特許 7262637 バイポーラ型電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-13

(45)【発行日】2023-04-21

(54)【発明の名称】バイポーラ型電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/569 20210101AFI20230414BHJP

   H01M 50/50 20210101ALI20230414BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20230414BHJP

   H01M 50/284 20210101ALI20230414BHJP

【ＦＩ】

H01M50/569

H01M50/50 201Z

H01M50/209

H01M50/284

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022030955

(22)【出願日】2022-03-01

【審査請求日】2022-04-11

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002288

【氏名又は名称】三洋化成工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】519100310

【氏名又は名称】ＡＰＢ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川崎 洋志

(72)【発明者】

【氏名】堀江 英明

【審査官】上野 文城

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１９７０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１６００６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０６１２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１１１５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１６３６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０５４３９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／５６９

Ｈ０１Ｍ ５０／５０

Ｈ０１Ｍ ５０／２０９

Ｈ０１Ｍ ５０／２８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

両面に集電体が配置された単電池を異なる極性の前記集電体が接触するように積層したバイポーラ型電池であって、
絶縁性を有するとともに可撓性を有するプリント基板で形成された接続子を有し、
前記接続子は、
本体部と、
前記本体部から突出するとともに互いに離れて櫛歯状に配列される複数の櫛歯部と、
各前記櫛歯部の先端に設けられて導電性を有するとともに前記櫛歯部の厚み方向の少なくとも片面に露出した複数の接触部と、
前記櫛歯部及び前記本体部に配置され、前記接触部と前記本体部の端部の複数の端子部とを個別電気的に接続するパターン配線と、を有し、
複数の前記接触部が前記集電体の外縁部から一定の長さ以上内側の部分と接触し、
複数の前記接触部のうち、一部は積層方向の両端に配置された前記集電体のそれぞれに接触し、残りは積層方向に隣り合う前記集電体にそれぞれ挟まれ、各前記接触部が前記集電体と電気的に接続され、
前記櫛歯部は、配列方向の一方側に向かって順に長く形成されているバイポーラ型電池。

【請求項2】

前記接触部は、前記櫛歯部に形成された導体の箔を有する請求項１に記載のバイポーラ型電池。

【請求項3】

前記接続子を複数個備え、
複数の前記接続子の前記櫛歯部は、それぞれ異なる位置で、異なる単電池の間に配置される請求項１又は請求項２に記載のバイポーラ型電池。

【請求項4】

前記本体部は、前記櫛歯部と反対側に延びる引出部を有し、
前記櫛歯部の配列方向において、前記引出部から遠くに配置された前記櫛歯部に配線された前記パターン配線は、近くに配置された前記櫛歯部に配線された前記パターン配線よりも幅が広い請求項１から請求項３のいずれかに記載のバイポーラ型電池。

【請求項5】

前記接続子は、片面基板である請求項１から請求項４のいずれかに記載のバイポーラ型電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バイポーラ型電池に関する。

【背景技術】

【0002】

単電池を直列に接続した積層型電池が広く採用されている。積層型電池において、単電池の電圧が一定の範囲を超えてばらつくと、電圧が高い単電池に負荷が集中して劣化する。そして、劣化した単電池の電圧は劣化によってさらに上昇し、劣化した単電池に負荷がさらに集中する。これにより、劣化した単電池の劣化が進行する。結果として積層型電池の寿命が短くなる。

【0003】

積層型電池における単電池の電圧のばらつきを測定する構成について、特許文献１等に開示されている。

【0004】

特許文献１には、イオン伝導層を挟み込む正極活物質層および負極活物質層と、対向する集電箔と、対向する集電箔同士を電気的に絶縁する絶縁シール材とからなる単電池を、積層した積層型蓄電デバイスにおいて、櫛歯形状のＦＰＣを有し、積層される単電池の集電箔とシール材の間に各歯が挟まれて熱接着される積層型蓄電デバイスが開示されている。

【0005】

この積層型蓄電デバイスでは、集電箔の上部に正極活物質層、イオン電導層、負極活物質層及びシール材を配置した後、その上部に集電箔を配置することで積層している。そして、シール材の上部に集電箔を配置するときに、シール材の上部にＦＰＣの歯を配置して積層することで、ＦＰＣを積層型蓄電デバイスに組み込む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００８－１６００６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１の積層型蓄電デバイスでは、単電池を単体で取り扱うことができないため、積層する前に予め単電池の電圧のばらつきを測定することができず、製造前に不具合を取り除くことができない。そのため、積層型蓄電デバイスの歩留まりが低下する虞がある。

【0008】

そこで本発明、積層された複数の単電池のそれぞれの電圧を測定でき、製造が容易であり、かつ、歩留まりが高いバイポーラ型電池を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の例示的なバイポーラ型電池は、両面に集電体が配置された単電池を異なる極性の上記集電体が接触するように積層される。上記バイポーラ型電池は、絶縁性を有するとともに可撓性を有するプリント基板で形成された接続子を有する。上記接続子は、本体部と、上記本体部から突出するとともに互いに離れて櫛歯状に配列される複数の櫛歯部と、各上記櫛歯部の先端に設けられて導電性を有するとともに上記櫛歯部の厚み方向の両面から外部に露出した複数の接触部と、前記櫛歯部及び前記本体部に配置され、前記接触部と前記本体部の端部の複数の端子部とを個別に且つ電気的に接続するパターン配線と、を有する。複数の上記接触部のうち、一部は上記積層方向の両端に配置された上記集電体のそれぞれに接触し、残りは積層方向に隣り合う上記集電体にそれぞれ挟まれ、各上記接触部が上記集電体と電気的に接続される。

【発明の効果】

【0010】

本発明の例示的なバイポーラ型電池によれば、容易に製造できるとともに高い歩留まりとすることができる。そして、積層された複数の単電池のそれぞれの電圧を測定でき、バイポーラ型電池の部分的な劣化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明にかかるバイポーラ型電池の一例を模式的に示す一部切欠き斜視図である。

【図2】バイポーラ型電池の一例の外装体の一部を切欠いた側面図である。

【図3】バイポーラ型電池に含まれる単電池の一例を模式的に示す一部切欠き斜視図である。

【図4】単電池の分解斜視図である。

【図5】接続子の平面図である。

【図6】第１変形例のバイポーラ型電池に用いられる接続子の一例を模式的に示す平面図である。

【図7】第１変形例のバイポーラ型電池の一例を模式的に示す一部切欠き斜視図である。

【図8】第２変形例のバイポーラ型電池に用いられる接続子の一例を模式的に示す平面図である。

【図9】第３変形例のバイポーラ型電池の一例を模式的に示す一部切欠き斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の例示的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。図１は、本発明にかかるバイポーラ型電池１０の一例を模式的に示す一部切欠き斜視図である。図２は、バイポーラ型電池１０の一例の外装体１１の一部を切欠いた側面図である。なお、本明細書の説明において、単電池２０は上下方向に積層されるものとする。つまり、単電池２０の厚み方向も上下方向である。上述の上下方向は、説明の便宜上設定するものであり、実際の使用状態における上下と異なる場合もある。

【0013】

＜バイポーラ型電池１０＞
図１に示すように、バイポーラ型電池１０は、両面に集電体２４、２６が配置された単電池２０を異なる極性の集電体２４、２６が接触するように積層している。なお、バイポーラ型電池１０は、複数の単電池２０を直列接続となるように積層した組電池３０を有する。ここで、バイポーラ型電池とは、厚み方向の一方の面に正極が配置され、他方に負極が配置された構成を有する電池である。厳密には、厚み方向の端面の一方が正極、他方が負極になっている単電池２０もバイポーラ型電池である。そこで、本書では、単電池２０を積層して形成された組電池３０を有するバッテリーユニットをバイポーラ型電池１０とし、単電池２０をバイポーラ型単電池として区別する場合がある。

【0014】

バイポーラ型電池１０は、外装体１１と、組電池３０と、正極導電シート１２と、負極導電シート１３と、接続子４０と、を有する。組電池３０は、外装体１１の内部に収容される。

【0015】

図１に示すように、組電池３０では、１１個の単電池２０が、直列接続となるように積層されている。組電池３０の電圧は、単電池２０の積層数によって決定される。換言すると、バイポーラ型電池１０に要求される出力電圧に基づいて、積層される単電池２０の数が決定される。なお、単電池２０及び組電池３０の詳細については、後述する。

【0016】

バイポーラ型電池１０において、組電池３０の最下部に積層された単電池２０の下面には、正極導電シート１２が接触して配置される。また、組電池３０の最上部に積層された単電池２０の上面には、負極導電シート１３が接触して配置される。正極導電シート１２及び負極導電シート１３は、放充電時の電極端子である。

【0017】

正極導電シート１２及び負極導電シート１３としては、例えば、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、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。また、正極導電シート１２及び負極導電シート１３としては、これらに限定されず、導電性を有する材料を広く採用することができる。なお、正極導電シート１２及び負極導電シート１３は、同じ材料で形成されてもよく、異なる材料で形成されてもよい。

【0018】

図１に示すように、外装体１１は、ベース部１１１と、カバー部１１２とを有する。ベース部１１１は、略長方形の板状である。カバー部１１２は、上部に蓋状部分を有するとともに下部が開口した箱状である。カバー部１１２の蓋状部分の凹部に組電池３０等のバイポーラ型電池１０を構成する部材が収容された後、カバー部１１２の下面の開口をベース部１１１が覆う。このとき、カバー部１１２とベース部１１１とが、密着される。これにより、外装体１１の内部には、水、埃、塵等の異物の混入が抑制され、これらの異物によるバイポーラ型電池１０の不具合が抑制される。

【0019】

外装体１１において、カバー部１１２の下端部が、ベース部１１１の外縁部と接触するように配置される。そして、カバー部１１２とベース部１１１の少なくとも１辺は、上下方向に加熱加圧することで接着（以下、熱溶着と称する）される熱接着部１１３である。

【0020】

正極導電シート１２及び負極導電シート１３は、バイポーラ型電池１０の電極端子として用いられる。そのため、正極導電シート１２の一部は外装体１１から引き出されて、正極引出端子１２１が形成される。負極導電シート１３の一部は外装体１１から引き出されて、負極引出端子１３１が形成される。

【0021】

さらに説明すると、正極導電シート１２の正極引出端子１２１は、外装体１１のベース部１１１とカバー部１１２との熱溶着される辺より外部に引き出される。負極導電シート１３の負極引出端子１３１は、組電池３０の上面から組電池３０の側面に沿って配置された後、外装体のベース部１１１とカバー部１１２との熱溶着される辺より外部に引き出される。

【0022】

正極引出端子１２１及び負極引出端子１３１は、ベース部１１１とカバー部１１２とともに熱溶着される。熱溶着時に、隙間が形成されにくくするために正極引出端子１２１及び負極引出端子１３１は、なるべく薄く形成されていることが好ましい。なお、組電池３０には、後述する接続子４０が取り付けられている。

【0023】

外装体１１の熱溶着される辺以外の辺は、例えば、圧入によって密着されるようにしてもよい。また、熱溶着される辺と同様に熱溶着によって固定されてもよい。ベース部１１１とカバー部１１２との固定方法は、水、埃、塵等の異物が混入しないように密着させて固定できる固定方法を広く採用することができる。

【0024】

＜単電池２０＞
以下に、単電池２０について図面を参照して説明する。図３は、単電池２０の一例を模式的に示す一部切り欠き斜視図である。また、図４は、単電池２０の分解斜視図である。図３に示すように、単電池２０は、平面視において略長方形の平板状であり、厚み方向の上面が負極、下面が正極である。

【0025】

図３、図４に示すように、単電池２０は、正極２１と、負極２２と、セパレータ２３と、を有する。正極２１と負極２２とがセパレータ２３を介して積層される。つまり、単電池２０は、下から、正極２１、セパレータ２３、負極２２の順に積層して形成される。正極２１と負極２２とを積層することで、単電池２０が形成される。なお、本実施形態において、単電池２０は、リチウムイオン電池とする。正極２１、負極２２及びセパレータ２３は、例えば、公知のリチウムイオン電池に用いられる構成と同様の構成を有する。

【0026】

図３、図４に示すように、正極２１は、正極集電体２４と、正極活物質層２５と、を有する。正極集電体２４は、導電性を有する樹脂であり、単電池２０の厚み方向から見て略長方形状である。また、正極活物質層２５は、正極集電体２４の表面（ここでは、上面）に積層される。正極活物質層２５は、正極活物質と、導電助剤と、被覆用樹脂と、を含む。正極活物質、導電助剤及び被覆用樹脂には、例えば、公知のリチウムイオン電池に用いられる物質が使用される。

【0027】

また、負極２２は、負極集電体２６と、負極活物質層２７とを有する。負極集電体２６は、導電性を有する樹脂であり、単電池２０の厚み方向から見て略長方形状である。なお、正極集電体２４と負極集電体２６とは、同じ材料で形成されてもよく、異なる材料で形成されてもよい。なお、正極集電体２４及び負極集電体２６の少なくとも一方に替えて、金属等によって形成される集電体を利用してもよい。

【0028】

負極活物質層２７は、負極集電体２６の表面（ここでは、下面）に積層される。負極活物質層２７は、負極活物質と、導電助剤と、被覆用樹脂と、を含む。負極活物質、導電助剤及び被覆用樹脂には、例えば、公知のリチウムイオン電池に用いられる物質が使用される。

【0029】

また、正極活物質層２５及び負極活物質層２７には電解液が含まれる。電解液としては、例えば、公知のリチウムイオン電池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している。

【0030】

正極２１、負極２２及びセパレータ２３は、環状の枠部材２８に取付られる。さらに説明すると、正極活物質層２５が枠部材２８の内部に配置されて、正極集電体２４の周縁部が枠部材２８の下面に固定される。また、負極活物質層２７が枠部材２８の内部に配置されて、負極集電体２６の周縁部が枠部材２８の上面に固定される。そして、セパレータ２３は、正極活物質層２５及び負極活物質層２７を分離するように配置されて、枠部材２８に固定される。つまり、単電池２０において、正極活物質層２５、セパレータ２３及び負極活物質層２７は、正極集電体２４、負極集電体２６及び枠部材２８にて封止される。

【0031】

正極集電体２４とセパレータ２３との間の間隔、及び、負極集電体２６とセパレータ２３との間の間隔は単電池２０の容量に応じて調整される。つまり、正極集電体２４、負極集電体２６及びセパレータ２３の位置は、単電池２０が予め決められた容量を有するように定められる。

【0032】

単電池２０において、枠部材２８は、正極集電体２４とセパレータ２３との間隔、負極集電体２６とセパレータ２３との間隔を適切に維持するために用いられる。

【0033】

正極集電体２４及び負極集電体２６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等であってもよい。

【0034】

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、樹脂に必要に応じて導電剤を添加したもの等を挙げることができる。また、導電性高分子材料を構成する導電剤としては、正極活物質に含まれる導電助剤と同様のものを採用することができる。

【0035】

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。

【0036】

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、さら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。

【0037】

単電池２０は、以上示した構成を有する。なお、本実施形態の単電池２０は、厚み方向から見て略長方形状であるが、これに限定されない。例えば、正方形状であってもよい。さらには、円形、楕円形、多角形状（三角形状、四角形状等）であってもよい。単電池２０の平面視の形状は、特に限定されないが、後述の組電池３０の運搬及び設置等の汎用性を考慮して、略正方形状又は略長方形状であることが好ましい。

【0038】

＜組電池３０＞
次に、複数の単電池２０を直列接続になるように積層した組電池３０の詳細について、図面を参照して説明する。図５は、接続子４０の平面図である。図１、図２に示すように、組電池３０は、複数個の単電池２０と、接続子４０と、を有する。複数個の単電池２０は、厚み方向に重ねて積層されている。

【0039】

さらに詳しく説明すると、複数の単電池２０は、上側の単電池２０の下面の正極集電体２４と、下側の単電池２０の上面の負極集電体２６とが、電気的に接続するように積層される。これにより、単電池２０は、直列に接続される。つまり、組電池３０の出力電圧は、単電池２０を直列に接続した電圧となる。

【0040】

接続子４０は、単電池２０の電圧を測定する。図５に示すように、接続子４０は、本体部４１と、複数の櫛歯部４２と、複数の接触部４３と、パターン配線４４と、を有する。

【0041】

本体部４１は、引出部４１１と、分岐部４１２と、複数の端子部４１３と、を有する。引出部４１１は、平面視において略長方形状である。本体部４１の長手方向の一端には、不図示の電圧測定装置に接続される複数の端子部４１３が設けられる。各端子部４１３は、同じ形状を有する。各端子部４１３は、導電性を有し、少なくとも一部が本体部４１の外部に露出している。複数の端子部４１３は、それぞれ、他の端子部４１３に対して電気的に絶縁されている。詳細は後述するが、複数の端子部４１３の個数は、「単電池２０の積層数＋１」である。本実施形態の接続子４０において、「単電池２０の積層数＋１」は１２である。

【0042】

引出部４１１の長手方向の他端には、分岐部４１２が一体的に接続される。分岐部４１２は、引出部４１１と交差する方向に延びる長尺状である。本実施形態にかかる接続子４０において、分岐部４１２は、長方形状であり、長手方向が引出部４１１の長手方向と直交する。また、引出部４１１は、分岐部４１２の長手方向の中心に接続する。換言すると
分岐部４１２の長辺の一方の中間部に引出部４１１が接続される。

【0043】

複数の櫛歯部４２は、本体部４１から突出するとともに互いに離れて櫛歯状に配列される。詳しくは、複数の櫛歯部４２は、分岐部４１２の長辺の他方に一体的に接続され、分岐部４１２から外側に延びる。複数の櫛歯部４２は、互いに独立している。複数の櫛歯部４２の個数は、端子部４１３と同じ、すなわち、「単電池２０の積層数＋１」である。

【0044】

複数の接触部４３は、各櫛歯部４２の先端に設けられて導電性を有するとともに前記櫛歯部４２の厚み方向の少なくとも片面に露出している。換言すると、接触部４３は、櫛歯部４２に形成された導体の箔である。複数の接触部４３の個数は、櫛歯部４２の個数と同じ、すなわち、「単電池２０の積層数＋１」である。接触部４３は、導電性を有する材料で形成されている。

【0045】

接触部４３としては、櫛歯部４２に設けられたスルーホールと、櫛歯部４２の両面に形成されてスルーホールと電気的に接続するランドと、を有する構成であってもよい。このとき、パターン配線４４がスルーホールと接触してもよい。また、接続子４０が片面基板である場合、パターン配線４４の一部にランドが含まれるようにしてもよい。

【0046】

接続子４０において、本体部４１と、櫛歯部４２とは、一体的に形成される。接続子４０の本体部４１及び櫛歯部４２は、ポリイミド等の可撓性を有するとともに絶縁性を有する樹脂で形成される。可撓性を有するとともに絶縁性を有する材料であれば、ポリイミドに限定されない。

【0047】

パターン配線４４は、櫛歯部４２及び本体部４１に配置された導体である。複数の接触部のそれぞれと本体部４１の端部に設けられた複数の端子部４１３とを電気的に接続する。パターン配線４４は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金等の導電性材料で形成された導電性の箔である。パターン配線４４によって、接触部４３と、端子部４１３とが、一対一で電気的に接続される。

【0048】

接続子４０は、絶縁性を有するとともに可撓性を有するプリント基板で形成される。接続子４０は、片面基板であってもよい。なお、接続子４０は、本体部４１及び櫛歯部４２がポリイミドで形成され、パターン配線４４が金属箔で形成されている。すなわち、接続子４０は、フレキシブル基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。しかしながら、接続子４０は、この構成に限定されず、エポキシ樹脂、セラミック等を用いたリジット基板と、フレキシブル基板とを組み合わせた基板を用いてもよい。例えば、本体部４１をリジッド基板とし、櫛歯部４２をフレキシブル基板として、櫛歯部４２が可撓性を有する構成としてもよい。

【0049】

接続子４０は、パターン配線４４が片面に形成されている。接続子４０が片面にパターン配線４４が形成される構成とすることで、接続子４０を薄く形成することができるため、可撓性が高くなり、接続子４０の取り付けが容易である。また、外装体１１を封止する熱溶着時に隙間ができにくく、しっかり密閉することが可能である。

【0050】

パターン配線４４は、幅は０．３ｍｍ以下であることが好ましい。また、引出部４１１において、パターン配線４４の間の間隔は０．３ｍｍ以下であることが好ましい。このように構成することで、引出部４１１が平滑になりやすい。引出部４１１の一部は、外装体１１の外側に配置されるため、外装体１１を熱溶着するときに、隙間ができにくい。また、パターン配線４４は、０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。このようにすることで、パターン配線４４の断線が抑制される。

【0051】

なお、接触部４３としては、パターン配線４４と同じ材料で形成されていてもよいし、異なる材料であってもよい。例えば、パターン配線４４が銅で形成されている場合、接触部４３は、銅で形成されてもよい。また、接触部４３としては、銅の表面に金メッキを施した構成であってもよい。

【0052】

接続子４０は、以上示した構成を有する。次に、接続子４０の組電池３０への取り付けについて図面を参照して説明する。図１、図２等に示すように、組電池３０は、１１個の単電池２０を厚み方向に積層して形成している。なお、図１では、接続子４０の本体部４１が組電池３０から突出しているが、実際のバイポーラ型電池１０において、外装体１１内に収容されるときに、組電池３０に沿って配置されるように折り曲げられる。この場合でも、接続子４０をＦＰＣで形成することで、パターン配線４４を断線することなく、組電池３０に沿って折り曲げられる。特に、パターン配線４４を片面に配したＦＰＣを用いることで、折り曲げが容易かつパターン配線４４の断線を抑制できる。

【0053】

図１、図２に示すように、組電池３０の全ての単電池２０において、下面が正極２１であり上面が負極２２である。そして、組電池３０には、接続子４０が取り付けられている。上述のとおり、櫛歯部４２及び接触部４３の個数は、それぞれ、単電池２０の個数＋１、すなわち、１２個である。

【0054】

組電池３０の説明において、各単電池２０及び接続子４０の櫛歯部４２を区別して説明する場合がある。この場合において、１１個の単電池２０を、第１単電池２０＿０１～第１１単電池２０＿１１とする。そして、最も下の単電池が第１単電池２０＿０１であり、最も上の単電池が第１１単電池２０＿１１である。また、１２個の櫛歯部４２を、第１櫛歯部４２＿０１～第１２櫛歯部４２＿１２とする。そして、第１櫛歯部４２＿０１～第１２櫛歯部４２＿１２は、順に並んでいる。

【0055】

組電池３０では、上側の単電池２０の下面に配置された正極集電体２４と、下側の単電池２０の上面に配置された負極集電体２６と、が接触して配置されている。接触して配置される正極集電体２４と負極集電体２６とは、電気的に接続される、すなわち、互いに導通状態となっている。

【0056】

そして、複数の接触部４３のうち、一部は積層方向の両端に配置された集電体２４、２６のそれぞれに接触し、残りは積層方向に隣り合う集電体２４、２６にそれぞれ挟まれる。そして、各接触部４３は各集電体２４、２６と電気的に接続される。この構成について、以下に詳細に説明する。

【0057】

接続子４０の櫛歯部４２に配置された接触部４３は、上下に並んで配置された単電池２０の間に配置される。櫛歯部４２に配置された接触部４３は、厚み方向の両面に導電部分が露出している。そのため、接触部４３は、正極集電体２４及び負極集電体２６の両方と電気的に接続される。さらに説明すると、接触部４３は集電体２４、２６の外縁部から一定の長さ以上内側の部分と接触している。このように構成することで、単電池２０の外縁部のうねりを避けた部分で、接触部４３が、正極集電体２４及び負極集電体２６と接触する。そのため、接触部４３と正極集電体２４及び負極集電体２６とが安定して電気的に接続される。

【0058】

図１、図２に示すように、第１櫛歯部４２＿０１は、第１単電池２０＿０１の下面の正極集電体２４と接触して配置される。これにより、第１櫛歯部４２＿０１に配置される接触部４３は、第１単電池２０＿０１の正極集電体２４と電気的に接続される。なお、第１櫛歯部４２＿０１は、第１単電池２０＿０１の正極集電体２４に導電性を有する接着剤、接着テープを用いて固定してもよい。また、ねじ等を用いた固定具を用いて固定されてもよい。第１櫛歯部４２＿０１と第１単電池２０＿０１の正極集電体２４とが電気的に確実に接続できる固定方法を広く採用することができる。

【0059】

そして、第２櫛歯部４２＿０２は、第１単電池２０＿０１の上面の負極集電体２６と第２単電池２０＿０２の下面の正極集電体２４に挟まれて配置される。同様に、第３櫛歯部４２＿０３～第１１櫛歯部４２＿１１は、それぞれ、上下に並んで配置された単電池によって挟まれて配置される。単電池２０に挟まれる櫛歯部４２は、組電池３０を積層するときの単電池２０同士の圧着力で固定するようにしてもよい。また、導電性を有する接着剤、接着テープ等を用いてもよい。

【0060】

このように、組電池３０の単電池２０で挟んで、櫛歯部４２を配置することで、単電池２０それぞれの電圧を取得することができる。組電池３０は、接続子４０が取り付けられた状態で、外装体１１の内部に配置される。このとき、接続子４０の本体部４１の引出部４１１が、正極引出端子１２１及び負極引出端子１３１とともに外装体１１の熱溶着される辺から外部に引き出される。そして、引出部４１１は、正極引出端子１２１及び負極引出端子１３１と並んで配置され、外装体１１のベース部１１１とカバー部１１２とともに溶着される。隙間の発生を抑制するため、引出部４１１も薄く形成されていることが好ましい。

【0061】

上述のとおり、接続子４０の引出部４１１に配置された端子部４１３は、不図示の電圧測定装置に接続されている。電圧測定装置によって、第１櫛歯部４２＿０１～第１２櫛歯部４２＿１２それぞれに配置されている接触部４３の電圧が取得される。そして、隣り合う櫛歯部４２の電圧差が、単電池２０の電圧となる。例えば、第４櫛歯部４２＿０４の接触部４３の電圧と、第５櫛歯部４２＿０５の接触部４３の電圧との差が、第４単電池２０＿０４の電圧として算出される。

【0062】

このように、本実施形態のバイポーラ型電池１０では、充電時及び放電時に、各単電池２０の電圧を確認することができる。このような構成を有することで、単電池２０の部分的な短絡、抵抗値の上昇等の不具合の早期発見が可能であり、不具合のある組電池３０に対して、素早い対応が可能になる。すなわち、バイポーラ型電池１０の充放電制御を効率よく行うことができる。

【0063】

なお、接触部４３の形状は、２ｍｍ×５ｍｍ矩形以上の面積を有することが好ましい。或いは、接触部４３の各辺が単電池２０の最も短い辺の長さの１／２００以上の矩形状以上の面積を有することが好ましい。このようにすることで、単電池２０の正極集電体２４又は負極集電体２６の表面がうねっている場合でも、接触部４３を確実に接触させることができる。

【0064】

＜第１変形例＞
図６は、第１変形例のバイポーラ型電池に用いられる接続子４０ａの一例を模式的に示す平面図である。図７は、第２変形例のバイポーラ型電池１０ａの一例を模式的に示す一部切欠き斜視図である。図６に示す接続子４０ａは、櫛歯部４２の長さがそれぞれ異なる構成となっている点で、図５に示す接続子４０と異なる。接続子４０ａのこれ以外の点は、接続子４０と同じであり、実質上同じ部分には同じ符号を付すととともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。

【0065】

櫛歯部４２は、配列方向の一方側に向かって順に長く形成されている。さらに詳しく説明すると、図６に示すように、接続子４０ａは、１２個の櫛歯部４２を有する。そして、１２個の櫛歯部４２を上述と同様、第１櫛歯部４２＿０１～第１２櫛歯部４２＿１２とすると、第１櫛歯部４２＿０１が最も短く、徐々に長くなっている。そして、第１２櫛歯部４２＿１２が最も長い。

【0066】

図７に示すように、各櫛歯部４２は、それぞれ、厚み方向に重ねられた単電池２０に挟まれる。そのため、櫛歯部４２が取り付けられる位置は、それぞれ異なる。接続子４０ａにおいて、櫛歯部４２の長さは、接触部４３が配置される高さによって決められる。さらに詳しく説明すると、分岐部４１２がベース部１１１に接触した状態を維持しつつ、櫛歯部４２のみ上方に配線されるように長さが決められている。

【0067】

分岐部４１２の全体がベース部１１１を配置するための空間を減らして外装体１１を小さくすることができ、結果として、バイポーラ型電池１０ａを小型化することができる。また、接続子４０ａをこのように構成することで、櫛歯部４２の配線時の本体部４１のベース部１１１に対するねじれを抑制できる。その結果、外装体１１の熱溶着時に、外装体１１と接続子４０ａとの間に隙間ができにくく、バイポーラ型電池１０ａの内部への水、埃、塵等の異物の混入が抑制される。

【0068】

＜第２変形例＞
図８は、第２変形例のバイポーラ型電池に用いられる接続子４０ｂの一例を模式的に示す平面図である。図８に示す接続子４０ｂは、櫛歯部４２ｂの幅及び櫛歯部４２ｂに配置されているパターン配線４４ｂがそれぞれ異なる構成となっている点で、図５に示す接続子４０と異なる。接続子４０ｂのこれ以外の点は、接続子４０と同じであり、実質上同じ部分には同じ符号を付すととともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。

【0069】

図８に示すように、櫛歯部４２ｂは、分岐部４１２の長手方向に並んでいる。そして、分岐部４１２の長手方向の中間部の櫛歯部４２ｂと反対側に引出部４１１が配置される。すなわち、本体部４１は、櫛歯部４２と反対側に延びる引出部４１１を有する。そして、櫛歯部４２ｂは、分岐部４１２の長手方向において、引出部４１１と接続する部分から離れるにしたがって、幅が広くなるように形成されている。櫛歯部４２の配列方向において、引出部４１１から遠くに配置された櫛歯部４２に配線されたパターン配線４４ｂは、近くに配置された櫛歯部４２に配線されたパターン配線４４ｂよりも幅が広い。

【0070】

すなわち、接続子４０ｂにおいて、分岐部４１２及び櫛歯部４２ｂに配置されるパターン配線４４ｂは、引出部４１１との接続部分から遠い櫛歯部４２ｂにつながるものほど、幅広になっている。このように構成することで、長さの差に基づいたパターン配線４４ｂの抵抗差を抑えることができる。これにより、積層されている単電池２０の電圧をより正確に測定することができる。

【0071】

＜第３変形例＞
図９は、第３変形例のバイポーラ型電池１０ｃの一例を模式的に示す一部切欠き斜視図である。図９に示すバイポーラ型電池１０ｃでは、４個の接続子４０ｃが用いられている。これ以外の点について、バイポーラ型電池１０ｃは、図１に示すバイポーラ型電池１０と同じであり、実質上同じ部分には同じ符号を付すととともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。

【0072】

図９に示すように、バイポーラ型電池１０ｃは、接続子４０ｃを複数個有する。なお、バイポーラ型電池１０ｃは、４個の接続子４０ｃを有する。接続子４０ｃは、いずれも、３個の櫛歯部４２を有する。各接続子４０ｃの櫛歯部４２は、それぞれ異なる位置で、異なる単電池の間に配置される。

【0073】

そして、接続子４０ｃは、４個の単電池２０毎に１個ずつ設けられている。そして、接続子４０ｃの本体部４１には、端子部４１３が設けられており、各接続子４０ｃの端子部４１３は、不図示の電圧測定装置に接続されている。各接続子４０ｃの３個の櫛歯部４２は、それぞれ隣り合う正極集電体２４と負極集電体２６とに挟まれて配置される。また、組電池３０の下端の正極集電体２４及び上端の負極集電体２６にも接続されている。

【0074】

接続子４０ｃは、接続子４０に比べて分岐部４１２の長さが短い。そのため、接続子４０ｃがねじれにくく、接続子４０ｃを組電池３０に沿って曲げるときに、無理な力が作用しにくい。そのため、断線等が発生しにくく、単電池２０の電圧を安定して測定することができる。

【0075】

なお、バイポーラ型電池１０、１０ａ、１０ｃは、組電池３０をカバー部１１２のみで覆う構成であってもよい。換言すると、バイポーラ型電池１０、１０ａ、１０ｃにおいて、外装体１１は、ベース部１１１を省略した構成であってもよい。

【0076】

以上に、本発明の実施形態を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

【産業上の利用可能性】

【0077】

本発明にかかるバイポーラ型電池は、例えば、携帯電話、パーソナルコンピューター、ハイブリッド自動車及び電気自動車用に用いられるリチウムイオン電池として有用である。

【符号の説明】

【0078】

１０、１０ａ バイポーラ型電池
１１ 外装体
１１１ ベース部
１１２ カバー部
１２ 正極導電シート
１２１ 正極引出端子
１３ 負極導電シート
１３１ 負極引出端子
２０ 単電池
２１ 正極
２２ 負極
２３ セパレータ
２４ 正極集電体
２５ 正極活物質層
２６ 負極集電体
２７ 負極活物質層
２８ 枠部材
３０ 組電池
４０、４０ａ、４０ｂ 接続子
４１ 本体部
４１１ 引出部
４１２ 分岐部
４１３ 端子部
４２、４２ｂ 櫛歯部
４３ 接触部
４４、４４ｂ パターン配線

【要約】

【課題】積層された複数の単電池のそれぞれの電圧を測定でき、容易に製造できるとともに歩留まり高いバイポーラ型電池を提供する。
【解決手段】バイポーラ型電池は、絶縁性を有するとともに可撓性を有するプリント基板で形成された接続子を有する。前記接続子は、本体部と、櫛歯状に配列される複数の櫛歯部と、各前記櫛歯部の先端に設けられて厚み方向の両面から外部に露出した複数の接触部と、前記接触部と本体部の端部の端子部とを電気的に接続するパターン配線と、を有する。複数の前記接触部のうち、一部は積層方向の両端に配置された前記集電体に接触し、残りは積層方向に隣り合う前記集電体にそれぞれ挟まれ、各前記接触部が前記集電体と電気的に接続される。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】