JP2018081841A

JP2018081841A - 組電池

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Publication number: JP2018081841A
Application number: JP2016224055A
Authority: JP
Inventors: 神谷　正人; Masato Kamiya; 正人神谷; 石井　勝; Masaru Ishii; 勝石井; 隆行北條; Takayuki Hojo; 金子　哲也; Tetsuya Kaneko; 哲也金子
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2018-05-24
Anticipated expiration: 2036-11-17
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Abstract

【課題】複数の単電池が接続された組電池に鋭利な導電性の異物が刺さった際に、複数の単電池の間で生じる外部短絡を抑制して、短絡電流による単電池の急激な温度上昇を好適に抑制することができる組電池を提供する。
【解決手段】ここで開示される組電池１は、電極体が角型の電池ケース内に収容されてなる互いに同形状の単電池１０Ａ〜１０Ｅを複数備えた組電池１であって、積層構造の電極体の正負極積層方向と同じ方向に複数の単電池１０Ａ〜１０Ｅが相互に隣接して配列されているとともに、該配列方向に配列された単電池１０Ａ〜１０Ｅ間の正極端子１２Ａ〜１２Ｅと負極端子１４Ａ〜１４Ｅとがそれぞれバスバー４０を介して電気的に接続されている。そして、複数の単電池１０Ａ〜１０Ｅの各々は、隣接して配置されている単電池を除く、離隔した単電池間においてバスバー４０を介して電気的に接続されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、組電池に関する。詳しくは、二次電池を単電池とし、当該単電池を複数接続してなる組電池に関する。

リチウムイオン二次電池、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、当該単電池を複数備えた組電池は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等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二次電池を単電池とした組電池は、車両搭載用の高出力電源等に好ましく用いられている。

かかる組電池の一例を図８に示す。この組電池１００は扁平な角型の単電池１１０Ａ〜１１０Ｃを複数備えており、この複数の単電池１１０Ａ〜１１０Ｃは配列方向ｘに沿って幅広面（扁平面）が相互に隣接するように配列されている。そして、この組電池１００では、各々の単電池１１０Ａ〜１１０Ｃの間で正極端子１１２と負極端子１１４とがバスバー１４０によって電気的に順次接続されている。このような組電池の他の例として、特許文献１に記載の組電池が挙げられる。

ところで、この種の二次電池を構成要素（単電池）とする組電池には、電池性能が優れていることはもちろんのこと、高いレベルの安全性が求められている。このため、組電池の安全性を向上させるための種々の技術が従来から提案されている。例えば、使用中に単電池が発熱すると、各々の単電池が相互に加熱し合って組電池全体の温度が急激に上昇することがあるため、組電池を構成する各々の単電池の温度上昇を抑制するような技術が従来から提案されている。

特開２０１４−６９７７号公報

しかしながら、組電池を車両などの移動体に搭載して使用するに際して、図９に示すように、釘のような鋭利な導電性の異物Ｆが、各単電池の正極１３２および負極１３５を該正負極の積層方向に貫くように、組電池１００を構成する複数の単電池を貫通した場合には、当該貫かれた各々の単電池１１０Ａ〜１１０Ｃで短絡電流が発生し得、当該短絡電流のジュール熱によって単電池１１０Ａ〜１１０Ｃの温度が急激に上昇する虞がある。
このとき、最上流側に配置された１番目の単電池１１０Ａで生じる温度上昇は、単一の二次電池に導電性の異物が刺さった場合に生じる温度上昇と同程度であるが、２番目以降に配置された単電池１１０Ｂ、１１０Ｃでは、１番目の単電池１１０Ａよりも急激な温度上昇が生じ得る。

例えば、導電性の異物Ｆが各々の単電池１１０Ａ〜１１０Ｃを上記正負極積層方向に貫通すると、バスバー１４０と導電性の異物Ｆとを介して複数の単電池１１０Ａ、１１０Ｂの間で短絡電流Ｅ１が流れる外部短絡が生じる。この場合、２番目の単電池１１０Ｂの負極１３５には、該２番目の単電池１１０Ｂの内部で生じる短絡電流Ｅ２と、上記した外部短絡の短絡電流Ｅ１の２つの短絡電流（合計７００Ａ程度）が流れ込み、２番目の単電池１１０Ｂに急激な温度上昇が生じ得る。そして、２個以上の単電池を備えた組電池では、２番目以降に配置された単電池（例えば、図９中の単電池１１０Ｃ）においても外部短絡に起因した急激な温度上昇が生じ得る。

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、複数の単電池が接続された組電池に鋭利な導電性の異物が刺さった際に、複数の単電池の間で生じる外部短絡を抑制して、短絡電流による単電池の急激な温度上昇を好適に抑制することができる組電池を提供することを目的とする。

上記目的を実現するべく、本発明によって以下の構成の組電池が提供される。

ここで開示される組電池は、正極および負極が積層した構造の電極体が角型の電池ケース内に収容されてなる互いに同形状の単電池を複数備えた組電池であって、積層構造の電極体の正負極積層方向と同じ方向に複数の単電池が相互に隣接して配列されているとともに、該配列方向に配列された単電池間の正極端子と負極端子とがそれぞれバスバーを介して電気的に接続されている。
そして、ここで開示される組電池において、複数の単電池の各々は、隣接して配置されている単電池を除く、離隔した単電池間においてバスバーを介して電気的に接続されている。

本発明者は、上記した課題を解決するために、単電池に導電性の異物が刺さって貫通した場合、該単電池の内部短絡によって負極が破損することに着目して検討を行った。
具体的には、リチウムイオン二次電池などの単電池に導電性の異物が刺さると、該単電池の内部で短絡電流が流れる内部短絡が生じ、該内部短絡によって負極が破損し、負極と導電性の異物との接触抵抗が大幅に増加する。
本発明者は、かかる現象に着目し、導電性の異物が複数の単電池を貫通した際に、導電性の異物とバスバーとを介した外部短絡が生じる前に、上記した内部短絡によって負極を破損させることができれば、複数の単電池の間で生じる外部短絡を抑制して、単電池の急激な温度上昇を抑制することができると考えた。

ここで開示される組電池では、上記した知見に基づいてなされたものであり、組電池を構成する単電池の各々が、隣接して配置されている単電池を除く、離隔した単電池間においてバスバーを介して電気的に接続されている。これによって、組電池に導電性の異物が刺さって各々の単電池を貫通した際に、該導電性の異物とバスバーとを介した外部短絡が生じるまでの時間が、隣接した単電池同士を電気的に接続する従来の組電池に比べて長くなる。
このため、導電性の異物とバスバーとを介した外部短絡が生じる前に、導電性の異物が貫通した単電池の負極を内部短絡によって損傷させ、負極と導電性の異物との間の接触抵抗を大幅に増加させることができ、複数の単電池の間で生じる外部短絡を抑制して、単電池の急激な温度上昇を抑制することができる。

また、ここで開示される組電池の好ましい一つの態様では、バスバーを介して電気的に接続されている離隔した単電池間における間隔が２５ｍｍ以上である。
一般的な単電池の場合には、導電性の異物が単電池を貫通してから内部短絡によって負極が破損するまでに０．５秒程度の時間を要する。上記したように、バスバーを介して接続されている単電池の間隔を２５ｍｍ以上とした場合、導電性の異物が組電池を構成する一方の単電池を貫通してから、該単電池に電気的に接続されている他方の単電池に到達するまでに１秒程度の時間が掛かるようになるため、バスバーと導電性の異物を介した外部短絡が生じる前に、先に導電性の異物が貫通した単電池の負極を確実に破損させることができる。

また、ここで開示される組電池の好ましい他の態様では、複数の単電池の配列方向における少なくとも一方の端部に配置されている単電池の正負極端子のうちの少なくとも一方がバスバーを介して別の単電池と電気的に接続されており、ここで該バスバーを介して電気的に接続された当該２つの単電池間には、当該２つの単電池に電気的に接続されていない単電池が２個以上配置されている。
複数の単電池が配列されている組電池では、通常、配列方向における端部に配置されている単電池が、最も導電性の異物が刺さりやすい。このような端部の単電池と、当該端部の単電池に電気的に接続されている単電池との間に、他の単電池を２個以上配置することによって、導電性の異物が刺さってバスバーを介した外部短絡が発生する前に、端部の単電池の負極を内部短絡によって確実に破損させることができる。

また、ここで開示される組電池の好ましい他の態様では、複数の単電池のうちの、外部と接続可能に開放された正極端子である正極出力端子を備えた単電池は、配列方向における両端部に配置された単電池以外の位置に配列されている単電池である。
従来より、組電池を構築する際には、正極出力端子を備えた単電池を配列方向の端部に配置するのが一般的である。これに対して、ここで開示される組電池では、正極出力端子を備えた単電池を配列方向の端部以外の位置に配置している。これによって、全ての単電池が、離隔した単電池間において電気的に接続されているような組電池を容易に構築することができる。

本発明の一実施形態に係る組電池を構成する単電池を模式的に示す斜視図である。本発明の一実施形態における電極体を構成する各部材を模式的に示す説明図である。本発明の一実施形態における電極体の構成を模式的に示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る組電池を模式的に示す平面図である。本発明の一実施形態に係る組電池に導電性の異物が刺さった状態を模式的に示す説明図である。本発明の他の実施形態に係る組電池を模式的に示す平面図である。試験例４の組電池を模式的に示す平面図である。従来の組電池を模式的に示す平面図である。従来の組電池に導電性の異物が刺さった状態を模式的に示す説明図である。

以下、本発明の一実施形態に係る組電池として、リチウムイオン二次電池を単電池とし、当該リチウムイオン二次電池を複数接続してなる組電池を例に挙げて説明する。なお、ここで開示される組電池において、単電池として用いられる電池はリチウムイオン二次電池に限定されず、例えば、積層電極体を備えたニッケル水素電池などを用いることができる。

また、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、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、電解質の構成および製法、リチウムイオン二次電池の構築に係る一般的技術等）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。

１．単電池の構成
先ず、本実施形態に係る組電池を構成する単電池を説明する。図１は本実施形態に係る組電池を構成する単電池を模式的に示す斜視図であり、図２は本実施形態における電極体を構成する各部材を模式的に示す説明図であり、図３は本実施形態における電極体の構成を模式的に示す斜視図である。
本実施形態に係る組電池を構成する単電池１０は、図１に示す角型の電池ケース５０内に、図２および図３に示す電極体３０を収容することによって構成される。

（１）電池ケース
図１に示すように、電池ケース５０は、上面が開放された扁平な角型のケース本体５２と、当該上面の開口部を塞ぐ蓋体５４とから構成されている。電池ケース５０は、例えば、金属や樹脂などによって構成されていることが好ましい。また、電池ケース５０の上面をなす蓋体５４には、正極端子１２と負極端子１４とが設けられている。図示は省略するが、正極端子１２は電池ケース５０内の電極体の正極に接続され、負極端子１４は負極に接続されている。なお、正極端子１２は、アルミニウムやアルミニウム合金などによって構成されていることが好ましく、負極端子１４は、銅や銅合金などによって構成されていることが好ましい。

（２）電解液
上記した電池ケース５０の内部には、電極体３０（図３参照）とともに電解液が収容されている。電解液には、従来からリチウムイオン二次電池に用いられるものと同様のものを特に限定なく使用することができ、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）との混合溶媒（例えば体積比３：４：３）に六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を約１ｍｏｌ／Ｌの濃度で含有させた非水電解液を使用することができる。

（３）電極体
図２および図３に示すように、本実施形態における電極体３０は、矩形のシート状の正極３１および負極３５が交互に複数積層された構造の積層電極体であり、正極３１と負極３５との間にはセパレータ３８が配置されている。なお、電極体としては、図２および図３に示すような積層電極体の他に、長尺シート状の正極と負極とを重ね合わせて捲回することによって各々のシートが積層された捲回電極体を使用することもできる。

また、電極体３０を構成する各材料については、従来からリチウムイオン二次電池に用いられるものと同様のものを特に限定なく使用することができる。
例えば、正極３１は、矩形状のアルミニウム箔等からなる正極集電体３２の表面に正極活物質層３３が付与されることによって構成される。正極活物質層３３には、正極活物質と、その他の添加材が含まれている。
正極活物質には、リチウム元素と一種または二種以上の遷移金属元素とを含むリチウム含有化合物（リチウム遷移金属複合酸化物）を用いることができる。このリチウム遷移金属複合酸化物としては、リチウムニッケル複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉＯ_２）、リチウムコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＣｏＯ_２）、リチウムマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、あるいはリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２）のような三元系リチウム含有複合酸化物などが挙げられる。
その他の添加材としては、導電材やバインダが挙げられる。導電材としては、例えば、カーボンブラックやカーボンファイバーなどのカーボン材料などが挙げられる。また、バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等が挙げられる。

一方、負極３５は、矩形状の銅箔等からなる負極集電体３６の表面に、負極活物質を含む負極活物質層３７を付与することによって構成される。負極活物質層３７には、負極活物質と、その他の添加材が含まれている。
負極活物質としては、例えば、黒鉛（グラファイト）、難黒鉛化炭素（ハードカーボン）、易黒鉛化炭素（ソフトカーボン）、カーボンナノチューブ、あるいはこれらを組み合わせた炭素材料を用いることができる。
また、その他の添加材としては、バインダ、増粘剤、分散剤等を適宜使用することもできる。例えば、バインダとしては、上記した正極活物質層で使用されるバインダと同様のものを用いることができる。増粘剤としてはカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）やメチルセルロース（ＭＣ）などを用いることができる。

また、セパレータ３８には、正極３１と負極３５を電気的に絶縁する機能、非水電解質を保持する機能などを備えた樹脂製の多孔性シート（フィルム）が用いられる。かかるセパレータ３８としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル、セルロース、ポリアミドなどを用いることができる。

２．組電池の構成
図４は本実施形態に係る組電池を模式的に示す平面図である。図４に示すように、本実施形態に係る組電池１は、上記した構成の同形状の単電池を５個備えており、当該５個の単電池１０Ａ〜１０Ｅを配列して、配列された各々の単電池１０Ａ〜１０Ｅ間で正極端子１２と負極端子１４とを電気的に接続することによって構築されている。以下、本実施形態に係る組電池の構成を具体的に説明する。

図４に示すように、本実施形態に係る組電池１は、角型の単電池１０Ａ〜１０Ｅを５個備えており、各々の単電池１０Ａ〜１０Ｅが相互に隣接するように配列されている。この単電池１０Ａ〜１０Ｅの配列方向ｘは、上記した積層構造の電極体３０の正負極の積層方向ｙ（図３参照）と同じ方向である。
そして、当該配列方向ｘに配列された各々の単電池１０Ａ〜１０Ｅは、バスバー４０によって正極端子１２Ａ〜１２Ｅと負極端子１４Ａ〜１４Ｅとを相互に接続することによって電気的に直列に接続されている。なお、図示は省略するが、各々の単電池１０Ａ〜１０Ｅは、拘束部材によって配列方向ｘに沿って拘束されている。

なお、本実施形態に係る組電池１では、単電池１０Ｂの正極端子１２Ｂが、他の単電池の負極端子に接続されておらず、外部と接続可能に開放された正極出力端子として用いられる。また、単電池１０Ｅの負極端子１４Ｅが、外部と接続可能に開放された負極出力端子となる。
本明細書においては、かかる負極出力端子１４Ｅを有する単電池１０Ｅが配置されている方向を配列方向ｘの下流側とし、その反対方向を配列方向ｘの上流側とする。すなわち、図４中の左側が配列方向の上流側となり、右側が下流側となる。以下の説明では、配列方向ｘの最上流側に配置された単電池１０Ａを１番目の単電池１０Ａと称し、最下流側に配置された単電池１０Ｅを５番目の単電池１０Ｅと称する。

本実施形態に係る組電池１は、複数の単電池の各々が、隣接して配置されている単電池を除く、離隔した単電池間においてバスバー４０を介して電気的に接続されている。
具体的には、本実施形態においては、配列方向ｘの最上流側に配置された１番目の単電池１０Ａが、隣接して配置されている２番目の単電池１０Ｂではなく、１番目の単電池１０Ａから離隔した単電池（３番目の単電池１０Ｃおよび４番目の単電池１０Ｄ）に接続されている。以下、詳しい説明は省略するが、本実施形態に係る組電池１では、２番目〜５番目の単電池１０Ｂ〜１０Ｅについても同様に、隣接して配置された単電池には接続されておらず、離隔した単電池と接続されている。

このような構成を有した本実施形態に係る組電池１に、釘などの導電性の異物Ｆが刺さり、各単電池１０Ａ〜１０Ｅの正極３１および負極３５を積層方向に貫くように各単電池１０Ａ〜１０Ｅを貫通した場合について説明する。図５は本実施形態に係る組電池に導電性の異物が刺さった状態を模式的に示す説明図である。なお、説明の便宜上、図５では４番目の単電池１０Ｄと５番目の単電池１０Ｅを省略している。

本実施形態では、上記したように、１番目の単電池１０Ａが、当該１番目の単電池１０Ａと隣接した２番目の単電池１０Ｂではなく、１番目の単電池１０Ａから離隔した３番目の単電池１０Ｃに電気的に接続されている。
これによって、導電性の異物Ｆとバスバー４０とを介した外部短絡の短絡電流が生じる前に、１番目の単電池１０Ａの負極３５を内部短絡によって損傷させ、当該負極３５と導電性の異物Ｆとの間の接触抵抗を大幅に増加させることができるため、２つの単電池１０Ａ、１０Ｃの間で生じる外部短絡を抑制して急激な温度上昇を抑制することができる。

具体的には、本実施形態に係る組電池１に導電性の異物Ｆが刺さると、先ず、導電性の異物Ｆが１番目の単電池１０Ａを貫通した時点で、１番目の単電池１０Ａの内部で正極３１から負極３５へ短絡電流Ｅ２が流れる内部短絡が生じる。
次に、導電性の異物Ｆは、配列方向ｘの下流側に進行して２番目の単電池１０Ｂを貫通するが、この２番目の単電池１０Ｂは１番目の単電池１０Ａとバスバーを介して直接接続されていないため、１番目の単電池１０Ａと２番目の単電池１０Ｂとの間では外部短絡が発生しない。
そして、導電性の異物Ｆがさらに下流側に進行して３番目の単電池１０Ｃの正極３１に到達すると、バスバー４０と導電性の異物Ｆとを介した導通経路が形成されて、バスバー４０を介した短絡電流Ｅ１ａが流れる。しかし、本実施形態においては、１番目の単電池１０Ａと３番目の単電池１０Ｃとが離隔して配置されているため、バスバー４０を介した短絡電流Ｅ１ａが生じた時点で、１番目の単電池１０Ａの負極３５が内部短絡の短絡電流Ｅ２によって既に破損している。
これによって、１番目の単電池１０Ａの内部において、負極３５と導電性の異物Ｆとの接触抵抗が大幅に増加しているため、バスバー４０を介して１番目の単電池１０Ａの負極３５に流れ込んだ短絡電流Ｅ１ａが大きな抵抗を受け、導電性の異物Ｆを介して３番目の単電池１０Ｃに流れ込む短絡電流Ｅ１ｂが大幅に低減される。この結果、３番目の単電池１０Ｃに大きな短絡電流が流れ込むことによる急激な温度上昇の発生を抑制できる。
そして、本実施形態に係る組電池１では、上記したように、他の２番目〜５番目の単電池１０Ｂ〜１０Ｅの各々も同様に、隣接して配置されている単電池を除く、離隔した単電池間においてバスバーを介して電気的に接続されているため、バスバー４０を介した外部短絡によって急激な温度上昇が生じることが抑制されている。このため、本実施形態に係る組電池１によれば、鋭利な導電性の異物Ｆが刺さった際に、複数の単電池１０Ａ〜１０Ｅの間で生じる外部短絡を抑制して、該外部短絡による単電池の急激な温度上昇を抑制することができる。

なお、上述の説明では、配列方向の上流側から下流側（すなわち、第１の単電池１０Ａから第５の単電池１０Ｅ）に向かって導電性の異物Ｆが刺さっているが、本実施形態によれば、配列方向の下流側から上流側（すなわち、第５の単電池１０Ｅから第１の単電池１０Ａ）に向かって導電性の異物Ｆが刺さった場合であっても、各々の単電池が離隔した単電池と接続されているため、バスバー４０を介した外部短絡による急激な温度上昇を適切に抑制できる。このため、本実施形態に係る組電池１を車両等の移動体に搭載する際には、１番目の単電池１０Ａを移動体の進行方向の前方に配置してもよいし、５番目の単電池１０Ｅを進行方向の前方に配置してもよい。
但し、一般的な構造の単電池を複数備えた組電池では、正極出力端子を有する単電池側（すなわち、図４の上流側）から導電性の異物が刺さった場合の方が急激な温度上昇が生じやすいという傾向がある。このため、本実施形態に係る組電池１は、正極出力端子を有する単電池を走行方向の前方に配置せざるを得ないような構造の移動体の駆動用電源として用いることがより好ましい。

なお、バスバーを介して電気的に接続されている離隔した単電池間における間隔ｄ（図５参照）は、２５ｍｍ以上であることが好ましく、２５ｍｍ〜４０ｍｍであることがより好ましい。
一般的な材料を用いて構築された組電池の場合には、導電性の異物Ｆが第１の単電池１０Ａを貫通してから内部短絡によって負極３５が破損するまでに０．５秒程度の時間が掛かる。
上記したように、バスバー４０によって接続された単電池１０Ａ、１０Ｃ間における間隔ｄを２５ｍｍ以上とした場合、導電性の異物Ｆが１番目の単電池１０Ａを貫通してから、３番目の単電池１０Ｃに到達するまでの時間を１秒程度にすることができるため、導電性の異物Ｆが３番目の単電池１０Ｃに到達して外部短絡が生じる前に、内部短絡によって１番目の単電池１０Ａの負極３５を確実に破損させることができる。

また、本実施形態に係る組電池１では、図８に示すような従来の組電池１００と異なり、各々の単電池１０Ａ〜１０Ｅの各々を電気的に接続する際にバスバー４０が交差する部分が生じる。このようなバスバー４０が交差した部分が通電しないように、バスバー４０の表面は絶縁性樹脂などによってコーティングされていることが好ましい。

なお、組電池を構成する単電池の各々は、隣接している単電池を除く、離隔した単電池間において電気的に接続されていればよく、上記した実施形態に限定されない。
例えば、図６に示すように各々の単電池１０Ａ〜１０Ｅの電気的な接続が構築された組電池１Ａであっても導電性の異物が刺さった場合の急激な温度上昇を抑制できる。この組電池１Ａでは、偶数番目の単電池（２番目の単電池１０Ｂと４番目の単電池１０Ｄ）が反転して配置されており、隣接した単電池間で正極端子１２Ａ〜１２Ｅと負極端子１４Ａ〜１４Ｅとが近接している。
このような組電池１Ａの場合でも、２番目の単電池１０Ｂ、４番目の単電池１０Ｄ、１番目の単電池１０Ａ、３番目の単電池１０Ｃ、５番目の単電池１０Ｅの順で、バスバー４０を介した電気的な接続を構築することによって、電気的に接続された単電池同士を離隔させることができるため、導電性の異物が刺さった場合の急激な温度上昇を抑制できる。

また、図４に示す組電池１と図６に示す組電池１Ａは、何れにおいても、１番目の単電池１０Ａの正極端子１２Ａがバスバー４０を介して４番目の単電池１０Ｄの負極端子１４Ｄに接続されており、かかる１番目の単電池１０Ａと４番目の単電池１０Ｄとの間に、２個の単電池が配置されている。上記したように、１番目の単電池１０Ａは、配列方向ｘの端部に配置されており、釘などの導電性の異物が刺さりやすい。このため、かかる１番目の単電池１０Ａを、単電池２個以上離隔した４番目の単電池１０Ｄと接続することによって、バスバーを介した短絡電流による温度上昇をより確実に抑制することができる。

また、図４に示す組電池１と図６に示す組電池１Ａは、何れにおいても、正極出力端子１２Ｂを備えた単電池１０Ｂが、配列方向ｘにおける両端部には配置されていない。このように、正極出力端子１２Ｂを備えた単電池を、配列方向における端部以外の位置に配列することによって、各々の単電池が離隔した単電池と接続されている組電池を容易に構築することができる。

また、上記した実施形態に係る組電池１、１Ａは、５個の単電池によって構成されているが、離隔した単電池同士が電気的に接続することができる限り、組電池を構成する単電池の数は特に限定されない。例えば、組電池が少なくとも４個の単電池を備えていれば、離隔した単電池同士が電気的に接続された組電池を構築することができる。

［試験例］
以下、本発明に関する試験例を説明するが、以下の試験例は本発明を限定することを意図したものではない。

１．試験例の組電池の作製
（１）試験例１
正極活物質（ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２）と、導電材（アセチレンブラック）と、バインダ（ＰＶＤＦ）とが、質量比で９４：３：３の割合で混合された正極活物質層が、厚さ１２μｍの正極集電体（アルミニウム箔）の両面に形成された矩形状の正極を作製した。一方、負極活物質（黒鉛）と、増粘剤（ＣＭＣ）と、バインダ（ＳＢＲ）とが、質量比で９８：１：１の割合で混合された負極活物質層が、厚さ１０μｍの負極集電体（銅箔）の両面に形成された矩形状の負極を作製した。
そして、上記した正極と負極とをセパレータを介して１０枚ずつ積層させることによって積層電極体を作製し、当該積層電極体を電解液とともに図１に示すような角型の電池ケース（幅Ｗ１４８ｍｍ、厚みＤ２６．４ｍｍ、高さＨ９１ｍｍ）に収容して、容量が３５Ａｈの単電池を作製した。

そして、上述の手順で作製した単電池を５個用意し、各々の単電池が、離隔して配置された単電池と電気的に接続されるようにバスバーによる接続を構築した。具体的には、試験例１では、図４に示すように各々の単電池１０Ａ〜１０Ｅを電気的に接続した。そして、各々の単電池１０Ａ〜１０Ｅを配列方向に沿って１０００Ｎの拘束圧で拘束することによって試験例１の組電池を構築した。そして、各単電池が拘束された組電池について、バスバーで接続された単電池の間隔ｄを測定した結果、かかる単電池の間隔ｄが２５ｍｍであった。

（２）試験例２
上記した試験例１と同じ手順で５個の単電池を作製した後、各々の単電池１０Ａ〜１０Ｅを図６に示すように接続し、接続後の単電池を拘束して試験例２の組電池を構築した。なお、試験例２におけるバスバーで接続された単電池の間隔ｄは２５ｍｍであった。

（３）試験例３
試験例３では、上記した試験例１、２よりも厚みＤが小さな角型の電池ケース（厚みＤ：２１ｍｍ）を用いたことを除いて、試験例１と同じ手順で組電池を構築した。そして、構築した試験例３の組電池を１０００Ｎの拘束圧で拘束し、この状態でバスバーで接続された単電池の間隔ｄを測定した結果、かかる単電池の間隔ｄは２０ｍｍであった。

（４）試験例４
試験例４では、上記した試験例１と同じ手順で５個の単電池を作製した後、図７に示すように、５個の単電池２１０Ａ〜２１０Ｅをバスバー２４０で接続した。この図７に示す組電池２００では、バスバー２４０で接続された組電池同士が隣接するように配置されている。

２．評価試験
構築した試験例１〜試験例４の組電池を評価する評価試験として、以下の釘刺し試験を行った。
かかる釘刺し試験では、先ず、２５℃の温度環境下において、上記試験例１〜試験例４の組電池をＳＯＣ１００％の充電状態に調整した。次いで、電池ケースの外表面に２枚の熱電対を貼り付け、単電池の配列方向の上流側から下流側に向かってタングステン製の釘を突き刺した。なお、かかる釘の直径は６ｍｍ、先端の角度は６０°であり、角型の電池ケースの幅広面の中央付近に２５ｍｍ／ｓｅｃの速度で直角に突き刺し、組電池を構成する全ての単電池を貫通させた。

（１）負極と釘との接触抵抗の増加率
上記した釘刺し試験において釘が進行している間、負極端子と釘との間の抵抗値を測定し、釘がｎ＋２番目の単電池に到達した際のｎ番目の単電池における負極と釘との間の抵抗値を測定した。そして、測定した抵抗値の平均値をＲ１とした。
次に、充電状態を０Ｖ（ＳＯＣ０％）にした試験例１〜４の組電池を別途作製し、上記と同じ条件で釘刺し試験を行い、ＳＯＣ０％の場合の抵抗値の平均値Ｒ０を測定した。
そして、得られたＲ０に対するＲ１の比を接触抵抗の増加率（Ｒ１／Ｒ０）として算出した。結果を表１に示す。

（２）短絡電流の測定
試験例１〜試験例４の組電池に対して上記した釘刺し試験を行っている間、各々の単電池を電気的に接続しているバスバーを流れる電流を外部短絡の短絡電流として測定した。各々の試験例において測定した外部短絡の短絡電流の最大値を表１に示す。

（３）最高温度の測定
試験例１〜試験例４の組電池に対して上記した釘刺し試験を行っている間、各々の組電池を構成する単電池の温度を測定した。測定した温度のうち、最も高い温度を単電池の最高温度として表１に示す。

３．評価結果
表１に示す結果より、試験例１〜試験例３では、短絡電流の最大値が試験例４よりも小さくなっており、単電池の最高温度が低くなっていた。このことから、試験例１〜試験例３のように、組電池を構成する各々の単電池を、離隔して配置された単電池と電気的に接続することによって、導電性の異物とバスバーとを介して流れる外部短絡の短絡電流を低減させて、かかる外部短絡の短絡電流による温度上昇を抑制できることが確認できた。

また、試験例１〜３を比較すると、バスバーで接続された単電池の間隔ｄを２５ｍｍ以上に設定した試験例１、２では、負極と釘との接触抵抗の増加率が大きく、単電池の温度上昇がより好適に抑制されていることが確認できた。
これは、試験例１、２の組電池では、釘がｎ番目の電池を貫通してから、ｎ＋２番目の単電池に到達するまでに１秒程度の時間があり、釘がｎ＋２番目の単電池に到達した時点で負極が十分に破損されていたためと解される。一方、試験例３の組電池では、釘がｎ＋２番目の単電池に刺さり始めてからｎ番目の単電池の負極が破損したため、釘がｎ＋２番目の単電池に到達した際の接触抵抗の増加率が試験例４と同程度になり、試験例１、２よりも最高温度が高くなったと解される。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１、１Ａ、１００、２００組電池
１０Ａ、１１０Ａ、２１０Ａ１番目の単電池
１０Ｂ、１１０Ｂ、２１０Ｂ２番目の単電池
１０Ｃ、１１０Ｃ、２１０Ｃ３番目の単電池
１０Ｄ、１１０Ｄ、２１０Ｄ４番目の単電池
１０Ｅ、１１０Ｅ、２１０Ｅ５番目の単電池
１２、１２Ａ〜１２Ｅ、１１２正極端子
１４、１４Ａ〜１４Ｅ、１１４負極端子
３０電極体
３１、１３２正極
３２正極集電体
３３正極活物質層
３５、１３５負極
３６負極集電体
３７負極活物質層
３８セパレータ
４０、１４０、２４０バスバー
５０電池ケース
５２ケース本体
５４蓋体
ｄ電気的に接続された単電池の間隔
Ｄ電池ケースの厚み
Ｅ１、Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ外部短絡の短絡電流
Ｅ２内部短絡の短絡電流
Ｆ導電性の異物
Ｈ電池ケースの高さ
Ｗ電池ケースの幅
ｘ単電池の配列方向
ｙ電極体の積層方向

Claims

正極および負極が積層した構造の電極体が角型の電池ケース内に収容されてなる互いに同形状の単電池を複数備えた組電池であって、
前記積層構造の電極体の正負極積層方向と同じ方向に前記複数の単電池が相互に隣接して配列されているとともに、該配列方向に配列された単電池間の正極端子と負極端子とがそれぞれバスバーを介して電気的に接続されており、
ここで、前記複数の単電池の各々は、隣接して配置されている単電池を除く、離隔した単電池間において前記バスバーを介して電気的に接続されている、組電池。
前記バスバーを介して電気的に接続されている前記離隔した単電池間における間隔が２５ｍｍ以上である、請求項１に記載の組電池。
前記複数の単電池の配列方向における少なくとも一方の端部に配置されている単電池の正負極端子のうちの少なくとも一方が前記バスバーを介して別の単電池と電気的に接続されており、ここで該バスバーを介して電気的に接続された当該２つの単電池間には、当該２つの単電池に電気的に接続されていない単電池が２個以上配置されている、請求項１または請求項２に記載の組電池。
前記複数の単電池のうちの、外部と接続可能に開放された正極端子である正極出力端子を備えた単電池は、前記配列方向における両端部に配置された単電池以外の位置に配列されている単電池である、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の組電池。