JP4300310B2 - バイポーラ電池、組電池、複合組電池、および組電池または複合組電池を用いた車両 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施形態によるバイポーラ電池の平面図、図2は、図1のII−II線に沿う拡大断面図、図3は、図2のIII−III線に沿う拡大断面図である。なお、図2における電池要素は簡略化して示されている。
図12は、本発明の第2の実施形態のバイポーラ電池における電池要素を説明するための拡大断面図である。なお、図12は、説明の便宜上、2層分の電池単位から構成される電池要素を示しており、第1の実施形態の図4に対応する図である。なお、第1の実施形態のバイポーラ電池と同様の部分は説明を省略する。
本発明の第3の実施形態は、上述した第1または第2の実施形態のバイポーラ電池を複数個接続した組電池である。図13(A)〜(C)は、第3の実施形態による組電池の平面図、正面図、および側面図である。
本発明の第4の実施形態は、上述した第1または第2の実施形態のバイポーラ電池と、通常の電池を複数個直列に接続したものとを組み合わせた組電池である。図14(A)〜(C)は、第4の実施形態による組電池の平面図、正面図、および側面図である。なお、第3の実施形態の組電池と同様の部分は説明を省略する。
第5の実施形態は、前述した第3または第4の実施形態による組電池を複数個接続した複合組電池である。図15(A)〜(C)は、第5の実施形態による複合組電池の平面図、正面図、および側面図である。
第6の実施形態は、上述した第3、第4または第5の実施形態による組電池または複合組電池を搭載し、モータの電源として用いてなる車両である。組電池または複合組電池をモータ用電源として用いる車両として、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車など、車輪をモータによって駆動する自動車が挙げられる。
実施例1では、層状をなす電池単位の数が10層、電池単位が図4の構造、メイン集電箔の厚さが20μm、サブ集電箔の厚さが20μm、メイン集電箔の材質がステンレス鋼(SUS)、サブ正極集電箔の材質がアルミニウム(Al)、サブ負極集電箔の材質が銅(Cu)、正極の厚さが30μm、負極の厚さが30μm、連結部のバネ定数の低減割合が1(特にバネ定数調整部24が設けられていない。)、正極活物質がLi・Mn系複合酸化物、負極活物質が非結晶性炭素材、であるバイポーラ電池を使用した。
1.容量比の測定
比較例の10層分の電池単位からなる電池要素を有するバイポーラ電池を、42Vまで充電し、30Vまで放電したときの放電容量(Ah)を基準放電容量とした。そして各実施例のバイポーラ電池における同様に測定された放電容量の基準放電容量に対する割合を、容量比として示した。たとえば、容量比=1の場合は比較例と実施例の放電容量が同等であることを示し、容量比=2の場合は比較例に対する実施例の放電容量が2倍であることを示す。
比較例のバイポーラ電池の42Vのときの内部抵抗をテスタで測定して基準抵抗とした。そして、各実施例のバイポーラ電池における同様に測定された内部抵抗の基準抵抗に対する割合を、内部抵抗比として示した。たとえば、内部抵抗比=1の場合は比較例と実施例の内部抵抗が同等であることを示し、容量比=0.5の場合は比較例に対する実施例の内部抵抗が0.5倍であることを示す。
バイポーラ電池の略中央部(図1の平面図において略中央部)に、加速度ピックアップを設定し、インパルスハンマーによってハンマリングしたときの加速度ピックアップの振動スペクトルを測定した。加速度ピックアップの設定方法は、JIS B 0908(振動及び衝撃ピックアップの校正方法・基本概念)に準拠した。測定された振動スペクトルをFFT分析器により解析し、周波数(Hz)と加速度(dB)の次元に変換した。得られた周波数に関して、平均化(N=50の平均)、およびスムージングを行い、振動伝達率スペクトルのグラフを得た。そして、振動伝達率スペクトルのグラフの10〜300Hzまでの平均を振動平均値として求めた。比較例のバイポーラ電池の振動平均値を基準振動平均値とし、各実施例のバイポーラ電池における振動平均値の基準振動平均値に対する割合(%)を、平均低減量として示した。たとえば、平均減衰量=0%の場合は比較例と実施例の振動平均値が同等であり減衰効果が得られていないことを示し、平均減衰量=30%の場合は比較例に対する実施例の振動平均値が30%低減されたことを示す。
図17に示す評価結果が得られた。
10、10a 電池要素、
11 正極、
12 負極、
13 セパレータ、
14、14a 電池単位、
15、16、17 メイン集電箔、
18 サブ正極集電箔、
18a 第1サブ正極集電箔、
18b 第2サブ正極集電箔、
19 正極連結部、
20 正極形成部、
21 サブ負極集電箔、
21a 第1サブ負極集電箔、
21b 第2サブ負極集電箔、
22 負極連結部、
23 負極形成部、
24 バネ定数調整部、
25 封止材、
30 ラミネートフィルム、
31 金属層、
32 外側樹脂層、
33 内側樹脂層、
35 タブ、
4 電池、
5、5a 組電池、
6 複合組電池、
7 車両。
Claims (17)
- 正極と負極とがセパレータを挟んで組み合わされた電池単位が、複数積層されて直列に接続されてなるバイポーラ電池であって、
前記電池単位は、
一方の面に正極が形成された第1集電箔と、
前記第1集電箔に略平行に配置され、前記第1集電箔上の正極に対向する面に負極が形成された第2集電箔と、
前記第1集電箔の正極が形成された面に接続される正極連結部、および当該正極連結部に連設されるとともに前記第1集電箔と前記第2集電箔との間で当該両箔に略平行に配置され、両方の面に正極が形成された正極形成部を備えた少なくとも1つのサブ正極集電箔と、
前記第2集電箔の負極が形成された面に接続される負極連結部、および当該負極連結部に連設されるとともに前記第1集電箔と前記第2集電箔との間で当該両箔に略平行に配置され、両方の面に負極が形成された負極形成部を備えた少なくとも1つのサブ負極集電箔と、を有し、
前記サブ正極集電箔の正極形成部と前記サブ負極集電箔の負極形成部は、正極と負極がセパレータを介して対向するように、交互に配置されていることを特徴とするバイポーラ電池。 - 前記第1集電箔および前記第2集電箔の厚さは、前記サブ正極集電箔および前記サブ負極集電箔の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項1に記載のバイポーラ電池。
- 前記第1集電箔および前記第2集電箔の厚さは、前記サブ正極集電箔およびサブ負極集電箔の厚さの1.1〜10倍の範囲内にあることを特徴とする請求項2に記載のバイポーラ電池。
- 前記サブ正極集電箔およびサブ負極集電箔は、それぞれ前記第1集電箔および前記第2集電箔と振動溶着により接続されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のバイポーラ電池。
- 前記サブ正極集電箔は、前記第1集電箔の端部に接続され、
前記サブ負極集電箔は、前記第1集電箔の前記サブ正極集電箔が接続される端部と反対側の端部に対向する前記第2集電箔の端部に接続されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のバイポーラ電池。 - 前記サブ正極集電箔は、前記第1集電箔の端部に接続される少なくとも1つの第1サブ正極集電箔と、前記第1集電箔の中央部に接続される少なくとも1つの第2サブ正極集電箔とを有し、
前記サブ負極集電箔は、前記第2集電箔の中央部に接続される少なくとも1つの第1サブ負極集電箔と、前記第1集電箔の前記第1サブ正極集電箔が接続される端部と反対側の端部に対向する前記第2集電箔の端部に接続される少なくとも1つの第2サブ負極集電箔とを有し、
前記第1サブ正極集電箔の正極形成部と前記第1サブ負極集電箔の負極形成部、および前記第2サブ正極集電箔の正極形成部と前記第2サブ負極集電箔の負極形成部は、正極と負極がセパレータを介して対向するように、交互に配置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のバイポーラ電池。 - 前記正極および前記負極の厚さは、1〜100μmの範囲内にあることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載のバイポーラ電池。
- 前記正極連結部および前記負極連結部は、それぞれのバネ定数を調整するためのバネ定数調整部を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載のバイポーラ電池。
- 前記バネ定数低減部を有する前記正極連結部および前記負極連結部のバネ定数は、それぞれ前記正極形成部および前記負極形成部と同一の材料および断面形状で形成した場合の正極連結部および負極連結部のバネ定数の50〜90%の範囲内にあることを特徴とする請求項8に記載のバイポーラ電池。
- 前記第1集電箔および前記第2集電箔は、ステンレス鋼、チタン、および銅とアルミニウムのクラッド材からなる群より選択されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載のバイポーラ電池。
- 前記サブ正極集電箔および前記サブ負極集電箔は、ステンレス鋼、チタン、銅、アルミニウムからなる群より選択されることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載のバイポーラ電池。
- 前記正極は、Li・Mn系複合酸化物を含むことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1つに記載のバイポーラ電池。
- 前記負極は、結晶性炭素材または非結晶性炭素材を含むことを特徴とする請求項1〜12のいずれか1つに記載のバイポーラ電池。
- 請求項1〜13のいずれか1つに記載のバイポーラ電池を複数個、並列および/または直列に接続したことを特徴とする組電池。
- 請求項1〜13のいずれか1つに記載のバイポーラ電池と、前記バイポーラ電池の正極および負極と同一材料から構成され異なる集電箔上にそれぞれ形成される正極および負極を備えた電池が前記電池単位の数だけ直列に接続されることにより前記バイポーラ電池と同一の電圧を有してなる電池群とを、並列に接続したことを特徴とする組電池。
- 請求項14又は15に記載の組電池を複数個、並列および/または直列に接続したことを特徴とする複合組電池。
- 請求項14〜16のいずれか1つに記載の組電池または複合組電池を、車輪を駆動するためのモータの電源として用いたことを特徴とする車両。
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