な二次電池モジュール及び非接触充電システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態である二次電池モジュールを示す断面図である。 第１実施形態の二次電池モジュールによるスマートフォンの充電状態を示す斜視図である。 第１実施形態の二次電池モジュールを示す斜視図である。 本発明の第２実施形態である二次電池モジュールを示す断面図である。 本発明の第３実施形態である二次電池モジュールを示す一部破断斜視図である。 第３実施形態である二次電池モジュールによるデジタルカメラ用電池の充電状態を示す斜視図である。 第３実施形態の二次電池モジュールとコネクタとを示す一部破断斜視図である。 本発明の第４実施形態である二次電池モジュールを示す一部破断斜視図である。 本発明の第５実施形態である二次電池モジュールによる車載用電池の充電状態を示す概略図である。

（第１実施形態）
図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態である二次電池モジュールについて説明する。図１は本発明の第１実施形態である二次電池モジュールを示す断面図、図２は第１実施形態の二次電池モジュールによるスマートフォンの充電状態を示す斜視図、図３は第１実施形態の二次電池モジュールを示す斜視図である。

これら図において、本実施形態の二次電池モジュールＣは、外形略平板状の二次電池セルであるリチウム二次単電池１と、このリチウム二次単電池１を取り囲む位置に配置された受電コイル１０と、受電コイル１０が受電した充電用電力をリチウム二次単電池に供給する図略の充電回路とを備える。

ここで、本発明においてリチウム二次単電池１とは、正極電極活物質と電解液とを含む正極電極組成物層を正極集電体の表面に形成した正極と、負極電極活物質と電解液とを含む負極電極組成物層を負極集電体の表面に形成した負極とを有し、正極電極組成物と負極電極組成物とがセパレータを介して積層された構造を有し、電池容器、端子配置及び電子制御装置等を備えていない電池である（参考：日本工業規格JIS C8715-2「産業用リチウム二次電池の単電池及び電池システム」）。なお、リチウム二次単電池１は単電池と略する場合がある。

二次電池セルの一態様である単電池１は、図１及び図３に詳細を示すように、略平板状の樹脂集電体である正極集電体７の表面に正極電極活物質と電解液とを含む略平板状の正極電極組成物層５が形成された正極２と、同様に略平板状の樹脂集電体である負極集電体８の表面に負極電極活物質と電解液とを含む略平板状の負極電極組成物層６が形成された負極３とが、同様に略平板状のセパレータ４を介して積層されて構成され、全体として略平板状に形成されている。これにより、正極集電体７及び負極集電体８を図中上面及び下面にそれぞれ有する単電池１が構成される。

正極集電体７及び負極集電体８は、単電池１の端部に形成されたシール部材９により所定間隔をもって対向するように位置決めされている。また、セパレータ４の端部がこのシール部材９内に埋め込まれることで、このセパレータ４が支持されるとともに、セパレータ４と正極集電体７及び負極集電体８との位置関係が定められている。

正極集電体７とセパレータ４との間の間隔、及び、負極集電体８とセパレータ４との間の間隔は単電池１の容量に応じて調整され、これら正極集電体７、負極集電体８及びセパレータ４の位置関係は必要な間隔が得られるように定められている。

本実施形態の二次電池モジュールＣにおける単電池１に設けられた正極集電体７及び負極集電体８は、図１にもっともよく示すように、後述する送電コイル１１が発生する磁束Ｆが、これら正極集電体７及び負極集電体８の有する面、より詳細には、正極集電体７の図中上面及び負極集電体８の図中下面を貫通する方向に配置されている。

単電池１の周囲には、図１及び図３に示すように、この単電池１を取り囲む位置に受電コイル１０が設けられている。本実施形態では、単電池１が外形略矩形状に形成されており、これに対応して、受電コイル１０も、単電池１が収納される中空部を有する、外形略矩形枠状に形成されている。

受電コイル１０は、いわゆる非接触給電により充電用電力を受電するコイルである。より詳細には、受電コイル１０は、後述する送電コイル１１が発生する磁束Ｆ（図１参照）に応じた電磁誘導によりこの受電コイル１０に所定電圧の充電用電力を生じさせ、この充電用電力により単電池１を充電させるものである。このため、受電コイル１０は、図１にもっともよく示すように、後述する給電装置が有する送電用コイル１１が発生する磁束Ｆがその中心部を通過する位置に設けられている。好ましくは、この受電コイル１０を含む二次電池モジュールＣ及び後述する送電コイル１１を含む給電装置である充電台Ｐからなる非接触充電システムは、ワイヤレスパワーコンソーシアム（Wireless Power Consortium :WPC）が策定した、非接触（ワイヤレス）給電の国際標準規格であるＱｉ（チー）規格に準じたものとされる。Ｑｉ規格そのものは周知であるので、詳細は説明を割愛するが、少なくとも５Ｗの充電用電力を受電コイル１０に生じさせることができるように、その寸法、材質等が選定されている。

また、Ｑｉ規格では送電コイル１１と受電コイル１０との間で認証等を行うための通信を行っており、好ましくは本実施形態の二次電池モジュールＣは、この通信を行うためのＩＣチップ等の充電回路を備える。但し、このＩＣチップ等については、図１〜図３において図示を省略している。また、Ｑｉ規格では、送電コイル１１と受電コイル１０との間の位置決めのために、永久磁石等の磁性体を送電コイル１１、受電コイル１０の中央部、すなわち、受電コイル１０については単電池１の位置に配置することがあり、磁性体は必要に応じて図３において単電池１の上方に設けられる。

図３に示すように、単電池１の正極集電体７及び負極集電体８の一端部（図３において右奥部）は、受電コイル１０を越えて単電池１の側方まで延びて接続部７ａ、８ａとされ、これら接続部７ａ、８ａの先端部はそれぞれコネクタ１２、１３に接続されている。従って、正極集電体７、負極集電体８の接続部７ａ、８ａは電極端子として作用する。

そして、このコネクタ１２、１３が図示を省略した導線等により受電コイル１０に電気的に接続され、これにより、受電コイル１０に生じた充電用電力が充電回路を介して単電池１に供給される。

正極電極活物質は正極活物質粒子を含んでなり、正極活物質粒子としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物（例えばＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎＯ₂、Ｌｉ（Ｎｉ−Ｍｎ−Ｃｏ）Ｏ_２及びＬｉＭｎ₂Ｏ₄並びにこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの）、遷移金属酸化物（例えばＭｎＯ₂及びＶ₂Ｏ₅）、遷移金属硫化物（例えばＭｏＳ₂及びＴｉＳ₂）及び導電性高分子（例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ−ｐ−フェニレン及びポリカルバゾール）等が挙げられる。これらは２種以上を併用してもよい。正極活物質粒子としては、容量及び出力特性等の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が、好ましく用いられる。

また、負極電極活物質は負極活物質粒子からなり、負極活物質粒子としては、黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、高分子化合物焼成体（例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等）、コークス類（例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス等）、炭素繊維、導電性高分子（例えばポリアセチレン及びポリキノリン等）、スズ、シリコン、及び金属合金（例えばリチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金及びリチウム−アルミニウム−マンガン合金等）並びにリチウムと遷移金属との複合酸化物（例えばＬｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂等）等が挙げられる。これらの負極活物質は、１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。

単電池１においては、正極活物質粒子及び負極活物質粒子は、耐久性等の観点から、表面の少なくとも一部が被覆用樹脂及び導電助剤を含む被覆剤で被覆されてなる被覆活物質粒子であることが好ましい。活物質粒子の周囲が被覆剤で被覆されていると、電極の体積変化が緩和され、電極の膨脹を抑制することができる。なお、正極活物質粒子及び負極活物質粒子の表面に被覆剤が付着している状態は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭともいう）等を用いて得られた被覆活物質粒子の拡大観察画像を観察することで確認することができる。

被覆用樹脂としては、ビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂及びポリカーボネート等が挙げられる。これらの中ではビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂又はポリアミド樹脂が好ましい。

導電助剤としては、導電性を有する材料から選択される。

導電性を有する材料としては、金属［アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）、銀、金、銅及びチタン等］、導電性カーボン［グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック、バルカン（登録商標）、ケッチェンブラック（登録商標）、ブラックパール（登録商標）、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック、カーボンナノチューブ（単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブ等）、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、ハードカーボン及びフラーレン等］、及びこれらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。

これらの導電助剤は１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用してもよい。また、これらの合金又は金属酸化物が用いられてもよい。電気的安定性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、金、銅、チタン及びこれらの混合物であり、より好ましくは銀、金、アルミニウム、ステンレス及びカーボンであり、更に好ましくはカーボンである。またこれらの導電助剤とは、粒子系セラミック材料や樹脂材料等の非導電性材料の周りに導電性材料（上記した導電助剤の材料のうち金属のもの）をメッキ等でコーティングしたものでもよい。

導電助剤の形状に特に制限はなく、球状、不定形状、繊維状、単一粒子状、凝集体及びこれらの組み合わせ等の形状を有するものを用いることができ、なかでも、導電性等の観点から、一次粒子径が５〜５０ｎｍの微粒子の凝集体であることが好ましい。導電助剤の形状は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭともいう）等を用いて得られた導電助剤の拡大観察画像を観察し視野にある粒子を計測することで得ることができる。

導電助剤としては、導電性繊維を用いることも可能である。導電性繊維としては、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。これらの導電性繊維の中では炭素繊維が好ましい。

被覆活物質粒子は、例えば、活物質粒子を万能混合機に入れて３０〜５００ｒｐｍで撹拌した状態で、被覆用樹脂及び必要により用いる導電助剤を含む樹脂溶液を１〜９０分かけて滴下混合し、更に必要により用いる導電助剤を混合し、撹拌したまま５０〜２００℃に昇温し、０．００７〜０．０４ＭＰａまで減圧した後に１０〜１５０分保持することにより得ることができる。被覆活物質粒子が得られたことは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭともいう）等を用いて得られた被覆活物質粒子の拡大観察画像を観察することで確認することができる。

電解液としては、リチウムイオン電池の製造に用いられる、電解質及び非水溶媒を含有する電解液を使用することができる。

電解質としては、通常の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＳｂＦ₆、ＬｉＡｓＦ₆及びＬｉＣｌＯ₄等の無機酸のリチウム塩、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂及びＬｉＣ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃等の有機酸のリチウム塩等が挙げられ、これらの電解質は１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのはＬｉＰＦ₆である。

非水溶媒としては、通常の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン等及びこれらの混合物を用いることができる。

非水溶媒は１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

非水溶媒の内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのは、ラクトン化合物、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル及びリン酸エステルであり、より好ましいのはラクトン化合物、環状炭酸エステル及び鎖状炭酸エステルであり、更に好ましいのは環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルの混合液である。特に好ましいのはプロピレンカーボネート(ＰＣ)、又はエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合液である。

本発明において正極活物質層及び負極活物質層は、イオン抵抗を低減できる等の観点から、それぞれ前記の被覆活物質粒子と繊維状導電性物質を含むことが好ましい。繊維状導電性物質としては、前記の導電性繊維と同じものを用いることができ、なかでも炭素繊維が好ましい。

セパレータ４としては、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）等の炭化水素系樹脂及びポリオレフィン（ポリエチレン及びポリプロピレン等）製の多孔性フィルム、多孔性フィルムの多層フィルム（例えば、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの３層構造をした積層体等）、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等からなる不織布からなる微多孔質フィルム並びにそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等の公知のリチウムイオン電池用セパレータ等を用いることができる。

樹脂集電体である正極集電体７、負極集電体８は、導電性高分子材料から構成された樹脂集電体であっても、導電性を付与した非導電性高分子材料から構成された樹脂集電体であってもよい。

樹脂集電体を構成する高分子材料のうち、導電性高分子材料としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、及びポリオキサジアゾール等が挙げられる。

導電性を有さない高分子材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）、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）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。

電気的安定性の観点から、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）及びポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）が好ましく、更に好ましくはポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリメチルペンテン（ＰＭＰ）である。

また、樹脂集電体は、導電性高分子材料から構成された樹脂集電体の導電性を向上させる目的、あるいは、非導電性高分子材料から構成された樹脂集電体に導電性を付与する目的から、導電性フィラーを含んでいると好ましい。導電性フィラーは、導電性を有する材料から得られるフィラーから選択される。導電性を有する材料としては、好ましくは、集電体内のイオン透過を抑制する観点から、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を用いるのが好ましい。具体的には、カーボン材料、アルミニウム、金、銀、銅、鉄、白金、クロム、スズ、インジウム、アンチモン、チタン、ニッケル及びステンレス（ＳＵＳ）等の合金材などから得られるフィラー等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、耐食性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン材料、ニッケル、より好ましくはカーボン材料から得られるフィラーである。これらの導電性フィラーは１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用してもよい。また、これらの導電性フィラーは、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに、上記で示される金属をメッキ等でコーティングしたものであってもよい。

樹脂集電体は、特開２０１２−１５０９０５号公報及び国際公開番号ＷＯ２０１５／００５１１６号等に記載の公知の方法で得ることができ、具体例としては、ポリプロピレンに導電性フィラーとしてアセチレンブラックを５〜２０部分散させた後、熱プレス機で圧延したものが挙げられる。また、その厚みも特に制限されず、公知のものと同様、あるいは適宜変更して適用することができる。

シール部材９を構成する材料としては、正極、負極集電体７、８との接着性を有し、電解液に対して耐久性のある材料であれば特に限定されないが、高分子材料、特に熱硬化性樹脂が好ましい。具体的には、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリフッ化ビニデン樹脂等が挙げられ、耐久性が高く取り扱いが容易であることからエポキシ系樹脂が好ましい。

受電コイル１０は導線を所定回数巻回することで、単電池１が収納される中空部を有する、外形略矩形枠状に形成されている。導線を構成する材質は、コイルを構成する導線に通常用いられるものから適宜選択されればよく、銅線が好適に適用される。導線には各々の導線を絶縁するために、ポリウレタン、ポリエステル等により被覆される。巻回された導線は、必要に応じて樹脂等により被覆され、一体化されてもよい。

受電コイル１０を構成する導線の直径、形状、更には巻数等は、後述する送電コイル１１が発生する磁束に応じた電磁誘導によりこの受電コイル１０に所定電圧の充電用電力が生じるものに設定されており、好ましくは、上述のＱｉ規格に準じたものとされる。

以上の構成の単電池１は、正極集電体７及び負極集電体８のそれぞれの表面に、正極電極活物質と電解液とを含む正極電極組成物５、及び負極電極活物質と電解液とを含む負極電極組成物６を形成して正極２及び負極３を形成する。正極２及び負極３を形成する手法は任意であり、正極集電体７及び負極集電体８のそれぞれの表面に正極電極組成物５及び負極電極組成物６を塗布する、正極集電体７及び負極集電体８のそれぞれの表面に、ノズル等を介して正極電極組成物５及び負極電極組成物６を載置した後に所定厚になるようにヘラ等で均す、など、種々の手法が挙げられる。その後、セパレータ４を介して正極２及び負極３を積層し、正極集電体７及び負極集電体８の端部、更にセパレータ４の端部をシール部材９により封止することで単電池１を製造することができる。

なお、単電池１の特性維持のために、この単電池１を封止する容器を適宜設けることが可能であるが、この容器をラミネートフィルムのように金属箔を備える素材から構成すると、送電コイル１１からの磁束により渦電流を生じてしまうので、金属箔を用いずとも密閉性を担保することの可能な材質、例えばバリアフィルム等により容器を構成することが好ましい。

一方、以上の構成の受電コイル１０は、コイル巻線機等により導線を所定の形状にかつ所定の巻数だけ巻回し、必要に応じて樹脂等により被覆して導線を含めて一体化することで製造することができる。

そして、受電コイル１０の中空部に単電池１を配置し、接続部７ａ、８ａをコネクタ１２、１３に接続して単電池１と受電コイル１０とを電気的に接続することで、本実施形態の二次電池モジュールＣを製造することができる。

以上のような構成の本実施形態の二次電池モジュールＣが搭載された、図２に示すようなスマートフォン等の電子機器Ｓが、送電コイル１１（図２において図示略）を備える給電装置である充電台Ｐに載置されると、図１に示すように、送電コイル１１が発生する磁束Ｆに応じて受電コイル１０に充電用電力が生じ、この充電用電力が充電回路を介して単電池１に供給されることで単電池１の充電動作が行われる。

この際、送電コイル１１からの磁束Ｆは、図１に示すように単電池１を厚さ方向に貫く方向に発生するが、本実施形態の二次電池モジュールＣでは、単電池１を構成する正極集電体７、負極集電体８が樹脂集電体であるので、磁束Ｆにより単電池１に生じる渦電流が抑制されるものと考えられる。しかも、本実施形態の二次電池モジュールＣでは、磁束をシールドするために必要とされていた磁性体等の付加的構成を設ける必要が無い。従って、本実施形態によれば、簡易な構成でありながら、給電効率を高めることの可能な二次電池モジュールを提供することができる。

また、本実施形態では、正極集電体７、負極集電体８の接続部７ａ、８ａが単電池１から側方に延びて形成されているので、図１に示すように、送電コイル１１と接続部７ａ、８ａとの間の距離を離すことができ、これにより、送電コイル１１からの磁束が単電池１への充電用電力供給に及ぼす影響を減少させることができる。

（第２実施形態）
次に、図４は、本発明の第２実施形態である二次電池モジュールを示す断面図である。

本実施形態の二次電池モジュールＣと上述の第１実施形態の二次電池モジュールＣとの相違点は、電池の構成にある。より詳細には、本実施形態では、単電池１は、隣り合う単電池１の正極集電体７の上面と負極集電体８の下面とが隣接するように直列に積層されて外形略矩形板状の積層型電池モジュール２１が形成されている。

本実施形態においても、受電コイル１０は、積層型電池モジュール２１を取り囲む位置に配置されている。より詳細には、本実施形態では、上述のように積層型電池モジュール２１が外形略矩形状に形成されており、これに対応して、受電コイル１０も、積層型電池モジュール２１が収納される中空部を有する、外形略矩形枠状に形成されている。

積層型電池モジュール２１の図４において上部及び下部には、それぞれ電極端子１４、１５が設けられている。より詳細には、積層型電池モジュール２１の最上層に位置する単電池１の正極集電体７の上面には、導電体からなる導電部１４ａが形成されており、導電部１４ａの一端部（図４において右部）は積層型電池モジュール２１の側方まで延びて接続部１４ｂとされ、この接続部１４ｂの先端部は、図４において図略のコネクタに接続されている。そして、これら導電部１４ａ及び接続部１４ｂにより電極端子１４が構成されている。

また、積層型電池モジュール２１の最下層に位置する単電池１の負極集電体８の下面にも、詳細な図示は省略するが、電極端子１４と同様の構成を有する電極端子１５が設けられている。

そして、電極端子１４、１５が、図示を省略したコネクタ及び導線等により受電コイル１０に電気的に接続され、これにより、受電コイル１０に生じた充電用電力が単電池１に供給される。

電極端子１４、１５は金属等の導電体から形成される。電極端子１４、１５を形成する金属の材質等に特段の限定はなく、一例として、アルミニウム、銅、ニッケル又はチタン等が公的に採用される。電極端子１４、１５を製造する工程も、周知のものから任意に選択可能であり、一例として、プレス加工等により所定形状に切断、折曲された電極端子１４、１５を、導電性接着剤等を用いて正極集電体７及び負極集電体８の上面及び下面にそれぞれ貼付するような手法が挙げられる。

従って、本実施形態によっても、上述の第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第３実施形態）
次に、図５は、本発明の第３実施形態である二次電池モジュールを示す一部破断斜視図、図６は第３実施形態である二次電池モジュールによるデジタルカメラ用電池の充電状態を示す斜視図、図７は第３実施形態の二次電池モジュールとコネクタとを示す一部破断斜視図である。

本実施形態の二次電池モジュールＣと上述の第１、第２実施形態の二次電池モジュールＣとの相違点は、受電コイル１０の構成にある。より詳細には、本実施形態では、図５に示すように、受電コイル１０が平板状に形成され、単電池１又は積層型電池モジュール２１と、図５において図示を省略する送電コイル１１との間に配置されている。また、本実施形態においても、受電コイル１０は、後述する給電装置（充電台Ｐ）が有する送電用コイル１１が発生する磁束Ｆがその中心部を通過する位置に設けられている。

また、本実施形態では、図７に詳細を示すように、単電池１又は積層型電池モジュール２１の側方にコネクタ１６が設けられており、単電池１又は積層型電池モジュール２１は、上述の第１、第２実施形態と同様に、コネクタ１６に電気的に接続されている。

更に、本実施形態では、単電池１又は積層型電池モジュール２１と受電コイル１０、更にはコネクタ１６を含めて、図６及び図７に示すように全体が矩形板状に一体化されたリチウムイオン電池Ｌとされている。

このような、本実施形態の二次電池モジュールＣが適用されたリチウムイオン電池Ｌは、図６に示すように、充電の際にデジタルスチルカメラＤ等から取り外されて給電装置である充電台Ｐに載置されると、送電コイル１１が発生する磁束Ｆに応じて受電コイル１０に充電用電力が生じ、この充電用電力がリチウムイオン電池Ｌに供給されることでリチウムイオン電池Ｌの充電動作が行われる。

従って、本実施形態によっても、上述の第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、本実施形態では、受電コイル１０が平板状に形成され、単電池１又は積層型電池モジュール２１と送電コイル１１との間に配置されているので、上述の第１実施形態のように、受電コイル１０が単電池１を取り囲む位置に設けられている場合に比較して、コネクタ１６の配置位置の自由度を高めることができる。

（第４実施形態）
次に、図８は、本発明の第４実施形態である二次電池モジュールを示す一部破断斜視図である。

本実施形態の二次電池モジュールＣと上述の第３実施形態の二次電池モジュールＣとの相違点は、受電コイル１０の構成にある。より詳細には、本実施形態では、上述の第１実施形態と同様に、受電コイル１０は単電池１又は積層型電池モジュール２１を取り囲む位置に設けられている。また、本実施形態では、単電池１又は積層型電池モジュール２１を樹脂シートからなる容器２２により封止している。

従って、本実施形態によっても、上述の第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第５実施形態）
次に、図９は、本発明の第５実施形態である二次電池モジュールによる車載用電池の充電状態を示す概略図である。

本実施形態では、例えば上述の第１実施形態にかかる二次電池モジュールＣが自動車Ｖの下部に搭載されている。この自動車Ｖが、二次電池モジュールＣの単電池１又は積層型電池モジュール２１の充電のために、送電コイル１１を備える充電ステーションまで自走し、二次電池モジュールＣの受電コイル１０と送電コイル１１とが、図９に示すようにほぼ上下に重なる位置まで自動車Ｖが自走して停止した時点で、送電コイル１１が、図示を省略した上下動機構により受電コイル１０に接近する方向に上方に移動されて所定位置で停止される。これにより、送電コイル１１からの磁束によって受電コイル１０に充電用電力が供給され、その結果、単電池１又は積層型電池モジュール２１が充電される。

なお、送電コイル１１、受電コイル１０が上述のＱｉ規格に準じており、これら送電コイル１１、受電コイル１０が位置決め用の磁性体を備える場合、送電コイル１１を水平方向（図９において左右方向及び紙面を貫く方向）に移動させる機構を設け、送電コイル１１と受電コイル１０との水平方向の位置決めを行ってもよい。

従って、本実施形態によっても、上述の第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

（変形例）
なお、本発明の二次電池モジュールＣは、その具体的な構成が上述の各実施形態に限定されず、種々の変形例が可能である。一例として、受電コイル１０の形状、寸法等は上述の各実施形態（特に図示例）に限定されず、電池セルとの相対的な位置関係が既に説明した関係を満たすならば、特段の限定はない。

Ｃ 二次電池モジュール
Ｌ リチウムイオン電池
１ 単電池
２ 正極
３ 負極
４ セパレータ
５ 正極電極組成物
６ 負極電極組成物
７ 正極集電体
８ 負極集電体
９ シール部材
１０ 受電コイル
１１ 送電コイル
２１ 積層型電池モジュール

Claims (6)

1. 正極集電体の表面に正極活物質層が形成された正極と負極集電体の表面に負極活物質層が形成された負極とがセパレータを介して積層されてなる二次電池セル、給電装置が有する送電用コイルから電磁誘導方式により充電用電力を受電する受電コイル、及び前記充電用電力を前記受電コイルから前記二次電池セルに供給する充電回路を有する二次電池モジュールにおいて、
   前記送電用コイルが発生する磁束が前記正極集電体又は前記負極集電体の有する面を貫通する位置にこれら正極集電体又は負極集電体の少なくとも一方を配置し、かつ、前記受電コイルの中心部を前記磁束が通過する位置にこの受電コイルを配置してなり、
   前記正極集電体及び前記負極集電体が樹脂集電体であることを特徴とする二次電池モジュール。
2. 請求項１に記載の二次電池モジュールにおいて、
   前記受電コイルは無端状に形成され、前記電池セルを取り囲む位置に配置されていることを特徴とする二次電池モジュール。
3. 請求項１又は２に記載の二次電池モジュールにおいて、
   前記受電コイルは平板状に形成され、前記電池セルと前記送電コイルとの間に配置されることを特徴とする二次電池モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の二次電池モジュールにおいて、
   前記正極活物質層が、正極活物質粒子の表面の少なくとも一部が導電助剤と高分子とを含んでなる層で被覆されている被覆正極活物質粒子を含み、
   前記負極活物質層が、負極活物質粒子の表面の少なくとも一部が導電助剤と高分子とを含んでなる層で被覆されている被覆負極活物質粒子を含む
   ことを特徴とする二次電池モジュール。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の二次電池モジュールにおいて、
   前記正極活物質層及び前記負極活物質層は更に繊維状導電性物質を含むことを特徴とする二次電池モジュール。
6. 請求項１〜５に記載のいずれかに記載の二次電池モジュール及び給電装置を有してなることを特徴とする非接触充電システム。
   

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