JP2015138753A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池に作用する面圧をより均一化することができ、二次電池の劣化を抑制することができる電池モジュールを提供する。
【解決手段】扁平な捲回電極群を収容する扁平箱型の電池容器１を備える複数の二次電池１００を該電池容器１の厚さ方向にスペーサを介して積層させた電池モジュールであって、スペーサは、電池容器１の幅広の扁平面１ａに当接する当接部２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄを有し、扁平面１ａの中央領域Ｙ１、Ｚ１に当接する当接部２３２ａの弾性係数が、扁平面１ａの端部領域Ｙ２、Ｚ２に当接する当接部２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄの弾性係数よりも低い。
【選択図】図８

Description

本発明は、複数の角形二次電池によって構成される電池モジュールに関する。

従来、再充電可能な二次電池の分野では、鉛電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池等の水溶液系電池が主流であった。しかしながら、電気機器の小型化、軽量化が進むにつれ、高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池が着目され、その研究、開発及び商品化が急速に進められている。

また、地球温暖化や枯渇燃料の問題から電気自動車（ＥＶ）や駆動の一部を電気モーターで補助するハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）が各自動車メーカーで開発され、その電源として高容量かつ高出力の二次電池が求められるようになってきた。このような要求に合致する電源として、高電圧の非水溶液系のリチウムイオン二次電池が注目されている。特に角形リチウムイオン二次電池は、複数の電池によって電池モジュール（組電池）を構成したときの体積効率が優れているため、ＨＥＶ用またはＥＶ用の電源として開発への期待が高まっている。

ＨＥＶ用あるいはＥＶ用などの用途において、二次電池は、多くの場合、ハイレートと呼ばれる大電流での充放電を繰り返すような使い方がされている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載されているように、捲回状の電極体を有する二次電池では特に、捲回軸方向の中央寄りにおいて、それより外側に比較して内圧が高くなりがちである。また、外装ケースの扁平な形状を維持するような拘束の仕方が選択されていると面圧を均一に保持できず、二次電池の劣化が進行する。

そこで、特許文献１に記載の二次電池アセンブリでは、二次電池の最大面積の側面である被圧迫面に接触する、離散的に設けられた複数の接触部の形状または配置を、被圧迫面への圧迫力が片寄り領域において中央領域より強くなるように選択している。これにより、被圧迫面への圧迫力が片寄り領域において中央領域より強くなるようにして二次電池の内圧を均一化することでき、ハイレートで使用される二次電池であっても面圧を均一に保持することができ、二次電池の劣化の進行を抑制することができることが記載されている。

特許第５１８７４００号公報

特許文献１に記載の二次電池アセンブリにおいて、接触部は、二次電池の被圧迫面に向かって連結部から突出して形成されている。そして、捲回状の電極体における捲回軸方向の中央から外れた部位に対応する両方の片寄り領域での接触部の突出高さが、該片寄り領域の間の中央領域での接触部の突出高さに比較して高くされている。これにより、接触部は、両方の片寄り領域にて被圧迫面をより強く圧迫し、中央領域にて被圧迫面をより弱く圧迫している。

特許文献１に記載の二次電池アセンブリは、捲回状の電極体における捲回軸方向の面圧を均一化することはできるが、被圧迫面に沿う捲回軸方向に垂直な方向における面圧が不均一になる虞がある。この場合、電極体を構成する電極間の距離に差が生じ、二次電池の劣化が進行する虞がある。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、二次電池の電池容器に作用する面圧をより均一化することができ、二次電池の劣化を抑制することができる電池モジュールを提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明の電池モジュールは、扁平な捲回電極群を収容する扁平箱型の電池容器を備える複数の二次電池を該電池容器の厚さ方向にスペーサを介して積層させた電池モジュールであって、前記スペーサは、前記電池容器の幅広の扁平面に当接する当接部を有し、前記扁平面の中央領域における前記当接部の弾性係数が、前記扁平面の端部領域における前記当接部の弾性係数よりも低いことを特徴とする。

本発明の電池モジュールによれば、二次電池の電池容器の扁平面の膨張量が多い中央領域における当接部の弾性係数が、膨張量が少ない端部領域における当接部の弾性係数よりも低いので、当接部の弾性変形によって扁平面の中央領域の変形を許容し、中央領域に作用する面圧を低下させ、扁平面に沿う任意の方向において電池容器に作用する面圧を均一化することができ、二次電池の劣化をより効果的に抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る電池モジュールを示す斜視図。 図１に示す電池モジュールから取外した二次電池とセルホルダの斜視図。 図２に示す二次電池とセルホルダの組立状態を示す斜視図。 図２に示す二次電池の斜視図。 図２に示す二次電池が備える捲回電極群の分解斜視図。 図３のＡ−Ａ線に沿う二次電池とセルホルダのスペーサの概略断面図。 図３のＢ−Ｂ線に沿う二次電池とセルホルダのスペーサの概略断面図。 図６に示すスペーサの当接部の配置を示す二次電池の正面図。 膨張した二次電池の平面図と図６に対応するスペーサの断面図。 膨張した二次電池の側面図と図７に対応するスペーサの断面図。 図８に示すスペーサの当接部の配置の変形例を示す二次電池の正面図。 図８に示すスペーサの当接部の配置の変形例を示す二次電池の正面図。

以下、図面を参照して本発明の電池モジュールの実施の形態について説明する。

（電池モジュール）
図１は、本発明の実施の形態に係る電池モジュールＭの斜視図である。図２は、図１に示す電池モジュールＭから取外した二次電池１００とセルホルダ２００の分解状態を示す斜視図である。図３は、図２に示す二次電池１００とセルホルダ２００の組立状態を示す斜視図である。なお、図２および図３において、後述する当接部の図示は省略している。

本実施形態の電池モジュールＭは、扁平箱型の電池容器１を備える複数の二次電池１００を、電池容器１の厚さ方向にセルホルダ２００を介して積層させた構成を有している。各図に、電池容器１の厚さ方向および二次電池１００の積層方向をＸ軸方向、電池容器１の幅方向をＹ軸方向、電池容器１の高さ方向をＺ軸方向とする、ＸＹＺ直交座標系を示す。

セルホルダ２００は、二次電池１００の積層方向の両端に配置される一対の端部セルホルダ２１０と、二次電池１００の間に配置される複数の中間セルホルダ２２０とによって構成されている。以下の説明では、端部セルホルダ２１０と中間セルホルダ２２０を総称して、セルホルダ２００という場合がある。

図示は省略するが、一対の端部セルホルダ２１０の外側には、一対のサイドプレートが配置され、これら一対のサイドプレートの幅方向両端部が二次電池１００の積層方向に延びる一対のサイドフレームによって締結されている。これにより、端部セルホルダ２１０、中間セルホルダ２２０および二次電池１００からなる積層体の周囲は、一対のサイドプレートと一対のサイドフレームによって固縛され、個々の二次電池１００は、端部セルホルダ２１０と中間セルホルダ２２０との間または一対の中間セルホルダ２２０，２２０の間に挟持されて固定されている。

端部セルホルダ２１０は、概ね中間セルホルダ２２０を電池容器１の幅方向（Ｙ軸方向）に沿う扁平面１ａに沿って二分割した構成を有し、中間セルホルダ２２０との間に二次電池１００を保持している。したがって、以下の説明では中間セルホルダ２２０の構成について説明し、端部セルホルダ２１０の構成については説明を省略する。

中間セルホルダ２２０は、電池容器１の幅方向両側の側面１ｂに対向して配置される長方形板状の一対の側板２２１と、電池容器１の幅方向に延びて電池容器１の下端面１ｄに対向して配置される長方形板状の底板２２２と、電池容器１の幅方向に沿う幅広の扁平面１ａに対向するスペーサ２３０とを備えている。複数の二次電池１００は、電池容器１の厚さ方向にスペーサ２３０を介して積層されている。

一対の側板２２１は、電池容器１の幅方向に対向し、電池容器１の厚さ方向（Ｘ軸方向）において、スペーサ２３０の両側にそれぞれ電池容器１の厚さの約半分ずつの幅を有している。側板２２１の幅は、電池容器１の厚さ方向の両側に一対のセルホルダ２００を配置したときに、電池容器１の厚さ方向に隣接する一対の側板２２１の端部同士が電池容器１の厚さの約半分の位置で当接するか、または僅かな隙間をあけて対向するように設定されている。側板２２１の中央部には、開口部２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃが形成されている。開口部２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃは、スペーサ２３０を介して隣接する一対の電池容器１の扁平面１ａの間に形成される空間に連通している。

底板２２２は、電池容器１の幅方向に延びて、側板２２１と同様にスペーサ２３０の両側にそれぞれ電池容器１の厚さの約半分ずつの幅を有し、一対の側板２２１の下端部を連結して電池容器１の下端面１ｄに対向している。底板２２２のＸ軸方向の幅は、側板２２１と同様に、電池容器１の厚さ方向の両側に一対のセルホルダ２００を配置したときに、電池容器１の厚さ方向に隣接する一対の底板２２２の端部同士が電池容器１の厚さの約半分の位置で当接するか、または僅かな隙間をあけて対向するように設定されている。

スペーサ２３０は、電池容器１の幅方向に延びて対向する一対の側板２２１を連結し、電池容器１の扁平面１ａに対向している。スペーサ２３０は、電池容器１の高さ方向（Ｚ軸方向）に扁平面１ａに沿って間隔を開けて配置された上端部スペーサ２３１、中間部スペーサ２３２および下端部スペーサ２３３を備えている。上端部スペーサ２３１、中間部スペーサ２３２および下端部スペーサ２３３は、隣接する二つの二次電池１００の電池容器１の扁平面１ａの間に配置され、扁平面１ａに対向して配置される。

上端部スペーサ２３１は、中間部スペーサ２３２および下端部スペーサ２３３よりもＺ軸方向の幅が広くなっている。上端部スペーサ２３１の幅は、後述する捲回電極群４０の湾曲部４０ｃと電池容器１の上端面１ｃとの間の寸法（図７参照）に対応している。上端部スペーサ２３１と下端部スペーサ２３３との間には、複数の中間部スペーサ２３２が電池容器１の高さ方向に間隔を開けて配置されている。中間部スペーサ２３２同士の間隔は、中間部スペーサ２３２と上端部スペーサ２３１または下端部スペーサ２３３との間隔よりも広くなっている。これにより、電池容器１の高さ方向両端における側板２２１の開口部２２１ａ、２２１ｃの高さ方向の寸法よりも、その間の複数の開口部２２１ｂの高さ方向の寸法が大きくされている。

上端部スペーサ２３１、中間部スペーサ２３２および下端部スペーサ２３３は、電池容器１の高さ方向（Ｚ軸方向）に互いに間隔を開けて配置されることで、角形二次電池１００の電池容器１の幅広の扁平面１ａに沿って、その幅方向（Ｙ軸方向）に延びる複数のスリットＳ１、Ｓ２、Ｓ３を形成している。各スペーサ２３１、２３２、２３３間の間隔に対応して、上端部スペーサ２３１と中間部スペーサ２３２との間、および中間部スペーサ２３２と下端部スペーサ２３３との間には、Ｚ軸方向の幅が比較的狭いスリットＳ１、Ｓ３が形成されている。また、中間部スペーサ２３２同士の間には、Ｚ軸方向の幅が比較的広いスリットＳ２が形成されている。

電池容器１の上端面１ｃ側のスリットＳ１は、対向する側板２２１、２２１の開口部２２１ａ、２２１ａを連通し、中間部スペーサ２３２同士の間のスリットＳ２は、開口部２２１ｂ、２２１ｂを連通し、電池容器１の下端面１ｄ側のスリットＳ３は、開口部２２１ｃ、２２１ｃを連通している。これにより、スリットＳ１、Ｓ２、Ｓ３に冷却媒体を通過させ、二次電池１００の電池容器１の扁平面１ａを冷却できるようになっている。

端部セルホルダ２１０および中間セルホルダ２２０は、例えば、ガラスエポキシ樹脂、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ナイロン樹脂などの樹脂材料や複合樹脂材料、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、マグネシウム合金、ステンレスなどの金属材料、または樹脂と金属の複合材によって構成することができる。また、樹脂材料を使用する場合は難燃性状を有していることが望ましい。

（二次電池）
次に、本実施の形態の電池モジュールＭに用いられる二次電池１００の構成の一例について詳細に説明する。図４は、図２に示す二次電池１００の斜視図である。

二次電池１００は、扁平な矩形箱型の電池容器１を備えている。電池容器１内には、後述する扁平な捲回電極群４０が収容されている（図６および図７参照）。電池容器１は、上部開口を有する扁平な直方体形状の電池缶１０と、該電池缶１０の上部開口を密閉して封止する電池蓋２０とによって構成されている。電池缶１０および電池蓋２０の材料としては、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いることができる。電池缶１０は、例えば、これらの材料に深絞り加工を施すことによって形成されている。

電池容器１は、扁平箱型の直方体形状を有することで、電池容器１の幅方向（Ｙ軸方向）に沿う電池缶１０の側面であって最大面積を有する一対の扁平面１ａと、電池容器１の厚さ方向（Ｘ軸方向）に沿う電池缶１０の側面であって扁平面１ａよりも面積が小さい側面１ｂと、電池蓋２０の表面である上端面１ｃと、電池缶１０の底面である下端面１ｄとを有している。

電池蓋２０は、電池缶１０の上端部の全周に、例えばレーザ溶接によって接合されることで、電池缶１０の上部開口を封止している。電池蓋２０は、長方形の板状に形成され、長手方向の一端と他端に、それぞれ絶縁部材２１を介して正極、負極端子２、３が設けられ、電池容器１内の図示を省略する集電板と接続されて蓋組立体が構成されている。また、電池蓋２０には、注液口２２とガス排出弁２３とが設けられている。注液口２２は、電池蓋２０を電池缶１０に接合した後に電池容器１内に電解液を注入するのに用いられ、電解液の注入後に注液栓２４が溶接されて封口される。

正極、負極端子２、３は、電池蓋２０の外側に配置される外部端子２ａ、３ａと、電池蓋２０を貫通して一端が外部端子２ａ、３ａに導通接続される接続端子２ｂ、３ｂを有している。接続端子２ｂ、３ｂの他端は、電池蓋２０の内側に絶縁部材を介して配置される正極、負極集電板に接続されている。正極側の外部端子２ａ、接続端子２ｂおよび集電板は、アルミニウム合金で製作され、負極側の外部端子３ａ、接続端子３ｂおよび集電板は、銅合金で製作されている。外部端子２ａ、３ａには、バスバーを締結するためのボルト２ｃ、３ｃが突設されている。

ガス排出弁２３は、例えば、電池蓋２０をプレス加工によって部分的に薄肉化することで形成されている。なお、電池蓋２０の貫通孔に薄膜部材を例えばレーザ溶接等により取り付けてガス排出弁２３としてもよい。ガス排出弁２３は、例えば過充電等の異常によって二次電池１００が発熱して電池容器１の内部でガスが発生し、電池容器１内の圧力が所定圧力まで上昇したときに開裂し、電池容器１の内部のガスを外部に放出することで、電池容器１内の圧力を低減する。

図５は、二次電池１００の電池容器１内に収容される捲回電極群４０を展開した状態を示す分解斜視図である。

捲回電極群４０は、正極、負極電極４１、４２と、セパレータ４３、４４とを交互に重ねて積層させた電極積層体を、図示しない軸芯の周りに捲回して扁平状に成形することで設けられている。捲回電極群４０は、扁平形状に形成されることで、平坦な表面を有する一対の平坦部４０ｂと、該平坦部４０ｂの上下両端に連続する湾曲した表面を有する一対の湾曲部４０ｃとを有している。正極、負極電極４１、４２とセパレータ４３、４４は、平坦部４０ｂにおいて平坦な状態で積層され、湾曲部４０ｃにおいて半円筒状に湾曲した状態で積層されている。

正極電極４１は、例えば、アルミニウム箔等からなる正極金属箔４１ａを備え、正極金属箔４１ａの表裏両面に形成された正極合剤層４１ｂを有している。帯状の正極金属箔４１ａの幅方向の一側は、正極合剤層４１ｂが塗工されず、正極金属箔４１ａを露出させた箔露出部４１ｃとされている。

負極電極４２は、例えば、銅箔等からなる負極金属箔４２ａを備え、負極金属箔４２ａの表裏両面に形成された負極合剤層４２ｂを有している。帯状の負極金属箔４２ａの幅方向の一側は、負極合剤層４２ｂが塗工されず、負極金属箔４２ａが露出された箔露出部４２ｃとされている。

正極合剤層４１ｂは、例えば、以下のように製作することができる。まず、正極活物質として層状ニッケルコバルトマンガン酸リチウム（化学式Ｌｉ（Ｎｉ_xＣｏ_yＭｎ_1-x-y）Ｏ_２）１００重量部に対し、導電材として合計１０重量部の鱗片状黒鉛やアセチレンブラックと結着剤として４重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという）とを添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという）を添加し、混練して正極スラリーを製作する。次に、この正極スラリーを、例えば、厚さ１５μｍのアルミニウム箔の両面に箔露出部４１ｃを残して塗布することで正極合剤層４１ｂを形成する。その後、乾燥、プレス、裁断の各工程を経て、例えば、アルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部の厚さ（表裏両面の合計）が７０μｍの正極電極４１を得ることができる。

負極合剤層４２ｂは、例えば、以下のように製作することができる。まず、負極活物質として黒鉛質炭素粉末１００重量部に対して、増粘調整剤としてカルボキシメチルセルロース（以下、ＣＭＣという）水溶液を添加、混合後に、結着剤として１重量部のスチレン・ブタジエンゴム（以下、ＳＢＲという）を添加し、混練後に粘度調整して負極スラリーを製作する。次に、この負極スラリーを、例えば、厚さ１０μｍの銅箔の両面に箔露出部４２ｃを残して塗布することで負極合剤層４２ｂを形成する。その後、乾燥、プレス、裁断の各工程を経て、例えば、銅箔を含まない負極活物質塗布部の厚さ（表裏両面の合計）が４０μｍの負極電極４２を得ることができる。

セパレータ４３、４４を介して正極電極４１と負極電極４２を重ねて捲回し、捲回電極群４０を製作するには、まず、図示しない軸芯にセパレータ４３、４４の各先端部を溶着させ、セパレータ４３、４４と、正極、負極電極４１、４２とを交互に重ねて捲回する。このとき、正極電極４１の巻始め側端部が負極電極４２の巻始め側端部よりも捲回後の捲回電極群４０の内側に位置するように、正極電極４１の巻始め側端部を負極電極４２の巻始め側端部よりも軸芯側に配置して捲回する。

ここで、捲回電極群４０の軸芯と平行な方向、すなわち帯状の正極電極４１、負極電極４２の幅方向と平行な方向を軸Ｄ方向と定義する。この場合、正極電極４１の箔露出部４１ｃと負極電極４２の箔露出部４２ｃとは、捲回電極群４０の軸Ｄ方向の一端と他端に位置するように配置する。すなわち、正極、負極電極４１、４２は、軸Ｄ方向の両端に箔露出部４１ｃ、４２ｃが位置するように積層して捲回されている。

負極合剤層４２ｂの幅、すなわち軸Ｄ方向の寸法は、正極合剤層４１ｂの幅よりも広くされている。また、セパレータ４３の幅は、捲回電極群４０の一方の側縁において、正極電極４１の箔露出部４１ｃがセパレータ４３から露出する寸法とされている。セパレータ４４の幅は、捲回電極群４０の他方の側縁において、負極電極４２の箔露出部４２ｃがセパレータ４４から露出する寸法とされている。

捲回電極群４０の巻始め側、換言すれば、軸芯側には空洞部４０ａが形成されている。また、捲回電極群４０の巻終り側は、最外周がセパレータ４４であり、その内側が負極電極４２である。従って、正極合剤層４１ｂは、巻始め側から巻終り側まで、幅方向のすべての部分が負極合剤層４２ｂの間に配置されている。

図６は、図３のＡ−Ａ線に沿うＸＹ平面に平行な面で切断した二次電池１００と中間セルホルダ２２０の概略断面図である。図７は、図３のＢ−Ｂ線に沿うＸＺ平面に平行な面で切断した二次電池１００とセルホルダ２００の概略断面図である。なお、各図において、電池容器１の厚さ方向両側に配置された二つのセルホルダ２００のうち、一方の図示を省略している。また、捲回電極群４０の図示を簡略化し、電池容器１内に収容された集電板、絶縁部材、絶縁シート、電解液、電池蓋２０に設けられた正極、負極端子２、３等、電池容器１と捲回電極群４０以外の構成の図示を省略している。

捲回電極群４０は、図５に示す軸Ｄ方向の両端の箔露出部４１ｃ、４２ｃが、それぞれ平坦部４０ｂにおいて束ねられて接合されることで、図６に示す接合部４１ｄ、４２ｄが形成されている。捲回電極群４０は、接合部４１ｄ、４２ｄがそれぞれ不図示の正極、負極集電板に、例えば、超音波溶接によって接合されることで、正極、負極集電板を介して電池蓋２０に固定される。これにより、正極、負極電極４１、４２の箔露出部４１ｃ、４２ｃが、それぞれ正極、負極端子２、３に電気的に接続されている。

また、捲回電極群４０は、不図示の正極、負極集電板によって、軸Ｄ方向が電池缶１０の扁平面１ａおよび下端面１ｄに沿って、好ましくはこれらに平行に配置されるように支持されている。これにより、捲回電極群４０の軸Ｄ方向は、電池容器１の幅方向（Ｙ軸方向）と平行になる。捲回電極群４０が電池容器１に収容された状態で、平坦部４０ｂは、電池容器１の扁平面１ａに対向し、一対の湾曲部４０ｃ，４０ｃは、それぞれ電池容器１の上端面１ｃと下端面１ｄ、すなわち電池蓋２０の下面と電池缶１０の底面に対向している。捲回電極群４０と電池容器１との間には、不図示の絶縁シートが配置されている。

二次電池１００を組み立てる際には、まず、電池蓋２０、絶縁部材２１、正極端子２、負極端子３、絶縁部材、集電板、捲回電極群４０等からなる蓋組立体を構成する。次に、蓋組立体に固定した捲回電極群４０を電池缶１０の上部開口から挿入し、電池蓋２０を電池缶１０の上部開口に封止溶接する。次いで、注液口２２から電池容器１内に非水電解液を注入し、その後、注液口２２に注液栓２４を封止溶接することによって、二次電池１００が製作される。非水電解液としては、例えばエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：２の割合で混合した混合溶液中へ六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１モル／リットルの濃度で溶解したものを用いることができる。

（スペーサ）
次に、セルホルダ２００が備えるスペーサ２３０について、詳細に説明する。図８は、スペーサ２３０が備える当接部２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄの配置を示す二次電池１００の正面図である。

図１に示す電池モジュールＭは、複数の二次電池１００がセルホルダ２００を介して電池容器１の厚さ方向（Ｘ軸方向）に積層されることで、図２および図３に示すスペーサ２３０を介して複数の二次電池１００を厚さ方向に積層させた構成を有している。スペーサ２３０は、電池容器１の扁平面１ａに当接する当接部２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄを有している。当接部２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄは、扁平面１ａに対向する中間部スペーサ２３２に設けられ、電池容器１の高さ方向（Ｚ軸方向）に扁平面１ａに沿って、複数の当接部２３２ａ、２３２ｃと複数の当接部２３２ｂ、２３２ｄが配置されている。

当接部２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄは、例えば、シリコーン樹脂等の弾性を有する樹脂材料によって構成することができる。また、当接部２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄと中間部スペーサ２３２との接合は、例えば、接着やろう付けなどを当接部２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄの材質に応じて適宜選択することができる。

図６および図８に示すように、電池容器１の幅方向（Ｙ軸方向）において、電池容器１の扁平面１ａの中央領域Ｙ１に設けられた当接部２３２ａの弾性係数は、中央領域Ｙ１の両側の端部領域Ｙ２に設けられた当接部２３２ｂの弾性係数よりも低くされている。同様に、中央領域Ｙ１に設けられた当接部２３２ｃの弾性係数は、端部領域Ｙ２に設けられた当接部２３２ｄの弾性係数よりも低くされている。

ここで、電池容器１の幅方向における中央領域Ｙ１は、例えば、電池容器１の扁平面１ａが捲回電極群４０の平坦部４０ｂの中央部に対向する領域である。端部領域Ｙ２は、角形の電池容器１の角部を含む側面１ｂと中央領域Ｙ１との間の領域であり、扁平面１ａの周縁部を含む中央領域Ｙ１の外側の領域である。端部領域Ｙ２において、扁平面１ａは捲回電極群４０の接合部４１ｄ、４２ｄおよびその近傍に対向している。

図７および図８に示すように、電池容器１の高さ方向（Ｚ軸方向）において、電池容器１の扁平面１ａの中央領域Ｚ１に設けられた当接部２３２ａの弾性係数は、中央領域Ｚ１の両側の端部領域Ｚ２に設けられた当接部２３２ｃの弾性係数よりも低くされている。同様に、中央領域Ｚ１に設けられた当接部２３２ｂの弾性係数は、端部領域Ｚ２に設けられた当接部２３２ｄの弾性係数よりも低くされている。すなわち、高さ方向中央側の当接部２３２ａ、２３２ｂの弾性係数は、それぞれ、高さ方向端部側の当接部２３２ｃ、２３２ｄの弾性係数よりも低い。

ここで、電池容器１の高さ方向における中央領域Ｚ１は、例えば、電池容器１の扁平面１ａが捲回電極群４０の平坦部４０ｂの中央部に対向する領域である。端部領域Ｚ２は、角形の電池容器１の角部を含む上端面１ｃおよび下端面１ｄと中央領域Ｚ１との間の領域であり、扁平面１ａの周縁部を含む中央領域Ｚ１の上下の領域である。端部領域Ｚ２において、扁平面１ａは捲回電極群４０の湾曲部４０ｃおよびその近傍に対向している。

好ましくは、扁平面１ａのＹ軸方向およびＺ軸方向の中央領域Ｙ１およびＺ１に配置された当接部２３２ａの弾性係数が最も低くされ、扁平面１ａのＹ軸方向およびＺ軸方向の端部領域Ｙ２およびＺ２に配置された当接部２３２ｄの弾性係数が最も高くされる。この場合、扁平面１ａのＹ軸方向の端部領域Ｙ２に配置され、かつＺ軸方向の中央領域Ｚ１に配置された２３２ｂと、扁平面１ａのＹ軸方向の中央領域Ｙ１に配置され、かつＺ軸方向の端部領域Ｚ２に配置された２３２ｃとの間の弾性係数の大小関係は、後述する各領域における扁平面１ａの膨張量の大小関係に応じて決定される。

次に、本実施形態の電池モジュールＭの作用について説明する。

図９は、図３に示す二次電池１００の膨張状態における平面図とＡ−Ａ線に沿う中間部スペーサ２３２の断面図である。図１０は、図３に示す二次電池１００の膨張状態における側面図とＢ−Ｂ線に沿う中間部スペーサ２３２の断面図である。各図では、本実施形態を理解しやすくするために、電池容器１の膨張を誇張して表している。また、図１０において、上端部スペーサ２３１、下端部スペーサ２３３および底板２２２等の図示は省略している。

本実施形態の電池モジュールＭは、複数の二次電池１００の正極、負極端子２、３を介して、各二次電池１００の捲回電極群４０に充電された電力をモーター等の外部の装置に供給し、発電機等の外部の電力源から供給された電力を各二次電池１００の正極、負極端子２、３を介して捲回電極群４０に充電する。捲回電極群４０は、二次電池１００の充放電に伴って膨張、収縮する。捲回電極群４０は、平坦部４０ｂの中央部が膨張しやすく、その周囲の接合部４１ｄ、４２ｄおよび湾曲部４０ｃが膨脹しにくい。そのため、仮に捲回電極群４０を自由に膨張させた場合には、平坦部４０ｂの中央部を頂点とする凸曲面状に膨張する。

より具体的には、捲回電極群４０の膨張時に比較的膨張しやすい平坦部４０ｂは、正面視で四角形の外形を有している。この四角形の外形の上辺部分と下辺部分に膨脹しにくい湾曲部４０ｃが隣接し、四角形の外形の左辺部分と右辺部分に膨脹しにくい接合部４１ｄ、４２ｄが形成されている。そのため、仮に捲回電極群４０を自由に膨張させた場合には、平坦部４０ｂの正面視で四角形の外形の各辺に近い周縁部ほど膨張しにくく、各辺から遠い中央部ほど膨張しやすい。これにより、平坦部４０ｂは、四角錐状の凸曲面形状に膨張する。

そのため、電池容器１の扁平面１ａの膨張量は、捲回電極群４０の平坦部４０ｂの中央部に対向する中央領域Ｙ１、Ｚ１が最も多く、該中央領域Ｙ１、Ｚ１の周囲の端部領域Ｙ２、Ｚ２に向けて漸次減少する。すなわち、電池容器１の扁平面１ａの膨張量は、捲回電極群４０の軸Ｄ方向に平行な幅方向（Ｙ軸方向）において、扁平面１ａの中央領域Ｙ１の膨張量が端部領域Ｙ２の膨張量よりも多いだけでなく、捲回電極群４０の軸Ｄ方向に垂直な高さ方向（Ｚ軸方向）においても、扁平面１ａの中央領域Ｚ１の膨張量が端部領域Ｚ２の膨張量よりも多くなっている。したがって、例えば、特許文献１に記載された従来の二次電池アセンブリが備える接触部を用いた場合、軸Ｄ方向に垂直な電池容器１の扁平面１ａに沿う高さ方向における面圧が不均一になる虞がある。

これに対し、本実施形態の電池モジュールＭは、中央領域Ｙ１、Ｚ１における当接部２３２ａの弾性係数が、端部領域Ｙ２、Ｚ２における当接部２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄの弾性係数よりも低くされている。すなわち、扁平面１ａの膨張量が相対的に多い領域である中央領域Ｙ１、Ｚ１における当接部２３２ａの弾性係数が、扁平面１ａの膨張量が相対的に少ない領域である端部領域Ｙ２、Ｚ２における当接部２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄの弾性係数よりも低くされている。

図９に示すように、電池容器１の幅方向（Ｙ軸方向）における電池容器１の厚さ方向（Ｘ方向）の扁平面１ａの膨張量は、中央領域Ｙ１の方が端部領域Ｙ２よりも大きい。しかし、中央領域Ｙ１に当接する当接部２３２ａ、２３２ｃの弾性係数は、それぞれ、端部領域Ｙ２に当接する当接部２３２ｂ、２３２ｄの弾性係数よりも低い。そのため、端部領域Ｙ２の当接部２３２ｂ、２３２ｄが中央領域Ｙ１にも配置されている場合と比較して、扁平面１ａの膨張時に中央領域Ｙ１の当接部２３２ａ、２３２ｃから中央領域Ｙ１に作用する弾性力を低減し、中央領域Ｙ１の膨張を許容しやすくすることができる。

これに伴い、中央領域Ｙ１の当接部２３２ａ、２３２ｃの変形量は、それぞれ、端部領域Ｙ２の当接部２３２ｂ、２３２ｄの変形量よりも大きくなる。しかし、中央領域Ｙ１の当接部２３２ａ、２３２ｃの弾性係数は、それぞれ、端部領域Ｙ２の当接部２３２ｂ、２３２ｄの弾性係数よりも低い。そのため、当接部２３２ａから扁平面１ａに作用する弾性力と当接部２３２ｂから扁平面１ａに作用する弾性力との差、および、当接部２３２ｃから扁平面１ａに作用する弾性力と当接部２３２ｄから扁平面１ａに作用する弾性力との差を、それぞれ減少させることができる。したがって、捲回電極群４０の軸Ｄ方向に平行な電池容器１の幅方向において、膨張量が多く面圧が高くなりやすい捲回電極群４０の平坦部４０ｂの中央部の面圧を減少させ、捲回電極群４０に作用する面圧を均一化することができる。

さらに、図１０に示すように、電池容器１の高さ方向（Ｚ軸方向）における電池容器１の厚さ方向（Ｘ方向）の扁平面１ａの膨張量は、中央領域Ｚ１の方が端部領域Ｚ２よりも大きい。しかし、中央領域Ｚ１に当接する当接部２３２ａ、２３２ｂの弾性係数は、それぞれ、端部領域Ｚ２に当接する当接部２３２ｃ、２３２ｄの弾性係数よりも低い。そのため、端部領域Ｚ２の当接部２３２ｃ、２３２ｄが中央領域Ｚ１にも配置されている場合と比較して、扁平面１ａの膨張時に中央領域Ｚ１の当接部２３２ａ、２３２ｂから中央領域Ｚ１に作用する弾性力を低減し、中央領域Ｚ１の膨張を許容しやすくすることができる。

これに伴い、中央領域Ｚ１の当接部２３２ａ、２３２ｂの変形量は、それぞれ、端部領域Ｚ２の当接部２３２ｃ、２３２ｄの変形量よりも大きくなる。しかし、中央領域Ｚ１の当接部２３２ａ、２３２ｂの弾性係数は、それぞれ、端部領域Ｚ２の当接部２３２ｃ、２３２ｄの弾性係数よりも低い。そのため、当接部２３２ａから扁平面１ａに作用する弾性力と当接部２３２ｃから扁平面１ａに作用する弾性力との差、および、当接部２３２ｂから扁平面１ａに作用する弾性力と当接部２３２ｄから扁平面１ａに作用する弾性力との差を、それぞれ減少させることができる。したがって、捲回電極群４０の軸Ｄ方向に垂直な電池容器１の高さ方向において、膨張量が多く面圧が高くなりやすい捲回電極群４０の平坦部４０ｂの中央部の面圧を減少させ、捲回電極群４０に作用する面圧を均一化することができる。

以上説明したように、本実施形態の電池モジュールＭによれば、捲回電極群４０の軸Ｄ方向に平行な電池容器１の幅方向だけでなく、軸Ｄ方向に垂直な電池容器１の高さ方向においても、扁平面１ａおよび捲回電極群４０に作用する面圧をより均一化することができる。したがって、本実施形態の電池モジュールＭによれば、二次電池１００の劣化をより効果的に抑制することができる。

また、図７に示すように、電池容器１の高さ方向において、電池容器１の扁平面１ａの中央領域Ｚ１に当接する当接部２３２ａ、２３２ｂの厚さを、それぞれ、扁平面１ａの端部領域Ｚ２に当接する当接部２３２ｃ、２３２ｄの厚さよりも厚くしてもよい。同様に、電池容器１の幅方向において、電池容器１の扁平面１ａの中央領域Ｙ１に当接する当接部２３２ａ、２３２ｃの厚さを、それぞれ、扁平面１ａの端部領域Ｙ２に当接する当接部２３２ｂ、２３２ｄの厚さよりも厚くしてもよい。これにより、扁平面１ａの中央領域Ｙ１、Ｚ１の変形をより許容しやすくすることができ、扁平面１ａの中央領域Ｙ１、Ｚ１において捲回電極群４０に作用する面圧をより低減することが可能になる。

また、スペーサ２３０の上端部スペーサ２３１および下端部スペーサ２３３は、それぞれ平坦部４０ｂの上端と電池蓋２０との間の部分、および平坦部４０ｂの下端と電池容器１の下端面１ｄとの間の部分に対向するように設けられている。これらの部分は、捲回電極群４０の膨張による影響を比較的受けにくい。したがって、電池容器１の膨張、収縮によらず、電池容器１の厚さ方向両側の一対の上端部スペーサ２３１および一対の下端部スペーサ２３３によって電池容器１を確実に挟持し、端部セルホルダ２１０と中間セルホルダ２２０の間、および中間セルホルダ２２０同士の間に二次電池１００を確実に保持することができる。

また、セルホルダ２００の電池容器１の幅方向に対向する一対の側板２２１に、当接部２３２ａ、２３２ｂと当接部２３２ｃ、２３２ｄとの間のスリットＳ２に連通する開口部２２１ｂが形成されている。そのため、冷却媒体を、一方の側板２２１の開口部２２１ｂからスリットＳ２に流入させ、冷却媒体によって電池容器１の扁平面１ａを効果的に冷却して、二次電池１００の性能を向上させることができる。同様に、側板２２１の上下の開口部２２１ａ、２２１ｃから冷却媒体をスリットＳ１、Ｓ３に流入させ、冷却媒体によって電池容器１の扁平面１ａを効果的に冷却して、二次電池１００の性能を向上させることができる。

なお、当接部２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄの配置は、図８に示す配置に限定されない。当接部２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄの配置の変形例を、図１１および図１２に示す。

図１１に示すように、扁平面１ａの高さ方向（Ｚ軸方向）の中央領域Ｚ１に当接し、かつ扁平面１ａの幅方向（Ｙ軸方向）の中央領域Ｙ１ａに当接する当接部２３２ａのＹ軸方向の長さが、扁平面１ａのＺ軸方向の端部領域Ｚ２に当接し、かつ扁平面１ａのＹ軸方向の中央領域Ｙ１ｂに当接する当接部２３２ｃのＹ軸方向の長さよりも、長くなるようにしてもよい。この場合、扁平面１ａのＹ軸方向の中央領域Ｙ１ａ、Ｙ１ｂは、扁平面１ａのＺ軸方向の中央側ほど、Ｙ軸方向の幅が広くなっている。

このように、扁平面１ａのＺ軸方向において、Ｙ軸方向の中央領域Ｙ１ａ、Ｙ１ｂの長さを異ならせることで、例えば、扁平面１ａが中央部を頂点とする球面状に膨張する場合にも、扁平面１ａの膨張形状に対応して、扁平面１ａの膨張量が多い領域における当接部２３２ａ、２３２ｃの弾性係数を、扁平面１ａの膨張量が少ない領域における当接部２３２ｂ、２３２ｄの弾性係数よりも低くすることができる。したがって、扁平面１ａの膨張形状に対応して、扁平面１ａおよび捲回電極群４０に作用する面圧をより精度よく均一化することができる。

また、図１２に示すように、扁平面１ａのＹ軸方向において当接部２３２ａ、２３２ｃの弾性係数を異ならせず、扁平面１ａのＺ軸方向において中央領域Ｚ１の当接部２３２ａの弾性係数を端部領域Ｚ２の当接部２３２ｃの弾性係数よりも低くしてもよい。例えば、二次電池１００の電池容器１内に収容される捲回電極群４０の構成や配置が異なれば、扁平面１ａのＹ軸方向において膨張量にほとんど差なく、Ｚ軸方向においてのみ中央領域Ｚ１の膨張量が端部領域Ｚ２よりも大きくなることが起こり得る。

このような場合には、扁平面１ａのＹ軸方向において当接部２３２ａ、２３２ｃの弾性係数を異ならせず、扁平面１ａのＺ軸方向において中央領域Ｚ１の当接部２３２ａの弾性係数を端部領域Ｚ２の当接部２３２ｃの弾性係数よりも低くすることで、前述の当接部２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄと同様の効果を得ることができる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。例えば、中間部スペーサの数は４本に限定されず、例えば３本でも５本以上でもよい。

１…電池容器
１ａ…扁平面
１ｂ…側面
１ｃ…上端面
１ｄ…下端面
４０…捲回電極群
４０ｂ…平坦部
４０ｃ…湾曲部
４１ｃ、４２ｃ…箔露出部
４１ｄ、４２ｄ…接合部
１００…二次電池
２００…セルホルダ
２１０…端部セルホルダ（セルホルダ）
２２０…中間セルホルダ（セルホルダ）
２２１…側板
２２１ｂ…開口部
２２２…底板
２３０…スペーサ
２３２…中間部スペーサ（スペーサ）
２３２ａ−２３２ｄ…当接部
Ｄ…軸
Ｍ…電池モジュール
Ｓ２…スリット（当接部の間の空間）
Ｙ１、Ｙ１ａ、Ｙ１ｂ、Ｚ１…中央領域
Ｙ２、Ｚ２…端部領域

Claims (7)

1. 扁平な捲回電極群を収容する扁平箱型の電池容器を備える複数の二次電池を該電池容器の厚さ方向にスペーサを介して積層させた電池モジュールであって、
   前記スペーサは、前記電池容器の幅広の扁平面に当接する当接部を有し、
   前記扁平面の中央領域に当接する前記当接部の弾性係数が、前記扁平面の端部領域に当接する前記当接部の弾性係数よりも低いことを特徴とする電池モジュール。
2. 前記捲回電極群は、軸方向が前記扁平面と前記電池容器の下端面に平行に配置され、
   前記下端面に垂直な前記電池容器の高さ方向に複数の前記当接部が配置され、前記高さ方向の前記中央領域に当接する前記当接部の弾性係数が、前記高さ方向の前記端部領域に当接する前記当接部の弾性係数よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記捲回電極群の前記軸方向に平行な前記電池容器の幅方向の前記中央領域に当接する前記当接部の弾性係数が、前記幅方向の前記端部領域に当接する前記当接部の弾性係数よりも低いことを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記捲回電極群は、前記電池容器の前記下端面と上端面にそれぞれ対向する一対の湾曲部と、前記扁平面に対向する一対の平坦部と、該平坦部において前記軸方向の両端の箔露出部を束ねて接合した接合部と、を有し、
   前記扁平面の膨張量は、前記平坦部の中央部に対向する前記中央領域が最も多く、該中央領域の周囲の前記端部領域に向けて漸次減少する請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記高さ方向の前記中央領域に当接し、かつ前記幅方向の前記中央領域に当接する前記当接部の前記幅方向の長さが、前記高さ方向の前記端部領域に当接し、かつ前記幅方向の前記中央領域に当接する前記当接部の前記幅方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記電池容器を前記厚さ方向に挟持するセルホルダを備え、
   前記セルホルダは、前記電池容器の前記厚さ方法に沿う一対の側面に対向する一対の側板と、前記電池容器の前記下端面に対向すると共に前記幅方向に延びて前記一対の側板を連結する底板と、前記扁平面に対向する前記スペーサと、を備え、
   前記側板は、前記当接部の間の空間に連通する開口部を有することを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
7. 前記当接部は、弾性を有する樹脂材料によって構成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電池モジュール。

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