特許 6960787 電池

(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】6960787

(24)【登録日】2021年10月14日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/262 20210101AFI20211025BHJP

   H01M 50/282 20210101ALI20211025BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20211025BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20211025BHJP

   H01M 50/276 20210101ALI20211025BHJP

   H01M 50/278 20210101ALI20211025BHJP

【ＦＩ】

   H01M50/262 E

   H01M50/282

   H01M50/209

   H01M50/204 101

   H01M50/276

   H01M50/278

   H01M50/262 M

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-135478(P2017-135478)

(22)【出願日】2017年7月11日

(65)【公開番号】特開2019-21382(P2019-21382A)

(43)【公開日】2019年2月7日

【審査請求日】2020年5月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000002288

【氏名又は名称】三洋化成工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】八田国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】在原 一樹

(72)【発明者】

【氏名】垣内 孝宏

(72)【発明者】

【氏名】宝来 淳史

(72)【発明者】

【氏名】狩野 巌大郎

(72)【発明者】

【氏名】堀江 英明

(72)【発明者】

【氏名】川北 健一

(72)【発明者】

【氏名】今石 高寛

(72)【発明者】

【氏名】大倉 仁寿

【審査官】 福井 晃三

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−１６８４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−０８１８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／００８３２１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−２８８８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３０７７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１３９９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−００４６５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ５０／２０−５０／２９８

Ｈ０１Ｍ ５０／１０−５０／１９８

Ｈ０１Ｍ １０／００−１０／３９

Ｈ０１Ｍ １０／６５５６

Ｈ０１Ｍ １０／６５６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

単セルが積層されている積層体と、
剛性を有し前記積層体が配置されるセルケースと、
可撓性を有し前記セルケースに設けられる開口部を密閉する蓋部材と、
剛性を有し前記蓋部材を覆うように配置されたカバープレートと、を有し、
前記開口部は、前記単セルの積層方向に関する前記積層体の一方の面に相対するように位置決めされており、
前記セルケースおよび前記蓋部材によって囲まれる空間の内部圧力は、前記空間の外部圧力よりも低く、
前記蓋部材は、前記積層体の前記一方の面と当接し、前記空間の内部圧力と前記空間の外部圧力との差圧に基づく圧力を、当接した面に付与しており、
少なくとも前記蓋部材と前記カバープレートとの間に、前記単セルの積層方向に拡張収縮自在な変位吸収部を有する、電池。

【請求項2】

前記変位吸収部は、弾性体である、請求項１に記載の電池。

【請求項3】

前記変位吸収部は、気体または液体を内包している容器である、請求項１に記載の電池。

【請求項4】

前記容器の内部圧力増加にともない、前記気体または前記液体を前記容器の外部に排出する調圧部を備える、請求項３に記載の電池。

【請求項5】

前記セルケースの外部に前記気体または前記液体の循環経路が配置されており、前記容器は、前記循環経路と連通している、請求項３または請求項４に記載の電池。

【請求項6】

前記単セルは、電極層の外周部分を封止するシール部を有し、
当該シール部の厚さが、前記電極層の厚さよりも薄い、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、環境保護のため、二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車やハイブリッド電気自動車の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、航続距離延長のため、積層された単セルを有する電池が提案されている。

【0003】

このような電池においては、単セルの内部抵抗低減のため、積層体に適切な押し付け力（密着力）を付与することが必要であり、例えば特許文献１では、単セルの積層方向両端側に配置された間隙部材によって、積層体を加圧することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５６６４７８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、積層体を構成している単セルでは、その内部に含まれる電極層の膨張によって、面方向で厚みのばらつきが生じることがあるため、そのような不均一な体積変位に追従しないと、例えば片当たり等が生じ、積層体を均一に加圧できない。

【0006】

上記従来技術は、加圧してはいるものの、単に一定以上の力で加圧しているだけであり、積層体で生じる不均一な体積変位には追従しないため、積層体を均一に加圧できない。

【0007】

本発明は、そのような課題に鑑みてなされたものであり、不均一な体積変位が生じた積層体が均一に加圧され得る電池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】

【0008】

上記目的を達成するための本発明の電池は、単セルが積層されている積層体と、剛性を有し前記積層体が配置されるセルケースと、を有する。また、本発明の電池は、可撓性を有し前記セルケースに設けられる開口部を密閉する蓋部材と、剛性を有し前記蓋部材を覆うように配置されたカバープレートと、を有する。前記開口部は、前記単セルの積層方向に関する前記積層体の一方の面に相対するように位置決めされている。前記セルケースおよび前記蓋部材によって囲まれる空間の内部圧力は、前記空間の外部圧力よりも低い。前記蓋部材は、前記積層体の前記一方の面と当接し、前記空間の内部圧力と前記空間の外部圧力との差圧に基づく圧力を、当接した面に付与している。また、少なくとも前記蓋部材と前記カバープレートとの間に、前記単セルの積層方向に拡張収縮自在な変位吸収部が配置されている。

【発明の効果】

【0009】

上記構成を有する電池によれば、不均一な体積変位が生じた積層体が均一に加圧され得る。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態の電池全体を示す図である。

【図2】電池の用途を示す図である。

【図3】第１実施形態の電池の本体部を示す図である。

【図4】第１実施形態の積層体を示す図である。

【図5】電極層を示す図である。

【図6】比較例の積層体を示す図である。

【図7】比較例の積層体における電極層の膨張を示す図である。

【図8】第１実施形態の積層体における電極層の膨張を示す図である。

【図9】第２実施形態の電池の本体部を示す図である。

【図10】第１実施形態の変形例を示す図である。

【図11】第１実施形態の他の変形例を示す図である。

【図12】第２実施形態の変形例を示す図である。

【図13】第２実施形態の他の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、図面の厚み比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

【0012】

＜第１実施形態＞
実施形態に係る電池１００は、例えば、図２に示される車両１９８の電源として適用され、図１に示すように、本体部１１０、減圧装置１９０および制御部１９４を有する。車両１９８は、例えば、電気自動車、ハイブリッド電気自動車である。電池１００は、高エネルギー密度化することが容易であるため、例えば、１回の充電あたりの走行距離を延長させることが可能である。

【0013】

本体部１１０は、図３に示すように、剛性を有するセルケース１２０、可撓性を有する蓋部材１７０、カバープレート１７６、および変位吸収部１８０を有する。

【0014】

本明細書において、「剛性を有するセルケース１２０」とは、セルケース１２０に外部から力が作用した場合に、セルケース１２０が容易に変形せず、内部に配置した積層体１４０を十分に保護できる程度に、セルケース１２０が剛体であることを意味する。また、「可撓性を有する蓋部材１７０」とは、セルケース１２０の内部を減圧する（セルケース１２０の内部圧力を外部圧力（少なくとも大気圧）よりも低くする）ことにより、外部圧力とセルケース１２０の内部圧力との差圧によって蓋部材１７０が変形できる程度に、蓋部材１７０が柔軟性を有していることを意味する。

【0015】

セルケース１２０は、高い剛性を有しており、略矩形の底面１２２と、底面を取り囲む側壁部１２４とを有し、その上面が開口部１２６を構成し、その内部に、積層体１４０が配置されている。積層体１４０は、積層されている単セル１０、強電タブ１５０、１５２およびスペーサー１６０、１６２を有する。開口部１２６は、単セル１０の積層方向Ｓに関する積層体１４０の上面１４２に相対するように位置決めされている。

【0016】

強電タブ１５０、１５２は、例えば、略板状の銅であり、積層体１４０から電流を取り出すために使用され、最下層に位置する単セル１０および最上層に位置する単セル１０に当接している。

【0017】

スペーサー１６０、１６２は、積層体１４０に付加される振動を吸収する機能を有する絶縁シートであり、強電タブ１５０、１５２の外側に配置されている。つまり、スペーサー１６０、１６２は、積層体１４０の上面（一方の面）１４２および下面（他方の面）１４４に位置している。スペーサー１６０、１６２は、必要に応じ、適宜省略することも可能である。

【0018】

蓋部材１７０は、開口部１２６を密閉しており、可撓性を有する膜から形成されている。可撓性を有する膜は、例えば、ウレタンゴム、または、比較的薄肉なアルミニウムもしくはステンレスから形成される。

【0019】

カバープレート１７６は、蓋部材１７０を覆うように配置されて、蓋部材１７０をガードしている。カバープレート１７６は、例えば、比較的厚肉なアルミニウム等の良好な剛性を有する軽量の材料から構成されるバックアッププレートである。カバープレート１７６および蓋部材１７０は、ビス等の締結部材を利用してセルケース１２０に固定されている。締結部材は、電池１００を車両１９８に搭載するために使用される締結部材として兼用することも可能である。

【0020】

変位吸収部１８０は、蓋部材１７０とカバープレート１７６との間に配置されており、積層体１４０の体積変位に追従して積層方向Ｓに拡張収縮自在である。また、変位吸収部１８０は、単セル１０に含まれる電極層と対向している。

【0021】

変位吸収部１８０は、弾性体である。弾性体としては、例えば、コイルばね、皿ばね、グリッドばね等の金属ばね、ゴム、または、不織布、紙等の多孔質弾性体が挙げられるが、これらに限定されない。変位吸収部１８０を構成する弾性体の弾性率は、例えば、２５℃で０．１〜４．０ＭＰａであるが、これに限定されない。弾性体の弾性率は、例えば０．１ＭＰａより小さくてもよいが、小さ過ぎると弾性体が容易に変形してしまい、積層体１４０に対して所定の電池性能が発揮されるような加圧力を付与することが困難になる。また、弾性体の弾性率は、例えば４．０ＭＰａよりも大きくてもよいが、大き過ぎると変位吸収部１８０が変形し難くなり、積層体１４０の体積変位に対する追従性が低下する。弾性体の弾性率は、従来公知の弾性率測定方法によって求めることができ、例えば、荷重試験器（ＪＩＳ Ｋ ６２７２の４．（試験機の等級分類）に規定する力計測系１級以上の精度を持つ試験装置を使用。例えば、株式会社今田製作所の引張圧縮試験機ＳＤＷＳ）で弾性体に所定の荷重をかけた時の変位量から算出する方法によって求めることができる。弾性体がゴムの場合、ＪＩＳ Ｋ ６２５４：２０１０に記載のＡ法によって求めることができる。

【0022】

変位吸収部１８０は、蓋部材１７０とカバープレート１７６との間にひずませた状態で保持されており、そのひずみは、例えば、１〜９５％である。

【0023】

変位吸収部１８０が積層方向Ｓにおいてひずむことが可能な長さは、同方向において想定される積層体１４０の全変位量よりも大きく、変位吸収部１８０は、積層体１４０で生じる体積変位に追従して拡張収縮できる。

【0024】

減圧装置１９０は、真空ポンプから構成される圧力付与装置であり、セルケース１２０の内部を減圧してセルケース１２０の内部圧力を大気圧（外部圧力）よりも低くするために使用される。制御部１９４は、減圧装置１９０を制御するために使用される。

【0025】

開口部１２６を覆っている蓋部材１７０は、減圧装置１９０によって大気圧よりも低く減圧されたセルケース１２０の内部圧力とその外部の大気圧との差圧によって、密閉を維持した状態で変形している。蓋部材１７０は、そのように変形して積層体１４０の上面１４２と当接しており、当接した面に対し、差圧に基づく圧力を付与している。

【0026】

また、積層体１４０には、変位吸収部１８０の弾性力も加わっており、積層体１４０の押し付け力は、大気圧とセルケース１２０の内部圧力との差圧に基づく圧力、および、変位吸収部１８０の弾性力から構成されている。

【0027】

積層体１４０は、そのような押し付け力によって、高剛性のセルケース１２０に強固に固定されているため、電池１００を車両１９８に固定することにより、電池１００全体が安定する。

【0028】

また、セルケース１２０は、絶縁フィルム層１２８、強電用コネクタ１３０、１３２、排気用コネクタ１３４、圧力解放弁１３６、圧力センサー１３８、および弱電用コネクタ（不図示）を、さらに有する。

【0029】

絶縁フィルム層１２８は、底面１２２および側壁部１２４の内壁に形成されている。底面１２２の絶縁フィルム層１２８上には、スペーサー１６２が位置決めされている。強電用コネクタ１３０、１３２は、側壁部１２４に気密的に取り付けられており、かつ、強電タブ１５０、１５２と電気的に接続されている。排気用コネクタ１３４は、側壁部１２４に気密的に取り付けられており、かつ、減圧装置１９０からの配管と連結されている。したがって、減圧装置１９０は、セルケース１２０の内部の空気を排気して、セルケース１２０の内部を減圧することが可能である。

【0030】

圧力解放弁１３６は、側壁部１２４に気密的に取り付けられており、例えば、予期せぬ原因により、セルケース１２０の内部圧力が過度に上昇した際に、セルケース１２０内部の気体を排出し、セルケース１２０の内部圧力を降下させるために使用される。圧力解放弁１３６における気体を排出する機構は、特に限定されず、例えば、所定の圧力で開裂する金属の薄膜を利用することが可能である。

【0031】

圧力センサー１３８は、セルケース１２０の内部に配置され、セルケース１２０の内部圧力を計測するために使用される。弱電用コネクタ（不図示）は、側壁部１２４に気密的に取り付けられており、積層体１４０に含まれる単セル１０の電圧を監視（検出）するために使用される。

【0032】

減圧装置１９０は、圧力センサー１３８によって計測された内部圧力に基づいて、制御部１９４によって制御されている。減圧装置１９０は、圧力センサー１３８によって計測された内部圧力が上限値以上になった場合、稼働されて、セルケース１２０の内部を減圧するように構成されている。

【0033】

内部圧力の上限値は、大気圧とセルケース１２０の内部圧力との差圧を考慮して設定されている。したがって、セルケース１２０の内部圧力の予期せぬ上昇が防止される一方、良好な押し付け力が確保される。内部圧力の上限値は、例えば、０．２５気圧に設定されており、この場合、変位吸収部１８０の弾性力とともに十分な押し付け力を得ることが可能である。

【0034】

減圧装置１９０は、圧力センサー１３８によって計測された内部圧力が下限値に到達した場合、セルケース１２０の内部の減圧を停止するように構成されている。内部圧力の下限値は、例えば、０．１５気圧に設定されており、この場合、多目的で利用される真空度と同レベルのため、電池１００が搭載される装置（車両１９８）において別の用途で利用される減圧装置（真空源）を、減圧装置１９０として兼用することが可能である。

【0035】

次に、積層体１４０を詳述する。

【0036】

積層体１４０は、図４に示すように、単セル１０が積層方向Ｓに積層されて構成している。積層体１４０は、電気自動車用の二次電池として用いられる場合には、その大きさは用紙サイズで示せば例えばＡ４以上とすることができる。

【0037】

積層体１４０において積層されている単セル１０は直列接続されている。単セル１０は、図４に示すように、正極集電体層２０と、正極層３０と、セパレーター４０と、負極層５０と、負極集電体層６０と、が順に積層されて構成している。また、単セル１０は、正極層３０、ならびに負極層５０の周辺部分を封止するシール部８０を有する。

【0038】

正極集電体層２０および負極集電体層６０は、導電性フィラーと樹脂とを主に含む樹脂集電体から構成される。これにより、正極集電体層２０および負極集電体層６０の軽量化および内部短絡耐性の向上により、より高容量の活物質を使用することが可能となる。

【0039】

導電性フィラーの構成材料は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、グラファイトやカーボンブラックなどのカーボン、銀、金、銅、チタンである。樹脂は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、スチレンブタジエンゴム、ポリアクリロニトリル、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、これらの混合物である。

【0040】

正極集電体層２０および負極集電体層６０は、樹脂集電体によって構成する形態に限定されず、例えば、金属や導電性高分子材料によって構成することが可能である。金属は、例えば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅である。導電性高分子材料は、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、ポリオキサジアゾール、これらの混合物である。

【0041】

必要に応じ、正極集電体層２０および負極集電体層６０の一方のみを、樹脂集電体によって構成することも可能である。

【0042】

シール部８０は、図４に示すように、正極層３０、ならびに負極層５０の周囲をそれぞれ取り囲むように配置されている。

【0043】

シール部８０の厚さは、正極層３０および負極層５０の各々の厚さよりも薄く、隣接する単セル１０の端部同士は、拘束されず離間している。

【0044】

シール部８０の形成材料は、絶縁性、シール性、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよい。シール部８０は、例えば、熱可塑性樹脂からなる。具体的には、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂などが用いられ得る。

【0045】

正極層３０は、正極集電体層２０とセパレーター４０との間に位置するシート状電極であり、図５に示すように、正極活物質粒子３２および繊維状物質３８を含んでいる。

【0046】

正極活物質粒子３２は、その表面の少なくとも一部に被覆層３３を有する。被覆層３３は、導電助剤３５と被覆用樹脂３４とから構成されており、正極層３０の体積変化を緩和し、電極の膨脹を抑制することが可能である。

【0047】

正極活物質粒子３２の構成材料は、リチウムと遷移金属との複合酸化物、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、導電性高分子などである。リチウムと遷移金属との複合酸化物は、例えば、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎＯ_２およびＬｉＭｎ_２Ｏ_４である。遷移金属酸化物は、例えば、ＭｎＯ_２およびＶ_２Ｏ_５である。遷移金属硫化物は、例えば、ＭｏＳ_２およびＴｉＳ_２である。導電性高分子は、例えば、ポリアニリン、ポリフッ化ビニリデン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ−ｐ−フェニレンおよびポリビニルカルバゾールである。

【0048】

被覆用樹脂３４は、好ましくは、ビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂であるが、必要に応じ、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネートなどを適用することも可能である。

【0049】

導電助剤３５は、例えば、金属、グラファイトやカーボンブラックなどのカーボン、これらの混合物である。金属は、アルミニウム、ステンレス鋼、銀、金、銅、チタン、これらの合金などである。カーボンブラックは、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラックなどである。導電助剤は、必要に応じて、２種以上併用することが可能である。なお、導電助剤３５は、電気的安定性の観点から、好ましくは、銀、金、アルミニウム、ステンレス鋼、カーボンであり、より好ましくは、カーボンである。

【0050】

繊維状物質３８は、その少なくとも一部が正極層３０の導電通路を形成し、かつ、導電通路の周囲の正極活物質粒子３２と接している。したがって、正極活物質（正極活物質粒子３２）から発生した電子は、導電通路に速やかに到達し、正極集電体層２０までスムーズに導かれる。

【0051】

繊維状物質３８は、例えば、ＰＡＮ系カーボン繊維、ピッチ系カーボン繊維等のカーボン繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、導電性繊維から構成される。

【0052】

導電性繊維は、合成繊維の中に金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維などである。なお、電気伝導度の観点から、導電性繊維の中では、カーボン繊維が好ましい。

【0053】

繊維状物質３８の電気伝導度は、５０ｍＳ／ｃｍ以上であることが好ましい。この場合、導電通路の抵抗が小さいため、正極集電体層２０から遠い位置に存在する正極活物質（正極活物質粒子３２）からの電子の移動がよりスムーズに行われる。電気伝導度は、ＪＩＳ Ｒ ７６０９（２００７）の「カーボン繊維−体積抵抗率の求め方」に準じて体積抵抗率を測定し、体積抵抗率の逆数を取ることによって求められる。

【0054】

繊維状物質３８の平均繊維径は、好ましくは、０．１〜２０μｍ、より好ましくは、０．５〜２．０μｍである。平均繊維径は、例えば、３０μｍ角視野中に存在する任意の繊維１０本についてそれぞれ中央付近の直径を測定し、この測定を三視野について行い、合計３０本の繊維の径の平均値として得られる。

【0055】

電極の単位体積あたりに含まれる繊維状物質３８の繊維長の合計は、好ましくは、１００００〜５０００００００ｃｍ／ｃｍ^３、より好ましくは、２０００００００〜５０００００００ｃｍ／ｃｍ^３、さらに好ましくは、１００００００〜１０００００００ｃｍ／ｃｍ^３である。

【0056】

繊維長の合計は、（活物質層の単位体積あたりに含まれる繊維状物質の繊維長合計）＝（（繊維状物質の平均繊維長）×（活物質層の単位面積あたりに使用した繊維状物質の重量）／（繊維状物質の比重））／（（活物質層の単位面積）×（活物質層厚さ））で表わされる式によって算出される。

【0057】

負極層５０は、負極集電体層６０とセパレーター４０との間に位置するシート状電極であり、図５に示すように、負極活物質粒子５２および繊維状物質５８を含んでいる。

【0058】

負極活物質粒子５２は、その表面の少なくとも一部に被覆層５３を有する。被覆層５３は、導電助剤５５と被覆用樹脂５４とから構成されており、負極層５０の体積変化を緩和し、電極の膨脹を抑制することが可能である。

【0059】

負極活物質粒子５２の構成材料は、黒鉛、アモルファス炭素、高分子化合物焼成体、コークス類、カーボン繊維、導電性高分子、スズ、シリコン、シリコン合金、シリコン酸化物、金属合金、リチウムと遷移金属との複合酸化物などである。高分子化合物焼成体は、例えば、フェノール樹脂およびフラン樹脂を焼成し炭素化したものである。コークス類は、例えば、ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークスである。導電性高分子は、例えば、ポリアセチレン、ポリピロールである。金属合金は、例えば、リチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−アルミニウム−マンガン合金である。リチウムと遷移金属との複合酸化物は、例えば、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２である。

【0060】

被覆層５３、被覆用樹脂５４、導電助剤５５および繊維状物質５８は、正極層３０の被覆層３３、被覆用樹脂３４、導電助剤３５および繊維状物質３８と略同一の構成を有するため、その説明は省略される。なお、繊維状物質５８は、その少なくとも一部が負極層５０の導電通路を形成し、かつ、導電通路の周囲の負極活物質粒子５２と接している。

【0061】

正極層３０および負極層５０は、上記構造により、１５０〜１５００μｍの厚さを有することが可能となっている。これにより、多くの活物質を含ませることが可能となり、高容量化およびエネルギー密度向上が図られる。なお、正極層３０の厚さおよび負極層５０の厚さは、好ましくは、２００〜９５０μｍ、さらに好ましくは２５０〜９００μｍである。

【0062】

セパレーター４０は、正極層３０と負極層５０との間に位置する多孔性（ポーラス）の絶縁体である。セパレーター４０は、電解液が浸透することによって、イオンの透過性を呈する。

【0063】

電解液は、非水系有機溶媒、支持塩としてのリチウム塩（ＬｉＰＦ_６等）を含んでいる。非水系有機溶媒は、プロピレンカーボネート等の環状カーボネート類、エチレンカーボネート及びジメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類、テトラヒドロフラン等のエーテル類等の公知の非水系溶媒を適用することが可能である。リチウム塩は、その他の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３等の有機酸陰イオン塩等の公知のリチウム塩を、適用することが可能である。

【0064】

次に、本実施形態の作用効果を述べる。

【0065】

本実施形態の積層体１４０では、単セル１０が、負極層５０の膨張によって面方向Ｐにおいて厚みのばらつきを生じさせるのに起因して、不均一な体積変位が生じることがある。

【0066】

しかしながら、本実施形態では、不均一な体積変位が積層体１４０で生じたとしても、変位吸収部１８０がそれに追従して変形しつつ加圧するため、不均一な体積変位が吸収され、片当たり等を抑制して積層体１４０が均一に加圧される。

【0067】

また、負極層５０が、例えば、シリコンまたはシリコン化合物を含有していると、その膨張が特に大きくなり易い。

【0068】

しかしながら、本実施形態では、蓋部材１７０が、減圧されたセルケース１２０の内部圧力とその外部の大気圧との差圧に基づく圧力を積層体１４０に加えるだけでなく、それに加えて、変位吸収部１８０が弾性力を積層体１４０に加える。

【0069】

このため、大きな体積変位が積層体１４０で不均一に生じたとしても、大きく体積変位している箇所を抑え込んで均一な加圧が可能である。

【0070】

また、変位吸収部１８０が弾性体であり、構成が比較的簡単であるため、装置コストを抑えられる。

【0071】

図６に示すように、正極層３０および負極層５０の各々の厚さと略等しい厚さを有するシール部８０Ａが設けられた単セル１０Ａによって、本実施形態と異なる積層体１４０Ａが構成されてもよく、この場合、単セル１０Ａの端部が積層方向Ｓからの加圧によって拘束される。

【0072】

そのため、図７に示すように、負極層５０が膨張すると、それに隣接している単セル１０Ａの構成部材が、端部を拘束されたままの状態で引っ張られてしまい、極端に伸張してしまう虞がある。特に、そのような伸張は、積層方向Ｓの端に配置されている単セル１０Ａほど大きくなる。

【0073】

一方、図８に示すように、本実施形態では、シール部８０の厚さが、正極層３０および負極層５０の各々の厚さよりも薄く、単セル１０の端部同士が拘束されず離間している。このため、負極層５０が膨張してもそれに隣接する単セル１０の構成部材が極端に伸張せず、単セル１０の損傷を防止できる。

【0074】

図７、８では、簡単な例として、積層されている複数の単セルの１つで負極層の膨張が生じることを示したが、これに限定されない。いずれか２つ以上の単セルにおいて、あるいは複数の単セルの全てにおいて、負極層の膨張が生じることがありうる。それらの場合にも、単セルの端部が拘束されていると、複数の負極層の膨張によって、図７の例と同様に構成部材の極端な伸張が生じる虞があるが、シール部が電極層よりも薄く、単セルの端部同士が拘束されず離間していれば、図８の例と同様に、そのような極端な伸張が生じ難くなる。

【0075】

＜第２実施形態＞
図９に示すように、第２実施形態では、第１実施形態と異なる変位吸収部２８０が設けられる。

【0076】

本実施形態において、変位吸収部２８０は、気体または液体を内包している容器であり、セルケース１２０の外部に備えられたポンプ２８１と連通している。

【0077】

それら以外の他の構成については、本実施形態は第１実施形態と略同様であるため、第１実施形態と同様の符号を付してここでの重複する説明は省略する。

【0078】

変位吸収部２８０を構成している容器は、例えばエアージャッキ及び油圧ジャッキのように、内包している気体または液体の圧力が調整されることによって拡張収縮自在であり、例えば、柔軟性を有する袋や、蛇腹状容器である。変位吸収部２８０に内包されている気体または液体の圧力調整は、ポンプ２８１によって行われる。

【0079】

変位吸収部２８０に内包される気体または液体は、特に限定されない。気体としては、例えば、空気、窒素、アルゴン、ヘリウムが挙げられる。液体としては、例えば、水、シリコーンオイル、フッ素系オイルが挙げられる。

【0080】

変位吸収部２８０は、第１実施形態の変位吸収部１８０と異なる構成を有しているが、それと同様に機能する。

【0081】

例えば、変位吸収部２８０は、内包している気体または液体の圧力が調整されることによって、第１実施形態の変位吸収部１８０である弾性体と同様、積層体１４０の体積変位に追従する。また、変位吸収部２８０は、第１実施形態の弾性体の弾性力と同様に、内包している気体または液体の圧力によって、積層体１４０を加圧する。また、第１実施形態の弾性体のひずみと同様、変位吸収部２８０が積層方向Ｓにおいて変形可能な許容高さは、同方向において想定される積層体１４０の全変位量よりも大きい。

【0082】

ポンプ２８１は、例えば、変位吸収部２８０への気体または液体の供給量を増減させることによって、あるいは、それらの供給と排出とを切り替えることによって、変位吸収部２８０の内部圧力を調整する。

【0083】

ポンプ２８１は、変位吸収部２８０の内部に設置された圧力センサー（不図示）によって計測された内部圧力に基づき、制御部１９４によって制御されてもよい。

【0084】

この場合、例えば、積層体１４０が膨張するのにともなって、計測される内部圧力が増加するのに応じ、ポンプ２８１（調圧部）は、変位吸収部２８０から気体または液体を排出るように制御され、過剰な圧力を逃がすようにしてもよい。

【0085】

なお、このような制御とは異なり、例えば、所定の圧力以上で開く弁（調圧部）を変位吸収部２８０に設けることによっても、過剰な圧力を逃がすことが可能である。

【0086】

次に、本実施形態の作用効果を述べる。

【0087】

本実施形態の変位吸収部２８０も、第１実施形態と同様、積層体１４０で生じる不均一な体積変位に追従して変形し、それを吸収するため、積層体１４０を均一に加圧できる。

【0088】

また、本実施形態では、変位吸収部２８０が容器であり、例えばばねと異なり面で積層体１４０を加圧するため、より均一に積層体１４０を加圧し易い。

【0089】

また、容器内の圧力増加とともに、ポンプ（調圧部）が容器内の気体または液体を排出するようにすれば、積層体１４０が過剰な圧力で加圧されるのを防止できる。

【0090】

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変できる。

【0091】

例えば、変位吸収部は、蓋部材とカバープレートとの間に配置されるだけでなく、それ以外の他の場所にも追加して配置されてもよい。

【0092】

従って、本発明は、図１０に示すように、第１実施形態の構成に対し、変位吸収部１８０を積層体１４０の最下層側にさらに配置した変形例を含むとともに、図１１に示すように、それに追加して積層体１４０の中間に導電性の変位吸収部１８０がさらに配置された変形例を含む。

【0093】

また、第２実施形態についても同様で、図１２に示すように、第２実施形態の構成に対し、変位吸収部２８０を積層体１４０の最下層側にさらに配置してもよい。

【0094】

ここで示したように、変位吸収部が積層体に対し蓋部材とカバープレートとの間以外にも追加で配置されることによって、積層体の全体をより均一に加圧できる。

【0095】

また、上記実施形態に追加可能な構成は変位吸収部に限定されず、それ以外の他の構成を新たに追加してもよい。

【0096】

例えば、図１３に示す変形例では、上記第２実施形態の構成に対し、気体または液体の循環経路２８２が新たに追加されている。

【0097】

循環経路２８２は、セルケース１２０の外部に配置されている。容器の形態を有する変位吸収部２８０、および循環経路２８２は、互いに連通しており、気体または液体がポンプ２８１によって圧送されてそれらを循環する。

【0098】

この変形例では、セルケース１２０の外部に配置された循環経路２８２と、容器である変位吸収部２８０とが連通することによって、冷却系を構成するため、積層体１４０の温度上昇を抑えて電池性能をより良好に発揮させることができる。

【符号の説明】

【0099】

１０ 単セル、
２０ 正極集電体層、
３０ 正極層、
４０ セパレーター、
５０ 負極層、
６０ 負極集電体層、
８０、８０Ａ シール部、
１００ 電池、
１１０ 電池の本体部、
１２０ セルケース、
１２６ 開口部、
１４０ 積層体、
１４２ 上面（一方の面）、
１７０ 蓋部材、
１７６ カバープレート、
１８０、２８０ 変位吸収部、
１９８ 車両、
２８１ ポンプ（調圧部）、
２８２ 循環経路、
Ｓ 積層方向、
Ｐ 面方向。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】