特許 6204320 電池スタック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6204320

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】電池スタック

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/34 20060101AFI20170914BHJP

   H01M 2/10 20060101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/34 A

   H01M2/10 S

   H01M2/10 E

【請求項の数】1

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-200861(P2014-200861)

(22)【出願日】2014年9月30日

(65)【公開番号】特開2016-72107(P2016-72107A)

(43)【公開日】2016年5月9日

【審査請求日】2015年10月2日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001889

【氏名又は名称】三洋電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】神谷 正人

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 平

(72)【発明者】

【氏名】池田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】南 圭亮

(72)【発明者】

【氏名】藤原 豊樹

【審査官】 松嶋 秀忠

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１２２８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２００９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０６９６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４３５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１４６５６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−０２３３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３４００１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／３４

Ｈ０１Ｍ ２／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池要素と、前記電池要素を収容しガス発生剤が収容されている筐体と、前記筐体の外部に配置される外部端子と、前記ガス発生剤がガスを発生することによる前記筐体の内圧上昇時に作動して前記電池要素と前記外部端子との電気的な接続を遮断する電流遮断機構とを有する、電池セルを備え、複数の前記電池セルが一方向に積層されて積層体を構成し、さらに、
前記積層体に対して前記一方向の一端に配置された第１エンドプレートと、
前記積層体に対して前記一方向の他端に配置された第２エンドプレートと、
前記第１エンドプレートおよび前記第２エンドプレートに連結され、前記一方向の両側から前記積層体を挟み込んで拘束する拘束荷重を前記第１エンドプレートおよび前記第２エンドプレートに負荷する、拘束部材とを備え、
前記拘束部材が前記第１エンドプレートと前記第２エンドプレートとの両方に連結された状態において、前記ガス発生剤がガスを発生することによる前記筐体の内圧上昇時に、前記第２エンドプレートに対して前記第１エンドプレートが相対移動可能であり、
前記拘束部材の、前記第１エンドプレートに連結される部分に、前記一方向に延びる長穴が形成され、さらに、
前記長穴を貫通して前記第１エンドプレートに固定された固定部材を備え、
前記固定部材は、前記積層体が前記一方向の両側から拘束された状態で、前記長穴の前記第２エンドプレートから遠い側の端部から離れて配置される、電池スタック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池スタックに関し、特に、電流遮断機構を有する電池セルを複数積層して構成された電池スタックに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、単位電池を並列配置し、単位電池の配列方向の両端に配設したエンドプレートを拘束バンドで緊締して一体化した組電池が提案されている（たとえば、特開２００１−６８０８１号公報（特許文献１）参照）。

【0003】

また、複数の電池が連結された電池ユニットの両端部に設置された一対のエンドプレートと、一対のエンドプレートに締結されたリストレーナと、エンドプレートとリストレーナとを締結位置を可変しつつ固定させる締結ユニットとを備える、バッテリーモジュールが提案されている（たとえば、特開２０１１−１２９５０９号公報（特許文献２）参照）。

【0004】

また、第１の拘束板と、変形部を備えた第２の拘束板とで電池を挟みこみ、電池の内部の圧力が所定値となった場合に変形部が変形することで圧力を緩和する、電池モジュールが提案されている（たとえば、特開２０１３−１１４９４３号公報（特許文献３）参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１−６８０８１号公報

【特許文献2】特開２０１１−１２９５０９号公報

【特許文献3】特開２０１３−１１４９４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

リチウムイオン電池の過充電時に電流を遮断する手法として、電解液に含まれる過充電添加剤によるガス発生と、電流遮断機構（ＣＩＤ：Current Interrupt Device）との組合せが広く利用されている。

【0007】

過充電時に、電極体からのガス抜けが不十分であると、滞留するガスによって反応阻害が生じる。その結果、ガス発生量が不十分となり、電流遮断機構が正常に作動しない可能性がある。

【0008】

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、過充電時に電流遮断機構を正常に作動できる、電池スタックを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る電池スタックは、電池セルを備えている。電池セルは、電池要素と、電池要素を収容する筐体と、筐体の外部に配置される外部端子と、電流遮断機構とを有している。電流遮断機構は、筐体の内圧上昇時に作動して、電池要素と外部端子との電気的な接続を遮断する。複数の電池セルが一方向に積層されて、積層体を構成している。電池スタックはさらに、第１エンドプレートと、第２エンドプレートと、拘束部材とを備えている。第１エンドプレートは、電池セルの積層体に対して、一方向の一端に配置されている。第２エンドプレートは、電池セルの積層体に対して、一方向の他端に配置されている。拘束部材は、第１エンドプレートおよび第２エンドプレートに連結されている。拘束部材は、一方向の両側から積層体を挟み込んで拘束する拘束荷重を第１エンドプレートおよび第２エンドプレートに負荷する。拘束部材が第１エンドプレートと第２エンドプレートとの両方に連結された状態において、第２エンドプレートに対して第１エンドプレートが相対移動可能である。

【0010】

好ましくは、拘束部材の、第１エンドプレートに連結される部分に、一方向に延びる長穴が形成されている。

【0011】

好ましくは、電池スタックは、長穴を貫通して第１エンドプレートに固定された固定部材を備えている。

【発明の効果】

【0012】

本発明の電池スタックによると、過充電時に電流遮断機構を正常に作動することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態に係る電池スタックを構成する二次電池を示す斜視図である。

【図2】図１に示す二次電池が有する電流遮断機構を説明するための図である。

【図3】実施の形態１の電池スタックの構成を示す側面図である。

【図4】実施の形態１の電池スタックの構成を示す平面図である。

【図5】拘束部材の構成を示す模式図である。

【図6】実施の形態２の電池スタックの構成を示す側面図である。

【図7】実施の形態２の電池スタックの構成を示す平面図である。

【図8】実施例１，２および比較例１，２の電池スタックの評価試験の結果を示す図である。

【図9】実施例３および比較例３の電池スタックの評価試験の結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

【0015】

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に係る電池スタックを構成する二次電池セル１０を示す斜視図である。図１を参照して、本実施の形態における二次電池セル１０は、複数個が直列に組み合わされて組電池とされ、ハイブリッド自動車に搭載されている。その組電池は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関とともに、ハイブリッド自動車の動力源とされている。

【0016】

二次電池セル１０は、電池要素Ｂと、ケース１５と、封口体１６と、正極端子１１および負極端子１２とを有している。電池要素Ｂは、正負の電極板がセパレータを介して積層されて構成されている。ケース１５は、一方向に開口された略直方体のケース形状を有している。封口体１６は、略矩形の平面視を有する平板形状を有している。封口体１６は、ケース１５の開口を塞ぐように設けられている。ケース１５および封口体１６は、アルミニウムに代表される金属などの導電性材料により形成されている。

【0017】

ケース１５および封口体１６は、密閉空間を区画形成している。ケース１５および封口体１６は、二次電池セル１０の外装体を構成している。ケース１５および封口体１６は、電池要素Ｂを収容する筺体を構成している。二次電池セル１０の筐体は、概略角型の形状を有している。筐体の内部には、電池要素Ｂが、電解液とともに収容されている。電解液は、所定の電池電圧を超えた際に分解してガスを発生し得るガス発生剤（過充電添加剤）を含んでいる。

【0018】

正極端子１１および負極端子１２は、封口体１６に取り付けられている。正極端子１１および負極端子１２は、二次電池セル１０の筐体から突出して設けられている。正極端子１１および負極端子１２は、二次電池セル１０の筐体の外部に配置されている。正極端子１１および負極端子１２は、二次電池セル１０の外部端子を構成している。

【0019】

二次電池セル１０は、ケース１５の内圧が上昇した場合に、電池要素Ｂと外部端子との間の電流の流れを遮断する機構（電流遮断機構１００）を有している。電流遮断機構１００は、正極端子１１および１２の少なくともいずれか一方に設けられている。

【0020】

図２は、二次電池セル１０が有する電流遮断機構１００を説明するための図である。電流遮断機構１００は、図１に示す二次電池セル１０に搭載されている。

【0021】

電流遮断機構１００は、圧力型の電流遮断機構であり、密閉型の電池に利用される。具体的に、電流遮断機構１００は、電池の内圧（ケース１５および封口体１６により形成された筐体内の圧力）が上昇した場合に作動して、電池要素Ｂと外部端子（正極端子１１または負極端子１２）との間の電流を遮断する。

【0022】

図２に示すように、電流遮断機構１００は、インシュレータ１８０と、導電部材１３０と、反転板１２０と、集電端子（集電板）１０１と、ホルダ部材１６０とを含んでいる。

【0023】

図２に示す端子板１９０は、導電性材料で形成されており、図１に示す外部端子（正極端子１１または負極端子１２）に電気的に接続されている。インシュレータ１８０は、絶縁性材料で形成されている。インシュレータ１８０は、封口体１６と端子板１９０との間に介在している。インシュレータ１８０は、封口体１６と端子板１９０とを電気的に絶縁している。

【0024】

導電部材１３０は、たとえば銅やアルミニウムなどの導電性材料で形成されている。封口体１６には、平板状の封口体１６を厚み方向に貫通する貫通孔１４１が形成されている。導電部材１３０は、貫通孔１４１を貫通している。導電部材１３０は、貫通孔１４１に嵌め合わされている。導電部材１３０は、二次電池セル１０の筐体の外部で端子板１９０に接続されており、筐体の内部で反転板１２０に接続されている。導電部材１３０は、端子板１９０と反転板１２０とを電気的に接続している。導電部材１３０は、二次電池セル１０の筐体の内部において径が大きくなる形状を有しており、大径部分に反転板１２０が取り付けられている。

【0025】

反転板１２０および集電端子１０１は、二次電池セル１０の筐体の内部に配置されている。反転板１２０は、導電材料で形成されている。反転板１２０は、導電部材１３０と集電端子１０１との間に配置されている。反転板１２０は、導電部材１３０および集電端子１０１に、たとえば溶接により固定されている。反転板１２０は、導電部材１３０と集電端子１０１とを電気的に接続している。反転板１２０は、通常、導電部材１３０側で凹形状になり、集電端子１０１側で凸形状になっている。

【0026】

反転板１２０は、略円板状の形状を有している。反転板１２０は、その中央部分に、圧力感知面１２１を有している。集電端子１０１は、その中央部分に、薄肉部分１１１を有している。圧力感知面１２１は、通常、薄肉部分１１１に固定されている。反転板１２０の縁部分は、導電部材１３０に固定されている。

【0027】

ホルダ部材１６０は、二次電池セル１０の筐体の内部に設けられている。ホルダ部材１６０は、封口体１６の直下に設けられている。ホルダ部材１６０は、封口体１６と導電部材１３０との間に挟まれて配置されている。導電部材１３０の外周部分は、ホルダ部材１６０に接触している。ホルダ部材１６０は、集電端子１０１を保持している。ホルダ部材１６０はまた、封口体１６に形成された貫通孔１４１を封止する機能を有している。

【0028】

ホルダ部材１６０は、かしめ部１６２を含んでいる。集電端子１０１は、かしめ部１６２に加締められ、ホルダ部材１６０によって保持されている。

【0029】

集電端子１０１は、図１に示す電池要素Ｂの電極に接続されている。電流遮断機構１００が作動する前には、電池要素Ｂからの電力（電流）が、集電端子１０１、反転板１２０、導電部材１３０、端子板１９０および外部端子（正極端子１１または負極端子１２）を順に流れる。これにより、二次電池セル１０から外部へ電力が供給される。二次電池セル１０を充電するときには、上記と逆方向に電流が流れる。

【0030】

二次電池セル１０の（ケース１５および封口体１６により形成される筐体の）内圧が上昇すると、圧力感知面１２１が筐体内の気体に押圧される。集電端子１０１の薄肉部分１１１は、他の部分と比較して剛性が低い。そのため、筐体の内圧が予め定められた圧力（作動圧）以上に高くなると、集電端子１０１の薄肉部分１１１において破断が生じ、反転板１２０は集電端子１０１から離れる方向に変形する。より具体的には、反転板１２０は、導電部材１３０側で凸形状となり、集電端子１０１側で凹形状となるように反転する。

【0031】

集電端子１０１の薄肉部分１１１と反転板１２０の圧力感知面１２１との間の溶接部分が破断して反転板１２０が変形すると、導電部材１３０と集電端子１０１とが離隔する。このような原理によって、電池要素と外部端子との電気的な接続が遮断され、電池要素Ｂと外部端子との間を流れる電流が遮断される。

【0032】

図３は、実施の形態１の電池スタックの構成を示す側面図である。図４は、実施の形態１の電池スタックの構成を示す平面図である。図３および図４に示す電池スタックは、図１および図２を参照して説明した二次電池セル１０が、複数個接続されることにより構成されている。電池スタックでは、複数の二次電池セル１０が、図中の左右方向に積層されて、積層体を構成している。二次電池セル１０は、各々の筐体のうち最も面積の大きい側面が互いに対向するように、配列されている。

【0033】

二次電池セル１０同士の接続は、バスバー１３によって行なわれている。複数の二次電池セル１０は、隣接する二次電池セル１０間で正極端子１１と負極端子１２とが隣り合うように、交互に向きを反転させた状態で積層されている。二次電池セル１０の正極端子１１は、隣接する二次電池セル１０の負極端子１２と隣り合って配置されている。そして正極端子１１と負極端子１２とをバスバー１３が接続している。これにより、複数の二次電池セル１０が直列に接続されている。

【0034】

複数の二次電池セル１０の積層体の積層方向（図３，４中の左右方向）の両端には、エンドプレート３０，４０が配置されている。エンドプレート３０は、二次電池セル１０の積層体に対して、積層方向の一端に配置されている。エンドプレート４０は、二次電池セル１０の積層体に対して、積層方向の他端に配置されている。エンドプレート３０，４０は、各々の主表面が対向するように配置されている。複数の二次電池セル１０が、エンドプレート３０，４０の間に配列されている。エンドプレート３０，４０は、二次電池セル１０の積層方向の両側から、二次電池セル１０の積層体を挟み込んでいる。

【0035】

隣接する二次電池セル１０，１０の間には、介在部材２１，２２が配置されている。介在部材２１，２２が隣接する二次電池セル１０の間に介在しているために、各々の二次電池セル１０は、互いに距離を隔てて配列されている。介在部材２１は、絶縁材料製であり、隣接する二つの二次電池セル１０同士の絶縁を確保している。介在部材２２は、介在部材２１と二次電池セル１０との間に隙間を形成しており、二次電池セル１０の冷却を促進している。

【0036】

エンドプレート３０，４０は、拘束部材５０によって連結されている。拘束部材５０は、エンドプレート３０からエンドプレート４０にまで亘って、二次電池セル１０の積層体の積層方向に延びている。拘束部材５０は、図３に示すように、二次電池セル１０およびエンドプレート３０，４０の高さ方向（図３中の上下方向）において、複数設けられている。拘束部材５０は、図４に示すように、エンドプレート３０，４０の両方の側面に設けられている。

【0037】

複数の二次電池セル１０の積層体の周囲は、エンドプレート３０，４０および拘束部材５０によって拘束されている。二次電池セル１０の積層体は、積層方向に沿って押圧されている。拘束部材５０は、二次電池セル１０の積層体を積層方向の両側から挟み込んで拘束する拘束荷重を、エンドプレート３０，４０に負荷している。

【0038】

図５は、拘束部材５０の構成を示す模式図である。図５に示すように、拘束部材５０は、細長い板状の形状を有している。拘束部材５０には、丸穴５１および長穴５２が形成されている。丸穴５１および長穴５２は、拘束部材５０を厚み方向に貫通する貫通孔として形成されている。丸穴５１は、拘束部材５０の一方の端部の近傍に形成されている。長穴５２は、拘束部材５０の他方の端部の近傍に形成されている。長穴５２は、拘束部材５０の延在方向に沿って延びる形状を有している。

【0039】

拘束部材５０は、たとえばピン、ネジなどの固定部材６１によって、エンドプレート３０，４０に固定されている。固定部材６１は、拘束部材５０に形成された長穴５２を貫通して、エンドプレート３０に固定されている。固定部材６１は、拘束部材５０に形成された丸穴５１を貫通して、エンドプレート４０に固定されている。丸穴５１は、拘束部材５０がエンドプレート４０に連結される部分に形成されている。長穴５２は、拘束部材５０がエンドプレート３０に連結される部分に形成されている。

【0040】

拘束部材５０が固定部材６１によってエンドプレート３０，４０に連結された状態で、図３に示す電池スタックの側方視において、丸穴５１はその全体が固定部材６１によって覆われている。一方、長穴５２は、その一部のみが固定部材６１によって覆われており、図３に示すように長穴５２の一部が側方から視認可能になっている。

【0041】

拘束部材５０は、二次電池セル１０の積層体の積層方向に延びている。長穴５２は、拘束部材５０の延在方向に沿って延びている。そのため、長穴５２は、拘束部材５０がエンドプレート３０，４０に連結された状態で、二次電池セル１０の積層体の積層方向に延びている。

【0042】

図３，４に示す電池スタックは、以下のようにして製造することができる。まず、図１に示す二次電池セル１０を複数準備する。複数の二次電池セル１０を一方向に積層するように配列させ、積層体の両端にエンドプレート３０，４０を配置し、介在部材２１，２２を隣接する二次電池セル１０間に配置する。公知の押圧治具または押圧装置を用いて、エンドプレート３０，４０に対し、二次電池セル１０の積層体の積層方向に沿う押圧力を印加する。

【0043】

積層体を両側から押圧した状態で、エンドプレート３０，４０に拘束部材５０を連結する。より詳細には、拘束部材５０をエンドプレート３０，４０の側面に配置した状態で、拘束部材５０の丸穴５１に固定部材６１を挿通して、当該固定部材６１をエンドプレート４０に固定する。同様に、拘束部材５０の長穴５２に固定部材６１を挿通して、当該固定部材６１をエンドプレート３０に固定する。

【0044】

このようにして、二次電池セル１０の積層体に対して、積層方向の両側から積層体を挟み込む方向の拘束荷重を印加し、複数の二次電池セル１０を拘束した電池スタックが得られる。

【0045】

以上の構成を備えている電池スタックにおいて、上述したように、各々の二次電池セル１０は、筐体の内部に電流遮断機構１００を有している。また、二次電池セル１０の筐体の内部には、ガス発生剤（過充電添加剤）が収容されている。過充電時には、ガス発生剤がガスを発生することにより、筐体の内圧を上昇させ、これにより電流遮断機構１００を作動させて、電流を遮断する。これにより、二次電池セル１０の過充電に対する保護が行われる。

【0046】

過充電時に電流遮断機構１００を確実に作動させるためには、十分なガス発生量が必要である。しかし、電池要素Ｂからのガス抜けが不十分であると、滞留するガスによって電解液が押し出されて反応が阻害され、ガス発生が減少する。その結果、ガス発生量が不十分となり、電流遮断機構が正常に作動しない場合がある。

【0047】

そこで、本実施の形態の電池スタックでは、拘束部材５０に長穴５２が形成されている。長穴５２は、拘束部材５０の延在方向に延びている。拘束部材５０がエンドプレート３０，４０に取り付けられた状態で、長穴５２は、複数の二次電池セル１０の積層方向に延びている。エンドプレート３０は、長穴５２に沿って、拘束部材５０に対する相対位置を変化可能に設けられている。拘束部材５０がエンドプレート３０，４０の両方に連結された状態において、エンドプレート３０は、二次電池セル１０の積層方向に沿って、エンドプレート４０に対して相対移動可能である。

【0048】

これにより、複数の二次電池セル１０の積層体は、エンドプレート３０，４０によって両側から拘束された状態で、積層方向の長さを可変に構成されている。そのため、各々の二次電池セル１０は、厚み方向の寸法が増大することが許容されている。過充電時に二次電池セル１０の内部でガスが発生し内圧が上昇したとき、二次電池セル１０が膨らんで厚み方向に広がることができるので、電池要素Ｂからのガス抜けが容易となっている。

【0049】

このようにすれば、過充電時に、二次電池セル１０の筐体の内部において十分なガス量が得られるため、確実に電流遮断機構１００を作動することができる。

【0050】

（実施の形態２）
図６は、実施の形態２の電池スタックの構成を示す側面図である。図７は、実施の形態２の電池スタックの構成を示す平面図である。図６および図７に示す実施の形態２の電池スタックは、拘束部材５０の構成において、実施の形態１の電池スタックと異なっている。

【0051】

具体的には、実施の形態２の拘束部材５０は、二次電池セル１０の積層方向に延びる延在部５３と、延在部５３の両端に設けられエンドプレート３０，４０に係合する係合部５４とを有している。係合部５４は、エンドプレート３０，４０の主表面のうち、二次電池セル１０に対向しない側の主表面に接触している。係合部５４は、図６，７には図示しない固定部材を用いて、エンドプレート３０，４０に固定されている。

【0052】

延在部５３、および係合部５４は、いずれも平板状の部材により形成されている。一体の板状部材を機械加工して拘束部材５０を成形してもよく、延在部５３および係合部５４をそれぞれ構成している板状部材を接合して拘束部材５０を成形してもよい。

【0053】

実施の形態２の拘束部材５０は、複数の二次電池セル１０の積層体を両側からエンドプレート３０，４０で挟み込んだ構造物に対し、当該構造物を両端から挟み込むことにより、拘束荷重を負荷している。

【0054】

このような構成を備えている実施の形態２の電池スタックにおいて、拘束部材５０の延在部５３の材質および形状を適切に選定することにより、過充電時に二次電池セル１０が厚み方向に膨らもうとする力が負荷されたとき、延在部５３が変形する。これにより、拘束部材５０がエンドプレート３０，４０の両方に連結された状態において、エンドプレート３０は、二次電池セル１０の積層方向に沿って、エンドプレート４０に対して相対移動可能になる。

【0055】

したがって、実施の形態１と同様に、過充電時に二次電池セル１０が膨らんで厚み方向に広がることができるので、電池要素Ｂからのガス抜けが容易となり、二次電池セル１０の筐体の内部において十分なガス量が得られるため、確実に電流遮断機構１００を作動することができる。

【実施例】

【0056】

以下、本発明の実施例について説明する。以下に説明する実施例では、上述した実施の形態で説明した電池スタックに対し、二次電池セル１０の内圧を上昇させる試験、および二次電池セル１０を過充電する過充電試験を行なった。

【0057】

セル仕様Ａおよびセル仕様Ｂの、二つの仕様の二次電池セル１０を準備した。セル仕様Ａの二次電池セル１０では、正極を三元系正極とし、負極の原料をグラファイトとした。過充電添加剤としては、２ｗｔ％のシクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）を使用した。電池要素Ｂの正負の電極板を隔離するとともに電極板間に電解液を保持するセパレータとしては、ＰＰ（ポリプロピレン）／ＰＥ（ポリエチレン）／ＰＰの３層セパレータを用いた。二次電池セル１０の外形寸法は、幅方向１５０ｍｍ、厚み方向２６ｍｍ、高さ方向９０ｍｍとした。二次電池セル１０の容量は３０Ａｈとした。

【0058】

なお、二次電池セル１０の厚み方向は、複数の二次電池セル１０の積層される方向（図３，４中の左右方向）に相当する。二次電池セル１０の高さ方向は、図３中の上下方向に相当する。二次電池セル１０の幅方向は、図４中の上下方向に相当する。二次電池セル１０の幅方向、厚み方向および高さ方向は、互いに直交する三方向である。

【0059】

セル仕様Ｂの二次電池セル１０では、正極を三元系正極とし、負極の原料をグラファイトとした。過充電添加剤としては、２ｗｔ％のシクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）を使用した。電池要素Ｂの正負の電極板間に設けられ、電解液を保持するセパレータとしては、ＰＰ（ポリプロピレン）／ＰＥ（ポリエチレン）／ＰＰの３層セパレータを用いた。二次電池セル１０の外形寸法は、幅方向１３８ｍｍ、厚み方向１３ｍｍ、高さ方向６３ｍｍとした。二次電池セル１０の容量は４Ａｈとした。

【0060】

準備した二次電池セル１０を積層し、積層方向の両端にエンドプレート３０，４０をそれぞれ配置した。積層体の積層方向に５００ｋｇｆの荷重をかけた状態で、３Ｎ・ｍで固定部材６１（ボルト）をエンドプレート３０，４０に締結することにより、電池スタックを拘束した。

【0061】

二次電池セル１０の内圧を上昇させる試験は、電池スタックに含まれている二次電池セル１０のうちの１つに穴をあけ、当該二次電池セル１０に外部から０．３ＭＰａの圧力をかけて行なった。このときの電池スタックの、積層体の積層方向における寸法（スタック全長）の変化を測定した。

【0062】

過充電試験は、内圧センサを取付けた二次電池セル１０に対して、充電条件２０Ａ（ＳＯＣ（State of Charge）１４５％まで充電）、試験温度２５℃の試験条件で実施した。過充電時の二次電池セル１０の内圧上昇を測定し、比較した。

【0063】

図８は、実施例１，２および比較例１，２の電池スタックの評価試験の結果を示す図である。実施例１，２では、上述した実施の形態１の電池スタックを用いて、試験を実施した。比較例１，２では、実施の形態１の拘束部材５０の長穴５２に替えて、丸穴５１と同様の丸穴を形成した拘束部材を備えている電池スタックを用いて、試験を実施した。

【0064】

図８に示すように、実施例１，２の場合、二次電池セル１０を０．３ＭＰａに加圧した際に、スタック全長は０．２ｍｍ増加した。一方、比較例１，２では、二次電池セル１０を０．３ＭＰａに加圧した際に、スタック全長は０．０４ｍｍしか増加できなかった。

【0065】

また図８に示すように、実施例１，２の場合、二次電池セル１０の内圧上昇時にスタック全長の変化が許容されており、そのため、過充電時にそれぞれ１．１ＭＰａ、１．０ＭＰａの内圧上昇が可能であった。一方、比較例１，２の場合、過充電時に内圧はそれぞれ０．７ＭＰａ、０．６ＭＰａしか上昇できなかった。

【0066】

図９は、実施例３および比較例３の電池スタックの評価試験の結果を示す図である。実施例３および比較例３では、上述した実施の形態２の電池スタックを用いて、試験を実施した。実施例３では、拘束部材５０の断面積を４ｍｍ^２とした。比較例３では、拘束部材５０の断面積を８ｍｍ^２とした。実施例３の拘束部材５０は、比較例３の拘束部材５０よりも剛性が小さく、したがって変形がより容易な仕様とした。

【0067】

図９に示すように、実施例３の場合、二次電池セル１０を０．３ＭＰａに加圧した際に、スタック全長は０．１ｍｍ増加した。一方、比較例３では、二次電池セル１０を０．３ＭＰａに加圧した際に、スタック全長は０．０５ｍｍしか増加できなかった。

【0068】

また図９に示すように、実施例３の場合、二次電池セル１０の内圧上昇時にスタック全長の変化が許容されており、そのため、過充電時に１．１ＭＰａの内圧上昇が可能であった。一方、比較例３の場合、過充電時に内圧は０．７ＭＰａしか上昇できなかった。

【0069】

したがって、拘束部材５０に長穴５２を形成するか、または拘束部材５０を変形容易に形成して、エンドプレート４０に対してエンドプレート３０を相対移動可能とすることで、過充電時に電池スタックのスタック全長を増加可能として、二次電池セル１０の厚み方向への膨らみを許容することができる。その結果、過充電時に十分なガス発生量を確保でき、確実に電流遮断機構１００を作動できることが示された。

【0070】

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0071】

１０ 二次電池セル、１１ 正極端子、１２ 負極端子、１３ バスバー、１５ ケース、１６ 封口体、２０Ａ 充電条件、２１，２２ 介在部材、３０，４０ エンドプレート、５０ 拘束部材、５１ 丸穴、５２ 長穴、５３ 延在部、５４ 係合部、６１ 固定部材、１００ 電流遮断機構、Ｂ 電池要素。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】