JP4211769B2 - 自動車用電池 - Google Patents

Description

本発明は、電池外装材に高分子−金属複合を複合したラミネートフィルムを用いた扁平型電池に関するものであり、特に電気自動車（ＥＶ）、ハイブリット自動車（ＨＥＶ）、燃料電池自動車（ＦＣＶ）のモーター駆動用、または蓄電用として最適な電池構造およびそれを用いた組電池の構造に関するものである。

近年、環境保護運動の高まりを背景として、自動車の排ガスによる大気汚染が世界的な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自動車が注目を集めており、これらに搭載する高エネルギー密度、高出力密度の電池の開発が産業上重要な位置を占めている。

このような用途の電池には、繰り返し充電が可能な二次電池が使用される。電池の構成としては、巻回した発電要素を円筒型のケースに収納したものや、巻回した発電要素あるいは、平板状の電極、セパレータを積層した発電要素を扁平型のケースに収納したものがある。これらの円筒型または扁平型のケースは強度をもたせる必要があるため、例えば、特許文献１に示されるような金属容器で形成される必要がある。そのため、軽量化が容易でないという課題があった。そこで、電池の軽量化をし、より高エネルギー密度、高出力化の手段として、例えば、特許文献２に示されるようなラミネートフィルムを外装ケースとし、その周囲を熱融着によりシールすることにより密閉化した電池の構造が提案されている。
特開２０００−３４８７７２号公報 特開平１１−２２４６５２号公報

しかしながら、ＥＶ、ＨＥＶ、ＦＣＶのモーター駆動用電源のような、高出力及び高エネルギー密度が要求される用途では、電池から大電流を取り出す必要があるが、外部に電流を取り出すための電極端子に、太い金属線または金属棒を用いる場合に、電池外装材に高分子−金属を複合したラミネートフィルムを用いた電池では、電池外装材から突出させる電極端子の封止部において、十分な封止性を得ることが出来ないという課題があった。

また、電池外装ケースにラミネートフィルムを用いた電池においては、ラミネートフィルムが剛性に乏しいため、外力を加えると容易に変形する。このため過剰な変形はその応力のため電池内部構造を破壊し、内部短絡などを起こし、電池温度が上昇しラミネートフィルムの熱融着部が剥がれ電解液が飛散してしまう。

また特に、ＥＶ用等の大容量が必要とされる電池では、電池が大きくなり取り扱い及び車載が困難で、さらに自動車用電池（セル）の厚みが増加し放熱性が悪くなる。そのため、大電流を取り出した際に十分な熱性能が確保できないという課題があった。また、大電流での充放電を繰り返した際に電池の内部抵抗により発生するジュール熱によって温度が上昇し、電池の劣化を招くほか、熱融着部のシール性の低下を招くおそれもある。

そこで、本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、ＥＶやＨＥＶへコンパクトで軽量であるため搭載が容易で、さらに大電流を流しても、十分なシール性を確保でき、大電流での充放電を繰り返した際に電池の温度上昇を抑えることができる電池を提供することを目的としている。

上記目的は、電池外装材に高分子−金属を複合したラミネートフィルムを用いて、その電池周辺部を熱融着にて接合する、あるいは
電池外装材に高分子−金属を複合したラミネートフィルムを用いて袋状にしたその開口部を熱融着にて接合することにより、
正極板、セパレータおよび負極板を積層または巻回した発電要素を収納し封入すると共に、
上記発電要素を構成する各電極と導通される電極端子リードが、上記熱融着部に挟まれて外装材の外部に露出される構造を有する扁平型電池で、
セルの最大厚さ（単位：μｍ）／単位電極の活物質の厚さ（単位：μｍ）が、８０以下であり、
前記端子リードの幅が、取り出される電池外装材のラミネートフィルム１辺の長さの４０〜８０％であり、
正極端子リードと負極端子リードとが、それぞれ異なった電池外装材のラミネートフィルムの１辺から取り出されることを特徴とする自動車用電池により達成される。

以上の説明からも明らかなように、本発明の自動車用電池とすることで、大電流で充放電を行った際の電池温度の上昇を抑え良好なシール性を確保し、電池の寿命特性を向上させることが可能となった。さらにＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶモーター駆動用電源としてこれら車両に搭載する組電池あるいは複合組電池を作製する際、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に、新たに電池（単電池および組電池）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った。

本発明は、電池外装材に高分子−金属を複合したラミネートフィルム（以下、単に高分子−金属複合ラミネートフィルムまたはラミネートフィルムともいう）を用いて、その電池周辺部を熱融着にて接合する、あるいは、電池外装材に高分子−金属を複合したラミネートフィルムを用いて袋状にしたその開口部を熱融着にて接合することにより、正極板、セパレータおよび負極板を積層または巻回した発電要素を収納し封入すると共に、上記発電要素を構成する各電極と導通される電極端子リードが上記熱融着部に挟まれて外装材の外部に露出される構造を有する扁平型電池（セル）で、セルの最大厚さ（単位：μｍ）／単位電極の活物質の厚さ（単位：μｍ）が、８０以下であり、前記端子リードの幅が、取り出される電池外装材のラミネートフィルム１辺の長さの４０〜８０％であり、正極端子リードと負極端子リードとが、それぞれ異なった電池外装材のラミネートフィルムの１辺から取り出されることを特徴とする自動車用電池（本明細書中、扁平型電池、単電池あるいはセルとも称する）である。

ここで、単位電極の活物質の厚さは、集電体上に塗布した活物質層の厚さ（片側）をいう。詳しくは、図１０（ｂ）に示すように、１対の正極板４および負極板５からなる単位電極９において、正極板４を構成する正極集電体４ａ上に塗布された正極活物質層４ｂの片側の厚さ（丸数字２−１）と、負極板５を構成する負極集電体５ａ上に塗布した負極活物質層５ｂの片側の厚さ（丸数字２−２）との合計の厚さをいう。なお、ここでいう活物質層には、正極または負極活物質の他に、従来公知の導電剤やバインダー（結着剤）等の添加剤を含む。具体的には、正極活物質の他に、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等のフッ素系樹脂粉末あるいはカルボキシルメチルセルロース等のバインダー；アセチレンブラック等の導電助剤；などを含んでいてもよいし、同様に、負極活物質の他に、例えば、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂粉末あるいはカルボキシルメチルセルロース等などのバインダーを含んでいてもよいが、これらに制限されるべきものではない。

また、セルの最大厚さは、正極板、セパレータおよび負極板を積層または巻回した発電要素およびこれらを収納する高分子−金属複合ラミネートフィルムを含めた自動車用電池の厚さをいう。詳しくは、図１０（ａ）に示すように、正極板４、セパレータ６および負極板５を積層（または巻回）した発電要素９ａおよびこれらを収納する高分子−金属複合ラミネートフィルムからなる電池外装材３を含めた自動車用電池（セル）１の厚さ（丸数字１）をいう。よって、セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さは、図１０に示す丸数字で表わせば、丸数字１／（丸数字２−１＋丸数字２−２）となる。

ＥＶやＨＥＶのモーター駆動用のような大電流での充放電を繰り返した際に自動車用電池の内部抵抗でジュール発熱による電池の温度上昇が引き起こされるが、セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さを８０以下とすることで、放熱性を高めることができる。そのため、大電流での充放電を繰り返すことによっても、電池の温度上昇を低く抑えることができる。

さらに、電池外装ケースに高分子−金属複合ラミネートフィルムを用いた電池においては、該ラミネートフィルムが剛性に乏しいため、外力が加わったことにより自動車用電池が容易に変形し、内部短絡等の異常状態に陥るが、セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さを８０以下とすることで放熱性を改善でき、異常状態に陥った場合においても、ガスの放出が少ない電池が作製可能である。

また、セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さは、本発明の目的であるセルの放熱性を高める観点からは、８０以下であれば特に制限されるべきものではないが、体積効率を損なうことなく放熱性を高める観点からは、１０〜８０とすることが望ましい。セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さを１０以上とすることで、電池の活物質以外の正極および負極集電体、セパレータおよび高分子−金属複合ラミネートフィルムからなる電池外装材の材料の比率が増加し、体積効率が低下するのを最小限に抑え、ＥＶ、ＨＥＶまたはＦＣＶのモーター駆動用電源のような自動車用電池に必要な電気性能を確保できる。

なお、本発明に係る自動車用電池としては、特に制限されるべきものではなく、従来公知の各種電池を適用することができる。なかでもＥＶ、ＨＥＶおよびＦＣＶへコンパクトで軽量であるため搭載が容易で、さらにこれらのモーター駆動用電源のような、高出力及び高エネルギー密度が要求され、電池から大電流を取り出す必要がある用途においては、リチウムイオン電池などが適している。

なお、本発明に係る自動車用電池、特に大電流を取り出す必要がある用途において好適なものであるリチウムイオン電池を例にとれば、該自動車用電池に用いられるセパレータの厚さは、製造時に混入する不純物や電極活物質の脱落によるマイクロショートを防止するため２０μｍ以上である。電極集電体の厚さは、活物質を塗布する際の集電箔がちぎれるのを防止するためや、抵抗増加を防止するため１０μｍ以上である。活物質層の厚さ（片側）は、塗布装置の制約などから２０μｍ以上が一般的となっている。そのため単位電極の活物質の厚さ（丸数字２−１＋丸数字２−２）は、正極と負極をあわせて４０μｍ以上である。

以下、図面を参照しながらさらに詳細に説明する。ただし本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。

まず、本発明に係る自動車用電池の説明をする。図１、２に示すような、本発明に係る自動車用電池１は、高分子−金属複合ラミネートフィルムからなる電池外装材（本明細書中、単に、外装ラミネートあるいは外装ラミネートフィルムとも称する）３をその周辺部を熱融着にて接合する（図１）、あるいは電池外装材３を袋状にしたその開口部（周辺部の一部）を熱融着にて接合する（図２）ことにより密閉されてなる。この熱融着部２のうち対向する辺２箇所から正極端子リード８、負極端子リード９を取り出す構造としたが、正極端子リード８および負極端子リード９を取り出す個所は特に限定されない。なお、図２のように、１枚のフィルム状の高分子−金属複合ラミネートフィルムからなる電池外装材を筒状に丸めて袋状にする際に、該フィルムの両端を熱融着にて接合してもよいし、重ね合わせて接着してもよいなど、特に制限されず、従来公知の方法を利用することができる。

本発明において、正極板、セパレータおよび負極板を積層または巻回した発電要素については、従来の発電要素と同様に構成される。図３に、図１の扁平型電池の断面図であって、正極板、セパレータおよび負極板を積層し、高分子−金属複合ラミネートフィルムからなる電池外装材に収納した自動車用電池の断面図を示す。

図３に示す自動車用電池では、電池外装材３に高分子−金属複合ラミネートフィルムを用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、正極板４、セパレータ７および負極板６を積層した発電要素を収納し密封した構成を有している。また、上記の各電極板（正極板４及び負極板６）と導通される正極端子リード（図示せず）および負極端子リード９が、各電極板の正極集電体（図示せず）及び負極集電体５に取り付けられ、上記熱融着部２に挟まれて上記の電池外装材３の外部に露出される構造を有している。

正極板４としては、例えば、アルミニウムなどの芯板ないし芯箔（正極集電体の反応部）の片面に上記したような正極活物質を塗布乾燥してなるものが例示できる。負極板６としては、例えば、銅などの芯板ないし芯箔（負極集電体の反応部）の両面に上記したような負極活物質を塗布乾燥してなるものが例示できる。セパレータ７としては、例えば、ポリマー電解質シートからなるものが例示できる。

詳しくは、正極板４は、アルミニウムなどの芯板ないし芯箔の片面に、正極活物質の主材料と有機電解液を吸収保持するポリマーを含む正極活物質を塗布乾燥させて、この正極活物質を芯板ないし芯箔に支持させてなるものである。また負極板６は、銅などの芯板ないし芯箔の両面に負極活物質の主材料と有機電解液を吸収保持するポリマーを含む負極活物質を塗布乾燥させて、この負極活物質を芯板ないし芯箔に支持させてなるものである。セパレータ７は、有機電解液を吸収保持するポリマーからなる多孔性シートで構成されている。負極板６の上側の負極活物質をセパレータ７を介してその上方の正極板４の正極活物質に対向させると共に、負極板６の下側の負極活物質をセパレータ７を介してその下方の正極板４の正極活物質に対向させた状態で、これらを積層状態にして、例えば、熱接合などにより一体化して、積層電極（発電要素）を構成している。上記アルミニウムなどの芯板ないし芯箔、および銅などの芯板ないし芯箔は、ラスプレート、すなわちプレートに切目を入れたものをエキスパンドすることにより網目空間が形成されるプレートにより構成されているものや、金属箔など、従来公知のものが利用できる。

正極板４には正極側リード接続部（正極集電体；図示せず）が形成され、負極板６には負極側リード接続部（負極集電体５）が形成され、これらは超音波溶接等により、正極端子リード（図示せず）および負極端子リード９にそれぞれ接合されている。この接合は抵抗溶接によって行ってもよい。ただし、本発明の発電要素は、これらに何ら制限されるものではない。

また、本発明に係る自動車用電池の電極には、リチウムイオンを吸蔵、脱離できる正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離できる負極を用いることができる。

電極以外の発電要素には、セパレータとこれに染み込ませた電解液、または固体電解質若しくはゲル電解質、またはセパレータを含む固体電解質若しくはゲル電解質を用いることができる。

こうした発電要素を用いてなる、リチウムイオン電池、固体電解質電池またはゲル電解質電池においては、先述した図１、図２に示される扁平型の電池構造にすることが好ましい。これは、円筒型の電池構造とする場合には、正極および負極リード端子を取り出す個所のシール性を高めることが困難であるため、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載する高エネルギー密度、高出力密度の電池では、端子リード取り出し部位のシール性の長期の信頼性を確保できないおそれがある。そのため、扁平型の電池構造を採用するのが好ましいものである。

さらに、正極には、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉＯ_２を主材料とする正極活物質、負極には、グラファイトまたは非晶質炭素であるハードカーボンを主材料とする負極活物質を用いることが望ましいが、特に限定されない。

ここで、正極とは、正極活物質を有する正極集電体と該正極集電体の先端部に取り付けられた正極端子リードとを含めたものとする。また、正極板とは、正極集電体のうち正極活物質を有する反応部をいうものとする。同様に、負極とは、負極活物質を有する負極集電体と該負極集電体の先端部に取り付けられた負極端子リードとを含めたものとする。負極板とは、負極集電体のうち負極活物質を有する反応部をいうものとする。したがって、本発明の発電要素には、負極板と、セパレータと、正極板とを具備してなるものである。また負極板と導通される（電気的に接続される）負極端子リードと、正極板と導通される（電気的に接続される）正極端子リードは、いずれも扁平型電池の構成要件の１つであって、発電要素の一部とみなしてもよいし、区別してもよく、特に制限されるものではない。

また、本発明の発電要素の必須要素の１つであるセパレータとしては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものを用いることができる。なお、本発明のセパレータにおいては、その名称に拘泥されるべきものではなく、セパレータの代わりにセパレータとしての機能（役割）を有するような、固体電解質やゲル電解質を用いるものであってもよい。すなわち、本発明が適用できる固体電解質電池やゲル状電解質電池の中には、正極板の正極活物質層と負極板の負極活物質層との間に固体電解質またはゲル状電解質を配設してなる発電要素をラミネートフィルムよりなる電池外装材に収納し周囲を熱融着することにより封入されてなるものも含まれるためである。また、電池内部（発電要素）には、従来と同様に、上記の電解液ないし電解質も含まれている。

また、本発明の電池外装材である高分子−金属を複合したラミネートフィルムとしては、特に制限されるべきものではなく、高分子フィルム間に金属フィルムを配置し全体を積層一体化してなる従来公知のものを使用することができる。具体例としては、例えば、高分子フィルムからなる外装保護層（ラミネート最外層）、金属フィルム層、高分子フィルムからなる熱融着層（ラミネート最内層）のように配置し全体を積層一体化してなるものが挙げられる。詳しくは、電池外装材に用いられる高分子−金属複合ラミネートフィルムは、上記金属フィルムの両面に、高分子フィルムとして、まず耐熱絶縁樹脂フィルムを形成し、少なくとも片面側の耐熱絶縁樹脂フィルム上に熱融着絶縁性フィルムが積層されたものである。かかるラミネートフィルムは、適当な方法にて熱融着させることにより、熱融着絶縁性フィルム部分が融着して接合し熱融着部が形成される。

上記ラミネートフィルムの構成する金属フィルムとしては、アルミニウムフィルム等が例示できる。また、上記絶縁性樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテトラフタレートフィルム（耐熱絶縁性フィルム）、ナイロンフィルム（耐熱絶縁性フィルム）、ポリエチレンフィルム（熱融着絶縁性フィルム）、ポリプロピレンフィルム（熱融着絶縁性フィルム）等が例示できる。ただし、本発明の外装材は、これらに制限されるべきものではない。

こうしたラミネートフィルムでは、超音波溶着等により熱融着絶縁性フィルムを利用して１対ないし１枚（袋状）のラミネートフィルムの熱融着による接合を、容易かつ確実に行うことができる。なお、電池の長期信頼性を最大限高めるためには、ラミネートシートの構成要素である金属フィルム同士を直接接合してもよい。金属フィルム間にある熱融着性樹脂を除去もしくは破壊して金属フィルム同士を接合するには超音波溶着を用いることができる。

なお、本発明に係る自動車用電池につき、リチウムイオン電池、固体電解質電池またはゲル電解質電池の例を挙げて説明したが、本発明の構成要件を満足するものであれば、これらに制限されるべきものではなく、従来公知の各種電池を適用し得るものである。

請求項２の発明は、電池外装材に高分子−金属複合ラミネートフィルムを用いた扁平型電池で、電池の発電要素を構成する各電極と導通される電極端子リードが、ラミネートフィルムの熱融着部に挟まれて電池外装材の外部に露出される部分以外の辺の最大長さが２５０ｍｍ以下で、単電池面積（ｃｍ^２）／電池容量（Ａｈ）が３０ｃｍ^２／Ａｈ以上であることを特徴とする自動車用電池である。

ここで、電極端子リードがラミネートフィルムの熱融着部に挟まれて電池外装材の外部に露出される部分以外の辺の長さとは、図１１の自動車用電池の平面図を参照して説明すれば、電極端子リードは正極用、負極用通常２枚のリード８、９が扁平型電池１において異なる２辺（丸数字８−１と丸数字８−２）から取り出されるが、この正極用、負極用通常２枚のリード８、９を取り出す２辺（丸数字８−１と丸数字８−２）以外の辺（丸数字９−１および丸数字９−２）を言う。

また、単電池面積とは、図１１の扁平型の自動車用電池の平面図を参照して説明すれば、高分子−金属複合ラミネートフィルムからなる電池外装材３内に収納された負極または正極の一層当たりの面積（図１１の丸数字７で示す面積）をいう。なお、負極と正極の一層当たりの面積が異なる場合には、広い方の面積をいうものとする。また、正極板、セパレータおよび負極板を巻回した発電要素を収納し封入されてなる巻回タイプの扁平型電池の場合には、電池の平面図（図１１参照のこと）でみた場合の発電要素の最外周の面積、すなわち電極の一番外側の広い面積となる。

電池容量（Ａｈ）は、自動車用電池が１Ｃ相当の電流値で取り出せる、電気量をいう。

ＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶモーター駆動用のような大電流の充放電を繰り返す場合においては、電池の内部抵抗をできるだけ小さくし、発熱を抑える必要があるが、電極端子リードが、外装ラミネートフィルムの熱融着部に挟まれて外装材の外部に露出される部分以外の辺の最大長さが２５０ｍｍを超える場合には、電流を取り出す電極リードから最も離れた電極までの距離が長くなるため、内部抵抗が増加、すなわち大電流を取り出した際の発熱が大きくなるため、電極端子リードが、ラミネートフィルム熱融着部に挟まれて外装材の外部に露出される部分以外の辺の最大長さが２５０ｍｍ以下とすることで、電極の電極端子リードから最も遠い部分から、電極端子リードまで抵抗を低減でき、自動車用に必要な電気性能を確保することができる。

また、ＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶモーター駆動用のような大電流での充放電を繰り返した際の電池の発熱を、単電池面積／電池容量を３０ｃｍ^２／Ａｈ以上とすることで、電池の放熱面積（熱交換面積）を大きくすることができるため、請求項１に記載の発明と同様に、放熱性に優れ寿命特性を改善し、信頼性に優れた電池の作製を可能にすることができる。

なお、ＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶモーター駆動用電池は、高出力及び高エネルギー密度が要求されるため、通常１つの自動車用電池で使用されることはなく、該自動車用電池を複数個、直列および／または並列に接続して組電池にして使用することを前提としてある。そのため、組電池として使用されるときの自動車用電池（単電池）の電池容量は、１．５〜６Ａｈである。

また、請求項１に記載の発明は、外装ラミネートフィルムより取り出されるそれぞれの電極端子リードの幅が、取り出される外装ラミネートフィルム１辺の長さの４０〜８０％でそれぞれ異なった外装ラミネートフィルムの１辺から取り出されることを特徴とする自動車用電池である。４０％以上とすることで充放電時の電極端子リードの発熱を抑えて大電流での充放電が可能になり、８０％以下とすることでシール性が確保できるが以下の理由による。

例えば、図１１の自動車用電池の平面図を参照して説明すれば、いずれも幅が３０ｍｍの電極端子リード７、８を用いて、電極端子リード７、８が取り出される辺のラミネートフィルムの幅がいずれも５０ｍｍの場合は、外装ラミネートフィルムより取り出されるそれぞれの電極端子リードの幅（丸数字５）が、取り出される外装ラミネートフィルム１辺の長さ（丸数字６）の６０％となる。

ＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶモーター駆動用電池は、高出力及び高エネルギー密度が要求されるため、通常１つの電池で使用されることはなく、単電池を複数個、直列および／または並列に接続して組電池にして使用される。このとき外装ラミネートフィルムより取り出されるそれぞれの電極端子リードの幅が、取り出される外装ラミネートフィルム１辺の長さの４０〜８０％でそれぞれ異なった外装ラミネートフィルムの１辺から取り出されることで、これらの電池同士を接続し組電池にする場合において、例えば、超音波溶接等の手段を用いることで、従来のようにボルトなどを使用せずに、比較的簡便に電池間の接続が可能になり、十分な溶接面積を確保することができ、組電池全体の抵抗を低減させ、軽量化をすることが可能になる。

請求項３に記載の発明は、正極、負極それぞれの電極端子リードがＮｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅまたはこれらの合金、またはそれらにＮｉ、Ａｇ、Ａｕを被覆したものから選ばれることを特徴とする自動車用電池である。

ＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶモーター駆動用のような大電流の充放電を繰り返す場合においては、電極端子リードの発熱を抑える必要があるが、電極端子リードにＮｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅまたはこれらの合金、さらにはそれらにＮｉ、Ａｇ、Ａｕを被覆したものを用いることで、発熱を抑えることができ、熱融着部に挟まれて外装材の外部に露出される電極端子リード部の熱劣化を抑制し、自動車用に必要な長期信頼性を確保できる。被覆材には安価であるという点からＮｉを用いるのが望ましく、被覆方法としては金属メッキ方法が好ましいが、クラッド材のような金属積層体を用いることも可能である。

請求項４に記載の発明は、正極および負極の活物質の平均厚みが、いずれも２０〜８０μｍの範囲であることを特徴とする自動車用電池である。

ここで、正極の活物質の平均厚みは、発電要素に用いられている総ての正極板に形成された正極活物質層の厚みの平均値とする。各正極活物質層の厚みは、図１０（ｂ）で説明した丸数字２−１に相当する正極集電体に形成される正極活物質層の片側の厚みとする。同様に、負極の活物質の平均厚みは、発電要素に用いられている総ての負極板に形成された負極活物質層の厚みの平均値とする。各負極活物質層の厚みは、図１０（ｂ）で説明した丸数字２−２に相当する負極集電体に形成される負極活物質層の片側の厚みとする。

自動車用途、特にＨＥＶなど高出力が要求される用途においては、大電流を取り出すため内部抵抗を低減する必要がある。そこで、自動車用電池の正極および負極の活物質の平均厚みを２０μｍ以上にすることで、電池の活物質以外の集電体、セパレータ、ラミネートフィルム等の材料の体積が増加し、体積効率が低下するのを最小限に抑えることができる。また、正極および負極の活物質の平均厚みを８０μｍ以下にすることで、内部抵抗の増加を最小限に抑え、高出力が要求される用途に必要な電気性能の確保が可能になる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４に記載の自動車用電池を少なくとも２つ以上、並列または直列に接続したグループが少なくとも１以上存在し、その並列または直列の接続形式が、電池を重ね、積層した電極端子リードどうしを溶着する形式であることを特徴とする組電池である。

ここで、電池を重ねるとは、特段の説明を要するまでもなく、通常の技術常識に基づき容易に理解し得るものであるが、曲解されることなく本発明の理解をより容易にする観点から説明すれば、後述する図７（ｂ）に示すように、図７（ａ）の組電池構造のＡ−Ａ線に沿って横から見た断面図に表わしたように、扁平型の自動車用電池（単電池）の扁平化された平らな面同士を重ねて順次積層することである。したがって、上下に重ねて積層してもよいし、図７（ｂ）に示すように左右に重ねて積層してもよい。

ＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶモーター駆動用電池は、高出力及び高エネルギー密度が要求されるため、通常１つの電池で使用されることはなく、自動車用電池（単電池）を複数個、直列または並列に接続して組電池にして使用されている。そのため、請求項１〜４に記載の自動車用電池を組電池にして使用する際の並列または直列の接続形式が、電池を重ね、積層した電極端子リードどうしを溶着する形式であることにより、以下の効果を奏することができる。例えば、積層した電極端子リードどうしを超音波溶接等の手段を用いて溶着することで、従来のようにボルトなどを使用せずに、比較的簡便に電池間の接続が可能になり、十分な溶接面積を確保することができる。そのため、組電池全体の抵抗を低減させ、軽量化をすることが可能になる。その結果、こうした組電池をＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶモーター駆動用電源としてこれら車両に搭載する際、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に、新たに電池容量や出力の異なる単電池を用いた組電池を開発、設計、製造することなく、比較的安価に対応することが可能になる。すなわち、放熱性に優れ電池温度の上昇を抑え良好なシール性を有する本発明の自動車用電池を、１種又は２種以上、各車両に搭載可能な共用（共通）の単電池として量産し、これらを電池容量や出力に応じて上記接続形式により軽量かつコンパクトに組電池を作製することにより、比較的安価に電池容量や出力の異なる組電池を生産することができる。そのため高出力及び高エネルギー密度が要求されるＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶモーター駆動用電池に幅広く適用できるものである。

なお、上記説明では、積層した電極端子リードどうしを溶着する手段の１例として、超音波溶接を用いて溶着する方法を例示したが、本発明では、これらに何ら制限されるべきものではなく、抵抗溶接、スポット溶接など、従来公知の各種溶着技術を利用することができるものである。好ましくは、熱が発生しにくく、電極端子リードが熱融着部に挟まれて電池外装材の外部に露出される部分の電池外装材の熱融着部への熱的負荷が低い、超音波溶接を用いるのが望ましい。また、電極端子リード８（９）どうしを直接溶着してもよいし、図７（ｂ）に示すように、電極端子リード８（９）間にスペーサ１６を挟み込んでこれらを溶着することで、電極端子リード８（９）どうしをいわば間接的に溶着してもよいなど、従来公知の溶着技術を適用し得るものであり、特に制限されるべきものではない。

また、上記組電池では、自動車用電池を少なくとも２つ以上、上記接続形式により並列または直列に接続されてなるグループが少なくとも１以上存在していればよい。したがって、電池容量や出力の異なる組電池を生産する上で、必要があれば、自動車用電池を少なくとも２つ以上、直列に接続したグループで構成されていてもよいし、並列に接続したグループで構成されていてもよいし、直列と並列に接続したグループで構成されていてもよい。さらに、１つの組電池にこれらの直列に接続したグループ、並列接続したグループ、直列と並列に接続したグループの少なくとも２グループが存在していても良い。かかる複数のグループを存在させる場合、例えば、組電池内の各グループごとに正極および負極端子を取り付けて、各種用途に応じて、各グループごとに所望の電池容量や出力を取り出せるようにし、１つの組電池を多目的用途に利用できるようにしてもよいなど特に制限されるべきものではない。また、他の接続形式（例えば、後述する請求項６に記載の接続形式など）により並列および／または直列に接続されてなるグループなどが存在していてもよい。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜４に記載の自動車用電池を少なくとも２つ以上、並列または直列に接続したグループが少なくとも１以上存在し、その接続形式が、電池を左右に並べ、１つまたは複数の電極端子リードをそれぞれ１枚のバスバーに溶着する形式であることを特徴とする組電池である。

ここで、電池を左右に並べるとは、特段の説明を要するまでもなく、通常の技術常識に基づき容易に理解し得るものであるが、曲解されることなく本発明の理解をより容易にする観点から説明すれば、後述する図７（ｃ）に示すように、図７（ａ）の組電池構造のＢ−Ｂ線に沿って横から見た断面図に表わしたように、扁平型の自動車用電池（単電池）の端子リードが取り出される辺以外の辺（図１１の丸数字９−１または丸数字９−２）同士が隣り合うようにして左右に並べることである。したがって、図１、２、１１のように正極端子リード７と負極端子リード８とが、それぞれ異なった外装ラミネートフィルムの１辺（丸数字８−１と丸数字８−２）から取り出される場合においても同様に、これらの辺以外の辺（図１１の丸数字９−１または丸数字９−２）同士が隣り合うようにして左右に並べることもできる。

ＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶモーター駆動用電池は、高出力及び高エネルギー密度が要求されるため、通常１つの電池で使用されることはなく、自動車用電池（単電池）を複数個、直列または並列に接続して組電池にして使用されている。そのため、請求項１〜４に記載の自動車用電池を組電池にして使用する際の接続形式が、電池を左右に並べ、１つまたは複数の電極端子リードをそれぞれ１枚のバスバーに溶着する形式とすることで、請求項５に記載の発明と同様に、以下の効果を奏することができる。例えば、図７（ｃ）に示すように、バスバー１７と電極端子リード７、８とを超音波溶接等の手段を用いることで、従来のようにボルトなどを使用せずに、比較的簡便に電池間の接続が可能になり、十分な溶接面積を確保することができる。例えば、積層した電極端子リードどうしを超音波溶接等の手段を用いて溶着することで、従来のようにボルトなどを使用せずに、比較的簡便に電池間の接続が可能になり、十分な溶接面積を確保することができる。そのため、組電池全体の抵抗を低減させ、軽量化をすることが可能になる。その結果、こうした組電池をＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶモーター駆動用電源としてこれら車両に搭載する際、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に、新たに電池容量や出力の異なる単電池を用いた組電池を開発、設計、製造することなく、比較的安価に対応することが可能になる。すなわち、放熱性に優れ電池温度の上昇を抑え良好なシール性を有する本発明の自動車用電池を、１種又は２種以上、各車両に搭載可能な共用（共通）の単電池として量産し、これらを電池容量や出力に応じて上記接続形式により軽量かつコンパクトに組電池を作製することにより、比較的安価に電池容量や出力の異なる組電池を生産することができる。そのため高出力及び高エネルギー密度が要求されるＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶモーター駆動用電池に幅広く適用できるものである。

なお、上記説明では、電極端子リードをバスバーに溶着する手段の１例として、超音波溶接を用いて溶着する方法を例示したが、本発明では、これらに何ら制限されるべきものではなく、抵抗溶接、スポット溶接など、従来公知の各種溶着技術を利用することができるものである。好ましくは、熱が発生しにくく、電極端子リードが熱融着部に挟まれて電池外装材の外部に露出される部分の電池外装材の熱融着部（シール部）への熱的負荷が低い、超音波溶接を用いるのが望ましい。なお、本実施形態では、電極端子リードをバスバーに溶着する手段を用いたが、本発明における電極端子リードの接続形式としては、これらに制限されるべきものではなく、従来公知の各種接続技術を適用することができる。特に、ＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶモーター駆動用電源として高出力及び高エネルギー密度に対応して大電流を流すことができるものであれば、バスバー以外の他の接続部材を用いて溶着等により接続してもよいなど、制限されるものではない。

また、１つまたは複数の電極端子リードをそれぞれ１枚のバスバーに溶着するとして、１つの電極端子リードを１枚のバスバーに溶着する場合を含めたのは、自動車用電池の端子リードのうち、組電池の電極端子に接続する場合には、こうした接続形式（実施形態）もあり得るためである。

また、上記組電池では、自動車用電池を少なくとも２つ以上、上記接続形式により並列または直列に接続されてなるグループが少なくとも１以上存在していればよい。したがって、電池容量や出力の異なる組電池を生産する上で、必要があれば、自動車用電池を少なくとも２つ以上、上記接続形式により、直列に接続したグループで構成されていてもよいし、並列に接続したグループで構成されていてもよいし、直列と並列に接続したグループで構成されていてもよい。さらに、１つの組電池にこれらの直列に接続したグループ、並列接続したグループ、直列と並列に接続したグループの少なくとも２グループが存在していても良い。かかる複数のグループを存在させる場合、例えば、組電池内の各グループごとに正極および負極端子を取り付けて、各種用途に応じて、各グループごとに所望の電池容量や出力を取り出せるようにし、１つの組電池を多目的用途に利用できるようにしてもよいなど特に制限されるべきものではない。また、他の接続形式（例えば、上記請求項５に記載の接続形式など）により並列および／または直列に接続されてなるグループなどが存在していてもよい。

ここでは、図７に、上記請求項５及び６に記載の接続形式により直列と並列に接続したグループが存在する組電池の構造の具体例を示す。図７に示すように、上記の扁平型の自動車用電池１を４枚並列に請求項５に記載の接続形式により接続し（図７（ｂ）参照のこと）、こうして４枚並列にした扁平型の自動車用電池１をさらに６枚直列に請求項６に記載の接続形式により接続して金属製の組電池ケース１１に収納し（図７（ｂ）、（ｃ）参照のこと）組電池１０とすることができる。なお、組電池ケース１１上部の蓋体１１ａに設けられた組電池１０の正極端子１２および負極端子１３と、各自動車用電池１の電極リード端子７、８とは、組電池１０の正極および負極端子用リード線１４、１５を用いて電気的に接続されている。また、自動車用電池１を４枚並列に請求項５に記載の接続形式により接続する際には、スペーサ１６のような適当な接続部材を用いて各自動車用電池１の電極端子リード７どうしを溶着することで電気的に接続すればよい（図７（ｂ）参照のこと）。同様に、４枚並列にした各自動車用電池１をさらに６枚直列に接続する際には、接続部材にバスバー１７を用いて各自動車用電池１の電極リード端子８、９を電気的に接続すればよい（図７（ｃ）参照のこと）。ただし、本発明の組電池は、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。また、該組電池には、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１１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１８などを設けてもよいなど、特に制限されるものではない。

請求項７に記載の発明は、請求項５および／または６に記載の組電池を少なくとも２以上直列、並列、または直列と並列に複合接続したことを特徴とする複合組電池である。請求項５および／または６に記載の組電池を少なくとも２以上直列、並列または直列と並列に接続することで、電気自動車やハイブリッドカーに搭載する際、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。

複合組電池としては、例えば、図８に示したように、上記の組電池１０（図７）を６組並列に接続して複合組電池２１とするには、各組電池ケース１１上部の蓋体１１ａに設けられた組電池１０の正極端子１２および負極端子１３を、外部正極端子部２２、外部負極端子部２３を有する組電池正極端子連結板２４、組電池負極端子連結板２５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１１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２６を固定ネジ２７で固定し、各組電池１０同士を連結する。また、各組電池１０の正極端子１２および負極端子１３は、それぞれ正極絶縁カバー２８および負極絶縁カバー２９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。

請求項８に記載の発明は、請求項５、６項に記載の組電池、又は請求項７に記載の複合組電池を搭載することを特徴とする車両である。請求項５、６項に記載の組電池、又は請求項７に記載の複合組電池を搭載することで、比較的安価でエネルギー密度が大きく高出力な組電池が作製でき、航続距離の長く、燃費の良いＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶを提供することが可能になる。

また、前記組電池および／または複合組電池をＥＶ、ＨＥＶ、ＦＣＶ等の車両に搭載することで、搭載時の大電流放電時における電極端子リードの発熱抑制でき、寿命特性が向上し、さらに比較的長期にわたる良好なシール性を確保という前記課題を解決することができる。例えば、図９に示したように、ＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶ３１の車体中央部の座席下に複合組電池２１を搭載するのが、社内空間およびトランクルームを広く取れるため便利である。ただし、本発明では、これらに何ら制限されるべきものではなく、後部トランクルームの下部に搭載してもよいし、あるいはＥＶやＦＣＶのようにエンジンを搭載しないのであれば、車体前方のエンジンを搭載していた部分などに搭載することもできる。なお、本発明では、複合組電池２１だけではなく、使用用途によっては、組電池を搭載するようにしてもよいし、これら組電池と複合組電池を組み合わせて搭載するようにしてもよい。また、本発明の組電池および／または複合組電池を搭載することのできる車両としては、上記ＥＶ、ＨＥＶ、ＦＣＶが好ましいが、これらに制限されるものではない。

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。

実施例１
厚さ１２０μｍの高分子−金属複合ラミネートフィルムからなる電池外装材をその周辺部を熱融着にて接合し、熱融着部のうち対向する辺２箇所から厚さ１００μｍ、幅８０ｍｍの正極端子リード、負極端子リードを取り出す構造とした扁平型電池を作製した（図１を参照のこと）。

詳しくは、正極板には、厚さ１５μｍのアルミニウム箔の正極集電体上に、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４を正極活物質として、バインダーであるＰＶｄＦ、導電助剤であるアセチレンブラックを混合したスラリーを塗布し、乾燥させて片側の厚さが６０μｍの正極活物質層を両側に形成し、３００ｃｍ^２に切断したものを用いた。負極板には、厚さ１５μｍの銅箔の負極集電体上に、リチウムイオンを吸蔵、脱離できる非晶質系炭素を負極活物質として、バインダーであるＰＶｄＦと混合したスラリーを塗布し乾燥させて片側の厚さが６０μｍの負極活物質層を両側に形成し、３００ｃｍ^２に切断したものを用いた。セパレータには厚さ２５μｍのポリプロピレン製のセパレータを用いた。また、電解液には、ＰＣ−ＤＭＣを１：１の溶媒にＬｉＰＦ_６を１ｍｏｌ／Ｌ溶解したものを用いた。

上記負極板６枚と正極板５枚の間にセパレータを挟み込み（詳しくは、図３に示すように、セパレータは、電極間に挟み込むほか、両端の電極の外側にもセパレータを配置する）積層し、厚さ１００μｍ、幅８０ｍｍの正極および負極端子リードを接続した発電要素を、外装ラミネートフィルム内に収納し、電池外装材の周辺部を熱融着にて接合して発電要素を封入し扁平型の自動車用電池を作製した。尚、電解液は、注射器を使用して電池内部に注入した。

セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さは１５であり、単電池面積／電池容量は１７６ｃｍ^２／Ａｈであった。電池サイズは、図１０、１１を参照して説明すれば、１７０ｍｍ（丸数字８）×２００ｍｍ（丸数字９）×１８００μｍ（丸数字１）である（以下、同様に電池サイズを表記する）。本実施例の自動車用電池の仕様を下記表１に示す。なお、電池容量は、設計値容量の１ＣＡで４．２Ｖから２．５Ｖまで放電したときの、放電電流×放電時間により求めた（以下、同様である）。

実施例２
実施例１と同様の電極を用いて、負極板１１枚と正極板１０枚の間にセパレータを挟み込み積層し、厚さ２００μｍ、幅８０ｍｍの正極および負極端子リードを接続した発電要素を、外装ラミネートフィルム内に収納し、電池外装材の周辺部を熱融着にて接合して扁平型の自動車用電池を作製した。

セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さは２９であり、単電池面積／電池容量は７９ｃｍ^２／Ａｈであった。また、電池サイズは、１７０ｍｍ×２００ｍｍ×３５００μｍである。本実施例の自動車用電池の仕様を下記表１に示す。

実施例３
実施例１と同様の電極を用いて、負極板１６枚と正極板１５枚の間にセパレーを挟み込み積層し、厚さ２００μｍ、幅８０ｍｍの正極および負極端子リードを接続した発電要素を、外装ラミネートフィルム内に収納し、電池外装材の周辺部を熱融着にて接合して扁平型の自動車用電池を作製した。

セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さは４３であり、単電池面積／電池容量は５０ｃｍ^２／Ａｈであった。電池サイズは、１７０ｍｍ×２００ｍｍ×５１００μｍである。本実施例の自動車用電池の仕様を下記表１に示す。

実施例４
負極、正極それぞれの活物質層の片側の厚さを３０μｍとした以外は実施例１と同様の電極を用いて、負極板１６枚と正極板１５枚の間にセパレータを挟み込み積層し、厚さ２００μｍ、幅８０ｍｍの正極および負極端子リードを接続した発電要素を、外装ラミネートフィルム内に収納し、電池外装材の周辺部を熱融着にて接合し、以下は実施例１と同様にして、扁平型の自動車用電池を作製した。

セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さは５５であり、単電池面積／電池容量は１００ｃｍ^２／Ａｈであった。電池サイズは、１７０ｍｍ×２００ｍｍ×３２７０μｍである。本実施例の自動車用電池の仕様を下記表１に示す。

実施例５
実施例４と同様の電極を用いて、負極板２１枚と正極板２０枚の間にセパレータを挟み込み積層し、厚さ４５０μｍ、８０ｍｍの正極および負極端子リードを接続した発電要素を、外装ラミネートフィルム内に収納し、電池外装材の周辺部を熱融着にて接合して扁平型の自動車用電池を作製した。

セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さは７１であり、単電池面積／電池容量は７３ｃｍ^２／Ａｈであった。電池サイズは、１７０ｍｍ×２００ｍｍ×４２７０μｍである。本実施例の自動車用電池の仕様を下記表１に示す。

実施例６
電極の面積をいずれも１０５ｃｍ^２にして、実施例１と同様にして、負極板１１枚と正極板１０枚の間にセパレータを挟み込み積層し、厚さ２００μｍ、幅３０ｍｍの正極および負極端子リードを接続した発電要素を、外装ラミネートフィルム内に収納し、電池外装材の周辺部を熱融着にて接合して扁平型の自動車用電池を作製した。

セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さは２９であり、単電池面積／電池容量は７５ｃｍ^２／Ａｈであった。また、負極端子リード／負極集電体総厚さは１．２であり、正極端子リード／正極集電体総厚さは１．３であり、取り出されるそれぞれの電極端子リードの幅が取り出される外装ラミネートフィルム１辺の長さの４０％であった。電池サイズは、７５ｍｍ×１４０ｍｍ×３５００μｍである。本実施例の自動車用電池の仕様を下記表１に示す。

実施例７
それぞれの電極端子リードの幅を４５ｍｍに変更する以外は実施例６と同様にして、取り出されるそれぞれの電極端子リードの幅が取り出される外装ラミネートフィルム１辺の長さの６０％である扁平型の自動車用電池を作製した。

セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さ、単電池面積／電池容量、負極端子リード／負極集電体総厚さ、正極端子リード／正極集電体総厚さ及び電池サイズは、実施例６と同じである。本実施例の自動車用電池の仕様を下記表１に示す。

実施例８
それぞれの電極端子リードの幅を６０ｍｍに変更する以外は実施例６と同様にして、取り出されるそれぞれの電極端子リードの幅が取り出される外装ラミネートフィルム１辺の長さの８０％である扁平型の自動車用電池を作製した。

セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さ、単電池面積／電池容量、負極端子リード／負極集電体総厚さ、正極端子リード／正極集電体総厚さ及び電池サイズは、実施例６と同じである。本実施例の自動車用電池の仕様を下記表１に示す。

実施例９
電極の面積をいずれも１０５ｃｍ^２にして、実施例６と同様にして、負極板１１枚と正極板１０枚の間にセパレータを挟み込み積層し、厚さ１５０μｍ、幅３０ｍｍの正極および負極端子リードを接続した発電要素を、外装ラミネートフィルム内に収納し、電池外装材の周辺部を熱融着にて接合して扁平型の自動車用電池を作製した。

負極端子リード／負極集電体総厚さは０．９であり、正極端子リード／正極集電体総厚さは１．０であり、取り出されるそれぞれの電極端子リードの幅は、取り出される外装ラミネートフィルム１辺の長さの４０％であった。セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さ、単電池面積／電池容量及び電池サイズは、実施例６と同じである。本実施例の自動車用電池の仕様を下記表１に示す。

実施例１０
それぞれの電極端子リードの幅を４５ｍｍに変更する以外は実施例９と同様にして、取り出されるそれぞれの電極端子リードの幅が取り出される外装ラミネートフィルム１辺の長さの６０％である扁平型の自動車用電池を作製した。

セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さ、単電池面積／電池容量、負極端子リード／負極集電体総厚さ、及び正極端子リード／正極集電体総厚さは、実施例９と同じである。また、電池サイズは、実施例６と同じである。本実施例の自動車用電池の仕様を下記表１に示す。

実施例１１
それぞれの電極端子リードの幅を６０ｍｍに変更する以外は実施例９と同様にして、取り出されるそれぞれの電極端子リードの幅が取り出される外装ラミネートフィルム１辺の長さの８０％である扁平型の自動車用電池を作製した。

セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さ、単電池面積／電池容量、負極端子リード／負極集電体総厚さ、及び正極端子リード／正極集電体総厚さは、実施例９と同じである。また、電池サイズは、実施例６と同じである。本実施例の自動車用電池の仕様を下記表１に示す。

実施例１２
電極の面積を１０５ｃｍ^２にして、実施例６と同様にして、負極板１１枚と正極板１０枚の間にセパレータを挟み込み積層し、厚さ７５μｍ、幅３０ｍｍの正極および負極端子リードを接続した発電要素を、外装ラミネートフィルム内に収納し、電池外装材の周辺部を熱融着にて接合して扁平型の自動車用電池を作製した。

負極端子リード／負極集電体総厚さは０．５であり、正極端子リード／正極集電体総厚さは０．５であり、取り出されるそれぞれの電極端子リードの幅は、取り出される外装ラミネートフィルム１辺の長さの４０％であった。セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さ、単電池面積／電池容量及び電池サイズは、実施例６と同じである。本実施例の自動車用電池の仕様を下記表１に示す。

実施例１３
それぞれの電極端子リードの幅を４５ｍｍに変更する以外は実施例１２と同様にして、取り出されるそれぞれの電極端子リードの幅が取り出される外装ラミネートフィルム１辺の長さの６０％である扁平型の自動車用電池を作製した。

セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さ、単電池面積／電池容量、負極端子リード／負極集電体総厚さ、及び正極端子リード／正極集電体総厚は、実施例１２と同じである。また電池サイズは、実施例６と同じである。本実施例の自動車用電池の仕様を下記表１に示す。

実施例１４
それぞれの電極端子リードの幅を６０ｍｍに変更する以外は実施例１２と同様にして、取り出されるそれぞれの電極端子リードの幅が取り出される外装ラミネートフィルム１辺の長さの８０％である扁平型の自動車用電池を作製した。

セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さ、単電池面積／電池容量、負極端子リード／負極集電体総厚さ、及び正極端子リード／正極集電体総厚さは、実施例１２と同じである。また電池サイズは、実施例６と同じである。本実施例の自動車用電池の仕様を下記表１に示す。

比較例１
高分子−金属複合ラミネートフィルムからなる電池外装材を、その周辺部を熱融着にて接合し、熱融着部のうち対向する辺２箇所から厚さ１００μｍ、幅８０ｍｍの正極端子リード、負極端子リードを取り出す構造とした扁平型の自動車用電池を作製した（図１を参照のこと）。

詳しくは、正極板には、厚さ１５μｍのアルミニウム箔の正極集電体上に、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４を正極活物質として、バインダーであるＰＶｄＦ、導電助剤であるアセチレンブラックを混合したスラリーを塗布し、乾燥させて片側の厚さが３０μｍの正極活物質層を両側に形成し、３００ｃｍ^２に切断したものを用いた。負極板には、厚さ１５μｍの銅箔の負極集電体上に、リチウムイオンを吸蔵、脱離できる非晶質系炭素を負極活物質として、バインダーであるＰＶｄＦと混合したスラリーを塗布し乾燥させて片側の厚さが３０μｍの負極活物質層を両側に形成し、３００ｃｍ^２に切断したものを用いた。セパレータには厚さ２５μｍのポリプロピレン製のセパレータを用いた。

上記負極板３１枚と正極板３０枚の間にセパレータを挟み込み積層し、厚さ１００μｍ、幅８０ｍｍの正極および負極端子リードを接続した発電要素を、外装ラミネートフィルム内に収納し、電池外装材の周辺部を熱融着にて接合して発電要素を封入し、扁平型の自動車用電池を作製した。

セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さは１０５であり、単電池面積／電池容量は４８ｃｍ^２／Ａｈであった。電池サイズは、１７０ｍｍ×２００ｍｍ×６２７０μｍである。本比較例の自動車用電池の仕様を下記表１に示す。

＜特性評価１；１００サイクルの放電試験＞
電池容量が４Ａｈ以上の実施例３、５および比較例１については１００Ａ、その他実施例１、２、４、６〜１４については５０Ａの電流で、放電５秒間を行い５５秒間休止を行う、１分間で１サイクルとなる試験を１００サイクル行い、そのときの電池温度の上昇量を測定した。測定結果を下記表２に示す。なお、自動車用電池の温度上昇は、電池表面に熱電対を取り付け、２０Ｃ相当の電流で５秒間の放電を１００サイクル行った際の電池の温度上昇を測定し、３０℃以上温度上昇したものをＮＧ、温度上昇が３０℃未満のものをＯＫとした。

また、発明の構成要件であるセルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さのうち、セルの最大厚さの好ましい範囲についても参考までに調査を行った。図４は、自動車用電池（セル）の最大厚さと１００サイクルの放電を行った際の電池温度との関係を示す。

図４より、セルの最大厚さを６ｍｍ以下とすることで、１００サイクルの放電を行った際の温度上昇を車両システムの出力制限を指令する温度以下に抑えることができ、ＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶモーター駆動用電池の要求性能を満足することができていることが確認できた。ただし、セルの最大厚さが６ｍｍを超える場合であっても、本発明の構成要件であるセルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さが８０以下の範囲を満足する場合には、電池の放熱性に優れるため、電池温度の上昇を抑えることができるものである。

また、ＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶに好適に搭載される自動車用リチウムイオン電池に用いられるセパレータの厚さは、製造時に混入する不純物や電極活物質の脱落によるマイクロショートを防止するため２０μｍ以上であり、自動車用で高出力用途であるため５０μｍ以下のものが使用されている。同様に電極集電体も高出力用に１０μｍ以上２０μｍ以下のものが使用されている。また、片側の正極および負極活物質層の厚さは、いずれも８０μｍ以下で塗布装置の制約などから２０μｍ以上である。以上のような構成であるため、セルの最大厚さを２ｍｍ以上とすることで、電池の活物質以外の電極集電体、セパレータ、外装ラミネートフィルム等の材料の比率が増加し、体積効率が低下するのを最小限に抑えることができる。ただし、セルの最大厚さが２ｍｍ未満であっても、実施例１のように、本発明の要件であるセルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さが８０以下の範囲を満足する場合には、電池の放熱性に優れるため、下記表２に示すように、電池温度の上昇を抑えることができるものである。

また、ＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶモーター駆動用電池は、高出力及び高エネルギー密度が要求されるため、通常１つの自動車用電池（単電池）で使用されることはなく、単電池を複数個、直列または並列に接続して組電池にして使用されることを前提としてあるため、１つの扁平型の自動車用電池の電池容量は１．５〜６Ａｈとしてあるのが一般的である。このとき、これらの自動車用電池は、電極端子リードが外装ラミネートフィルムの熱融着部に挟まれて電池外装材の外部に露出される部分以外の辺の最大長さが２５０ｍｍ以下で、単電池面積／電池容量が３０ｃｍ^２／Ａｈ以上である。下記表１の電池仕様および表２の測定結果から、電極端子リードが外装ラミネートフィルムの熱融着部に挟まれて電池外装材の外部に露出される部分以外の辺の最大長さが２５０ｍｍ以下で、単電池面積／電池容量を３０ｃｍ^２／Ａｈ以上とすることで、電池の放熱性に優れるため電池温度の上昇を抑えることができる。そのため、充放電を行った際の温度上昇を車両システムの出力制限を指令する温度以下に抑えることができ、ＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶモーター駆動用電池の要求性能を満足することができている。

＜特性評価２；釘刺し試験＞
実施例１〜１４および比較例１の自動車用電池で釘さし試験を行った結果を下記表２に示す。詳しくは、図４の結果に基づき、セルの最大厚さを２〜６ｍｍとした実施例２〜１４の電池と、セルの最大厚さが２〜６ｍｍを外れる実施例１と比較例１の自動車用電池であって、セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さを変更した電池において、セルの異常時確認試験（釘刺し試験）を行った。釘刺し試験の釘の進入速度は１０ｃｍ／秒とした。目視によって電解液の噴出を確認した。電池は全てＤＯＤが０％付近になっている。

下記表２の結果から、セルの最大厚さ／単位電極の活物質の厚さを８０以下、好ましくは１０〜８０とすることで体積効率を低下させることなく、大電流充放電の際に電池の温度上昇を抑えることで寿命特性、さらに異常時における信頼性に優れていることが分かる。

＜特性評価３；４０℃６０日間の放置試験及び充放電試験＞
実施例１〜１４および比較例１の扁平型の自動車用電池で４０℃の雰囲気に６０日間放置し、その後に電池の漏液の有無の確認を行った。また充放電時の偏平型の自動車用電池の電極端子リードの温度上昇は、電極端子リードの表面中央部に熱電対（Ｋ熱電対）を取り付け、２０Ｃ相当の電流で５秒間の放電を１００サイクル行った際の端子の温度上昇を測定した。ここで電極端子リードの温度が３０℃以上温度上昇したものをＮＧ、温度上昇が３０℃未満のものをＯＫとした。これら試験結果を図５〜６および下記表２に示す。

図５に電極端子リードの厚さを変更し、正極端子リード／正極集電体総厚さと電極端子リードの温度上昇およびシール不良率の関係を示す。

図５には、測定前の電極端子リード温度に対する電極端子リードの上昇温度量のうち最高の温度上昇量（℃）をプロットした。また、シール不良率の測定は、各実施例ごとに自動車用電池３個を４０℃（湿度は制御しない）の恒温槽中に６０日間放置した後、目視およびリトマス試験紙にて漏液の有無の確認を実施した。このときの漏液があった電池の個数を全体数に対する割合でシール不良率（％）を算出した。

図５から明らかなように、正極端子リードの厚さと正極集電体の総厚さの比（正極端子リード／正極集電体総厚さ）および負極端子リードの厚さと負極集電体の総厚さの比（負極端子リード／負極集電体総厚さ）を、いずれも０．４〜２．０の範囲とすることで、良好なシール性を確保し、電極端子リードの温度上昇を３０℃以下に抑えることができている。電極端子リードの温度上昇を３０℃以下に抑えることで、電池外装材にラミネートシートを用いた自動車用電池においては、電池の温度上昇による内圧の増加によるシール性が損なわれるのを抑えることができるものである。特に、自動車用電池を電気自動車やハイブリッドカーに搭載する場合、電池温度が６０℃程度にまで上昇することもある。その際、電極端子リードでは、充放電時に大電流を使うため、電池温度よりもさらに３０℃を超えて高くなると、外装ラミネートフィルム中の樹脂の軟化点（９０℃程度）を超えることもあり、こうした状況下では、電池の内圧の増加により、とりわけ電極端子リードと接する電池外装材の熱融着部位のシール性が損なわれる恐れがある。しかしながら、電極端子リードの厚さと電極集電体の総厚さの比を上記範囲内にすることで電極端子リードの温度上昇をこうした問題が生じない温度域に抑えることができるものである。

また、図６に電極端子リードの幅を変更し、電極リードの幅／電池の幅（電極端子リードが取り出される外装ラミネートフィルム１辺の長さ）の百分率（％）と電極端子リードの温度上昇およびシール不良率の関係を示す。

なお、扁平型電池の電極端子リードの温度上昇およびシール不良率の測定は、図５で説明したと同様にして行った。

図６から明らかなように、電極端子リードの幅を、該電極端子リードが取り出される外装ラミネートフィルム１辺の長さの４０〜８０％とすることで、良好なシール性を確保し、電極端子リードの温度上昇を３０℃以下に抑えることができている。この場合にも、上述したと同様の効果を奏することができる点で有利である。

本発明に係る自動車用電池の外観構造を模式的に表わす概略斜視図であって、外装ラミネートフィルムを用いてその周辺部を熱融着にて接合することにより、発電要素を収納し封入すると共に、該発電要素を構成する各電極と導通される正極端子リードと負極端子リードとが、上記熱融着部に挟まれて電池外装材の外部にそれぞれ異なった外装ラミネートフィルムの１辺から取り出される構造を有する扁平型の自動車用電池の概略斜視図である。 本発明に係る自動車用電池の他の外観構造を模式的に表わす概略斜視図であって、外装ラミネートフィルムを用いて、袋状にしたその開口部を熱融着にて接合することにより、発電要素を収納し封入すると共に、該発電要素を構成する各電極と導通される正極端子リードと負極端子リードとが、上記熱融着部に挟まれて電池外装材の外部にそれぞれ異なった外装ラミネートフィルムの１辺から取り出される構造を有する扁平型の自動車用電池の概略斜視図である。 本発明に係る自動車用電池の内部構造の１部を模式的に表わす断面概略図であって、外装ラミネートフィルムを用いて、その周辺部を熱融着にて接合することにより、正極板、セパレータおよび負極板を積層した発電要素を収納し封入すると共に、該発電要素を構成する各電極と導通される正極端子リードと負極端子リードとが、上記熱融着部に挟まれて電池外装材の外部にそれぞれ異なった外装ラミネートフィルムの１辺から取り出される構造を有する扁平型の自動車用電池のうち、負極端子リードが電池外装材の外部に取り出される側の構造を表わした断面概略図である。 実施例で作製した扁平型の自動車用電池の特性評価として、セルの最大厚さと電池温度の関係を表わすグラフである。 実施例で作製した扁平型の自動車用電池の特性評価として、正極端子リード／正極集電体総厚さと、電極端子リードの温度上昇およびシール不良率の関係を表わすグラフである。 実施例で作製した扁平型の自動車用電池の特性評価として、電極端子リードの幅／電池の幅（電極端子リードが取り出される外装ラミネートフィルム１辺の長さ）のパーセンテージ（百分率；％）と電極端子リードの温度上昇およびシール不良率の関係を表わすグラフである。 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り、図６（ａ）は平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線に沿って横から見た際の側面図であり、図６（ｃ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って横から見た断面図である。 本発明に係る複合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。 本発明に係る複合組電池を搭載した車両を模式的に表した概略図である。 本発明に係る自動車用電池の構成要件に関する各部位の厚さを模式的に説明してなる電池断面概略図であって、図１０（ａ）は、自動車用電池のセル最大厚さ、電極（正極側）端子リード厚さ、電極（正極側）集電体総厚さを模式的に説明してなる電池断面概略図であり、図１０（ｂ）は、自動車用電池の単位電極の正極活物質の厚さ（片側）、負極活物質の厚さ（片側）を模式的に説明してなる電池断面概略図である。 本発明に係る自動車用電池の構成要件に関する各部位の長さ、幅、面積を模式的に説明してなる電池断面概略図であって、自動車用電池の電極端子リードの幅、ラミネート幅（電極端子リードが取り出される外装ラミネートフィルム１辺の長さ）、単電池面積、端子リードが前記外装ラミネートフィルムの熱融着部に挟まれて電池外装材の外部に露出される部分以外の辺の最大長さを模式的に説明してなる電池断面概略図である。

符号の説明

１ 扁平型の自動車用電池（単電池、セル）、
２ 熱融着部、
３ 電池外装材（高分子−金属複合ラミネートフィルム）、
４ 正極板、
４ａ 正極集電体、
４ｂ 正極活物質（層）、
５ 負極板、
５ａ 負極集電体、
５ｂ 負極活物質（層）、
６ セパレータ、
７ 正極端子リード、
８ 負極端子リード、
９ 単位電極、
９ａ 発電要素、
１０ 組電池、
１１ 組電池ケース、
１１ａ 組電池ケースの上部蓋体、
１２ 正極端子、
１３ 負極端子、
１４ 正極端子用リード線、
１５ 負極端子用リード線、
１６…スペーサ、
１７ バスバー、
１８ 電圧計測用コネクタ、
２１ 複合組電池、
２２ 外部正極端子部、
２３ 外部負極端子部、
２４ 組電池正極端子連結板、
２５ 組電池負極端子連結板、
２６ 連結板、
２７ 固定ネジ、
２８ 正極絶縁カバー、
２９ 負極絶縁カバー、
３１ ＥＶ、ＨＥＶあるいはＦＣＶ。

Claims (8)

1. 電池外装材に高分子−金属を複合したラミネートフィルムを用いて、その電池周辺部を熱融着にて接合する、あるいは
   電池外装材に高分子−金属を複合したラミネートフィルムを用いて、袋状にしたその開口部を熱融着にて接合することにより、
   正極板、セパレータおよび負極板を積層または巻回した発電要素を収納し封入すると共に、
   上記発電要素を構成する各電極と導通される電極端子リードが上記熱融着部に挟まれて電池外装材の外部に露出される構造を有する扁平型電池で、
   セルの最大厚さ（単位：μｍ）／単位電極の活物質の厚さ（単位：μｍ）が、８０以下であり、
   前記端子リードの幅が、取り出される電池外装材のラミネートフィルム１辺の長さの４０〜８０％であり、
   正極端子リードと負極端子リードとが、それぞれ異なった電池外装材のラミネートフィルムの１辺から取り出されることを特徴とする自動車用電池。
2. 前記端子リードが前記ラミネートフィルムの熱融着部に挟まれて電池外装材の外部に露出される部分以外の辺の最大長さが、２５０ｍｍ以下で、
   単電池面積（ｃｍ^２）／電池容量（Ａｈ）が３０ｃｍ^２／Ａｈ以上であることを特徴とする請求項１に記載の自動車用電池。
3. 前記端子リード材が、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅまたはこれらの合金、またはそれらにＮｉ、Ａｇ、Ａｕを被覆したものから選ばれることを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用電池。
4. 正極および負極の活物質の平均厚みが、いずれも２０〜８０μｍの範囲であることを特徴とする、請求項１〜３いずれか１項に記載の自動車用電池。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動車用電池を少なくとも２つ以上、並列または直列に接続したグループが少なくとも１以上存在し、その並列または直列の接続形式が、電池を重ね、積層した電極端子リードどうしを溶着する形式であることを特徴とする組電池。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動車用電池を少なくとも２つ以上、並列または直列に接続したグループが少なくとも１以上存在し、その接続形式が、電池を左右に並べ、１つまたは複数の電極端子リードをそれぞれ１枚のバスバーに溶着する形式であることを特徴とする組電池。
7. 請求項５または６に記載の組電池を少なくとも２以上直列、並列、または直列
   と並列に複合接続したことを特徴とする複合組電池。
8. 請求項５〜７のいずれかに記載の組電池または複合組電池の少なくとも１つを搭載してなることを特徴とする車両。

Images