JP2018116914A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】Ｌｉ析出と電池抵抗上昇の両方を好適に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】ここで開示される電池モジュール１００は、組電池と制御部とを備えており、当該組電池を構成する単電池２０の電極体３０は正極合材層と負極合材層とが対向したコア部３０Ａを有している。そして、配列された単電池２０の間隙には電極体３０に拘束荷重を加える押圧部材４０が配置されており、押圧部材４０は、コア部３０Ａの幅方向Ｗの中央部に拘束荷重を加える中央加圧部４４ａと、コア部３０Ａの両側縁部に拘束荷重を加える側縁加圧部４４ｂとを備えている。そして、ここで開示される電池モジュール１００の制御部は、組電池１０を充電する際に中央加圧部４４ａを膨張させ、放電する際に中央加圧部４４ａを収縮させる荷重制御手段を備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、電池モジュールに関する。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を備えた電池モジュールに関する。

リチウムイオン二次電池等の二次電池を単電池とし、当該単電池を複数備えた組電池は、車両搭載用電源などに好ましく用いられている。かかる組電池は、例えば、角型の単電池を所定の配列方向に沿って相互に隣接するように複数配列し、該配列方向に沿って各々の単電池を所定の拘束荷重で拘束した後に、各々の単電池の電極端子（正極端子および負極端子）をバスバーによって電気的に接続することによって構築される。
そして、かかる組電池は、一般に、当該組電池の充放電を制御する制御部と接続された電池モジュールの状態で車両に搭載される。

上記した構造の電池モジュールにおいて、組電池の充電中に大きな電流が流れると、各単電池の内部で電解液中のリチウム（Ｌｉ）が析出して電池容量が低下することがある。通常は、このＬｉ析出を抑制するために、充電中に大電流が生じないように制御部が充放電電流を制御しているが、近年では燃費性能のさらなる向上のために、大電流で充放電を行ってもＬｉの析出が生じないような技術が検討されている。

かかる技術の一例として、組電池を構成する各単電池に掛かる拘束荷重を調整することが行われている。具体的には、各々の単電池の側面の全面に均一な拘束荷重が掛かるようにすると、単電池内に収容された電極体を構成する正負極の隙間を均一化することができると共に、負極合材層の縁部の劣化を抑制することができるため、充電中に大電流が流れた際にＬｉが析出することを抑制できる。また、単電池に掛かる拘束荷重を調整する技術の例が特許文献１および特許文献２に記載されている。

特開２０１３−１６１５４３号公報 特開２０１４−１５７７４７号公報

しかしながら、上記した電池モジュールにおいて、Ｌｉの析出を抑制するために単電池への拘束荷重を強くし過ぎると、上記した正負極の隙間が小さくなって電解液が流通しにくくなるため、大電流で充放電を行った際に電池抵抗が急激に上昇するという他の劣化現象が生じやすくなる虞があった。
このように、組電池を備えた電池モジュールでは、単電池への拘束荷重を弱くするとＬｉ析出が生じやすくなる一方で、強くすると電池抵抗が上昇しやすくなるというトレードオフの関係が存在しており、かかる関係を打破してＬｉ析出と電池抵抗上昇の両方を好適に抑制することができる技術が求められている。

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、上記したトレードオフの関係を打破して、Ｌｉ析出と電池抵抗上昇の両方を好適に抑制することができる電池モジュール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電池モジュールが提供される。

ここで開示される電池モジュールは、電極体と電解液とが電池ケースに収容された単電池を複数備えた組電池と、組電池の充放電を制御する制御部とを備えている。
かかる電池モジュールにおいて、電極体は、正極合材層を有する正極シートと負極合材層を有する負極シートとを備えた扁平形状の電極体であって正極合材層と負極合材層とが対向したコア部を有しており、複数の単電池の各々は、電極体の扁平面が各単電池間で対向するように相互に隣接して配列されていると共に、該配列方向に沿って所定の拘束荷重で拘束されている。
そして、かかる電池モジュールでは、配列された単電池の間隙のうち少なくとも一箇所に、当該単電池とともに拘束されて電池ケース内部の電極体に拘束荷重を加える押圧部材が配置されており、押圧部材は、電極体のコア部の幅方向の中央部に拘束荷重を加える中央加圧部と、コア部の幅方向の両側縁部に拘束荷重を加える側縁加圧部とを備えている。
さらに、ここで開示される電池モジュールにおいて、制御部は、組電池を充電する際に中央加圧部を膨張させてコア部の中央部への拘束荷重を増加させる一方で、放電する際に中央加圧部を収縮させてコア部の中央部への拘束荷重を減少させる荷重制御手段を備えている。

ここで開示される電池モジュールでは、複数の単電池の間隙に配置され、単電池内の電極体に拘束荷重を加える押圧部材が中央加圧部と側縁加圧部を備えていると共に、当該中央加圧部を組電池の充放電に応じて膨張／収縮させる拘束荷重制御部を備えている。
かかる構成の電池モジュールによれば、充電中に中央加圧部を膨張させて、電極体のコア部の中央部への拘束荷重を増加させることによって、正極シートと負極シートとの極間を均一化させてＬｉの析出の発生を適切に抑制することができる一方で、放電中に中央加圧部を収縮させてコア部の中央部への拘束荷重を減少させることによって、正負極の極間を広げて電解液を流通させ易くし、電池抵抗の急激な上昇を抑制することができる。
さらに、ここで開示される電池モジュールでは、押圧部材全体を膨張／収縮させるのではなく、膨張／収縮しない側縁加圧部を設け、電極体のコア部の両側縁部に常に拘束荷重が掛かるようにしている。かかる電極体のコア部の両側縁部は、負極合材層の劣化によるＬｉの析出が生じやすい箇所であるため、上記した側縁加圧部によって電極体のコア部の両側縁部に常に拘束荷重が掛かるようにすることによって、Ｌｉの析出をより好適に防止することができる。
以上のように、ここで開示される電池モジュールによれば、Ｌｉの析出と電池抵抗上昇との間の存在していたトレードオフの関係を打破して、Ｌｉ析出と電池抵抗上昇の両方を好適に抑制することができる。

本発明の一実施形態におけ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模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る電池モジュールを模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る電池モジュールにおける押圧部材を説明する正面図である。 本発明の一実施形態における押圧部材を示す平面図である。 試験例２で使用した押圧部材を示す平面図である。 試験例３および試験例４で使用した押圧部材を示す平面図である。 試験例１および試験例２の電池モジュールの抵抗増加率の測定結果を示すグラフである。 試験例１および試験例３の電池モジュールのコア部の中央部分における許容電流の測定結果を示すグラフである。 試験例１および試験例４の電池モジュールのコア部の両側縁部における許容電流の測定結果を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る電池モジュールとして、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備えた電池モジュールを例に挙げて説明する。

また、以下の説明において、図面中の同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付している。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、電極体や電解液の構成および製法、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
本実施形態に係る電池モジュールは、単電池を複数備えた組電池と、当該組電池の充放電を制御する制御部とを備えている。本明細書では、先ず、組電池を構成する単電池の具体的な構成を説明する。

図１は本実施形態におけ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模式的に示す斜視図である。
本実施形態に係る電池モジュールにおいては、組電池を構成する単電池として、図１に示すような角型の単電池２０が用いられている。かかる単電池２０は、角型の電池ケース５０の内部に、図２に示す電極体３０が収容されることによって形成されている。

（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、当該ケース本体５２の上面を塞ぐ蓋体５４とから構成されている。電池ケース５０の蓋体５４には正極端子６０と負極端子６２とが設けられており、これらの電極端子は電池ケース５０内に収容された電極体に電気的に接続されている。

（２）電解液
上記した電池ケース５０の内部には、電極体３０（図２参照）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る。かかる電解液の一例としては、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）との混合溶媒にＬｉＰＦ_６を含有させた非水電解液が挙げられる。

（３）電極体
図２に示すように、本実施形態における電極体３０は、正極合材層３３を有する正極シート３１と、負極合材層３７を有する負極シート３５とを、セパレータ３９を介して積層させ、該積層体を捲回することによって形成された扁平形状の捲回電極体である。
そして、図２に示すように、かかる電極体３０の幅方向Ｗの中央部には、正極合材層３３と負極合材層３７とが対向したコア部３０Ａが形成されており、当該コア部３０Ａが主な充放電反応の場となる。また、電極体３０の幅方向Ｗの両側縁部には、後述する正極露出部３４（または負極露出部３８）からなる端子接続部３０Ｂが形成されており、当該端子接続部３０Ｂが電極端子（図１中の正極端子６０、負極端子６２）と電気的に接続される。

以下、電極体３０を構成する各部材の具体的な構造を説明する。

正極シート３１は、アルミニウム箔等からなる長尺の正極集電体３２の表面に、正極合材層３３が付与されることによって構成されている。また、正極シート３１の幅方向Ｗの一方の側縁部には、正極合材層３３が付与されておらず、正極集電体３２が露出した正極露出部３４が形成されている。
上記した正極合材層３３には、リチウムイオンを吸蔵・放出する材料である正極活物質が含まれている。かかる正極活物質には、例えば、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遷移金属複合酸化物が用いられる。このリチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、リチウムニッケル複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉＯ_２）、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）などが挙げられる。
また、正極合材層３３には、正極活物質以外の添加材として導電材やバインダが含まれていてもよい。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用いられる。また、バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）などが用いられる。

一方、負極シート３５は、銅箔等からなる長尺の負極集電体３６の表面に、負極合材層３７が付与されることによって構成されている。上記した正極シート３１と同様に、負極シート３５においても幅方向Ｗの一方の側縁部に負極合材層３７が付与されておらず、負極集電体３６が露出した負極露出部３８が設けられている。
かかる負極合材層３７には負極活物質が含まれており、かか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などが用いられる。また、その他の添加材としては、バインダ、増粘剤、分散剤等が挙げられる。バインダとしては、例えば、上記した正極合材層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、正極シート３１と負極シート３５との間に配置されるセパレータ３９は、リチウムイオンを通過させることができる微細な孔が複数形成された多孔質の絶縁部材である。かかるセパレータ３９には、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）とポリエチレン（ＰＥ）とポリプロピレン（ＰＰ）を順に積層させた３層構造の樹脂製の多孔性シートなどを用いることができる。

２．電池モジュールの構成
図３は本実施形態に係る電池モジュールを模式的に示す図である。また、図４は本実施形態に係る電池モジュールにおける押圧部材を説明する正面図であり、図５は当該押圧部材を示す平面図である。なお、図４は押圧部材４０と電極体３０との位置関係を説明するために、図中の上側に単電池２０を記載しており、当該単電池２０内部に収容された電極体３０を模式的に示している。

図３に示すように、本実施形態に係る電池モジュール１００は、複数（図３では２個）の単電池２０Ａ、２０Ｂを備えた組電池１０と、当該組電池１０の充放電を制御する制御部９０とを備えている。

（１）組電池
組電池１０を構成する各々の単電池２０Ａ、２０Ｂは、所定の配列方向Ｘに沿って相互に隣接して配列されている。本実施形態においては、この単電池２０Ａ、２０Ｂ内部の電極体３０の扁平面が各単電池２０Ａ、２０Ｂの間で対向するように、各々の単電池２０Ａ、２０Ｂが配列されている。また、各々の単電池２０Ａ、２０Ｂは、バスバー６４によって正極端子６０と負極端子６２とが電気的に接続されている。

（ａ）拘束部材
上記した単電池２０Ａ、２０Ｂは、配列方向Ｘに沿って所定の拘束荷重で拘束されている。本実施形態においては、単電池２０Ａ、２０Ｂを拘束する拘束部材として、一対のエンドプレート７０Ａ、７０Ｂと締付け用ビーム材７２とを備えている。具体的には、一対のエンドプレート７０Ａ、７０Ｂは、配列方向Ｘにおける最外側にそれぞれ配置されており、配列方向Ｘに沿って延びる締付け用ビーム材７２を、一対のエンドプレート７０Ａ、７０Ｂを架橋するように取り付けることによって、単電池２０Ａ、２０Ｂを配列方向Ｘに沿って拘束することができる。

（ｂ）押圧部材
そして、図３に示すように、本実施形態に係る電池モジュール１００では、配列された単電池２０Ａ、２０Ｂの間隙に、当該単電池２０Ａ、２０Ｂとともに拘束される押圧部材４０が配置されている。かかる押圧部材４０は、単電池２０Ａ、２０Ｂの側面に対向するように配置された支持板４２と、当該支持板４２の表面から配列方向Ｘに沿って突出した加圧部４４とを備えている。
かかる構造の押圧部材４０を単電池２０Ａ、２０Ｂの間隙に配置し、単電池２０Ａ、２０Ｂを配列方向Ｘに沿って拘束することによって、押圧部材４０の加圧部４４で単電池２０Ａ、２０Ｂの側面を押圧して、電池ケース５０内に収容された電極体３０に所定の拘束荷重を加えることができる。

そして、本実施形態においては、図４および図５に示すように、上記した押圧部材４０の加圧部４４が中央加圧部４４ａと側縁加圧部４４ｂに分割されている。

図４に示すように、押圧部材４０の中央加圧部４４ａは、電極体３０のコア部３０Ａの幅方向Ｗの中央部分に拘束荷重を加えることができるように、形成位置や寸法が調整されている。すなわち、中央加圧部４４ａは、幅方向Ｗにおける押圧部材４０の中心に設けられており、かかる中央加圧部４４ａの幅方向Ｗの長さＬ１が、電極体３０のコア部３０Ａの幅方向Ｗの長さＬ２よりも短くなるように設定されている。
そして、本実施形態においては、図３に示すように、支持板４２を介して、中央加圧部４４ａに油圧供給管８０が接続されており、当該油圧供給管８０から供給される油圧を調整することによって中央加圧部４４ａを単電池２０Ａ、２０Ｂの配列方向Ｘに向かって膨張／収縮させることができる。

一方、側縁加圧部４４ｂは、図４に示すように、中央加圧部４４ａの幅方向Ｗの両側縁に隣接するように一対設けられており、コア部３０Ａの両側縁部（換言すると、コア部３０Ａと端子接続部３０Ｂとの境界）を押圧する。そして、側縁加圧部４４ｂは、上記した中央加圧部４４ａと異なり、膨張／収縮可能に構成されていない。このため、本実施形態では、電極体３０のコア部３０Ａの両側縁部（コア部３０Ａと端子接続部３０Ｂとの境界）に常に拘束荷重が加えられた状態となっている。

（２）制御部
上記したように、本実施形態に係る電池モジュール１００は、組電池１０の充放電を制御する制御部９０を備えている。図示は省略するが、制御部９０は、電池モジュール１００が搭載される外部機器（車両など）と接続されており、かかる外部機器の稼働状況に応じて組電池１０の充放電を制御する充放電制御手段９２を備えている。
例えば、図３に示す電池モジュール１００を車両に搭載した場合、充放電制御手段９２は、車両走行時に組電池１０を放電させて、当該組電池１０からの電力で車両の駆動機構を稼働させる一方で、車両停車時に組電池１０を充電させる。

そして、本実施形態に係る電池モジュール１００では、制御部９０に荷重制御手段９４が設けられており、当該荷重制御手段９４が押圧部材４０の中央加圧部４４ａの膨張／収縮を調整することによって、電極体３０のコア部３０Ａの中央部への拘束荷重を制御できるように構成されている。
具体的には、荷重制御手段９４は、充放電制御手段９２と電気的に接続されているとともに油圧供給管８０と接続されている。そして、充放電制御手段９２が組電池１０の充放電を切り替えた際に、当該切り替え情報が荷重制御手段９４に送信される。荷重制御手段９４は、かかる切り替え情報に基づいて中央加圧部４４ａに供給される油圧を調整することによって中央加圧部４４ａを膨張／収縮させる。

例えば、組電池１０の充電を開始する際には、充放電制御手段９２から荷重制御手段９４に充電開始の信号が送信される。荷重制御手段９４は、かかる充電開始信号に基づいて、押圧部材４０への油圧を上昇させて中央加圧部４４ａを膨張させる。このように、本実施形態に係る電池モジュール１００では、組電池１０の充電中に中央加圧部４４ａを膨張させて電極体３０のコア部３０Ａの幅方向Ｗの中央部に掛かる拘束荷重を増加させる。これによって、組電池１０の充電中に電極体３０の正極シート３１と負極シート３５との極間を均一化させてＬｉの析出を適切に防止することができる。

一方、組電池１０の放電を開始する際には、充放電制御手段９２から荷重制御手段９４に放電開始の信号が送信される。荷重制御手段９４は、かかる信号に基づいて、押圧部材４０への油圧を減少させて中央加圧部４４ａを収縮させる。このように、放電中に中央加圧部４４ａを収縮させて、電極体３０のコア部３０Ａの幅方向Ｗの中央部に掛かる拘束荷重を減少させることによって、電極体３０の正極シート３１と負極シート３５との極間を広げて電解液を流通しやすくし、電池抵抗の急激な上昇を抑制することができる。

そして、本実施形態に係る電池モジュール１００では、上記したように、押圧部材４０の側縁加圧部４４ｂが膨張／収縮可能に構成されていないため、コア部３０Ａの両側縁部（コア部３０Ａと端子接続部３０Ｂとの境界）に常に拘束荷重が加えられた状態となっている。かかるコア部３０Ａの両側縁部は、負極合材層の劣化によるＬｉの析出が生じやすい箇所であるため、この箇所に常に拘束荷重を加えることによってＬｉの析出をより適切に防止することができる。

以上のように、本実施形態に係る電池モジュール１００によれば、Ｌｉの析出と電池抵抗上昇との間の存在していたトレードオフの関係を打破して、Ｌｉ析出と電池抵抗上昇の両方を好適に抑制することができる。

なお、ここで開示される電池モジュールは、上記した実施形態に限定されず、種々の構成を変更することができる。

例えば、上記した実施形態においては、２個の単電池２０Ａ、２０Ｂによって組電池１０が構成されているが、組電池を構成する単電池の個数は特に限定されず、３個以上の単電池によって組電池が構成されていてもよい。
また、上記した実施形態では、電極体３０として捲回電極体を使用しているが、電極体は、正極シートと負極シートとを備えていればよく、捲回電極体に限定されない。かかる電極体の他の例としては、矩形の正極シートと負極シートとを積層させた積層電極体が挙げられる。

また、上記した実施形態に係る電池モジュール１００は、３個の押圧部材４０を備えており、当該押圧部材４０が、配列方向Ｘに沿って並べられたエンドプレート７０Ａ、単電池２０Ａ、単電池２０Ｂ、エンドプレート７０Ｂの各々の部材の間隙に配置されている。しかし、エンドプレートと単電池との間には押圧部材が配置されていなくてもよい。
また、組電池が３個以上の単電池を備えている場合、配列された単電池の間隙の全てに押圧部材が配置されていなくてもよい。配列された単電池の間隙のうち少なくとも一箇所に押圧部材が配置されていれば、適切な効果を発揮させることができる。

さらに、上記した実施形態では、油圧によって中央加圧部４４ａが膨張／収縮するように構成されているが、中央加圧部４４ａを膨張／収縮させる手段は油圧でなくてもよい。例えば、中央加圧部４４ａは、空気圧や水圧などによって膨張／収縮するように構成されていてもよいし、機械的な手段によって膨張／収縮するように構成されていてもよい。

［試験例］
以下、本発明に関する試験例を説明するが、以下の説明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
（１）試験例１
試験例１では、上記した実施形態のように、油圧によって膨張／収縮するように構成された中央加圧部４４ａと、電極体３０のコア部３０Ａの両側縁部に常に拘束荷重を加える側縁加圧部４４ｂとを備えた押圧部材４０を用いて電池モジュール１００を構築した。

具体的には、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（ポリフッ化ビニリデン）とが混合された正極合材層３３が、正極集電体（アルミニウム箔）３２の両面に形成された矩形状の正極シート３１を作製した。一方、負極活物質（黒鉛）と、増粘剤（カルボキシメチルセルロース）と、バインダ（スチレンブタジエンゴム）とが混合された負極合材層３７が、負極集電体（銅箔）３６の両面に形成された矩形状の負極シート３５を作製した。
そして、上記した正極シート３１と負極シート３５とをセパレータ３９を介して積層させ、該積層体を捲回させた電極体３０を作製し、作製した電極体３０を電解液とともに電池ケース５０内に収納することによってリチウムイオン二次電池（単電池２０）を作製した。
そして、２個の単電池２０Ａ、２０Ｂを、電極体３０の扁平面が相互に対向するように配列させ、各々の単電池２０Ａ、２０Ｂとエンドプレート７０Ａ、７０Ｂとの間に押圧部材４０を配置し、配列方向Ｘに沿って３０００Ｎの拘束荷重が掛かるように拘束した。
なお、試験例１においては、上記したように、押圧部材として、中央加圧部４４ａと側縁加圧部４４ｂとを備えた押圧部材４０を使用した。そして、押圧部材４０を油圧供給管８０に接続し、組電池１０の充電時に中央加圧部４４ａが膨張し、放電時に収縮するように中央加圧部４４ａの膨張／収縮を制御した。

（２）試験例２
試験例２においては、電極体のコア部の全面に常に均一な拘束荷重が掛かるように、図６に示すような、膨張／収縮しない加圧部１４４が支持板１４２の表面に設けられた押圧部材１４０を用いたことを除いて、試験例１と同じ条件で電池モジュールを構築した。

（３）試験例３
試験例３においては、電極体のコア部の中央部に拘束荷重が掛からず、コア部の両側縁部のみに拘束荷重が掛かるように、図７に示すような、一対の加圧部２４４が所定の間隔Ｌ３を空けて設けられた押圧部材２４０を使用したことを除いて、試験例１と同じ条件で電池モジュールを構築した。

（４）試験例４
試験例４においては、試験例３と同様に、一対の加圧部２４４が所定の間隔Ｌ３を空けて設けられた押圧部材２４０（図７参照）を使用した。なお、試験例４においては、当該押圧部材２４０の加圧部２４４が、電極体のコア部の両側縁部ではなく、電極体の外側に拘束荷重を加えるように、一対の加圧部２４４の間隔Ｌ３を設定したことを除いて、試験例３と同じ条件に設定した。

２．評価試験
（１）抵抗増加率の測定
本試験においては、上記で用意した試験例１〜４のうち、試験例１および試験例２の電池モジュールについて、以下の手順で抵抗増加率を調べた。具体的には、まず、各試験例の電池に対し、２５℃の恒温槽中で１Ｃのレートで４．１Ｖまで定電流（ＣＣ）充電した後に５分間休止し、１Ｃのレートで３．０Ｖまで定電流（ＣＣ）放電した後に５分間休止する初回コンディショニング処理を行った。
次に、電池の初期のＩＶ抵抗を測定した。すなわち、各電池をＳＯＣ６０％の充電状態として、１Ｃ、３Ｃ、５Ｃ、１０Ｃの各レートでＣＣ放電を行って、放電開始から１０秒間の電圧降下量を測定した。測定された測定電流値を横軸に、初期電圧値から１０秒後の電圧値を差し引いた電圧降下量ΔＶを縦軸にプロットし、その傾きから初期ＩＶ抵抗値（Ω）を算出した。
そして、２５℃の環境下、各電池のＳＯＣを６０％に調整し、１０Ｃで所定秒数の充電を行った後に２Ｃで所定秒数の放電を行う充放電を１サイクルとし、これを１５００サイクル行った。そして、１０００サイクル後と１５００サイクル後のＩＶ抵抗を測定して抵抗増加率を求めた。なお、抵抗増加率（％）は、次式：［測定したＩＶ抵抗／サイクル試験開始前のＩＶ抵抗］×１００；により求めた。試験例１および試験例２の抵抗増加率の算出結果を図８に示す。

（２）Ｌｉ析出耐性の測定
本試験においては、試験例１および試験例３〜４の電池モジュールを作製した後、該電池モジュールを９０日保管し、０日目（作製直後）、３０日目、６０日目、９０日目におけるＬｉ析出耐性を評価した。
具体的には、各々の評価日において、試験例１〜４の組電池に、所定電流の充放電を所定回数繰り返す充放電を行った。そして、かかる充放電サイクルにおける試験電流の電流値を徐々に増加させて、Ｌｉが析出しない限界の電流値を許容電流値として測定した。なお、本試験では、０日目（作製直後）の電池モジュールの許容電流値を１００％とし、かかる０日目の許容電流値を基準として、３０日目、６０日目、９０日目の許容電流を評価した。
なお、本試験においては、試験例１および試験例３について電極体のコア部の中央部にＬｉが析出しない許容電流を測定し、試験例１および試験例４についてコア部の両側縁部にＬｉが析出しない許容電流を測定した。試験例１および試験例３のコア部の中央部における許容電流を図９に示し、試験例１および試験例４のコア部の両側縁部における許容電流を図１０に示す。

３．試験結果
（１）抵抗増加率
図８に示すように、試験例２ではサイクル数の増加に従って抵抗増加率（％）が急激に上昇した一方で、試験例１ではサイクル数の増加に伴う抵抗増加率の上昇の程度が緩やかであった。このことから、試験例２のように、電極体のコア部の中央部に拘束荷重を常に加えた状態で充放電を行うと電池抵抗が大きく上昇することが分かった。
さらに、本試験の結果より、試験例１のように、放電時に電極体のコア部の中央部への拘束荷重を小さくし、充電時にコア部の中央部へ拘束荷重を増加させたとしても、電池抵抗の急激な上昇は生じないことが確認できた。

（２）Ｌｉ析出耐性
（ａ）コア部の中央部のＬｉ析出
図９に示すように、試験例３では、保管日数が経過するに従って許容電流が大きく低下し、電極体のコア部の中央部にＬｉの析出が生じやすくなっていた。これに対して、試験例１では、試験例３に比べて許容電流の低下の程度が緩やかであった。このことから、試験例１のように、電極体のコア部の中央部に拘束荷重を加えた状態で充電を行うことによってＬｉの析出を抑制できることが分かった。

（ｂ）コア部の両側縁部のＬｉ析出
図１０に示すように、電極体の外側に拘束荷重が掛かるようにした試験例４では、電極体のコア部の両側縁部にＬｉの析出が生じやすくなっていた。これに対して、試験例１では、試験例４に比べてコア部の両側縁部におけるＬｉの析出が抑制されていた。このことから、電極体のコア部の両側縁部に拘束荷重が常に掛かるようにすることによって、当該両側縁部におけるＬｉの析出を抑制できることが分かった。

以上の試験結果より、試験例１のように、充電中に電極体のコア部の中央部に掛かる拘束荷重を増加させ、放電時にコア部の中央部への拘束荷重を減少させることによって、Ｌｉの析出と電池抵抗の上昇という両方の問題を好適に抑制できることが分かった。
さらに、電極体のコア部の両側縁部に拘束荷重が常に掛かるように、側縁加圧部を設けることによって、電池抵抗の急激な上昇を生じさせずに、コア部の両側縁部におけるＬｉの析出を好適に抑制できることが分かった。

以上、具体的な実施形態を挙げて本発明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、以上に記載した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。

１０ 組電池
２０、２０Ａ、２０Ｂ 単電池
３０ 電極体
３０Ａ コア部
３０Ｂ 端子接続部
３１ 正極シート
３２ 正極集電体
３３ 正極合材層
３４ 正極露出部
３５ 負極シート
３６ 負極集電体
３７ 負極合材層
３８ 負極露出部
３９ セパレータ
４０、１４０、２４０ 押圧部材
４２、１４２、２４２ 支持板
４４、１４４、２４４ 加圧部
４４ａ 中央加圧部
４４ｂ 側縁加圧部
５０ 電池ケース
５２ ケース本体
５４ 蓋体
６０ 正極端子
６２ 負極端子
６４ バスバー
７０Ａ、７０Ｂ エンドプレート
７２ 締付け用ビーム材
８０ 油圧供給管
９０ 制御部
９２ 充放電制御手段
９４ 荷重制御手段
１００ 電池モジュール
Ｌ１ 中央押圧部の長さ
Ｌ２ コア部の長さ
Ｌ３ 一対の加圧部の間隔
Ｗ 幅方向
Ｘ 単電池の配列方向

Claims (1)

1. 電極体と電解液とが電池ケースに収容された単電池を複数備えた組電池と、前記組電池の充放電を制御する制御部とを備えた電池モジュールであって、
   前記電極体は、正極合材層を有する正極シートと負極合材層を有する負極シートとを備えた扁平形状の電極体であって、前記正極合材層と前記負極合材層とが対向したコア部を有しており、
   複数の前記単電池の各々は、前記電極体の扁平面が各単電池間で対向するように相互に隣接して配列されていると共に、該配列方向に沿って所定の拘束荷重で拘束され、
   前記配列された単電池の間隙のうち少なくとも一箇所に、当該単電池とともに拘束されて前記電池ケース内部の電極体に拘束荷重を加える押圧部材が配置されており、
   ここで、前記押圧部材は、前記電極体のコア部の幅方向の中央部に前記拘束荷重を加える中央加圧部と、前記コア部の幅方向の両側縁部に前記拘束荷重を加える側縁加圧部とを備えており、
   前記制御部は、前記組電池を充電する際に前記中央加圧部を膨張させて前記コア部の中央部への前記拘束荷重を増加させる一方で、放電する際に前記中央加圧部を収縮させて前記コア部の中央部への前記拘束荷重を減少させる荷重制御手段を備えている、電池モジュール。
   
   
   
   

Images