JP7197736B1 - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】シート状の蓄電池上にシート状の太陽電池を積層した構成を採るも、太陽電池への光照射による蓄電池の高温化を抑止すると共に、太陽電池及び蓄電池の剥離や損壊を抑えることができる電池モジュールを提供する。【解決手段】電池モジュールは、複数の蓄電要素が積層されてなるシート状の蓄電池モジュール２と、蓄電池モジュール２の上方に設けられたシート状の太陽電池モジュール１と、蓄電池モジュール２と太陽電池モジュール１との間に挿入された、空気層３１，３２を含む緩衝材３とを有して構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、電池モジュールに関するものである。

近年、深刻化が懸念される環境問題やエネルギー政策の見直し等の観点から、石油を中心とする地下埋蔵資源の代替エネルギーとして、太陽光等を利用して発電する太陽電池への期待と関心が高まっている。

太陽電池は、太陽光をはじめとする光を受光している時にのみ発電し、夜間など受光しない時には発電することができず、曇天や雨天などの下では発電出力が著しく低下する。そこで、太陽電池に蓄電池を組み合わせ、太陽電池の導電性基板を化学電池の電極として共用する太陽電池（特許文献１）や、太陽電池セルからなる太陽電池部分と蓄電池セルからなる蓄電池部分とを層状に組合せて一体とした太陽電池（特許文献２）が案出されている。太陽電池に蓄電池を内蔵したことにより、日照の不安定さ等を補った安定した性能を持たせるとともに省スペース化が実現する。

特開昭６１－２８３１７３号公報 特開平９－１７２１９５号公報

太陽電池は、例えば夏場の晴天時には例えば７５℃程度の高温になることがある。このような場合、特許文献１，２の太陽電池では、薄化及び省スペース化の観点から太陽電池部分と蓄電池部分が密着しているため、蓄電池部分も太陽電池部分と同様の高温となる。一般的に蓄電池の耐え得る使用温度は５０℃～６０℃程度が上限値であるため、太陽電池で発電した電気を蓄電池に充電することができなくなり、蓄電池の機能に悪影響を与えるおそれがある。

本発明は、シート状の蓄電池上にシート状の太陽電池を積層した構成を採るも、太陽電池への光照射による蓄電池の高温化を抑止することができる電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記のような知見に基づいて鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。

複数の蓄電要素が積層されてなるシート状の蓄電池と、
前記蓄電池の上方に設けられたシート状の太陽電池と、
前記蓄電池と前記太陽電池との間に挿入された、空気層を含む緩衝材と、
を有する、
電池モジュール。

本発明によれば、シート状の蓄電池上にシート状の太陽電池を積層した構成を採るも、太陽電池への光照射による蓄電池の高温化を抑止することができる電池モジュールを提供することができる。

本実施形態による電池モジュールの概略構成を模式的に示す斜視図である。 本実施形態による電池モジュールの概略構成を模式的に示す断面図である。 本実施形態による電池モジュールの構成要素である蓄電池モジュールの概略構成を模式的に示す断面図である。 蓄電池モジュールの組電池の概略構成であるリチウムイオン二次電池を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、電池モジュールを開示する。図１は、本実施形態による電池モジュールの概略構成を模式的に示す斜視図であり、図２は電池モジュールの断面図である。なお、構成を分かり易くする都合上、図示の例では太陽電池モジュールや蓄電池モジュール、緩衝材等を適宜厚く示しており、単電池の総数等も数層～十数層で示しているが、実際にはこれらは極めて薄いものであり、単電池の総数等も数百層以上の多層に積層する場合もある。

電池モジュールは、太陽電池で発電された電気が蓄電池に充電されるものであり、薄いシート状の蓄電池モジュール２と、蓄電池モジュール２の上方に設けられた薄いシート状の太陽電池モジュール１と、太陽電池モジュール１と蓄電池モジュール２との間に挿入された緩衝材３とを有している。本実施形態では、太陽電池モジュール１、蓄電池モジュール２、及び緩衝材３はいずれも可撓性を有している。

なお、本実施形態においては、電池モジュールは特にケース等に収納されない形態である場合を想定しているが、可撓性を持つ所定のケース等に適宜収納される構成としても良い。

太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池セル１ａが例えばマトリクス状に配置されてなるものである。
太陽電池セル１ａは、可撓性基板１１上に、下部電極１２及び上部電極１４により構成される一対の電極と、下部電極１２と上部電極１４との間に挿入された光電変換層１３とを有してなる。下部電極１２と光電変換層１３との間、及び光電変換層１３と上部電極１４との間には、それぞれ不図示の所定のバッファ層が適宜設けられている。上部電極１４上には、所定数の太陽電池セル１ａに共通のバスバー電極１５が配置されている。太陽電池セル１ａは、上記以外の他の層を適宜有していても良い。

可撓性基板１１は、可撓性を持つ樹脂材料やステンレス鋼等の金属材料等からなるフィルム基板である。可撓性基板１１の材料は、１種を用いても良く、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良いし、積層して用いても良い。樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル類、ポリイミド、ポリ（メタ）アクリル樹脂、ポリ（メタ）アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリアリレート等の有機材料等が挙げられる。

太陽電池セル１ａでは、上部電極１４側で受光するため、上部電極１４は、所期の可視光線透過率を有する透明電極層若しくは金属層による単層又は透明導電層及び金属層との積層構造であることが好ましい。一方、下部電極１２は必ずしも透明電極である必要はなく、所期の金属層等が用いられる。透明電極層に用いられる材料としては、特段の制限はないが、スズをドープしたインジウム酸化物（ＩＴＯ）、亜鉛をドープしたインジウム酸化物（ＩＺＯ）、亜鉛とスズの複合酸化物（ＺＴＯ）等の非晶質性酸化物を用いることが好ましい。金属層の材料としては、特段の制限はなく、例えば、金、白金、銀、アルミニウム、ニッケル、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム、クロム、銅、コバルトの等の金属又はその合金が挙げられる。

光電変換層１３は、光電変換が行われる層である。即ち、太陽電池セル１ａで受光すると、光が光電変換層１３に吸収され、光電変換層１３内で電気が発生し、発生した電気が下部電極１２及び上部電極１４から取り出される。

光電変換層１３の層構成としては、特段の制限はないが、ｐ型半導体化合物を含有する層とｎ型半導体化合物を含有する層とが積層された薄膜積層型、又はｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物が混合した層（混合層）であるバルクヘテロ型接合型が挙げられる。また、光電変換層１３はペロブスカイト化合物を用いて形成することもできる。なお、バルクヘテロ接合型の光電変換層及びペロブスカイト化合物を用いた光電変換層は、当該混合層の他にｐ型半導体化合物を含有する層及び／又はｎ型半導体化合物を含有する層が更に積層された構造であっても良い。また、ペロブスカイト化合物を用いて光電変換層を形成する場合、該有機無機混成化合物の下地層として酸化チタン等の多孔質膜を設けても良い。これらの中でも、高い変換効率が期待できることから、光電変換層１３はバルクヘテロ接合型であることが好ましい。

図３は、本実施形態による電池モジュールの構成要素である蓄電池モジュールの概略構成を模式的に示す断面図である。
蓄電池モジュール２は、図２及び図３に示すように、可撓性を有する、いわゆる全樹脂電池であり、単電池であるリチウムイオン二次電池２ａが複数積層されて組電池２Ａが構成されており、組電池２Ａが外装フィルム２７に覆われてなる。組電池２Ａでは、隣り合うリチウムイオン二次電池２ａの負極樹脂集電体の上面と正極樹脂集電体の下面が隣接するように積層されている。この場合、リチウムイオン二次電池２ａは複数個直列接続されている。組電池２Ａにおけるリチウムイオン二次電池２ａの積層数は、図２では４層を、図３では１５層を例示しているが、更に多数積層する場合がある。

組電池２Ａの最下面の正極樹脂集電体の上にはシート状の引出電極２５が設けられ、引出電極２５の一部が外装フィルム２７から適宜引き出されて正極引出端子となる。また、組電池２Ａの最上面の負極樹脂集電体の上にはシート状の引出電極２６が設けられ、引出電極２６の一部が外装フィルム２７から適宜引き出されて負極引出端子となる。引出電極２５，２６の材料としては、導電性を有する材料であれば特に限定されず、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル及びこれらの合金等の金属材料、並びに、焼成炭素、導電性高分子材料、導電性ガラス等の材料を適宜選択して用いることができる。

外装フィルム２７は、可撓性を有する絶縁材料からなり、電池に用いられている公知の材質を用いることが可能であり、好ましくはラミネートフィルムである。ラミネートフィルムとしては、外側にナイロンフィルム、中心にアルミニウム箔、内側に変性ポリプロピレン等の接着層を有した３層ラミネートフィルムを好ましく用いることができる。

図４は、蓄電池モジュールの組電池の概略構成であるリチウムイオン二次電池を模式的に示す断面図である。
単電池であるリチウムイオン二次電池２ａは、各蓄電要素として、略矩形平板状の正極樹脂集電体２１ａの表面に正極活物質層２１ｂが形成された正極２１と、同様に略矩形平板状の負極樹脂集電体２３ａの表面に負極活物質層２３ｂが形成された負極２３とが、同様に略平板状のセパレータ２２を介して積層されて構成され、全体として略矩形平板状に形成されている。この正極２１及び負極２３がリチウムイオン二次電池２ａの正極及び負極として機能する。

リチウムイオン二次電池２ａは、正極樹脂集電体２１ａ及び負極樹脂集電体２３ａの間に配置されて正極樹脂集電体２１ａ及び負極樹脂集電体２３ａの間にセパレータ２３の周縁部を固定し、かつ正極活物質層２１ｂ、セパレータ２２及び負極活物質層１６を封止する、環状のシール部２４を有することが好ましい。

正極樹脂集電体２１ａ及び負極樹脂集電体２３ａは、シール部２４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とともに、セパレータ２２と正極活物質層２１ｂ及び負極活物質層２３ｂもシール部２４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。

正極樹脂集電体２１ａとセパレータ２２との間の間隔、及び負極樹脂集電体２３ａとセパレータ２２との間の間隔はリチウムイオン電池の容量に応じて調整され、これら正極樹脂集電体２１ａ、負極樹脂集電体２３ａ及びセパレータ２２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。

以下に、リチウムイオン二次電池２ａを構成する各構成材料の好ましい態様について説明する。

正極樹脂集電体２１ａ及び負極樹脂集電体２３ａは、導電性高分子材料からなる樹脂集電体である。
樹脂集電体の形状は特に限定されず、導電性高分子材料からなるシート状の集電体、及び、導電性高分子材料で構成された微粒子からなる堆積層であっても良い。
樹脂集電体の厚さは、特に限定されないが、５０μｍ～５００μｍであることが好ましい。

樹脂集電体を構成する導電性高分子材料としては例えば、導電性高分子や、樹脂に必要に応じて導電剤を添加したものを用いることができる。
導電性高分子材料を構成する導電剤としては、上述した被覆正極活物質に含まれる導電助剤と同様のものを好適に用いることができる。

導電性高分子材料を構成する樹脂としては、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。

正極活物質層２１ｂには、正極活物質が含まれる。
正極活物質としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物｛遷移金属元素が１種である複合酸化物（ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＡｌＭｎＯ₄、ＬｉＭｎＯ₂及びＬｉＭｎ₂Ｏ₄等）、遷移金属元素が２種である複合酸化物（例えばＬｉＦｅＭｎＯ₄、ＬｉＮｉ_1-xＣｏ_xＯ₂、ＬｉＭｎ_1-yＣｏ_yＯ₂、ＬｉＮｉ_1/3Ｃｏ_1/3Ａｌ_1/3Ｏ₂及びＬｉＮｉ_0.8Ｃｏ_0.15Ａｌ_0.05Ｏ₂）及び遷移金属元素が３種類以上である複合酸化物［例えばＬｉＭａＭ'ｂＭ"ｃＯ₂（Ｍ、Ｍ'及びＭ"はそれぞれ異なる遷移金属元素であり、ａ＋ｂ＋ｃ＝１を満たす。例えばＬｉＮｉ_1/3Ｍｎ_1/3Ｃｏ_1/3Ｏ₂）等］等｝、リチウム含有遷移金属リン酸塩（例えばＬｉＦｅＰＯ₄、ＬｉＣｏＰＯ₄、ＬｉＭｎＰＯ₄及びＬｉＮｉＰＯ₄）、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、ポリアセチレン及びポリ－ｐ－フェニレン及びポリビニルカルバゾール）等が挙げられ、２種以上を併用しても良い。
なお、リチウム含有遷移金属リン酸塩は、遷移金属サイトの一部を他の遷移金属で置換したものであっても良い。

正極活物質は、導電助剤及び被覆用樹脂で被覆された被覆正極活物質であることが好ましい。
正極活物質の周囲が被覆用樹脂で被覆されていると、電極の体積変化が緩和され、電極の膨張を抑制することができる。

導電助剤としては、金属系導電助剤［アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）、銀、金、銅及びチタン等］、炭素系導電助剤［グラファイト及びカーボンブラック（アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック及びサーマルランプブラック等）等］、及びこれらの混合物等が挙げられる。
これらの導電助剤は１種単独で用いられても良いし、２種以上併用しても良い。また、これらの合金又は金属酸化物として用いられても良い。

なかでも、電気的安定性の観点から、より好ましくはアルミニウム、ステンレス、銀、金、銅、チタン、炭素系導電助剤及びこれらの混合物であり、更に好ましくは銀、金、アルミニウム、ステンレス及び炭素系導電助剤であり、特に好ましくは炭素系導電助剤である。
また、これらの導電助剤としては、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料［好ましくは、上記した導電助剤のうち金属のもの］をめっき等でコーティングしたものでも良い。

導電助剤の形状（形態） は、粒子形態に限られず、粒子形態以外の形態であっても良く、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ等、いわゆるフィラー系導電助剤として実用化されている形態であっても良い。

被覆用樹脂と導電助剤の比率は特に限定されるものではないが、電池の内部抵抗等の観点から、重量比率で被覆用樹脂（樹脂固形分重量）：導電助剤が１：０．０１～１：５０であることが好ましく、１：０．２～１：３．０であることがより好ましい。

被覆用樹脂としては、特開２０１７－５４７０３号公報に非水系二次電池活物質被覆用樹脂として記載されたものを好適に用いることができる。

また、正極活物質層２１ｂは、被覆正極活物質に含まれる導電助剤以外にも導電助剤を含んでも良い。
導電助剤としては、上述した被覆正極活物質に含まれる導電助剤と同様のものを好適に
用いることができる。

正極活物質層２１ｂは、正極活物質を含み、正極活物質同士を結着する結着材を含まない非結着体であることが好ましい。
ここで、非結着体とは、正極活物質が結着材（バインダともいう）により位置を固定されておらず、正極活物質同士及び正極活物質と集電体が不可逆的に固定されていないことを意味する。

正極活物質層２１ｂには、粘着性樹脂が含まれていても良い。
粘着性樹脂としては、例えば、特開２０１７－５４７０３号公報に記載された非水系二次電池活物質被覆用樹脂に少量の有機溶剤を混合してそのガラス転移温度を室温以下に調整したもの、及び、特開平１０－２５５８０５公報に粘着剤として記載されたもの等を好適に用いることができる。

なお、粘着性樹脂は、溶媒成分を揮発させて乾燥させても固体化せずに粘着性（水、溶剤、熱等を使用せずに僅かな圧力を加えることで接着する性質）を有する樹脂を意味する。一方、結着材として用いられる溶液乾燥型の電極バインダは、溶媒成分を揮発させることで乾燥、固体化して活物質同士を強固に接着固定するものを意味する。
従って、溶液乾燥型の電極バインダ（結着材）と粘着性樹脂とは異なる材料である。

正極活物質層２１ｂの厚みは、特に限定されるものではないが、電池性能の観点から、１５０μｍ～６００μｍであることが好ましく、２００μｍ～４５０μｍであることがより好ましい。

負極活物質層２３ｂには、負極活物質が含まれる。
負極活物質としては、公知のリチウムイオン電池用負極活物質が使用でき、炭素系材料［黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、樹脂焼成体（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）及び炭素繊維等］、珪素系材料［珪素、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、珪素－炭素複合体（炭素粒子の表面を珪素及び／又は炭化珪素で被覆したもの、珪素粒子又は酸化珪素粒子の表面を炭素及び／又は炭化珪素で被覆したもの並びに炭化珪素等）及び珪素合金（珪素－アルミニウム合金、珪素－リチウム合金、珪素－ニッケル合金、珪素－鉄合金、珪素－チタン合金、珪素－マンガン合金、珪素－銅合金及び珪素－スズ合金等）等］、導電性高分子（例えばポリアセチレン及びポリピロール等）、金属（スズ、アルミニウム、ジルコニウム及びチタン等）、金属酸化物（チタン酸化物及びリチウム・チタン酸化物等）及び金属合金（例えばリチウム－スズ合金、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）等及びこれらと炭素系材料との混合物等が挙げられる。

また、負極活物質は、上述した被覆正極活物質と同様の導電助剤及び被覆用樹脂で被覆された被覆負極活物質であっても良い。
導電助剤及び被覆用樹脂としては、上述した被覆正極活物質と同様の導電助剤及び被覆用樹脂を好適に用いることができる。

また、負極活物質層２３ｂは、被覆負極活物質に含まれる導電助剤以外にも導電助剤を含んでもよい。導電助剤としては、上述した被覆正極活物質に含まれる導電助剤と同様のものを好適に用いることができる。

負極活物質層２３ｂは、正極活物質層２１ｂと同様に、負極活物質同士を結着する結着材を含まない非結着体であることが好ましい。また、正極活物質層２１ｂと同様に、粘着性樹脂が含まれていても良い。

負極活物質層２３ｂの厚みは、特に限定されるものではないが、電池性能の観点から、１５０μｍ～６００μｍであることが好ましく、２００μｍ～４５０μｍであることがより好ましい。

正極活物質層２１ｂ及び負極活物質層２３ｂには、電解液が含まれる。
電解液としては、公知の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公知の電解液を使用することができる。

電解質としては、公知の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ＬｉＮ（ＦＳＯ₂）₂、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る。これらのうち、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イミド系電解質［ＬｉＮ（ＦＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂及びＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂等］及びＬｉＰＦ₆である。

非水溶媒としては、公知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。

電解液の電解質濃度は、１５ｍｏｌ／Ｌ～５ｍｏｌ／Ｌであることが好ましく、１．５ｍｏｌ／Ｌ～４ｍｏｌ／Ｌであることがより好ましく、２ｍｏｌ／Ｌ～３ｍｏｌ／Ｌであることが更に好ましい。
電解液の電解質濃度が１ｍｏｌ／Ｌ未満であると、電池の充分な入出力特性が得られないことがあり、５ｍｏｌ／Ｌを超えると、電解質が析出してしまうことがある。
なお、電解液の電解質濃度は、リチウムイオン電池用電極又はリチウムイオン電池を構成する電解液を、溶媒等を用いずに抽出して、その濃度を測定することで確認することができる。

セパレータ２２としては、可撓性を有する材料が適用され、例えばポリエチレン又はポリプロピレン製の多孔性フィルム、上記多孔性フィルムの積層フィルム（多孔性ポリエチレンフィルムと多孔性ポリプロピレンとの積層フィルム等）、合成繊維（ポリエステル繊維及びアラミド繊維等）又はガラス繊維等からなる不織布、及び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単電池に用いられるものが挙げられる。

シール部２４としては、可撓性を有し、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、高分子材料が好ましく、熱硬化性高分子材料がより好ましい。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及びポリフッ化ビニリ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。

本実施形態では、蓄電池モジュール２の構成要素として、単電池であるリチウムイオン二次電池２ａが複数層積層されてなる組電池２Ａを例示したが、組電池の代わりに単電池であるリチウムイオン二次電池２ａを用いて、その上下に引出電極を設けて外装フィルムで覆った単電池の蓄電池モジュールとする場合も考えられる。

緩衝材３は、図１及び図２に示すように、可撓性を有する樹脂や金属等の材料からなり、略均一の厚みとされた薄いシート状の部材であり、表裏面に所定の加工等が施され、例えばマトリクス状に均一に複数の凹凸３ａが形成されている。金属材料としては、熱伝導率が比較的低いステンレス鋼等が挙げられる。樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル類、ポリイミド、ポリ（メタ）アクリル樹脂、ポリ（メタ）アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリアリレート等の有機材料等が挙げられる。

緩衝材３は、太陽電池モジュール１と蓄電池モジュール２との間に挿入され、表面の凹凸３ａの太陽電池モジュール１側に突出する凸部の頂面３３で太陽電池モジュール１の裏面と接触し、裏面の凹凸３ａの蓄電池モジュール２側に突出する凸部の頂面３４で蓄電池モジュール２の表面と接触している。頂面３３と太陽電池モジュール１、及び頂面３４と蓄電池モジュール２は、直接的に接触するようにしても良いが、確実に固定するために所定の接着剤等を用いて接着するようにしても良い。各頂面３３，３４は、表面積が極めて小さく、緩衝材３の全面に亘って均一に分布していることから、接着剤が緩衝材３の可撓性に与える影響は無視できる程度に小さく抑えられる。

緩衝材３は、太陽電池モジュール１と蓄電池モジュール２との間に挿入されると、凹凸３ａの存在により、表面側では太陽電池モジュール１との非接触部位である凹部に複数の空気層３１が、裏面側では蓄電池モジュール２との非接触部位である凹部に複数の空気層３２がそれぞれ形成される。空気層３１，３２は、図２に示すように、緩衝材３において外部に開放された通気状態とされている。

緩衝材を有さず、太陽電池と蓄電池とが直接的に密着した電池モジュールでは、使用時に太陽電池が高温になると、その熱が直接的に蓄電池に伝達され、蓄電池の機能が損なわれる。

本実施形態による電池モジュールでは、太陽電池モジュール１と蓄電池モジュール２との間に、空気層３１，３２を含む緩衝材３が設けられている。緩衝材３は、太陽電池モジュール１及び蓄電池モジュール２と極めて小さい面積の頂面３３，３４のみで接触固定され、太陽電池モジュール１及び蓄電池モジュール２と容積の大きい通気状態の空気層３１，３２で隔てられている。そのため、使用時に太陽電池モジュール１が高温になったとしても、その熱は空気層３１，３２で断熱され、蓄電池モジュール２への伝熱が遮断されて蓄電池モジュール２の高温化が抑止される。

また、電池モジュールに可撓性を有する太陽電池及び蓄電池を適用する場合には、曲げたり撓ませたりできるフレキシブルな利便性に優れた電池モジュールが得られる。しかしながらこの場合、太陽電池と蓄電池とが直接的に密着した電池モジュールでは、曲げたり撓ませたりできる一方で、太陽電池部分と蓄電池部分とでは撓みの度合いや剛性が異なるため、両者間で容易に剥離や破損が生じる可能性がある。

本実施形態による電池モジュールでは、太陽電池モジュール１及び蓄電池モジュール２が共に可撓性を有し、曲げたり撓ませたりすることのできるフレキシブルなものであるも、太陽電池モジュール１と蓄電池モジュール２との間に可撓性の緩衝材３が設けられている。緩衝材３は、空気層３１，３２を含み、曲げられた際にしなやかな弾力性を有しているため、太陽電池モジュール１と蓄電池モジュール２との撓み度合いや剛性の違いが緩衝材３により吸収され、曲げや撓みが生じても太陽電池モジュール１及び蓄電池モジュール２の剥離や損壊が防止される。

以上説明したように、本実施形態によれば、可撓性を有するシート状の蓄電池モジュール２上に可撓性を有するシート状の太陽電池モジュール１を積層した構成を採るも、蓄電池モジュール２を太陽電池モジュール１から断熱して太陽電池モジュール１への光照射による蓄電池モジュール２の高温化を抑止すると共に、太陽電池モジュール１及び蓄電池モジュール２の剥離や損壊を防ぐことができる電池モジュールが実現する。

本実施形態による電池モジュールでは、緩衝材３の表裏面に形成する凹凸３ａを小さくしてその数を増加させたり、凹凸３ａを大きくしてその数を減少させたり、或いは凹凸３ａを全面に均一に形成するのではなく複数の凹凸群を所定間隔を空けて例えばマトリクス状に設けること等も考えられる。このようにすることにより、太陽電池モジュール１からの蓄電池モジュール２への熱伝導状態を変えたり、太陽電池モジュール１及び蓄電池モジュール２の可撓性の度合いや両者の可撓性の違いを適宜調節して、当該電池モジュールの太陽電池や蓄電池に応じた信頼性の高い電池モジュールが実現する。

また、本実施形態による電池モジュールでは、緩衝材に上記のような凹凸を設けることなく、緩衝材として略均一な厚みの可撓性に富んだ例えばスポンジ様の多孔性の樹脂等の薄膜を設けることも考えられる。この場合、樹脂膜の多数の小孔が外部に通気する空気層として機能し、緩衝材３を設ける場合と同様に、蓄電池モジュール２を太陽電池モジュール１から断熱して太陽電池モジュール１への光照射による蓄電池モジュール２の高温化を抑止すると共に、太陽電池モジュール１及び蓄電池モジュール２の剥離や損壊を防ぐことができる。

以上説明したように、本発明の一実施形態に係る電池モジュールは、複数の蓄電要素が積層されてなるシート状の蓄電池と、前記蓄電池の上方に設けられたシート状の太陽電池と、前記蓄電池と前記太陽電池との間に挿入された、空気層を含む緩衝材と、を有する。

上記一実施形態では、前記空気層は、前記緩衝材において外部に開放された通気状態とされていてもよい。

上記一実施形態では、前記緩衝材は、表裏面に複数の凹凸を有しており、前記凹凸により前記蓄電池との間及び前記太陽電池との間に前記空気層が形成されていてもよい。

上記一実施形態では、前記蓄電池及び前記太陽電池は、共に可撓性を有していてもよい。

上記一実施形態では、前記蓄電要素として、負極樹脂集電体、負極活物質層、セパレータ、正極活物質層及び正極樹脂集電体が積層されてなる積層電池を備えていてもよい。

上記一実施形態では、前記蓄電池は、前記積層電池が複数積層されてなるものであってもよい。

１ 太陽電池モジュール
１ａ 太陽電池セル
２ 蓄電池モジュール
２Ａ 組電池
２ａ リチウムイオン二次電池
３ 緩衝材
３ａ 凹凸
１１ 可撓性基板
１２ 下部電極
１３ 光電変換層
１４ 上部電極
１５ バスバー電極
２１ 正極
２１ａ 正極樹脂集電体
２１ｂ 正極活物質層
２２ セパレータ
２３ 負極
２３ａ 負極樹脂集電体
２３ｂ 負極活物質層
１１ 正極電極
２４ シール部
２５，２６ 引出電極
２７ 外装フィルム
３１，３２ 空気層
３３，３４ 頂面

Claims (5)

1. 複数の蓄電要素が積層されてなるシート状の蓄電池モジュールと、
   前記蓄電池モジュールの上方に設けられたシート状の太陽電池モジュールと、
   前記蓄電池モジュールと前記太陽電池モジュールとの間に挿入された、空気層を含む緩衝材と、
   を有し、
   前記緩衝材は、１枚のシート状部材であり、前記太陽電池モジュール側に突出して前記太陽電池モジュールと接する、マトリクス状に配された複数の第１凸部と、前記蓄電池モジュール側に突出して前記蓄電池モジュールと接する、マトリクス状に配された複数の第２凸部と、を有し、
   前記第１凸部の内部で前記蓄電池モジュールに前記空気層が接触し、前記第２凸部の内部で前記太陽電池モジュールに前記空気層が接触している、
   電池モジュール。
2. 前記空気層は、前記緩衝材において外部に開放された通気状態とされている、
   請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記蓄電池及び前記太陽電池は、共に可撓性を有する、
   請求項１又は２に記載の電池モジュール。
4. 前記蓄電池は、前記蓄電要素として、負極樹脂集電体、負極活物質層、セパレータ、正極活物質層及び正極樹脂集電体が積層されてなる積層電池を備えた、
   請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記蓄電池は、前記積層電池が複数積層されてなる、
   請求項４に記載の電池モジュール。

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