JP2019075350A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】金属溶出を抑制できる二次電池を提供する。【解決手段】二次電池１は、電極体１０と、ケース１１と、押圧体１２とを備える。電極体１０は、正極および負極がセパレータを介して積層されて構成されている。ケース１１は、電極体１０を収容する。押圧体１２は、電極体１０の積層方向ＤＲ１におけるケース１１の両側に設けられる。押圧体１２は、ケース１１を介して電極体１０を押圧する。押圧体１２は、上下方向ＤＲ２において互いに間隔を空けて並べられている複数の押圧部材１３を含む。上下方向ＤＲ２における電極体１０の中央部分Ｃ１を押圧する押圧部材１３は、中央部分Ｃ１に対して上下方向ＤＲ２の両端に設けられる端部分Ｃ２を押圧する押圧部材１３よりも大きい熱膨張係数を有する。【選択図】図５

Description

本開示は、二次電池に関する。

従来の二次電池において、ケースを介して電極体を押圧することにより、電極体に金属が析出することを抑制する技術が、たとえば特開２０１６−００４７２４号公報（特許文献１）、特開２０１７−０９８１０７号公報（特許文献２）に開示されている。

特開２０１６−００４７２４号公報 特開２０１７−０９８１０７号公報

正極および負極がセパレータを介して積層された電極体を有する二次電池が過充電等により高温状態になると、電極体の中央部分において高電位となりやすい。電極体の中央部分が高電位になることで、正極の金属が溶出する場合がある。

本開示では、金属溶出を抑制できる二次電池が提供される。

本開示に係る二次電池は、電極体と、ケースと、押圧体とを備える。電極体は、正極および負極がセパレータを介して積層されて構成されている。ケースは、電極体を収容する。押圧体は、電極体の積層方向におけるケースの両側に設けられる。押圧体は、ケースを介して電極体を押圧する。押圧体は、上下方向において互いに間隔を空けて並べられている複数の押圧部材を含む。上下方向における電極体の中央部分を押圧する押圧部材は、中央部分に対して上下方向の両端に設けられる電極体の端部分を押圧する押圧部材よりも大きい熱膨張係数を有する。

上記の二次電池によると、電極体の中央部分の電位を小さくすることができ、正極の金属溶出を抑制することができる。

本開示に従えば、金属溶出を抑制できる二次電池を実現することができる。

実施の形態１に従う二次電池の概略斜視図である。 実施の形態１に従う二次電池の概略側面図である。 実施の形態１に従う電極体の構成を説明するための概略斜視図である。 電極体の一例を示す概略斜視図である。 二次電池が過充電された際の、実施の形態１に従う二次電池の概略図である。 過充電時における従来の二次電池の電極体の各位置ごとの最高電位を示す図である。 過充電時における実施の形態１に従う二次電池の電極体の各位置ごとの最高電位を示す図である。 充電時間に対する二次電池の温度変化を示したグラフである。 充電過多の繰り返し数に対する電極体の抵抗値の増加率を示したグラフである。 二次電池の拘束面積と二次電池の電圧の減少量との関係を示すグラフである。 中央部分と端部分との拘束圧比を変化させた時の、電極体の各位置に対する電極体の電位の減少量を示すグラフである。 実施の形態２に従う二次電池の概略図である。 実施の形態３に従う二次電池の概略側面図である。 実施の形態４に従う二次電池の概略図である。 中空六角状の構造物に圧縮荷重が作用している状態を示す図である。 平板状の構造物に圧縮荷重が作用している状態を示す図である。 板状、中空三角状、中空四角状および中空六角状を有するそれぞれの構造物に圧縮荷重を作用させた際のたわみ量を示すグラフである。

以下、図面に基づいて、各実施の形態における二次電池について説明する。以下に示す実施の形態において、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して、重複した説明は繰り返さない。以下で説明される実施の形態の各構成は、適宜選択的に組み合わされてもよい。

（実施の形態１）
＜二次電池１＞
図１は、実施の形態１に従う二次電池１の概略斜視図である。図２は、実施の形態１に従う二次電池１の概略側面図である。図３は、実施の形態１に従う電極体１０の構成を説明するための概略斜視図である。図４は、電極体１０の一例を示す概略斜視図である。図１から図４を参照して、二次電池１について説明する。

二次電池１は、ハイブリッド自動車に搭載されている。二次電池１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関とともに、ハイブリッド自動車の動力源とされている。別の例として、二次電池１は、電気自動車または燃料電池自動車に搭載されている。

二次電池１は、電極体１０と、ケース１１と、押圧体１２とを備える。図３に示すように電極体１０は、シート状の正極５および負極６がシート状のセパレータ７を介して積層されて構成されている。

図１中に図示された両矢印は、正極５および負極６の積層方向ＤＲ１と、上下方向ＤＲ２と、幅方向ＤＲ３と、を示している。積層方向ＤＲ１は、正極５および負極６がセパレータ７を介して積層されている方向であり、図１中の左右方向である。正極５および負極６が積層されている方向は、ケース１１の厚み方向である。図４のように捲回された電極体１０をプレスすることにより偏平形状とする場合、積層方向ＤＲ１はプレス方向であり、図１および図４中のＤＲ１方向である。

上下方向ＤＲ２は、ケース１１の高さ方向であり、積層方向ＤＲ１と直交している。上下方向ＤＲ２は、図１中の上下方向である。幅方向ＤＲ３は、積層方向ＤＲ１と、上下方向ＤＲ２とに直交する方向である。幅方向ＤＲ３は、図２中の左右方向である。

電極体１０は、電解液とともにケース１１の内部に収容されている。電極体１０は、中央部分Ｃ１および端部分Ｃ２を有する。中央部分Ｃ１は、上下方向ＤＲ２における電極体１０の中央の部分である。端部分Ｃ２は、中央部分Ｃ１に対して上方および下方の電極体１０の一部分である。

ケース１１は、筐体１４と蓋部１５とを含む。筐体１４は、一方向に開口されたほぼ直方体の形状を有している。蓋部１５は、平面視において略矩形の形状を有する平板形状を有している。蓋部１５は、筐体１４に形成された開口に配置されている。蓋部１５は、筐体１４の開口を塞ぐように設けられている。

筐体１４は、下面１１ｃ、一対の向かい合う端面１１ｄ、および一対の向かい合う側面１１ａを有している。下面１１ｃは、筐体１４の底を構成している。端面１１ｄは、下面１１ｃから上方向に延びている。側面１１ａは、下面１１ｃから上方向に延びている。側面１１ａの幅方向ＤＲ３における両側には、端面１１ｄが連結されている。積層方向ＤＲ１におけるケース１１の両側（両側面１１ａ）には、押圧体１２が設けられている。

押圧体１２は、図示しない拘束部材により積層方向ＤＲ１におけるケース１１の外側から拘束圧を負荷されている。拘束方向を図中の白抜き矢印方向で示す。押圧体１２は、ケース１１を介して電極体１０を積層方向ＤＲ１に押圧する。押圧体１２は、側面１１ａを押圧する。

押圧体１２は、複数の押圧部材１３を含む。複数の押圧部材１３は、上下方向ＤＲ２において互いに間隔を空けて並べられている。複数の押圧部材１３は、上下方向ＤＲ２においてほぼ等間隔で並べられている。押圧部材１３は、電極体１０に対向して配置されている。押圧部材１３は、幅方向ＤＲ３に延びる平板状の形状を有する。押圧部材１３の幅方向ＤＲ３の端部は、電極体１０の端部よりも端面１１ｄに近い位置に配置されている。上記構成とすることにより、幅方向ＤＲ３において、電極体１０を全体的に押圧することができる。

積層方向ＤＲ１に見て、電極体１０は、側面１１ａの幅方向ＤＲ３における端部と対向していない。押圧部材１３のうち電極体１０の端部よりも端面１１ｄに近い部分は、電極体１０を押圧しない。そのため、押圧部材１３は、筐体１４の両側の端面１１ｄに到達するまで延在することなく、筐体１４の両側の端面１１ｄから離れて配置されている。

複数の押圧部材１３の間には幅方向ＤＲ３に通る冷媒路ｄが形成される。冷媒路ｄは、各押圧部材１３の間に形成される隙間である。冷媒路ｄに空気が通ることで電極体１０の発熱により温度上昇したケース１１が冷却される。

押圧部材１３は、第１の押圧部材１３ａと第２の押圧部材１３ｂとを有する。図１および図２には、第１の押圧部材１３ａに、右上から左下に延びる斜線によるハッチングを施して、図示している。第１の押圧部材１３ａは、中央部分Ｃ１に対向して配置されている。第１の押圧部材１３ａは、側面１１ａの上下方向ＤＲ２における中央に設けられている。複数の第１の押圧部材１３ａのうち最も上にある第１の押圧部材１３ａから最も下にある第１の押圧部材１３ａまでの上下方向ＤＲ２における長さは、側面１１ａの上下方向ＤＲ２における長さの約１／４である。第１の押圧部材１３ａは、第２の押圧部材１３ｂよりも大きい熱膨張係数を有する。第１の押圧部材１３ａは、ケース１１を介して中央部分Ｃ１を押圧する。

第２の押圧部材１３ｂは、端部分Ｃ２に対向して配置されている。第２の押圧部材１３ｂは、複数の第１の押圧部材１３ａの上下方向ＤＲ２における両側に設けられている。複数の第２の押圧部材１３ｂのうち最も上にある第２の押圧部材１３ｂは、上下方向ＤＲ２において、電極体１０と蓋部１５との間の位置に配置されている。複数の第２の押圧部材１３ｂのうち最も下にある第２の押圧部材１３ｂは、上下方向ＤＲ２において、電極体１０と下面１１ｃとの間の位置に配置されている。上記構成とすることにより、上下方向ＤＲ２において、電極体１０を全体的に押圧することができる。第２の押圧部材１３ｂは、ケース１１を介して端部分Ｃ２を押圧する。

図５は、二次電池１が過充電された際の、実施の形態１に従う二次電池１の概略図である。過充電とは、満充電になっても充電し続けることである。二次電池１が過充電されると、電極体１０が発熱する。側面１１ａのうち電極体１０と対向する部分には、電極体１０から発せられた熱が伝達されやすい。電極体１０から発せられた熱は、側面１１ａを介して第１の押圧部材１３ａおよび第２の押圧部材１３ｂに伝達される。これにより、第１の押圧部材１３ａおよび第２の押圧部材１３ｂが熱膨張する。

第１の押圧部材１３ａおよび第２の押圧部材１３ｂは、拘束部材により拘束圧を負荷されているため、積層方向ＤＲ１への移動が規制されている。第１の押圧部材１３ａおよび第２の押圧部材１３ｂが、拘束部材とケース１１とによって積層方向ＤＲ１への移動を規制されたまま熱膨張することにより、ケース１１へ向けて変形する第１の押圧部材１３ａおよび第２の押圧部材１３ｂは、二次電池１が過充電される前よりも大きな力で電極体１０を押圧する。

第２の押圧部材１３ｂよりも大きい熱膨張係数を有する第１の押圧部材１３ａは、第２の押圧部材１３ｂよりも熱膨張量が大きい。これにより、第１の押圧部材１３ａは、第２の押圧部材１３ｂが端部分Ｃ２を押圧する力よりも大きな力で中央部分Ｃ１を押圧する。

＜電極体を押圧する力と電極体の電位との関係を確認する試験＞
図６は、過充電時における従来の二次電池の電極体の各位置ごとの最高電位を示す図である。図７は、過充電時における実施の形態１に従う二次電池１の電極体１０の各位置ごとの最高電位を示す図である。図６および図７の横軸は、二次電池が過充電された際、電極体の各位置において計測された最も高い電位の値を示す。実施の形態１に従う二次電池１は熱膨張係数の異なる複数の押圧部材１３（第１の押圧部材１３ａ，第２の押圧部材１３ｂ）を有している。これに対して、従来の二次電池の押圧体は、熱膨張係数が一様である複数の押圧部材を有している。

二次電池を過充電する際の、上下方向における位置が異なる電極体の５か所の電位を計測した。図６および図７における「上」は、電位計測位置のうち最も上にある位置を示す。「中央」は、電位計測位置のうち中央の位置を示す。「下」は、電位計測位置のうち最も下にある位置を示す。実施の形態１に従う二次電池１の「上」および「下」における最高電位と、従来の二次電池の「上」および「下」における最高電位とは、ほぼ同じである。一方、実施の形態１に従う二次電池１の「中央」における最高電位は、従来の二次電池の「中央」における最高電位よりも小さい。

実施の形態１に従う二次電池１において、二次電池１が過充電されると、電極体１０の温度が上昇し、第１の押圧部材１３ａおよび第２の押圧部材１３ｂが熱膨張する。第１の押圧部材１３ａは、第２の押圧部材１３ｂよりも膨張量が大きいため、第２の押圧部材１３ｂが電極体１０の端部分Ｃ２を押圧する力よりも大きい力で電極体１０の中央部分Ｃ１を押圧する。中央部分Ｃ１の拘束圧が上昇することにより、中央部分Ｃ１の電極間の抵抗が小さくなり、中央部分Ｃ１における最高電位を端部分Ｃ２における最高電位よりも小さくすることができる。

第２の押圧部材１３ｂの膨張量は第１の押圧部材１３ａの膨張量よりも小さいため、隣り合う第２の押圧部材１３ｂの間に形成される冷媒路ｄが狭まることを抑制することができる。これにより、電極体１０の発熱により温度上昇したケース１１を空気により冷却しやすくなるため、二次電池１の放熱性を確保することができる。二次電池１の放熱性を確保することで、中央部分Ｃ１の温度上昇を抑制することができる。中央部分Ｃ１の温度上昇が抑制されることにより、中央部分Ｃ１の電極間の抵抗の増加を抑制することができる。したがって、中央部分Ｃ１の電位の増加を抑制することができる。

以上のように、中央部分Ｃ１の電極間の抵抗を小さくし、二次電池１の放熱性を確保することにより、中央部分Ｃ１の電位の増加を抑制することができる。

図８は、充電時間に対する二次電池の温度変化を示したグラフである。図８の縦軸は、二次電池の温度を示す。図８の横軸は、充電時間を示す。図８中の実線は、実施の形態１に従う二次電池１の温度変化を示す。図８中の点線は、従来の二次電池の温度変化を示す。

二次電池を過充電すると、電極体の温度が上昇する。電極体の中央部分は、電極体の端部分に挟まれており、中央部分で発生した熱はケースの外部に放出されにくい。そのため、端部分よりも中央部分の方が高温になりやすい。

中央部分が高温になると、中央部分の電極間の抵抗が大きくなり、中央部分の電位が大きくなる。中央部分の電位が大きくなると、中央部分の正極から金属が溶出し、正極の結晶構造が崩壊する場合がある。金属溶出した正極は熱安定性が小さいため、高温で酸素を放出しやすく、酸素と電解液とが反応することにより大きな発熱反応を発生させる（熱暴走）。

従来の二次電池において、充電時間が長くなると過充電状態となり、充電開始時から７００［ｓｅｃ］を超えたあたりで、二次電池の温度が急激に上昇した（熱暴走）。一方、実施の形態１に従う二次電池１においては、７００［ｓｅｃ］を過ぎた後の二次電池１の温度上昇が抑制されている。これにより、中央部分Ｃ１の電位の増加が抑制され、中央部分Ｃ１における正極５の金属溶出が抑制される。したがって、熱暴走の発生を抑制することができる。

＜拘束圧の負荷パターンが電極体の抵抗値の増加率に与える影響を確認する試験＞
図９は、充電過多の繰り返し数に対する電極体の抵抗値の増加率を示したグラフである。充電過多は、充電速度に対して放電速度が遅い状態（一気に充電してから徐々に放電していくこと）である。図９の横軸は、充電過多のサイクル数（繰り返し数）を示す。図９の縦軸は、充電過多を繰り返す前の電極体の抵抗値に対する充電過多を繰り返した後の電極体の抵抗値の増加率を示す。

図９中の実線は、電極体の全体に均等な拘束圧を負荷しながら充電過多を繰り返した場合のグラフ（グラフＡ）である。図９中の点線は、電極体の中央部分に端部分よりも大きな拘束圧を負荷しながら充電過多を繰り返した場合のグラフ（グラフＢ）である。常温時において、グラフＡでは電極体に均等な拘束圧を負荷しているのに対し、グラフＢでは電極体の中央部分に負荷する拘束圧を電極体の端部分に負荷する拘束圧よりも大きくしている。

充電過多の繰り返しの回数が少ないとき、電極体の抵抗値の増加率は、ほぼ１となる。充電過多の繰り返しの回数を増やすにつれて、電極体の抵抗値の増加率は上昇する。すなわち、充電過多を繰り返していくと、電極体の抵抗値は増加していく。

電極体の抵抗値が大きくなるほど、二次電池が過充電された際に発生する熱量が大きくなる。二次電池の内部で発生する熱量が大きくなるほど、電極体の中央部分で大きく温度上昇するため、電極体の抵抗値がさらに大きくなる。

上記のように充電過多を繰り返すことによる電極体の抵抗値の増加、および電極体の温度上昇による電極体の抵抗値の増加により、中央部分における電位が増加する。これにより、中央部分において金属溶出する場合がある。

そのため、充電過多を繰り返し行なった場合の電極体の抵抗値の増加率が小さい方がより好ましい。すなわち、電極体の全体に均等な拘束圧を負荷している場合（グラフＡ）の方がより好ましい。

実施の形態１に従う二次電池１は、二次電池１が過充電等により温度上昇した場合に、第１の押圧部材１３ａが中央部分Ｃ１を押圧する力が増加する（中央部分Ｃ１に負荷される拘束圧が増加する）という構成であって、常に、中央部分Ｃ１に端部分Ｃ２よりも大きな拘束圧を負荷しているという構成ではない。常温時において、押圧体１２は、ほぼ均一に電極体１０を押圧している。すなわち、実施の形態１に従う二次電池１は、図９のグラフＡに示す二次電池のように、常温時において拘束圧が電極体１０全体に均等に負荷されている。

押圧体１２が常温時にほぼ均一に電極体１０を押圧する構成とすることにより、充電過多を繰り返していく過程での電極体１０の抵抗値の増加を抑制することができる。これにより、中央部分Ｃ１における電位の増加を抑制し、中央部分Ｃ１における金属溶出を抑制することができる。さらに、上記構成とすることにより、電極体１０の面内電流差を抑制することができる。これにより、二次電池１の性能を確保することができる。

なお、充電過多を繰り返した場合における二次電池１について述べてきたが、放電過多（放電速度に対して充電速度が遅い状態）を繰り返した場合における二次電池１についても同様に、常温時において拘束圧が電極体１０全体に均等に負荷されている構成が好ましい。

＜最適な拘束領域を確認する試験＞
図１０は、二次電池の拘束面積と二次電池の電圧の減少量との関係を示すグラフである。図１０の横軸は、筐体の側面のうち拘束部材により拘束圧を負荷されている部分（拘束部）の割合を示す。拘束部は、筐体の側面の中央に設けられている。たとえば、「１／２拘束」とは、拘束圧が負荷されている筐体の側面の面積（拘束面積）が、筐体の側面全体の面積の１／２であることを示す。図１０の縦軸は、二次電池の電圧の減少量を示す。

二次電池の電圧を４．５［Ｖ］とし、拘束部材による拘束荷重を３００［ｋｇｆ］とした場合の、筐体の側面のうちの拘束部の割合に対する二次電池の電圧の減少量を確認する試験を実施した。拘束面積を小さくするにつれて、電極体の中央部分に負荷される拘束圧が大きくなるため、電極体の中央部分の電位の減少量は大きくなる。そのため、二次電池の電圧の減少量は大きくなる。

図１０のグラフより拘束面積が側面の面積の１／４である場合に、電極体の中央部分の電位減少の効果が最も大きく、二次電池の電圧の減少量が最も大きいことがわかる。中央部分の電位の減少量を大きくして中央部分の金属溶出を抑制するため、拘束面積を筐体の側面全体の面積の１／４とすることが好ましい。

上述したように、実施の形態１に従う二次電池１において、複数の第１の押圧部材１３ａのうち最も上にある第１の押圧部材１３ａから最も下にある第１の押圧部材１３ａまでの上下方向ＤＲ２における長さは、側面１１ａの上下方向ＤＲ２における長さの約１／４である。拘束面積を筐体１４の側面１１ａ全体の面積の１／４とすることにより、より大きな拘束圧を複数の第１の押圧部材１３ａ全体に伝達することができる。これにより、第１の押圧部材１３ａが中央部分Ｃ１を押圧する力が大きくなる。したがって、電極体１０の中央部分Ｃ１の電位の減少量は大きくなる。

図１１は、中央部分と端部分との拘束圧比を変化させた時の、電極体の各位置に対する電極体の電位の減少量を示すグラフである。図１１の横軸の「上（下）」および「中央」は、図６および図７と同様に上下方向における電極体の位置を示す。図１１の縦軸は、電極体の電位の減少量を示す。

図１１中のグラフＡは、中央部分に負荷される拘束圧が端部分に負荷される拘束圧に対して５倍の大きさである場合を示す。図１１中のグラフＢは、中央部分に負荷される拘束圧が端部分に負荷される拘束圧に対して１０倍の大きさである場合を示す。図１１中のグラフＣは、中央部分に負荷される拘束圧が端部分に負荷される拘束圧に対して２０倍の大きさである場合を示す。中央部分と端部分との拘束圧比が５倍から２０倍の範囲内では、中央部分と端部分との拘束圧比が大きくなるほど電極体の各位置に対する電極体の電位の減少量は大きくなる。

中央部分と端部分との拘束圧比は、第１の押圧部材１３ａおよび第２の押圧部材１３ｂの材料選定により調整することができる。実施の形態１の二次電池１において、第１の押圧部材１３ａの線熱膨張係数と、第２の押圧部材１３ｂの線熱膨張係数とが２０倍以上異なるように、第１の押圧部材１３ａおよび第２の押圧部材１３ｂの材料を選定することができる。

押圧部材１３の線熱膨張係数をα［℃^−１］、押圧部材１３の温度上昇前後における温度差をΔＴ［℃］、温度上昇前における押圧部材１３の積層方向ＤＲ１における長さをＬ［ｍｍ］とした場合、温度上昇後における押圧部材１３の積層方向ＤＲ１における長さの増加量（線熱膨張量）ΔＬは以下の式（１）で表される。

ΔＬ＝α×ΔＴ×Ｌ・・・（１）
実施の形態１に従う二次電池１において、第１の押圧部材１３ａとして線熱膨張係数が１１０×１０^−６［℃^−１］であるポリプロピレン（ＰＰ）を、第２の押圧部材１３ｂとして線熱膨張係数が４．４×１０^−６［℃^−１］であるケイ素系セラミックス（ＳｉＣ）を用いる。

温度上昇前における第１の押圧部材１３ａおよび第２の押圧部材１３ｂの積層方向ＤＲ１における長さをそれぞれ５［ｍｍ］とし、第１の押圧部材１３ａおよび第２の押圧部材１３ｂのそれぞれの温度が２５［℃］から８０［℃］まで上昇したとした場合、（１）式より算出される理論上の第１の押圧部材１３ａおよび第２の押圧部材１３ｂの線熱膨張量ΔＬは、それぞれ０．０３０３［ｍｍ］、０．００１２［ｍｍ］となる。

電極体１０に負荷される拘束圧は、押圧部材１３の線熱膨張量ΔＬと比例関係にある。第１の押圧部材１３ａおよび第２の押圧部材１３ｂの線熱膨張量ΔＬが、それぞれ０．０３０３［ｍｍ］、０．００１２［ｍｍ］である場合、第１の押圧部材１３ａが膨張することで中央部分Ｃ１に負荷される拘束圧は、第２の押圧部材１３ｂが膨張することで端部分Ｃ２に負荷される拘束圧に対して２５倍となる。この場合、中央部分Ｃ１と端部分Ｃ２との拘束圧比が２０倍以上であるため、中央部分Ｃ１の電位の減少量は大きくなる。したがって、正極５の金属溶出を抑制することができる。

（実施の形態２）
図１２は、実施の形態２に従う二次電池１の概略図である。実施の形態２に従う二次電池１は、複数個が直列に組み合わされて組電池とされている。二次電池１は、積層方向ＤＲ１に積層されている。二次電池１は、図示しない拘束部材により、積層方向ＤＲ１における最も外側に設けられている二次電池１よりも外側から、図１２に示す白抜き矢印方向に拘束圧を負荷されて拘束されている。

複数の二次電池１の間には、押圧体１２が設けられている。二次電池１に挟まれている押圧体１２が温度上昇すると積層方向ＤＲ１に膨張し、隣接する２つの二次電池１をそれぞれ押圧する。

実施の形態２に従う二次電池１においても、実施の形態１に従う二次電池１と同様に、正極５の金属溶出を抑制する効果が得られる。

（実施の形態３）
図１３は、実施の形態３に従う二次電池１の概略側面図である。実施の形態３に従う第１の押圧部材１３ａおよび第２の押圧部材１３ｂは、幅方向ＤＲ３において互いに間隔を空けて並べられている。幅方向ＤＲ３において、各第１の押圧部材１３ａおよび各第２の押圧部材１３ｂの間には、上下方向ＤＲ２に通る吹き抜け路ｅが形成される。吹き抜け路ｅを通じて上下方向ＤＲ２にも空気が通るため、電極体１０の発熱により温度上昇したケース１１を冷却する効果がより向上する。これにより、二次電池１の放熱性を向上させることができる。

実施の形態３に従う二次電池１において、吹き抜け路ｅは２か所に形成されているが、２か所よりも多く形成されていてもよい。

（実施の形態４）
図１４は、実施の形態４に従う二次電池１の概略側面図である。第１の押圧部材１３ａは、複数の中空六角状の柱部１３ｃを有する。柱部１３ｃは、幅方向ＤＲ３に並んで設けられている。図１４において、柱部１３ｃは一部省略して記載されている。

実施の形態４に従う第１の押圧部材１３ａの材料は、低密度ポリプロピレン（ＰＰ）である。低密度ポリプロピレンの線熱膨張係数は、１１０×１０^−６［℃^−１］である。実施の形態４に従う第２の押圧部材１３ｂの材料は、ユリア樹脂（ＵＦ）である。ユリア樹脂の線熱膨張係数は、２７×１０^−６［℃^−１］である。

押圧部材１３がたわむことなく理想的に熱膨張した場合、線熱膨張量ΔＬは（１）式より算出される値となり、中央部分Ｃ１と端部分Ｃ２との拘束圧比は、第１の押圧部材１３ａの線熱膨張係数αと第２の押圧部材１３ｂの線熱膨張係数αとの比となる。この場合、中央部分Ｃ１に負荷される拘束圧は、端部分Ｃ２に負荷される拘束圧に対して約４倍程度であり、図１０に示すように中央部分の電位の減少量は小さいため、正極の金属溶出を抑制する効果は十分に得られない。

そのため、実施の形態４に従う第１の押圧部材１３ａは、複数の中空六角状の柱部１３ｃを有する形状とされている。実施の形態４に従う第２の押圧部材１３ｂは、平板状の形状とされている。

図１５は、中空六角状の構造物に圧縮荷重Ｗが作用している状態を示す図である。図１６は、平板状の構造物に圧縮荷重Ｗが作用している状態を示す図である。図１７は、板状、中空三角状、中空四角状および中空六角状を有するそれぞれの構造物に圧縮荷重を作用させた際のたわみ量を示すグラフである。図１７の横軸は、それぞれの構造物に作用させた圧縮荷重を示す。図１７の縦軸は、それぞれの構造物に圧縮荷重を作用させた際のたわみ量を示す。

図１７のグラフより、同じ圧縮荷重を作用させた場合、中空六角形状の構造物が、最もたわみ量が小さいことがわかる。二次電池１に拘束圧が負荷された場合、図１４に示す中空六角状の柱部１３ｃを有する第１の押圧部材１３ａは、平板状の第２の押圧部材１３ｂと比較してたわみにくい。

第１の押圧部材１３ａがたわみにくいことから、第１の押圧部材１３ａが熱膨張する際、第１の押圧部材１３ａが確実に積層方向ＤＲ１に変形することができる。これにより、第１の押圧部材１３ａの熱変形を中央部分Ｃ１に負荷される拘束圧にすることができる。

一方、第２の押圧部材１３ｂはたわみやすく、第２の押圧部材１３ｂが熱膨張する際、第２の押圧部材１３ｂが積層方向ＤＲ１以外に変形しやすい仕様と敢えてしている。これにより、端部分Ｃ２に負荷される拘束圧は低下する。

そのため、中央部分Ｃ１と端部分Ｃ２との拘束圧比を大きくすることができる。これにより、中央部分Ｃ１の電位の減少量を大きくすることができる。したがって、第１の押圧部材１３ａの線熱膨張係数αと第２の押圧部材１３ｂの線熱膨張係数αとの比が小さい場合であっても、正極５の金属溶出を抑制することができる。

上記のように線熱膨張係数の比が小さい第１の押圧部材１３ａおよび第２の押圧部材１３ｂを選定した場合であっても、第１の押圧部材１３ａの形状を変更して機械的特性を向上させることにより、中央部分Ｃ１と端部分Ｃ２との拘束圧比を大きくすることができる。

これにより、第１の押圧部材１３ａおよび第２の押圧部材１３ｂの材料選定に係る設計の自由度が大きくなる。コストの小さい材料を選定することにより、二次電池１の製造コストを抑制することができる。

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 二次電池、５ 正極、６ 負極、７ セパレータ、１０ 電極体、１１ ケース、１２ 押圧体、１３ 押圧部材、Ｃ１ 中央部分、Ｃ２ 端部分。

Claims (1)

1. 正極および負極がセパレータを介して積層された電極体と、
   前記電極体を収容するケースと、
   前記電極体の積層方向における前記ケースの両側に設けられ、前記ケースを介して前記電極体を押圧する押圧体と、を備え、
   前記押圧体は、上下方向において互いに間隔を空けて並べられている複数の押圧部材を含み、
   前記上下方向における前記電極体の中央部分を押圧する前記押圧部材は、前記中央部分に対して前記上下方向の両端に設けられる前記電極体の端部分を押圧する前記押圧部材よりも大きい熱膨張係数を有する、二次電池。