JP5092387B2

JP5092387B2 - 電池

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Publication number: JP5092387B2
Application number: JP2006344894A
Authority: JP
Inventors: 修嶋村; 賢司保坂; 拓哉木下; 孝昭安部; 英明堀江
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2026-12-21
Also published as: US20070210760A1; EP2913878A1; US7609029B2; EP1833107A1; EP2913878B1; JP2007273444A

Description

本発明は、電池に関する。

車両用の電池は、通常、複数の二次電池を直列に接続したものが多い。近年、このような用途の二次電池として、双極型電池が注目されている。

双極型電池は、一つの集電体の第１面に正極層、第１面に対向する第２面に負極層を形成した双極型電極を用いて、この双極型電極を複数枚、間に電解質層を挟んで積層した電池である。したがって、双極型電池は、電解質層を挟んだ正極層および負極層によって単電池が構成されていて、この単電池が複数直列に接続された形態となっている（たとえば特許文献１参照）。

また、従来このような双極型電池を単電池として複数直列に接続して電池を構成した場合に、各単電池のそれぞれに、通常は電流が流れず、電圧が所定値以上に上昇した場合にのみ、その単電池を短絡させる短絡制御素子を設け、いずれかの単電池に異常が生じても、その異常が生じた単電池を短絡させて電流を流すことができるようにして電池全体として異常が生じた単電池による悪影響を受けずに使用を継続することができるようにした技術がある（特許文献２参照）
特開２０００−１９５４９５号公報特開２００５−１４９９５１号公報

ところが、上述した特許文献１のような従来の電池は、単電池を複数直列に接続した電気的な形態から、使用中に単電池間の電圧がばらつく可能性がある。使用中に単電池間の電圧がばらつくと、最も電圧の低い単電池の性能が、その双極型電池全体としての性能を律速することになる。また、このような性能のばらつきは電池全体としての性能低下や寿命低下の原因にもなる。

一方、特許文献２に記載のように単電池の一つひとつに短絡制御素子を設けているが、これは異常発生時にのみ機能するもので、通常の使用範囲内における各単電池間の電圧ばらつきには対応していない。

そこで、本発明の目的は、複数の電池を直接に接続した場合に、各電池間の電圧ばらつきを調整して電池全体としての性能を向上させることのできる電池を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、複数の単電池を直列に接続した発電要素を有する電池であって、前記単電池のそれぞれに、各単電池の電圧が所定の放電深度を越える電圧以下となるように所定の放電率で常に放電させる放電手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、直列に接続された複数の電池を、所定の放電深度を越える電圧以下となるように所定の放電率で常に放電させることにしたので、複雑な容量調整回路なしで単電池間の電圧ばらつきを自動的に補正することができ、低コスト化および電池寿命を長期化することができる。

以下に、本発明に係る双極型電池、組電池およびそれらの電池を搭載した車両の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態で引用する図面では、双極型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、実際の双極型電池の各層の厚みや形状と整合しているものではない。

〔実施形態１〕
図１は本実施形態に係る双極型電池の外観図である。

双極型電池１００は、図に示すように長方形状の扁平な形状をしている。

この双極型電池１００は、内部に発電要素１６０を収納し、外装材（たとえばラミネートフィルム）１８０によって密閉されている。外装材１８０は、その周囲四辺が熱融着されている。外装材１８０の両端からは、発電要素１６０に接続された正極タブ１２０Ａおよび負極タブ１２０Ｂが引き出されている。

図２は双極型電池に用いられている発電要素の構成を説明するための説明図である。

発電要素１６０は、複数の双極型電極２３０を、間に電解質層２４０を挟んで積層した構造を有する。双極型電極２３０は、集電体２００の第１面に正極層２１０、第１面に対向する第２面に負極層２２０が形成されている。

したがって、電解質層２４０を挟んだ正極層２１０および負極層２２０によって単電池１５０が構成されることになり、この単電池１５０が複数直列に接続された形態となっている。

このような発電要素１６０は、たとえば、スラリー塗布法や印刷法など種々の積層法を用いて形成することができる。

ここでは一例として、スラリー塗布法を用いた発電要素１６０の形成方法を説明する。ただし、本発明においてはこのようなスラリー塗布法に限定されるものではない。

図２を参照して、まず、集電体２００の片面に正極スラリーを塗布し、乾燥させて正極層２１０を形成する。正極スラリーには、たとえば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等の正極活物質に、アセチレンブラック等の導電助剤、ＰＶＤＦ等のバインダー、およびＮＭＰ等のスラリー粘度調整溶媒を混合したものを用いる。

本実施形態の集電体２００は、放電熱によって溶出しない材料、たとえばステンレス鋼箔（ＳＵＳ箔）などの耐熱性を有する導電性金属箔によって形成されている。これは、従来の電池のように負極集電箔のように銅箔（Ｃｕ）を用いると、通常の使用範囲電圧以下（具体的には約１．５Ｖ以下）に電圧を低下させるとＣｕが溶出してしまい、電圧を低下させることはできない（後述する図４参照）。したがって、電圧を低下させても溶出しないＳＵＳ箔などを用いることが好ましいのである。

次に、正極層２１０を塗布した集電体（ＳＵＳ箔）２００の反対面に負極スラリーを塗布し、乾燥させて負極層２２０を形成する。負極スラリーには、ハードカーボン等の負極活物質、ＰＶＤＦ等のバインダー、およびＮＭＰ等のスラリー粘度調整溶媒を混合したものを用いる。

このようにして、集電体（ＳＵＳ箔）２００の両面に正極層２１０と負極層２２０とがそれぞれ形成されることにより、双極型電極２３０が形成される。そして、双極型電極２３０を所定の大きさに切り取り、電極２３０の周辺部の正極層２１０および負極層２２０を削り取り、シール層２６０を形成するためにＳＵＳ箔を露出させる。

次に、ＰＰ製等の微多孔膜や不織布などのセパレータを、ＳＵＳ箔を露出させた害主部にかからないように、正極層２１０（または負極層２２０）上に配置して、さらにＳＵＳ箔の露出部分にシール層２６０となる所定の高さのシリコンゴムを配置する。

本実施形態では、このシール層２６０の一部に所望の大きさの短絡層２７０（放電手段）を形成している。この短絡層２７０は、一つの単電池１５０を挟んでいる集電体２００同士を、所定の放電率となるように電気的に接続している。このために短絡層２７０は、シール層２６０となるシリコンゴムなどに図示上下に貫通させた穴をあけておき、その穴の中にカーボンや半導体、導電性セラミックスなどを充填して形成している。

上記セパレータには、電解質層２４０となるプレゲル溶液を浸漬させて、不活性雰囲気下で熱重合させることにより、セパレータの中央部にゲル電解質層２４０を保持させる。プレゲル溶液には、たとえば、ポリマー（ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体）、ＥＣ＋ＤＭＣ（１：３）、１．０ＭＬｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ、重合開始剤（ＢＤＫ）を混合したものを用いる。

なお、発電要素１６０の正極末端極および負極末端極には、片面のみに正極層２１０または負極層２２０を塗布したものを作製して使用している。

電解質層２４０は、上述したように、ゲル溶解質により形成されていることが好ましい。電解質層２４０としてゲル電解質を用いることにより、漏液を防止することが可能となり、また双電極型二次電池に特有の問題である液絡を防ぎ、信頼性の高い積層型電池を実現することができる。

ここで、全固体高分子電解質と高分子ゲル電解質との違いについて説明する。ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）などの全固体高分子電解質に、通常、リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものが高分子ゲル電解質である。また、ＰＶＤＦ、ＰＡＮおよびＰＭＭＡなどのように、リチウムイオン伝導性をもたない高分子の骨格中に、電解液を保持させたものも高分子ゲル電解質に該当する。高分子ゲル電解質を構成するポリマーと電解液との比率は幅広く、ポリマー１００％を全固体高分子電解質とし、電解液１００％を液体電解質とすると、その中間体はすべて高分子ゲル電解質にあたる。他方、全固体型電解質は、高分子あるいは無機固体などのＬｉイオン伝導性をもつ電解質のすべてが該当する。本発明において、固体型電解質という場合は、高分子ゲル電解質と全固体高分子電解質、無機固体電解質のすべてを含むものとする。

また、上記正極活物質にはリチウム−遷移金属複合酸化物を用い、負極活物質にはカーボンもしくはリチウム−遷移金属複合酸化物を用いることが好ましく、これにより容量および出力特性に優れた双極型電池を実現することができる。

発電要素１６０の最下層の負極末端極は上記負極タブ１２０Ｂに接続され、その最上層の正極末端極は上記正極タブ１２０Ａに接続される。図２に示す発電要素１６０は、５個の単電池１５０が直列に接続されたものとなるので、正極タブ１２０Ａと負極タブ１２０Ｂとの間には単電池１５０の５倍の電圧が現れる。

なお、本実施形態では、５個の単電池１５０を一組として発電要素１６０を構成しているが、発電要素１６０を構成する単電池１５０の積層数は本実施形態に限るものではない。

そして、発電要素１６０は、それに接続された正極タブ１２０Ａおよび負極タブ１２０Ｂを引き出した状態でラミネートフィルムからなる外装材１８０で包み込み、ラミネートフィルムの外周辺部分を熱融着して密閉する。

図３は発電要素の変形例を説明するための説明図である。

上記の構成では、放電手段としての短絡層２７０がシール層２６０を導通させるように形成したが、これに限るものではなく、たとえば図３に示すように、正極層２１０と負極層２２０とが導通するように短絡層２７０を形成してもよい。この変形例の場合には、セパレータのゲル電解質層２４０を形成する部分の一部に、カーボンや半導体等を配設して放電手段としている。

以下、上述のように構成されえた双極型電池の作用を説明する。

図４は本実施形態における電圧調整を説明するためのグラフである。

上記のように、本実施形態の双極型電池は、発電要素１６０内部に放電手段が備えられている。放電手段は積層方向に隣接する双極型電極２３０同士を電気的に所定の放電率で導通させる機能を有している。この放電手段によって、双極型電極間に形成された各単電池１５０を一様に放電させることができる。

すなわち、本実施形態の双極型電池１００は、放電手段を用いて双極型電極間に形成された各単電池１５０を一様に電池容量に対して電圧の傾きが大きい電圧まで放電させるようにしている。この電池容量に対して電圧の傾きが大きい電圧とは、通常使用範囲以下の電圧を示す領域である（図４の長円で囲んだ領域を参照）。

通常、初期および使用中に直列接続した単電池間の電圧がばらつくと、電圧の低い単電池に影響され、電池全体として寿命が低下する場合がある。

本実施形態では、通常使用範囲以下の電圧、すなわち、電池容量に対して電圧の傾きが大きい電圧となるまで放電することで、電圧を調整している。つまり、図４に示したように、各単電池の電圧が放電深度ＤＯＤ（Ｄｅｐｔｈｏｆｄｉｓｃｈａｒｇｅ）１００％を越える部分の電圧（図４の場合は２．０Ｖ）以下となるように、すべての単電池を所定の放電率で、常に放電するのである。

これにより、使用中も（たとえば後述する車両の場合、モータなどの負荷を動作させているときなど）、使用停止されたときも（モータなどの負荷を動作させていないときなど）、常に各単電池は放電することになる。このような放電作用によって、単電池は、通常使用される電圧より低い電圧になるまで放電されることになる。そして、このような範囲の電圧にまで低下した段階で充電を行えば、全ての単電池がこのような放電深度ＤＯＤ１００％を越える部分の電圧以下となった電圧から充電が開始されるため、充電後の電圧に大きなばらつきが生じることなく、電池全体として安定した特性を得ることが可能となる。

なお、充電することにより各単電池の電圧は、放電深度ＤＯＤ１００％の範囲内の電圧（図４の場合は２．０Ｖを越える電圧）となるが、そのような電圧となった段階で充電は終了することになるので、上記のように充電開始時の単電池の電圧ばらつきを一定の範囲内に抑えることで、充電後の電圧ばらつきも抑えることができるのである。このよう放電状態を本実施形態では自動的に作り出すことができるのである。もちろん充電開始時に各単電池の電圧が０Ｖであってもかまわない。

各単電池１５０に対してこのような放電を行わせるための放電手段（短絡層２７０）としては、たとえば、カーボンや半導体などの粉末をシール層２６０の貫通穴２６１内に充填する。充填時における短絡層２７０の抵抗値を、Ｖ÷（Ｑ×Ｃ）（Ｖ：満充電電圧、Ｑ：電池容量、Ｃ：放電率）で求められる抵抗値に設定する。たとえば、満充電電圧４．２Ｖ、１Ａｈの電池を０．１Ｃで放電したい場合は、４．２÷（１×０．１）＝４２Ωに調整する。そして放電率を０．２５Ｃ以下、より好ましくは０．１Ｃ以下となるようにする。これにより、すべての単電池が電池容量に対して電圧の傾きが大きい電圧、すなわち放電深度ＤＯＤ１００％を越える電圧以下まで放電させることができる。

ここで放電率を０．２５Ｃ以下とする理由は、０．２５Ｃよりも大きい放電電流が流れる放電手段を取り付けると、充放電時に放電手段の方へ流れる電流が大きくなりすぎて、効率が悪くなるため、あまり小さい抵抗値の放電手段を取り付けることは好ましくない。また、抵抗値が小さいとそれだけで放電量が多くなってしまい、その分容量が低下することになるため好ましくない。より好ましくは、０．１Ｃ以下の放電率になる抵抗値を持つ放電手段とすることである。

なお、このような放電率は、上記のような値に限定されるものではなく、負荷を動作させていないときまたは負荷そのものを接続していないときなどでも放電が行われるようにすればよいものである。したがって、放電手段の抵抗値は、放電完了までの時間を短くしたければ放電率が高くなるように低い抵抗値となるようにし、放電時間が長くてもよい場合は放電率が低くなるように高い抵抗値となるようすればよい。

また、各単電池に設けた放電手段（短絡層２７０）の放電率（すなわち抵抗値）は、それぞれ違っていてもよい。これは放電手段が上記のとおり、各単電池を一定の電圧以下となるまで放電させる役割を果たすものであるから、それぞれの抵抗値が異なりそれぞれの放電率が違っていてもなんら問題はないのである。

ただし放電率の下限値については、０Ｃを越えて、常時放電されるようになっていればよく、特に限定されない。ただし、下限値は負荷を接続しない場合に起きる自然放電よりも大きくする必要がある。したがって、放電手段による放電率は０．２５Ｃ以下で、かつ自然放電の放電率を越えていることが好ましい。

また、放電深度ＤＯＤについては、通常使用する電圧範囲をＤＯＤ０％〜１００％と定義して、ＤＯＤ１００％以下にすることが好ましい。したがって、図４の図中円で囲んだ部分が該当する。

このように構成された本実施形態の双極型電池によれば、容量調整回路（Ｃ／Ｃ）等の複雑な回路なしで電圧のばらつきを自動的に補正することができる。このため、コストが安くなり、電池寿命を長期化することができる。また、このように、放電手段を発電要素１６０に内蔵させることによって、単電池１５０の電圧を検出するための電圧検出線および単電池１５０をバイパスさせるためのバイパス線などを双極型電池１００の内部から外部に引き出す必要がなくなり、外装材１８０の密閉性が向上して信頼性が向上する。また、電圧検出線およびバイパス線を設けなくて済む分、部品点数が削減されて、組立工数の低減と製造コストの低減を図ることができる。さらに、各電圧検出線および各バイパス線を双極型電池１００の内外において絶縁する処理も不要となるので、内部短絡などの故障の虞がなくなり、絶縁性の確保の面でも信頼性が向上する。さらには、双極型電池１００の外部にＣ／Ｃを別体で設ける必要もなくなるので、双極型電池１００の設置面積の縮小化を図ることもできる。特に通常の電池の場合、単セルを製造してから直列に接続するため電圧を揃えてから接続することが可能であり初期において電圧を揃えることは容易であるが、双極型電池の場合、そのような調整は困難であり、本発明を適用した本実施形態のようにすることが有効である。

また、双極型電池の電圧調整方法では、集電体２００として放電熱によって溶出しない耐熱性を有する導電性金属箔、具体的にはＳＵＳ箔を用いた単電池１５０を複数用い、各単電池１５０を一様に電池容量に対して電圧の傾きが大きい電圧まで放電させている。このように通常の使用範囲電圧以下（具体的には約１．５Ｖ以下）の電圧の傾きが大きい領域で容量調整を行うことができるのは、集電体（集電箔）として放電熱によって溶出しない耐熱性を有する導電性金属箔であるＳＵＳ箔を用いているからである。すなわち、０Ｖまで低下させても集電体（集電箔）が溶出しないので、電池容量に対して電圧の傾きが大きい電圧まで放電することができる。

〔実施形態２〕
図５は、実施形態２における二次電池の構成を示す外観図である。図６は、実施形態２の二次電池の内部を示す要部断面図である。

本実施形態２における二次電池１００Ａは、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。

発電要素１６０は外装材（たとえばラミネートフィルム）１８０によって覆われ、その長手方向の長端部で熱融着されている。発電要素１６０は正極タブ１２０Ａおよび負極タブ１２０Ｂが外装材１８０から引き出した状態で密封されている。

なお、この二次電池１００Ａにおいては、ラミネートフィルムの熱融着部１７０が図示上面となるようにパッケージしている。

図６を参照して、二次電池の内部構造について説明する。

発電要素１６０は、まず、集電体２００の両面に正極スラリーを塗布し、乾燥させて正極層２１０を形成する。集電体２００は、放電熱によって溶出しない材料、たとえばステンレス鋼箔（ＳＵＳ箔）などの耐熱性を有する導電性金属箔によって形成されている。正極スラリーには実施形態１と同様の材料を用いる。

また、別の集電体（ＳＵＳ箔）２００両面に負極スラリーを塗布し、乾燥させて負極層２２０を形成する。負極スラリーには実施形態１と同様の材料を用いる。

次に、ＰＰ製等の微多孔膜や不織布などのセパレータ２８０を用い、このセパレータ２８０の外周部にシリコンゴムを配置し、セパレータのシール層内側の中央部にゲル電解質層を保持させる。プレゲル溶液には実施形態１と同様の溶液を用いる。

発電要素１６０の形成は、正極と負極とがセパレータ２８０の電解質層を挟んで対向するように積層して単電池１５０を形成し、このような積層を繰り返して、複数の単電池１５０が積層された発電要素１６０が形成される。

図６に示すように、負極層２２０を保持する各集電体（ＳＵＳ箔）２００は、上記負極タブ１２０Ｂにそれぞれ電気的に接続されている。図示しない側において、同様に正極層２１０を保持する各集電体（ＳＵＳ箔）２００は、上記正極タブ１２０Ａにそれぞれ電気的に接続されている。

これら発電要素１６０は、外装材１８０（たとえばラミネートフィルム）で覆われて密封され、図５に示したように、正極タブ１２０Ａおよび負極タブ１２０Ｂを引き出した状態で外装材１８０の長手方向の端部が熱融着されている。

図７において、（Ａ）は組電池モジュールの内部を示す概略構成図であり、（Ｂ）はこの組電池モジュールの等価回路図である。

組電池モジュール２５０は、たとえば、上記した二次電池１００Ａがバスバー３４０を用いて４個直列に接続されて、ケース２９０内に収納されている。そして、４個分の出力が正極端子３６０、負極端子３７０から取り出される。

この組電池モジュール２５０内では、相隣接するセル同士を互いに接続するように、各セル１００Ａに放電手段として同じ抵抗値の抵抗３５０を接続している。このように構成することにより各セル１００Ａを一様に放電させることができる。

ここで放電手段として備えた抵抗２５０の放電率は０．２５Ｃ以下となるように調整することが好ましい。これは電池の不使用時、たとえば４時間から１２時間で電池を放電させることで、電圧ばらつきの調整を行うためである。したがって、０．２５Ｃよりも大きい放電電流が流れる抵抗を取り付けると、使用中（充放電時）に抵抗の方へ電流が流れて、効率が悪くなるため、あまり大きい抵抗は現実的ではない。

このように複数の二次電池１００Ａを直列に接続した組電池モジュールは、その中の一つひとつの二次電池１００Ａが特性の違いなどによって自然に起こる自己放電量が異なると充電状態のバランスが崩れてしまう。最悪の場合、充電状態０％の二次電池と１００％の二次電池とが直列に接続されている状態になり、片方の二次電池が過充電、放電すれば片方の二次電池が過放電になるため、電流を流せなくなる。

しかし、本実施形態２では、複数の二次電池１００Ａのそれぞれに放電手段を備えたことで、二次電池１００Ａごとに電圧ばらつきが自動的に補正されて、組電池モジュール２５０全体としての信頼性と耐久性を向上させることができる。また、外部に容量を調整するための装置が不要になるので、組電池の小型化を図ることもできる。

このような二次電池は、複数、直列にまたは並列に接続して組電池モジュール２５０を形成し、この組電池モジュール２５０をさらに複数、直列にまたは並列に接続して組電池３００を形成することもできる。

図８は、組電池３００の平面図（図Ａ）、正面図（図Ｂ）、側面図（図Ｃ）である。

この組電池３００は、組電池モジュール２５０をさらにバスバーのような電気的接続手段を用いて相互に接続し、一体的に纏め上げたものである。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。何個の双極型電池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。

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、一つひと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。

なお、この組電池モジュール２５０また組電池３００には、前述した実施形態１による双極型電池１００を用いることもできる。

次に、この組電池３００を電気自動車４００に搭載した例を説明する。

図９は、組電池３００を電気自動車４００に搭載した例を説明するための説明図である。

図示するように、たとえば電気自動車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。

以下に、本発明に係る電池の実施例を説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。

＜電極の形成＞
まず、厚さ２０μｍの集電体であるステンレス鋼箔（ＳＵＳ箔）の片面に正極スラリーを塗布し乾燥させ、膜厚１５μｍの正極層を形成する。正極スラリーは、正極活物質としてＬｉＭｎ_２Ｏ_４を８５質量％、導電助剤としてアセチレンブラックを５質量％、バインダーとしてＰＶＤＦを１０質量％、およびスラリー粘度調整溶媒としてＮＭＰを混合したものである。

次に、正極層を塗布した集電体（ＳＵＳ箔）の反対面に負極スラリーを塗布し乾燥させ、膜厚１５μｍの負極層を形成する。負極スラリーは、負極活物質としてＬｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２を８５質量％、導電助剤としてアセチレンブラックを５質量％、バインダーとしてＰＶＤＦを１０質量％、およびスラリー粘度調整溶媒としてＮＭＰを混合したものである。

集電体（ＳＵＳ箔）の両面に正極層と負極層がそれぞれ形成されることにより、双極型電極が形成された。そして、双極型電極を所定の大きさに切り取り、電極の周辺部の正極層および負極層を削り取り、シール層を形成するためにＳＵＳ箔を露出させる。

＜シール層の形成＞
厚さ２０μｍのＰＰ製微多孔膜セパレータを用い、その外周部四辺の外辺から５ｍｍの位置の両面に高さ６０μｍのシリコンゴムを配置し、シール層を形成した。

＜ゲル電解質の形成＞
外周部にシール層を形成したセパレータのシール層の内側に、ポリマー（ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体）５重量％、ＥＣ＋ＤＭＣ（１：３）９５重量％、１．０ＭＬｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ、重合開始剤（ＢＤＫ）からなるプレゲル溶液を浸漬させて、不活性雰囲気下で熱重合させることにより、セパレータの中央部にゲル電解質を保持させた。

＜電池要素の形成＞
上記のように形成した双極型電極と電解質保持セパレータとを、正極層と負極層とがゲル電解質を対向して挟むように積層して、単電池を形成した。これを繰り返し、単電池が１２個積層されるように電池要素を形成した。この電池要素をラミネートパックで覆って熱溶着封止し、双極型電池を形成した。

熱溶着シールは電池の上下面に厚さ３ｍｍの鉄板を配置し、１ｋｇ／ｃｍ２の加圧を掛けて行った。この実験ではラミネートフィルムで包まれた内部の電池要素部分は比較的薄いため、このような鉄板を用いた方法でも、その周辺のラミネートフィルム同士が密着している部分のみを溶着させることができる。

＜評価＞
サンプル１は抵抗がない場合である。

このサンプル１は、抵抗を設置せずに１Ｃ相当の電流で１０回充放電を繰り返した後の電圧を測定した。この結果を図１０に調整前として示した。

また、サンプル２として放電電流が０．２５Ｃ相当となる同じ抵抗値の抵抗を取り付けたものをサンプル１と同様に充放電を繰り返し、２５℃の恒温槽内に８時間放置し、再度総電圧４４Ｖ（１セルあたり約３．５Ｖとなるようにした）まで充電した後の電圧を、図１０に調整後として示した。なお、電池の接続構成は図７（Ａ）参照、同じく等価回路は図７（Ｂ）参照。

図１０に示すように、調整前（サンプル１）には各セルの電圧が大きくばらついていたが、調整後（サンプル２）は放電手段としての抵抗による一様な放電により、各セルの電圧がほぼ均一に調整された。

また、最初にＤＯＤ１００％まで、組電池全体を放電させることで抵抗値が小さくても、比較的短時間で電圧調整が可能となる。

本発明によれば、複数の電池間における電圧ばらつきを自動的に補正することができるので、双極型電池はもとより、複数の二次電池を直列に接続した組電池やそれらを搭載した車両に好適に利用することができる。

実施形態１における双極型電池の外観図である。双極型電池に用いられている発電要素の構成を説明するための説明図である。発電要素の変形例を説明するための説明図である。電圧調整を説明するためのグラフである。実施形態２における二次電池の構成を示す外観図である。実施形態２の二次電池の内部構造を示す要部断面図である。（Ａ）は組電池モジュールの内部を示す概略構成図であり、（Ｂ）は等価回路図である。組電池を示す図面であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。組電池が車両に搭載された状態を示す図である。実施例における電圧ばらつきの調整結果を示す説明図である。

符号の説明

１００…双極型電池、
１００Ａ…二次電池、
１２０Ａ…正極タブ、
１２０Ｂ…負極タブ、
１５０…単電池、
１６０…発電要素、
１８０…ラミネートフィルム、
２００…導電材（集電体）、
２１０…正極層、
２２０…負極層、
２３０…双極型電極、
２４０…電解質層、
２５０…組電池モジュール、
２６０…シール層、
２７０…短絡層（放電手段）、
２８０…セパレータ、
３００…組電池、
３１０…接続治具、
３４０…バスバー、
３５０…抵抗（放電手段）、
３６０…正極端子、
３７０…負極端子、
４００…電気自動車。

Claims

複数の単電池を直列に接続した発電要素を有する電池であって、
前記単電池のそれぞれに、各単電池の電圧が所定の放電深度を越える電圧以下となるように所定の放電率で常に放電させる放電手段を有することを特徴とする電池。
前記発電要素は、
集電体の第１面に正極層が形成され、前記第１面と対向する第２面に負極層が形成された双極型電極と、
前記双極型電極の間に挟まれた電解質層と、を有し、
前記正極層、前記電解質層、および前記負極層により単電池が構成されていることを特徴とする請求項１記載の電池。
前記集電体は、使用範囲電圧以下の電圧で電流を流した際に溶出しない部材からなることを特徴とする請求項２記載の電池。
前記集電体は、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項２または３記載の電池。
前記双極型電極、前記電解質層、および前記放電手段は、外装材によって覆われ密封されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電池。
前記放電手段は、放電率が０．２５Ｃ以下で放電することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の電池。
前記放電手段は、前記放電率で常に放電させるための抵抗値を持ち、前記各単電池の正極と負極を接続している短絡層であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の電池。