JP2008108651A - 組電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池の放熱性を確保しつつ組電池を構成する各単電池内の電極体の形態を維持可能な組電池を提供する。
【解決手段】組電池を構成する単電池２０の容器５０内には、容器側壁５２と電極体８０との間に該容器側壁５２に沿って間隙充填シート９０が挿入されており、間隙充填シート９０の電極体８０に対向する面側はフラットに形成され、且つ、該シート９０の容器側壁５２に対向する面側はシート肉厚部に相当する厚肉凸部９６とシート肉薄部に相当する薄肉凹部９８とから成る凹凸構造が形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は複数の充放電可能な単電池（二次電池）が直列に接続された組電池に関する。詳しくは、車両搭載用として好適な組電池と該組電池を構成する単電池の構造に関する。

リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池あるいはキャパシタ等の蓄電素子を単電池とし、該単電池を複数直列接続して成る組電池は高出力が得られる電源として、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。
特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池を単電池として複数直列に接続した組電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。
この種の複数の単電池から構成された組電池においては、充放電を行う際に該組電池を構成する各単電池内で熱が発生するため、発生した熱を速やかに冷却できるように組電池の放熱性を確保することが要求される。かかる要求に応える従来の手法としては、隣接する各単電池間に放熱部材として機能し得る間隔保持板（スペーサ）を挟んで組電池の放熱性を改善する手法が提案されている。
例えば特許文献１には、複数の単電池を積層し、隣接する各単電池間に間隔保持板（スペーサ）を介装し、間隔保持板（スペーサ）の板面を凹凸形状（即ち櫛形のような側面からみて凹凸形状）として冷却媒体（典型的には空気）の通路を確保し放熱性を高めた組電池が開示されている。その他、この種の従来技術として、例えば特許文献２が挙げられる。
特開２００６−４８９９６号公報 特開２００４−３６２８７９号公報

ところで、自動車等の車両に搭載される組電池は、搭載スペースが制限されることに加えて振動が発生する状態での使用が前提となることから、多数の単電池を配列し且つ拘束した状態（即ち各単電池を相互に固定した状態）の組電池が構築される。かかる拘束時には組電池を構成する個々の単電池に相当な荷重が加えられる。
この拘束時に加わる相当な荷重によって単電池の容器本体（即ち内部に電極体や電解質を収容する外装体）に荷重方向への撓み或いは変形が生じ得るという問題がある。特に、特許文献１に開示された凹凸形状の間隔保持板を備えた組電池では、各単電池の容器に該間隔保持板が密着配置されるため、該間隔保持板の凹凸形状にあわせて単電池の容器が受ける拘束荷重（面圧）にも差（面圧差）が生じ、それゆえ該容器は波板状に変形し易くなる。このような容器の変形によって該容器の内壁と該容器に収容された電極体とが接すると、該容器の波板状の変形を反映（転写）した態様の歪みが電極体の表面に形成され得る。つまり電極体の一部の表面に凸凹や屈曲が形成される虞がある。このような電極体の歪みは電極活物質の偏在化の要因ともなり得、延いては電流分布の不均一化や局所劣化を起こす虞もあるので好ましくない。
上記問題を解決するには厚くて変形し難い材質の容器を使用すれば良いとも思われるが、組電池の軽量化の観点からそのような材質の厚い容器は望ましくない。また、単に容器の変形を防止すればよいというものではなく組電池の放熱性を充分に確保できるものでなければならない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、組電池の放熱性を確保しつつ組電池を構成する各単電池内の電極体の形態、特に所定の配列方向に荷重が加えられて拘束された状態における電極体の形態を維持することができる組電池とその製造方法を提供することである。

本発明によって提供される組電池は、複数の充放電可能な単電池が直列に接続されて構成された組電池である。

本発明の組電池は、正極および負極を備える電極体と、該電極体および電解質を収容する容器とを備える単電池を複数備えており、上記複数の単電池は、所定方向に配列され且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束されている。そして、上記配列された単電池間の間隙の少なくとも一箇所には、該単電池とともに上記配列方向に荷重が加えられた状態で拘束される間隔保持板が配置されている。また、上記間隔保持板は、隣接する単電池の容器側壁に対向する面であって上記拘束時に該単電池容器側壁を押圧する押圧面を有しており、該押圧面には上記拘束時に単電池容器側壁に押しつけられる押圧凸部と該拘束時に該単電池容器側壁に接触しない非接触凹部とが形成されている。また、上記押圧面により押圧される単電池の容器内には、上記容器側壁と上記電極体との間に該容器側壁に沿って間隙充填シートが挿入されている。

そして、上記間隙充填シートの電極体に対向する面側はフラットに形成され、且つ、該シートの容器側壁に対向する面側はシート肉厚部に相当する厚肉凸部とシート肉薄部に相当する薄肉凹部とから成る凹凸構造が形成されていることを特徴とする。

なお、本明細書において「単電池」とは、組電池を構成するために相互に直列接続され得る個々の蓄電素子を指す用語であり、特に限定しない限り種々の組成の電池、キャパシタを包含する。また、「二次電池」とは、繰り返し充電可能な電池一般をいい、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池を包含する。

リチウムイオン電池を構成する蓄電素子は、ここでいう「単電池」に包含される典型例であり、そのような単電池を複数備えて成るリチウムイオン電池モジュールは、ここで開示される「組電池」の典型例である。

上記構成の組電池では、間隙充填シートを緩衝壁材として使用し、各単電池の容器内における容器側壁と電極体との間に該緩衝壁材を挿入することにより、所定の方向に配列された複数の単電池が該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束される際に容器側壁が変形したとしても、該変形した容器側壁と容器内に収容された電極体とが接することを回避できるので、該単電池の容器内部に収容される電極体の歪みを防止することができる。

このように、間隙充填シートを緩衝壁材として挿入して電極体の形態を維持することにより、該電極体の歪みが電池性能に及ぼす悪影響（例えば、電極体の偏りに伴う電極活物質の偏在に起因する電流分布の不均一化や局所劣化）を未然に防止することができる。

また、本構成の組電池では、間隙充填シートの容器側壁に対向する面側は厚肉凸部と薄肉凹部とから成る凹凸構造が形成されているので、薄肉凹部と該容器側壁との間に空隙（間隙充填シートの空隙）を形成することができる。換言すると、厚みの薄い薄肉凹部を一部に設けることにより間隙充填シートの表面積を大きくすることができる。これにより、間隙充填シートの放熱効率は高まり、容器内で発生した熱を間隙充填シートの空隙へと速やかに放散することができる。間隙充填シートの空隙に放散された熱は容器側壁を介して単電池の容器の外部へと速やかに放散されるので、本構成の組電池によると、組電池の放熱性を向上させることができる。

ここで開示される組電池のある好適な一態様において、上記間隔保持板および間隙充填シートは、上記拘束時に上記間隔保持板の押圧凸部の少なくとも一部分が上記容器側壁を挟んで上記間隙充填シートの厚肉凸部と対向し得る位置関係となるように配置されていることを特徴とする。

間隔保持板及び間隙充填シートに形成された各凹凸部が、容器側壁を挟んで互い違いになるように配置されている場合（即ち間隔保持板の押圧凸部と間隙充填シートの薄肉凹部、及び、間隔保持板の非接触凹部と間隙充填シートの厚肉凸部とがそれぞれ対向するように配置されている場合）には、例えば容器側壁を介して押圧凸部と薄肉凹部とが嵌合することによって該容器側壁が変形する虞があるが、上記構成の組電池では少なくとも一部において押圧凸部と厚肉凸部とを対向させることによって、押圧凸部の押圧により加わった押圧荷重を厚肉凸部で受け止める事ができ、それゆえ、容器側壁に波板状の変形が生じることを防止することができる。

ここで開示される組電池の好適な他の一態様では、上記間隔保持板および間隙充填シートは、上記拘束時に上記間隔保持板の非接触凹部の少なくとも一部分が上記容器側壁を挟んで上記間隙充填シートの薄肉凹部と対向し得る位置関係となるように配置されていることを特徴とする。

上記構成の組電池では、間隙充填シートの薄肉凹部と容器側壁との間に形成された空隙（間隙充填シートの空隙）と、間隔保持板の非接触凹部と容器側壁との間に形成された空隙（間隔保持板の空隙）とが該容器側壁を挟んで連なるように（即ち容器側壁を取り除くと両空隙が繋がるように）形成されている。これにより、間隙充填シートの空隙に放散された熱は容器側壁を介して間隔保持板の空隙へと直接的に放散されるので、組電池の放熱特性を一層向上させることができる。

なお、上述してきた一態様において、特に好ましくは、上記複数の単電池のそれぞれにはシート状正極とシート状負極とが捲回されて成る扁平形状の捲回電極体が備えられており、上記複数の単電池は、上記捲回電極体の扁平面が対向するように配列され且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束されており、上記複数の単電池の少なくとも一つについて上記容器側壁と上記捲回電極体の扁平面との間に上記間隙充填シートが挿入されていることを特徴とする。捲回電極体はその構造上拘束時に変形し易いが、本態様の発明によると、かかる捲回電極体の形状をより確実に安定化することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項（例えば、組電池の構成要素たる単電池の構造、間隙充填材の形状）以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、正極、負極およびセパレータの構成および製法、単電池の拘束方法、車両への組電池搭載方法）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
図１を参照しながら本実施形態の組電池１０の構成について説明する。図１は本実施形態の組電池１０の構成を模式的に示す斜視図である。

組電池１０は、複数の充放電可能な単電池２０が直列に接続されて構成されている。図示した例では、同形状の４個の単電池２０が一定の間隔で直列に配列されている。

単電池２０は、正極および負極を備える電極体８０と、該電極体８０および電解質を収容する容器５０とを備える。本実施形態の電極体８０は、典型的な組電池に装備される単電池と同様、所定の電池構成材料（正負極それぞれの活物質、正負極それぞれの集電体、セパレータ等）から構成されている。また、ここでは電極体８０として後述する扁平形状の捲回電極体８０が用いられている。

本実施形態の容器５０は扁平形状の捲回電極体８０を収容し得る形状（図示した例では箱型）を有する。また、容器５０の材質は、典型的な単電池で使用されるものと同じであればよく特に制限はないが、組電池自体の軽量化の観点から、例えば薄い金属製或いは合成樹脂製の容器が使用され得る。

容器５０の上面には、捲回電極体８０の正極と電気的に接続する正極端子６０および負極と電気的に接続する負極端子６２が設けられている。そして、隣接する単電池２０間において一方の正極端子６０と他方の負極端子６２とが接続具６４によって電気的に接続される。このように各単電池２０を直列に接続することにより、所望する電圧の組電池１０が構築（製造）される。

次に、図２も加えて、本実施形態の複数の単電池２０の配列及び複数の単電池２０を拘束する方法について説明する。図２は、図１に示す組電池１０の構成を側面からみた側面模式図である。

本実施形態の単電池２０は、所定方向に配列され且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束されている。具体的には、複数の単電池２０は、それぞれの正極端子６０および負極端子６２が交互に配置されるように一つずつ反転させて配置されており、容器５０の側壁５２（容器５０の幅広な面、即ち容器５０内に収容される後述する捲回電極体８０の扁平面に対応する面）が対向する方向に配列される。

そして、配列させた単電池２０の周囲には、複数の単電池２０をまとめて拘束する拘束部材が配備される。即ち、単電池配列方向の最外側に位置する単電池２０の更に外側には、一対の拘束板７０Ａ，７０Ｂが配置される。また、当該一対の拘束板７０Ａ，７０Ｂを架橋するように締付け用ビーム材７２が取り付けられる。そして、ビーム材７２の端部をビス７４により拘束板７０Ａ，７０Ｂに締め付け且つ固定することによって上記単電池２０をその配列方向に所定の荷重（例えば容器側壁５２が受ける面圧が２×１０^６〜５×１０^６Ｐａ程度）が加わるように拘束することができる。ビーム材７２の締め付け具合に応じたレベルで、締め付け方向（即ち配列方向）への拘束荷重（面圧）が各単電池２０の容器側壁５２に加えられる。

また、このように拘束された単電池２０間の間隙の少なくとも一箇所（図示した例では配列する各単電池２０間及び単電池配列方向の両アウトサイド）には間隔保持板４０が配置される。本実施形態の間隔保持板４０は、隣接する単電池２０の容器側壁５２に密接して配置されており、充放電時には単電池２０内で発生する熱を放散させるための放熱部材としての役割を持つ。即ち、間隔保持板４０は横方向に直線状に形成された凸部４２と凹部４４が交互に形成された凹凸形状（即ち櫛型のような側面からみて凹凸形状）の面を有しており、該凹部４４と単電池２０の容器側壁５２との間に形成された空隙４６（間隔保持板４０の空隙４６）に冷却用媒体（典型的には空気）を導入することによって、単電池２０で発生する熱を放散させることができる。

なお、間隔保持板４０は、放熱部材として機能し得る材料で構成されるのが好ましい。例えば、熱伝導性の良い金属製若しくは軽量で硬質なポリプロピレンその他の合成樹脂製の間隔保持板が好適である。また、間隙保持板４０の凹凸形状の寸方の一例を挙げると、直線状に形成された凸部４２の幅は０．２ｃｍ程度であり、直線状に形成された凹部４４の幅は０．８ｃｍ程度、深さは０．２ｃｍ程度とすることができるが、これらの凹凸形状の寸方は組電池１０の使用条件などにあわせて適宜変更することができる。例えば組電池の放熱性を向上させたい時には凹部４４の幅寸方及び／又は深さ寸方が大きな間隔保持板を用いればよい。

図２に示すように間隔保持板４０は、拘束部材７０によって該単電池２０とともに配列方向に荷重が加えられた状態で拘束される。このとき間隔保持板４０は隣接する単電池２０の間に密接配置されているため、拘束時には単電池２０の容器側壁５２が当該間隔保持板４０の押圧面（容器側壁５２に対向する面）によって押圧される（即ち荷重がかかる）こととなる。そして、間隔保持板４０の押圧面が凹凸形状である場合には、厚みの厚い凸部４２（押圧凸部４２）は容器側壁５２に押しつけられて該容器側壁５２と接触し、一方厚みの薄い凹部４４（非接触凹部４４）は該容器側壁５２には接触しない状態となる。この状態において、容器側壁５２が押圧面から受ける面圧は、押圧凸部４２と接する部位において相対的に大きくなり、一方非接触凹部４４と対向する部位において相対的に小さくなる。つまり、容器側壁５２が受ける面圧は押圧面の凹凸形状に応じて差が生じ得る。

上述したように本実施形態の容器５０は軽量化の観点から歪みやすい材質（例えば合成樹脂）で構成されているため、荷重の程度によっては容器側壁５２が受ける面圧差（押圧凸部４２による部分的な押圧）によって単電池２０の容器側壁５２に波板状の変形が生じ得る。

次に、図３を参照しながら、本実施形態の単電池２０の容器５０内の構成について説明する。図３は拘束状態の単電池２０の容器５０内の状態と単電池２０の周辺構造を模式的に示す断面図である。

押圧面により押圧される単電池２０の容器５０内には電極体８０が収容されている。本実施形態の電極体８０は上述したように扁平形状の捲回電極体８０である。

また、電極体８０と容器側壁５２との間には該容器側壁５２に沿って間隙充填シート９０が挿入されている。本実施形態の間隙充填シート９０は絶縁性樹脂からなるシート状の部材である。ここでは間隙充填シートは各単電池２０の容器５０内の隙間を塞ぐように電極体８０の両側方に挿入されている。なお、図示した例では電極体８０の図中左側には凹凸のある間隙充填シート９０が配置され、電極体８０の図中右側には凹凸のない間隙充填シート９１が配置されている。

このように間隙充填シート９０を用いることによって、各単電池２０の容器５０内に収容された電極体８０の変形を防止することができる。即ち、複数の単電池２０が配列方向に拘束された際に、単電池２０の容器側壁５２が歪んだ場合（例えば容器側壁５２が受ける面圧差によって容器側壁５２が波板状に変形した場合）には、変形した容器側壁５２（容器５０の内部側の側壁）と電極体８０とが接することにより該容器側壁５２の変形を反映（転写）した態様の歪みが電極体の表面に形成され得るが、上記構成では、間隙充填シート９０が緩衝壁即ちバリアとなって、変形した容器側壁５２と電極体８０とが接することを回避できるので、当該変形を反映（転写）した態様の歪みが電極体８０の表面に形成されること（例えば容器側壁５２の波板状の変形を反映する歪みとして電極体８０の一部の表面に凸凹や屈曲が形成されること）を防止することができる。

このように間隙充填シート９０を緩衝壁材として挿入して電極体８０の形態を維持することにより、該電極体８０の変形が電池性能に及ぼす悪影響（例えば、電極体８０の偏りに伴う電極活物質の偏在に起因する電流分布の不均一化や局所劣化）を未然に防止することができる。

また、間隙充填シート９０の電極体８０に対向する面９２側はフラット（略平坦）に形成されている。一方、間隙充填シート９０の容器側壁５２に対向する面側はシート肉厚部（シート９０の肉厚が厚い部位）に相当する直線状に形成された厚肉凸部９６とシート肉薄部（シート９０の肉厚が薄い部位）に相当する直線状に形成された薄肉凹部９８とから成る凹凸構造が形成されている。なお、本実施形態では直線状厚肉凸部９６と間隔保持板４０の直線状押圧凸部４２の形成方向が同方向（即ち単電池２０の水平方向）となるように間隙充填シート９０が容器５０内に配置されている。

このように間隙充填シート９０の一部に厚みの薄い薄肉凹部９８を設けることにより、薄肉凹部９８と該容器側壁５２との間に空隙９９（間隙充填シート９０の空隙９９）を形成することができる。換言すると、厚みの薄い薄肉凹部９８を設けることにより間隙充填シート９０の表面積を大きくすることができる。これにより、間隙充填シート９０の放熱効率は高まり、容器５０内で発生した熱を間隙充填シート９０の空隙９９へと速やかに放散することができる。間隙充填シート９０の空隙９９に放散された熱は容器側壁５２を介して冷却用媒体（典型的には空気）が導入される間隔保持板４０の空隙４６へとスムーズに放散されるので、組電池２０の充分な放熱性を確保することができる。

単電池容器内に緩衝壁材として厚手の間隙充填シート９０を挿入すると該単電池容器内に熱が篭りやすくなるため、間隔保持板４０の空隙４６まで熱が伝わり難くなるおそれがある。しかしながら、上記構成では間隙充填シート９０の放熱効率を高めることができ、容器５０内で発生した熱を間隙充填シート９０の空隙９９へと速やかに放散することができるので、厚手の間隙充填シート９０を挿入した場合であっても容器内に篭った熱を間隔保持板４０の空隙４６へと速やかに放散することができる。

つまり本実施形態の組電池１０では、間隙充填シート９０を緩衝壁材として挿入することで拘束時に電極体８０の形態を維持しつつ、間隙充填シート９０の一部に厚みの薄い部位（薄肉凹部９８）を形成することで組電池１０の充分な放熱性を確保している。

なお、間隙充填シート９０は、拘束時に容器側壁５２が受ける拘束荷重を緩衝する緩衝壁材として機能し得る材質及び厚さであることが好ましい。例えば、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂から成る厚肉凸部における厚さ１ｍｍ（１０００μｍ）以上（典型的には１〜６ｍｍ（１０００〜６０００μｍ）、好ましくは３〜４ｍｍ（３０００〜４０００μｍ））の間隙充填シート９０を好適に使用することができる。間隙充填シート９０の材質及び厚さは、組電池１０の構成条件（例えば各単電池を拘束する際に加えられる荷重の大きさや容器側壁と電極体との隙間の寸方など）にあわせて適宜変更することができる。

また、間隙充填シート９０の凹凸形状の寸方は、組電池１０の構成条件などにあわせて適宜変更することができる。例えば、間隙充填シート９０の放熱効率を高めたい場合（延いては組電池１０の放熱性を向上させたい場合）には、薄肉凹部９８の深さ寸法及び幅寸法を大きくして間隙充填シート９０の空隙９９の体積を大きくすればよいが、薄肉凹部９８の割合を増やしすぎると間隙充填シート９０の強度が低下する虞があるので、この場合には厚肉凸部９６の割合を増加すればよい。

なお、間隔保持板４０の押圧面が凹凸形状でない場合（即ち図３の図中右側の間隙保持板のように間隔保持板４０と容器側壁５２とがフラットに接する場合）には、間隔保持板４０の空隙４６まで熱を伝えなくてもよいため、凹凸形状の間隙充填シート９０を用いなくてもよい。この場合には容器側壁５２と電極体８０との隙間を塞ぐため略平坦な間隙充填シート９１を充填することができる。

また、間隔保持板４０および間隙充填シート９０は、拘束時に間隔保持板４０の押圧凸部４２の少なくとも一部分が容器側壁５２を挟んで間隙充填シート９０の厚肉凸部９６と対向し得る位置関係となるように配置される。図３に示した例では間隔保持板４０の押圧凸部４２は、厚肉凸部９６と薄肉凹部９８とに交互に対向するように（即ち一つ飛ばしで厚肉凸部９６に対向するように）配置されている。

間隔保持板４０及び間隙充填シート９０に形成された各凹凸部が容器側壁５２を挟んで互い違いになるように配置されると、例えば容器側壁５２を介して押圧凸部４２と薄肉凹部９８とが嵌合することによって該容器側壁５２が変形する虞があるが、上記構成では押圧凸部４２に対向して厚肉凸部９６が設けられるので、押圧凸部４２による部分的な押圧荷重を該厚肉凸部９６で受け止めることができ、それゆえ容器側壁５２の変形を防止することができる。つまり、厚肉凸部９６に対向する位置に押圧凸部４２を配置することにより容器側壁５２の強度を増強することができる。

なお、図３の例では間隔保持板４０の押圧凸部４２が間隙充填シート９０の厚肉凸部９６と対向して配置された例を示したが、そのような構成のものに限定されず、例えば図４に示すように間隔保持板４０及び間隙充填シート９０に形成された各凹凸部が容器側壁５２を挟んで互い違いになるように配置されてもよい。このとき間隔保持板４０及び間隙充填シート９０は容器側壁５２を挟んで面接触（即ち押圧凸部４２の面と厚肉凸部９６の面とが接触する）ではなく点で接触（例えば押圧凸部４２の角と厚肉凸部９６の角とが点５４で接触）する構成になるが、このような構成によっても上記嵌合を防止することができる。

あるいは図５に示すように、間隔保持板４０および間隙充填シート９０は拘束時に間隔保持板４０の非接触凹部４４の少なくとも一部分が容器側壁５２を挟んで間隙充填シート９０の薄肉凹部９８と対向するように配置することができる。つまり、この構成の組電池１０では、間隔保持板４０の空隙４６と間隙充填シート９０の空隙９９とが該容器側壁５２を挟んで連なるように（即ち容器側壁５２を取り除くと両空隙４６及び９９が繋がるように）形成されている。これにより、間隙充填シート９０の空隙９９に放散された熱は容器側壁５２を介して間隔保持板４０の空隙４６へと直接的に放散されるので、組電池１０の放熱性を一層向上させることができる。

続いて本実施形態で使用され得る単電池２０の構成及び単電池２０を構成する各材料などについて詳述する。本実施形態に係る組電池１０は、充放電可能な二次電池を単電池２０とし、そのような単電池２０を複数個直列に接続して成る組電池１０であればよく、単電池２０の構成は特に制限されない。ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ等が本発明の実施に好適な単電池の構成として挙げられる。特に本発明の実施に好適な単電池の構成はリチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は高エネルギー密度で高出力を実現できる二次電池であるため、高性能な組電池、特に車両搭載用組電池（電池モジュール）を構築することができる。

また、上述したように単電池２０は正極および負極を備える電極体８０と、該電極体８０および電解質を収容する容器５０とを備える。

まず、容器５０の構成について説明すると、容器５０の材質は従来の単電池で使用されるものと同じであればよく特に制限はないが、比較的軽量な材質が挙げられる。例えば、好ましくは表面に絶縁用樹脂コーティングが施されているような金属製容器、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂その他の合成樹脂製容器が好適である。或いは、電池の外装体として従来使用されている樹脂フィルム製容器、例えば高融点樹脂（例えばポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド系樹脂）から構成された外面（保護）層と、金属箔（例えばアルミニウム、スチール）から構成されたバリア層（即ちガスや水分を遮断し得る層）と、熱融着性樹脂（比較的低融点である樹脂、例えばエチレンビニルアセテート、或いはポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂）から構成された接着層との三層構造から成るラミネートフィルム製の容器であってもよい。なお、本実施形態ではポリプロピレン製の可撓性容器５０を使用している。

次に、図６を参照しながら、容器５０内に収容される捲回電極体８０の構成について詳述する。本実施形態に係る捲回電極体８０は、通常のリチウムイオン電池の捲回電極体と同様、シート状正極８２（以下「正極シート８２」という。）とシート状負極８４（以下「負極シート８４」という。）を計２枚のシート状セパレータ８６（以下「セパレータシート８６」という。）と共に積層し、さらに当該正極シート８２と負極シート８４とをややずらしつつ捲回し、次いで得られた捲回体を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって作製される扁平形状の捲回電極体８０である。

図６に示すように、かかる捲回電極体８０の捲回方向に対する横方向において、上記のとおりにややずらしつつ捲回された結果として、正極シート８２および負極シート８４の端の一部がそれぞれ捲回コア部分８１（即ち正極シート８２の正極活物質層形成部分と負極シート８４の負極活物質層形成部分とセパレータシート８６とが密に捲回された部分）から外方にはみ出ている。かかる正極側はみ出し部分（即ち正極活物質層の非形成部分）８２Ａおよび負極側はみ出し部分（即ち負極活物質層の非形成部分）８４Ａには、正極リード端子８２Ｂおよび負極リード端子８４Ｂがそれぞれ付設されており、それぞれ、上述の正極端子６０および負極端子６２と電気的に接続される。

なお、かかる捲回電極体８０を構成する材料および部材自体は、従来のリチウムイオン電池の電極体と同様でよく、特に制限はない。例えば、正極シート８２は長尺状の正極集電体の上にリチウムイオン電池用正極活物質層が付与されて形成され得る。正極集電体にはアルミニウム箔（本実施形態）その他の正極に適する金属箔が好適に使用される。正極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２等が挙げられる。例えば、長さ２〜４ｍ（例えば２．７ｍ）、幅８〜１２ｃｍ（例えば１０ｃｍ）、厚さ５〜２０μｍ（例えば１５μｍ）程度のアルミニウム箔を集電体として使用し、その表面の所定領域に常法によってニッケル酸リチウムを主体とするリチウムイオン電池用正極活物質層（例えばニッケル酸リチウム８８質量％、アセチレンブラック１０質量％、ポリテトラフルオロエチレン１質量％、カルボキシメチルセルロース１質量％）を形成することによって好適な正極シート８２が得られる。

一方、負極シート８４は長尺状の負極集電体の上にリチウムイオン電池用負極活物質層が付与されて形成され得る。負極集電体には銅箔（本実施形態）その他の負極に適する金属箔が好適に使用される。負極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム含有遷移金属酸化物や遷移金属窒化物等が挙げられる。例えば、長さ２〜４ｍ（例えば２．９ｍ）、幅８〜１２ｃｍ（例えば１０ｃｍ）、厚さ５〜２０μｍ（例えば１０μｍ）程度の銅箔を使用し、その表面の所定領域に常法によって黒鉛を主体とするリチウムイオン電池用負極活物質層（例えば黒鉛９８質量％、スチレンブタジエンラバー１質量％、カルボキシメチルセルロース１質量％）を形成することによって好適な負極シート８４が得られる。

また、正負極シート８２，８４間に使用される好適なセパレータシート８６としては多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。例えば、長さ２〜４ｍ（例えば３．１ｍ）、幅８〜１２ｃｍ（例えば１１ｃｍ）、厚さ５〜３０μｍ（例えば２５μｍ）程度の合成樹脂製（例えばポリエチレン等のポリオレフィン製）多孔質セパレータシートが好適に使用し得る。なお、電解質として固体電解質若しくはゲル状電解質を使用する場合には、セパレータが不要な場合（即ちこの場合には電解質自体がセパレータとして機能し得る。）があり得る。

なお、単電池の容器内に収容する電極体は上記捲回タイプに限定されない。例えば正極シートと負極シートをセパレータ（或いはセパレータとしても機能し得る固体またはゲル状電解質）と共に交互に積層して成る積層タイプの電極体であってもよい。

続いて、容器５０内に上記捲回電極体８０と共に収容される電解質の構成について説明する。本実施形態の電解質は例えばＬｉＰＦ_６等のリチウム塩である。本実施形態では、適当量（例えば濃度１M）のＬｉＰＦ_６等のリチウム塩をジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒（例えば質量比１：１）のような非水電解液に溶解して電解液として使用している。

捲回電極体８０および間隙充填シート９０を容器５０に収容するとともに、上記電解液を注入して封止することによって本実施形態の単電池２０は構築される。そして、単電池２０を所定の方向に配列し、当該単電池２０及び間隔保持板４０をその配列方向に拘束することによって本実施形態の組電池１０は構築される。

本実施形態に係る組電池１０は、特に自動車等の車両に搭載されるモーター（電動機）用電源として好適に使用し得る。従って、本発明では、図７に模式的に示すように、かかる組電池１０を電源として備える車両（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）１を提供することができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、自動車等の車両に搭載する場合、より多くの単電池が直列に接続され得ると共に、組電池の主要部（単電池群、等）を保護するための外装カバー、車両の所定部位に当該組電池を固定するための部品、複数の組電池（電池モジュール）を相互に連結するための部品等が装備され得るが、このような装備の有無は本発明の技術的範囲を左右するものではない。また、単電池の種類は上述したリチウムイオン電池に限られず、電極体構成材料や電解質が異なる種々の内容の電池、例えばリチウム金属やリチウム合金を負極とするリチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、或いは電気二重層キャパシタであってもよい。

本発明によれば、組電池の放熱性を確保しつつ組電池を構成する各単電池内の電極体の形態を維持可能な組電池を提供することができる。

本実施形態に係る組電池の構成を模式的に示す斜視図である。 図１に示す組電池の構成を側面からみた側面模式図である。 拘束状態の単電池の容器内の状態と単電池の周辺構造を模式的に示す断面図である。 一実施形態に係る拘束状態の単電池の容器内の状態を模式的に示す断面図である。 一実施形態に係る拘束状態の単電池の容器内の状態を模式的に示す断面図である。 捲回電極体の一例を模式的に示す正面図である。 本実施形態の組電池を備えた車両（自動車）を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１ 車両（自動車）
１０ 組電池
２０ 単電池
４０ 間隔保持板
４２ 押圧凸部
４４ 非接触凹部
４６ 空隙
５０ 容器
５２ 容器側壁
６０ 正極端子
６２ 負極端子
６４ 接続具
７０Ａ，７０Ｂ 拘束板
７２ ビーム材
７４ ビス
８０ 電極体
８１ 捲回コア部分
８２ 正極シート
８２Ｂ 正極リード端子
８４ 負極シート
８４Ｂ 負極リード端子
８６ セパレータシート
９０ 間隙充填シート
９１ 間隙充填シート
９６ 厚肉凸部
９８ 薄肉凹部
９９ 空隙

Claims (5)

1. 複数の充放電可能な単電池が直列に接続されて構成された組電池であって、
   正極および負極を備える電極体と、該電極体および電解質を収容する容器とを備える単電池を複数備えており、
   前記複数の単電池は、所定方向に配列され且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束されており、
   前記配列された単電池間の間隙の少なくとも一箇所には、該単電池とともに前記配列方向に荷重が加えられた状態で拘束される間隔保持板が配置されており、
   前記間隔保持板は、隣接する単電池の容器側壁に対向する面であって前記拘束時に該単電池容器側壁を押圧する押圧面を有しており、該押圧面には前記拘束時に単電池容器側壁に押しつけられる押圧凸部と該拘束時に該単電池容器側壁に接触しない非接触凹部とが形成されており、
   前記押圧面により押圧される単電池の容器内には、前記容器側壁と前記電極体との間に該容器側壁に沿って間隙充填シートが挿入されており、
   前記間隙充填シートの電極体に対向する面側はフラットに形成され、且つ、該シートの容器側壁に対向する面側はシート肉厚部に相当する厚肉凸部とシート肉薄部に相当する薄肉凹部とから成る凹凸構造が形成されている、組電池。
2. 前記間隔保持板および間隙充填シートは、前記拘束時に前記間隔保持板の押圧凸部の少なくとも一部分が前記容器側壁を挟んで前記間隙充填シートの厚肉凸部と対向し得る位置関係となるように配置されている、請求項１に記載の組電池。
3. 前記間隔保持板および間隙充填シートは、前記拘束時に前記間隔保持板の非接触凹部の少なくとも一部分が前記容器側壁を挟んで前記間隙充填シートの薄肉凹部と対向し得る位置関係となるように配置されている、請求項２に記載の組電池。
4. 前記複数の単電池のそれぞれにはシート状正極とシート状負極とが捲回されて成る扁平形状の捲回電極体が備えられており、
   前記複数の単電池は、前記捲回電極体の扁平面が対向するように配列され且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束されており、
   前記複数の単電池の少なくとも一つについて前記容器側壁と前記捲回電極体の扁平面との間に前記間隙充填シートが挿入されている、請求項１〜３のいずれかに記載の組電池。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の組電池を備える車両。

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