特開 2019-164968 拘束部材および全固体電池アセンブリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-164968(P2019-164968A)

(43)【公開日】2019年9月26日

(54)【発明の名称】拘束部材および全固体電池アセンブリ

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/10 20060101AFI20190830BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/10 S

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-53536(P2018-53536)

(22)【出願日】2018年3月20日

(71)【出願人】

【識別番号】000116655

【氏名又は名称】愛知製鋼株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115646

【弁理士】

【氏名又は名称】東口 倫昭

(74)【代理人】

【識別番号】100115657

【弁理士】

【氏名又は名称】進藤 素子

(74)【代理人】

【識別番号】100196759

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 雪

(72)【発明者】

【氏名】景山 健太

(72)【発明者】

【氏名】山下 雄史

(72)【発明者】

【氏名】大脇 進

(72)【発明者】

【氏名】加藤 真史

【テーマコード（参考）】

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H040AA06

5H040AT02

5H040AT06

5H040AY10

5H040CC20

5H040CC26

(57)【要約】

【課題】積層方向に隣り合う部材同士の接触を確保でき、充電時における全固体電池の膨張を規制しにくい拘束部材および全固体電池アセンブリを提供することを課題とする。
【解決手段】拘束部材５は、全固体電池２０の積層方向に対して交差する方向に延在する斜行部６０１ａを備える。斜行部６０１ａが弾性変形することにより、全固体電池２０に積層方向から拘束力を加える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

全固体電池の積層方向に対して交差する方向に延在する斜行部を備え、
前記斜行部が弾性変形することにより、前記全固体電池に前記積層方向から拘束力を加える拘束部材。

【請求項2】

前記積層方向に対して直交する方向を面方向として、
前記全固体電池の前記面方向外側に配置され、
複数の前記斜行部を有し前記積層方向に弾性変形する複数のばね部と、
複数の前記ばね部の前記積層方向一端同士を連結する第一端部と、
複数の前記ばね部の前記積層方向他端同士を連結する第二端部と、
を備える請求項１に記載の拘束部材。

【請求項3】

前記ばね部は、前記積層方向に延在する波状部である請求項２に記載の拘束部材。

【請求項4】

複数の前記波状部同士は、互いの波形が揃う方向に並置される請求項３に記載の拘束部材。

【請求項5】

前記波状部は、振幅の両端に配置される一対の頂部と、一対の前記頂部同士を連結し前記斜行部を有する連結部と、を有し、
前記頂部の湾曲内縁は曲線状を呈している請求項３または請求項４に記載の拘束部材。

【請求項6】

前記波状部は、振幅の両端に配置される一対の頂部と、一対の前記頂部同士を連結し前記斜行部を有する連結部と、を有し、
前記頂部の湾曲外縁は前記積層方向に延在する直線状を呈している請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の拘束部材。

【請求項7】

一枚の金属板製である請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の拘束部材。

【請求項8】

全固体電池と、
前記全固体電池の積層方向両側に配置される一対の端板と、一対の前記端板同士を連結する請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の拘束部材と、を有する拘束治具と、
を備える全固体電池アセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、全固体電池に拘束力を加える拘束部材、および当該拘束部材を備える全固体電池アセンブリに関する。

【背景技術】

【0002】

全固体電池には、従来の電解液の代わりに、固体電解質層が配置されている。このため、性能（例えば、エネルギー密度、容量、電流密度、サイクル特性等）確保のため、正極層と固体電解質層と負極層とをしっかりと接触させる必要がある。

【0003】

この点、特許文献１、２に示す全固体電池アセンブリは、電池スタックと、拘束治具と、を備えている。電池スタックは、複数の全固体電池が積層された、積層構造を呈している。拘束治具は、一対の端板と、複数のタイロッドと、を備えている。一対の端板は、電池スタックの積層方向両側に配置されている。タイロッドは、一対の端板同士を連結している。一対の端板は、電池スタックつまり全固体電池に、積層方向から拘束力を加えている。当該拘束力により、複数の全固体電池同士の接触が確保されている。並びに、当該拘束力により、全固体電池における、正極層と固体電解質層と負極層との接触が確保されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５−９５２８１号公報

【特許文献2】特開２０１７−１１２０２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

充電時において、全固体電池は、積層方向に膨張する。ここで、タイロッドは、剛体製（例えば鋼製）であり、中実の丸棒状を呈している。このため、タイロッドの積層方向の剛性は高く、タイロッドは積層方向に伸張しにくい。したがって、一対の端板つまり拘束治具は、充電時の全固体電池の膨張を規制しやすい。

【0006】

そこで、本発明は、積層方向に隣り合う部材同士の接触を確保でき、充電時における全固体電池の膨張を規制しにくい拘束部材および全固体電池アセンブリを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明の拘束部材は、全固体電池の積層方向に対して交差する方向に延在する斜行部を備え、前記斜行部が弾性変形することにより、前記全固体電池に前記積層方向から拘束力を加えることを特徴とする。

【0008】

上記課題を解決するため、本発明の全固体電池アセンブリは、全固体電池と、前記全固体電池の積層方向両側に配置される一対の端板と、一対の前記端板同士を連結する前記拘束部材と、を有する拘束治具と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明の拘束部材および全固体電池アセンブリによると、斜行部の弾性変形に起因する弾性復元力を利用して、全固体電池に拘束力を加えることができる。このため、積層方向に隣り合う部材同士（例えば、全固体電池同士、任意の全固体電池を構成する複数の層同士など）の接触を確保することができる。

【0010】

また、充電時においては、斜行部が、「積層方向に対して交差する方向」から「積層方向」に近づくように、言い換えると積層方向に倣うように、弾性変形する。このため、本発明の拘束部材および全固体電池アセンブリは、全固体電池の膨張に追従して、弾性的に伸張することができる。したがって、充電時における全固体電池の膨張を規制しにくい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の全固体電池アセンブリの一実施形態である全固体電池アセンブリの斜視図である。

【図2】同全固体電池アセンブリの分解斜視図である。

【図3】同全固体電池アセンブリの上面図である。

【図4】図３の枠ＩＶ内の拡大図である。

【図5】（Ａ）は、無荷重状態における上側の拘束部材の上面図である。（Ｂ）は、放電状態における全固体電池アセンブリの上面図である。（Ｃ）は、充電状態における全固体電池アセンブリの上面図である。

【図6】（Ａ）〜（Ｃ）は、その他の実施形態（その１〜その３）の全固体電池アセンブリの上面図である。

【図7】解析結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の拘束部材および全固体電池アセンブリの実施の形態について説明する。

【0013】

（全固体電池アセンブリの構成）
まず、本実施形態の全固体電池アセンブリの構成について説明する。図１に、本実施形態の全固体電池アセンブリの斜視図を示す。図２に、同全固体電池アセンブリの分解斜視図を示す。図３に、同全固体電池アセンブリの上面図を示す。

【0014】

図１〜図３に示すように、全固体電池アセンブリ１は、電池スタック２と、拘束治具３と、を備えている。なお、図３においては、拘束部材５にハッチングを施す。電池スタック２は、複数の全固体電池（電池セル）２０を備えている。複数の全固体電池２０は、左右方向（積層方向）に積層されている。全固体電池２０は、全固体リチウムイオン二次電池である。図３に示すように、全固体電池２０は、Ａｌ合金の箔からなる正極集電体２００と、ＬｉＣｏＯ_２を含む正極層２０１と、Ｌｉ_７Ｐ_３Ｓ_１１製の固体電解質層２０２と、黒鉛を含む負極層２０３と、Ｃｕ製の負極集電体２０４と、Ａｌ−Ｍｎ合金製の電池ケース２０５と、を備えている。正極集電体２００、正極層２０１、固体電解質層２０２、負極層２０３、負極集電体２０４は、各々、固体である。正極集電体２００、正極層２０１、固体電解質層２０２、負極層２０３、負極集電体２０４は、この順で、左側から右側に向かって積層されている。正極集電体２００、正極層２０１、固体電解質層２０２、負極層２０３、負極集電体２０４は、電池ケース２０５に収容されている。

【0015】

拘束治具３は、左右一対の端板４と、上下一対の拘束部材５と、１２本のボルト８と、を備えている。端板４は、ステンレス鋼製であって平板状を呈している。端板４には、６つの固定孔４０が形成されている。一対の端板４は、電池スタック２の左右方向両側に配置されている。

【0016】

拘束部材５は、ばね鋼（ＳＵＰ１０）製であって、板状を呈している。上下一対の拘束部材５のうち、上側の拘束部材５は、部材本体６と、左右一対の係止部７と、を備えている。部材本体６は、電池スタック２の上側（面方向外側）に配置されている。部材本体６は、平板状を呈している。部材本体６は、複数の波状部６０と、左端部６１と、右端部６２と、を備えている。左端部６１は、本発明の「第一端部」の概念に含まれる。右端部６２は、本発明の「第二端部」の概念に含まれる。波状部６０は、前後方向に蛇行しながら（うねりながら）、左右方向に延在する波線状を呈している。複数の波状部６０は、所定間隔ずつ離間して、前後方向に並置されている。複数の波状部６０は、互いの波形が揃う向きに並置されている。

【0017】

図４に、図３の枠ＩＶ内の拡大図を示す。図４に示すように、波状部６０は、複数の頂部６００と、複数の連結部６０１と、を備えている。複数の頂部６００と複数の連結部６０１とは、交互に連なっている。上側から見て、頂部６００の湾曲内縁６００ａは、曲率半径Ｒが一定の曲線状（部分円弧状）を呈している。上側から見て、頂部６００の湾曲外縁６００ｂは、左右方向に延在する直線状を呈している。ここで、頂部６００を挟んで左右方向に隣り合う一対の連結部６０１の外縁の延長線同士の交点を、仮想頂点Ｐとする。湾曲外縁６００ｂは、仮想頂点Ｐから振幅Ａ内側にカット幅Ｃだけシフトした位置に配置されている。左右方向に隣り合う一対の頂部６００は、前後方向に互いにずれて配置されている。連結部６０１は、左右方向に隣り合う一対の頂部６００同士を連結している。連結部６０１は、斜行部６０１ａを備えている。上側から見て、斜行部６０１ａは、左右方向および前後方向に対して交差する方向に延在する、直線状を呈している。図３に示すように、左端部６１は、前後方向に延在する直線状を呈している。左端部６１は、複数の波状部６０の左端（積層方向一端）同士を連結している。右端部６２は、前後方向に延在する直線状を呈している。右端部６２は、複数の波状部６０の左端（積層方向他端）同士を連結している。

【0018】

図２に示すように、係止部７は、平板状を呈している。係止部７には、３つの貫通孔７０が開設されている。左右一対の係止部７のうち、左側の係止部７は、左端部６１から下側に屈曲して延在している。左側の係止部７の右面（積層方向内面）は、左側の端板４の左面（積層方向外面）に当接している。係止部７の３つの貫通孔７０と、端板４の６つの固定孔４０のうち上側の３つの固定孔４０と、は左右方向に連なっている。ボルト８は、拘束部材５を端板４に固定する「固定部材」である。ボルト８は、貫通孔７０に挿通され、固定孔４０に固定（ねじ止め）されている。右側の係止部７は、右端部６２から下側に屈曲して延在している。左側の係止部７同様に、右側の係止部７の左面（積層方向内面）は、右側の端板４の右面（積層方向外面）に当接している。ボルト８は、貫通孔７０に挿通され、固定孔４０に固定（ねじ止め）されている。

【0019】

下側の拘束部材５の材質は、上述した上側の拘束部材５の材質と同じである。下側の拘束部材５の形状、配置は、上側の拘束部材５の形状、配置と上下対称である。ここでは説明を割愛する。

【0020】

（拘束部材の製造方法）
次に、本実施形態の拘束部材の製造方法について簡単に説明する。拘束部材５の製造方法は、打ち抜き工程と、屈曲工程と、を有している。打ち抜き工程においては、ばね鋼製の平板状の鋼板に打ち抜き加工を施すことにより、部材本体６の複数の波状部６０、左端部６１、右端部６２を形成する。並びに、係止部７の３つの貫通孔７０を形成する。屈曲工程においては、平板状の鋼板に曲げ加工を施すことにより、部材本体６の左右方向両端から、左右一対の係止部７を立ち上がらせる。このようにして、拘束部材５は製造される。

【0021】

（全固体電池アセンブリの動き）
次に、本実施形態の全固体電池アセンブリの動きについて説明する。以下、電池スタック２に拘束治具３を組み付ける前の状態を「無荷重状態」と、電池スタック２に拘束治具３を組み付けた後の状態であって電池スタック２の完全放電状態を「放電状態」と、電池スタック２に拘束治具３を組み付けた後の状態であって電池スタック２の満充電状態を「充電状態」とする。

【0022】

図５（Ａ）に無荷重状態における上側の拘束部材の上面図を示す。図５（Ｂ）に放電状態における全固体電池アセンブリの上面図を示す。図５（Ｃ）に充電状態における全固体電池アセンブリの上面図を示す。なお、図５（Ａ）に示す無荷重状態における拘束治具３の左右一対の端板４内面間の距離をＬ０と、図５（Ｂ）に示す放電状態における電池スタック２の左右方向長さをＬ１と、図５（Ｃ）に示す充電状態における電池スタック２の左右方向長さをＬ２とする。また、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）においては、電池スタック２、拘束部材５の変形を誇張して示す。

【0023】

図５（Ａ）に示すように、無荷重状態においては、拘束部材５に荷重が加わっていない。このため、拘束部材５は弾性変形していない。図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、長さＬ１は距離Ｌ０よりも大きい。このため、電池スタック２に拘束治具３を組み付ける場合は、拘束部材５に左右方向両側から荷重Ｆ１を加え、拘束部材５を伸張量ΔＬ１０（＝Ｌ１−Ｌ０）だけ左右方向に弾性的に伸張させる。したがって、放電状態（全固体電池アセンブリ１が停止している停止状態も同様）において、電池スタック２は、拘束治具３から、拘束力（荷重Ｆ１の反力。左右方向両側からの圧縮力）を受けている。

【0024】

充電状態においては、正極層２０１から負極層２０３へのリチウムイオンの移動に伴い、負極層２０３が左右方向に膨張する。このため、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）に示すように、長さＬ２は長さＬ１よりも大きくなる。したがって、充電状態においては、電池スタック２から拘束部材５に荷重Ｆ２が加わり、拘束部材５が伸張量ΔＬ２１（＝Ｌ２−Ｌ１）だけ左右方向に弾性的に伸張する。よって、充電状態において、電池スタック２は、拘束治具３から、拘束力（荷重Ｆ２の反力。左右方向両側からの圧縮力）を受けている。

【0025】

このように、拘束部材５は、左右方向に弾性変形可能である。拘束部材５の弾性変形は、主に、図４に示す波状部６０の弾性変形に起因している。図４に示すように、拘束部材５に対して左右方向外向きに荷重Ｆ（図５（Ｂ）のＦ１、図５（Ｃ）のＦ２に対応）が加わる場合（例えば、図５（Ａ）→図５（Ｂ）、図５（Ｂ）→図５（Ｃ））、斜行部６０１ａは左右方向に倣うように弾性変形する。このため、図４に示す斜行部６０１ａの傾斜角度θ（詳しくは、左右方向に対する斜行部６０１ａの傾斜角度θ）は小さくなる。したがって、波状部６０の波長λは大きくなる。他方、波状部６０の振幅Ａは小さくなる。このようにして、波状部６０つまり拘束部材５は、左右方向外向きに弾性的に伸張する。なお、拘束部材５が伸張すると、頂部６００の湾曲内縁６００ａには引張荷重ｆ１が、湾曲外縁６００ｂには圧縮荷重ｆ２が、各々加わる。

【0026】

伸張後の拘束部材５には、左右方向内向きの弾性復元力（荷重Ｆ１、Ｆ２の反力）が蓄積されている。充電後の電池スタック２を放電させる場合（図５（Ｃ）→図５（Ｂ））や電池スタック２から拘束治具３を取り外す場合（図５（Ｂ）→図５（Ａ））、斜行部６０１ａは前後方向に倣うように弾性変形する。このため、図４に示す斜行部６０１ａの傾斜角度θは大きくなる。したがって、波状部６０の波長λは小さくなる。他方、波状部６０の振幅Ａは大きくなる。このようにして、波状部６０つまり拘束部材５は、左右方向内向きに弾性的に収縮する。

【0027】

（作用効果）
次に、本実施形態の拘束部材および全固体電池アセンブリの作用効果について説明する。図４に示すように、本実施形態の拘束部材５および全固体電池アセンブリ１によると、斜行部６０１ａの弾性変形に起因する弾性復元力（荷重Ｆの反力）を利用して、全固体電池２０に拘束力を加えることができる。このため、左右方向（積層方向）に隣り合う部材同士（例えば、図３に示すように、左右方向に隣り合う一対の全固体電池２０同士や、任意の全固体電池２０を構成する複数の層同士（詳しくは、正極集電体２００、正極層２０１、固体電解質層２０２、負極層２０３、負極集電体２０４のうち、左右方向に隣り合う一対の層同士））の接触を確保することができる。

【0028】

図５（Ｂ）、図５（Ｃ）に示すように、充電時においては、斜行部６０１ａが、「左右方向に対して交差する方向」から「左右方向」に近づくように、言い換えると左右方向に倣うように、弾性変形する。この際、前記した従来技術のタイロッドに比べ、弾性変形量を大きく確保することができる。このため、本実施形態の拘束部材５および全固体電池アセンブリ１は、全固体電池２０の膨張に追従して、弾性的に伸張することができる。したがって、充電時における全固体電池２０の膨張を規制しにくい。

【0029】

図２に示すように、拘束部材５は、全固体電池２０の上下方向（面方向）外側に配置されている。図３、図４に示すように、拘束部材５は、複数の斜行部６０１ａを有し左右方向に延在する複数の波状部６０と、複数の波状部６０の左端同士を連結する左端部６１と、複数の波状部６０の右端同士を連結する右端部６２と、を備えている。すなわち、拘束部材５は、左端部６１と右端部６２との間に、複数のばね部（波状部６０）が並列接続された、伸縮構造を呈している。このため、任意の波状部６０の振幅Ａ、波長λ、波数（複数でも、単一でも、単一未満（１／２、１／４など）でもよい）、横断面積（波状部６０の延在方向に対して直交する方向の断面積）などを調整することにより、波状部６０の左右方向の剛性を調整することができる。また、左端部６１と右端部６２との間における波状部６０の並置数を調整することにより、拘束部材５の左右方向の剛性を調整することができる。

【0030】

また、図５（Ａ）に示す無荷重状態における斜行部６０１ａの延在方向により、拘束部材５の左右方向の弾性変形量、左端部６１と右端部６２との間における波状部６０の並置数などを調整することができる。例えば、図４に示す傾斜角度θを大きくすることにより、左右方向の弾性変形量を大きくすることができる。また、傾斜角度θを小さくすることにより、波状部６０の並置数を多くすることができる。

【0031】

図３に示すように、複数の波状部６０同士は、互いの波形が揃う方向に並置される。このため、前後方向に隣り合う一対の波状部６０間の間隔を狭くすることができる。したがって、拘束部材５における波状部６０の配置密度を大きくすることができる。

【0032】

図４に示すように、波状部６０は、振幅Ａの両端に配置される一対の頂部６００と、一対の頂部６００同士を連結し斜行部６０１ａを有する連結部６０１と、を備えている。頂部の湾曲内縁６００ａは曲線状を呈している。このため、波状部６０が弾性的に伸張する際（図５（Ａ）→図５（Ｂ）、図５（Ｂ）→図５（Ｃ））の頂部６００への応力集中を緩和することができる。頂部６００の湾曲外縁６００ｂは左右方向に延在する直線状を呈している。このため、前後方向に隣り合う一対の波状部６０間の間隔を狭くすることができる。したがって、拘束部材５における波状部６０の配置密度を大きくすることができる。

【0033】

図２に示すように、前記方法で製造した拘束部材５は、一枚の金属板製である。すなわち、拘束部材５は一体物である。このため、拘束部材５が複数の部材の合体物である場合と比較して、拘束部材５の部品点数が少なくなる。また、一体物の拘束部材５は、接合部（溶接部、接着部、締結部、係合部など）を有していないため、所望の剛性を確保しやすい。また、拘束部材５の製造方法は、打ち抜き工程を有している。このため、一枚の金属板に、所望の形状の波状部６０を、簡単に配置することができる。したがって、拘束部材５の生産性が高い。

【0034】

（その他）
以上、本発明の拘束部材および全固体電池アセンブリの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

【0035】

本発明の拘束部材５は、前記の通り打ち抜きで加工することで、一体物として生産性良く製造しても良いが、複数の波状部６０を別々に製造した後、複数の波状部６０と左端部６１と右端部６２とをボルト等の固定部材で固定することにより、製造することもできる。すなわち、拘束部材５は、複数の部材の合体物であってもよい。大きな弾性変形量を確保するのに適切な波状部６０の形状を有している限り、上記実施形態の拘束部材５と同様の効果を得ることができるからである。

【0036】

図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に、その他の実施形態（その１〜その３）の全固体電池アセンブリの上面図を示す。なお、図５（Ｂ）と対応する部位については、同じ符号で示す。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すのは、いずれも放電状態である。

【0037】

図６（Ａ）に示すように、その他の実施形態（その１）の全固体電池アセンブリ１の拘束部材５の部材本体６は、面状格子部６３と、左端部６１と、右端部６２と、を備えている。面状格子部６３は、格子状を呈している。面状格子部６３は、複数の単位格子６３０を備えている。複数の単位格子６３０は、左右方向および前後方向に互いに連なっている。

【0038】

電池スタック２が左右方向に膨張する場合、面状格子部６３は、左右方向に伸張し、前後方向に収縮する。電池スタック２が左右方向に収縮する場合、面状格子部６３は、左右方向に収縮し、前後方向に伸張する。このように、面状格子部６３は、電池スタック２の膨張、収縮に応じて、弾性変形可能である。本実施形態の拘束部材５によると、図５（Ｂ）に示す拘束部材５と比較して、面状格子部６３の弾性変形が規制されやすい。このため、左右方向の剛性を高くすることができる。

【0039】

図６（Ｂ）に示すように、その他の実施形態（その２）の全固体電池アセンブリ１の拘束部材５の部材本体６は、複数の線状格子部６４と、左端部６１と、右端部６２と、を備えている。線状格子部６４は、本発明の「ばね部」の概念に含まれる。線状格子部６４は、複数の単位格子６４０を備えている。複数の単位格子６４０は、左右方向に互いに連なっている。複数の単位格子６４０は、前後方向に互いに独立している。

【0040】

電池スタック２が左右方向に膨張する場合、線状格子部６４は、左右方向に伸張し、前後方向に収縮する。電池スタック２が左右方向に収縮する場合、線状格子部６４は、左右方向に収縮し、前後方向に伸張する。このように、線状格子部６４は、電池スタック２の膨張、収縮に応じて、弾性変形可能である。本実施形態の拘束部材５によると、図６（Ａ）に示す拘束部材５と比較して、線状格子部６４の弾性変形が規制されにくい。このため、左右方向の剛性を低くすることができる。

【0041】

図６（Ｃ）に示すように、その他の実施形態（その３）の全固体電池アセンブリ１の拘束部材５の部材本体６は、複数の波状部６０と、左端部６１と、右端部６２と、を備えている。複数の波状部６０は、前後方向に互いに独立している。

【0042】

電池スタック２が左右方向に膨張する場合、波状部６０は、左右方向に伸張し、前後方向に収縮する。電池スタック２が左右方向に収縮する場合、波状部６０は、左右方向に収縮し、前後方向に伸張する。このように、波状部６０は、電池スタック２の膨張、収縮に応じて、弾性変形可能である。本実施形態の拘束部材５によると、図６（Ｂ）に示す拘束部材５と比較して、波状部６０（図６（Ｂ）の線状格子部６４に対応）の弾性変形が規制されにくい。このため、左右方向の剛性を低くすることができる。また、図５（Ｂ）に示す拘束部材５と比較して、波状部６０の配置密度が小さい。このため、左右方向の剛性を低くすることができる。

【0043】

図５（Ｃ）に示すように、充電時の電池スタック２の長さＬ２は、充電状態（満充電状態）において最大になる。このため、充電状態において、斜行部６０１ａは左右方向に延在していてもよい。また、図５（Ａ）に示す無荷重状態における斜行部６０１ａの形状を、図５（Ｃ）に示す充電状態における電池スタック２の長さＬ２に応じて、設計してもよい。

【0044】

波状部６０の形状は特に限定しない。正弦波状、矩形波状、三角波状などであってもよい。振幅Ａの方向は、前後方向および上下方向（面方向）のうち、少なくとも一方を含む方向であればよい。例えば、波状部６０は、上下方向に蛇行しながら、左右方向に延在していてもよい。こうすると、拘束部材５における波状部６０の配置密度を大きくすることができる。

【0045】

頂部６００の形状は特に限定しない。湾曲内縁６００ａは、曲線状であっても、折れ線状（複数の直線が連なる形状）であってもよい。曲線状の場合、その曲率半径Ｒは、一定であっても、一定でなくてもよい。湾曲外縁６００ｂについても同様である。また、湾曲内縁６００ａの形状と湾曲外縁６００ｂの形状とは、一致していても、相違していてもよい。斜行部６０１ａの形状は特に限定しない。直線状、曲線状などであってもよい。斜行部６０１ａが曲線状（Ｃ字状、Ｓ字状など）の場合、その曲率は、一定であっても、一定でなくてもよい。

【0046】

電池スタック２に対する拘束部材５の配置数は特に限定しない。電池スタック２の全ての側面（上面、下面、前面、後面）に、拘束部材５の部材本体６を配置してもよい。電池スタック２の形状、大きさ、配置方向は特に限定しない。複数の全固体電池２０の積層方向が上下方向であってもよい。電池スタック２における全固体電池２０の積層数は特に限定しない。単一であっても、複数であってもよい。端板４に対する拘束部材５の固定方法は特に限定しない。ボルト８による締結、接着、溶接などであってもよい。拘束部材５の製造方法（図５（Ｂ）、図６（Ｃ）に示す波状部６０、図６（Ａ）に示す面状格子部６３、図６（Ｂ）に示す線状格子部６４の形成方法）は特に限定しない。打ち抜き加工やレーザ加工を用いてもよい。打ち抜き加工の場合、複数枚の金属板を積層配置し、打ち抜き加工を施してもよい。こうすると、複数の拘束部材５に、一度に波状部６０、面状格子部６３、線状格子部６４を形成することができる。また、打ち抜き加工時に金属板が変形しにくいため、波状部６０、面状格子部６３、線状格子部６４の形状精度を高くすることができる。

【0047】

拘束部材５の材質は特に限定しないが、所定以上の拘束力を確保しつつ大きな弾性変形量が得られることが本発明の効果を得る上で好ましい。また、大量生産するには、コスト面で安価なことも要求される。以上の点を考慮すると、他の材質に比べ安価な鉄鋼材料の中でも、特に高い耐力を確保可能なばね鋼が最も適していると考えられる。ばね鋼は、焼入れ焼もどしにより高い耐力を確保するため、ＪＩＳのばね鋼に限定されることなく成分の最適化を行うと共に焼もどし温度の調整により、より高い耐力が得られる条件に調整して、拘束部材を製造することが好ましい。また、端板４は、拘束力を負荷できさえすれば良く、特に材質は限定されない。前記したステンレス鋼以外に、鋼材全般（普通鋼、高張力鋼、ばね鋼等）の使用が可能である。

【0048】

正極集電体２００の材質は特に限定しないが、成形性、耐食性の観点から考えると、ＡｌまたはＡｌ合金の箔を使用するのが好ましい。正極層２０１の材質は特に限定しない。例えば、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬＩＭｎ_２Ｏ_４などであってもよい。固体電解質層２０２の材質は特に限定しない。例えば、無機硫化物（Ｌｉ_７Ｐ_３Ｓ_１１）等の無機固体電解質材料であってもよい。負極層２０３の材質は特に限定しない。例えば、黒鉛、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２などであってもよい。負極集電体２０４の材質は特に限定しない。例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金などであってもよい。電池ケースの材質は特に限定しない。例えば、ステンレス鋼などであってもよい。

【0049】

電池スタック２の膨張、収縮の原因（例えば、充電、放電、停止、環境温度変化など）は特に限定しない。電池スタック２の膨張、収縮の原因によらず、拘束部材５は、電池スタック２の変形に追従して弾性変形することができる。拘束部材５および全固体電池アセンブリ１の用途は特に限定しない。自動車、航空機、船舶、スマートフォン、パーソナルコンピュータ、携帯端末などに用いてもよい。

【実施例】

【0050】

以下、本発明の拘束部材に対して行ったＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）解析について説明する。

【0051】

（解析モデル）
解析モデルとしては、図１〜図５（Ｃ）に示す拘束部材５（実施例１〜５）の左半分部分（図５（Ａ）に示すＬ／２部分）、および従来の拘束部材（比較例）を用いた。比較例は、中実の平板である。サンプル（実施例１〜５、比較例）の材質は、ヤング率２０５．８ＧＰａ、ポアソン比０．３の高張力鋼である。解析ソフトとしては、有限要素解析ソフトウェアであるＡｂａｑｕｓ（ダッソー・システムズ社製）を用いた。

【0052】

表１に、各サンプルの寸法を示す。なお、図５（Ａ）に示すように、拘束部材５の左右方向長さをＬ、拘束部材５の前後方向幅をＷとする。また、拘束部材５の上下方向板厚をＴとする。また、図４に示すように、斜行部６０１ａの短手方向幅をＷＳ、仮想頂点Ｐから湾曲外縁６００ｂまでのカット幅をＣ、波状部６０の振幅をＡ、斜行部６０１ａの長さをＬＳ、湾曲内縁６００ａの曲率半径をＲとする。

【表1】

【0053】

表１に示すように、全サンプルの左右方向長さＬ、前後方向幅Ｗ、上下方向板厚Ｔは一致している。実施例１〜５の斜行部６０１ａの短手方向幅ＷＳ、仮想頂点Ｐから湾曲外縁６００ｂまでのカット幅Ｃは一致している。

【0054】

解析においては、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示す拘束部材５の弾性変形を想定し、各サンプルに、左右方向両側から所定の引張荷重を加えた。なお、荷重値は、図２に示す係止部７に加わる面圧（言い換えると、係止部７から電池スタック２に加わる拘束圧力）３５０ＭＰａに相当する値とした。また、各サンプルの変形方向は、左右方向のみとした。

【0055】

図７に、解析結果をグラフで示す。縦軸に拘束部材５の最大主応力を、横軸に拘束部材５の左右方向片側（左側または右側）の伸びを、各々示す。なお、縦軸の「最大主応力」とは、せん断応力が０になる座標系を基準としたときの垂直応力３成分のうち最大のものをいう。また、横軸は、解析モデルの左右方向長さ（図５（Ａ）に示すＬ／２）を１００％とした場合の、伸びである。図７に点線で示すように、ばね鋼（ＳＵＰ１０）の０．２％耐力（０．２％の永久歪みが表れる点）は、１５３０ＭＰａである。

【0056】

図７に示すように、実施例１〜５の方が、比較例よりも、剛性が低いことが判った。また、任意の最大主応力における伸びを比較すると、実施例１〜５の方が、比較例よりも、よく伸張することが判った。また、任意の伸びにおける最大主応力を比較すると、実施例１〜５の方が、比較例よりも、最大主応力が小さいことが判った。

【0057】

比較例の場合、０．１８％程度の伸びで、０．２％耐力（１５３０ＭＰａ）に到達してしまい、除荷後に塑性変形が残留してしまう。これに対して、実施例１〜５の場合、最小でも１．１４％程度伸びないと、０．２％耐力に到達しない。特に、実施例３の場合、３．４３％程度伸びないと、０．２％耐力に到達しない。このように、実施例１〜５の方が、比較例よりも、弾性変形領域が広い。したがって、実施例１〜５によると、電池スタック２の状態によらず、継続的に全固体電池２０に拘束力を加えることができる。また、全固体電池２０の膨張に追従して、弾性的に伸張することができる。

【符号の説明】

【0058】

１：全固体電池アセンブリ、２：電池スタック、３：拘束治具、４：端板、５：拘束部材、６：部材本体、７：係止部、８：ボルト、２０：全固体電池、４０：固定孔、６０：波状部、６１：左端部（第一端部）、６２：右端部（第二端部）、６３：面状格子部、６４：線状格子部（ばね部）、７０：貫通孔、２００：正極集電体、２０１：正極層、２０２：固体電解質層、２０３：負極層、２０４：負極集電体、２０５：電池ケース、６００：頂部、６００ａ：湾曲内縁、６００ｂ：湾曲外縁、６０１：連結部、６０１ａ：斜行部、６３０：単位格子、６４０：単位格子
θ：傾斜角度、λ：波長、Ａ：振幅、Ｃ：カット幅、Ｆ：荷重、Ｆ１：荷重、Ｆ２：荷重、Ｌ：長さ、Ｌ０：左右方向距離、Ｌ１：左右方向長さ、Ｌ２：左右方向長さ、Ｐ：仮想頂点、Ｒ：曲率半径、Ｔ：上下方向板厚、Ｗ：前後方向幅、ＷＳ：短手方向幅、ｆ１：引張荷重、ｆ２：圧縮荷重

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】