特許 7439034 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】

(24)【登録日】2024-02-16

(45)【発行日】2024-02-27

(54)【発明の名称】電池スタック

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/267 20210101AFI20240219BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20240219BHJP

   H01M 50/262 20210101ALI20240219BHJP

   H01M 10/04 20060101ALN20240219BHJP

   H01M 10/0587 20100101ALN20240219BHJP

【ＦＩ】

H01M50/267

H01M50/209

H01M50/262 Z

H01M10/04 W

H01M10/0587

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021175741

(22)【出願日】2021-10-27

(65)【公開番号】P2023065119

(43)【公開日】2023-05-12

【審査請求日】2022-11-04

(73)【特許権者】

【識別番号】399107063

【氏名又は名称】プライムアースＥＶエナジー株式会社

(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】520184767

【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】坂井 遼太郎

(72)【発明者】

【氏名】泉本 貴昭

【審査官】山下 裕久

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０２２８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５１０６７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２６７

Ｈ０１Ｍ ５０／２０９

Ｈ０１Ｍ ５０／２６２

Ｈ０１Ｍ １０／０４

Ｈ０１Ｍ １０／５８７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一列に配列された共通の形状のケースを有する複数のセルを拘束してなり、前記各セルは、前記ケース内に収容された電極体を備えるとともに、前記複数のセルとして、該各セルを配列方向から見た場合に、前記ケース内に収容された前記電極体の配置が互いに異なる複数種類の電極体異配置収容セルを備え、
前記配列方向に隣り合う前記各セルについて、前記電極体異配置収容セルとしての種類が互いに異なる交差配列区画を備え、
前記各セルの配列全体を端部区画と中央区画とに区分した場合に、前記中央区画に前記交差配列区画が設けられた電池スタック。

【請求項2】

前記複数のセルとして、前記ケース内における前記電極体の占有率が互いに異なる複数種類の電極体異占有率セルを備える
請求項１に記載の電池スタック。

【請求項3】

前記各セルの配列全体を端部区画と中央区画とに区分した場合に、前記端部区画に配列された前記各セルとの比較において、前記中央区画に配列された前記各セルが、より前記占有率の低い前記電極体異占有率セルとしての構成を有する
請求項２に記載の電池スタック。

【請求項4】

前記電極体異配置収容セルとして、
前記電極体が前記ケースの上部に偏向して配置された上部配置セル、及び前記電極体が前記ケースの下部に偏向して配置された下部配置セルの少なくとも何れかを備える
請求項１～請求項３の何れか一項に記載の電池スタック。

【請求項5】

前記電極体異配置収容セルとして、
前記上部配置セルにおいて前記電極体が配置された上部位置と前記下部配置セルにおいて前記電極体が配置された下部位置との中間となる中間位置に前記電極体が配置された中間配置セルを備える請求項４に記載の電池スタック。

【請求項6】

前記各セルの配列全体を端部区画と中央区画とに区分した場合に、
前記端部区画には、前記中間配置セルが配列され、
前記中央区画には、前記上部配置セル及び前記下部配置セルの少なくとも一方が配列された請求項５に記載の電池スタック。

【請求項7】

前記上部配置セル及び前記下部配置セルが交互に並んで配列された交互配列区画を有する請求項４～請求項６の何れか一項に記載の電池スタック。

【請求項8】

前記電極体は、セパレータを挟んで積層された正負の電極シートを捲回してなる捲回体としての構成を有する請求項１～請求項７の何れか一項に記載の電池スタック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池スタックに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、一列に配列された複数のセルを拘束してなる電池スタック等の集電池においては、その発熱対策が重要な課題となっている。例えば、特許文献１には、集電池の外周部位等、この集電池を構成する各セルの温度が低くなりやすい部位に大きな蓄電容量を設定する構成が開示されている。そして、これにより、集電池の各セルに生ずる温度差を要因とした出力低下を抑制することが可能になっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０００－２３１９１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、このような発熱の問題は、電池の高性能化によって、より顕著になりやすい傾向がある。このため、上記従来技術の構成についてもまた、必ずしも、その進化する要求水準を満たしているとは言い切れないのが実情である。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決する電池スタックは、一列に配列された複数のセルを拘束してなり、前記各セルは、ケース内に収容された電極体を備えるとともに、前記複数のセルとして、該各セルを配列方向から見た場合に、前記ケース内に収容された前記電極体の配置が互いに異なる複数種類の電極体異配置収容セルを備える。

【0006】

即ち、ケース内に収容された電極体の配置が異なる電極体異配置収容セルは、その種類毎に、セルとしての発熱部位が相違することになる。従って、上記構成によれば、各セルの配列方向から見て、これらの各セルの発熱部位を分散して配置することができる。そして、これにより、高い放熱性能を確保することができる。つまりは、電池スタックを形成する各セルにおいて、その電極体の冷却性能を高めることができる。そして、これにより、各セルの性能低下を抑制し、及び高い安全性を確保することができる。その結果、その電池スタック、及び複数の電池スタックをパッケージ化した電池パックの電池性能を長期間に亘って好適に維持することができる。

【0007】

上記課題を解決する電池スタックは、前記配列方向に隣り合う前記各セルについて、前記電極体異配置収容セルとしての種類が互いに異なる交差配列区画を備えることが好ましい。

【0008】

上記構成によれば、その配列方向に隣り合う各セルの発熱部位がズレることになる。そして、これにより、その放熱性能を更に向上させることができる。
上記課題を解決する電池スタックは、前記各セルの配列全体を端部区画と中央区画とに区分した場合に、前記中央区画に前記交差配列区画が設けられることが好ましい。

【0009】

即ち、一列に並ぶ各セルの配列においては、その端部区画に比べて、中央区画に配列された各セルの方が高温になりやすい傾向がある。しかしながら、上記構成によれば、その中央区画に対して、より高い放熱性能を付与することができる。そして、これにより、配列された複数のセル間の温度ムラを抑制することができる。その結果、その電池スタック、及び複数の電池スタックをパッケージ化した電池パックの電池性能を長期間に亘って好適に維持することができる。

【0010】

上記課題を解決する電池スタックは、前記複数のセルとして、前記ケース内における前記電極体の占有率が互いに異なる複数種類の電極体異占有率セルを備えることが好ましい。

【0011】

即ち、電池スタックを形成する各セルの放熱量は、そのケース内における電極体の占有率が高いほど、より大きくなりやすい傾向がある。この点を踏まえ、各セルの配列において、そのセルが高温になりやすい位置には、より占有率の低い電極体異占有率セルを配列する。また、そのセルが高温になり難い位置には、より占有率の高い電極体異占有率セルを配列する。そして、これにより、その配列された複数のセル間の温度ムラを抑制することができる。その結果、その電池スタック、及び複数の電池スタックをパッケージ化した電池パックの電池性能を長期間に亘って好適に維持することができる。

【0012】

上記課題を解決する電池スタックは、前記各セルの配列全体を端部区画と中央区画とに区分した場合に、前記端部区画に配列された前記各セルとの比較において、前記中央区画に配列された前記各セルが、より前記占有率の低い前記電極体異占有率セルとしての構成を有することが好ましい。

【0013】

上記構成によれば、高温になりやすい中央区画に配列された各セルに対して、より小さな発熱量を設定することができる。そして、これにより、効果的に、その配列された複数のセル間の温度ムラを抑制することができる。

【0014】

上記課題を解決する電池スタックは、前記電極体異配置収容セルとして、前記電極体が前記ケースの上部に偏向して配置された上部配置セル、及び前記電極体が前記ケースの下部に偏向して配置された下部配置セルの少なくとも何れかを備えることが好ましい。

【0015】

上記構成によれば、各セルを配列方向から見た場合に、その発熱部位を上下方向にずらすことができる。そして、これにより、その放熱性能を向上させることができる。
上記課題を解決する電池スタックは、前記電極体異配置収容セルとして、前記上部配置セルにおいて前記電極体が配置された上部位置と前記下部配置セルにおいて前記電極体が配置された下部位置との中間となる中間位置に前記電極体が配置された中間配置セルを備えることが好ましい。

【0016】

上記構成によれば、電極体異配置収容セルの種類を増やして、より好適な発熱対策を行うことができる。特に、中間配置セルは、ケース内における電極体の配置に偏りがないことから、比較的大きな占有率を設定しやすいという特徴がある。更に、これを利用して、各セルの配列において、そのセルが高温になり難い位置に、より発熱量の大きな中間配置セルを配列する。そして、これにより、効果的に、その配列された複数のセル間の温度ムラを抑制することができる。

【0017】

上記課題を解決する電池スタックは、前記各セルの配列全体を端部区画と中央区画とに区分した場合に、前記端部区画には、前記中間配置セルが配列され、前記中央区画には、前記上部配置セル及び前記下部配置セルの少なくとも一方が配列されることが好ましい。

【0018】

上記構成によれば、高温になりやすい中央区画に配列された各セルについては、小さな発熱量を設定し、高温になり難い端部区画に配列された各セルについては、比較的大きな発熱量を設定することができる。そして、これにより、効果的に、その配列された複数のセル間の温度ムラを抑制することができる。

【0019】

上記課題を解決する電池スタックは、前記上部配置セル及び前記下部配置セルが交互に並んで配列された交互配列区画を有することが好ましい。
上記構成によれば、高温になりやすい位置に配列される各セルに対して、より高い放熱性能を付与することができる。その結果、より効果的に、その配列された複数のセル間の温度ムラを抑制することができる。

【0020】

上記課題を解決する電池スタックは、前記各セルの前記ケースが互いに共通の形状を有することが好ましい。
上記構成によれば、ケース内に収容された電極体の配置を、その電極体異配置収容セルとしての種類毎に、容易且つ高精度に設定することができる。また、ケースが形成する収容空間において、その電極体が配置されない非占有領域、つまりは各セルの非発熱部位を容易に管理することができる。そして、これにより、その放熱性能を更に向上させることができる。

【0021】

また、例えば、充放電容量や出力電圧等、電源としての仕様が異なる用途についても、その電池スタックの外形を共通化することが可能になる。そして、これにより、生産管理を容易化して、その低コスト化を図ることができる。

【0022】

上記課題を解決する電池スタックは、前記電極体は、セパレータを挟んで積層された正負の電極シートを捲回してなる捲回体としての構成を有することが好ましい。
即ち、捲回体としての構成を有する電極体は、その充放電時に発熱しやすい傾向がある。従って、このような電極体を有する二次電池の電池スタックに適用することで、より顕著な効果を得ることができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、好適に発熱対策を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】セルの斜視図。

【図2】電極体の分解図。

【図3】セルの概略構成図。

【図4】電池スタックの斜視図。

【図5】一列に配列された複数のセルを示す電池スタックの模式図。

【図6】上部配置セルの概略構成図。

【図7】下部配置セルの概略構成図。

【図8】第２の実施形態における各セルの配列を示す電池スタックの模式図。

【図9】第３の実施形態における各セルの配列を示す電池スタックの模式図。

【図10】別例の電極体異配置セルの概略構成図。

【図11】別例の各セルの配列を示す電池スタックの模式図。

【図12】別例の電極体異配置セルの概略構成図。

【発明を実施するための形態】

【0025】

［第１の実施形態］
以下、電池スタックに関する第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、二次電池１は、正極３、負極４、及びセパレータ５を一体化した電極体１０と、この電極体１０を収容するケース２０と、を備えている。そして、本実施形態の二次電池１は、そのケース２０内の電極体１０に、図示しない非水性の電解液を含浸させたリチウムイオン二次電池としての構成を有している。

【0026】

詳述すると、本実施形態の二次電池１において、正極３、負極４、及びセパレータ５は、シート状の外形を有して積層される。そして、これら正極３、負極４、及びセパレータ５の積層体を捲回することにより、正極３と負極４との間にセパレータ５を挟み込む状態で、その径方向に正負の電極とセパレータ５とが交互に並ぶ電極体１０が形成されている。

【0027】

また、本実施形態のケース２０は、扁平略四角箱状のケース本体２１と、このケース本体２１の開口端２１ｘを閉塞する蓋部材２２と、を備えている。そして、本実施形態の電極体１０は、径方向外側から押圧されることにより、そのケース２０の箱形状に対応する扁平した外形を有するものとなっている。

【0028】

さらに詳述すると、図２に示すように、本実施形態の二次電池１において、正極３及び負極４は、それぞれ、シート状の外形を有した集電体３１と、この集電体３１上に積層された電極活物質層３２と、を備えた電極シート３５としての構成を有する。

【0029】

具体的には、アルミニウム等を素材とする正極集電体３１Ｐ上に、正極活物質となるリチウム遷移金属酸化物を含んだスラリーを塗工することにより、その正極活物質層３２Ｐを備えた正極３用の電極シート３５Ｐが形成される。また、銅等を素材とする負極集電体３１Ｎ上に、負極活物質となる炭素系材料を含んだスラリーを塗工することにより、その負極活物質層３２Ｎを備えた負極４用の電極シート３５Ｎが形成される。更に、本実施形態の二次電池１において、これら正負の電極シート３５Ｐ，３５Ｎは、帯状に整形される。そして、本実施形態の電極体１０は、セパレータ５を挟んで積層された正負の電極シート３５Ｐ，３５Ｎが、その帯形状の幅方向（図２中、左右方向）に延びる捲回軸Ｌ周りに捲回された捲回体１０Ｘとしての構成を有している。

【0030】

尚、図２中においては、その正極３を構成する電極シート３５Ｐを内側に捲き込むかたちで、セパレータ５及び各電極シート３５が捲回されている。但し、この図は、電極体１０の構造を示す一例であり、その負極４を構成する電極シート３５Ｎを内側に捲き込むかたちで、これらのセパレータ５及び各電極シート３５が捲回される場合もある。そして、これにより、その電極体１０の最外殻に配置される電極シート３５が、正極３を構成する電極シート３５Ｐであるか、又は負極４を構成する電極シート３５Ｎであるかが決定される。

【0031】

また、図１に示すように、ケース２０の蓋部材２２には、ケース２０の外側に突出する正極端子３７及び負極端子３８が設けられている。更に、図２に示すように、各電極シート３５には、それぞれ、その集電体３１上に電極活物質層３２が形成されていない未塗工部３９が形成されている。そして、本実施形態の二次電池１は、これらの未塗工部３９を利用して、その正極３を構成する電極シート３５Ｐと正極端子３７とが電気的に接続され、及び、その負極４を構成する電極シート３５Ｎと負極端子３８とが電気的に接続される構成となっている。

【0032】

具体的には、図１及び図２に示すように、本実施形態の電極体１０は、その捲回軸Ｌが長尺略矩形板状をなす蓋部材２２の長手方向（図１中、左右方向）に沿う状態で、ケース本体２１内に収容される。そして、この電極体１０は、その捲回軸Ｌの一端側（図２中、左側の端部）に正極３を構成する電極シート３５Ｐの未塗工部３９Ｐを有し、他端側（同図中、右側の端部）に負極４を構成する電極シート３５Ｎの未塗工部３９Ｎを有している。

【0033】

また、本実施形態の二次電池１においては、この状態で、その正極３を構成する電極シート３５Ｐの未塗工部３９Ｐと正極端子３７とが接続部材３７ｘを介して接続される。更に、その負極４を構成する電極シート３５Ｎの未塗工部３９Ｎと負極端子３８とが接続部材３８ｘを介して接続される。そして、本実施形態の二次電池１は、これにより、その正極３と正極端子３７、負極４と負極端子３８とが電気的に接続された状態で、この電極体１０をケース２０内に封缶する構成となっている。

【0034】

尚、本実施形態の二次電池１において、ケース本体２１及び蓋部材２２は、例えば、アルミニウム合金やステンレス鋼等の金属材料を用いて形成される。そして、これらのケース本体２１及び蓋部材２２は、例えば、レーザー溶接等を用いて液密に接合される。

【0035】

また、図３に示すように、二次電池１は、その電極体１０とともにケース２０内に収容される絶縁フィルム４１を備えている。更に、この絶縁フィルム４１は、ケース本体２１の開口端２１ｘ側に開口する袋形状を有してケース２０内に収容される。そして、本実施形態の二次電池１は、この絶縁フィルム４１の袋形状内に電極体１０を配置することで、その電極体１０とケース２０とが絶縁される構成になっている。

【0036】

更に、図１に示すように、本実施形態の二次電池１においては、蓋部材２２に設けられた注入口４２を介して、そのケース２０内に電解液が注入される。即ち、リチウムイオン二次電池としての構成を有する二次電池１の電解液には、有機溶媒中に支持塩となるリチウム塩を溶解させたものが用いられる。そして、本実施形態の二次電池１は、これにより、そのケース２０内に封缶された電極体１０に対して電解液が含浸される構成になっている。

【0037】

尚、本実施形態の二次電池１において、注入口４２は、長尺略矩形板状をなす蓋部材２２の長手方向略中央部分に形成された安全弁４３の近傍に設けられている。そして、本実施形態の二次電池１は、電解液の注入後、例えば、レーザー溶接等によって、その注入口４２が封止される構成となっている。

【0038】

また、図３に示すように、ケース２０内には、その含浸により電極体１０に保持させる液量を超えた余剰の電解液４４が注入される。そして、本実施形態の二次電池１は、この余剰分の電解液４４が、そのケース２０の底部４６に溜まる構成となっている。

【0039】

このように、本実施形態の二次電池１は、ケース２０内に電極体１０及び電解液を封入することで、その構成単位、つまりは一つのセル５０が形成される。更に、本実施形態の二次電池１においては、このようなセル５０が複数組み合わされる。そして、本実施形態の二次電池１は、これにより、その充放電容量及び出力電圧が高められた状態で、例えば、電動車両の電源等に用いられる構成となっている。

【0040】

（電池スタック）
次に、本実施形態の二次電池１が形成する電池スタックについて説明する。
図４に示すように、本実施形態の二次電池１は、一列に配列された複数のセル５０を拘束してなる集電池としての電池スタック５１を形成する。

【0041】

詳述すると、本実施形態の電池スタック５１は、予め設定された所定数のセル５０を有している。尚、図４及び以下に示す各図中の電池スタック５１については、説明の便宜上、実際よりも、そのセル数が少なく記載されている。また、本実施形態の電池スタック５１において、これら各セル５０のケース２０は、互いに共通の形状を有している。具体的には、これらの各セル５０は、その扁平略四角箱状をなすケース２０の寸法が互いに等しく設定されている。そして、本実施形態の電池スタック５１は、これらの各セル５０を、その扁平略四角箱状をなすケース２０の厚み方向（図３参照、同図中、紙面に直交する方向）に並べた構成となっている。

【0042】

尚、本実施形態の電池スタック５１は、これら各セル５０の間に介在された略平板状のスペーサ５２を有している。また、この電池スタック５１は、その各セル５０の整列方向両端位置に配置された一対のエンドプレート５３，５３を備えている。更に、この電池スタック５１は、これら一対のエンドプレート５３，５３間に架け渡された拘束部材５４，５４を備えている。そして、本実施形態の電池スタック５１は、これら拘束部材５４，５４の拘束力に基づいて、その一列に配列された各セル５０が、これら各セル５０の配列方向両端に設けられた一対のエンドプレート５３，５３に挟まれる状態で一体化される構成となっている。

【0043】

また、図５～図７に示すように、本実施形態の電池スタック５１は、この電池スタック５１を形成する各セル５０を配列方向から見た場合に、そのケース２０内に収容された電極体１０の配置が互いに異なる複数種類の電極体異配置収容セル６０を備えている。

【0044】

詳述すると、本実施形態の電池スタック５１は、電極体異配置収容セル６０として、その電極体１０がケース２０の上部２０ａに偏向して配置された上部配置セル６１を備えている。また、この電池スタック５１は、電極体異配置収容セル６０として、その電極体１０がケース２０の下部２０ｂに偏向して配置された下部配置セル６２を備えている。尚、図５は、電池スタック５１を形成する複数のセル５０のみを記載し、各スペーサ５２、エンドプレート５３，５３、及び拘束部材５４，５４については、その記載を省略した模式図となっている。更に、図５～図７中、その上下方向が、電池スタック５１を形成する各セル５０の上下方向となっている。そして、本実施形態の電池スタック５１は、この電池スタック５１を形成する各セル５０の配列方向において、その上部配置セル６１及び下部配置セル６２が、交互に並んで配列された構成を有している。

【0045】

換言すると、図５に示すように、本実施形態の電池スタック５１においては、各セル５０の配列全体が、その配列方向に隣り合う各セル５０について、その電極体異配置収容セル６０としての種類が互いに異なる交差配列区画α１となっている。そして、この交差配列区画α１は、各セル５０の配列方向において、その種類が異なる電極体異配置収容セル６０として設けられた上部配置セル６１及び下部配置セル６２が、交互に並んで配列された交互配列区画α２としての構成を有している。

【0046】

さらに詳述すると、図６に示すように、本実施形態の上部配置セル６１において、電極体１０は、その上下方向の中央位置、つまりは捲回体１０Ｘとしての捲回軸Ｌが、ケース２０内における上下方向の中間位置Ｐｃよりも上方に配置されている。更に、この上部配置セル６１において、電極体１０は、ケース２０が形成する収容空間２０ｘの上端となる蓋部材２２までの間隔Ｗａと、その収容空間２０ｘの下端となる底部４６までの間隔Ｗｂとの比率が、例えば「１：２」～「１：４」程度に設定されている。そして、本実施形態の上部配置セル６１は、これにより、そのケース２０内における電極体１０の占有率、つまりは、その収容空間２０ｘに占める電極体１０の体積比率が、例えば７５％以下となるように設計されている。

【0047】

また、図７に示すように、本実施形態の下部配置セル６２において、電極体１０は、その上下方向の中央位置、つまりは捲回体１０Ｘとしての捲回軸Ｌが、ケース２０内における上下方向の中間位置Ｐｃよりも下方に配置されている。更に、この下部配置セル６２において、電極体１０は、収容空間２０ｘの上端となる蓋部材２２までの間隔Ｗａと、その収容空間２０ｘの下端となる底部４６までの間隔Ｗｂとの比率が、例えば「２：１」～「４：１」程度に設定されている。そして、本実施形態の下部配置セル６２もまた、これにより、そのケース２０内における電極体１０の占有率が、例えば７５％以下となるように設計されている。

【0048】

尚、上部配置セル６１については、例えば、ケース２０の底部４６に溜まった余剰分の電解液４４を吸い上げて、そのケース２０の上部に配置された捲回体１０Ｘとしての電極体１０に供給する機能を有している（図示略）。そして、本実施形態の電池スタック５１は、これにより、電極体異配置収容セル６０としての種類に依らず、各セル５０の電池性能が担保される構成となっている。

【0049】

次に、本実施形態の作用について説明する。
即ち、上部配置セル６１は、ケース２０の上部側に発熱部位を有し、下部配置セル６２は、そのケース２０の下部側に発熱部位を有する。また、これにより、これらの上部配置セル６１及び下部配置セル６２を、その複数のセル５０として備える電池スタック５１においては、その配列された各セル５０の発熱部位が、配列方向から見て上下方向に分散される。更に、各セル５０の配列方向において、これらの上部配置セル６１及び下部配置セル６２が、交互に並んで配列されることにより、その配列方向に隣り合う各セル５０の発熱部位が上下方向にズレることになる。そして、これにより、電池スタック５１としての放熱性能が向上する。

【0050】

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）電池スタック５１は、一列に配列された複数のセル５０を拘束することにより形成される。また、各セル５０は、ケース２０内に収容された電極体１０を備える。そして、電池スタック５１は、複数のセル５０として、これらの各セル５０を配列方向から見た場合に、そのケース２０内に収容された電極体１０の配置が互いに異なる複数種類の電極体異配置収容セル６０を備える。

【0051】

即ち、ケース２０内に収容された電極体１０の配置が異なる電極体異配置収容セル６０は、その種類毎に、セル５０としての発熱部位が相違することになる。従って、上記構成によれば、各セル５０の配列方向から見て、これらの各セル５０の発熱部位を分散して配置することができる。そして、これにより、高い放熱性能を確保することができる。つまりは、電池スタック５１を形成する各セル５０において、その電極体１０の冷却性能を高めることができる。そして、これにより、各セル５０の性能低下を抑制し、及び高い安全性を確保することができる。その結果、その電池スタック５１、及び複数の電池スタック５１をパッケージ化した電池パックの電池性能を長期間に亘って好適に維持することができる。

【0052】

（２）電池スタック５１は、配列方向に隣り合う各セル５０について、その電極体異配置収容セル６０としての種類が互いに異なる交差配列区画α１を備える。
上記構成によれば、その配列方向に隣り合う各セル５０の発熱部位がズレることになる。そして、これにより、その放熱性能を更に向上させることができる。

【0053】

（３）電池スタック５１は、電極体異配置収容セル６０として、その電極体１０がケース２０の上部に偏向して配置された上部配置セル６１と、その電極体１０がケース２０の下部に偏向して配置された下部配置セル６２と、を備える。

【0054】

即ち、上部配置セル６１は、ケース２０の上部側に発熱部位を有し、下部配置セル６２は、そのケース２０の下部側に発熱部位を有する。従って、上記構成によれば、その配列方向から見て、各セル５０の発熱部位が上下方向に分散される。そして、これにより、その放熱性能を更に向上させることができる。

【0055】

（４）電池スタック５１においては、各セル５０の配列方向において、その上部配置セル６１及び下部配置セル６２が、交互に並んで配列される。
上記構成によれば、その配列方向に隣り合う各セル５０の発熱部位が上下方向にズレることになる。そして、これにより、その放熱性能を更に向上させることができる。

【0056】

（５）各セル５０のケース２０が、互いに共通の形状を有する。
上記構成によれば、ケース２０内に収容された電極体１０の配置を、その電極体異配置収容セル６０としての種類毎に、容易且つ高精度に設定することができる。また、ケース２０が形成する収容空間２０ｘにおいて、その電極体１０が配置されない非占有領域、つまりは各セル５０の非発熱部位を容易に管理することができる。そして、これにより、その放熱性能を更に向上させることができる。

【0057】

また、例えば、充放電容量や出力電圧等、電源としての仕様が異なる用途についても、その電池スタック５１の外形を共通化することが可能になる。そして、これにより、生産管理を容易化して、その低コスト化を図ることができる。

【0058】

（６）電極体１０は、セパレータ５を挟んで積層された正負の電極シート３５を捲回してなる捲回体１０Ｘとしての構成を有する。
即ち、捲回体１０Ｘとしての構成を有する電極体１０は、その充放電時に発熱しやすい傾向がある。従って、このような電極体１０を有する二次電池１の電池スタック５１に適用することで、より顕著な効果を得ることができる。

【0059】

［第２の実施形態］
以下、電池スタックに関する第２の実施形態を図面に従って説明する。尚、説明の便宜上、上記第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略することとする。

【0060】

図８に示すように、本実施形態の電池スタック５１Ｂは、電極体異配置収容セル６０として、上記第１の実施形態における電池スタック５１と同様、複数の上部配置セル６１及び下部配置セル６２を備えている。そして、この電池スタック５１Ｂは、これらの上部配置セル６１及び下部配置セル６２に加え、その電極体１０が、ケース２０の中間位置に配置された複数の中間配置セル６３を備えている。

【0061】

詳述すると、図３に示すように、本実施形態の電池スタック５１Ｂにおいて、この中間配置セル６３は、ケース２０内における上下方向の中間位置Ｐｃに、その電極体１０の上下方向中央位置、即ち捲回体１０Ｘとしての捲回軸Ｌが配置された構成を有している。つまり、この中間配置セル６３においては、上部配置セル６１の電極体１０が配置された上部位置Ｐａと、下部配置セル６２の電極体１０が配置された下部位置Ｐｂとの中間となる中間位置Ｐｃに、その電極体１０が配置されている（図６及び図７参照）。

【0062】

また、本実施形態の中間配置セル６３は、そのケース２０内における電極体１０の占有率が、例えば８０％以上となるように設計されている。そして、本実施形態の電池スタック５１Ｂは、これにより、図８に示すように、一列に配列された複数のセル５０として、そのケース２０内における電極体１０の占有率が互いに異なる複数種類の電極体異占有率セル７０を備える構成となっている。

【0063】

即ち、図３、図６及び図７に示すように、中間配置セル６３を基準占有率セル７１として、その電極体異占有率セル７０としての種類分けを行った場合、上部配置セル６１及び下部配置セル６２は、より占有率の低い低占有率セル７２に位置付けられる。

【0064】

また、図８に示すように、本実施形態の電池スタック５１Ｂは、各セル５０の配列全体を端部区画Ｒ１，Ｒ１と中央区画Ｒ２とに区分した場合、これらの各区画に対し、それぞれ、異なる種類の電極体異占有率セル７０が配列されている。尚、本実施形態の電池スタック５１Ｂにおいては、その端部区画Ｒ１，Ｒ１及び中央区画Ｒ２に対して、それぞれ、この電池スタック５１Ｂを形成するセル数の「１／３」が配列されている。具体的には、本実施形態の電池スタック５１Ｂにおいて、端部区画Ｒ１，Ｒ１には、基準占有率セル７１としての構成を有した中間配置セル６３が配列されている。更に、中央区画Ｒ２には、低占有率セル７２としての構成を有した上部配置セル６１及び下部配置セル６２が配列されている。そして、本実施形態の電池スタック５１Ｂは、これにより、その端部区画Ｒ１，Ｒ１に配列された各セル５０との比較において、その中央区画Ｒ２に配列された各セル５０が、より占有率の低い電極体異占有率セル７０としての構成を有するものとなっている。

【0065】

即ち、一列に並ぶ各セル５０の配列においては、その端部区画Ｒ１，Ｒ１に比べて、中央区画Ｒ２に配列された各セル５０の方が高温になりやすい傾向がある。この点を踏まえ、本実施形態の電池スタック５１Ｂにおいては、その中央区画Ｒ２に発熱量の小さな低占有率セル７２が配列されている。更に、端部区画Ｒ１，Ｒ１には、より発熱量の大きな基準占有率セル７１が配列されている。そして、本実施形態の電池スタック５１Ｂは、これにより、その配列された複数のセル５０間の温度ムラを抑制する構成になっている。

【0066】

さらに詳述すると、本実施形態の電池スタック５１Ｂにおいては、その中央区画Ｒ２が、交差配列区画α１及び交互配列区画α２としての構成を有している。即ち、本実施形態の電池スタック５１Ｂにおいては、各セル５０の配列方向において、この中央区画Ｒ２に設けられた上部配置セル６１及び下部配置セル６２が、交互に並んで配列されている。そして、本実施形態の電池スタック５１Ｂは、これにより、その中央区画Ｒ２に対して、より高い放熱性能が付与される構成となっている。

【0067】

以上、本実施形態によれば、より好適な発熱対策を行うことができる。
（１）電池スタック５１Ｂは、複数のセル５０として、ケース２０内における電極体１０の占有率が互いに異なる複数種類の電極体異占有率セル７０を備える。

【0068】

即ち、電池スタック５１Ｂを形成する各セル５０の放熱量は、そのケース２０内における電極体１０の占有率が高いほど、より大きくなりやすい傾向がある。この点を踏まえ、各セル５０の配列において、そのセル５０が高温になりやすい位置には、より占有率の低い電極体異占有率セル７０を配列する。また、そのセル５０が高温になり難い位置には、より占有率の高い電極体異占有率セル７０を配列する。そして、これにより、その配列された複数のセル５０間の温度ムラを抑制することができる。その結果、その電池スタック５１Ｂ、及び複数の電池スタック５１Ｂをパッケージ化した電池パックの電池性能を長期間に亘って好適に維持することができる。

【0069】

（２）各セル５０の配列全体を端部区画Ｒ１，Ｒ１と中央区画Ｒ２とに区分した場合に、端部区画Ｒ１，Ｒ１に配列された各セル５０との比較において、中央区画Ｒ２に配列された各セル５０が、より占有率の低い電極体異占有率セル７０としての構成を有する。

【0070】

即ち、一列に並ぶ各セル５０の配列においては、その端部区画Ｒ１，Ｒ１に比べて、中央区画Ｒ２に配列された各セル５０の方が高温になりやすい傾向がある。この点、上記構成によれば、その中央区画Ｒ２に配列された各セル５０に対して、より小さな発熱量を設定することができる。そして、これにより、効果的に、その配列された複数のセル５０間の温度ムラを抑制することができる。

【0071】

（３）電池スタック５１Ｂは、電極体異配置収容セル６０として、上部配置セル６１及び下部配置セル６２に加え、中間配置セル６３を備える。そして、この中間配置セル６３は、上部配置セル６１において電極体１０が配置された上部位置Ｐａと下部配置セル６２において電極体１０が配置された下部位置Ｐｂとの中間となる中間位置Ｐｃに配置された電極体１０を有する。

【0072】

上記構成によれば、電極体異配置収容セル６０の種類を増やして、より好適な発熱対策を行うことができる。特に、中間配置セル６３は、ケース２０内における電極体１０の配置に偏りがないことから、上部配置セル６１及び下部配置セル６２よりも、大きな占有率を設定しやすいという特徴がある。更に、これを利用して、各セル５０の配列において、そのセル５０が高温になり難い位置に、より発熱量の大きな中間配置セル６３を配列する。そして、これにより、効果的に、その配列された複数のセル５０間の温度ムラを抑制することができる。

【0073】

（４）電池スタック５１Ｂは、端部区画Ｒ１，Ｒ１に中間配置セル６３が配列されるとともに、中央区画Ｒ２に上部配置セル６１及び下部配置セル６２が配列された構成を有する。

【0074】

上記構成によれば、高温になりやすい中央区画Ｒ２に配列された各セル５０については、小さな発熱量を設定し、高温になり難い端部区画Ｒ１，Ｒ１に配列された各セル５０については、比較的大きな発熱量を設定することができる。そして、これにより、効果的に、その配列された複数のセル５０間の温度ムラを抑制することができる。

【0075】

（５）電池スタック５１Ｂは、各セル５０の配列方向において、中央区画Ｒ２に設けられた上部配置セル６１及び下部配置セル６２が交互に並んで配列されている。
上記構成によれば、中央区画Ｒ２に配列された上部配置セル６１及び下部配置セル６２によって、この中央区画Ｒ２に交差配列区画α１及び交互配列区画α２が形成される。そして、これにより、中央区画Ｒ２に対して、より高い放熱性能を付与することができる。その結果、より効果的に、その配列された複数のセル５０間の温度ムラを抑制することができる。

【0076】

［第３の実施形態］
以下、電池スタックに関する第３の実施形態を図面に従って説明する。尚、説明の便宜上、上記第２の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略することとする。

【0077】

図９に示すように、本実施形態の電池スタック５１Ｃは、上記第２の実施形態における電池スタック５１Ｂと同様、その端部区画Ｒ１，Ｒ１に配列された複数の中間配置セル６３を備えている。更に、これらの各中間配置セル６３もまた、基準占有率セル７１としての構成を有している。そして、本実施形態の電池スタック５１Ｃにおいて、中央区画Ｒ２には、低占有率セル７２としての構成を有した下部配置セル６２のみが配列されている。

【0078】

即ち、本実施形態の電池スタック５１Ｃにおいてもまた、端部区画Ｒ１，Ｒ１に配列された各セル５０との比較において、中央区画Ｒ２に配列された各セル５０が、より占有率の低い電極体異占有率セル７０としての構成を有している。そして、本実施形態の電池スタック５１Ｃは、その中央区画Ｒ２が、交差配列区画α１及び交互配列区画α２ではない点において、上記第２の実施形態における電池スタック５１Ｂと相違する。

【0079】

但し、本実施形態の電池スタック５１Ｃにおいて、その中央区画Ｒ２に配列された各下部配置セル６２は、その電極体１０が、ケース２０の底部４６に溜まった余剰分の電解液４４（図３参照）に浸かりやすいという特徴がある。このため、上部配置セル６１や中間配置セル６３よりも、そのケース２０内に収容された電極体１０の冷却性能に優れている。そして、本実施形態の電池スタック５１Ｃは、これにより、その中央区画Ｒ２に対して、高い放熱性能を付与することが可能になっている。

【0080】

以上、本実施形態の構成を採用しても、効果的に、その配列された複数のセル５０間の温度ムラを抑制することができる。
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0081】

・上記各実施形態において、その電池スタック５１を形成するセル５０の数は、任意に変更してもよい。そして、上記第２及び第２の実施形態において、その端部区画Ｒ１，Ｒ１に区分されるセル５０の数、及び中央区画Ｒ３に区分されるセル５０の数についてもまた、任意に設定してもよい。

【0082】

・上記各実施形態では、電極体異配置収容セル６０として、上部配置セル６１及び下部配置セル６２、並びに中間配置セル６３を例示した。更に、上記第２及び第２の実施形態では、電極体異占有率セル７０として、その上部配置セル６１及び下部配置セル６２が低占有率セル７２を構成する。そして、その中間配置セル６３が、この低占有率セル７２よりも電極体１０の占有率が高い基準占有率セル７１を構成することとした。

【0083】

しかし、これに限らず、例えば、図１０及び図１１に示すように、その電池スタック５１Ｄが、低占有率セル７２としての構成を有する中間配置セル６３Ｄを備える構成としてもよい。尚、この場合についてもまた、そのケース２０内における電極体１０の占有率は、例えば７５％以下とするとよい。そして、この中間配置セル６３Ｄを含めて、その配列方向に隣り合う各セル５０について、それぞれ、電極体異配置収容セル６０としての種類が互いに異なる交差配列区画α１を形成する構成としてもよい。

【0084】

・また、交差配列区画α１は、必ずしも交互配列区画α２でなくともよい。更に、配列方向に隣り合う各セル５０について、その各電極体異配置収容セル６０としての配列パターンもまた、任意に変更してもよい。そして、交差配列区画α１において、その配列方向に隣り合う各セル５０の各電極体異配置収容セル６０としての種類が、ランダムに異なる構成であってもよい。

【0085】

・上記第２及び第３の実施形態における中間配置セル６３と上記別例の中間配置セル６３Ｄとの関係のように、上部配置セル６１及び下部配置セル６２についてもまた、その占有率が異なる複数種類の電極体異占有率セル７０を有していてもよい。

【0086】

・上記第３の実施形態では、中央区画Ｒ２には、下部配置セル６２のみが配列されることとした。しかし、これに限らず、例えば、上部配置セル６１のみ、或いは、上記別例のような低占有率セル７２としての構成を有する中間配置セル６３Ｄのみを、その中央区画Ｒ２に配列する構成としてもよい。このような構成を採用しても同様の効果を得ることができる。

【0087】

・また、上記各実施形態及び別例では、電極体異配置収容セル６０として、ケース２０内に収容された電極体１０の配置が、各セル５０の配列方向から見て、上下方向に異なる上部配置セル６１及び下部配置セル６２、並びに中間配置セル６３，６３Ｄを例示した。

【0088】

しかし、これに限らず、図１２に示すように、各セル５０の配列方向から見て、ケース２０内に収容された電極体１０の配置が横方向にずれた横方向配置セル６５を、その電極体異配置収容セル６０として備える構成であってもよい。尚、この横方向配置セル６５としては、同図中の例に示すものの他、例えば、その電極体１０の偏向方向が、横方向に異なるものが考えられる。例えば、図１２に示す例では、同図中、右側に電極体１０が偏向しているのに対し、左側に電極体１０が偏向した構成であってもよい。そして、このような横方向配置セル６５の形態に準ずるかたちで、低占有率セル７２としての構成を有する中間配置セル６３を有するものであってもよい。

【0089】

・一つの電池スタック５１が備える電極体異配置収容セル６０の種類については、その数を任意に変更してもよい。例えば、３つ以上の種類を有していてもよい。そして、その電極体異占有率セル７０の種類についてもまた、その数を任意に変更してもよい。

【0090】

・上記各実施形態では、電池スタック５１を構成する二次電池１は、リチウムイオン二次電池としての構成を有する。そして、その電極体１０は、セパレータ５を挟んで積層された正負の電極シート３５を捲回してなる捲回体１０Ｘとしての構成を有することとした。

【0091】

しかし、これに限らず、電池スタック５１を構成する二次電池１としての種類については、例えば、ニッケル水素二次電池等、任意に変更してもよい。即ち、非水性二次電池には限らない。そして、電極体１０についてもまた、必ずしも捲回体１０Ｘとしての構成を有するものでなくともよい。

【0092】

・上記各実施形態では、電池スタック５１は、複数のセル５０として、これらの各セル５０を配列方向から見た場合に、そのケース２０内に収容された電極体１０の配置が互いに異なる複数種類の電極体異配置収容セル６０を備えることとした。しかし、これに限らず、電極体異配置収容セル６０の如何を問わず、複数のセル５０として、そのケース２０における電極体１０の占有率が互いに異なる複数種類の電極体異占有率セル７０を備える構成としてもよい。

【0093】

・上記各実施形態では、各セル５０のケース２０は、互いに共通の形状を有することとした。しかし、これに限らず、例えば、電極体異配置収容セル６０としての種類毎、或いは電極体異占有率セル７０としての種類毎に、そのケース２０の形状が異なる構成であってもよい。但し、一列に配列された複数のセル５０を拘束することから、その形状の差異は小さいことが望ましい。

【0094】

次に、上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について記載する。
（イ）一列に配列された複数のセルを拘束してなり、前記各セルは、ケース内に収容された電極体を備えるとともに、前記複数のセルとして、前記ケース内における前記電極体の占有率が互いに異なる複数種類の電極体異占有率セルを備える電池スタック。

【0095】

即ち、電池スタックを形成する各セルの放熱量は、そのケース内における電極体の占有率が高いほど、より大きくなりやすい傾向がある。この点を踏まえ、各セルの配列において、そのセルが高温になりやすい位置には、より占有率の低い電極体異占有率セルを配列する。また、そのセルが高温になり難い位置には、より占有率の高い電極体異占有率セルを配列する。そして、これにより、その配列された複数セル間の温度ムラを抑制することができる。その結果、その電池スタック、及び複数の電池スタックをパッケージ化した電池パックの電池性能を長期間に亘って好適に維持することができる。

【符号の説明】

【0096】

１０…電極体
２０…ケース
５０…セル
５１…電池スタック
６０…電極体異配置収容セル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】