WO2011158313A1 - 蓄電装置 - Google Patents

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WO2011158313A1
WO2011158313A1 PCT/JP2010/006950 JP2010006950W WO2011158313A1 WO 2011158313 A1 WO2011158313 A1 WO 2011158313A1 JP 2010006950 W JP2010006950 W JP 2010006950W WO 2011158313 A1 WO2011158313 A1 WO 2011158313A1
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WO
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region
power generation
power storage
generation element
storage device
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Application number
PCT/JP2010/006950
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English (en)
French (fr)
Inventor
圭一郎 小林
寛 浜口
智子 岩谷
哲 後藤
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
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    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0468—Compression means for stacks of electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
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    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
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    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • This invention relates to the electrical storage apparatus provided with the structure which gives a binding force with respect to an electrical storage element.
  • the plurality of single cells may be arranged in one direction and constrained from both ends in the arrangement direction.
  • a partition plate made of resin is disposed between two unit cells disposed adjacent to each other.
  • JP 2008-108457 A (FIGS. 1, 2, and 4) JP 2008-053019 A Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 61-173452 JP 2003-323874 A JP 2008-293771 A
  • the inventor of the present application has found that, depending on charging / discharging of the unit cell, only the surface pressure in a part of the unit cell changes more than the surface pressure in the other part.
  • the surface pressure of the unit cell increases, the unit cell is considered to have expanded, and when the surface pressure of the unit cell decreases, the unit cell is considered to contract.
  • the power storage device includes a power storage element and a pressure member.
  • the power storage element includes a power generation element in which a positive electrode element and a negative electrode element are stacked with an electrolyte layer interposed therebetween, a case that houses the power generation element, and a current that is input to and output from the power generation element. And a conductive portion that forms the path.
  • the pressurizing member applies a load to the power generation element through the case, and this load is a load that acts in the stacking direction of the power generation elements.
  • region including the edge part in an electric power generation element receives is larger than the load which 2nd area
  • the pressurizing member can be provided with a region that contacts the case and applies a load to the first region, and a region that is separated from the case and does not apply a load to the second region.
  • the pressure member can be brought into contact with the entire surface of the case corresponding to the first region.
  • a pressurization member can be made to contact a part of area
  • the first region of the power generation element is easily deformed (expanded or contracted) with charge / discharge, if a load is applied only to the first region, the deformation of the power generation element can be efficiently suppressed, and deterioration due to the deformation. Can be suppressed.
  • the power generation element can be configured by winding a laminate in which a positive electrode element, an electrolyte layer, and a negative electrode element are laminated around a predetermined axis.
  • a region including both ends of the power generation element in the direction of the predetermined axis can be specified as the first region.
  • a width W P of the first region in the direction of the predetermined axis, the width W A of the power generating element in a direction of the predetermined axis preferably has a relationship of the following formula (I). 14 ⁇ W P / W A ⁇ 100 ⁇ 27 (I)
  • a load can be applied to one power storage element, or a load can be applied to a plurality of power storage elements simultaneously.
  • a pressure member can be disposed between two power storage elements arranged adjacent to each other.
  • a lithium ion secondary battery that is charged or discharged at a rate of 20 C or higher can be used.
  • charging or discharging is performed at a rate of 20 C or higher, variations in surface pressure generated in the secondary battery due to charging / discharging can be efficiently suppressed.
  • the present invention by applying a higher load to the first region of the power generation element than in the second region, deformation (expansion and contraction) of the power generation element accompanying charging and discharging is suppressed, Variation in deterioration can be suppressed.
  • FIG. 1 It is the schematic which shows the structure of the cell in Example 1 of this invention. It is an expanded view of the electric power generation unit in Example 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a power generation unit in Embodiment 1.
  • FIG. 4 is a top view of the battery pack in Example 1.
  • FIG. 6 is a diagram showing a cell and a restraint plate in a modification of Example 1. It is a figure which shows the resistance increase rate in Example 1 and a comparative example. It is a figure which shows the change of the resistance increase rate when the area
  • FIG. 6 is a top view of a restraint plate in a modified example of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a front view of a restraint plate in a modified example of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a front view of a restraint plate in a modified example of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a front view of a restraint plate in a modified example of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a side view of a power generation unit that is Modification 1 of Embodiment 1.
  • FIG. It is a top view of the electric power generation unit which is the modification 1.
  • FIG. It is a top view of the electric power generation unit which is the modification 2.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a unit cell.
  • the X axis, Y axis, and Z axis shown in FIG. 1 are axes orthogonal to each other. The same applies to other drawings.
  • the single cell 1 has a battery case 10 and a power generation unit 20 accommodated in the battery case 10.
  • a positive electrode terminal (also referred to as an electrode terminal) 11 and a negative electrode terminal (also referred to as an electrode terminal) 12 are provided on the upper surface 10 a of the battery case 10.
  • the power generation unit 20 is an element that can be charged and discharged, and is connected to the positive electrode terminal 11 and the negative electrode terminal 12.
  • the electrode terminals 11 and 12 are provided on the upper surface 10 a of the battery case 10, but may be provided on the other surface of the battery case 10.
  • the power generation unit 20 includes a separator (corresponding to an electrolyte layer) 23 containing an electrolytic solution between a sheet-shaped positive electrode element 21 and a negative electrode element 22.
  • the power generation unit 20 is configured by winding a laminated body in which the separator 23 and the negative electrode element 22 are laminated. As shown in FIG. 1, the laminate is wound with the Y axis as a reference, and both end portions 20 a and 20 b of the power generation unit 20 are arranged in the Y direction.
  • the end 20a of the power generation unit 20 is connected to the positive electrode terminal 11 via a positive electrode tab (not shown), and the end 20b of the power generation unit 20 is connected to the negative electrode element 32 via a negative electrode tab (not shown).
  • the end portions 20a and 20b of the power generation unit 20 are portions for taking out electric power generated by the power generation unit 20 and taking in electric power supplied from the outside.
  • the positive electrode element 21 has a current collector plate 21a and a positive electrode active material layer 21b formed on the surface of the current collector plate 21a.
  • the positive electrode active material layer 21b includes a conductive agent and a binder in addition to the positive electrode active material.
  • the negative electrode element 22 includes a current collector plate 22a and a negative electrode active material layer 22b formed on the surface of the current collector plate 22a.
  • the negative electrode active material layer 22b includes a conductive agent and a binder in addition to the negative electrode active material.
  • the current collecting plate 21a of the positive electrode element 21 protrudes in the Y direction, and the current collecting plate 21a is wound.
  • the current collector plate 21a is connected to the positive electrode terminal 11 through a positive electrode tab.
  • the current collector plate 22a of the negative electrode element 22 protrudes in the Y direction, and the current collector plate 22a is wound.
  • the current collector plate 22a is connected to the negative electrode terminal 12 through a negative electrode tab.
  • a secondary battery such as a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery can be used.
  • a lithium ion secondary battery for example, lithium cobaltate can be used as the positive electrode active material, and carbon can be used as the negative electrode active material.
  • An electric double layer capacitor can be used instead of the secondary battery.
  • the positive electrode active material layer 21b is formed on both sides of the current collector plate 21a and the negative electrode active material layer 22b is formed on both sides of the current collector plate 22a, but this is not restrictive.
  • a bipolar electrode in which a positive electrode active material layer is formed on one surface of a current collector plate and a negative electrode active material layer is formed on the other surface of the current collector plate can be used.
  • FIG. 4 is a schematic view when the battery pack is viewed from above
  • FIG. 5 is an external perspective view of the unit cell and the restraint plate.
  • the battery pack 100 has a plurality of single cells 1, and the plurality of single cells 1 are arranged side by side in the X direction.
  • the number of the single cells 1 can be appropriately set based on the required output of the battery pack 100 or the like.
  • a pair of end plates 3 are disposed at both ends of the battery pack 100 in the X direction (the arrangement direction of the plurality of single cells 1).
  • Each end plate 3 is in contact with the unit cell 1, and a restraining band 4 extending in the X direction is attached to the pair of end plates 3.
  • the restraint band 4 is disposed along the side surface of the unit cell 1.
  • the restraining force F can be applied to the plurality of single cells 1.
  • the restraining force F is a force generated when the pair of end plates 3 are displaced in a direction approaching each other, and is a force for pressing the single cells 1 from both sides in the X direction.
  • the structure that gives the binding force F to the plurality of single cells 1 is not limited to the structure shown in FIG.
  • the shape of the restraint band 4 and the position where the restraint band 4 is arranged can be changed as appropriate.
  • the bus bar 5 is disposed on the upper surface of the battery pack 100, and the bus bar 5 is used to electrically connect the plurality of unit cells 1.
  • the bus bar 5 is connected to the positive electrode terminal 11 of one unit cell 1 and the negative electrode terminal 12 of the other unit cell 1 among the two unit cells 1 arranged adjacent to each other.
  • all the unit cells 1 are electrically connected in series.
  • a plurality of single cells 1 electrically connected in parallel may be included.
  • a constraining plate 6 is disposed between two unit cells 1 disposed adjacent to each other, and the constraining plate 6 is used to apply a constraining force F to a predetermined region of the unit cell 1. Further, as shown in FIG. 4, a restraint plate 6 is also disposed between one end plate 3 (end plate 3 located on the right side in FIG. 4) and the unit cell 1.
  • the restraint plate 6 is formed of an insulating material such as resin, for example.
  • the restraint plate 6 has two side surfaces 61 and 62 that come into contact with the two unit cells 1 that sandwich the restraint plate 6 in the X direction.
  • the first side surface 61 is formed of an uneven surface and has contact areas R1, R2 and a non-contact area R3.
  • the contact regions R1 and R2 are regions that are in contact with the unit cell 1, and are in contact with some regions R4 and R5 in the unit cell 1.
  • region R3 is an area
  • FIG. The second side surface 62 is configured as a flat surface and contacts the unit cell 1 in almost all regions.
  • the restraining force F can be applied to the regions R4 and R5 of the unit cell 1. In other words, the restraining force F is not applied to the region R6 of the cell 1 corresponding to the non-contact region R3 of the restraining plate 6.
  • the battery pack 100 of this embodiment can be mounted on a vehicle, for example, and examples of the vehicle include a hybrid vehicle and an electric vehicle.
  • a hybrid vehicle is a vehicle that uses an internal combustion engine or a fuel cell in addition to the battery pack 100 as a power source for generating travel energy of the vehicle.
  • An electric vehicle is a vehicle that uses only the battery pack 100 as a power source of the vehicle. In the vehicle equipped with the battery pack 100, the electric energy output from the battery pack 100 is converted into kinetic energy to drive the vehicle, or the kinetic energy generated during braking of the vehicle is converted into regenerative power to the battery pack 100. Can be stored.
  • the inventor of this application measures the surface pressure at a plurality of locations of the unit cell 1 while charging and discharging under different rates, the end portions 20a and 20b of the power generation unit 20 increase as the rate during charging and discharging increases. It has been found that the surface pressure at is significantly changed. Specifically, in the structure in which a binding force is applied to the entire side surface (regions R4 to R6) of the unit cell 1, the surface pressure at the end portions 20a and 20b of the power generation unit 20 increases as the charge / discharge rate increases. However, it turned out that it changes more largely than the surface pressure in another part.
  • 6 to 9 show the surface pressure of the unit cell 1 when charging is performed while changing the rate.
  • the vertical axis represents the surface pressure of the unit cell 1
  • the horizontal axis represents the position in the Y direction in the unit cell 1.
  • the dotted line indicates the surface pressure before starting charging (surface pressure at 0 second)
  • the solid line indicates the surface pressure after 10 seconds from starting charging.
  • FIG. 10 shows the relationship between the horizontal axis shown in FIGS. 6 to 9 and the position of the power generation unit 20.
  • Region A shown in FIG. 10 is a region where positive electrode element 21 (positive electrode active material layer 21 b), separator 23, and negative electrode element 22 (negative electrode active material layer 22 b) overlap each other, and is used for charging / discharging unit cell 1.
  • a region (corresponding to the power generation element of the present invention).
  • the width W A of the area A corresponding to the width of the positive electrode active material layer 21b ing.
  • FIG. 6 shows the change in surface pressure when charging at 1C (rate)
  • FIG. 7 shows the change in surface pressure when charging at 12C
  • FIG. 8 shows a change in surface pressure when charging is performed at 20C
  • FIG. 9 shows a change in surface pressure when charging is performed at 32C.
  • the surface pressure at both ends of the region A is higher than the other regions in the region A as the rate during charging increases.
  • the rate at the time of charging is 20C or more, the variation in surface pressure tends to increase.
  • 11 to 14 show the surface pressure of the unit cell 1 when discharging is performed while changing the rate.
  • the vertical axis represents the surface pressure of the unit cell 1
  • the horizontal axis represents the position in the Y direction in the unit cell 1.
  • the dotted line indicates the surface pressure before starting the discharge (surface pressure at 0 second)
  • the solid line indicates the surface pressure after 10 seconds from the start of discharge.
  • FIG. 11 shows the change in surface pressure when discharging at 1C (rate)
  • FIG. 12 shows the change in surface pressure when discharging at 12C
  • FIG. 13 shows a change in surface pressure when discharging is performed at 20C
  • FIG. 14 shows a change in surface pressure when discharging is performed at 32C.
  • the area A shown in FIGS. 11 to 14 is the same as the area A described in FIG.
  • the surface pressure at both ends of the region A is lower than the other regions in the region A as the discharge rate increases. Thereby, it turns out that the electric power generation unit 20 becomes easy to shrink
  • the discharge rate is 20C or more, the variation in surface pressure tends to increase.
  • the restraint plate 6 is used to suppress changes in the surface pressure generated at both ends of the region A. That is, by applying a restraining force F to both ends of the region A, the deformation and expansion (contraction or contraction) of both ends of the region A due to charge / discharge are suppressed. By suppressing the power generation unit 20 from being easily deformed partially, variation in deterioration within the power generation unit 20 can be suppressed.
  • W A indicates the width (length in the Y direction) of the region A described in FIG.
  • Width W A and width W P preferably satisfies the following equation (1).
  • the power generation unit 20 if determined width W A, it is possible to identify the width W P based on the equation (1).
  • Region having a width W P is one in which the amount of change in surface pressure identifying a region larger than the other regions. Then, if you give a restraining force F to a region of width W P, it is possible to prevent the surface pressure of only a portion of the cell 1 greatly changes.
  • the current collecting plate 21a of the positive electrode element 21 protrudes in the Y direction, and the protruding portion of the current collecting plate 21a (corresponding to the region E1) It becomes part of the current path formed between A and the positive electrode terminal 11.
  • the current collector plate 22 a of the negative electrode element 22 projects in the Y direction, and the projecting portion (corresponding to the region E ⁇ b> 2) of the current collector plate 22 a corresponds to the region A and the negative electrode terminal 12. Part of the current path formed between the two.
  • the regions R4 and R5 in the unit cell 1 can be specified as shown in FIG. R2 can be set.
  • the regions R4 and R5 of the unit cell 1 do not have to completely coincide with the region to which the binding force F in the power generation unit 20 is applied. That is, as shown in FIG. 1, when the unit cell 1 is viewed from the X direction, a binding force F may be applied to a portion of the battery case 10 that does not overlap the power generation unit 20.
  • Figure 16 shows a configuration providing a restraining force F by a predetermined region W P of the power generation unit 20. If positions the internal power generation unit 20 of the battery case 10 can be given from the outside of the battery case 10, a restraining force F only in the region W P of the power generation unit 20. In the configuration shown in FIG. 16, the restraining force F is applied only to a part of the side surface of the unit cell 1 facing the restraining plate 6.
  • the width W A, the relationship W P is smaller than the lower limit, the region giving the restraining force F may be insufficient.
  • the region R ⁇ b> 6 (see FIG. 5) of the unit cell 1 where the restraining force F is not applied can be used for temperature adjustment of the unit cell 1. Specifically, by bringing a heat exchange medium into contact with the region R6 of the unit cell 1, heat exchange with the unit cell 1 can be performed, and the temperature of the unit cell 1 can be adjusted.
  • Gas or liquid can be used as the heat exchange medium.
  • the unit cell 1 When the unit cell 1 is generating heat, the unit cell 1 can be prevented from generating heat by bringing a cooling heat exchange medium into contact with the unit cell 1. Further, when the unit cell 1 is excessively cooled, the unit cell 1 can be warmed by bringing the heating heat exchange medium into contact with the unit cell 1. By adjusting the temperature of the cell 1 in this way, it is possible to suppress the deterioration of the input / output characteristics of the cell 1.
  • Width W A the relationship between W P, when larger than the upper limit value of the above formula (1), region R6 is reduced to be used in temperature control of the single cell 1, it becomes impossible to efficiently Temperature regulation . Therefore, while reducing the amount of change in the surface pressure of the cell 1, in order to adjust the temperature of the single cell 1 efficiently, the width W A, the relationship W P is not more than the upper limit of the above formula (1) Preferably there is.
  • FIG. 17 shows the rate of increase in resistance when the restraining force F is applied to the entire surface of the unit cell 1 (regions R4 to R6 in FIG. 5), as well as the unit cell 1 as in this example.
  • the resistance increase rate (both ends restraint) when restraint force F is given to a part (both ends of power generation unit 20) is shown.
  • the resistance increase rate is a value indicating the relationship between the resistance value of the single cell 1 in the initial state and the resistance value of the single cell 1 after charging and discharging, and is a value indicating the increase rate of the resistance value. It can be seen that the unit cell 1 deteriorates as the resistance increase rate increases.
  • the graph shown in FIG. 17 shows the result of repeated charge and discharge at a rate of 25 C under a temperature condition of 25 ° C.
  • the number of cycles shown on the horizontal axis in FIG. 17 is the number of times when charging / discharging for a predetermined time is defined as one cycle.
  • the change in the resistance increase rate when the restraining force F is applied to the entire surface of the unit cell 1 is indicated by a one-dot chain line, and the change in the resistance increase rate when the restraining force F is applied to a part of the unit cell 1 is shown. It is shown with a solid line.
  • the graph shown in FIG. 18 shows a change in the resistance increase rate when the width of the region to which the restraining force F is applied (the length in the Y direction) is changed.
  • the vertical axis in FIG. 18 indicates the resistance increase rate, and the horizontal axis indicates the number of cycles.
  • the data shown in FIG. 18 has shown the measurement result when charging / discharging is repeated at the rate 32C.
  • Graph G11 shows a change in the resistance increase rate when the restraining force F is applied to the entire region A (see FIG. 15).
  • a graph G12 shows a change in the resistance increase rate when the restraining force F is applied to a part of the region A.
  • the binding force F is applied to the single cell 1 under the condition of the following formula (2).
  • W A is the width of the region A (the length of the Y-direction)
  • W P is the width of the area to which the restraining force F (length in the Y direction).
  • Graphs G13 and G14 show changes in the resistance increase rate when the restraining force F is applied to a part of the region A.
  • the binding force F is given to the single cell 1 under the condition of the following formula (3).
  • the binding force F is given to the single cell 1 under the condition of the following formula (4). Yes.
  • W P / W A ⁇ 100 27 (3)
  • W P / W A ⁇ 100 20 (4)
  • Defining a width W P, W A is as defined in the above formula (2).
  • the resistance increase rate increases as the number of cycles increases.
  • the resistance increase rate does not increase even if the number of cycles increases.
  • the graph shown in FIG. 19 shows a change in the resistance increase rate of changing the size (in other words, the size of the power generation unit 20) of the width W A.
  • the vertical axis in FIG. 19 indicates the resistance increase rate, and the horizontal axis indicates the number of cycles.
  • the data shown in FIG. 19 has shown the measurement result when charging / discharging is repeated at the rate 32C.
  • Graphs G21, G22, and G23 show changes in the resistance increase rate when the restraining force F is applied to the entire region A (see FIG. 15).
  • the unit cell 1 having the reference size region A is used.
  • the reference size is the same size as the region A of the unit cell 1 used in the test described in FIG.
  • the size of the region A is 1.4 times the reference size.
  • the size of the region A is 1.65 times the reference size.
  • Graphs G24, G25, and G26 show changes in the resistance increase rate when the restraining force F is applied to a part of the region A under the condition of the following formula (5).
  • W P / W A ⁇ 100 20 (5) Defining a width W P, W A is as defined in the above formula (2).
  • the size of the area A is the reference size.
  • the size of the region A is 1.4 times the reference size, and in the graph G26, the size of the region A is 1.65 times the reference size.
  • the resistance increase rate increases as the number of cycles increases. Further, the timing at which the resistance increase rate increases as the size of the region A increases. In other words, as the size of the region A increases, the number of cycles until the predetermined resistance increase rate is increased.
  • the resistance increase rate does not change even if the number of cycles increases. Even if the sizes of the regions A are different, the change in the resistance increasing rate shows the same behavior. As can be seen from the test results shown in FIG. 19, if the ratio between the region A and the region to which the restraining force F is applied satisfies the predetermined condition (the above formula (1)), the resistance increase rate can be increased even if the size of the region A changes. The rise can be suppressed.
  • the constraining plate 6 is configured as one member having the regions R1 to R3.
  • the present invention is not limited to this. That is, any configuration that can apply the restraining force F to the regions R4 and R5 of the unit cell 1 may be used.
  • two restraint plates are prepared, one restraint plate is brought into contact with the region R4 of the unit cell 1 to give the restraint force F, and the other restraint plate is brought into contact with the region R5 of the unit cell 1 to restrain the force. F can be given.
  • the two restraining plates are arranged side by side in the Y direction.
  • the restraint plate 6 is not in contact with the region R6 of the unit cell 1, but may be in contact with the region R6.
  • the thickness (length in the X direction) X2 in the region R3 of the restraint plate 6 can be made thinner than the thickness X1 in the regions R1 and R2.
  • the dotted line L shown in FIG. 20 is the position of the side surface (regions R4 to R6) of the unit cell 1 with which the restraint plate 6 contacts.
  • the load acting on the regions R4 and R5 of the unit cell 1 can be made larger than the load acting on the region R6 of the unit cell 1, and the power generation unit 20 is partially deformed as in this embodiment. It can suppress becoming easy to do.
  • the restraint plate 6 is brought into contact with the entire region R4, R5 of the unit cell 1, but this is not restrictive.
  • each region R4, R5 of the unit cell 1 there may be a region where the restraint plate 6 does not contact.
  • the restraint plate 6 shown in FIGS. 21 to 23 can be used.
  • the 21 has a plurality of ribs 63 in the regions R1 and R2.
  • the rib 63 protrudes in the X direction.
  • Each rib 63 extends in the Z direction, and the plurality of ribs 63 are arranged in the Y direction.
  • the number and width (the length in the Y direction) of the ribs 63 provided in each of the regions R1 and R2 can be set as appropriate.
  • the heat exchange medium for adjusting the temperature of the unit cell 1 can be moved.
  • the constraining plate 6 shown in FIG. 22 has a plurality of ribs 64 in the regions R1 and R2.
  • the rib 64 protrudes in the X direction.
  • Each rib 64 extends in the Y direction, and the plurality of ribs 64 are arranged in the Z direction.
  • the heat exchange medium used for temperature adjustment of the unit cell 1 can be moved in the Y direction.
  • the space S formed between two ribs 64 adjacent in the Z direction can be used as a movement path of the heat exchange medium.
  • each protrusion 65 protrudes in the X direction and is formed in a cylindrical shape.
  • the number of protrusions 65 provided in each of the regions R1 and R2 can be set as appropriate.
  • the length of the protrusion 65 in the X direction and the cross-sectional shape of the protrusion 65 can be set as appropriate.
  • the cross-sectional shape of the protrusion 65 can be a rectangular shape.
  • the graph shown in FIG. 24 shows a change in the resistance increase rate when the direction of the rib is changed in the case where the rib is formed on the restraint plate 6.
  • the vertical axis represents the resistance increase rate
  • the horizontal axis represents the number of cycles.
  • the data shown in FIG. 24 has shown the measurement result when charging / discharging is repeated at the rate 32C.
  • Graph G31 shows a change in the resistance increase rate when the binding force F is applied to the entire region A as a reference.
  • Graph G32 shows a change in resistance increase rate when the restraint plate 6 shown in FIG. 21 is used.
  • a graph G33 shows a change in the resistance increase rate when the restraint plate 6 shown in FIG. 22 is used.
  • the width and interval of the ribs 63 are equal to the width and interval of the ribs 63. That is, only the direction of the ribs 63 and 64 is changed.
  • the increase in the resistance increase rate can be suppressed without applying the restraining force F to the entire region R4, R5 of the unit cell 1. For this reason, even if it uses the restraint board 6 shown in FIG. 23, the raise of a resistance increase rate can be suppressed. If the restraint plate 6 shown in FIGS. 21 to 23 is used, the restraint force F can be applied to the entire regions R4 and R5 even if the restraint plate 6 is not in contact with a part of the regions R4 and R5. it can.
  • the graph shown in FIG. 25 shows the change in resistance increase rate when the restraint plate 6 shown in FIG. 21 is used.
  • the vertical axis in FIG. 25 indicates the resistance increase rate, and the horizontal axis indicates the number of cycles.
  • the data shown in FIG. 25 has shown the measurement result when charging / discharging is repeated at the rate 32C.
  • Graph G41 shows a change in the resistance increase rate when the binding force F is applied to the entire region A as a reference.
  • Graphs G42, G43, and G44 show changes in the resistance increase rate when the restraint plate 6 shown in FIG. 21 is used.
  • the width of the rib 63 (the length in the Y direction in FIG. 21) is different from each other. Specifically, the width of the rib 63 is set to 2 mm in the graph G42, 3 mm in the graph G43, and 4 mm in the graph G44.
  • the interval between the ribs 63 adjacent in the Y direction is constant in the graphs G42 to G44.
  • the power generation unit 20 is configured by winding a laminated body in which the positive electrode element 21, the negative electrode element 22, and the separator 23 are stacked.
  • the present invention is not limited to this. A configuration in which the positive electrode element 21, the separator 23, and the negative electrode element 22 are simply stacked can be used as the power generation unit 20.
  • FIGS. 26 to 29 The configuration of the power generation unit 20 is shown in FIGS. 26 to 29, members having the same functions as those described in this embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • FIG. 26 is a side view of the power generation unit 20 in the first modification of the present embodiment
  • FIG. 27 is a diagram when the power generation unit 20 in the first modification is viewed from above (in the direction of arrow D1 in FIG. 26). is there.
  • the power generation unit 20 of Modification 1 can be covered with a case made of, for example, a laminate film.
  • the current collecting plates 21a and 22a located at both ends of the power generation unit 20 in the stacking direction extend in a direction different from the stacking direction.
  • the current collector plates 21a and 22a extend in opposite directions. Part of the current collector plates 21a and 22a protruding from the region A (power generation element) forms a current path between the region A and the load when the power generation unit 20 is connected to the load to perform charging / discharging.
  • a restraining force F is applied to the position indicated by the arrow, and this restraining force F is a force acting in the stacking direction of the power generation units 20.
  • this restraining force F is a force acting in the stacking direction of the power generation units 20.
  • FIG. 27 region providing a restraining force F R P, when viewed power generation unit 20 in the stacking direction, the area A of the generator unit 20 (power generating element) Among these, it is a portion along the outer edge of the region A. Position and size of the region R P may be set similarly to the case described in this embodiment.
  • FIG. 28 is a side view of the power generation unit 20 in Modification 2 of the present embodiment
  • FIG. 29 is a view of the power generation unit 20 of Modification 2 as viewed from above (in the direction of arrow D2 in FIG. 28). is there.
  • the power generation unit 20 of Modification 2 can also be covered with a case made of, for example, a laminate film.
  • the current collecting plates 21a and 22a located at both ends of the power generation unit 20 in the stacking direction extend in a direction different from the stacking direction.
  • the current collector plates 21a and 22a extend in the same direction.
  • Part of the current collector plates 21a and 22a protruding from the region A (power generation element) forms a current path between the region A and the load when the power generation unit 20 is connected to the load for charging and discharging.
  • a restraining force F is applied to the position indicated by the arrow, and this restraining force F is a force acting in the stacking direction in the power generation unit 20.
  • the region R P giving restraining force F when viewed power generation unit 20 in the stacking direction, the area A (power generating element) of the power generating unit 20 of, along the outer edge of the area A Part. Position and size of the region R P may be set similarly to the case described in this embodiment. Also in this modification, the same effect as Example 1 and Modification 1 can be acquired.

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Abstract

【課題】　充放電によって蓄電素子の一部が他の部分よりも膨張／収縮しやすくなることがある。 【解決手段】　蓄電素子（１）は、電解質層（２３）を挟んで正極素子（２１）および負極素子（２２）が積層された発電要素（２０）と、発電要素を収容するケース（１０）と、発電要素の端部から突出して、前記発電要素に入出力される電流の経路を形成する導電部（２１ａ，２１ｂ）とを有する。加圧部材（６）は、発電要素の積層方向に作用する荷重を、ケースを介して発電要素に与えている。ここで、発電要素における端部を含む第１領域が受ける荷重は、発電要素における第１領域以外の第２領域が受ける荷重よりも大きくなっている。

Description

蓄電装置
　本発明は、蓄電素子に対して拘束力を与える構造を備えた蓄電装置に関する。
　複数の単電池を用いて組電池を構成する場合には、複数の単電池を一方向に並べて配置しておき、複数の単電池を、配列方向における両端から拘束することがある。ここで、隣り合って配置された２つの単電池の間には、樹脂で形成された仕切板が配置されている。
特開２００８－１０８４５７号公報（図１，２，４） 特開２００８－０５３０１９号公報 特開昭６１－１７３４５２号公報 特開２００３－３２３８７４号公報 特開２００８－２９３７７１号公報
　本願発明者は、単電池の充放電によっては、単電池の一部分における面圧だけが、他の部分における面圧よりも大きく変化してしまうことが分かった。ここで、単電池の面圧が上昇するときには、単電池が膨張していると考えられ、単電池の面圧が低下するときには、単電池が収縮していると考えられる。
　従来の組電池では、上述したように単電池に対して拘束力を与えているが、仕切板は、単電池の側面全体と接触するようになっており、単電池の側面全体に荷重を与えている。この構成では、上述したように単電池の一部分における面圧だけが大きく変化してしまう。
　本発明である蓄電装置は、蓄電素子および加圧部材を有する。ここで、蓄電素子は、電解質層を挟んで正極素子および負極素子が積層された発電要素と、発電要素を収容するケースと、発電要素の端部から突出して、発電要素に入出力される電流の経路を形成する導電部とを有する。また、加圧部材は、ケースを介して発電要素に荷重を与えており、この荷重は、発電要素の積層方向に作用する荷重である。また、発電要素における端部を含む第１領域が受ける荷重は、発電要素における第１領域以外の第２領域が受ける荷重よりも大きくなっている。
　発電要素の第２領域に荷重を与えない構成とすることができる。ここで、加圧部材に対して、ケースと接触して第１領域に荷重を与える領域と、ケースから離れて第２領域に荷重を与えない領域とを設けることができる。加圧部材の一部をケースに接触させる場合としては、ケースのうち、第１領域に対応した領域の全面に、加圧部材を接触させることができる。また、ケースのうち、第１領域に対応した領域の一部に、加圧部材を接触させることができる。
　発電要素の第１領域は、充放電に伴って変形（膨張又は収縮）しやすいことが分かったため、第１領域だけに荷重を与えれば、発電要素の変形を効率良く抑制でき、変形に伴う劣化を抑制することができる。
　発電要素としては、正極素子、電解質層および負極素子が積層された積層体を、所定軸の周りで巻くことによって構成することができる。この場合において、所定軸の方向における発電要素の両端部を含む領域を、第１領域として特定することができる。
　所定軸の方向における第１領域の幅ＷＰと、所定軸の方向における発電要素の幅ＷＡとが下記式（I）の関係を有することが好ましい。
　１４≦ＷＰ／ＷＡ×１００≦２７　・・・（I）
　これにより、発電要素のうち、充放電によって変形しやすい領域（第１領域）を特定でき、第１領域に対して荷重を効率良く与えることができる。
　本発明では、１つの蓄電素子に対して荷重を与えることもできるし、複数の蓄電素子に対して同時に荷重を与えることもできる。例えば、複数の蓄電素子を一方向に並んで配置した場合には、隣り合って配置された２つの蓄電素子の間に加圧部材を配置することができる。
　蓄電素子としては、２０Ｃ以上のレートで充電又は放電が行われるリチウムイオン二次電池を用いることができる。２０Ｃ以上のレートで充電又は放電を行うときには、充放電に伴って二次電池内で発生する面圧のバラツキを効率良く抑制することができる。
　本発明によれば、発電要素の第１領域に対して、第２領域よりも高い荷重を与えることにより、充放電に伴う発電要素の変形（膨張や収縮）を抑制して、発電要素内における劣化のバラツキを抑制することができる。
本発明の実施例１における単電池の構成を示す概略図である。 実施例１における発電ユニットの展開図である。 実施例１における発電ユニットの断面図である。 実施例１における電池パックの上面図である。 実施例１において、単電池および拘束板の外観斜視図である。 １Ｃ充電における単電池の面圧を示す図である。 １２Ｃ充電における単電池の面圧を示す図である。 ２０Ｃ充電における単電池の面圧を示す図である。 ３２Ｃ充電における単電池の面圧を示す図である。 発電ユニットにおける位置を説明する図である。 １Ｃ放電における単電池の面圧を示す図である。 １２Ｃ放電における単電池の面圧を示す図である。 ２０Ｃ放電における単電池の面圧を示す図である。 ３２Ｃ放電における単電池の面圧を示す図である。 実施例１の発電ユニットにおいて、拘束力を与える領域を説明する図である。 実施例１の変形例における単電池および拘束板を示す図である。 実施例１および比較例における抵抗増加率を示す図である。 拘束力を与える領域を変えたときの抵抗増加率の変化を示す図である。 発電ユニットのサイズを変えたときの抵抗増加率の変化を示す図である。 実施例１の変形例における拘束板の上面図である。 実施例１の変形例における拘束板の正面図である。 実施例１の変形例における拘束板の正面図である。 実施例１の変形例における拘束板の正面図である。 図２１および図２２に示す拘束板を用いたときの抵抗増加率の変化を示す図である。 図２１に示す拘束板を用いたときの抵抗増加率の変化を示す図である。 実施例１の変形例１である発電ユニットの側面図である。 変形例１である発電ユニットを上面図である。 実施例１の変形例２である発電ユニットの側面図である。 変形例２である発電ユニットの上面図である。
　以下、本発明の実施例について説明する。
　本発明の実施例１である電池パック（蓄電装置に相当する）について説明する。まず、本実施例の電池パックで用いられる単電池の構成について、図１を用いて説明する。図１は、単電池の構成を示す概略図である。図１に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸である。他の図面においても同様である。
　単電池１は、電池ケース１０と、電池ケース１０に収容される発電ユニット２０とを有している。電池ケース１０の上面１０ａには、正極端子（電極端子ともいう）１１および負極端子（電極端子ともいう）１２が設けられている。発電ユニット２０は、充放電を行うことができる要素であり、正極端子１１および負極端子１２に接続されている。本実施例では、電極端子１１，１２を電池ケース１０の上面１０ａに設けているが、電池ケース１０の他の面に設けることもできる。
　発電ユニット２０は、図２に示すように、シート形状の正極素子２１および負極素子２２の間に、電解液を含むセパレータ（電解質層に相当する）２３を配置したものであり、正極素子２１、セパレータ２３および負極素子２２を積層した積層体を巻くことにより、発電ユニット２０が構成される。図１に示すように、積層体は、Ｙ軸を基準として巻かれており、発電ユニット２０の両端部２０ａ，２０ｂは、Ｙ方向において並んでいる。
　発電ユニット２０の端部２０ａは、正極タブ（不図示）を介して正極端子１１と接続されており、発電ユニット２０の端部２０ｂは、負極タブ（不図示）を介して負極素子３２と接続されている。発電ユニット２０の端部２０ａ，２０ｂは、発電ユニット２０で生成された電力を取り出したり、外部から供給された電力を取り入れたりするための部分である。
　図３に示すように、正極素子２１は、集電板２１ａと、集電板２１ａの表面に形成された正極活物質層２１ｂとを有する。正極活物質層２１ｂは、正極活物質の他に、導電剤やバインダーが含まれている。負極素子２２は、集電板２２ａと、集電板２２ａの表面に形成された負極活物質層２２ｂとを有する。負極活物質層２２ｂは、負極活物質の他に、導電剤やバインダーが含まれている。
　発電ユニット２０の端部２０ａでは、正極素子２１の集電板２１ａがＹ方向に突出しており、集電板２１ａが巻かれた状態となっている。この集電板２１ａは、正極タブを介して正極端子１１と接続されている。発電ユニット２０の端部２０ｂでは、負極素子２２の集電板２２ａがＹ方向に突出しており、集電板２２ａが巻かれた状態となっている。この集電板２２ａは、負極タブを介して負極端子１２と接続されている。
　単電池１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。リチウムイオン二次電池を用いる場合には、正極活物質として、例えば、コバルト酸リチウムを用い、負極活物質として、例えば、カーボンを用いることができる。なお、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。
　図３に示す構成では、集電板２１ａの両面に正極活物質層２１ｂを形成し、集電板２２ａの両面に負極活物質層２２ｂを形成しているが、これに限るものではない。例えば、集電板の一方の面に正極活物質層を形成し、集電板の他方の面に負極活物質層を形成したバイポーラ電極を用いることができる。
　次に、本実施例における電池パックの構造について、図４および図５を用いて説明する。ここで、図４は、電池パックを上方から見たときの概略図であり、図５は、単電池および拘束板の外観斜視図である。
　電池パック１００は、複数の単電池１を有しており、複数の単電池１は、Ｘ方向に並んで配置されている。ここで、単電池１の数は、電池パック１００の要求出力等に基づいて、適宜設定することができる。Ｘ方向（複数の単電池１の配列方向）における電池パック１００の両端には、一対のエンドプレート３が配置されている。各エンドプレート３は、単電池１と接触しており、一対のエンドプレート３には、Ｘ方向に延びる拘束バンド４が取り付けられている。拘束バンド４は、単電池１の側面に沿って配置されている。
　エンドプレート３および拘束バンド４を用いることにより、複数の単電池１に対して、拘束力Ｆを与えることができる。拘束力Ｆは、一対のエンドプレート３が互いに近づく方向に変位するときに発生する力であり、Ｘ方向における両側から各単電池１を押さえつける力である。複数の単電池１に対して拘束力Ｆを与える構造は、図４に示す構造に限るものではない。例えば、拘束バンド４の形状や、拘束バンド４を配置する位置を、適宜変更することができる。
　電池パック１００の上面には、バスバー５が配置されており、バスバー５は、複数の単電池１を電気的に接続するために用いられる。バスバー５は、隣り合って配置される２つの単電池１のうち、一方の単電池１の正極端子１１と、他方の単電池１の負極端子１２とに接続されている。本実施例では、すべての単電池１を電気的に直列に接続している。ただし、電気的に並列に接続された複数の単電池１が含まれていてもよい。
　隣り合って配置される２つの単電池１の間には、拘束板６が配置されており、拘束板６は、単電池１の所定領域に対して拘束力Ｆを与えるために用いられる。また、図４に示すように、一方のエンドプレート３（図４の右側に位置するエンドプレート３）と単電池１との間にも、拘束板６が配置されている。拘束板６は、例えば、樹脂といった絶縁性を有する材料で形成されている。図５に示すように、拘束板６は、Ｘ方向で拘束板６を挟む２つの単電池１と接触する２つの側面６１，６２を有する。
　第１側面６１は、凹凸面で構成されており、接触領域Ｒ１，Ｒ２および非接触領域Ｒ３を有する。接触領域Ｒ１，Ｒ２は、単電池１と接触する領域であり、単電池１における一部の領域Ｒ４，Ｒ５と接触する。非接触領域Ｒ３は、単電池１と接触しない領域である。第２側面６２は、平坦面で構成されており、ほぼすべての領域で単電池１と接触する。
　上述した拘束板６を用いることにより、単電池１の領域Ｒ４，Ｒ５に対して拘束力Ｆを与えることができる。言い換えれば、拘束板６の非接触領域Ｒ３に対応した単電池１の領域Ｒ６には、拘束力Ｆが加わらないようになっている。
　本実施例の電池パック１００は、例えば、車両に搭載することができ、この車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両の走行エネルギを発生する動力源として、電池パック１００に加えて、内燃機関又は燃料電池を用いた車両である。電気自動車は、車両の動力源として、電池パック１００だけを用いた車両である。電池パック１００を搭載した車両では、電池パック１００から出力された電気エネルギを運動エネルギに変換して車両を走行させたり、車両の制動時に発生する運動エネルギを回生電力に変換して電池パック１００に蓄えたりすることができる。
　一方、本願発明者は、レートが異なる条件で充放電を行いながら、単電池１の複数箇所における面圧を測定したら、充放電時のレートが高くなるにつれて、発電ユニット２０の端部２０ａ，２０ｂにおける面圧が大きく変化することが分かった。具体的には、単電池１の側面全体（領域Ｒ４～Ｒ６）に対して拘束力を与えた構造において、充放電時のレートが高くなるにつれて、発電ユニット２０の端部２０ａ，２０ｂにおける面圧が、他の部分における面圧よりも大きく変化してしまうことが分かった。
　図６から図９には、レートを変えながら充電を行ったときの単電池１の面圧を示している。図６から図９において、縦軸は、単電池１の面圧を示し、横軸は、単電池１内のＹ方向における位置を示している。また、図６から図９において、点線は、充電を開始する前の面圧（０秒時の面圧）を示し、実線は、充電を開始して１０秒後の面圧を示している。
　図１０には、図６から図９に示す横軸と、発電ユニット２０の位置との関係を示している。図１０に示す領域Ａは、正極素子２１（正極活物質層２１ｂ），セパレータ２３および負極素子２２（負極活物質層２２ｂ）が互いに重なっている領域であり、単電池１の充放電に用いられる領域（本発明の発電要素に相当する）である。本実施例では、図１５に示すように、Ｙ方向の長さに関して、正極活物質層２１ｂが最も短くなっているため、領域Ａの幅ＷＡは、正極活物質層２１ｂの幅に対応している。
　図６は、１Ｃ（レート）で充電を行ったときの面圧の変化を示し、図７は、１２Ｃで充電を行ったときの面圧の変化を示している。また、図８は、２０Ｃで充電を行ったときの面圧の変化を示し、図９は、３２Ｃで充電を行ったときの面圧の変化を示している。図６から図９に示すように、充電時のレートが高くなるにつれて、領域Ａの両端における面圧が、領域Ａ内の他の領域よりも高くなっている。充電時のレートが２０Ｃ以上になると、面圧のバラツキが大きくなりやすい。
　図１１から図１４には、レートを変えながら放電を行ったときの単電池１の面圧を示している。図１１から図１４において、縦軸は、単電池１の面圧を示し、横軸は、単電池１内のＹ方向における位置を示している。また、図１１から図１４において、点線は、放電を開始する前の面圧（０秒時の面圧）を示し、実線は、放電を開始して１０秒後の面圧を示している。
　図１１は、１Ｃ（レート）で放電を行ったときの面圧の変化を示し、図１２は、１２Ｃで放電を行ったときの面圧の変化を示している。また、図１３は、２０Ｃで放電を行ったときの面圧の変化を示し、図１４は、３２Ｃで放電を行ったときの面圧の変化を示している。図１１から図１４に示す領域Ａは、図１０で説明した領域Ａと同様である。図１１から図１４に示すように、放電時のレートが高くなるにつれて、領域Ａの両端における面圧が、領域Ａ内の他の領域よりも低下している。これにより、放電時のレートが高くなるにつれて、領域Ａの両端において、発電ユニット２０が収縮し易くなっていることが分かる。放電時のレートが２０Ｃ以上になると、面圧のバラツキが大きくなりやすい。
　本実施例では、拘束板６を用いることにより、領域Ａの両端に発生する面圧の変化を抑制するようにしている。すなわち、領域Ａの両端に対して拘束力Ｆを与えることにより、領域Ａの両端が充放電によって変形（膨張又は収縮）するのを抑制するようにしている。発電ユニット２０が部分的に変形しやすくなるのを抑制することにより、発電ユニット２０内における劣化のバラツキを抑制することができる。
　ここで、拘束板６を用いて単電池１（発電ユニット２０）を拘束する領域について、図１５を用いて説明する。図１５において、ＷＡは、図１０で説明した領域Ａの幅（Ｙ方向の長さ）を示している。また、ＷＰは、発電ユニット２０のうち、拘束力Ｆを与える領域（第１領域に相当する）の幅（Ｙ方向の長さ）を示しており、幅ＷＰは、領域Ａの両端を基準とした長さである。幅ＷＡおよび幅ＷＰは、以下の関係式（１）を満たすことが好ましい。
　１４≦ＷＰ／ＷＡ×１００≦２７　・・・（１）
　発電ユニット２０において、幅ＷＡを決定すれば、上記式（１）に基づいて幅ＷＰを特定することができる。幅ＷＰの領域は、面圧の変化量が他の領域よりも大きい領域を特定するものである。そして、幅ＷＰの領域に対して拘束力Ｆを与えれば、単電池１の一部分だけの面圧が大きく変化してしまうのを抑制することができる。
　ここで、幅ＷＰの領域だけでなく、発電ユニット２０のうち、領域Ａの外側に位置する領域Ｅ１，Ｅ２（図１５参照）の少なくとも一方に対しても、拘束力Ｆを与えることができる。図１５に示すように、発電ユニット２０の端部２０ａでは、正極素子２１の集電板２１ａがＹ方向に突出しており、この集電板２１ａの突出部分（領域Ｅ１に相当する）は、領域Ａおよび正極端子１１の間に形成される電流経路の一部となる。また、発電ユニット２０の端部２０ｂでは、負極素子２２の集電板２２ａがＹ方向に突出しており、この集電板２２ａの突出部分（領域Ｅ２に相当する）は、領域Ａおよび負極端子１２の間に形成される電流経路の一部となる。
　上述したように、発電ユニット２０のうち、拘束力Ｆを与える領域を決定できれば、図５に示すように、単電池１における領域Ｒ４，Ｒ５を特定でき、拘束板６における接触領域Ｒ１．Ｒ２を設定することができる。ここで、単電池１の領域Ｒ４，Ｒ５は、発電ユニット２０における拘束力Ｆを与える領域と完全に一致している必要はない。すなわち、図１に示すように、単電池１をＸ方向から見たときに、電池ケース１０のうち、発電ユニット２０と重なっていない部分に拘束力Ｆを与えてもよい。
　図１６には、発電ユニット２０の所定領域ＷＰだけに拘束力Ｆを与える構成を示している。電池ケース１０の内部で発電ユニット２０を位置決めしておけば、電池ケース１０の外部から、発電ユニット２０の領域ＷＰだけに拘束力Ｆを与えることができる。図１６に示す構成では、拘束板６と向かい合う単電池１の側面のうち、一部の領域だけに拘束力Ｆが与えられている。
　上記式（１）において、幅ＷＡ，ＷＰの関係が下限値よりも小さいと、拘束力Ｆを与える領域が不十分となるおそれがある。また、幅ＷＡ，ＷＰの関係が、上記式（１）の上限値よりも大きいと、面圧の変化量が小さい領域にも拘束力Ｆを与えることになる。ここで、拘束力Ｆが与えられていない単電池１の領域Ｒ６（図５参照）は、単電池１の温度調節に用いることができる。具体的には、単電池１の領域Ｒ６に熱交換媒体を接触させることにより、単電池１との間で熱交換を行わせ、単電池１の温度を調節することができる。
　熱交換媒体としては、気体や液体を用いることができる。単電池１が発熱しているときには、冷却用の熱交換媒体を単電池１に接触させることにより、単電池１の発熱を抑制することができる。また、単電池１が過度に冷却されているときには、加温用の熱交換媒体を単電池１に接触させることにより、単電池１を温めることができる。このように単電池１の温度を調節することにより、単電池１の入出力特性の劣化を抑制することができる。
　幅ＷＡ，ＷＰの関係が、上記式（１）の上限値よりも大きいと、単電池１の温度調節に用いられる領域Ｒ６が小さくなり、温度調節を効率良く行うことができなくなってしまう。そこで、単電池１の面圧の変化量を低減させつつ、単電池１の温度調節を効率良く行うためには、幅ＷＡ，ＷＰの関係が、上記式（１）の上限値以下であることが好ましい。
　図１７には、単電池１の全面（図５の領域Ｒ４～Ｒ６）に対して拘束力Ｆを与えたときの抵抗増加率（全体拘束）と、本実施例のように、単電池１の一部（発電ユニット２０の両端部）に対して拘束力Ｆを与えたときの抵抗増加率（両端拘束）とを示している。抵抗増加率は、初期状態における単電池１の抵抗値と、充放電後における単電池１の抵抗値との関係を示す値であり、抵抗値の増加率を示す値である。抵抗増加率が上昇するほど、単電池１が劣化していることが分かる。
　図１７に示すグラフは、２５℃の温度条件において、レート２５Ｃで充放電を繰り返した結果を示している。図１７の横軸に示すサイクル数は、所定時間の充放電を１サイクルとしたときの回数である。単電池１の全面に対して拘束力Ｆを与えたときの抵抗増加率の変化を一点鎖線で示し、単電池１の一部に対して拘束力Ｆを与えたときの抵抗増加率の変化を実線で示している。
　図１７に示すように、本実施例（両端拘束）では、従来（全体拘束）に比べて、抵抗増加率の上昇を抑制することができ、単電池１の劣化を抑制することができる。
　図１８に示すグラフは、拘束力Ｆを与える領域の幅（Ｙ方向の長さ）を変えたときの抵抗増加率の変化を示している。図１８の縦軸は、抵抗増加率を示し、横軸は、サイクル数を示している。図１８に示すデータは、レート３２Ｃで充放電を繰り返したときの測定結果を示している。
　グラフＧ１１は、領域Ａ（図１５参照）の全体に拘束力Ｆを与えたときの抵抗増加率の変化を示す。グラフＧ１２は、領域Ａの一部に拘束力Ｆを与えたときの抵抗増加率の変化を示す。グラフＧ１２の試験では、下記式（２）の条件において、単電池１に拘束力Ｆを与えている。
　ＷＰ／ＷＡ×１００＝３５　・・・（２）
　図１５を用いて説明したように、ＷＡは、領域Ａの幅（Ｙ方向の長さ）を示し、ＷＰは、拘束力Ｆを与える領域の幅（Ｙ方向の長さ）を示す。
　グラフＧ１３，１４は、領域Ａの一部に拘束力Ｆを与えたときの抵抗増加率の変化を示す。グラフＧ１３の試験では、下記式（３）の条件において、単電池１に拘束力Ｆを与え、グラフＧ１４の試験では、下記式（４）の条件において、単電池１に拘束力Ｆを与えている。
　ＷＰ／ＷＡ×１００＝２７　・・・（３）
　ＷＰ／ＷＡ×１００＝２０　・・・（４）
　幅ＷＰ，ＷＡの定義は、上記式（２）と同様である。
　図１８に示すように、グラフＧ１１，Ｇ１２では、サイクル数が増えるにつれて、抵抗増加率が上昇している。一方、グラフＧ１３，Ｇ１４では、サイクル数が増えても、抵抗増加率が上昇していない。
　図１９に示すグラフは、幅ＷＡのサイズ（言い換えれば、発電ユニット２０のサイズ）を変更したときの抵抗増加率の変化を示している。図１９の縦軸は、抵抗増加率を示し、横軸は、サイクル数を示している。図１９に示すデータは、レート３２Ｃで充放電を繰り返したときの測定結果を示している。
　グラフＧ２１，Ｇ２２，Ｇ２３は、領域Ａ（図１５参照）の全体に拘束力Ｆを与えたときの抵抗増加率の変化を示す。グラフＧ２１の試験では、基準サイズの領域Ａを有する単電池１を用いている。基準サイズとは、図１８で説明した試験に用いられた単電池１の領域Ａと同じサイズである。グラフＧ２２では、領域Ａのサイズを、基準サイズの１．４倍としている。グラフＧ２３では、領域Ａのサイズを、基準サイズの１．６５倍としている。
　グラフＧ２４，Ｇ２５，Ｇ２６は、下記式（５）の条件において、領域Ａの一部に拘束力Ｆを与えたときの抵抗増加率の変化を示している。
　ＷＰ／ＷＡ×１００＝２０　・・・（５）
　幅ＷＰ，ＷＡの定義は、上記式（２）と同様である。
　グラフＧ２４では、領域Ａのサイズを基準サイズとしている。グラフＧ２５では、領域Ａのサイズを、基準サイズの１．４倍とし、グラフＧ２６では、領域Ａのサイズを、基準サイズの１．６５倍としている。
　図１９に示すように、グラフＧ２１，Ｇ２２，Ｇ２３では、サイクル数が増加するにつれて、抵抗増加率も上昇している。また、領域Ａのサイズが大きくなるにつれて、抵抗増加率が上昇するタイミングが遅れている。言い換えれば、領域Ａのサイズが大きくなるにつれて、所定の抵抗増加率に到達するまでのサイクル数が多くなる。
　一方、グラフＧ２４，Ｇ２５，Ｇ２６では、サイクル数が増加しても、抵抗増加率が変化していない。また、領域Ａのサイズが異なっていても、抵抗増加率の変化は、同様の挙動を示している。図１９に示す試験結果から分かるように、領域Ａと拘束力Ｆを与える領域との割合が所定条件（上記式（１））を満たせば、領域Ａのサイズが変わっても、抵抗増加率の上昇を抑制することができる。
　なお、本実施例では、図５に示すように、拘束板６が、領域Ｒ１～Ｒ３を有する１つの部材として構成されているが、これに限るものではない。すなわち、単電池１の領域Ｒ４，Ｒ５に対して拘束力Ｆを与えることができる構成であればよい。例えば、２つの拘束板を用意しておき、一方の拘束板を単電池１の領域Ｒ４に接触させて拘束力Ｆを与え、他方の拘束板を単電池１の領域Ｒ５に接触させて拘束力Ｆを与えることができる。ここで、２つの拘束板は、Ｙ方向において並んで配置されることになる。
　また、本実施例では、図５で説明したように、拘束板６が単電池１の領域Ｒ６に接触していないが、領域Ｒ６に接触していてもよい。この場合には、図２０に示すように、拘束板６の領域Ｒ３における厚さ（Ｘ方向の長さ）Ｘ２を、領域Ｒ１，Ｒ２における厚さＸ１よりも薄くすることができる。図２０に示す点線Ｌは、拘束板６が接触する単電池１の側面（領域Ｒ４～Ｒ６）の位置である。これにより、単電池１の領域Ｒ４，Ｒ５に作用する荷重を、単電池１の領域Ｒ６に作用する荷重よりも大きくすることができ、本実施例と同様に、発電ユニット２０が部分的に変形しやすくなるのを抑制することができる。
　本実施例では、単電池１の領域Ｒ４，Ｒ５の全体に拘束板６を接触させているが、これに限るものではない。単電池１の各領域Ｒ４，Ｒ５において、拘束板６が接触しない領域があってもよい。例えば、図２１から図２３に示す拘束板６を用いることができる。
　図２１に示す拘束板６は、領域Ｒ１，Ｒ２において、複数のリブ６３を有する。リブ６３は、Ｘ方向に突出している。各リブ６３は、Ｚ方向に延びており、複数のリブ６３は、Ｙ方向に並んでいる。各領域Ｒ１，Ｒ２に設けるリブ６３の数や幅（Ｙ方向の長さ）は、適宜設定することができる。Ｙ方向で隣り合う２つのリブ６３の間に形成されたスペースＳでは、単電池１の温度調節を行う熱交換媒体を移動させることができる。
　図２２に示す拘束板６は、領域Ｒ１，Ｒ２において、複数のリブ６４を有する。リブ６４は、Ｘ方向に突出している。各リブ６４は、Ｙ方向に延びており、複数のリブ６４は、Ｚ方向に並んでいる。図２２に示す拘束板６を用いた場合には、単電池１の温度調節に用いられる熱交換媒体をＹ方向に移動させることができる。具体的には、Ｚ方向で隣り合う２つのリブ６４の間に形成されたスペースＳを、熱交換媒体の移動経路として用いることができる。
　図２３に示す拘束板６は、領域Ｒ１，Ｒ２において、複数の突起６５を有する。各突起６５は、Ｘ方向に突出しており、円柱状に形成されている。各領域Ｒ１，Ｒ２に設ける突起６５の数は、適宜設定することができる。また、Ｘ方向における突起６５の長さや、突起部６５の断面形状（Ｙ－Ｚ断面の形状）は、適宜設定することができる。例えば、突起部６５の断面形状を、矩形状とすることができる。
　図２４に示すグラフは、拘束板６にリブを形成した場合において、リブの向きを変えたときの抵抗増加率の変化を示す。図２４の縦軸は、抵抗増加率を示し、横軸は、サイクル数を示す。図２４に示すデータは、レート３２Ｃで充放電を繰り返したときの測定結果を示している。
　グラフＧ３１は、参考として、領域Ａの全体に拘束力Ｆを与えたときの抵抗増加率の変化を示す。グラフＧ３２は、図２１に示す拘束板６を用いたときの、抵抗増加率の変化を示す。グラフＧ３３は、図２２に示す拘束板６を用いたときの、抵抗増加率の変化を示す。ここで、リブ６３の幅や間隔は、リブ６３の幅や間隔と等しくしている。すなわち、リブ６３，６４の向きだけを変えている。
　図２４に示すように、単電池１の領域Ｒ４，Ｒ５の全体に拘束力Ｆを与えなくても、抵抗増加率の上昇を抑制することができる。このため、図２３に示す拘束板６を用いても、抵抗増加率の上昇を抑制することができる。図２１～図２３に示す拘束板６を用いれば、領域Ｒ４，Ｒ５の一部に拘束板６が接触していなくても、領域Ｒ４，Ｒ５の全体に対して拘束力Ｆを作用させることができる。
　図２５に示すグラフは、図２１に示す拘束板６を用いたときの抵抗増加率の変化を示す。図２５の縦軸は、抵抗増加率を示し、横軸は、サイクル数を示す。図２５に示すデータは、レート３２Ｃで充放電を繰り返したときの測定結果を示している。
　グラフＧ４１は、参考として、領域Ａの全体に拘束力Ｆを与えたときの抵抗増加率の変化を示す。グラフＧ４２，Ｇ４３，Ｇ４４は、図２１に示す拘束板６を用いたときの抵抗増加率の変化を示す。ここで、グラフＧ４２～Ｇ４４では、リブ６３の幅（図２１のＹ方向の長さ）が互いに異なっている。具体的には、リブ６３の幅は、グラフＧ４２では２ｍｍ、グラフＧ４３では３ｍｍ、グラフＧ４４では４ｍｍに設定されている。Ｙ方向で隣り合うリブ６３の間隔は、グラフＧ４２～Ｇ４４において、一定にしている。
　図２５に示すように、リブ６３の幅を変更しても、抵抗増加率の上昇を抑制することができる。すなわち、リブ６３の形状に拘わらず、単電池１の領域Ｒ４，Ｒ５に拘束力Ｆを与えておけば、抵抗増加率の上昇を抑制することができる。
　一方、本実施例では、正極素子２１、負極素子２２およびセパレータ２３を積層した積層体を巻くことにより、発電ユニット２０を構成しているが、これに限るものではない。正極素子２１、セパレータ２３および負極素子２２を積層しただけの構成を、発電ユニット２０として用いることができる。
　この発電ユニット２０の構成を図２６から図２９に示す。図２６から図２９において、本実施例で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用いており、詳細な説明は省略する。
　図２６は、本実施例の変形例１における発電ユニット２０の側面図であり、図２７は、変形例１の発電ユニット２０を上方（図２６の矢印Ｄ１の方向）から見たときの図である。変形例１の発電ユニット２０は、例えば、ラミネートフィルム等で構成されたケースで覆うことができる。
　図２６に示すように、積層方向（図２６の上下方向）における発電ユニット２０の両端に位置する集電板２１ａ，２２ａは、積層方向とは異なる方向に延びている。ここで、集電板２１ａ，２２ａは、相反する方向に延びている。領域Ａ（発電要素）から突出した集電板２１ａ，２２ａの一部は、発電ユニット２０を負荷に接続して充放電を行うときに、領域Ａおよび負荷の間において電流経路を形成する。
　図２６に示す構成では、矢印で示す位置に拘束力Ｆを与えており、この拘束力Ｆは、発電ユニット２０の積層方向に作用する力である。また、図２７に示すように、拘束力Ｆを与える領域（第１領域に相当する）ＲＰは、発電ユニット２０を積層方向から見たときに、発電ユニット２０の領域Ａ（発電要素）のうち、領域Ａの外縁に沿った部分である。領域ＲＰの位置や大きさは、本実施例で説明した場合と同様に設定することができる。
　図２６および図２７に示すように、発電ユニット２０に拘束力Ｆを与えることにより、本実施例と同様に、発電ユニット２０の一部だけが変形しやすくなってしまうのを防止することができ、劣化のバラツキを抑制することができる。
　図２８は、本実施例の変形例２における発電ユニット２０の側面図であり、図２９は、変形例２の発電ユニット２０を上方（図２８の矢印Ｄ２の方向）から見たときの図である。変形例２の発電ユニット２０についても、例えば、ラミネートフィルム等で構成されたケースで覆うことができる。
　図２８に示すように、積層方向（図２８の上下方向）における発電ユニット２０の両端に位置する集電板２１ａ，２２ａは、積層方向とは異なる方向に延びている。ここで、本変形例では、集電板２１ａ，２２ａが同一方向に延びている。領域Ａ（発電要素）から突出した集電板２１ａ，２２ａの一部は、発電ユニット２０を負荷に接続して充放電を行うときに、領域Ａおよび負荷の間において電流経路を形成する。
　図２８に示す構成では、矢印で示す位置に拘束力Ｆを与えており、この拘束力Ｆは、発電ユニット２０における積層方向に作用する力である。また、図２９に示すように、拘束力Ｆを与える領域ＲＰは、発電ユニット２０を積層方向から見たときに、発電ユニット２０の領域Ａ（発電要素）のうち、領域Ａの外縁に沿った部分である。領域ＲＰの位置や大きさは、本実施例で説明した場合と同様に設定することができる。本変形例においても、実施例１および変形例１と同様の効果を得ることができる。
　図２６～図２９に示す変形例では、領域ＲＰの全体に拘束力Ｆを与えているが、これに限るものではない。図２１～図２３を用いて説明したように、領域ＲＰの一部に拘束力Ｆを与えることもできる。この場合であっても、上述した変形例と同様の効果をえることができる。
１：単電池（蓄電素子）　　　　　　　　　　１０：電池ケース
１０ａ：上面　　　　　　　　　　　　　　　１１：正極端子（電極端子）
１２：負極端子（電極端子）　　　　　　　　２０：発電ユニット
２０ａ，２０ｂ：端部　　　　　　　　　　　２１：正極素子
２１ａ：集電板　　　　　　　　　　　　　　２１ｂ：正極活物質層
２２：負極素子　　　　　　　　　　　　　　２２ａ：集電板
２２ｂ：負極活物質層　　　　　　　　　　　２３：セパレータ（電解質層）
４：拘束バンド　　　　　　　　　　　　　　５：バスバー
６：拘束板（加圧部材）　　　　　　　　　　１００：電池パック（蓄電装置）

Claims (9)

  1. 　電解質層を挟んで正極素子および負極素子が積層された発電要素と、前記発電要素を収容するケースと、前記発電要素の端部から突出して、前記発電要素に入出力される電流の経路を形成する導電部とを有する蓄電素子と、
    　前記発電要素の積層方向に作用する荷重を、前記ケースを介して前記発電要素に与える加圧部材と、を有し、
    　前記発電要素における前記端部を含む第１領域が受ける前記荷重は、前記発電要素における前記第１領域以外の第２領域が受ける前記荷重よりも大きいことを特徴とする蓄電装置。
  2. 　前記加圧部材は、前記発電要素の前記第２領域に対して、前記荷重を与えていないことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
  3. 　前記加圧部材は、前記ケースと接触して前記第１領域に前記荷重を与える領域と、前記ケースから離れて前記第２領域に前記荷重を与えない領域とを有することを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置。
  4. 　前記加圧部材は、前記ケースのうち、前記第１領域に対応した領域の全面に接触していることを特徴とする請求項３に記載の蓄電装置。
  5. 　前記加圧部材は、前記ケースのうち、前記第１領域に対応した領域の一部に接触していることを特徴とする請求項３に記載の蓄電装置。
  6. 　前記発電要素は、前記正極素子、前記電解質層および前記負極素子が積層された積層体を、所定軸の周りで巻くことによって構成されており、
    　前記第１領域は、前記所定軸の方向における前記発電要素の両端部を含む領域であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の蓄電装置。
  7. 　前記所定軸の方向における前記第１領域の幅ＷＰと、前記所定軸の方向における前記発電要素の幅ＷＡとが下記式（I）の関係を有する、
    　１４≦ＷＰ／ＷＡ×１００≦２７　・・・（I）
    ことを特徴とする請求項６に記載の蓄電装置。
  8. 　複数の前記蓄電素子が一方向に並んで配置されており、
    　前記加圧部材は、隣り合って配置された２つの前記蓄電素子の間に配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の蓄電装置。
  9. 　前記蓄電素子は、２０Ｃ以上のレートで充電又は放電が行われるリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の蓄電装置。
     
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