JP4581628B2

JP4581628B2 - バイポーラ電池

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Publication number: JP4581628B2
Application number: JP2004312839A
Authority: JP
Inventors: 拓哉木下; 英明堀江
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2024-10-27
Also published as: JP2006127857A

Description

本発明は、絶縁性が良好なバイポーラ電池に関する。

バイポーラ電池は、下記特許文献１にも記載されているように、複数のバイポーラ電極を積層して構成した電池であり、薄型、軽量で放熱性が良好であるなど、種々の優れた特性を備えている。

バイポーラ電池を車両の動力源として使用する場合には、信頼性と安定性が要求されるため、バイポーラ電池を構成する複数の単電池（バイポーラ電極間で１つの単電池が形成される）がそれぞれ正常に機能しているか否かを常に監視する必要がある。このため、すべての単電池の電圧を電圧検出線によって常時監視し、劣化した単電池を検知できるようにしている。
特開２０００−１９５４９５号公報

ところが、各単電池の電圧を検出するための電圧検出線は、バイポーラ電極間に設けられた絶縁層から引き出されていたために、外部の電圧監視装置に接続するまでの間電圧検出線の絶縁性を確保しなければならず、これが製造工程の煩雑化を招いていた。

本発明は、以上のような従来の技術の問題点を解消するために成されたものであり、絶縁性が良好なバイポーラ電池の提供を目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るバイポーラ電池は、集電体の一方の面には正極層が形成されその他方の面には負極層が形成されたバイポーラ電極と、当該バイポーラ電極相互間でイオン交換を行う電解質層とを交互に複数積層してなるバイポーラ電池において、積層される複数のバイポーラ電極の端部は積層されるバイポーラ電極間で積層方向において互いに重なることのないようにそれぞれ異なる位置から引き出された接続端子を有し、前記バイポーラ電極の端部は絶縁層を介して積層されると共に、当該絶縁層は前記接続端子の積層方向の電気的接続を形成する通電パスを備えていることを特徴とする。

本発明に係るバイポーラ電池においては、バイポーラ電極ごとに積層方向において互いに重なることのないように異なる位置から接続端子が引き出され、これらの接続端子が絶縁層に設けられている通電パスを介して積層方向に電気的接続を形成する。このため、電圧検出線（接続端子と通電パスにより構成される）の絶縁性が絶縁層によって保持され、絶縁性の確保が容易になる。

以上のように構成された本発明に係るバイポーラ電池によれば、積層される複数のバイポーラ電極の端部は積層されるバイポーラ電極間で積層方向において互いに重なることのないようにそれぞれ異なる位置から引き出された接続端子を有し、前記バイポーラ電極の端部は絶縁層を介して積層されると共に、当該絶縁層は前記接続端子の積層方向の電気的接続を形成する通電パスを備えているので、接続端子と通電パスにより構成される電圧検出線の絶縁性を容易に確保することができ、製造工程の簡略化が可能になる。

以下に、本発明に係るバイポーラ電池、組電池及びそれらの電池を搭載した車両の実施形態を［実施の形態１］と［実施の形態２］に分けて図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態で引用する図面では、バイポーラ電池を構成する各層の厚みや形状を誇張して描いているが、これは発明の内容の理解を容易にするために行っているものであり、実際のバイポーラ電池の各層の厚みや形状と整合しているものではない。
［実施の形態１］
図１は本実施の形態に係るバイポーラ電池の外観図である。バイポーラ電池１００は、図に示すように長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ１２０Ａ、負極タブ１２０Ｂが引き出されている。また、バイポーラ電池１００の一側部からは、バイポーラ電池１００の発電要素１６０を形成する各単電池の電圧検出線１４０が引き出されている。発電要素１６０はバイポーラ電池１００の外装材（たとえばラミネートフィルム）１８０によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素１６０は正極タブ１２０Ａ、負極タブ１２０Ｂ及電圧検出線１４０を引き出した状態で密封されている。

図２から図５はバイポーラ電池１００内部の概略構成図、図６は図１に示したバイポーラ電池１００のＡ-Ａ断面図、図７から図１０はバイポーラ電池１００の構成部品の概略構成図である。

図２及び図３はバイポーラ電池１００の内部構造を説明するための分解斜視図である。これらの図ではその内部構造の説明に必要な一部の構造のみを抜き出して示している。バイポーラ電極１０１は、集電体１０２の一方の面に正極層１０３が形成され、その他方の面に負極層１０４が形成されてなるものである。図示されているように、正極層１０３は集電体１０２の外周部に一定の幅の残り代を取って形成され、負極層１０４は集電体１０２の全面に形成される。図示されているように、バイポーラ電極１０１は、負極層１０４が形成されている側と正極層１０３が形成されている側とが向かい合わせにされて積層される。バイポーラ電極１０１同士を積層するに当たり、バイポーラ電極１０１間にはバイポーラ電極相互間でイオン交換が行えるようにするゲル状の電解質を含ませた不織布１０５（電解質層）が積層される。なお、本実施形態では電解質層としてゲル状の電解質を含ませた不織布１０５を用いたが、無機系または有機系の固体電解質を用いても良い。

正極層１０３が形成される側の集電体１０２の端部（残り代の部分）には、２枚のバイポーラ電極１０１によって形成される単電池の電圧を検出するための平板状の接続端子１０６が接続され、接続端子１０６はその端部から突出するように引き出される。この接続端子１０６の平面形状は図８Ａに示すような縦長の長方形であり、その断面は同図Ｂのように横長の長方形である。接続端子１０６は実際にはミクロン単位の非常に薄い膜状の銅箔である。接続端子１０６は、積層方向において他の接続端子１０６と重なることのないように、積層されるバイポーラ電極１０１間でそれぞれ少しずつ異なる位置に接続され引き出される。したがって、図２に示すように、最上層のバイポーラ電極１０１に接続される接続端子１０６の引き出し位置と積層方向その下に位置されることとなるバイポーラ電極１０１に接続される接続端子１０６の引き出し位置とは互いにオーバーラップしない位置になる。

図では明確に示されていないが、本実施形態では合計１３枚のバイポーラ電極１０１と１２枚の不織布１０５とを用い、バイポーラ電極１０１と不織布１０５とを交互に積層することによってバイポーラ電池１００の発電要素１６０を形成している。このため、接続端子１０６は発電要素１６０の図示左端から右端に向けてオーバーラップを避ける均等間隔に合計１３本引き出されることになる。

バイポーラ電極１０１の正極層１０３側には中央部に正極層１０３を露出させる開口部が形成された絶縁シート１０７が積層される。絶縁シート１０７が積層されると、バイポーラ電極１０１の集電体１０２の端部はその全周が覆われ、同時に接続端子１０６もその先端部を除いて覆われる。なお、絶縁シート１０７はバイポーラ電極１０１の端部において絶縁層として機能する。

絶縁シート１０７の図示手前側においては、接続端子１０６を絶縁シート１０７との間に挟むようにして通電パス形成フィルム１０８が積層される。通電パス形成フィルム１０８は、図７Ａに示すように１３箇所から引き出される接続端子１０６の引き出し位置に対応してその幅方向に等間隔に設けられた１３箇所の接続端子接触部１０８ａ〜１０８ｍを有している。これらの接続端子接触部１０８ａ〜１０８ｍは、その断面図である図７Ｂに示すように、導通部が通電パス形成フィルム１０８の厚み方向に裏側まで貫通するように形成されている。なお、本実施形態では、接続端子接触部１０８ａ〜１０８ｍの導電部を通電パス形成フィルム１０８の表側から裏側に貫通するようにその厚み分形成したが、通電パス形成フィルム１０８の表面に沿ってその表側と裏側との間で導通がとれるように導電膜を形成し接続端子接触部１０８ａ〜１０８ｍの導電部としても良い。

通電パス形成フィルム１０８は各バイポーラ電極１０１との間で積層されるが、発電要素１６０を構成するすべてのバイポーラ電極１０１間において通電パス形成フィルム１０８が積層されると、図４に示すように、接続端子接触部１０８ａ〜１０８ｍの導電部はすべての層に渡って個別に積層方向に電気的に接続され、積層方向の通電パスを形成する。つまり、最上層のバイポーラ電極１０１に接続された接続端子１０６は積層方向に接続された接続端子接触部１０８ａの導電部で積層方向の通電パスが形成され、その下の層のバイポーラ電極１０１に接続された接続端子１０６は積層方向に接続された接続端子接触部１０８ｂの導電部で積層方向の通電パスが形成され、最下層のバイポーラ電極１０１に接続された接続端子１０６は積層方向に接続された接続端子接触部１０８ｍの導電部で積層方向の通電パスが形成されることになる。

個々のバイポーラ電極１０１の負極側に不織布１０５を積層し、個々のバイポーラ電極１０１の端部の所定位置に接続端子１０６を接続し、個々のバイポーラ電極１０１の端部及び接続端子１０６を覆うように絶縁シート１０７を積層し、それぞれの接続端子１０６と通電パス形成フィルム１０８の接続端子接触部１０８ａ〜１０８ｍを個別に接触させて、それぞれの絶縁シート１０７の下に通電パス形成フィルム１０８を積層する。このような積層を行った状態ですべてのバイポーラ電極１０１の積層を１３層に渡って行う。そして、バイポーラ電極１０１の外周部からはみ出した絶縁シート１０７の周縁部はその全周に渡って熱融着される。

図６は、図１に示したバイポーラ電池１００のＡ-Ａ断面図を示しているが、上記の積層を行った状態の断面は、この図で示されているような状態になる。つまり、バイポーラ電極１０１の負極層１０４とその下側に位置するバイポーラ電極１０１の正極層１０３が不織布１０５を介して積層され、これらのバイポーラ電極１０１が１つの単電池を形成する。各バイポーラ電池１０１に積層されている絶縁シート１０７はその全周に渡って熱融着が施される（図５及び図６の×印部分において）ので、絶縁シート１０７はバイポーラ電極１０１間で不織布１０５を完全に密封することになり、不織布１０５に染み込ませている電解質が外に漏れて単電池同士が短絡してしまうようなことを回避できる。このように絶縁シート１０７は接続端子１０６の層間絶縁を行う機能と不織布１０５をバイポーラ電極１０１間で密封する機能とを併せ持つことから、製造工程の簡略化に寄与する。

図５は以上の積層状態を上から見た図である。バイポーラ電極１０１の集電体１０２の端部の全周を覆うように絶縁シート１０７が積層される。絶縁シート１０７は集電体１０２よりも１回り大きく形成されているので、絶縁シート１０７の熱融着は図示されているように集電体１０２の外周からはみ出した部分（熱融着部分）において行う。絶縁シート１０７が熱融着されると、接続端子１０６が集電体１０２と絶縁シート１０７との間に挟まれた状態で固定され、通電パス形成フィルム１０８が上下に積層されている絶縁シート１０７に挟まれて仮固定される。また、この状態で、各層の接続端子１０６が通電パス形成フィルム１０８の各接続端子接触部１０８ａ〜１０８ｍと電気的に接触状態とされる。なお、各バイポーラ電極から引き出されている接続端子１０６は上下に位置する通電パス形成フィルム１０８の接続端子接触部１０８ａ〜１０８ｍに挟まれた状態で電気的な接触状態となる。なお、本発明では、絶縁シート１０７及び通電パス形成フィルム１０８の接続端子接触部１０８ａ〜１０８ｍ以外の部分において絶縁層が形成されている。通電パスは以上のようにして形成されるため、特別な絶縁処理を施さなくとも各通電パス間の絶縁は確実なものとなり、部品点数の削減をしつつも絶縁の信頼性を保つことができ、長時間の使用に対しても電池の内部短絡の恐れがなくなる。

図３に示すように、最下層に位置されることになる通電パス形成フィルム１０８には、積層方向に形成されている通電パスと電気的に接続され各通電パスの電圧を導出する電圧検出線を備えた電圧導出基板１１０が積層される。図９に示すように、電圧導出基板１１０は、通電パス形成フィルム１０８の各接続端子接触部１０８ａ〜１０８ｍに対応する位置に導電性のランド１１０ａ〜１１０ｍが形成されており、図示されていないが、各ランド１１０ａ〜１１０ｍからは個別に接続された電圧検出線１４０が基板上に形成されている。

電圧導出基板１１０が通電パス形成フィルム１０８の最下層に積層されると、図４及び図５に示すように、積層されているすべての通電パス形成フィルム１０８と電圧導出基板１１０とが図示されている熱融着部分において熱融着される。この熱融着が終了すると、図３〜図５に示すように、各バイポーラ電極１０１の接続端子１０６が通電パス形成フィルム１０８に挟まれた状態で各接続端子接触部１０８ａ〜１０８ｍで導通状態となり、バイポーラ電極１０１間で形成される単電池の電圧が電圧導出基板１１０の電圧検出線１４０において外部から測定可能となる。

以上の積層が終了したら、図２に示した最上層のバイポーラ電極１０１の正極層１０３の上に正極タブ１２０Ａを積層し、また、図３に示した最下層のバイポーラ電極１０１の負極層１０４の下に負極タブ１２０Ｂを積層する。そして、バイポーラ電極１０１と不織布１０５との積層体からなる発電要素１６０と電圧導出基板１１０は、外装材を形成するラミネートフィルム１８０で覆われ、図１に示したように、正極タブ１２０Ａ、負極タブ１２０Ｂ及電圧検出線１４０を引き出した状態でラミネートフィルム１８０の外周部分が熱融着される。

電圧導出基板１１０の電圧検出線１４０はラミネートフィルム１８０から露出しているが、電圧検出線１４０には、ラミネート電池１００を構成する１３個の単電池ごとの電圧バランスを調整する回路、ラミネート電池１００の電圧異常の有無を判定する回路、検出されたこれらの電圧値に基づいてバイポーラ電池１００の使用状態を制御するコントローラが接続される。

なお、以上の実施形態では、単電池の電圧バランスを調整する回路を外部に設けるようにしたが、図１０に示すように、電圧導出基板１１５の一部に回路形成部１１７を設けておき、この回路形成部１１７上に単電池の電圧バランスを調整する回路またはラミネート電池１００の電圧異常の有無を判定する回路のいずれか一方または双方を形成するようにしても良い。回路形成部１１７に単電池の電圧バランスを調整する回路のみを形成した場合には、電圧検出線１４０にはラミネート電池１００の電圧異常の有無を判定する回路及び検出された電圧値に基づいてバイポーラ電池１００の使用状態を制御するコントローラが接続される。

図１１は、電圧検出線１４０に接続されて単電池の電圧バランスを調整したり、ラミネート電池１００の電圧異常の有無を判定したりする回路の一例を示している。図において、ＬＡＮＤ１〜ＬＡＮＤ１３は、電圧導出基板１１０のランド１１０ａ〜１１０ｍにそれぞれ対応する接続端子である。図示点線で囲まれている３個の抵抗器と１個のシャントレギュレータとで構成される回路は、各単電池の電圧バランスを調整するための電圧調整回路２００である。電圧調整回路２００はすべての単電池に対して設けられるが、電圧調整回路２００は、たとえば充電時に単電池の電圧が規定の電圧（たとえば２．５Ｖ）を超えたら、シャントレギュレータが通電して過電圧となっている単電池の電力を抵抗器で放電し、その単電池の電圧を他の単電池の電圧に合わせる。また、各単電池の電圧異常を検出する半導体チップ２１０と検出された電圧異常に基づいて異常信号を出力する異常信号出力回路２２０は、ラミネート電池１００の電圧異常の有無を判定する回路を構成する。半導体チップ２１０は各単電池の電圧が電池寿命を考慮して設定された上下限電圧以内に収まっているか否か（電圧異常の有無）を常に監視するものである。異常信号出力回路２２０は半導体チップ２１０がいずれかの単電池の電圧異常の有無を検知したときに動作し、電圧異常の発生を外部に出力するものである。電圧検出線１４０にはコントローラが接続されているが、コントローラは電圧異常の信号を受けると、電圧異常の生じたバイポーラ電池１００を切り離し、そのバイポーラ電池１００の使用を禁止する。

上記のように、本実施形態では図１１に示す回路を電圧検出線１４０に外部から接続する例を示したが、回路形成部１１７を有する電圧導出基板１１５を用いた場合には、図１１に示す回路のうち、少なくとも電圧調整回路２００と半導体チップ２１０を回路形成部１１７上に形成する。このようにすれば、回路形成部１１７は外装材としてのラミネートフィルム１８０内に位置されるので、電圧検出線１４０から引き出す電線の本数を極端に少なくすることができ、その分電圧検出線１４０の幅を狭くすることができるため、熱融着部のシール性が向上する。

以上説明してきたバイポーラ電池は、複数、直列に又は並列に接続して組電池モジュール２５０（図１２参照）を形成し、この組電池モジュール２５０をさらに複数、直列に又は並列に接続して組電池３００を形成することもできる。図１２は、組電池３００の平面図（図Ａ）、正面図（図Ｂ）、側面図（図Ｃ）を示しているが、作成した組電池モジュール２５０は、相互にバスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、組電池モジュール２５０は接続治具３１０を用いて複数段積層される。何個のバイポーラ電池１１０を接続して組電池モジュール２５０を作成するか、また、何段の組電池モジュール２５０を積層して組電池３００を作成するかは、搭載される車両（電気自動車）の電池容量や出力に応じて決めればよい。もちろん、組電池モジュール２５０や組電池３００には、図１１に示した監視回路が搭載され、バイポーラ電池１００、組電池モジュール２５０、組電池３００はこの監視回路やコントローラによって監視回路から出力される信号に基づいて電池の使用状態が制御される。ここで言う電池の使用状態とは、バイポーラ電池１００を構成する単電池をバイパスしたり、組電池モジュール単位で使用を制限したり、組電池の使用を制限したりすることを言う。

このように、組電池モジュール２５０を複数直並列接続されてなる組電池３００は、高容量、高出力を得ることができ、一つ一つの組電池モジュール２５０の信頼性が高いことから、組電池３００としての長期的な信頼性の維持が可能である。また一部の組電池モジュール２５０が故障しても、その故障部分を交換するだけで修理が可能になる。

組電池３００を、電気自動車４００に搭載するには、図１３に示したように、電気自動車４００の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池３００を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。以上のような組電池３００を用いた電気自動車４００は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。

なお、本発明では、組電池３００だけではなく、使用用途によっては、組電池モジュール２５０のみを搭載するようにしてもよいし、これら組電池３００と組電池モジュール２５０を組み合わせて搭載するようにしてもよい。また、本発明の組電池または組電池モジュールを搭載することのできる車両としては、上記の電気自動車やハイブリッドカーが好ましいが、これらに制限されるものではない。
［実施の形態２］
図１４は本実施の形態に係るバイポーラ電池の外観図である。本実施の形態に係るバイポーラ電池は、実施の形態１のように各層を構成することになる要素を用意しておきこれを積層して作成するのではなく、インクジェットプリンタを用いて画像を印刷するように、１層ずつ絵を描くようにして下の層から順番に形成していくものである。

本実施の形態に係るバイポーラ電池５００は、図に示すように長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ５２０Ａ、負極タブ５２０Ｂが引き出されている。また、バイポーラ電池５００の一側部からは、バイポーラ電池５００の発電要素５６０を形成する各単電池の電圧検出線５４０が引き出されている。発電要素５６０はバイポーラ電池５００の外装材（たとえばラミネートフィルム）５８０によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素５６０は正極タブ５２０Ａ、負極タブ５２０Ｂ及電圧検出線５４０を引き出した状態で密封されている。

本実施形態においては、発電要素５６０を、インクジェットプリンタ方式によって層ごとに所定の付着パターンを重ね塗りすることによって形成している。つまり、本実施形態では図１５に示すように基材６００に第１層目から第５層目に示す付着パターンをインクジェットプリンタでカラー画像を形成するときのように順番に重ね塗りする。

すなわち、図１５に示す基材６００には、図示してあるとおり、その基材６００上に銅層６１０が印刷されると共に、絶縁層６２０、銅層からなる接続端子６３０ａ〜６３０ｇが印刷されている。基材６００のどの部分に銅層、絶縁層、接続端子を印刷するのかといった付着パターンは層ごとにあらかじめ設定しておき、材料の噴射を制御するプリンタはこの付着パターンに応じて導電材や絶縁材をそれぞれの領域において選択的に噴射する。

なお、基材６００の銅層６１０と接続パターン６３０ａは導通状態となるように印刷されている。この基材６００の上には第１層目の印刷が施される。つまり、銅層６１０の対応位置に負極活物質６４０が重ね印刷され、同様に、絶縁層６２０及び接続端子６３０ａ〜６３０ｇ上に絶縁層６２０及び接続端子６３０ａ〜６３０ｇが印刷される。次に、この第１層の上に第２層の印刷が施される。つまり、負極活物質６４０の対応位置にイオン導電材６５０が重ね印刷され、絶縁層６２０及び接続端子６３０ａ〜６３０ｇ上に絶縁層６２０及び接続端子６３０ａ〜６３０ｇが印刷される。さらに、この第２層の上に第３層の印刷が施される。つまり、イオン導電材６５０の対応位置に正極活物質６６０が重ね印刷され、絶縁層６２０及び接続端子６３０ａ〜６３０ｇ上に絶縁層６２０及び接続端子６３０ａ〜６３０ｇが印刷される。さらに、この第３層の上に第４層の印刷が施される。つまり、正極活物質６６０の対応位置に銅層６１０が重ね印刷され、絶縁層６２０及び接続端子６３０ａ〜６３０ｇ上に絶縁層６２０及び接続端子６３０ａ〜６３０ｇが印刷される。なお、銅層６１０と接続パターン６３０ａは導通状態となるように印刷されている。さらに、第１層目と同様に、銅層６１０の対応位置に負極活物質６４０が重ね印刷され、同様に、絶縁層６２０及び接続端子６３０ｂ〜６３０ｇ上に絶縁層６２０及び接続端子６３０ｂ〜６３０ｇが印刷される。なお、第５層目の絶縁層６２０に接続端子６３０ａを印刷しないのは、１つの単電池を構成することになる基材６００の銅層６１０と第４層の銅層６１０との間にだけ電気的導通状態を形成させ、１つの単電池の電圧を形成するための積層方向の通電パスを形成したいからである。

本実施形態では、以上のような印刷を７個の単電池が形成されるまで行う。図１６に示すように、積層方向に形成される通電パスは、最下層の単電池７００については、各層の絶縁層に形成される接続端子６３０ａ〜６３０ｇの７箇所であり、その上の単電池７１０については、各層の絶縁層に形成される接続端子６３０ｂ〜６３０ｇの６箇所であり、その上の単電池７２０については、各層の絶縁層に形成される接続端子６３０ｃ〜６３０ｇの５箇所であり、その上の単電池７３０については、各層の絶縁層に形成される接続端子６３０ｄ〜６３０ｇの４箇所であり、通電パスの数は上側に位置する単電池ほど少なくなる。なお単電池同士の通電パスは積層方向において導通状態になっている。

最上層と最下層に位置される単電池には正極タブ５２０Ａと負極タブ５２０Ｂとがそれぞれ接続される。また、最下層に位置する単電池７００の基材６００には、図１７に示すような電圧導出基板７５０が積層される。電圧導出基板７５０は、通電パスと電気的に接続され各通電パスの電圧を導出する電圧検出線７７０を備えると共に、その表面に集電箔７５５が形成されている。図１７に示すように、電圧導出基板７５０は、各接続端子６３０ａ〜６３０ｇの対応位置に導電性のランド７６０ａ〜７６０ｇが形成されており、図示されていないが、各ランド７６０ａ〜７６０ｇからは個別に接続された電圧検出線７７０が基板上に形成されている。したがって、各ランド間の電圧を検出することによって単電池７００、７１０、７２０などの電圧を知ることができる。

上記のようにして形成した単電池の集合体である発電要素５６０と電圧導出基板７５０とは実施の形態１と同様にラミネートフィルム５８０で覆われ、図１４に示したように、正極タブ５２０Ａ、負極タブ５２０Ｂ及電圧検出線５４０を引き出した状態でラミネートフィルム５８０の外周部分が熱融着される。

なお、単電池の電圧を監視する回路としては、実施形態１の図１１で示したような回路と同様の回路を使用することができる。この回路は、実施の形態１と同様、電圧検出線７７０の外側に接続して外部から電圧を監視するようにしても良いし、電圧導出基板７５０上に形成し、ラミネートフィルム５８０内に内蔵させるようにしても良い。

以上のように、本実施形態のバイポーラ電池５００も、第１実施形態のバイポーラ電池１００と同様、発電要素を構成する各単電池の電圧を、積層方向（電池の厚み方向）に形成した通電パスを介し、積層方向一方端に位置する電圧検出線によって検出することが可能となる。このため、ラミネートフィルムの封止性が良好になり、耐久性、信頼性の高いバイポーラ電池となる。また、電圧を監視するための回路をラミネートフィルム内に形成することによって、バイポーラ電池、組電池などの小型化を図ることが可能になる。

なお、本実施形態では、バイポーラ電池のみの構造を説明してきたが、第１実施形態と同様に、このバイポーラ電池から組電池ユニット又は組電池を形成し、これらの電池を車両に搭載するようにしても良い。

本発明によれば、接続端子と通電パスにより構成される電圧検出線の絶縁性を容易に確保することができ、製造工程の簡略化が可能なため、バイポーラ電池の量産化に大いに役立つ。

本実施形態に係るバイポーラ電池の外観図である。バイポーラ電池内部の概略構成図である。バイポーラ電池内部の概略構成図である。バイポーラ電池内部の概略構成図である。バイポーラ電池内部の概略構成図である。図１に示したバイポーラ電池のＡ-Ａ断面図である。バイポーラ電池の構成部品の概略構成図である。バイポーラ電池の構成部品の概略構成図である。バイポーラ電池の構成部品の概略構成図である。バイポーラ電池の構成部品の概略構成図である。バイポーラ電池に内蔵される又は外部接続される監視回路図である。組電池の概略構成図である。組電池が車両に搭載された状態を示す図である。他の実施形態に係るバイポーラ電池の外観図である。バイポーラ電池内部の概略構成図である。バイポーラ電池内部の概略構成図である。バイポーラ電池内部の概略構成図である。

符号の説明

１００バイポーラ電池、
１０１バイポーラ電極、
１０２集電体、
１０３正極層、
１０４負極層、
１０５不織布、
１０６接続端子、
１０７絶縁シート、
１０８通電パス形成フィルム、
１０８ａ〜１０８ｍ接続端子接触部、
１１０電圧導出基板、
１１０ａ〜１１０ｍランド、
１１５電圧導出基板、
１１５ａ〜１１５ｍランド、
１１７回路形成部、
１２０Ａ正極タブ、
１２０Ｂ負極タブ、
１４０電圧検出線、
１６０発電要素、
１８０、５８０ラミネートフィルム、
２００電圧調整回路、
２１０半導体チップ、
２２０異常信号出力回路、
２５０組電池モジュール、
３００組電池、
３１０接続治具、
４００電気自動車、
５００バイポーラ電池、
５２０Ａ正極タブ、
５２０Ｂ負極タブ、
５４０電圧検出線、
５６０発電要素、
６００基材、
６１０銅層、
６２０絶縁層、
６３０ａ〜６３０ｇ接続端子、
６４０負極活物質、
６５０イオン導電材、
６６０正極活物質、
７００単電池、
７１０単電池、
７２０単電池、
７３０単電池、
７５０電圧導出基板、
７５５集電箔、
７６０ａ〜７６０ｇランド、
７７０電圧検出線。

Claims

集電体の一方の面には正極層が形成されその他方の面には負極層が形成されたバイポーラ電極と、当該バイポーラ電極相互間でイオン交換を行う電解質層とを交互に複数積層してなるバイポーラ電池において、
積層される複数のバイポーラ電極の端部は積層されるバイポーラ電極間で積層方向において互いに重なることのないようにそれぞれ異なる位置から引き出された接続端子を有し、
前記バイポーラ電極の端部は絶縁層を介して積層されると共に、当該絶縁層は前記接続端子の積層方向の電気的接続を形成する通電パスを備えていることを特徴とするバイポーラ電池。
前記絶縁層は、前記バイポーラ電極の端部全周に形成されており、前記バイポーラ電極間の電解質層を密封することを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
前記絶縁層には、前記通電パスと電気的に接続され前記通電パスの電圧を導出する電圧検出線を備えた基板が積層されることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
前記基板の一部は、前記バイポーラ電極と電解質層との積層体を密封する外装材から露出していることを特徴とする請求項３に記載のバイポーラ電池。
前記外装材の内側に位置する基板には、前記電圧検出線間の電圧に基づいて前記バイポーラ電極間の電圧バランスを調整する回路または電圧異常の有無を判定する回路のいずれか一方または双方が備えられていることを特徴とする請求項４に記載のバイポーラ電池。
前記外装材の外部に露出している基板には、前記電圧異常の有無を判定する回路からの判定結果に基づいて前記バイポーラ電池の使用状態を制御するコントローラが接続されることを特徴とする請求項５に記載のバイポーラ電池。
前記外装材の外部に露出している基板には、外部に設けられた、前記電圧検出線間の電圧に基づいて前記バイポーラ電極間の電圧バランスを調整する回路または電圧異常の有無を判定する回路のいずれか一方または双方が接続されることを特徴とする請求項４に記載のバイポーラ電池。