JP5871067B2 - 電池構造体 - Google Patents

Description

本発明は、電池構造体に関するものである。

本出願は、２０１２年７月１３日に出願された日本国特許出願の特願２０１２―１５７１７６に基づく優先権を主張するものであり、文献の参照による組み込みが認められる指定国については、上記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の記載の一部とする。

複数の角形電池を断熱部材を介して積層して一体化し、当該断熱部材を角形電池の端面の略全面を覆う大きさにし、当該断熱部材に、熱伝導率が充分低いポリプロピレン、ポリウレタン等の合成樹脂を用いた集合電池が知られている（特許文献１）。

特開２００４−３６２８７９号公報

しかしながら、合成樹脂の断熱部材では断熱効果が充分でないため、角形電池で熱が発生した場合に、隣接する角形電池への熱伝導を抑制することができない、という問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、複数の二次電池間の熱伝導を抑制する電池構造体を提供することである。

本発明は、複数の扁平型二次電池の間で、電極板及びセパレータの積層方向に対して垂直方向に沿う扁平型二次電池の側面の少なくとも一部と接触し、当該側面に沿った面を有する金属部と、複数の扁平型二次電池の間で、金属部を介して前記側面を覆う空気層と、金属部を固定する固定部とを備え、当該固定部を、複数の扁平型二次電池を収容するケースとすることによって上記課題を解決する。

本発明は、二次電池の熱膨張が金属板で抑えられ、熱伝導率の低い空気層が確保されるため、二次電池から発した熱の伝導が当該空気層で抑えることができ、その結果として、複数の二次電池間の熱伝導を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る電池構造体に含まれる電池の平面図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 本発明の実施形態に係る電池構造体の斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る電池構造体に含まれる単電池の斜視図である。 図４の単電池を積層して構成される電池モジュールの分解斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る電池構造体の斜視図である。 図６の電池構造体の平面図である 図６のVIII−VIII線に沿う断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電池構造体の斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る電池構造体の斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
最初に、本例の電池構造体１に含まれる電池１０の構成について説明する。なお、電池構造体１の電池の構成は、以下の構成に限らず、他の構成をもつ電池を、本例の電池構造体１に適用してもよい。図１は電池１０の平面図を、図２は図１のII−II線に沿う断面図を示す。なお、図１、２のＸ、Ｙ、Ｚ軸表示は、図３の軸表示と対応している。

電池１０は、リチウム系、平板状、積層タイプの扁平型（薄型）二次電池であり、図１及び図２に示すように、３枚の正極板１１と、５枚のセパレータ１２と、３枚の負極板１３と、正極端子１４と、負極端子１５と、上部外装部材１６と、下部外装部材１７と、特に図示しない電解質とから構成されている。

このうちの正極板１１、セパレータ１２、負極板１３及び電解質が発電要素１８を構成し、また、正極板１１、負極板１３が電極板を構成し、上部外装部材１６及び下部外装部材１７が一対の外装部材を構成する。

発電要素１８を構成する正極板１１は、正極端子１４まで伸びている正極側集電体１１ａと、正極側集電体１１ａの一部の両主面にそれぞれ形成された正極層１１ｂ，１１ｃとを有する。なお、正極板１１の正極層１１ｂ，１１ｃは、正極側集電体１１ａの全体の両主面に亘って形成されているのではなく、図２に示すように、正極板１１、セパレータ１２及び負極板１３を積層して発電要素１８を構成する際に、正極板１１においてセパレータ１２に実質的に重なる部分のみに正極層１１ｂ，１１ｃが形成されている。また、本例では正極板１１と正極側集電体１１ａとが一枚の導電体で形成されているが、正極板１１と正極側集電体１１ａとを別体で構成し、これらを接合してもよい。

正極板１１の正極側集電体１１ａは、たとえばアルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔から構成されている。また、正極板１１の正極層１１ｂ，１１ｃは、たとえば、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ_２）、又は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）等のリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物等の正極活物質と、カーボンブラック等の導電剤と、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョン等の接着剤と、溶剤とを混合したものを、正極側集電体１１ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。

発電要素１８を構成する負極板１３は、負極端子１５まで伸びている負極側集電体１３ａと、当該負極側集電体１３ａの一部の両主面にそれぞれ形成された負極層１３ｂ，１３ｃとを有する。なお、負極板１３の負極層１３ｂ，１３ｃも、負極側集電体１３ａの全体の両主面に亘って形成されているのではなく、図２に示すように、正極板１１、セパレータ１２及び負極板１３を積層して発電要素１８を構成する際に、負極板１３においてセパレータ１２に実質的に重なる部分のみに負極層１３ｂ，１３ｃが形成されている。また、本例では負極板１３と負極側集電体１３ａとが一枚の導電体で形成されているが、負極板１３と負極側集電体１３ａとを別体で構成し、これらを接合してもよい。

負極板１３の負極側集電体１３ａは、たとえばニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔から構成されている。また、負極板１３の負極層１３ｂ，１３ｃは、たとえば非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のような、リチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、スチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンを混合し、乾燥させた後に粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これにアクリル樹脂エマルジョン等の結着剤をさらに混合し、この混合物を負極側集電体１３ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧延させることにより形成されている。

負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量に伴って出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。

発電要素１８のセパレータ１２は、上述した正極板１１と負極板１３との短絡を防止するものであり、電解質を保持する機能を備えてもよい。このセパレータ１２は、たとえばポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。

なお、本例に係るセパレータ１２は、ポリオレフィン等の単層膜にのみ限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔膜と有機不織布等を積層したものも用いることができる。このようにセパレータ１２を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能及びセパレータの形状維持（剛性向上）機能等の諸機能を付与することができる。

以上の発電要素１８は、セパレータ１２を介して正極板１１と負極板１３とが交互に積層されてなる。そして、３枚の正極板１１は、正極側集電体１１ａを介して、金属箔製の正極端子１４にそれぞれ接続される一方で、３枚の負極板１３は、負極側集電体１３ａを介して、同様に金属箔製の負極端子１５にそれぞれ接続されている。

なお、発電要素１８の正極板１１、セパレータ１２、及び負極板１３は、上記の枚数に何ら限定されず、たとえば１枚の正極板１１、３枚のセパレータ１２、及び１枚の負極板１３でも発電要素１８を構成することができ、必要に応じて正極板１１、セパレータ１２及び負極板１３の枚数を選択して構成することができる。

正極端子１４も負極端子１５も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子１４としては、上述の正極側集電体１１ａと同様に、たとえば厚さ０．２ｍｍ程度のアルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又はニッケル箔等を挙げることができる。また、負極端子１５としては、上述の負極側集電体１３ａと同様に、たとえば厚さ０．２ｍｍ程度のニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等を挙げることができる。

既述したが、図２に示す電池１０の構成では、電極板１１，１３の集電体１１ａ，１３ａを構成する金属箔自体を電極端子１４，１５まで延長することにより、換言すれば、１枚の金属箔１１ａ，１３ａの一部に電極層（正極層１１ｂ，１１ｃ又は負極層１３ｂ，１３ｃ）を形成し、残りの端部を電極端子との接結部材とし、電極板１１，１３を電極端子１４、１５に接続する構成としたが、正極層及び負極層間に位置する集電体１１ａ，１３ａを構成する金属箔と、接結部材を構成する金属箔とは別の材料や部品により接続してもよい。

上述した発電要素１８は、上部外装部材１６及び下部外装部材１７に収容されて封止されている。特に図示はしないが、本例の上部外装部材１６及び下部外装部材１７は何れも、薄型電池１の内側から外側に向かって、たとえばポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又は、アイオノマー等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムから構成されている内側層と、たとえばアルミニウム等の金属箔から構成されている中間層と、たとえばポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムで構成されている外側層と、の三層構造とされている。

したがって、上部外装部材１６及び下部外装部材１７は何れも、たとえばアルミニウム箔等金属箔の一方の面（薄型電池１の内側面）をポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又はアイオノマー等の樹脂でラミネートし、他方の面（薄型電池１の外側面）をポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート材等の可撓性を有する材料で形成されている。

このように、外装部材１６，１７が樹脂層に加えて金属層を具備することにより、外装部材自体の強度向上を図ることが可能となる。また、外装部材１６，１７の内側層を、たとえばポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又はアイオノマー等の樹脂で構成することにより、金属製の電極端子１４，１５との良好な融着性を確保することが可能となる。

なお、図１及び図２に示すように、封止された外装部材１６，１７の一方の端部から正極端子１４が導出され、当該他方の端部から負極端子１５が導出されているが、電極端子１４，１５の厚さ分だけ上部外装部材１６と下部外装部材１７との融着部に隙間が生じるので、薄型電池１内部の封止性を維持するために、電極端子１４，１５と外装部材１６，１７とが接触する部分に、たとえばポリエチレンやポリプロピレン等から構成されたシールフィルムを介在させてもよい。このシールフィルムは、正極端子１４及び負極端子１５の何れにおいても、外装部材１６、１７を構成する樹脂と同系統の樹脂で構成することが熱融着性の観点から好ましい。

これらの外装部材１６，１７によって、上述した発電要素１８、正極端子１４の一部及び負極端子１５の一部を包み込み、当該外装部材１６，１７により形成される内部空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウムや六フッ化リン酸リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入しながら、外装部材１６，１７により形成される空間を吸引して真空状態とした後に、外装部材１６，１７の外周縁を熱プレスにより熱融着して封止する。

有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）やメチルエチルカーボネート等のエステル系溶媒を挙げることができるが、本例の有機液体溶媒はこれに限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒を用いることもできる。

次に、図３を用いて、本例の電池構造体１の構成を説明する。図３は電池構造体１の斜視図である。電池構造体１は、複数の電池１０と、金属板２１、２２と、空気層３０と、ロアケース４０とを備えている。

複数の電池１０は、各電池１０に含まれる、正極板１１、負極板１３及びセパレータ１２の積層方向（図２、３のＹ方向に相当）を、同一方向にして、一列に並べられている。電池１０ａ及び電池１０ｂが対になり、電池１０ｃ及び電池１０ｄが対になるよう配置されている。電池１０ａ及び電池１０ｂの側面のうち、正極板１１、負極板１３及びセパレータ１２の積層方向に対して垂直方向に沿う側面（ＸＺ方向の面）であって、互いに対向する側面が重ね合うように、電池１０ａ、電池１０ｂが配置されている。電池１０ｃ、電池１０ｄも、電池１０ａ、１０ｂと同様に、互いに対向する側面が重なり合うよう配置されている。また、電池１０ｂと電池１０ｃとの間に隙間が形成されるよう、電池１０が配置されている。

金属板２１、２２は、金属により板状に形成された部材である。金属板２１、２２は電池１０ｂと電池１０ｃとの間の隙間に設けられ、金属板２１及び金属板２２は電池１０ｂの側面及び電池１０ｃの側面とそれぞれ接するように配置されている。

言い換えると、正極板１１、負極板１３及びセパレータ１２の積層方向において、電池１０ｂの両側面のうち、一方の側面は電池１０ａの側面と接しつつ、他方の側面は金属部２１の側面と接している。また、金属板２１の両側面のうち、一方の側面は電池１０ｂの側面と接しつつ、他方の側面は空気層３０に面している。

同様に、正極板１１、負極板１３及びセパレータ１２の積層方向において、電池１０ｃの両側面のうち、一方の側面は電池１０ｄの側面と接しつつ、他方の側面は金属部２２の側面と接している。また、金属板２２の両側面のうち、一方の側面は電池１０ｃの側面と接しつつ、他方の側面は空気層３０に面している。

金属板２１、２２の側面の面積が、当該側面に接触している電池１０ｂ、１０ｃｍの側面の面積以上になるよう形成されている。また金属板２１、２２の厚みは、積層方向の電池１０の厚さより薄い。これにより、電池１０ｂ、１０ｃの側面は、金属板２１、２２の側面に覆われることになる。

金属板２１、２２は、電池１０ｂ、１０ｃから発せされる熱を伝導させることで、当該熱を放熱させるために設けられている。また金属板２１、２２は、電池１０が異常短絡等により膨張する場合の、電池１０の膨らみ（電池１０ｂ、１０ｃの積層方向への膨らみ）を防ぐために設けられている。そのため、金属板２１、２２には、熱伝導性の高い金属材が用いられ、電池１０の膨らみ対して、金属板２１、２２の形状を保つ金属材が用いられる。また、金属板２１、２２の厚さ（図３のＹ方向の厚さ）は、電池１０の膨らみにより、容易に変形しないように、高い剛性を保つ厚さに規定されている。すなわち、図３のＹ方向において、金属板２１、２２の剛性は、少なくとも外装部材１６、１７の剛性より高くなるよう形成されている。

金属板２１と金属板２２の側面の法線方向（上記の積層方向と同方向であり、図３のＹ方向に相当する）には、空気層３０が設けられている。空気層３０は、金属板２１、２２を、隙間を空けて配置するようことにより形成される空間である。空気層３０は、隣り合う電池１０ｂと電池１０ｃとの間の熱伝導を抑制するために設けられている。そのため、空気層３０の幅（図３のＹ方向の幅）は、金属板２１、２２間で熱が伝わらないように間隔を確保しつつ、電池構造体１の図３のＹ方向への大きさを抑制するような長さに規定されている。

空気層３０は、金属板２１、２２を介して、電池１０ｂ、１０ｃの各側面を覆うように形成され、言い換えると、空気層３０と電池１０ｂ、１０ｃとの間には、金属板２１、２２が狭持されている。

ロアケース４０は、複数の電池１０を収容するための板状のケースであって、金属により形成されている。ロアケース４０は、電池１０の積層方向に沿った平面を有し、当該平面上に複数の電池１０が載置される。複数の電池１０とロアケース４０の接触部分は接着剤等により接着されている。

金属板２１、２２は、ロアケース４０の平面部分に対して垂直になるようにロアケース上に配置され、金属部２１、２２の一端とロアケース４０との接触部分が溶接等により固定されている。これによりロアケース４０は、金属板２１、２２を固定している。

ここで、金属部２１、２２とロアケース４０との接続部分について説明する。上記のとおり、電池１０が膨張する場合には、膨張による応力（図３のＹ方向への応力）は金属板２１、２２の側面で受け止められる。そして、金属板２１、２２に加わった応力は、金属板２１、２２の一端（金属板２１、２２の側面における、図３のＺ方向へ両端のうち、ロアケース４０側の一端）とロアケース４０との接続部分に集中する。そのため、電池１０の膨張に基づく応力が当該接続部分に加わった場合に、金属板２１、２２がロアケース４０から外れない程度に、当該接続部分の強度（接着強度）が高くなっている。一方、電池１０とロアケース４０との間の接着部分は、ロアケース４０上における電池１０の位置決めのために設けられているため、電池１０とロアケース４０との間の接着部分の接着強度は、金属板２１、２２とロアケース４０との接続部分の強度より低くてもよい。

ロアケース４０は、金属板２１、２２と同様に、金属に形成されている。ロアケース４０の好ましい熱伝導率は、１０Ｗ／ｍＫ以上であればよい。これにより、ロアケース４０は、放熱効果に優れているため、電池１０から発生された熱は、金属板２１、２２を伝わって、ロアケース４０から放熱される。

上記のように、本例は、複数の電池１０の間で、電池１０の積層方向に対して垂直方向に沿う側面と接触しつつ、当該側面に沿った面を有する金属板２１、２２と、複数の電池１０の間で、金属板２１、２２を介して、電池１０の当該側面を覆う空気層３０と、当該金属部２１、２２を固定するロアケース４０とを備えている。これにより、隣り合う電池１０の間には、空気層３０が存在するため、電池１０から発した熱が他の隣り合う電池１０に伝わることを抑制することができる。また、金属板２１、２２を備えているため、電池１０の熱を吸収することができ、放熱効果を高めることができる。

また、剛性の高い金属板２１、２２をロアケース４０に固定することで、電池１０が内部短絡等により膨張する場合に、電池１０の積層方向への変形が抑制されるため、空気層３０を維持することができる。本例とは異なり、複数の電池１０間に金属層２１、２２を設けてない場合には、電池の膨張により、空気層３０が狭まるため、空気層３０を維持することができなくなり、他の電池１０への熱伝導を抑制することできない。また、本例とは異なり、空気層３０の代わりに樹脂材を設けた場合には、電池１０からの熱が金属板２１、２２を伝わることで、当該樹脂材が高温になり、溶解する可能性がある。一方、本発明は、空気層３０を維持させることで、電池１０の発熱に対して、他の電池１０への熱伝導を抑制しつつ、放熱効果も高めることができる。

また本例は、ロアケース４０が金属により形成されている。これにより、金属板２１、２２で吸熱した熱をロアケース４０から放熱することができるため、放熱効果を高めることができる。

なお、本例は、電池１０ｂと電池１０ｃとの間に２枚の金属板２１、２２を設けたが、金属板２１、２２の何れか一方のみ設けてもよい。また、金属板２１、２２とロアケース４０との接続部分は、ねじ等により締結させてもよい。また、電池１０ａと電池１０ｂ、及び、電池１０ｃと電池１０ｄは、必ずしも対になる必要はない。また、電池１０ａと電池１０ｂとの間、又は、電池１０ｃと電池１０ｄとの間に、金属板２１、２２及び空気層３０を設けてもよい。また、金属部２１、２２は、電池１０ｂ、１０ｃの側面の少なくとも一部と接触すればよい。また金属部２１、２２とロアケース４０とを一体化させてもよい。

上記の電池１０が本発明の「扁平型二次電池」に相当し、金属板２１、２２が本発明の「金属部」に、ロアケース４０が本発明の「固定部」に相当する。

《第２実施形態》
発明の他の実施形態に係る電池構造体は、上述した第１実施形態に対して、金属板２１、２２の機能を電池モジュール５０の一部の構成に持たせている点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、その記載を適宜、援用する。

まず電池モジュール５０の構成について説明する。なお、電池構造体の電池の構成は、以下に説明する構成に限らず、他の構成をもつモジュールを、本例の電池構造体１に適用してもよい。図４は電池モジュール５０を構成する単電池の斜視図示す。図５は扁平薄型単電池を複数積層して構成された電池モジュールを示す。なお、図４、５のＸ、Ｙ、Ｚ軸表示は、図６〜図８の軸表示と対応している。

図１に示す単電池５１０は、端部に板状の電極端子５１１を有し、電極端子５１１の逆向きの端部に板状の電極端子５１２が、それぞれ電池の外方に向けて設けられている。電極端子５１１は陽極を、電極端子５１２は陰極の極性を有している。単電池５１０は、電極板及びセパレータを積層した発電要素を外装部材で封止することで形成されている。

そして、スペーサ５１３とスペーサ５１４が電極端子５１１を狭持し、スペーサ５１５とスペーサ５１６は電極端子５１２を狭持する。スペーサは絶縁性を有しており、単電極５１０と積層される単電池５２０との間の絶縁性を保つ。出力端子５１７は、電極端子５１１と電気的に接続されており、図２に示す電池モジュールの出力端子５１７となる。

単電池５２０は、単電池５１０の上面に積層される。スペーサ５２３は、単電池５２０の電極端子５２１を上下から狭持するスペーサのうち、下側のスペーサを示す。スペーサ５２５は、単電池５２０の電極端子５２２を上下から狭持するスペーサでのうち、同様に下側のスペーサを示している。電極端子５２１は陰極の極性を有し、電極端子５２２は陽極の極性を有す。単電池５１０と単電池５２０が積層される際は、電極端子５１１と電極端子５２１が電気的に接続される。これにより、単電池５１０と単電池５２０は、直列に接続され、積層される。

なお、図４は、２個の単電池５１０、５２０を積層した状態のみを示したが、図５に示す電池モジュールのように３個以上の単電池を積層する場合は、別の単電池が、単電池の上面より積層され、別の単電池の正極の電極端子は電極端子５２２と接続する。これにより、３個の単電池が直列接続に積層する。

図５に示す電池モジュール５０の単電池５３０は、図４に示す単電池５１０、５２０を８個積層した電池積層体である（以下、８個の単電池を単電池５３０と総称する）。

単電池５３０の一端には、陽極、陰極それぞれの出力端子５３１、５３２が接続される。スリーブ５３３は、積層されたそれぞれのスペーサに設けられた孔に挿入され、ボルト等により締め付けることで単電池５３０及びスペーサ５３４を固定する。絶縁カバー５３５は、出力端子５３１及び５３２が接続された単電池５３０の端面側に取り付けられ、電極端子を覆い、電極端子と単電池外部との間の絶縁性を保つ。同様に絶縁カバー５３５は、出力端子５３１、５３２の接続面とは逆側に取り付けられ、電極端子を覆う。スペーサ５３４とアッパーケース３６１の間には、緩衝材５３６を挿入する。緩衝材５３６は、車両等に電池モジュールを搭載する時に、車両の振動による単電池への影響を防ぐ機能を司る。

ケース５４０は、アッパーケース５４１とロアケース５４２を有し、図示するようにロアケース５４２に単電池５３０等のアッセンブリを入れ、アッパーケース５４１の端部とロアケース５４２とをカシメ加工することで、単電池５３０及びスペーサ５３４等が収容される。ケース５４０は、薄板スチール板により形成される。

またアッパーケース５４１の表面には、ケース５４０の内方を向く、膨出部５４３が形成される。膨出部５４３は、アッパーケース５４１の中央部分をプレス成形により、エンボス状に形成される。膨出部５４３は、単電池５３０の短絡異常等により単電池５３０が膨張した際に、当該膨張を防ぐために設けられている。

特に、本例では、薄板スチール板をケース５４０に用いており、単電池５３０の膨張に生じる応力（図５のＹ方向の応力）に対して剛性を高めるために、膨出部５４３を設けている。なお、ケース５４０の側面が、第１実施形態の金属板２１、２２のように、面一な平面部分で十分な剛性を持っている場合には、膨出部５４３をケース５４０に設けなくてもよい。

差込口５３７は、絶縁カバー５３５に設けられ、コネクタ（図示しない）と嵌合する。コネクタが差込口５３７に嵌合されると、単電池５３０を構成する単電池の電圧検出端子は、コネクタの端子と電気的に接続される。

なお、本例に係る電池モジュール５０は、単電池を８個積層されたものであるが、必ずしも８個に限定されることはなく、それぞれの電池モジュールで適宜、構成する単電池の数を設定することができる。

次に、図６〜図８を用いて、本例の電池構造体１の構成を説明する。図６は電池構造体１の斜視図であり、図７は電池構造体１の平面図であり、図８は図６のVIII-VIII線に沿う断面図である。

電池構造体１は、複数の電池モジュール５０と、空気層３０と、ロアケース４０とを備えている。複数の電池モジュール５０は、本例では１２個の電池モジュールであるが、必ずしも１２個である必要はなく、例えば１０個であってもよい。また、１２個の電池モジュール５０は、ロアケース４０内で、６個ずつの同数で２列に並べられて、各列では、２個ずつの電池モジュール５０が、空気層３０に相当する隙間を空けた状態で、並べられている。また、２列に並べられた電池モジュール５０には、列と列との間に、空気層３０が設けられている。

一列に並べられた６個の電池モジュール５０は、第１実施形態に係る複数の電池１０と同様に、各電池モジュール５０に含まれる単電池５３０の積層方向（図６〜図８のＹ方向）を同一方向にして、一列に並べられている。電池モジュール５０ｂと電池モジュール５０ｃとの間には、空気層３０を形成するために、隙間が設けられている。また、電池モジュール５０ｄと電池モジュール５０ｅとの間には、空気層３０を形成するために、隙間が設けられている。なお、図８において、電池モジュール５０は、出力端子５３１、５３２等の構成を省略して図示されており、単電池５３０の内部構成も簡略化して図示されている。

電池モジュール５０のケース５４０は、第１実施形態に係る金属板２１、２２と同様の機能を有しており、言い換えると、本例では、第１実施形態に係る金属板２１、２２に相当する部材がケース５４０により形成されている。すなわち、本例では、電池モジュール５０の筐体であるケース５４０が金属により形成されているため、当該ケース５４０をロアケース４０に固定することで、放熱作用と単電池５３０の膨張の抑止作用をもたせている。

空気層３０は、ケース５４０を介して、単電池５３０の側面（図６、図８のＺ方向に沿う側面）を覆うように形成されている。空気層３０の幅（図８のＹ方向の幅）は、金属板２１、２２間で、単電池５３０の発熱に基づく熱が伝わらないように間隔を確保しつつ、電池構造体１の図６のＹ方向への大きさを抑制するような長さに規定されている。

ロアケース４０は、図６に示すように１２個の電池のモジュールを内部に収容するためのケースであり、直方体状の筐体になるよう形成されている。複数の電池モジュール５０とロアケース４０の接触部分は溶接等により固定されている。これによりロアケース４０は、複数の電池モジュール５０の各ケース５４０を固定している。

上記のように、本例は、複数の単電池（電池の積層体）５３０の間で、単電池５３０の積層方向に対して垂直に沿う側面と接触しつつ、当該側面にそった面を有するケース５４０と、複数の単電池５３０の間で、ケース５４０を介して、単電池５３０の当該側面を覆う空気層３０と、ケース５４０を固定するロアケース４０とを備えている。これにより、複数の単電池５３０の間には、空気層３０が存在するため、単電池５３０から発した熱が他の隣り合う単電池５３０に伝わることを抑制することができる。また、ケース５４０を備えているため、単電池５３０の熱を吸収することができ、放熱効果を高めることができる。また、剛性の高いケース５４０をロアケース４０に固定することで、単電池５３０が内部短絡等により膨張し場合に、単電池５３０の積層方向への変形が抑制されるため、空気層３０を維持することができる。その結果として、単電池５３０の発熱に対して、他の電池モジュール５０への熱伝導を抑制しつつ、放熱効果も高めることができる。

上記の単電池５３０が本発明の「扁平型二次電池」に相当し、ケース５４０が本発明の「金属部」に相当する。

《第３実施形態》
図９は、本発明の他の実施形態に係る電池構造体の斜視図である。本例は、上述した第１実施形態に対して、ロアケース４０の構成が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、その記載を適宜、援用する。

本例の電池構造体１は、複数の電池１０と、空気層３０と、ロアケース４０とを備えている。ロアケース４０は、一対の電池１０ａ、１０ｂの載置用の板となる第１ケース部４１と、一対の電池１０ｃ、１０ｄの載置用の板となる第２ケース部４２と、第３ケース部４３と、第４ケース部４４と、第５ケース部４５とを備えている。

第１ケース部４１及び第２ケース部４２は、板状の金属の部材である。そして、第１ケース部４１及び第２ケース部４２の主面上に、電池１０ａ、１０ｂ及び電池１０ｃ、１０ｄがそれぞれ配置されている。第３ケース４３は、第１ケース４１の平面部分の一端から、電池１０の積層方向に対し垂直方向（図９のＺ方向）に向けて延在した、板状の金属部材である。第４ケース４４は、第２ケース４２の平面部分の一端から、電池１０の積層方向に対し垂直方向に向けて延在した、板状の金属部材である。

第５ケース部４５は、第３ケース部４３の一端（他端は第１ケース部４１に固定されている）から第４ケース部４４の一端（他端は第２ケース部４２に固定されている）に向けて、延在するように形成され、第３ケース部４３の当該一端と第４ケース部４４の当該一端とを連結する板状の金属部材である。第３ケース部４３の両側面（図９のＸＺ面）のうち、第４ケース部４４と対向する対向面は、空気層３０を臨み、当該対向面と反対側の側面は電池１０ｂの側面と接触している。第４ケース部４４の両側面（図９のＸＺ面）のうち、第３ケース部４３と対向する対向面は、空気層３０を臨み、当該対向面と反対側の側面は電池１０ｃの側面と接触している。

また、第１ケース部４１〜第５ケース部４５は、同一の金属材料であって、一体化しており、一枚の板状の金属部材を、折り曲げることで形成されている。これにより、第１ケース部４１と第３ケース部４３との間は固定され、第２ケース部４２と第４ケース部４４との間は固定される。

空気層３０は、第３ケース部４３及び第４ケース部４４に狭持されるように形成されている。空気層３０の幅（図９のＹ方向の長さ）は、第５ケース部４５により確保されている。すなわち、図９のＹ方向において、第５ケース部４５の長さは、第３ケース部４３の厚さに第４ケース部４４の厚さを加えた長さより、長くなるよう形成されている。

空気層３０の側面（ここでは、空気層を直方体状の空間として捉えている。）のうち、第３ケース部４３と第４ケース部４４との間に位置する側面には、電池積層体１の外方に向けて開口する開口部３１が設けられており、一対の開口部３１により、図９のＸ方向に風が通り抜けるように、空気層３０が形成されている。

また、詳細な図示はしないが、車両の進行方向に対して、開口部３１が対向するように、電池構造体１は車両に設けられており、車両走行時の風が、開口部３１から入って、空気層３０を通り、反対側の開口部３１から出ていくようになっている。

上記のように、本例において、空気層３０は、第３ケース部４３及び第４ケース部４４に狭持されつつ、外部からの空気を通す通気口３１を有している。これにより、空気層３０の温度を下げることができるため、空気層３０と接するケース４０の熱を放熱させることができる。

なお、本例は、第１ケース部４１〜第５ケース部４５を、一枚の板から形成したが、複数の板を溶接やねじ止め等でつなぎ合わせることで、形成してもよい。

上記の第３ケース部４３及び第４ケース部４４が本発明の「金属部」に相当する。

《第４実施形態》
図１０は、本発明の他の実施形態に係る電池構造体の斜視図である。本例は、上述した第１実施形態に対して、ロアケース４０の構成と、補強部６１、６２を設けている点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１実施形態及び第３実施形態の記載を適宜、援用する。

電池構造体１は、複数の電池１０と、金属板２１、２２と、空気層３０と、ロアケース４０と、補強部６１、６２を備えている。ロアケース４０は、第１ケース部４１及び第２ケース部４２を備えている。第１ケース部４１及び第２ケース部４２の構成は、第３実施形態に係る構成と同様であるため、説明を省略する。金属板２１、２２は、第１ケース部４１及び第２ケース部４２の端部に、それぞれ固定されている。

補強部６１、６２は、金属板２１、２２を補強するための部材であって、角柱の形状に形成されている。補強部６１、６２は、金属板２１、２２の側面のうち、空気層３０を臨む側面に、接着剤等により接着されている。補強部６１、６２の長手方向が電池１０の積層方向に対して垂直方向になるように、補強部６１、６２は金属板２１、２２の側面に設けられている。

また、補強部６１、６２は、空気層３０に設けられているため、空気層３０の伝熱防止作用を妨げないよう、樹脂により形成されている。金属板２１、２２の側面について、電池１０が発熱すると、当該側面の中央部がより高温になる。そのため、補強部６１、６２は、金属板２１、２２の側面の中央部以外の部分に設けることで、熱による補強部６１、６２の変形を防いでいる。なお、補強部６１、６２の好ましい熱伝導率は、０．５Ｗ／ｍＫ以下であればよい。

電池１０の異常短絡により、電池１０は膨張しようとし、金属板２１、２２は図１０のＹ方向への応力を受ける。本例では、図１０のＸ方向を長手方向とする補強部６１、６２が設けられているため、図１０のＺ方向を折り目とする屈曲に対して、剛性を高めることができる。これにより、電池１０の膨張を抑制しつつ、空気層３０を維持させることができる。

上記のように、本例は、金属板２１、２２の側面のうち、空気層３０を臨む側面に、金属板２１、２２の剛性を補強するための補強部６１、６２を設ける。これにより、金属板２１、２２の剛性が高まるため、電池１０の膨張の抑制効果を高めることができる。

なお、本例では、補強部６１、６２を複数設けたが、一本であってもよい。また、補強部６１、６２は、金属板２１、２２の側面上で平行になるよう設けられたが、当該側面上で十字状になるように設けてもよい。

１…電池構造体
１０…電池
１１…正極板
１１ａ…正極側集電体
１１ｂ、１１ｃ…正極層
１２…セパレータ
１３…負極板
１３ａ…負極側集電体
１３ｂ、１３ｃ…負極層
１４…正極端子（電極端子）
１５…負極端子（電極端子）
１６…上部外装部材
１７…下部外装部材
１８…発電要素
２１、２２…金属板
３０…空気層
３１…開口部
４０…ロアケース
４１…第１ケース部
４２…第２ケース部
４３…第３ケース部
４４…第４ケース部
４５…第５ケース部
５０…電池モジュール
５１０、５２０、５３０…単電池
５１１、５１２、５２１、５２２…電極端子
５１３〜５１６、５２３、５２５、５３４…スペーサ
５１７、５３１、５３２…出力端子
５３３…スリーブ
５３５…絶縁カバー
５３６…緩衝材
５３７…差込口
５４０…ケース
５４１…アッパーケース
５４２…ロアケース
５４３…膨出部
６１、６２…補強部

Claims (3)

1. 電極板及びセパレータを積層した発電要素を外装部材で封止した複数の扁平型二次電池と、
   前記複数の扁平型二次電池の間で、前記電極板及び前記セパレータの積層方向に対して垂直方向に沿う前記扁平型二次電池の側面の少なくとも一部と接触し、前記側面に沿った面を有する金属部と、
   前記複数の扁平型二次電池の間で、前記金属部を介して前記側面を覆う空気層と、
   金属により形成され、かつ、前記複数の扁平型二次電池を収容するケースとを備え、
   前記金属部と前記ケースが溶接により固定されている
   ことを特徴とする電池構造体。
2. 前記空気層は、一対の前記金属部に狭持され、外部からの空気を通す通気口を有することを特徴とする請求項１に記載の電池構造体。
3. 前記金属部の側面のうち、前記空気層を臨む側面に、前記金属部の剛性を補強する補強部をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電池構造体。

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