JP2007018917A - 積層型電池および組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】積層型電池の放熱性能の向上を図ることである。
【解決手段】積層型電池１０において、電極積層体２０は、正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層されて構成され、電池外装３０は、この電極積層体２０とともに電解質を密封して収納する。電極積層体２０は、積層方向において上面側と下面側とを貫通する貫通部２３を備えており、電池外装３０は、収納する電極積層体２０の貫通部２３と対応した位置に、この貫通部２３の貫通方向へと窪んだ凹部３３を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層されて構成される発電要素を有する積層型電池、および、この積層型電池によって構成される組電池に関する。

近年、電気を動力源とする電気自動車やエンジンとモータとを組み合わせて走行するハイブリッドカー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、高出力密度となる高出力型電池の開発が行われている。このような高出力型電池としては、例えば、リチウムイオン電池があり、なかでも平板状の正極板と負極板とをセパレータを介在しつつ積層した発電要素を、一対の外装部材の間に電解質とともに収納し、外装部材の周縁部を接合して密封した積層型電池がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−０８７２６０号公報

ところで、この積層型電池では、高出力を要求されることから、稼動時にはその温度が上昇し、電池の寿命を低下させるという問題を生じる虞がある。そのため、この類の積層型電池では、その放熱性能の向上を図ることも重要な課題の一つとなっている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、積層型電池の放熱性能の向上を図ることである。

かかる課題を解決するために、本発明は、正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層されて構成される発電要素と、発電要素の上面側をカバーする第１の外装部材と、発電要素の下面側をカバーする第２の外装部材とを互いに溶着することにより、発電要素とともに電解質を密封して収納する電池外装とを有する積層型電池を提供する。かかる積層型電池において、発電要素は、積層方向において上面側と下面側とを貫通する貫通部を備えている。また、電池外装は、収納する発電要素の貫通部と対応した位置に、この貫通部の貫通方向へと窪んだ凹部を少なくとも備えている。

本発明によれば、電池外装の凹部によって、積層型電池の内部に蓄積する熱の放出が行われ、その放熱性能の向上を図ることができる。その結果、積層型電池の長寿命化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態かかる積層型電池１０の構成を説明する展開斜視図である。積層型電池１０は、発電要素としての電極積層体２０と、この電極積層体２０を収納する電池外装３０とを主体に構成されており、電極積層体２０は、電池外装３０を構成する１対の金属複合フィルム（外装部材）３１，３２の中央に配置されている。電極積層体２０は、個々の金属複合フィルム３１，３２によって厚み方向に挟み込むようにして収納され、これらの金属複合フィルム３１，３２を溶着することにより、電解質と共に密封されている。

電極積層体２０は、複数枚の正極板と負極板とがセパレータを介在しつつ順次積層されて構成されており、その平面形状は略矩形となっている。正極板は、シート状の正極集電体の両面（或いは片面）に正極活物質を塗布したものであり、負極板は、シート状の負極集電体の両面（或いは片面）に負極活物質を塗布したものである。個々の正極板は、正極リード（図示せず）を介して、一方の電極端子としての正極タブ２１に接続されている。また、個々の負極板は、負極リード（図示せず）を介して、他方の電極端子としての負極タブ２２に接続されている。

正極リードおよび負極リードはそれぞれ金属箔で形成されている。具体的には、正極リードは、例えば、アルミニウム箔より形成され、負極リードは、例えば、銅箔より形成される。そして、各正極板より引き出されたそれぞれの正極リードは、互いに層状に重ね合わされて、溶接等の手法により正極タブ２１に接合される。また、各負極板より引き出されたそれぞれの負極リードは、互いに層状に重ね合わされて、溶接等の手法により負極タブ２２に接合されている。正極タブ２１および負極タブ２２はそれぞれ金属板で形成されている。具体的には、正極タブ２１は、例えば、アルミニウム板より形成され、負極タブ２２は、例えば、ニッケル板より形成される。

本実施形態の特長の一つとして、この電極積層体２０には、積層方向（ｚ軸方向）において上面側と下面側とを貫通する貫通部２３が備えられている。この貫通部２３は、電極積層体２０を構成する個々の要素（正極板、負極版およびセパレータ）に設けられた開口の集合体によって構成されており、それぞれの要素に形成された開口は、電極積層体２０として積層された際に、その開口が一連の貫通状態となるように、その位置が適切に設定されている。

この貫通部２３は、電極積層体２０の放熱性能の向上の観点から、熱の発散効率の低い電極積層体２０の中央近傍に設けられている。同図に示す例では、電極積層体２０には、その短手方向（ｙ軸方向）において概ね中央、かつ、長手方向（ｘ軸方向）において両端部より１／４程度中心側の位置に、合計で２つの貫通部２３が設けられている。電極積層体２０は、この貫通部２３を任意の数だけ備えることができ、また、貫通部２３の大きさ（開口径および形状）も自由に設定することができる。ただし、貫通部２３の大きさを大きくする、或いは、貫通部２３の数を増やすことにより得られる放熱性能の向上と、それに伴う蓄電容量の低下といった相反する両者の要求を満足するように貫通部２３を設定することが望ましい。

電池外装３０を構成する一対の金属複合フィルム３１，３２は、電極積層体２０の形状に対応させて、この電極積層体２０よりも若干大きめの矩形状に成形されたシート状の部材である。一対の金属複合フィルム３１，３２のうち、電極積層体２０の上面側をカバーする一方の金属複合フィルム３１は、その中央部に電極積層体２０を収納する凹部が設けられたカップ形状を有しており、電極積層体２０の下面側をカバーする他方の金属複合フィルム３２は、その凹部を蓋するような平坦形状を有している。

本実施形態の特徴の一つとして、電池外装３０は、収納する電極積層体２０の貫通部２３と対応した位置に、この貫通部２３の貫通方向へと窪んだ凹部３３を備えている。図１に示す例では、この凹部３３は、カップ形状を有する金属複合フィルム３１の一部を電極積層体２０の収納方向に陥没させて形成されており、電極積層体２０が備える貫通部２３の個数に対応して、２つの凹部３３が備えられている。凹部３３は、それ自体が電極積層体２０の貫通部２３へと挿入される関係上、この貫通部２３と干渉しない程度の形状を有している。

一対の金属複合フィルム３１，３２は、例えば、アルミニウム等よりなる金属層を基材とし、この金属層の内側にＰＥ（ポリエチレン）またはＰＰ（ポリプロピレン）等よりなる高分子樹脂層がコーティングされている。また、これらの金属複合フィルム３１，３２には、金属層の外側に接着層を介してナイロン等よりなる保護層が接着されている。さらに、正極タブ２１および負極タブ２２が引き出される位置には、密封性の向上といった観点から、各タブ２１，２２の両面にポリプロピレンなどの樹脂フィルムが介装される。

図２は、第１の実施形態にかかる積層型電池１０の作製工程を説明するための図であり、図１に示す積層型電池１０の線分ＡＡの断面状態が描かれている。積層型電池１０を作製する際には、まず、同図（ａ）に示すように、カップ形状を有する金属複合フィルム３１と、平坦形状を有する金属複合フィルム３２との間に電極積層体２０を配置させる。つぎに、金属複合フィルム３１のカップ形状部分に電解質を充填した状態で、この金属複合フィルム３１に形成された凹部３３が電極積層体２０の貫通部２３にそれぞれ挿入されるように、一対の金属複合フィルム３１，３２によって電極積層体２０を挟み込む。そして、一対の金属複合フィルム３１，３２の外縁部を熱溶着するとともに、金属複合フィルム３１の凹部３３の底面と、これと対になる金属複合フィルム３２の対応する部位とを熱溶着する。これにより、同図（ｂ）に示すように、外縁部および凹部３３の底面が溶着部３４によってシールされ、電極積層体２０が電解質と共に電池外装３０によって密封された構造となる。

このような構成を有する積層型電池１０は、例えば、リチウムイオン電池としての適用が可能である。この場合、電極積層体２０の正極板は、正極活物質として、リチウムニッケル複合酸化物、具体的には一般式ＬｉＮｉ１−ｘＭｘＯ２（ただし、０．０１≦ｘ≦０．５であり、ＭはＦｅ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｂ，Ｇａ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒの少なくとも一つである。）で表せる化合物を含有する。

正極活物質は、リチウムニッケル複合酸化物以外にも、例えば、一般式ＬｉｙＭｎ２−ｚＭ’ｚＯ４（ただし、０．９≦ｙ≦１．２、０．０１≦ｚ≦０．５であり、Ｍ’はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｂ，Ｇａ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒの少なくとも一つである。）で表される化合物であるリチウムマンガン複合酸化物や、一般式ＬｉＣｏ１−ｘＭｘＯ２（ただし、０．０１≦ｘ≦０．５であり、ＭはＦｅ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｂ，Ｇａ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒの少なくとも一つである。）で表せる化合物であるリチウムコバルト複合酸化物等を含有することも可能である。

ここで、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物等は、例えば、リチウム、ニッケル、マンガン、コバルト等の炭酸塩を組成に応じて混合し、酸素存在雰囲気中において６００〔℃〕〜１０００〔℃〕の温度範囲で焼成することにより得られる。なお、出発原料は炭酸塩に限定されず、水酸化物、酸化物、硝酸塩、有機酸塩等からも同様に合成可能である。また、リチウムニッケル複合酸化物やリチウムマンガン複合酸化物等の正極活物質の平均粒径は、３０μｍ以下であることが好ましい。

一方、電極積層体２０の負極板を形成している負極活物質としては、比表面積が０．０５〔ｍ²／ｇ〕以上、２〔ｍ²／ｇ〕以下の範囲であるものを使用する。負極活物質の比表面積が０．０５〔ｍ²／ｇ〕以上、２〔ｍ²／ｇ〕以下の範囲であることにより、負極表面上におけるＳＥＩ層の形成を十分に抑制することができる。

負極活物質の比表面積が０．０５〔ｍ2／ｇ〕未満である場合には、リチウムの出入り可能な場所が小さすぎるため、充電時に負極活物質中にドープされたリチウムが放電時に負極活物質中から十分に脱ドープされず、充放電効率が低下する。一方、負極活物質の比表面積が２〔ｍ²／ｇ〕を越える場合には、負極表面上におけるＳＥＩ層の形成を制御することが困難となる。

具体的な負極活物質としては、対リチウム電位が２．０Ｖ以下の範囲でリチウムをドープ・脱ドープすることが可能な材料であれば何れも使用可能である。具体的には、難黒鉛化性炭素材料、人造黒鉛、天然黒鉛、熱分解黒鉛類、ピッチコークスやニードルコークスや石油コークス等のコークス類、グラファイト、ガラス状炭素類、フェノール樹脂やフラン樹脂等を適当な温度で焼成して炭化した有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭、カーボンブラック等の炭素質材料を使用することが可能である。

また、リチウムと合金を形成可能な金属、およびその合金も使用可能であり、具体的には、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化スズ等の比較的低電位でリチウムをドープ・脱ドープする酸化物やその窒化物、３Ｂ族典型元素の他、ＳｉやＳｎ等の元素、または例えばＭｘＳｉ、ＭｘＳｎ（ただし、式中ＭはＳｉまたはＳｎを除く１つ以上の金属元素を表す。）で表されるＳｉやＳｎの合金等を使用することができる。これらの中でも、特にＳｉまたはＳｉ合金を使用することが好ましい。

さらに、電解質としては、電解質塩を非水溶媒に溶解して調製される液状のいわゆる電解液であってもよいし、電解質塩を非水溶媒に溶解した溶液を高分子マトリクス中に保持させたポリマーゲル電解質であってもよいし、電解質塩を高分子中に溶解させたポリマー電解質であってもよい。

非水電解質としてポリマーゲル電解質を用いる場合、使用する高分子材料としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル等が挙げられる。また、ポリマー電解質を用いる場合は、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）系ポリマー等が挙げられる。

非水溶媒としては、この種の非水電解質積層型電池においてこれまで使用されている非水溶媒であれば何でも使用可能であり、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル等が挙げられる。なお、これらの非水溶媒は、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。

特に、非水溶媒は不飽和カーボネートを含有することが好ましく、具体的には、ビニレンカーボネート、エチレンエチリデンカーボネート、エチレンイソプロプロピリデンカーボネート、プロピリデンカーボネート等を含有することが好ましい。また、これらの中でも、ビニレンカーボネートを含有することが最も好ましい。非水溶媒として不飽和カーボネートを含有することにより、負極活物質に生成するＳＥＩ層の性状に起因する効果が得られ、耐過放電特性がより向上すると考えられる。

また、この不飽和カーボネートは電解質中に０．０５重量％以上、５重量％以下の割合で含有されることが好ましく、０．５重量％以上、３重量％以下の割合で含有されることが最も好ましい。不飽和カーボネートの含有量を上記範囲とすることで、初期放電容量が高く、エネルギー密度の高い非水積層型電池となる。

電解質塩としては、イオン伝導性を示すリチウム塩であれば特に限定されることはなく、例えばＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ等が使用可能である。これらの電解質塩は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いることも可能である。

このように本実施形態によれば、電極積層体２０は、その積層方向において上面側と下面側とを貫通する貫通部２３を備えている。そして、電池外装３０（本実施形態では、カップ形状を有する金属複合フィルム３１）は、収納する電極積層体２０の貫通部２３と対応した位置に、この貫通部２３の貫通方向へと窪んだ凹部３３を備えている。これにより、電池外装３０の凹部３３によって、積層型電池１０の内部に蓄積する熱の放出が行われ、その放熱性能の向上を図ることができる。その結果、積層型電池１０の長寿命化を図ることができる。

また、本実施形態によれば、電極積層体２０の貫通部２３（および、これに対応する電池外装３０の凹部３３）は、電極積層体２０の中央付近に設けられている。そのため、比較的に熱の発散効率が悪い電極積層体２０の中央内部の放熱を行うことができる。これにより、積層型電池１０の長寿命化をさらに図ることができる。また、かかる手法によれば、電極積層体２０の中央内部の放熱を行うことができるので、積層型電池１０を構成する電極積層体２０の積層数を増加させることも可能となる。そのため、単一の積層型電池１０のエネルギー密度の向上を図ることができるという新たな効果も奏する。

なお、本実施形態では、電池外装３０の凹部３３を、カップ形状を有する金属複合フィルム３１側に形成しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、この金属複合フィルム３１と対をなす平坦形状を有する金属複合フィルム３２側に凹部３３を設けてもよい。また、一対の金属複合フィルム３１，３２のそれぞれに窪みを設け、両者に形成された窪みによって凹部３３を構成してもよい。かかる構成であっても、上述した実施形態と同様に、積層型電池１０の放熱性能の向上を図ることできる。換言すれば、電池外装３０の凹部３３は、収納する電極積層体２０の貫通部２３において、一対の金属複合フィルム３１，３２の少なくとも一方が厚み方向に陥没されて、互いに溶着されていれば足りる。

図３は、第１の実施形態にかかる積層型電池１０の変形例を示す説明図である。同図に示す積層型電池１０は、図１に示す構成に加えて、熱伝導部材４０をさらに有している。この熱伝導部材４０は、電池外装３０が備える凹部３３の内面形状と対応した外面形状を備えており、その凹部３３に挿入されている。熱伝導部材４０は、電池外装３０に収納された電極積層体２０の熱伝導率よりも高い熱伝導性を備えており、例えば、銅、アルミニウムといった材料を用いることができる。かかる構成によれば、電池外装３０の凹部３３に挿入された熱伝導部材４０によって、積層型電池１０の内部に蓄積する熱の放出が促進されるので、より効果的に積層型電池１０の放熱性能の向上を図ることができる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態かかる積層型電池１０ａの構成を説明する展開斜視図であり、第１の実施形態に示す図１に対応する図である。第２の実施形態にかかる積層型電池１０ａは、発電要素としての電極積層体２０と、この電極積層体２０を収納する電池外装３０とを主体に構成されており、電極積層体２０は、電池外装３０を構成する１対の金属複合フィルム（外装部材）３１，３２の中央に配置されている。電極積層体２０は、これら１対の金属複合フィルム３１，３２によって厚み方向に挟み込むようにして収納され、１対の金属複合フィルム３１，３２を溶着することにより、電解質と共に密封されている。

この積層型電池１０ａが第１の実施形態の積層型電池１０と相違する点は、電池外装３０に、電極積層体２０の上面側をカバーする金属複合フィルム３１の表面側と、その下面側をカバーする金属複合フィルム３２の表面側とを連通する連通部３６が備えられている点である。なお、本実施形態において、第１の実施形態と対応する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

具体的には、電極積層体２０は、その放熱性能の向上の観点から、第１の実施形態と同様に、その積層方向において上面側と下面側とを貫通する貫通部２３ａを備えている。この貫通部２３ａは、電極積層体２０を構成する個々の要素（正極板、負極版およびセパレータ）に設けられた開口の集合体によって構成されており、それぞれの要素に形成された開口は、電極積層体２０として積層された際に、その開口が一連の貫通状態となるように、その位置が適切に設定されている。図４に示す例では、電極積層体２０には、その短手方向（ｙ方向）において概ね中央、かつ、長手方向（ｘ方向）において両端部より１／４程度だけ中心側の位置に、合計で２つの貫通部２３ａが設けられている。

また、本実施形態の特徴の一つとして、電池外装３０は、収納する電極積層体２０の貫通部２３ａと対応した位置に、第１の実施形態と同様、貫通部２３ａの貫通方向へと窪んだ凹部３３ａを備えている。図４に示す例では、この凹部３３ａは、カップ形状を有する金属複合フィルム３１の一部を電極積層体２０の収納方向に陥没させて形成されており、電極積層体２０の貫通部２３ａの個数に対応して、２つの凹部３３ａが設けられている。また、電池外装３０には、一方の金属複合フィルム３１に形成された凹部３３ａの底面と、この凹部３３ａが形成された金属複合フィルム３１と対をなす他方の金属複合フィルム３２の対応する部位とに開口３５がそれぞれ設けられている。

図５は、第２の実施形態にかかる積層型電池１０ａの作製工程を説明するための図であり、第１の実施形態に示す図２に対応する図である。積層型電池１０ａを作製する際には、まず、同図（ａ）に示すように、カップ形状を有する金属複合フィルム３１と、平坦形状を有する金属複合フィルム３２との間に電極積層体２０を配置させる。なお、一対の金属複合フィルム３１，３２には、一方の金属複合フィルム３１に凹部３３ａのみが形成されており、この段階では、開口３５は形成されていない。つぎに、金属複合フィルム３１のカップ形状部分に電解質を充填した状態で、この金属複合フィルム３１に形成された凹部３３ａが電極積層体２０の貫通部２３ａにそれぞれ挿入されるように、一対の金属複合フィルム３１，３２によって電極積層体２０を挟み込む。そして、これら一対の金属複合フィルム３１，３２の外縁部を熱溶着するとともに、金属複合フィルム３１の凹部３３の底面と、これと対になる金属複合フィルム３２の対応する部位とを熱溶着する。最後に、凹部３３ａの溶着部位において、凹部３３ａの底面において、一対の金属複合フィルム３１，３２を貫通するように開口３５を形成する。これにより、同図（ｂ）に示すように、外縁部および凹部３３の底面における開口３５の周囲が溶着部３４によってシールされ、電極積層体２０が電解質と共に電池外装３０によって密封された構造となる。また、金属複合フィルム３１に形成された凹部３３ａと、この凹部３３ａの底面に形成された開口３５とによって、電池外装３０の上面側と下面側とを連通する連通部３６が構成される。

このように本実施形態によれば、電極積層体２０は、積層方向において上面側と下面側とを貫通する貫通部２３ａを備えている。また、電池外装３０は、収納する電極積層体２０の貫通部２３ａと対応した位置に、カップ形状を有する金属複合フィルム３１の表面側と平坦形状を有する金属複合フィルム３２の表面側とを連通する連通部３６を備えている。これにより、電池外装３０の連通部３６によって、積層型電池１０ａの内部に蓄積する熱の放出が行われ、その放熱性能の向上を図ることができる。その結果、積層型電池１０ａの長寿命化を図ることができる。また、本実施形態によれば、電極積層体２０の貫通部２３ａ（および、これに対応する電池外装３０の連通部３６）は、電極積層体２０の中央付近に設けられている。そのため、第１の実施形態と同様、比較的に熱の発散効率が悪い電極積層体２０の中央内部の放熱を行うことができる。これにより、積層型電池１０ａの長寿命化をさらに図ることができるとともに、単一の積層型電池１０ａのエネルギー密度の向上を図ることができるという新たな効果も奏する。

さらに、本実施形態によれば、積層型電池１０ａの温度が上昇し、その内圧が異常に上昇したとしても、電池外装３０の膨張に伴い発生した応力が連通部３６を構成する開口３５の周辺に集中する。そのため、積層型電池１０ａの内圧が上昇した場合には、開口３５周縁の溶着部３４が選択的に破断されるため、電池外装３０が破裂するといった事態を生じさせることなく、積層型電池１０ａの内圧を開放することができるという新たな効果を奏する。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態にかかる組電池１の断面状態を説明する説明図である。この組電池１は、複数の単電池を電気的に接続したものであり、各単電池は、その厚み方向に積層されている。個々の単電池は、例えば、積層方向（厚み方向）に隣接する単電池同士で正極側の端子と負極側の端子とが互い違いとなるように重ね合わされ、直列接続されている。これらの単電池の集合体は、電池ケース（図示せず）に収納されて、一個の組電池１としてモジュール化されている。

組電池１を構成する個々の単電池は、上述した第１の実施形態に示す積層型電池１０によって構成されており、発電要素としての電極積層体２０と、この電極積層体２０を収納する電池外装３０とを主体に構成されている。図１を参照して説明したように、電極積層体２０は、電池外装３０を構成する１対の金属複合フィルム（外装部材）３１，３２の中央に配置されている。電極積層体２０は、積層方向において上面側と下面側とを貫通する貫通部２３を備えており、電池外装３０は、収納する電極積層体２０の貫通部２３と対応した位置に、この貫通部２３の貫通方向へと窪んだ凹部３３を備えている。個々の積層型電池１０に設けられた凹部３３は、その積層方向において互いに位置的に対応して設けられている。さらに、図３を参照して説明したように、個々の積層型電池１０には、電池外装３０が備える凹部３３に、この凹部３３の内面形状と対応した外面形状を備える熱伝導部材４０が挿入されている。

このような構成を有する本実施形態の組電池１によれば、第１の実施形態と同様に、電池外装３０の凹部３３に挿入された熱伝導部材４０によって、積層型電池１０の内部に蓄積する熱の放出が促進されるので、個々の積層型電池１０の放熱性能の向上を図ることができる。また、複数の単電池（本実施形態では、積層型電池１０）の集合体である組電池１では、中心部に位置する積層型電池１０ほど放熱効率が低下するという問題があるが、本実施形態によれば、内部にこもった熱が、個々の積層型電池１０に挿入された熱伝導部材４０を伝達して上面側または下面側へと放出される。これにより、積層型電池１０同士が密着することで逃げ場を失っていた熱の流れを積層方向へ導くことできる。その結果、個々の積層型電池１０の集合体である組電池１の長寿命化を図ることができる。

また、従来では、組電池の長寿命化を図るとの観点から、個々の単電池の間に冷却用の隙間を設けるなどの工夫が施していたが、本実施形態によれば、このような隙間を設けずとも組電池１の長寿命化を図ることができる。さらに、個々の単電池の間に冷却用の隙間を設ける必要がないので、組電池１としての体積エネルギー密度の向上を図ることができるという新たな効果を奏する。

（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態にかかる組電池１の断面状態を説明する説明図である。この組電池１ａは、複数の単電池を電気的に接続したものであり、各単電池は、その厚み方向に積層されている。個々の単電池は、例えば、積層方向（厚み方向）に隣接する単電池同士で正極側の端子と負極側の端子とが互い違いとなるように重ね合わされ、直列接続されている。これらの単電池の集合体は、電池ケース（図示せず）に収納されて、一個の組電池１ａとしてモジュール化されている。

組電池１ａを構成する個々の単電池は、上述した第２の実施形態に示す積層型電池１０ａによって構成されており、発電要素としての電極積層体２０と、この電極積層体２０を収納する電池外装３０とを主体に構成されている。図４を参照して説明したように、電極積層体２０は、電池外装３０を構成する一対に金属フィルム（外装部材）３１，３２の中央に配置されている。電極積層体２０は、積層方向において上面側と下面側とを貫通する貫通部２３ａを備えており、電池外装３０は、収納する電極積層体２０の貫通部２３ａと対応した位置に、この貫通部２３ａの貫通方向にかけて金属複合フィルム３１，３２の表面側同士を連通する連通部３６を備えている。個々の積層型電池１０ａが積層された状態において、電池外装３０の連通部３６のそれぞれは、その積層方向にかけて連通する連通通路を構成している。この連通通路は、空気、水といった、それぞれの積層型電池１０ａを冷却する冷媒の通路として機能させることができる。

このような構成を有する本実施形態の組電池１によれば、第２の実施形態と同様に、積層型電池１０ａの内部に蓄積する熱の放出が行われ、その放熱性能の向上を図ることができる。また、複数の単電池（本実施形態では、積層型電池１０ａ）の集合体である組電池１では、中心部に位置する積層型電池１０ａほど放熱効率が低下するという問題があるが、本実施形態によれば、内部にこもった熱が、個々の連通部３６によって構成される連通通路から上面側または下面側へと放出される。これにより、積層型電池１０ａ同士が密着することで逃げ場を失っていた熱の流れを積層方向へ導くことできる。さらに、それぞれの連通部３６によって構成される連通通路に、空気や水といった冷媒を循環させることにより、放熱性能の向上をさらに図ることができる。その結果、個々の積層型電池１０ａの集合体である組電池１ａの長寿命化を図ることができるとともに、組電池１ａとしての体積エネルギー密度の向上を図ることができる。

（第５の実施形態）
図８は、本発明の第５の実施形態にかかる組電池１ｂの断面状態を説明する説明図である。この組電池１ｂは、複数の単電池を電気的に接続したものであり、各単電池は、その厚み方向に積層されている。個々の単電池は、例えば、積層方向（厚み方向）に隣接する単電池同士で正極側の端子と負極側の端子とが互い違いとなるように重ね合わされ、直列接続されている。これらの電池群は、電池ケース（図示せず）に収納されて、一体の組電池１ｂとして構成される。

組電池１ｂを構成する個々の単電池は、上述した第２の実施形態に示す積層型電池１０ａによって構成されており、発電要素としての電極積層体２０と、この電極積層体２０を収納する電池外装３０とを主体に構成されている。図４を参照して説明したように、電極積層体２０は、電池外装３０を構成する一対に金属フィルム（外装部材）３１，３２の中央に配置されている。電極積層体２０は、積層方向において上面側と下面側とを貫通する貫通部２３ａを備えており、電池外装３０は、収納する電極積層体２０の貫通部２３ａと対応した位置に、この貫通部２３ａの貫通方向にかけて金属複合フィルム３１，３２の表面側同士を連通する連通部３６を備えている。個々の積層型電池１０ａが積層された状態において、電池外装３０の連通部３６のそれぞれは、その積層方向にかけて連通している。また、本実施形態では、それぞれの積層型電池１０ａには、その電池外装３０に備えられた連通部３６に、熱伝導部材４０ａが挿入されている。熱伝導部材４０ａは、電池外装３０に収納された電極積層体２０の熱伝導率よりも高い熱伝導性を備えており、例えば、銅、アルミニウムといった材料を用いることができる。

図９は、第５の実施形態にかかる熱伝導部材４０ａの構造を示す斜視図である。同図に示すように、熱伝導部材４０ａは、連通部３６の内面形状と対応した外面形状を備えており、連通部３６の凹部３３に対応するテーパー部４１と、連通部３６の開口３５に対応するストレート部４２とで構成されている。この熱伝導部材４０ａは、テーパー部４１とストレート部４２とが一体的に形成されており、熱伝導部材４０ａが連通部３６に挿入された際には、ストレート部４２の端部が連通部３６の開口３５から若干突出する程度の大きさを備えている。また、テーパー部４１の上面には、その一部が窪まされた溝部４３が形成されている。この溝部４３は、ストレート部４２の外面形状と対応した内面形状を有しているとともに、ストレート部４２が連通部３６の開口３５より突出した部位を許容できる程度の深さを有している。さらに、この熱伝導部材４０ａは、その軸方向（積層型電池１０ａの積層方向）にかけて中空部４４が形成されており、中空形状となっている。

再び、図８を参照するに、熱伝導部材４０ａは、個々の積層型電池１０ａの連通部３６に挿入されると、隣接する積層型電池１０ａの連通部３６に挿入された熱伝導部材４０ａと互いに連結可能となっている。具体的には、図８に示すように、最も上面に位置する積層型電池１０ａに挿入された熱伝導部材４０ａは、そのストレート部４２が積層型電池１０ａの下面側より突出している。この突出部位は、その下側に隣接する積層型電池１０ａに挿入された熱伝導部材４０ａのテーパー部４１に形成された溝部４３と嵌合し、互いに連結可能となっている。同様に、他の熱伝導部材４０ａについても、そのストレート部４２が、隣接する積層型電池１０ａに挿入された熱伝導部材４０ａのテーパー部４１に形成された溝部４３に嵌合し、互い連結されている。

このような熱伝導部材４０ａの連結状態において、個々の積層型電池１０ａの連通部３６を構成する開口３５の周囲の溶着部３４は、自己に挿入された熱伝導部材４０ａと、隣接する積層型電池１０ａの連通部３６に挿入された熱伝導部材４０ａとによって押圧されている。また、個々の積層型電池１０ａに挿入された熱伝導部材４０ａの中空部４４は、積層型電池１０ａの積層方向にかけて連通する連通通路を構成している。この連通通路は、それぞれの積層型電池１０ａを冷却する冷媒の通路として機能する。

図１０は、第５の実施形態にかかる組電池１ｂの収納状態を説明する説明図である。積層型電池１０ａの集合体である組電池１ｂは、電池ケース２に収納されている。この電池ケース２は、積層型電池１０ａの集合体の位置変化を規制する位置決め部（位置決め手段）３，４を備えている。一方の位置決め部３は、電池ケース２の上面側の内壁面に形成されている。具体的には、この位置決め部３は、電池ケース２に積層型電池１０ａの集合体が収納された状態において、最上面に位置する積層型電池１０ａに挿入された熱伝導部材４０ａと対応する位置に形成されており、その形状は、熱伝導部材４０ａのテーパー部４１の上面に形成された溝部４３と嵌合可能な凸型となっている。これに対して、他方の位置決め部４は、電池ケース２の下面側の内壁面に形成されている。具体的には、この位置決め部４は、電池ケース２に積層型電池１０ａの集合体が収納された状態において、最下面に位置する積層型電池１０ａに挿入された熱伝導部材４０ａと対応する位置に形成されており、その形状は、積層型電池１０ａの下面側より突出するストレート部４２と嵌合可能な凹型となっている。そのため、電池ケース２に積層型電池１０ａの集合体が収納された場合には、位置決め部３と、最上面に位置する積層型電池１０ａに挿入された熱伝導部材４０ａとが連結されるとともに、位置決め部４と、最下面に位置する積層型電池１０ａに挿入された熱伝導部材４０ａとが連結されている。

このように本実施形態によれば、電池外装３０の連通部３６に挿入された熱伝導部材４０ａによって、積層型電池１０ａの内部に蓄積する熱の放出が促進されるので、個々の積層型電池１０ａの放熱性能の向上を図ることができる。また、複数の単電池（本実施形態では、積層型電池１０ａ）の集合体である組電池１ｂでは、中心部に位置する積層型電池１０ａほど放熱性能が悪いという問題があるが、本実施形態によれば、内部にこもった熱が、個々の積層型電池１０ａに挿入された熱伝導部材４０ａを伝達して上面側または下面側へと放出される。これにより、積層型電池１０ａ同士が密着することで逃げ場を失っていた熱の流れを積層方向へ導くことできる。その結果、個々の積層型電池１０ａの集合体である組電池１ｂの長寿命化を図ることができる。また、冷却用の隙間を個々の積層型電池１０ａの間に設ける必要がないので、組電池１ｂとしての体積エネルギー密度の向上を図ることができる。

さらに、本実施形態によれば、個々の積層型電池１０ａに挿入された熱伝導部材４０ａの中空部４４によって構成される連通通路に、空気や水といった冷媒を循環させることができるので、放熱性能の向上をさらに図ることができる。その結果、個々の積層型電池１０ａの集合体である組電池１ｂの長寿命化を図ることができるとともに、組電池１ｂとしての体積エネルギー密度の向上を図ることができる。

また、本実施形態によれば、それぞれの熱伝導部材４０ａは、隣接する積層型電池１０ａに設けられた連通部３６に挿入された熱伝導部材４０ａと互いに連結可能となっている。そして、最上面に位置する積層型電池１０ａに設けられた連通部３６に挿入された熱伝導部材４０ａと、最下面に位置する積層型電池１０ａに設けられた連通部３６に挿入された熱伝導部材４０ａとは、積層型電池１０ａの集合体を収納する電池ケース２に設けられた位置決め部３，４によって連結されている。これにより、個々の積層型電池１０ａの位置決め精度の向上を図ることができるとともに、組電池１ｂに振動等に起因する外力が入力された場合であっても、収納された各積層型電池１０ａに生じる位置ずれを抑制することができるという新たな効果を奏する。

例えば、従来では、電池ケースの内面に形成されたガイド部材によって個々の単電池の外縁部を保持していたが、かかる構成は、入力される外力に対して脆弱であった。そのため、長期間に亘る使用では、個々の積層型電池の機械的な耐力や、電気接合部の信頼性を低下させる要因となっていた。しかしながら、本実施形態によれば、積層型電池１０ａの中心部位が熱伝導部材４０ａによって支持されているので、その外縁部を支持する構成と比較して、機械的な耐力や電気接合部の信頼性の向上を図ることができるという新たな効果を奏する。

さらに、本実施形態によれば、連通部３６を構成する開口３５の周囲の溶着部は、自己に挿入された熱伝導部材４０ａと、隣接する積層型電池１０ａに設けられた連通部３６に挿入された熱伝導部材４０ａとによって押圧されている。そのため、連通部３６を構成する開口３５のシール性の向上を図ることができるので、不必要に開口３５周縁の溶着部３４が破断するといった事態の発生を抑制することが可能となる。また、熱伝導部材４０ａの押圧力を調整することにより、開口３５周縁の溶着部３４の破断し易さを容易に調整することができる。

なお、本実施形態では、熱伝導部材４０ａを中空形状に構成しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、熱伝導部材４０ａは、その中空部４４を備えない形態であってもよい。かかる構成であっても、積層型電池１０ａ同士が密着することで逃げ場を失っていた熱の流れを、熱伝導部材４０ａの熱伝達によって積層方向へ導くことできる。その結果、個々の積層型電池１０ａの集合体である組電池１ｂの長寿命化を図ることができる。

また、本実施形態によれば、熱伝導部材４０ａを個々の積層型電池１０ａに対応して設けているが、個々の積層型電池１０ａの積層高さに相当する長さを有する針或いは中空形状を備えるパイプ部材を、個々の連通部３６に挿入してもよい。かかる構成であっても熱の流れを積層方向へ導くことできるので、個々の積層型電池１０ａの集合体である組電池１ｂの長寿命化を図ることができる。また、熱伝導部材４０ａは、個々の積層型電池１０ａに対応して設けなくてもよく、組電池１ｂの高さ寸法と同等長さの一本のパイプ部材によってこれを構成することにより、熱の流れを積層方向へ導くことができるので、組電池１ｂの長寿命化を図ることができる。

本発明の第１の実施形態かかる積層型電池１０の構成を説明する展開斜視図である。 第１の実施形態にかかる積層型電池１０の作製工程を説明するための図である。 第１の実施形態にかかる積層型電池の変形例を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態かかる積層型電池１０ａの構成を説明する展開斜視図である。 第２の実施形態にかかる積層型電池１０の作製過程を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態にかかる組電池１の断面状態を説明する説明図である。 本発明の第４の実施形態にかかる組電池１の断面状態を説明する説明図である。 本発明の第５の実施形態にかかる組電池１の断面状態を説明する説明図である。 第５の実施形態にかかる熱伝導部材４０の構造を示す斜視図である。 第５の実施形態にかかる組電池１ｂの収納状態を説明する説明図である。

符号の説明

１〜１ｂ 組電池
２ 電池ケース
３，４ 位置決め部
１０，１０ａ 積層型電池
２０ 電極積層体
２１ 正極タブ
２２ 負極タブ
２３，２３ａ 貫通部
３０ 電池外装
３１，３２ 金属複合フィルム
３３，３３ａ 凹部
３４ 溶着部
３５ 開口
３６ 連通部
４０，４０ａ 熱伝導部材
４１ デーパー部
４２ ストレート部
４３ 溝部
４４ 中空部

Claims (16)

1. 正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層されて構成される発電要素と、
   前記発電要素の上面側をカバーする第１の外装部材と、前記発電要素の下面側をカバーする第２の外装部材とを互いに溶着することにより、前記発電要素とともに電解質を密封して収納する電池外装とを有し、
   前記発電要素は、積層方向において上面側と下面側とを貫通する貫通部を備え、
   前記電池外装は、前記収納する発電要素の貫通部と対応した位置に、当該貫通部の貫通方向へと窪んだ凹部を備えることを特徴とする積層型電池。
2. 前記電池外装の凹部は、前記第1の外装部材および前記第２の外装部材の少なくとも一方を前記発電要素の収納方向に陥没させ、前記第1の外装部材と前記第２の外装部材とを互いに溶着することによって形成されることを特徴とする請求項１に記載された積層型電池。
3. 前記発電要素の熱伝導率よりも高い熱伝導性を備え、前記電池外装の凹部に挿入される熱伝導部材をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載された積層型電池。
4. 正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層されて構成される発電要素と、
   前記発電要素の上面側をカバーする第１の外装部材と、前記発電要素の下面側をカバーする第２の外装部材とを互いに溶着することにより、前記発電要素とともに電解質を密封して収納する電池外装とを有し、
   前記発電要素は、積層方向において上面側と下面側とを貫通する貫通部を備え、
   前記電池外装は、前記収納する発電要素の貫通部と対応した位置に、当該貫通部の貫通方向にかけて前記第１の外装部材の表面側と前記第２の外装部材の表面側とを連通する連通部を備えることを特徴とする積層型電池。
5. 前記電池外装の連通部は、前記第1の外装部材および前記第２の外装部材の少なくとも一方を前記発電要素の収納方向に陥没させ、前記第1の外装部材と前記第２の外装部材とを互いに溶着し、かつ、前記第1の外装部材と前記第２の外装部材との溶着部に開口を設けることによって形成されることを特徴とする請求項４に記載された積層型電池。
6. それぞれが厚み方向に積層された複数の単電池によって構成される組電池において、
   前記単電池のそれぞれは、
   正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層されて構成される発電要素と、
   前記発電要素の上面側をカバーする第１の外装部材と、前記発電要素の下面側をカバーする第２の外装部材とを互いに溶着することにより、前記発電要素とともに電解質を密封して収納する電池外装と、
   前記発電要素の熱伝導率よりも高い熱伝導性を備える熱伝導部材とを有し、
   前記発電要素は、積層方向において上面側と下面側とを貫通する貫通部を備え、
   前記電池外装は、前記収納する発電要素の貫通部と対応した位置に、当該貫通部の貫通方向へと窪んだ凹部を備え、
   前記熱伝導部材は、前記電池外装の凹部に挿入されており、
   前記電池外装の凹部のそれぞれは、前記単電池の積層方向において互いに位置的に対応していることを特徴とする組電池。
7. それぞれが厚み方向に積層された複数の単電池によって構成される組電池において、
   前記単電池のそれぞれは、
   正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層されて構成される発電要素と、
   前記発電要素の上面側をカバーする第１の外装部材と、前記発電要素の下面側をカバーする第２の外装部材とを互いに溶着することにより、前記発電要素とともに電解質を密封して収納する電池外装とを有し、
   前記発電要素は、積層方向において上面側と下面側とを貫通する貫通部を備えるとともに、
   前記電池外装は、前記収納する発電要素の貫通部と対応した位置に、当該貫通部の貫通方向にかけて前記第１の外装部材の表面側と前記第２の外装部材の表面側とを連通する連通部を備えており、
   前記電池外装の連通部のそれぞれは、前記単電池の積層方向にかけて連通する連通通路を構成することを特徴とする組電池。
8. 前記連通通路は、前記単電池のそれぞれを冷却する冷媒の通路であることを特徴とする請求項７に記載された組電池。
9. 前記発電要素の熱伝導率よりも高い熱伝導性を備え、前記連通通路に挿入される熱伝導部材をさらに有することを特徴とする請求項７に記載された組電池。
10. 前記熱伝導部材は、前記電池外装の連通部の内面形状と対応した外面形状を備えており、前記電池外装の連通部のそれぞれに個別に挿入されていることを特徴とする請求項９に記載された組電池。
11. 前記熱伝導部材のそれぞれは、隣接する前記単電池の電池外装が備える連通部に挿入された前記熱伝導部材と互いに連結可能であることを特徴とする請求項１０に記載された組電池。
12. 前記複数の単電池を収納する組電池ケースをさらに有し、
    前記組電池ケースは、最上面に位置する前記単電池の電池外装が備える連通部に挿入された前記熱伝導部材と、最下面に位置する前記単電池の電池外装が備える連通部に挿入された前記熱伝導部材と連結することにより、前記複数の単電池の位置変化を規制する位置決め手段を有することを特徴とする請求項１１に記載された組電池。
13. 前記電池外装の連通部のそれぞれは、前記第1の外装部材および前記第２の外装部材の少なくとも一方を前記発電要素の収納方向に陥没させ、前記第1の外装部材と前記第２の外装部材とを互いに溶着し、かつ、前記第1の外装部材と前記第２の外装部材との溶着部に開口を設けることによって形成されており、
    前記開口の周囲の溶着部は、自己に挿入された前記熱伝導部材と、隣接する前記単電池の電池外装が備える連通部に挿入された前記熱伝導部材とによって押圧されていることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載された組電池。
14. 前記熱伝導部材は、前記単電池の積層方向にかけて中空形状を有することを特徴とする請求項９から１３のいずれか一項に記載された組電池。
15. 前記熱伝導部材の中空部位は、前記単電池の積層方向にかけて連通する連通通路を構成しており、
    前記連通通路は、前記単電池のそれぞれを冷却する冷媒の通路であることを特徴とする請求項１４に記載された組電池。
16. 正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層されて構成される発電要素と、
    前記発電要素の上面側をカバーする第１の外装部材と、前記発電要素の下面側をカバーする第２の外装部材とを互いに溶着することにより、前記発電要素とともに電解質を密封して収納する電池外装とを有する積層型電池において、
    前記収納する発電要素の収納方向へ前記電池外装を陥没させる、または、前記収納する発電要素の収納方向にかけて前記第１の外装部材の表面側と前記第２の外装部材の表面側とを連通させることにより、内部に蓄積する熱の放出を行うことを特徴とする積層型電池。

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