KR20190112658A - 세트전지 - Google Patents

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KR20190112658A
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고이치 다니모토
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

[과제] 전고체전지의 전지 성능과 내구성의 양방이 개선되어 있는 세트전지를 제공한다.
[해결수단] 본 발명에 의해, 복수의 단전지(10)와 구속 기구(20)를 구비하는 세트전지(1)가 제공된다. 복수의 단전지(10)는, 전극판과 고체전해질층이 전지 케이스(12) 내에 수용되어 있는 것과 함께, 상기 전극판 및 상기 고체전해질층의 두께 방향(Z)을 따라 배열되어 있다. 구속 기구(20)는, 배열된 단전지(10)를, 배열 방향(Z)을 따라 압축하는 방향으로 응력이 내재하도록 구속한다. 여기에서 단전지(10)는, 전극판에 접속되는 것과 함께, 전지 케이스(12)의 외부로 연장 돌출된 외부 단자(16)를 구비하고 있다. 그리고 배열 방향(Z)과 교차하는 방향에 있어서, 외부 단자(16)가 돌출하고 있는 방향을 제 1 방향이라고 하고, 당해 제 1 방향과는 반대인 방향을 제 2 방향이라고 하였을 때, 구속 기구(20)는, 제 1 방향(X1)으로부터 제 2 방향(X2)을 향함에 따라 응력이 커지도록 구성되어 있다.

Description

세트전지{BATTERY PACK}
본 발명은, 복수의 단전지를 적층하여 구속한 세트전지에 관한 것이다.
본 출원은, 2018년 3월 26일에 출원된 일본국 특허출원 제 2018-058633호에 의거하는 우선권을 주장하고 있으며, 그 출원의 모든 내용은 본 명세서 중에 참조로서 통합되어 있다.
최근, 리튬 이온 전지 등의 이차 전지는, 퍼스널 컴퓨터, 휴대 단말 등의 포터블 전원이나, 전기 자동차(EV), 하이브리드 자동차(HV), 플러그인 하이브리드 자동차(PHV) 등의 주전원, 및 전력 저장용 전원 등으로서 불가결한 존재가 되고 있다. 그리고 대용량이나 고출력이 요구되는 용도의 전지에 있어서는, 일반적으로, 복수개의 단전지(전지셀)를 두께 방향으로 겹쳐 쌓아서 묶은 세트전지의 형태로 사용되고 있다(특허문헌 1∼3 등 참조).
일본국 공개특허 특개2009-187889호 공보 일본국 공개특허 특개2015-118822호 공보 일본국 공개특허 특개2016-170917호 공보
이와 같은 세트전지에 있어서는, 각각의 단전지의 구성이나 세트전지의 설치 양태에 맞춰서 단전지의 구속력을 변화시키는 것이 제안되어 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 적어도 가스 발생 시에, 집전탭측으로부터 압력 개방부를 향함에 따라 가압력이 작아지도록 세트전지를 구축하는 것이 개시되어 있다. 이에 의해, 단전지 내에서 비수전해액의 분해에 의해 발생한 가스를 압력 개방부를 향하여 이동시켜, 압력 개방부로부터 원활하게 배출할 수 있는 것이 기재되어 있다. 또한, 예를 들어 특허문헌 2에는, 비수전해액을 포함하는 단전지로 이루어지는 세트전지에 대해서, 극판(極板)이 연직방향을 따르도록 설치하는 경우에는, 연직 상부보다도 연직 하부를 강하게 가압하는 구성이 개시되어 있다. 이에 의해, 단전지 내에서 비수전해액이 하부에 편재하는 것을 억제하여, 내구성을 향상할 수 있는 것이 기재되어 있다.
그러나, 이들은 압력 개방부나 비수전해액을 구비하는 이차 전지에 대해서, 특별한 국면에 있어서만 유효하게 되는 구성이었다. 예를 들면, 단전지에 있어서 보편적으로 생기는 전류 밀도의 분포의 발생이나, 이에 기인하는 전지 반응의 불균일성, 및 전지의 내구성의 악화에 대해서는 조금도 개시되어 있지 않았다.
본 발명은 이러한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 구성 요소인 전고체전지의 전지 성능과 내구성의 양방이 개선되어 있는 세트전지를 제공하는 것이다.
여기에 개시되는 기술에 의해, 복수의 단전지와, 구속 기구를 구비하는 세트전지가 제공된다. 복수의 단전지는, 전극판과 고체전해질층이 전지 케이스 내에 수용되어 있는 것과 함께, 상기 전극판 및 상기 고체전해질층의 두께 방향을 따라 배열되어 있다. 구속 기구는, 배열된 상기 단전지를, 상기 배열 방향을 따라 압축하는 방향으로 응력이 내재하도록 구속한다. 그리고 상기 단전지는, 상기 전극판에 접속되는 것과 함께, 상기 전지 케이스의 외부로 연장 돌출된 외부 단자를 구비하고 있다. 그리고 상기 배열 방향과 교차하는 방향에 있어서, 상기 외부 단자가 돌출하고 있는 방향을 제 1 방향이라고 하고, 당해 제 1 방향과는 반대인 방향을 제 2 방향이라고 하였을 때, 상기 구속 기구는, 상기 제 1 방향으로부터 상기 제 2 방향을 향함에 따라 상기 응력(구속압)이 커지도록 구성되어 있다.
통상의 단전지는, 외부 단자에 가까운 측으로부터 멀어짐에 따라 전류 밀도가 낮아져, 단전지 내에서의 반응이 분균일하게 되어 있다. 그러나, 상기 구성에 의하면, 단전지는, 외부 단자에 가까운 측으로부터 멀어짐에 따라 구속압이 커지도록 구성되어 있다. 이에 의해, 단전지는, 외부 단자에 가까운 측으로부터 멀어짐에 따라 내부 저항이 저감되고, 그 결과, 전류 밀도가 균일화 되도록 구성되어 있다. 이에 의해, 세트전지 전지 특성이 향상되는 것에 추가로, 세트전지의 장기 내구성도 개선된다. 그러나, 이러한 구속압의 분포는, 비수전해액을 포함하는 액계 이차 전지에 있어서는 액체 고갈을 초래할 수 있는 것이 되어 바람직하지 못하다. 여기에 개시되는 기술에 있어서는, 이러한 구속압 분포를, 고체전해질을 구비하는 전고체전지에 적용함으로써, 그 효과를 얻도록 하고 있다.
여기에 개시되는 기술의 바람직한 일 양태에 대해서, 상기 구속 기구는, 배열된 복수의 상기 단전지를 사이에 두도록 상기 배열 방향의 양단에 배치되는 한 쌍의 엔드 플레이트와, 한 쌍의 상기 엔드 플레이트에 걸쳐져서, 상기 엔드 플레이트의 이간 거리를 규제하는 구속 부재와, 한 쌍의 상기 엔드 플레이트의 사이에 배치되는 삽입 부재를 구비한다. 그리고 상기 삽입 부재는, 상기 제 1 방향으로부터 상기 제 2 방향을 향함에 따라 상기 배열 방향의 치수가 커지도록 구성되어 있다. 이와 같은 간편한 구성에 의해, 복수의 단전지에 대해서 상기의 구속압의 구배를 적합하게 부여할 수 있다.
여기에 개시되는 기술의 바람직한 일 양태에 대해서, 상기 구속 기구는, 배열된 복수의 상기 단전지를 사이에 두도록 상기 배열 방향의 양단에 배치되는 한 쌍의 엔드 플레이트와, 한 쌍의 상기 엔드 플레이트에 걸쳐져서, 상기 엔드 플레이트의 이간 거리를 규제하는 구속 부재와, 한 쌍의 상기 엔드 플레이트의 사이에 배치되는 삽입 부재를 구비한다. 그리고 상기 삽입 부재는, 상기 제 1 방향으로부터 상기 제 2 방향을 향함에 따라 스프링 상수가 높아지도록 구성되어 있다. 또한 상기 삽입 부재는, 상기 배열 방향에 있어서의 치수가 균일한 것이 바람직하다. 상기 구성에 의하면, 예를 들면 삽입 부재의 두께를 일정하게 하여도, 세트전지를 조립하였을 때에 복수의 단전지에 대해서 상기의 구속압의 구배를 적합하게 부여할 수 있다. 이에 의해, 간편하면서 또한 고(高)정밀도로 상기의 세트전지를 실현할 수 있어서 바람직하다.
여기에 개시되는 기술의 바람직한 일 양태에 대해서, 상기 삽입 부재는, 탄성 재료에 의해 구성되어 있다. 삽입 부재가 탄성 재료에 의해 구성되어 있음으로써, 단전지의 충방전에 수반하는 배열 방향의 치수 변화를 적합하게 흡수할 수 있으며, 단전지에 인가되는 구속압을 일정하게 유지할 수 있다. 이에 의해, 세트전지의 내구성을 보다 한층 높일 수 있기 때문에 바람직하다.
도 1은, 일 실시형태와 관련되는 세트전지를 모식적으로 나타내는 정면도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 단전지를 모식적으로 나타내는 (a) 평면도와, (b) 정면도와, (c) 측면도이다.
도 3은, 도 1에 나타낸 세트전지의 구성을 설명하는 정면 개략도이다.
도 4는, 다른 실시형태와 관련되는 세트전지의 구성을 설명하는 정면 개략도이다.
도 5는, 다른 실시형태와 관련되는 세트전지의 구성을 설명하는 정면 개략도이다.
도 6은, 일 실시형태와 관련되는 삽입 부재의 구성을 설명하는 평면 개략도이다.
도 7은, 다른 실시형태와 관련되는 삽입 부재의 구성을 설명하는 평면 개략도이다.
이하, 적절히 도면을 참조하면서, 여기에 개시되는 세트전지의 바람직한 실시형태를 설명한다. 또한, 여기에서 설명되는 실시형태는, 당연하지만 특별히 본 발명을 한정하는 것을 의도한 것이 아니다. 여기에 개시되는 세트전지는, 본 명세서에 개시되어 있는 내용과 당해 분야에 있어서의 기술 상식에 의거하여 실시할 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 수치 범위를 나타내는 「X∼Y」라는 표기는, 「X 이상 Y 이하」를 의미한다.
또한, 이하의 도면에 있어서, 같은 작용을 가지는 부재·부위에는 같은 부호를 붙여, 중복되는 설명은 생략 또는 간략화하는 경우가 있다. 도면 중의 부호 X, Y, Z는, 각각, 단전지의 길이 방향, 폭방향, 두께 방향을 의미하고, 두께 방향(Z)은 배열 방향과 일치한다. 또한, 배열 방향(Z)의 치수를 단지 「두께」라고 표현하는 경우가 있다. 또한, 도면 중의 부호 X1, X2, Y1, Y2, Z1, Z2는, 각각, 제 1 방향, 제 2 방향, 정극 외부 접속 단자측, 부극 외부 접속 단자 방향, 상방, 하방을 의미하는 것으로 한다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 길이 방향(X), 폭방향(Y), 배열 방향(Z)은 각각 직교하고 있다. 다만, 이들은 설명의 편의상의 방향에 지나지 않으며, 세트전지의 배치, 사용 등의 양태를 조금도 한정하는 것이 아니다.
(실시형태 1)
[세트전지]
도 1은, 1 실시형태와 관련되는 세트전지(1)를 모식적으로 나타낸 정면도이다. 도 2는, 단전지(10)를 모식적으로 나타내는 3면도이다. 세트전지(1)는, 복수의 단전지(10)와, 구속 기구(20)를 구비하고 있다. 복수의 단전지(10)는, 소정의 배열 방향(Z)으로 배열되어 있다. 구속 기구(20)는, 이들의 단전지(10)를 1세트의 전지로서 취급할 수 있도록 구속하기 위한 부재이다. 이하, 각 요소에 대해서 설명한다.
[단전지]
단전지(10)는, 전형적으로는 반복하여 충방전이 가능한 이차 전지이면 그 충방전 기구나 구성 등은 특별히 제한되지 않는다. 단전지(10)는, 예를 들면, 리튬 이온 이차 전지, 니켈 수소 전지, 전기 이중층 커패시터 등이다. 또한, 이차 전지에 대해서는, 안전성을 높이기 위해서, 전해질로서 가연성의 전해액을 이용하는 일 없이, 이온 전도성을 구비하는 세라믹이나 폴리머 등으로 이루어지는 고체전해질을 이용한 전고체전지의 실용화가 진척되어 있다. 여기에 개시되는 기술에 있어서, 단전지(10)는 이와 같은 고체전해질을 구비하는 것이 바람직하다. 이하, 단전지(10)가 전고체 리튬 이온 전지인 경우를 예로 들어 설명하지만, 단전지(10)의 구성은 리튬 이온 전지만으로 한정되는 것은 아니다. 단전지(10)는, 전형적으로는, 도시하지 않은 전극판과 고체전해질로 이루어지는 발전 요소(14)와, 전지 케이스(12)를 구비하고 있다. 하나의 단전지(10)는, 발전 요소(14)를 하나만 구비하고 있어도 되며, 두개 이상(예를 들면, 3∼5개) 구비하고 있어도 된다. 이 점에 있어서, 본 명세서에서 말하는 「단전지」란, JIS D 0114:2000으로 규정되는 「단위 전지」이며, 본 명세서에서 말하는 「발전 요소」는, 동(同)규정의 「단전지」일 수 있다. 이 발전 요소(14)는, 전지 케이스(12)에 수용되어 있다.
전고체전지에 있어서는, 전극판으로서의 정극판 및 부극판의 사이에 고체전해질을 층상으로 배치함으로써, 발전 요소(14)가 구성된다. 정극판과 부극판은, 각각 정극활물질층과 부극활물질층을 구비하고 있다. 고체전해질은, 정극판 및 부극판을 전기적으로 절연하면서, 전하 담체의 전도성을 가진다. 정극판과 부극판은, 고체전해질을 개재하여 대향 배치됨으로써, 정극판과 부극판의 사이에서 전하 담체를 오고 가게 할 수 있다. 이에 의해, 발전 요소(14)는 충방전을 행할 수 있다.
이들 고체전해질층 및 정·부의 활물질층은, 예를 들면, CVD법 등에 의해 치밀한 벌크체로서 형성되어 있어도 되며, 분체상(입자상)의 전극 구성 재료를 바인더에서 결착함으로써 구성되어 있어도 된다. 전고체전지에는 전해액이 존재하지 않기 때문에, 고체전해질층과 정·부의 활물질층의 사이의 계면 저항이 전해액을 구비하는 액계 이차 전지보다도 높다. 이에 추가하여, 분체 재료를 이용하여 제조되는 전고체전지에 대해서는, 고체전해질층 및 정·부의 활물질층을 구성하는 입자 사이에도 계면 저항이 발생한다. 따라서, 여기에 개시되는 기술의 효과가 보다 명료하게 발휘되는 점에서는, 발전 요소(14)로서, 분체상의 전극 구성 재료를 이용하여 형성된 것을 적합하게 채용할 수 있다.
고체전해질층은, 고체전해질 재료를 주체로서 포함한다. 고체전해질 재료로서는, 예를 들면, 전하 담체 이온(여기서는 리튬 이온)에 관한 전도성을 가지지만, 전자 전도성은 나타내지 않는 각 종류의 화합물을 적합하게 이용할 수 있다. 이와 같은 고체전해질 재료로서는, 구체적으로는, 예를 들면 Li2S-SiS2, LiI-Li2S-SiS2, LiI-Li2S-P2S5, LiI-Li2S-B2S3, Li3PO4-Li2S-Si2S, Li3PO4-Li2S-SiS2, LiPO4-Li2S-SiS, LiI-Li2S-P2O5, LiI-Li3PO4-P2S5, LiI-Li3PS4-LiBr, Li2S-P2S5, Li2S-P2S5-LiI-LiBr 및 Li2S-P2S5-GeS2 등의 비정질 황화물, Li2O-B2O3-P2O5, Li2O-SiO2, Li2O-B2O3, 및 Li2O-B2O3-ZnO 등의 비정질 산화물, Li10GeP2S12 등의 결정질 황화물, Li1.3Al0.3Ti0.7(PO4)3, Li1+x+yA1 xTi2-xSiyP3-yO12(A1은, Al 또는 Ga, 0≤x≤0.4, 0<y≤0.6), [(A2 1/2Li1/2)1-zCz]TiO3(A2는, La, Pr, Nd, 또는 Sm, C은 Sr 또는 Ba, 0≤z≤0.5), Li5La3Ta2O12, Li7La3Zr2O12, Li6BaLa2Ta2O12, 및 Li3.6Si0.6P0.4O4 등의 결정질 산화물, Li3PO(4-3/2w)Nw(w<1) 등의 결정질 산질화물, Li3N 등의 결정질 질화물, 및, LiI, LiI-Al2O3, 및 Li3N-LiI-LiOH 등의 결정질 요오드화물 등이 예시된다. 그 중에서도 우수한 리튬 이온 전도성을 가지는 점에서, 비정질 황화물을 바람직하게 이용할 수 있다.
또한, 고체전해질로서는, 리튬염을 포함하는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리불화비닐리덴, 또는 폴리아크릴로니트릴 등의 반고체의 폴리머 전해질도 사용할 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 「주체로 하는」이란, 당해 성분이 50질량% 이상 포함되는 것을 의미하고, 바람직하게는 60질량% 이상, 보다 바람직하게는 70질량% 이상, 예를 들면, 80질량% 이상 포함되는 양태일 수 있다.
정극활물질층은, 정극활물질을 주체로서 포함한다. 부극활물질층은, 부극활물질을 주체로서 포함한다. 정극활물질 및 부극활물질로서는, 전고체전지의 전극활물질로서 이용 가능한 각종의 재료를 이용할 수 있다. 예를 들면, 리튬 이온을 흡장·방출할 수 있는 각 종류의 화합물을 적합하게 이용할 수 있다. 이들 정극활물질과 부극활물질에 명확한 제한은 없으며, 예를 들면, 2종류의 활물질 재료의 충방전 전위를 비교하여, 충방전 전위가 상대적으로 귀한 전위를 나타내는 것을 정극으로, 천한 전위를 나타내는 것을 부극으로 이용할 수 있다.
이와 같은 활물질 재료로서는, 예를 들면, 코발트산 리튬(예를 들면, LiCoO2), 니켈산 리튬(예를 들면, LiNiO2), Li1+xCo1/3Ni1/3Mn1/3O2(x는 0≤x<1을 충족시킨다) 등의 층상 암염형 리튬 천이 금속 산화물, 망간산 리튬(예를 들면, LiMn2O4), Li1+xMn2-x-yM1 yO4(M1은, Al, Mg, Ti, Co, Fe, Ni, 및 Zn에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소이며, x, y는 독립하여 0≤x, y≤1을 충족시킨다)로 나타나는 조성의 이종 원소 치환 Li-Mn 스피넬 등의 스피넬형 리튬 천이 금속 산화물, 티탄산 리튬(예를 들면, LixTiOy, x, y는 독립하여 0≤x, y≤1을 충족시킨다), 인산 금속 리튬(예를 들면, LiM2PO4, M2는 Fe, Mn, Co, 또는 Ni), 산화바나듐(예를 들면, V2O5) 및 산화몰리브덴(예를 들면, MoO3) 등의 산화물, 황화 티탄(예를 들면, TiS2), 그라파이트 및 하드 카본 등의 탄소 재료, 리튬 코발트 질화물(예를 들면, LiCoN), 리튬 실리콘 산화물(예를 들면, LixSiyOz, x, y, z는 독립하여 0≤x, y, z≤1을 충족시킨다), 리튬 금속(Li), 실리콘(Si) 및 주석(Sn) 및 이들의 산화물(예를 들면, SiO, SnO2), 리튬 합금(예를 들면, LiM3, M3은, C, Sn, Si, Al, Ge, Sb, Pb 또는 P), 리튬 저장성 금속간 화합물(예를 들면, MgxM4나 M5 ySb, M4는 Sn, Ge, 또는 Sb, M5는 In, Cu, 또는 Mn), 및, 이들의 유도체나 복합체를 들 수 있다.
또한, 정·부의 활물질층은, 층 내에서의 리튬 이온 전도성을 높이기 위해서, 활물질 재료의 일부를 상기의 고체전해질 재료로 치환하여도 된다. 이 경우, 활물질층에 함유시키는 고체전해질 재료의 비율은, 활물질 재료와 고체전해질 재료의 합계를 100질량%로 하였을 때, 예를 들면, 60질량% 이하로 할 수 있으며, 50질량% 이하가 바람직하고, 40질량% 이하가 보다 바람직하다. 또한, 치환할 때의 고체전해질 재료의 비율은, 10질량% 이상이 적절하고, 20질량% 이상이 바람직하고, 30질량% 이상이 보다 바람직하다. 이와 같은 활물질 재료와 고체전해질 재료의 치환을 하는 경우, 정·부의 물질층은, 활물질 재료와 고체전해질 재료를 주체로서 구성할 수 있다.
또한, 보다 전위가 높은 정극활물질층에 황화물로 이루어지는 고체전해질을 함유시키는 경우, 정극활물질과 고체전해질의 계면에 고저항의 반응층이 형성되어, 계면 저항이 높아질 우려가 있다. 따라서, 이와 같은 현상을 억제하기 위해서, 정극활물질 입자는 리튬 이온 전도성을 가지는 결정성 산화물로 피복해 둘 수 있다. 정극활물질을 피복하는 리튬 이온 전도성 산화물로서는, 예를 들면, 일반식 LixA3Oy로 나타나는 산화물을 들 수 있다. 여기서 식 중의 A3은, B, C, Al, Si, P, S, Ti, Zr, Nb, Mo, Ta 또는 W이며, x 및 y는 정의 수이다. 리튬 이온 전도성 산화물로서는, 구체적으로는, Li3BO3, LiBO2, Li2CO3, LiAlO2, Li4SiO4, Li2SiO3, Li3PO4, Li2SO4, Li2TiO3, Li4Ti5O12, Li2Ti2O5, Li2ZrO3, LiNbO3, Li2MoO4, Li2WO4 등을 예시할 수 있다. 또한, 리튬 이온 전도성 산화물은, 예를 들면, Li4SiO4-Li3BO3, Li4SiO4-Li3PO4 등과 같이, 상기 리튬 이온 전도성 산화물의 임의의 조합으로 이루어지는 복합 산화물이어도 된다.
정극활물질 입자의 표면을 이온 전도성 산화물로 피복하는 경우, 이온 전도성 산화물은, 정극활물질의 적어도 일부를 피복하고 있으면 되고, 정극활물질 입자의 표면의 전체를 피복하고 있어도 된다. 정극활물질 입자를 피복하는 이온 전도성 산화물의 두께는, 예를 들면, 0.1㎚ 이상이 바람직하고, 1㎚ 이상이 보다 바람직하다. 또한, 이온 전도성 산화물의 두께는, 예를 들면, 100㎚ 이하인 것이 바람직하고, 20㎚ 이하가 보다 바람직하다. 또한, 이온 전도성 산화물의 두께는, 예를 들면, 투과형 전자현미경(TEM) 등의 전자현미경을 이용하여 측정할 수 있다.
정·부의 활물질층은, 필요에 따라 전자 전도성을 높이기 위한 도전재를 포함하여도 된다. 도전재는 특별히 제한되는 것이 아니고, 예를 들면, 흑연이나, 아세틸렌 블랙(AB), 케첸 블랙(KB) 등의 카본 블랙, 기상 성장 카본 섬유(VGCF), 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버, 그 외의 탄소 재료를 적합하게 이용할 수 있다. 이와 같은 도전재는, 전극활물질층의 총량을 100질량%로 하였을 때, 예를 들면, 1질량% 이상이며, 1∼12질량%의 범위 내여도 되고, 2∼10질량%의 범위 내여도 된다.
또한, 발전 요소(14)를 분체상의 전극 구성 재료를 이용하여 형성하는 경우, 그 평균 입자경(D50)은 특별하게 한정되지 않으며, 예를 들어 이하의 크기의 것을 이용하는 것이 적절예로서 들 수 있다. 즉, 고체전해질층을 분체 재료에 의해 구성하는 경우, 평균 입자경은, 예를 들면, 약 0.1㎛ 이상이며, 0.4㎛ 이상이 바람직하다. 또한, 고체전해질 재료의 평균 입자경은, 예를 들면 50㎛ 이하로 할 수 있으며, 5㎛ 이하가 바람직하다. 전극활물질층을 분체 재료에 의해 구성하는 경우, 평균 입자경은, 예를 들면, 0.1㎛ 이상이며, 0.5㎛ 이상이며 된다. 한편, 평균 입자경은, 예를 들면 50㎛ 이하이며, 5㎛ 이하여도 된다. 분체 재료를 조립(造粒) 분체의 형태로 가공하여 이용하는 경우에는, 1차 입자로서의 평균 입자경이 상기 범위에 있으면 된다.
또한, 본 명세서에 있어서의 평균 입자경은, 레이저 회절·광 산란식의 입도 분포계를 이용하여 측정되는 체적 기준의 입도 분포에 있어서, 누적 50%에 상당하는 입자경이다. 또한, 평균 입자경이 1㎛ 이하가 되는 것에 의해 미세한 분체에 대해서는, 동적 광산란(Dynamic light scattering:DLS)법에 의한 측정값을 채용하여도 된다.
또한, 발전 요소(14)를 분체상의 전극 구성 재료를 이용하여 형성하는 경우, 전극 구성 재료를 결착하는 바인더로서는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 결착성을 가지는 각종의 유기 화합물을 이용할 수 있다. 이와 같은 바인더로서는, 예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리트리플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 셀룰로오스 수지, 아크릴 수지, 비닐 수지, 니트릴 고무, 폴리부타디엔 고무, 부틸 고무, 폴리스티렌, 스티렌 부타디엔 고무, 스티렌 부타디엔 라텍스, 다(多)황화고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 불소 고무 등을 들 수 있다. 바인더는, 상기 중 어느 1종을 단독으로 이용하여도 되고, 2종 이상을 조합시켜서 이용하여도 된다.
또한, 정·부의 활물질층을 분체상의 전극 구성 재료를 이용하여 형성하는 경우, 정·부의 활물질층은 집전체에 지지시킴으로써, 제조 및 취급이 간편해지는 것에 추가하여, 외부 부하로 고효율로 전력을 취출할 수 있다. 집전체의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 박상, 판상, 메시상 등의 각종의 시트상으로 하는 것이 바람직하다. 그리고 활물질층은, 예를 들면, 집전체의 표면(편면 또는 양면)에 구비하면 된다. 이와 같은 집전체로서는, 전자 전도성이 우수하며, 사용하는 활물질의 충방전 전위에 있어서 변질되기 어려운 각종의 재료를 이용할 수 있다. 예를 들면, 집전체 재료로서는, 알루미늄, 구리, 니켈, 철, 티탄, 및 이와 같은 합금(예를 들면, 알루미늄 합금, 스테인리스강), 및 카본 등을 들 수 있다. 집전체의 두께는 전극체의 치수 등에도 의하기 때문에 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 5㎛ 이상 500㎛ 이하가 바람직하고, 10㎛ 이상 100㎛ 이하 정도가 보다 바람직하다.
단전지(10)가 발전 요소(14)를 하나만 포함하는 경우, 예를 들면 집전체의 편면에 활물질층을 구비하면 된다. 이 경우, 예를 들면, 정극집전체의 편면에 정극활물질층을 구비한 정극과, 부극집전체의 편면에 부극활물질층을 구비한 부극을, 활물질층이 대향하는 방향에서 고체전해질층을 개재하여 겹치는 것으로 발전 요소(14)를 구축할 수 있다. 또한, 단전지(10)가 발전 요소(14)를 두개 이상 포함하는 경우, 예를 들면 집전체의 양면에 활물질층을 구비하면 된다. 이 경우, 예를 들면, 정극집전체의 양면에 정극활물질층을 구비한 정극과, 부극집전체의 양면에 부극활물질층을 구비한 부극을 복수매씩 준비하고, 정·부의 활물질층의 사이를 고체전해질층으로 절연하여 번갈아 겹침으로써, 복수의 발전 요소(14)를 구축할 수 있다.
집전체의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 세트전지(1)를 구축하기 쉬운 단전지(10)를 형성한다는 관점에서, 일반적으로는 장방형의 집전체가 채용되고 있다. 예를 들면, 집전체의 외형은, 도 2에 점선으로 나타낸 발전 요소(14)의 형상에 대응한 장방형으로 할 수 있다. 이 집전체(집전체가 없는 구성에 있어서는 정부의 활물질층)에는, 외부 접속 단자(16)가 전기적으로 접속되어 있다. 외부 접속 단자(16)는, 정극 단자(16a)와 부극 단자(16b)를 구비한다. 정극 단자(16a)는, 발전 요소(14)의 정극집전체에 전기적으로 접속되고, 부극 단자(16b)는 발전 요소(14)의 부극집전체에 전기적으로 접속된다. 외부 접속 단자(16)는, 집전체를 연장하여 마련함으로써 외부 접속 단자(16)의 일부로서 일체적으로 구성하여도 되고, 집전체와는 다른 별도의 부재로서의 외부 접속 단자(16)를 집전체에 기계적으로 접속하는 것으로 마련하여도 된다. 외부 접속 단자(16)는, 집전 효율을 높이기 위해서, 전극면 및 집전체의 표면을 따른 면에 설치된다.
외부 접속 단자(16)는, 집전체의 둘레 가장자리의 어느 위치에 접속되어 있어도 된다. 외부 접속 단자(16)는, 장방형의 집전체의 둘레 가장자리의 하나의 긴변 부분에 접속하여도 되며, 하나의 짧은변 부분에 접속하여도 된다. 또한, 정극 외부 접속 단자(16a)와 부극 외부 접속 단자(16b)는 각각을 집전체의 긴변 부분에 접속하여도 되며, 각각을 집전체의 짧은변 부분에 접속하여도 되며, 어느 일방을 긴변 부분에 접속하고 타방을 짧은변 부분에 접속하여도 된다. 또한 양방을 긴변 부분 또는 짧은변 부분에 접속한 경우에는, 정극 외부 접속 단자(16a)와 부극 외부 접속 단자(16b)가 길이 방향(X) 또는 폭방향(Y)에 있어서 같은 측에 위치하도록 정극판과 부극판의 배치를 조정하여도 되며, 정극 외부 접속 단자(16a)와 부극 외부 접속 단자(16b)가 길이 방향(X) 또는 폭방향(Y)에 있어서 반대측에 위치하도록 조정하여도 된다. 세트전지(1)의 체적을 보다 소형화한다는 관점에서는, 정극 외부 접속 단자(16a)와 부극 외부 접속 단자(16b)를 길이 방향(X) 또는 폭방향(Y)에 있어서 같은 측에 배치시키면 된다. 또한, 세트전지(1)의 외형에 있어서 치수가 보다 작은 부분을 확보한다는 관점에서는, 정극 외부 접속 단자(16a) 및 부극 외부 접속 단자(16b)는 집전체의 짧은변 부분에 접속하는 것과 함께, 길이 방향(X)에 있어서 같은 측(도 2에서는 제 1 방향(X1))에 배치시키면 된다.
전지 케이스(12)의 구성 및 형상 등은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 공지의 각형이나 원통형, 코인형 등의 입체 형상의 전지 케이스를 이용하여도 되고, 혹은 가요성을 가지는 파우치 형상의 전지백을 이용하여도 된다. 본 실시형태에 있어서, 전지 케이스(12)는, 연질의 금속 라미네이트 필름에 의해 구성된 라미네이트백이다. 전지 케이스(12)는, 발전 요소(14)를 수용하는 외장재이다. 금속 라미네이트 필름은, 예를 들면, 알루미늄이나 구리 등의 경량이며 부드러운 금속박과, 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌, 아미드계 수지 등의 절연성의 열가소성 수지 시트가 첩합(貼合)되어 구성되어 있어, 변형의 자유도가 높다. 그 때문에 금속 라미네이트 필름으로 이루어지는 전지 케이스(12)는, 금속캔 등으로 이루어지는 입체적인 전지 케이스를 채용했을 경우에 비하여, 후술하는 구속 기구(20)에 의한 구속압을 발전 요소(14)에 효과적으로 부하할 수 있다. 또한 전지 케이스(12)를 금속 라미네이트 필름에 의해 구성함으로써, 단전지(10)의 박형화나 경량화를 도모할 수 있다. 전지 케이스(12)는, 예를 들면, 금속 라미네이트 필름(전형적으로는, 알루미늄/PP 라미네이트 시트)으로 이루어지는 백에 발전 요소(14)를 수용한 뒤, 백을 열용착하여 밀폐함으로써, 발전 요소(14)를 외부 환경으로부터 차폐할 수 있다. 이 때, 전지 케이스(12)의 외부에는, 외부 접속 단자(16)로서의 정극 단자(16a)와 부극 단자(16b)를 인출하도록 한다. 다만, 전지 케이스(12)는, 금속 라미네이트 필름제인 것으로 한정되지 않으며, 예를 들면, 알루미늄, 스틸, 고강도 플라스틱 등으로 이루어지는 외형이 각형이나 원통형, 코인형 등의 용기여도 된다.
단전지(10)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 평면에서 볼 때에 길이 방향(X)으로 긴 장방형의 판상의 발전 요소(14)를 포함한다. 발전 요소(14)는, 평면에서 볼 때에 장방형의 정극활물질층, 고체전해질층, 및 부극활물질층이, 두께 방향(Z)으로 적층되어 있다. 발전 요소(14)를 수용하는 전지 케이스(12)도 또한, 평면에서 볼 때에 길이 방향(X)으로 긴 장방형이다. 전지 케이스(12)의 발전 요소(14)가 존재하지 않는 부위는, 금속 라미네이트 필름이 용착(容着)되며, 정면 및 측면에서 보았을 때의 두께 방향(Z)의 치수가 얇다. 또한, 전지 케이스(12)의 길이 방향(X)의 제 1 방향(X1)의 단부에는, 상기 서술의 외부 접속 단자(16)가 돌출하도록 배치되어 마련되어 있다. 외부 접속 단자(16)의 정극 단자(16a)와 부극 단자(16b)는, 폭방향(Y)으로 이간하여 배치되어 있다. 폭방향(Y) 중, 정극 단자(16a)측을 정극측(Y1), 부극 단자(16b)측을 부극측(Y2)이라고 편의적으로 부른다. 이와 같은 단전지(10)는, 발전 요소(14)의 두께 방향이 배열 방향(Z)이 되도록 복수의 것이 배열되어 적층되어 있다. 이에 의해, 배열된 복수의 단전지(10)로 이루어지는 전지 스택이 구성된다.
[구속 기구]
구속 기구(20)는, 한 쌍의 엔드 플레이트(22)와, 구속 부재(24a,24b)와, 고정 부재(25)를 구비하고 있다. 엔드 플레이트(22)는, 단전지(10)의 발전 요소(14)에 대해서 구속압을 면압(面壓)으로서 가하기 위한 판상의 부재이다. 구속 부재(24a,24b)는, 엔드 플레이트(22) 사이에 가해진 구속압을, 엔드 플레이트(22) 사이에 내재시켜서 유지하기 위한 부재이다.
한 쌍의 엔드 플레이트(22)는, 배열된 복수의 단전지(10)(이하, 단지 「전지 스택」이라고 하는 경우가 있다.)를 배열 방향(Z)으로 사이에 두도록, 그 양단에 배치되어 있다. 엔드 플레이트(22)는, 제 1 엔드 플레이트(221)와 제 2 엔드 플레이트(222)에 의해 구성되어 있다. 제 1 엔드 플레이트(221)는, 배열된 단전지(10)의 배열 방향(Z)의 상방(Z1)의 단부에 배치되어 있다. 제 2 엔드 플레이트(222)는, 배열된 단전지(10)의 배열 방향(Z)의 하방(Z2)의 단부에 배치되어 있다. 엔드 플레이트(22)는, 폭방향(Y)의 치수가 전지 케이스(12)의 폭방향(Y)의 치수와 같은 정도이거나 한층 크다. 엔드 플레이트(22)는, 길이 방향(X)의 치수가 발전 요소(14)의 길이 방향(X)의 치수와 같은 정도이거나 한층 크다. 엔드 플레이트(22)는, 발전 요소(14)의 전극면에 국소적인 응력을 가하지 않도록, 평면에서 보았을 때에 있어서 단전지(10)의 발전 요소(14)보다도 한층 이상 크게 구성되어 있으면 된다.
본 실시형태에 있어서의 구속 부재(24a,24b)는, 일정한 형상을 가지며, 바꿔 말하면 가요성이나 유연성을 구비하고 있지 않다. 구속 부재(24a,24b)는, 가로로 긴 띠형상 부재의 양단이 같은 측으로 약 90° 절곡된 것과 같이 측면에서 보았을 때 ㄷ자 형상을 가지고 있다. 구속 부재(24a,24b)는, 양단부의 절곡 부분이 제 1 엔드 플레이트(221)의 상면과 제 2 엔드 플레이트(222)의 하면에 각각 걸리도록, 배열 방향(Z)을 따라 한 쌍의 엔드 플레이트(22)의 측면에 걸쳐서 가설되어 있다. 구속 부재(24a,24b)의 단부의 절곡 부분은, 고정 부재(25)에 의해 제 1 엔드 플레이트(221)의 상면과 제 2 엔드 플레이트(222)의 하면에 고정되어 있다. 이에 의해, 한 쌍의 엔드 플레이트(22)는, 배열 방향(Z)을 따라 서로 이간하는 방향으로의 이동이 규제된다. 본 예에서는, 전지 스택을 한 쌍의 엔드 플레이트(22)로 사이에 두고 구속 부재(24a,24b)를 부착할 때에, 전지 스택에 대해서 배열 방향(Z)을 따라 압축 응력을 가한 상태에서 구속 부재(24a,24b)를 부착한다. 구속 부재(24a,24b)의 배열 방향(Z)을 따른 치수는, 이 압축 응력을 소정의 양만큼 유지할 수 있도록 설정된다. 이에 의해, 구속 기구(20)에 의해, 전지 스택에는 배열 방향(Z)을 따라 소정의 구속압(가압력)이 상시 인가된 상태가 유지된다.
고정 부재(25)는, 본 예에서는 볼트 나사를 채용하고 있지만, 고정 부재(25)의 구성은 이로 한정되는 것은 아니다. 고정 부재(25)는, 예를 들면, 나사축을 구속 부재(24a,24b)에 마련된 고정용 구멍(도시 생략)을 관통하여, 제 1 엔드 플레이트(221)의 상면이나 제 2 엔드 플레이트(222)의 하면에 마련된 나사구멍에 감합하여 체결된다. 이에 의해, 구속 부재(24a,24b)의 단부는, 엔드 플레이트(22)의 소정의 위치에 단단하게 고정된다. 본 실시형태에 있어서, 구속 기구(20)는, 엔드 플레이트(22)의 길이 방향(X)의 중심보다도 제 1 방향(X1)측과 제 2 방향(X2)측에 각각 하나씩의 구속 부재(24a,24b)를 구비하고 있다. 이 구속 부재(24a,24b)는, 엔드 플레이트(22)의 폭방향(Y)의 정극측(Y1)과 부극측(Y2)의 각각의 면(정면과 배면)에 마련되며, 합계 4개의 구속 부재(24a,24b)가 구비되어 있다. 이에 수반하여, 고정 부재(25)는, 구속 부재(24a,24b)의 양단부에 합계 8개가 구비되어 있다. 다만, 구속 부재 및 고정 부재의 수 및 배치는 이로 한정되는 것은 아니다.
여기에서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 구속 부재(24a,24b)는, 배열 방향(Z)의 치수가 서로 다르다. 제 1 구속 부재(24a)의 배열 방향(Z)의 치수(내측 치수)는 L1이며, 제 2 구속 부재(24b)의 배열 방향(Z)의 치수(내측 치수)는 L2이며, L1은 L2보다도 길다(L1>L2). 이에 의해, 복수의 단전지(10)에는, 엔드 플레이트(22)의 길이 방향(X)의 중심에 대해서, 제 1 방향(X1)측보다도, 제 2 방향(X2)측에, 보다 높은 구속력이 인가된다. 바꿔 말하면, 복수의 단전지(10)는, 길이 방향(X)의 중심에서 이분했을 때, 외부 접속 단자(16)에 가까운 측의 영역보다도, 외부 접속 단자(16)로부터 먼 측의 영역에 보다 높은 구속력이 인가되어 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 엔드 플레이트(22)의 두께는 일정하며, 엔드 플레이트(22)의 전지 스택에 맞닿는 측의 표면은 평평하다. 그리고 상기한 바와 같이 구속 부재(24a,24b)의 배열 방향(Z)의 치수가 서로 다름으로써, 한 쌍의 엔드 플레이트(22)의 사이의 거리는, 길이 방향(X)을 따라 제 1 방향(X1)으로부터 제 2 방향(X2)을 향함에 따라 서서히 작아진다. 따라서, 전지 스택에 인가되는 구속압은, 길이 방향(X)을 따라 제 1 방향(X1)으로부터 제 2 방향(X2)을 향함에 따라 서서히 커진다. 바꿔 말하면, 복수의 단전지(10)에 인가되는 구속압은, 길이 방향(X)을 따라 외부 접속 단자(16)가 마련된 쪽으로부터, 외부 접속 단자(16)가 마련되어 있지 않은 쪽을 향함에 따라 서서히 커진다. 복수의 단전지(10)는, 제 1 방향(X1)으로부터 제 2 방향(X2)을 향함에 따라 증대하는 압력 구배를 가지고 있다.
일반적으로 이차 전지에서는, 정·부의 전극과 고체전해질층의 사이에서 전하 담체의 흡장 및 방출이 행해지며, 이에 수반하여 생기는 전기 화학 반응에 의해 충방전이 실현된다. 이 때, 전극활물질이 전해질 이온을 방출하는 것에 의해 발생되는 전하는, 전극활물질층 및 전극집전체 내를 외부 접속 단자(16)를 향하여 이동한 뒤, 외부 부하로 취출된다. 여기에서, 전극활물질층 및 전극집전체 내를 이동하는 전하의 밀도(즉, 전류 밀도)는, 외부 접속 단자(16)의 근처에서 상대적으로 높고, 외부 접속 단자(16)로부터 떨어진 장소에서는 상대적으로 낮다. 바꿔 말하면, 각 전극에 있어서는 전류 밀도에 분포가 생기고 있다. 따라서, 종래의 단전지에 있어서는, 전극 내에서의 반응이 균일하지 않기 때문에, 단전지의 일부만이 격렬하게 사용되어서 국소적인 열화의 진행이 발생할 수 있었다. 이것은, 단전지, 나아가서는 세트전지 전체의 내구성의 악화로 이어질 가능성이 있었다. 이에 비해서, 하기의 표 1에 나타내는 바와 같이, 여기에 개시되는 기술에 있어서는, 상기 서술한 바와 같이, 단전지(10)는, 외부 접속 단자(16)가 마련된 쪽(X1)으로부터 마련되어 있지 않은 쪽(X2)을 향함에 따라 증대하는 압력 구배를 가지고 있다. 이에 의해, 단전지(10)의 길이 방향(X)을 따라 제 2 방향(X2)측에 있어서, 정부의 전극간 거리를 작게(좁게) 할 수 있다. 이에 의해, 각 전극 구성 재료는 보다 조밀하게 배치되어서, 예를 들면, 집전체, 전극활물질층 및 고체전해질층의 사이의 계면 저항, 전극활물질층을 구성하는 활물질 입자 사이의 전자 저항, 고체전해질층을 구성하는 고체전해질 입자 사이의 이온 저항, 확산 저항 등의 적어도 하나의 내부 저항이 저감된다. 그 결과, 단전지(10)의 길이 방향(X)을 따라 제 2 방향(X2)측에 있어서, 전기 화학 반응 등을 촉진시킬 수 있으며, 전류 밀도를 증대시킬 수 있다. 바꿔 말하면, 단전지(10)의 길이 방향(X)을 따라 전류 밀도의 분포를 균일화할 수 있으며, 전극 전체를 유효하게 전기 화학 반응에 기여시킬 수 있다. 그 결과, 단전지(10) 내에서의 반응을 균일하게 할 수 있다. 이에 의해, 복수의 단전지(10)의 각각에 대해서, 전지 성능을 향상시킬 수 있는 것과 함께, 내구성을 높일 수 있다. 또한, 단전지(10)는 전고체전지에 있어서 비수전해액을 포함하지 않기 때문에, 제 2 방향(X2)을 향함에 따라 증대하는 구속력의 압력 구배에 의해, 제 2 방향(X2)측에서 비수전해액의 액체 고갈이 생긴다고 하는 문제는 생기지 않는다. 상기 효과는, 전고체전지로 이루어지는 단전지(10)를 구비하는 세트전지(1)에 있어서 실현되는 특유한 효과라고 할 수 있다.
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또한, 세트전지(1)에 가하는 구속압은, 예를 들면, 전극활물질층이나 고체전해질층을 구성하기 위하여 사용하는 재료나, 소망하는 전지 성능에 따라 적절히 설정할 수 있다. 일례로서, 길이 방향(X)을 따라 압력 구배를 마련하지 않고 균일하게 구속하여 소정의 조건으로 충방전했을 때의 평균 구속압(평균 면압)을 Ps라고 하면, 이와 같은 평균 구속압은, 예를 들면, 0.1㎫ 이상 정도이면 되며, 1㎫ 이상이 바람직하고, 2㎫ 이상이 보다 바람직하고, 5㎫ 이상이 특히 바람직하고, 예를 들면, 10㎫ 이상이면 된다. 평균 구속압의 상한도 특별하게 한정되지 않으며, 예를 들면, 사용하는 전지 조립 장치 등이 단전지(10)에 인가할 수 있는 최대 구속압에 따라 적절히 설정할 수 있다. 이와 같은 평균 구속압으로서는, 예를 들면, 50㎫ 이하 정도, 예를 들면 20㎫ 이하 등으로 할 수 있다. 이와 같은 높은 구속압은, 비수전해액을 사용하는 단전지로 이루어지는 세트전지의 구속압의 약 5∼10배 이상일 수 있다.
그리고, 여기에 개시되는 세트전지(1)에 있어서는, 단전지(10)의 길이 방향(X)을 따라 외부 접속 단자(16)의 근처의 구속압이 상기 Ps보다도 상대적으로 낮으며, 외부 접속 단자(16)로부터 떨어진 장소에서는 구속압이 상기 Ps보다도 상대적으로 높게 되도록 압력 구배를 마련할 수 있다. 일례로서, 단전지(10)의 길이 방향(X)의 중심보다도 외부 접속 단자(16)(제 1 방향(X1))측에서는, 구속압이 상기 Ps보다도 상대적으로 낮으며, 중심보다도 외부 접속 단자(16)로부터 떨어진 측(제 2 방향(X2)측)에서는 구속압이 상기 Ps보다도 상대적으로 높게 되도록 압력 구배를 마련할 수 있다. 압력 구배는, 연속적으로 변화되어 있어도 되며, 단계적으로 변화되어 있어도 된다. 이와 같은 압력 구배는, 예를 들면, 소망하는 압력 및 그 구배를 실현하도록, 복수의 단전지(10)의 구속 후의 배열 방향(Z)의 치수나 한 쌍의 엔드 플레이트(22)의 두께(두께 방향(Z)의 치수)를 고려하면서, 구속 부재(24a,24b)의 배열 방향(Z)의 치수(ㄷ자의 내측 치수)를 적절하게 설계함으로써 실현할 수 있다.
단전지(10)의 길이 방향(X)의 제 1 방향(X1)의 단부에 있어서의 구속압(P1)은, 0.1×Ps 이상이어도 되고, 0.2×Ps 이상이어도 되고, 0.5×Ps 이상이어도 되고, 0.7×Ps 이상이어도 되고, 예를 들면, 0.9×Ps 이상으로 할 수 있다. 또한, 단전지(10)의 길이 방향(X)의 제 2 방향(X2)의 단부에 있어서의 구속압(P2)은, 10×Ps 이하여도 되고, 5×Ps 이하여도 되고, 3×Ps 이하여도 되고, 2×Ps 이하여도 되고, 예를 들면, 1.5×Ps 이하로 할 수 있다. 이와 같이, 구속압에 압력 구배를 마련하지 않을 때의 평균 구속압(Ps)을 기준으로서, 세트전지(1) 전체의 구속압의 압력 구배를 결정함으로써, 보다 적정한 구속 하중을 인가하여 세트전지(1)를 간편하게 조립할 수 있다.
구속 기구(20)를 구성하는 엔드 플레이트(22) 및 구속 부재(24a,24b)는, 소정의 구속압을 전지 스택에 인가할 수 있는 것이면 그 소재 등은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 엔드 플레이트(22) 및 구속 부재(24a,24b)는, 소정의 구속압을 인가했을 경우에 소성 변형이 생기지 않는 재료를 이용하여 구성할 수 있다. 이와 같은 재료로서는, 예를 들면, 항복점(보다 상세하게는 상항복점)이 구속압보다도 높은 재료가 예시된다. 엔드 플레이트(22)는, 예를 들면, 구체적으로는, 상기 제 2 방향(X2)에 있어서 인가되는 가장 높은 구속압에 의해, 휨변형(소성 변형)이 생기지 않도록, 최대 구속압보다도 휨응력이 높은 재료에 의해 구성하면 된다. 구속 부재(24a,24b)는, 상기 제 2 방향(X2)에 있어서 인가되는 가장 높은 구속압에 의해, 인장 소성 변형(예를 들면, 국소 신장)이 생기지 않도록, 최대 구속압보다도 항복점(예를 들어 상항복점)이 높은 재료에 의해 구성하면 된다. 이와 같은 재료로서는, 예를 들면, 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 철 또는 각종의 강재(예를 들면 구조용 강철), 고강도 합금 등으로 대표되는 금속 재료, 강화 플라스틱, 엔지니어 플라스틱 등의 수지 재료, 파인 세라믹스, 탄소 섬유 재료 등의 휨강도 및/또는 인장 강도가 높은 무기 재료, 및, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 등의 이것들의 복합 재료 등을 들 수 있다. 엔드 플레이트(22) 및 구속 부재(24a,24b)는, 동일한 재료에 의해 구성되어 있어도 되고, 다른 재료에 의해 구성되어 있어도 된다.
이들 항복점 및 휨응력 등의 측정은, 사용하는 재료에 따라, 예를 들면, JIS Z2241:2011 및 JIS Z2248:2006(모두 금속 재료인 경우) 등에 준하여 실시할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에 있어서, 구속 부재(24a,24b)의 수는 4개, 고정 부재(25)의 수는 8개였다. 또한, 구속 부재(24a,24b)의 형상은 모두 같았다. 그러나, 여기에 개시되는 세트전지의 양태는 이로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제 2 방향(X2)에서는, 제 1 방향(X1)보다도 높은 구속압이 인가된다. 따라서, 예를 들면, 제 2 방향(X2)에 설치되는 구속 부재(24b)는, 제 1 방향(X1)에 설치되는 구속 부재(24a)와 비교하여, 보다 강도가 높은 재료에 의해 구성되어 있어도 되고, 길이 방향(X)에 있어서의 치수가 보다 크게(폭이 넓게 되도록) 구성되어 있어도 된다.
또한, 도 1에서는, 구속 부재(24a,24b)가 엔드 플레이트(22)(및 전지 스택)의 폭방향(Y)의 단부 측면에 있어서 배열 방향(Z)을 따라 걸쳐서 가설되어 있었지만, 구속 부재(24a,24b)의 설치 위치는 이로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 구속 부재(24a,24b)는 엔드 플레이트(22)(및 전지 스택)의 길이 방향(X)의 단부 측면에 있어서 배열 방향(Z)을 따라 걸쳐서 가설되어 있어도 된다. 이 경우, 엔드 플레이트(22)의 길이 방향(X)의 치수는, 단전지(10)의 길이 방향의 치수보다도 크게 하면 된다. 또한, 구속 부재(24a,24b)는 각각, 길이 방향(X)의 단부 측면에 있어서, 폭방향(Y)으로 두개 이상의 것이 이간하여 배치되어 있어도 되고, 하나만이 배치되어 있어도 된다. 구속 부재(24a,24b)를 제 1 방향(X1)과 제 2 방향(X2)에 각각 하나씩 마련하는 경우에는, 구속 부재(24a,24b)의 폭방향(Y)의 치수를 크게(폭이 넓게 되도록) 구성하면 된다. 또한 이 경우, 하나의 구속 부재(24a,24b)에 대해서 두개 이상의 고정 부재(25)를 마련하여도 된다.
(실시형태 2)
[세트전지]
도 4는, 다른 실시형태와 관련되는 세트전지(1)를 모식적으로 나타낸 정면도이다. 도 4의 세트전지(1)는, 구속 기구(20)의 구성이 다른 것 이외에는, 도 3과 마찬가지이다. 따라서, 각 부의 중복되는 설명은 생략한다. 구속 부재(24a,24b)의 설치 위치는, 구속 기구(20)의 구성이 보기 쉽다는 관점에서 도 3과 마찬가지로 길이 방향(X)의 단부 측면을 따라 배치하고 있지만, 도 1에 나타내는 바와 같이 폭방향(Y)의 단부 측면을 따르도록 배치하여도 된다.
본 실시형태에 있어서의 구속 기구(20)는, 한 쌍의 엔드 플레이트(22)와, 구속 부재(24a,24b)와, 고정 부재(25)와, 삽입 부재(26)를 구비하고 있다. 여기에서, 한 쌍의 엔드 플레이트(22)의 두께는 균일하다. 또한, 구속 부재(24a)의 배열 방향(Z)을 따른 길이(L1)와, 구속 부재(24b)의 배열 방향(Z)을 따른 길이(L2)는 동일하다. 예를 들면, 구속 부재(24a)와 구속 부재(24b)는, 동일한 부재로서 준비할 수 있다. 그리고, 본 실시형태의 삽입 부재(26)는, 제 1 삽입 부재(261)와 제 2 삽입 부재(262)에 의해 구성되어 있다. 제 1 삽입 부재(261)는, 배열 방향(Z)의 상방(Z1)의 제 1 엔드 플레이트(221)의 하면과 전지 스택의 사이에 삽입되어 있다. 또한, 제 2 삽입 부재(262)는, 배열 방향(Z)의 하방(Z2)의 제 2 엔드 플레이트(222)의 상면과 전지 스택의 사이에 삽입되어 있다.
본 실시형태에 있어서, 제 1 삽입 부재(261)와 제 2 삽입 부재(262)는, 실질적으로 같은 형상이다. 삽입 부재(26)의 길이 방향(X) 및 폭방향(Y)의 치수는, 각각 독립하여, 단전지(10)의 발전 요소의 길이 방향(X) 및 폭방향(Y)의 치수와 같거나 한층 크다. 삽입 부재(26)의 길이 방향(X)을 따른 제 1 방향(X1)의 단부의 두께(두께 방향(Z)의 치수)는 L3이며, 삽입 부재(26)의 길이 방향(X)을 따른 제 2 방향(X2)의 단부의 두께(두께 방향(Z)의 치수)는 L4이며, L4는 L3보다도 길다(L3<L4). 제 1 삽입 부재(261)와 제 2 삽입 부재(262)는, 모두, 길이 방향(X)을 따라 외부 접속 단자(16)에 가까운 측에서 먼 측을 향하여 서서히 두께 방향(Z)의 치수가 두꺼워지도록 구성되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 한 쌍의 삽입 부재(26)의 사이의 거리는, 길이 방향(X)을 따라 제 1 방향(X1)으로부터 제 2 방향(X2)을 향함에 따라 서서히 작아진다. 따라서, 전지 스택에 인가되는 구속압은, 길이 방향(X)을 따라 제 1 방향(X1)으로부터 제 2 방향(X2)을 향함에 따라 서서히 커진다. 바꿔 말하면, 복수의 단전지(10)에 인가되는 구속압은, 길이 방향(X)을 따라 외부 접속 단자(16)가 마련된 쪽으로부터, 외부 접속 단자(16)가 마련되어 있지 않은 쪽을 향함에 따라 서서히 커진다. 여기에 개시되는 세트전지(1)에 있어서, 복수의 단전지(10)에는, 제 1 방향(X1)으로부터 제 2 방향(X2)을 향함에 따라 증대하는 압력 구배가 가해지고 있다.
삽입 부재(26)의 길이 방향(X)을 따른 제 1 방향(X1)의 단부의 두께(L3)와 제 2 방향(X2)의 단부의 두께(L4)는, 예를 들면, 소망하는 구속압 및 그 구배를 실현하도록, 복수의 단전지(10)의 구속 후의 배열 방향(Z)의 치수나 한 쌍의 엔드 플레이트(22)의 두께(두께 방향(Z)의 치수) 및 구속 부재(24a,24b)의 배열 방향(Z)의 치수(ㄷ자의 내측 치수)를 고려하면서, 적절하게 설계할 수 있다.
또한 삽입 부재(26)는, 엔드 플레이트(22)와 구속 부재(24a,24b)에 의해 인가되는 소정의 구속압을, 전지 스택에 전할 수 있는 압축 내성이 있는 재료이면 그 소재 등은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 일례로서, 상기 서술의 엔드 플레이트(22) 및 구속 부재(24a,24b) 등과 마찬가지로, 삽입 부재(26)는, 소정의 구속압을 인가했을 경우에 소성 변형이 생기지 않는 재료를 이용하여 구성할 수 있다. 이와 같은 재료로서는, 예를 들면, 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 철 또는 각종의 강재(예를 들면, 구조용 강철), 고강도 합금 등으로 대표되는 금속 재료, 강화 플라스틱, 엔지니어 플라스틱 등의 수지 재료, 파인 세라믹스, 탄소 섬유 재료 등의 휨강도 및/또는 인장 강도가 높은 무기 재료, 및, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 등의 이것들의 복합 재료 등을 들 수 있다.
본 실시형태에서는, 구속 부재(24a,24b)의 배열 방향(Z)의 치수(L1,L2)를 서로 다르게 하는 일 없이(L1=L2), 길이 방향(X)을 따라 두께가 변화된 삽입 부재(26)를 이용하도록 하고 있다. 이에 의해서도, 여기에 개시되는 세트전지(1)를 구축할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 구속 부재(24a)와 구속 부재(24b)를 별도의 부재로서 구별할 필요가 없기 때문에, 세트전지(1)의 구축 및 부재의 관리에 있어서 구속 부재(24a)와 구속 부재(24b)를 혼동할 우려가 없어지기 때문에 바람직하다. 또한, 상기 실시형태 1에 있어서의 구속 부재(24a,24b)는, 가로로 긴 띠형상 부재의 양단이, 예를 들면, 엄밀하게는 90°로 절곡한 형상이 아닌, 구속 부재(24a)는 90°보다도 작은 각도(벤딩 가공의 각도는 90° 초과)로, 구속 부재(24b)는 90°보다도 큰 각도(벤딩 가공의 각도는 90° 미만)로 절곡되어 있었다. 따라서, 실시형태 1의 구속 부재(24a,24b)는 제조 공정이 복잡하며 높은 정밀도가 요구되는 것에 추가하여, 구속압에 대한 반력이 엔드 플레이트(22)와 구속 부재(24a,24b)의 접합면에 전단 응력으로서 발생하기 쉬운 것으로부터, 엔드 플레이트(22)와 구속 부재(24a,24b)를 고정하는 고정 부재(25)에의 부하가 커질 우려가 있었다. 이것은, 상기한 바와 같이 높은 구속압을 내포하는 세트전지(1)나, 진동이 발생하는 환경에서 사용될 수 있는 용도의 세트전지(1)에 대해서는 특히 바람직하지 못하다. 이에 비해서, 본 실시형태 2의 구성에 의하면, 예를 들면, 구속 부재(24a,24b)는, 가로로 긴 띠형상 부재의 양단을 엄밀하게 90°로 절곡하여 가공할 수 있다. 또한, 구속 기구(20)에 높은 구속압을 내포했을 경우에도, 구속압에 대한 반력은 엔드 플레이트(22)와 구속 부재(24a,24b)에 수직하게 가해져, 반력이 고정 부재(25)에 국소적으로 집중하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 세트전지(1)를 보다 안정된 구조의 것으로서 구축할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 삽입 부재(26)를 제 1 삽입 부재(261)와 제 2 삽입 부재(262)의 세트에 의해 구성하고 있었다. 그러나, 여기에 개시되는 세트전지의 양태는 이로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 삽입 부재(26)는, 단일의 부재에 의해 구성하여도 되고, 세개 이상의 부재에 의해 구성하여도 된다. 예를 들면, 삽입 부재(26)를 단일의 삽입 부재(26)만에 의해 구성하는 경우, 삽입 부재(26)는, 길이 방향(X)을 따른 두께의 변화량이, 예를 들면 상기의 제 1 삽입 부재(261)와 제 2 삽입 부재(262)의 길이 방향(X)을 따른 두께의 변화량의 합계(예를 들면, 2×(L4-L3))와 동등하게 되도록 설계하면 된다. 또한 이 경우, 삽입 부재(26)는, 제 1 엔드 플레이트(221)의 하면 또는 제 2 엔드 플레이트(222)의 상면의 어느 일방에 인접하도록 삽입하여도 되고, 복수의 단전지(10)의 사이에 삽입하여도 된다. 예를 들면, 복수의 단전지(10)의 배열의 중앙 부근에 삽입하여도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 부품수를 줄여 세트전지(1)를 구성할 수 있는 점에 있어서 바람직하다.
또한 예를 들면, 삽입 부재(26)를 세개 이상의 삽입 부재(26)에 의해 구성하는 경우, 모든 삽입 부재(26)의 길이 방향(X)을 따른 두께의 변화량의 합계가, 제 1 삽입 부재(261)와 제 2 삽입 부재(262)의 길이 방향(X)을 따른 두께의 변화량의 합계(예를 들면, 2×(L4-L3))와 동등하게 되도록 설계하면 된다. 또한, 이 경우, 세개 이상의 삽입 부재(26)는, 이로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 제 1 엔드 플레이트(221)의 하면과 제 2 엔드 플레이트(222)의 상면에 각각 인접하도록 삽입하고, 또한 복수의 단전지(10)의 사이에 삽입하면 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 복수의 단전지(10)의 조립 시의 경사를 저감시킬 수 있으며, 간편하게 양호한 정밀도로 세트전지(1)를 구축할 수 있는 점에 있어서 바람직하다.
또한, 상기 실시형태 2에서는, 삽입 부재(26)의 두께를 변화시킴으로써, 복수의 단전지(10)에 인가하는 구속압의 압력 구배를 조정하도록 하고 있었다. 그러나, 여기에 개시되는 세트전지의 양태는 이로 한정되는 것은 아니다. 구체적으로는 도시하지 않았지만, 예를 들면, 엔드 플레이트(22)와 삽입 부재(26)는, 일체적으로 구성되어 있어도 된다. 구체적으로는, 예를 들면, 제 1 엔드 플레이트(221)와 제 1 삽입 부재(261), 제 2 엔드 플레이트(222)와 제 2 삽입 부재(262)는, 각각 일체화되어 있어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 부품수를 줄여 세트전지(1)를 구축할 수 있는 점에 있어서 바람직하다.
또한, 상기 실시형태 2에서는, 삽입 부재(26)의 두께를 변화시킴으로써, 복수의 단전지(10)에 인가하는 구속압의 압력 구배를 조정하도록 하고 있었다. 그러나, 여기에 개시되는 세트전지의 양태는 이로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 삽입 부재(26)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 판상 삽입 부재(26a)와, 복수의 스페이서 부재(26bn)로 구성하도록 하여도 된다. 복수의 스페이서 부재(26bn)는, 판상 삽입 부재(26a)와 엔드 플레이트(22)의 사이에 배치되어 마련되어서, 판상 삽입 부재(26a)와 엔드 플레이트(22)의 사이의 거리를 조정한다. 복수의 스페이서 부재(26bn)는, 한 쌍의 판상 삽입 부재(26a)의 사이의 거리가 적절한 구속압과 그 구배를 실현하도록, 배열 방향(Z)의 치수가 설계되어 있다. 복수의 스페이서 부재(26bn)는, 예를 들면, 판상 삽입 부재(26a)의 두께와 길이 방향의 제 1 방향(X1)의 단부에 배치된 스페이서 부재(26bn)의 합계인 두께 방향(Z)의 치수(L5)가, 상기 실시형태 2에 있어서의 삽입 부재(26)의 제 1 방향(X1)의 단부의 두께(L3)와 동등하게 되도록 설계할 수 있다. 또한, 복수의 스페이서 부재(26bn)는, 예를 들면, 판상 삽입 부재(26a)의 두께와 길이 방향의 제 2 방향(X2)의 단부에 배치된 스페이서 부재(26bn)의 합계인 두께 방향(Z)의 치수(L6)가, 상기 실시형태 2에 있어서의 삽입 부재(26)의 제 2 방향(X2)의 단부의 두께(L4)와 동등하게 되도록 설계할 수 있다. 즉, 치수(L5)는 치수(L6)보다도 작다(L5<L6). 이와 같이 세트전지(1)의 삽입 부재(26)를 판상 삽입 부재(26a)와 복수의 스페이서 부재(26bn)의 조합으로 구성하는 것으로도, 상기 실시형태 2와 마찬가지의 작용 효과를 실현할 수 있다. 삽입 부재(26)를 판상 삽입 부재(26a)와 복수의 스페이서 부재(26bn)에 의해 구성함으로써, 구속 기구(20)의 경량화를 도모할 수 있다.
또한, 상기 실시형태 2에 있어서, 삽입 부재(26)는, 예를 들면, 탄성이 풍부한 재료(탄성 재료)를 이용하여 구성하여도 된다. 그와 같은 탄성 재료로서는, 예를 들면, 탄성 계수가 0.1㎫ 이상, 전형적으로는, 예를 들면, 1㎫ 이상에 있어서, 1×104㎫ 이하 정도, 전형적으로는, 예를 들면, 1×103㎫ 이하 정도의 재료를 바람직하게 이용할 수 있다. 구체적으로는, 탄성 재료로서는, 예를 들면, 천연고무 외, 디엔계 고무, 스티렌·부타디엔 공중합체, 이소프렌 고무, 부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 아크릴로니트릴·부타디엔 공중합체 등의 각종의 합성 고무를 들 수 있다. 이와 같은 재료로 이루어지는 삽입 부재(26)를 이용함으로써, 단전지(10)의 충방전에 수반하는 체적 변화를 적합하게 흡수할 수 있으며, 충방전에 수반하는 구속 하중의 변동을 저감할 수 있다. 이와 같은 구성은, 단전지(10)에 있어서의 부극활물질로서, 탄소 재료나 합금계 재료 등의 체적 팽창이 큰 재료를 이용한 세트전지(1)에 대해서 특히 바람직한 구성이 될 수 있다.
(실시형태 3)
[세트전지]
도 6은, 상기 실시형태 2의 세트전지(1)에 있어서의 하나의 삽입 부재(26)(261 또는 262)의 다른 양태를 나타내는 평면도이다. 삽입 부재(26) 이외의 구성은, 실시형태 2(도 4 참조)와 마찬가지이기 때문에 중복되는 설명은 생략한다. 이 삽입 부재(26)는, 길이 방향(X)을 따라 복수의 부분으로 나눠져 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 삽입 부재(26)는, 길이 방향(X)의 제 1 방향(X1)측으로부터 순서대로, 제 1 삽입 부재(26c), 제 2 삽입 부재(26d) 및 제 3 삽입 부재(26e)의 세개의 부재로 구성되어 있다. 삽입 부재(26)는, 단독으로는(세트전지(1)에 조립되어 있지 않은 상태에서는), 배열 방향(Z)에 대응하는 방향의 치수(두께)가 균일하여도 되며, 예를 들면, 제 1 삽입 부재(26c), 제 2 삽입 부재(26d) 및 제 3 삽입 부재(26e)의 두께는 일정하다. 그리고, 제 1 삽입 부재(26c), 제 2 삽입 부재(26d) 및 제 3 삽입 부재(26e)를 구성하는 재료는, 길이 방향(X)을 따라 제 1 방향(X1)으로부터 제 2 방향(X2)을 향함에 따라 스프링 상수가 커지도록 설정되어 있다. 바꿔 말하면, 제 1 삽입 부재(26c), 제 2 삽입 부재(26d), 제 3 삽입 부재(26e)의 순서대로, 스프링 상수가 커지도록 구성되어 있다.
이와 같은 삽입 부재(26)와, 배열 방향(Z)의 치수(L1,L2)가 동등한 구속 부재(24a,24b)를 이용하여 세트전지(1)를 구축한다. 이 때, 배열된 엔드 플레이트(22), 전지 스택, 및 삽입 부재(26)의 구속압을 인가하기 전의 배열 방향(Z)의 치수는, 길이 방향(X)을 따라 일정하다. 여기에서, 배열 방향(Z)을 따라 소정의 구속압을 인가하면, 제 1 삽입 부재(26c), 제 2 삽입 부재(26d) 및 제 3 삽입 부재(26e)로부터의 구속압의 반력은, 스프링 상수에 비례하여, 제 1 삽입 부재(26c), 제 2 삽입 부재(26d) 및 제 3 삽입 부재(26e)의 순서대로 커진다. 바꿔 말하면, 삽입 부재(26)가 전지 스택에 미치는 가압력은, 제 1 삽입 부재(26c)에 대응하는 부분이 상대적으로 작고, 제 3 삽입 부재(26e)에 대응하는 부분이 상대적으로 크고, 제 2 삽입 부재(26d)에 대응하는 부분이 이들의 사이가 된다. 그 결과, 예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 세트전지(1)를 구축했을 때, 세트전지(1) 전체의 배열 방향(Z)의 치수는 일정하지만, 삽입 부재(26)의 두께는, 제 1 방향(X1)으로부터 제 2 방향(X2)을 향함에 따라 커(두꺼워)진다. 이에 대응하여, 복수의 단전지(10)의 두께는, 제 1 방향(X1)으로부터 제 2 방향(X2)을 향함에 따라 작아(얇아)진다. 바꿔 말하면, 복수의 단전지(10)에 인가되는 구속압은, 제 1 방향(X1)으로부터 제 2 방향(X2)을 향함에 따라 커진다. 이와 같은 구성에 의해서도, 여기에 개시되는 세트전지(1)를 구성할 수 있다.
이와 같은 삽입 부재(26)는, 스프링 상수가 다른 재료에 의해 제 1 삽입 부재(26c), 제 2 삽입 부재(26d) 및 제 3 삽입 부재(26e)를 각각 구축함으로써 실현할 수 있다. 삽입 부재(26)를 구성하는 각 부재(26c,26d,26e)는, 예를 들면, 상기 서술의 탄성 재료로 이루어지는 벌크 탄성 구조체(예를 들면, 고무 시트)에 의해 구성하여도 된다. 이에 의해, 예를 들면, 제 1 삽입 부재(26c), 제 2 삽입 부재(26d) 및 제 3 삽입 부재(26e)의 형상 및 스프링 상수를, 간극 없이 연속적으로 설정하여 삽입 부재(26)를 구축할 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 「스프링 상수」란, 대상으로 하는 재료에 소정의 스트로크량의 변형을 주기 위하여 필요한 하중을 나타내며, 예를 들면, 다음 식:스프링 상수(N/㎜)=하중(N)÷변형량(변위, ㎜);로서 나타낸다. 여기에 개시되는 기술에 있어서는, 삽입 부재(26)의 변형량과 구속압의 관리가 중요하게 되기 때문에, 이러한 지표에 의해 삽입 부재(26)의 변형 특성을 규정하도록 하고 있다. 따라서, 삽입 부재(26)를 구성하는 재료는, 반드시 스프링 구조를 가지고 있을 필요는 없다. 또한, 스프링 상수는, 반드시 대상으로 하는 재료의 탄성 변형 영역 내에서의 변형 특성을 나타내는 비례 상수일 필요는 없으며(바꿔 말하면, 후크의 법칙을 따를 필요는 없으며), 비탄성 영역 내에서의 변형 특성을 나타내고 있어도 된다.
또한 혹은, 삽입 부재(26)를 구성하는 각 부재(26c,26d,26e)는, 예를 들면, 판상 삽입 부재와, 감압 스프링, 원뿔 스프링, 각(角) 스프링, 비틀림 스프링, 선(線)가공 스프링, 판 스프링, 접시 스프링 등의 각종의 구조의 스프링체와의 조합에 의해 구성하여도 된다. 이와 같은 스프링체는, 이로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, JIS 등으로 규정되는 경강선(SW-C), 피아노선 A종(SWP-A), 피아노선 B종(SWP-B), 스프링용 스테인리스강 선(SUS304WPB), 스프링용 실리콘 크롬강 오일 템퍼선(SWOSC-B), 밸브 스프링용 실리콘 크롬강 오일 템퍼선(SWOSC-V), Mn-Cr강 열간 성형 스프링재(SUP9), 스프링용 티탄 합금(Ti-224 합금 등) 등의 스프링용 재료에 의해 바람직하게 제조할 수 있다. 또한, 스프링체는, 소망하는 스프링 상수가 실현되도록, 예를 들면, 재질, 선폭, 귄취 직경, 귄취 수, 코일 피치 등을 적절히 설계할 수 있다.
각 삽입 부재(26c,26d,26e)의 스프링 상수 및 그 구배는 특별히 제한되지 않는다. 삽입 부재(26)의 스프링 상수는, 예를 들면, 1N/㎜ 이상 20N/㎜ 이하 정도의 범위로 설정할 수 있다. 삽입 부재(26c,26d,26e)는, 소정의 구속압에 의한 삽입 부재(26c,26d,26e)의 각 변형량이 길이 방향(X)의 제 2 방향(X2)을 향함에 따라 매끄럽게 적어지도록, 삽입 부재(26c,26d,26e)의 각 스프링 상수가 길이 방향(X)의 위치와 비례하고 있는 것이 보다 바람직하다. 예를 들면, 삽입 부재(26c,26d,26e)의 각 스프링 상수는, 단전지의 제 1 방향(X1)의 단부를 기점(x0)으로서, 삽입 부재(26c,26d,26e)의 제 2 방향(X2)을 따른 기점(x0)으로부터의 거리(x1)에 1차의 상관으로 변화되어 있으면 된다. 여기에서, 삽입 부재(26c,26d,26e)의 기점(x0)으로부터의 거리(x1)는, 예를 들면, 각 삽입 부재(26c,26d,26e)의 제 2 방향(X2)을 따른 중심의 위치를 채용할 수 있다.
이에 의해, 세트전지(1)의 조립에 있어서, 구속압을 인가하기 전의 각 부의 배열 방향(Z)의 치수를 일정하게 할 수 있으며, 간편하면서 또한 양호한 정밀도로 세트전지(1)를 구축할 수 있다. 그 결과, 보다 적정한 하중으로 세트전지(1)를 조립할 수 있으며, 세트전지(1)의 전지 성능 및 내구성을 보다 한층 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태 3에 있어서, 하나의 삽입 부재(26)는, 길이 방향(X)의 제 1 방향(X1)측으로부터 순서대로, 제 1 삽입 부재(26c), 제 2 삽입 부재(26d) 및 제 3 삽입 부재(26e)의 세개의 부재로 구성되어 있었다. 그러나, 여기에 개시되는 세트전지의 양태는 이로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 삽입 부재(26)는, 여러가지 수의 구성 부재에 의해 구성하여도 된다. 예를 들면, 삽입 부재(26)는, 예를 들면, 도 7에 나타내는 바와 같이, 배열 방향과 교차하는 전극면을 따라(XY면 내에 있어서) 배열된 복수의 스프링체(26f1,26f2…26fn(n은 자연수이다))와, 하나의 판상 삽입 부재(26a)의 조합에 의해 구성하여도 된다. 도 7에 나타내는 예에서는, 스프링체(26fn)는, 폭방향(Y)으로 3개, 길이 방향으로 n개가 배열되어 있으며, 합계 (3×n)개의 스프링체(26fn)에 의해 구성되어 있다. 여기에서 폭방향(Y)으로 배열된 3개 스프링체(26fn)의 스프링 상수는 동일하다. 또한, 길이 방향(X)으로 배열된 n개의 스프링체(26fn)의 스프링 상수는, 제 1 방향(X1)으로부터 제 2 방향(X2)을 향함에 따라 서서히 커지도록 설정되어 있다. 이와 같은 구성에 의해서도, 복수의 단전지(10)에 인가되는 구속압을, 제 1 방향(X1)으로부터 제 2 방향(X2)을 향함에 따라 크게 할 수 있다. 이러한 구성에 의해서도, 여기에 개시되는 세트전지(1)를 구성할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 복수의 스프링체(26fn)의 스프링 상수 및 그 구배를 구비하는 삽입 부재(26)를 간편하면서 또한 고정밀도로 구축할 수 있다. 이에 의해, 여기에 개시되는 세트전지(1)를 보다 한층 간편하면서 또한 고정밀도이며, 보다 높은 구속압에 대응하도록 구축할 수 있다. 그 결과, 세트전지(1)의 전지 성능 및 내구성을 한층 더 높일 수 있어서 바람직하다.
이상과 같이, 여기에 개시되는 세트전지(1)에서는, 구속 기구(20)에 의해 단전지(10)에 인가하는 구속압을, 외부 접속 단자(16)로부터의 거리에 의해 변화시키도록 하고 있다. 구체적으로는, 외부 접속 단자(16)로부터의 거리가 멀어짐에 따라서, 구속압이 높게 되도록 구성하고 있다. 이에 의해, 단전지(10)의 내부 저항이 적합하게 개선되어서 전류 밀도가 균일하게 된다. 그 결과, 세트전지(1)의 성능 향상과 내구성의 개선을 양립할 수 있다고 하는 우수한 효과를 가질 수 있다.
세트전지(1)는 각종 용도에 이용가능하다. 세트전지(1)는, 예를 들면, 차량에 탑재되는 구동용 모터의 동력원(주전지)으로서 적합하게 이용할 수 있다. 차량의 종류는 특별하게 한정되지 않지만, 전형적으로는 자동차, 예를 들면, 플러그인 하이브리드 자동차(PHV), 하이브리드 자동차(HV), 전기 자동차(EV) 등을 들 수 있다.
이상, 본 발명을 상세하게 설명했지만, 상기한 실시형태는 예시에 지나지 않으며, 여기에서 개시되는 발명에는 상기 서술의 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다.
1 세트전지
10 단전지
16 외부 접속 단자
20 구속 기구
26 삽입 부재

Claims (5)

  1. 전극판과 고체전해질층이 전지 케이스 내에 수용되어 있는 것과 함께, 상기 전극판 및 상기 고체전해질층의 두께 방향을 따라 배열된 복수의 단전지와,
    배열된 상기 단전지를, 상기 배열의 방향을 따라 압축하는 방향으로 응력이 내재하도록 구속하는 구속 기구를 구비하며,
    상기 단전지는, 상기 전극판에 접속되는 것과 함께, 상기 전지 케이스의 외부로 연장 돌출된 외부 접속 단자를 구비하며, 상기 배열 방향과 교차하는 방향에 있어서, 상기 외부 접속 단자가 돌출하고 있는 방향을 제 1 방향이라고 하고, 당해 제 1 방향과는 반대인 방향을 제 2 방향이라고 하였을 때,
    상기 구속 기구는, 상기 제 1 방향으로부터 상기 제 2 방향을 향함에 따라 상기 응력이 커지도록 구성되어 있는, 세트전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구속 기구는,
    배열된 복수의 상기 단전지를 사이에 두도록 상기 배열 방향의 양단에 배치되는 한 쌍의 엔드 플레이트와,
    한 쌍의 상기 엔드 플레이트에 걸쳐져서, 상기 엔드 플레이트의 이간 거리를 규제하는 구속 부재와,
    한 쌍의 상기 엔드 플레이트의 사이에 배치되는 삽입 부재를 구비하며,
    상기 삽입 부재는, 상기 제 1 방향으로부터 상기 제 2 방향을 향함에 따라 상기 배열 방향의 치수가 커지도록 구성되어 있는, 세트전지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구속 기구는,
    배열된 복수의 상기 단전지를 사이에 두도록 상기 배열 방향의 양단에 배치되는 한 쌍의 엔드 플레이트와,
    한 쌍의 상기 엔드 플레이트에 걸쳐져서, 상기 엔드 플레이트의 이간 거리를 규제하는 구속 부재와,
    한 쌍의 상기 엔드 플레이트의 사이에 배치되는 삽입 부재를 구비하며,
    상기 삽입 부재는, 상기 제 1 방향으로부터 상기 제 2 방향을 향함에 따라 스프링 상수가 높아지도록 구성되어 있는, 세트전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 삽입 부재는, 상기 배열 방향에 있어서의 치수가 균일한, 세트전지.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 삽입 부재는, 탄성 재료에 의해 구성되어 있는, 세트전지.
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