特許 7607024 組電池

(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】

(24)【登録日】2024-12-18

(45)【発行日】2024-12-26

(54)【発明の名称】組電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/291 20210101AFI20241219BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20241219BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20241219BHJP

   H01M 50/262 20210101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

H01M50/291

H01M10/04 W

H01M50/209

H01M50/262 S

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022505811

(86)(22)【出願日】2021-01-19

(86)【国際出願番号】 JP2021001688

(87)【国際公開番号】W WO2021181894

(87)【国際公開日】2021-09-16

【審査請求日】2023-09-05

(31)【優先権主張番号】P 2020042867

(32)【優先日】2020-03-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】荻島 裕司

(72)【発明者】

【氏名】吉田 武史

(72)【発明者】

【氏名】藤原 豊樹

(72)【発明者】

【氏名】南 圭亮

【審査官】冨士 美香

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２０７５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８１７６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２０

Ｈ０１Ｍ １０／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の角形二次電池が、スペーサを介して、その厚み方向に互いに押圧された状態で配列した組電池であって、
前記角形二次電池は、正極板及び負極板がセパレータを介して巻回された扁平状の電極体が、該電極体の巻回軸を、角形の電池ケースの長側面に平行にして、前記電池ケースに収容されており、
前記電極体は、正極合剤層と負極合剤層とがセパレータを介して対向した扁平部を有し、
前記スペーサは、
前記扁平部と対向する前記電池ケースの長側面のうち、前記巻回軸方向の両端部側であって、前記巻回軸に垂直な方向に沿った部位を押圧する一対の第１押圧部と、
前記一対の第１押圧部の間にあって、前記巻回軸に沿った部位を押圧する第２押圧部とを有し、
前記第２押圧部の前記巻回軸方向の長さをＬ、前記一対の第１押圧部間の長さをＳとしたとき、Ｌ／Ｓ≧１／２を満たす、組電池。

【請求項2】

前記スペーサは、前記扁平部と対向する前記電池ケースの長側面のうち、前記一対の第１押圧部の中間であって、前記巻回軸に垂直な方向に沿った部位を押圧する第３押圧部をさらに有し、
前記第３押圧部の前記巻回軸に垂直な方向の長さをＨ、前記一対の第１押圧部間の前記巻回軸に垂直な方向の長さをＷとしたとき、Ｈ／Ｗ≦１／２を満たす、請求項１に記載の組電池。

【請求項3】

前記第２押圧部は、分割された複数の領域を有し、前記第２押圧部の前記巻回軸方向の長さＬは、前記複数の領域の長さの総和である、請求項１に記載の組電池。

【請求項4】

前記一対の第１押圧部、及び前記第２押圧部で、Ｈ型押圧部を構成している、請求項１に記載の組電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、複数の角形二次電池が配列された組電池に関する。

【背景技術】

【0002】

複数の角形二次電池で構成された組電池は、角形二次電池と板状のスペーサとを交互に配列させて、角形二次電池の周囲を拘束バンド等で拘束している。そのため、電池ケースの側面全体が、板状のスペーサによって均等に荷重されている。その結果、電池ケース内に収容された電極体全体も、均一に押圧されている。

【0003】

ところで、電池の充放電に伴い、電極体が膨張収縮する。このとき、電極体は巻回軸を中心に膨張収縮し、特に巻回軸方向中央部での膨張収縮が大きいため、電極体の巻回軸方向中央部での面圧が上昇し、電極体の巻回軸方向端部での面圧が下降する。その結果、電極体内の電解液が巻回軸方向中央部から端部に押し出され，電解液が電極体外に漏出して電池のハイレート特性が劣化してしまうという課題がある。

【0004】

このような課題を解決するために、特許文献１には、隣り合う角形二次電池の間に、電極体と対向する電池ケースの側面のうち、電極体の巻回軸方向両端部に一対のスペーサを介在させた組電池が開示されている。これにより、一対のスペーサによって、電極体の巻回軸方向両端部が押圧されるため、充放電に伴う電解液の電極体外への漏出を抑制することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１２－２３０８３７号公報

【発明の概要】

【0006】

電極体の巻回軸方向両端部のみの押圧では、膨張収縮が大きい電極体の巻回軸方向中央部を押圧していないため、ハイレート充放電による電極体の膨張収縮量が大きく、電極体の中央部から端部に押し出される電解液の量が多くなり、電解液の電極体外への漏出を抑制しきれない。そのため、特許文献１に開示された技術だけでは、ハイレート特性の劣化を十分に抑制することができない。

【0007】

本開示に係る組電池は、複数の角形二次電池が、スペーサを介して、その厚み方向に互いに押圧された状態で配列した組電池であって、角形二次電池は、正極板及び負極板がパレータを介して巻回された扁平状の電極体が、該電極体の巻回軸を、角形の電池ケースの長側面に平行にして、電池ケースに収容されており、電極体は、正極合剤層と負極合剤層とがセパレータを介して対向した扁平部を有し、スペーサは、扁平部と対向する電池ケースの長側面のうち、巻回軸方向の両端部側であって、巻回軸に垂直な方向に沿った部位を押圧する一対の第１押圧部と、一対の第１押圧部の間にあって、巻回軸に沿った部位を押圧する第２押圧部とを有する。

【0008】

本開示によれば、ハイレート特性の劣化を抑制した組電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本開示の一実施形態における角形二次電池の構成を模式的に示した図で、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のIb－Ib線に沿った断面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のIc－Ic線に沿った断面図、図１（ｄ）は、図１（ｂ）のId－Id線に沿った断面図である。

【図2】図２は、本実施形態における電極体の構成を示した側面図である。

【図3】図３は、本実施形態における組電池の構成を模式的に示した斜視図である。

【図4A】図４Ａは、従来のスペーサの構成を示した図である。

【図4B】図４Ｂは、検討したスペーサの構成を示した図である。

【図4C】図４Ｃは、本実施形態におけるスペーサの構成を示した図である。

【図5A】図５Ａは、電池ケースの長側面をスペーサで押圧した状態を示した断面図である。

【図5B】図５Ｂは、電池ケースの長側面をスペーサで押圧した状態を示した断面図である。

【図5C】図５Ｃは、電池ケースの長側面をスペーサで押圧した状態を示した断面図である。

【図5D】図５Ｄは、電池ケースの長側面をスペーサで押圧した状態を示した断面図である。

【図6】図６は、スペーサの他の実施形態を示した側面図である。

【図7】図７は、スペーサの他の実施形態を示した側面図である。

【図8A】図８Ａは、スペーサの変形例を示した側面図である。

【図8B】図８Ｂは、スペーサの変形例を示した側面図である。

【図8C】図８Ｃは、スペーサの変形例を示した側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

【0011】

図１は、本開示の一実施形態における角形二次電池の構成を模式的に示した図で、図１（ａ）は上面図、図１（b）は、図１（ａ）のIb－Ib線に沿った断面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のIc－Ic線に沿った断面図、図１（ｄ）は、図１（ｂ）のId－Id線に沿った断面図である。本実施形態における角形二次電池は、電解質として有機電解質、有機溶媒などの「非水系」が用いられた電池で、その種類は特に限定されない。非水電解質二次電池の代表的な例として、リチウムイオン二次電池が挙げられる。

【0012】

図１（ａ）～図１（ｄ）に示すように、本実施形態における角形二次電池１０は、電極体１１と、電極体１１を収容した角形の電池ケース２０と、電池ケース２０の開口部を封口した封口板２１とを備えている。電極体１１は、正極板及び負極板がセパレータを介して巻回された扁平状の構造をなす。電極体１１は、電極体１１の巻回軸Ｊが、電池ケース２０の長側面２０ａに平行になるように、電池ケース２０に収容されている。

【0013】

電極体１１の巻回軸Ｊ方向の両端部において、正極板及び負極板の端辺１２、１３が、それぞれ、集電体１６、１７を介して、封口板２１に固定された正極端子１４及び負極端子１５に接続されている。正極板及び負極板の端辺１２、１３は、正極及び負極の合剤層が形成されていない領域（正極芯材及び負極芯材）である。

【0014】

電極体１１は、図２に示すように、電池ケース２０の長側面２０ａに平行であって、正極合剤層と負極合剤層とがセパレータを介して対向した扁平部１１ａを有している。また、電極体１１は、巻回軸Ｊに垂直な方向の両端部に、湾曲部１１ｂ、１１ｂを有している。

【0015】

正極端子１４及び負極端子１５は、絶縁板１８、１９を介して、封口板２１に固定されている。封口板２１には、電池ケース２０内の圧力が所定の値以上に上昇したときに、電池内のガスを放出するガス排出弁２２が設けられている。封口板２１には、注液孔（不図示）が設けられ、注液孔から電解液を電池ケース２０内に注液した後、注液孔を栓２３で封止している。

【0016】

図３は、本実施形態における組電池１の構成を模式的に示した斜視図である。

【0017】

図３に示すように、組電池１は、図１に示した形状の複数の角形二次電池１０が、スペーサ（不図示）を介して、配列方向Ａに互いに押圧された状態で配列している。複数の角形二次電池１０は、例えば、拘束バンド（不図示）等により拘束されている。

【0018】

上述したように、角形二次電池１０の充放電に伴う電極体１１の膨張収縮により、電極体１１内の電解液が中央部から端部に移動し、電極体１１外に漏出するおそれがある。

【0019】

図４Ａは、特許文献１に開示されたスペーサの構成を示した図である。図４Ａに示すように、スペーサは、電極体１１の扁平部１１ａと対向する電池ケース２０の長側面２０ａのうち、巻回軸Ｊ方向の両端部側であって、巻回軸Ｊに垂直な方向に沿った部位を押圧する一対の押圧部（第１押圧部）３０、３０を有している。これにより、一対の第１押圧部３０、３０によって、電極体１１の両端部が押圧されるため、充放電に伴う電解液の電極体外への漏出を抑制することができる。

【0020】

しかしながら、上述したように、電極体１１の巻回軸方向両端部のみの押圧では、膨張収縮が大きい電極体１１の巻回軸方向中央部を押圧していないため、ハイレート充放電による電極体１１の膨張収縮量が大きく、電極体の中央部から端部に押し出される電解液の量が多くなり、電解液の電極体１１外への漏出を抑制しきれない。そのため、図４Ａに示したスペーサの構成だけでは、ハイレート特性の劣化を十分に抑制することができない。

【0021】

そこで、本発明者等は、電極体１１内での電解液枯渇に起因したハイレート特性の劣化を抑制するために、膨張収縮が大きい電極体１１の中央部を、さらに、他の押圧部で押圧することを検討した。押圧部として、図４Ｂ、図４Ｃに示す形状の押圧部を検討した。

【0022】

図４Ｂに示す押圧部（第３押圧部）３２は、電極体１１の扁平部１１ａと対向する電池ケース２０の長側面２０ａのうち、一対の第１押圧部３０、３０の中間であって、巻回軸Ｊに垂直な方向に沿った部位を押圧する。

【0023】

図４Ｃに示す押圧部（第２押圧部）３１は、電極体１１の扁平部１１ａと対向する電池ケース２０の長側面２０ａのうち、一対の第１押圧部３０、３０の間にあって、巻回軸Ｊに沿った部位を押圧する。

【0024】

図４Ａ～図４Ｃに示した構成のスペーサを用いて組電池を作製し、以下の方法により、サイクル試験を実施し、ハイレート特性の評価を行った。

【0025】

（角形二次電池の作製）
図１に示した構造の角形二次電池（リチウムイオン二次電池）を、以下の手順で作製した。

【0026】

アルミニウム箔からなる正極芯材の両面に、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物からなる正極活物質を含む正極合剤層を形成して、帯状の正極板を作製した。銅箔からなる負極芯材の両面に、黒鉛からなる負極活物質を含む負極合剤層を形成して、帯状の負極板を作製した。作製した帯状の正極板及び負極板を、ポリオレフィン製のセパレータを介して巻回し、所定の圧力でプレスして扁平状の電極体１１を作製した。プレス圧の一例は、５０ｋＮ以上、１５０ｋＮ以下であり、より好ましくは１００ｋＮ以上、１２０ｋＮ以下である。

【0027】

上述の正極芯体には、アルミニウム、アルミニウム合金など、電池の作動電圧範囲における正極の電位範囲で安定な金属の箔等を用いることができる。正極芯体の厚みは、例えば５μｍ以上、２０μｍ以下である。正極合材層は、正極活物質、導電材、及び結着材を含む。正極合材層の厚みは、正極芯体の片面側で、例えば１５μｍ以上、８０μｍ以下であり、好ましくは２０μｍ以上、５０μｍ以下である。

【0028】

正極活物質は、リチウム含有遷移金属複合酸化物を主成分として構成される。リチウム含有遷移金属複合酸化物に含有される金属元素としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｂ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ等が挙げられる。好適なリチウム含有遷移金属複合酸化物の一例は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎの少なくとも１種を含有する複合酸化物である。なお、リチウム含有遷移金属複合酸化物の粒子表面には、酸化アルミニウム、ランタノイド含有化合物等の無機化合物粒子などが固着していてもよい。

【0029】

正極合材層に含まれる導電材としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛、カーボンナノチューブ、炭素繊維等の炭素材料が例示できる。正極合材層に含まれる結着材としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等のフッ素樹脂、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリオレフィンなどが例示できる。これらの樹脂と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）又はその塩等のセルロース誘導体、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）などが併用されてもよい。

【0030】

上述の負極芯体には、銅、銅合金など、電池の作動電圧範囲において負極の電位範囲で安定な金属の箔を用いることができる。負極芯体の厚みは、例えば５μｍ以上、２０μｍ以下である。負極合材層は、負極活物質及び結着材を含む。負極合材層の厚みは、負極芯体の片面側で、例えば２０μｍ以上、８０μｍ以下であり、好ましくは３０μｍ以上、６０μｍ以下である。

【0031】

負極合材層には、負極活物質として、例えばリチウムイオンを可逆的に吸蔵、放出する炭素系活物質が含まれる。好適な炭素系活物質は、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛、塊状人造黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）等の人造黒鉛などの黒鉛である。また、負極活物質には、Ｓｉ及びＳｉ含有化合物の少なくとも一方で構成されるＳｉ系活物質が用いられてもよく、炭素系活物質とＳｉ系活物質が併用されてもよい。

【0032】

負極合材層に含まれる結着材には、正極の場合と同様に、ＰＴＦＥ、ＰＶｄＦ等の含フッ素樹脂、ＰＡＮ、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリオレフィンなどを用いてもよいが、好ましくはスチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）が用いられる。また、負極合材層には、ＣＭＣ又はその塩、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）又はその塩、ＰＶＡなどが含まれていてもよい。ＣＭＣ又はその塩は、負極合材スラリーを適切な粘度範囲に調整する増粘材として機能し、またＳＢＲと同様に結着材としても機能する。

【0033】

電池性能等の観点および電解液の移動量・保持性能の観点から、負極合材層の好適な一例は、体積基準のメジアン径が８μｍ以上、１２μｍ以下の負極活物質と、ＳＢＲと、ＣＭＣ又はその塩とを含む。体積基準のメジアン径は、レーザー回折散乱法で測定される粒度分布において体積積算値が５０％となる粒径であって、５０％粒径（Ｄ５０）又は中位径とも呼ばれる。負極合材層の充填密度は、主に負極活物質の充填密度によって決定され、負極活物質のＤ５０、粒度分布、形状等が充填密度に大きく影響する。ＳＢＲ、ＣＭＣ又はその塩の含有量は、負極合材層の質量に対して、それぞれ、０．１質量％以上５質量％以下が好ましく、０．５質量％以上３質量％以下がより好ましい。

【0034】

負極合材層の充填密度は特に限定されないが、電池性能等の観点および電解液の移動量・保持性能の観点から、０．９ｍｇ／ｃｍ^３以上、２．０ｍｇ／ｃｍ^３が好ましい。例えば１．０ｍｇ／ｃｍ^３以上、１．４ｍｇ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１．１０ｍｇ／ｃｍ^３以上１．３０ｍｇ／ｃｍ^３以下である。

【0035】

セパレータには、イオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シートが用いられる。セパレータ（多孔性シート）は、例えばポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、及びアラミドから選択される少なくとも１種を主成分とする多孔質基材を含む。中でも、ポリオレフィンが好ましく、特にポリエチレン、及びポリプロピレンが好ましい。

【0036】

セパレータは、樹脂製の多孔質基材のみで構成されていてもよく、多孔質基材の少なくとも一方の面に無機物粒子等を含む耐熱層などが形成された複層構造であってもよい。また、樹脂製の多孔質基材が、ポリプロピレン／ポリエチレン／ポリプロピレン等の複層構造を有していてもよい。セパレータの厚みは、例えば１０μｍ以上、３０μｍ以下である。セパレータは、例えば、平均孔径が０．０２μｍ以上、５μｍ以下、空孔率が３０％以上、７０％以下である。一般的に、電極体は２枚のセパレータを含むが、各セパレータには同じものを用いることができる。

【0037】

ここで、電極体１１の幅（巻回軸Ｊ方向の長さ）を１１６．３ｍｍ、高さ（巻回軸Ｊに垂直方向の長さ）を５７．６ｍｍ、厚みを１０．５ｍｍとした。また、正極合剤層と負極合剤層とがセパレータを介して対向した扁平部１１ａの幅を９０ｍｍ、高さを５０ｍｍとした。

【0038】

作製した電極体１１を、アルミニウム製の電池ケース２０に収容した後、電池ケース２０の開口部を封口板２１で封口した。注液孔から電解液を電池ケース２０内に注液した後、注液孔を栓で封止して、角形二次電池１０を作製した。作製した角形二次電池１０の容量は、５．０Ａｈとした。

【0039】

電極体は電池ケースとの絶縁のため、絶縁シート(不図示)に覆われた状態で電池ケースに収容される。電池ケースの内側全面にフィルムを貼り付けたり、樹脂をコーティングすることで電極体と電池ケースの絶縁性を確保してもよい。

【0040】

電池ケースは金属製であり成形が容易であって剛性があるものであればよいが、アルミニウム製又はアルミニウム合金製であることが好ましい。寸法は特に限定されないが、一例としては、横方向長さが１２０ｍｍ以上、１４０ｍｍ以下、高さが６０ｍｍ以上、７０ｍｍ以下、厚みが１１ｍｍ以上、１４ｍｍ以下である。電極巻回体平坦部に対向する面の缶厚み肉厚は０．３ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下であることが好ましく、更に好ましくは０．４ｍｍ以上、１．１ｍｍ以下であり、特に好ましくは０．５ｍｍ以上、０．７ｍｍ以下である。０．３ｍｍ以上ないと強度不足であり、さらには電池ケースのひっかき傷に対して缶内部の十分な密閉性を確保できないおそれがある。また、１．５ｍｍ以上では、剛性が高いため、電池ケース外からスペーサで押圧しても、電極体に狙いどおりの押圧がかからないおそれがある。

【0041】

ここで、電池ケース２０の幅を１２０ｍｍ、高さを６５ｍｍ、厚みを１２．６ｍｍとした。電極体１１の扁平部１１ａと対向する電池ケース２０の長側面２０ａの肉厚を０．６ｍｍとした。ＬｉＰＦ_６を電解質とする濃度１．３ｍｏｌ／Ｌ，粘度４．０ｍＰａ／ｓの電解液を３６ｇ注液した。

【0042】

電解液は、イオン伝導性の観点から非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とで構成されることが好ましい。非水溶媒には、例えばエステル類、エーテル類、ニトリル類、アミド類、及びこれらの２種以上の混合溶媒等を用いてもよい。非水溶媒は、これら溶媒の水素の少なくとも一部をフッ素等のハロゲン原子で置換したハロゲン置換体を含有していてもよい。

【0043】

非水電解液の２５℃での粘度は、２．０ｍＰａ・s以上、６．０ｍＰａ・s以上が好ましく、さらに好ましくは３．０ｍＰａ・s以上、５．０ｍＰａ・s以下であり、特に好ましくは３．５ｍＰａ・s以上、４．５ｍＰａ・s以下である。２．０ｍＰａ・s未満の場合、充放電による電解液の移動量が大きく、電極体外への電解液の漏出を抑制しきれないおそれがある。６．０ｍＰａ・sを超える場合、イオン伝導性が低下し、入出力が低下するおそれがある。

【0044】

電解質塩には、例えばＬｉＰＦ_６等のリチウム塩が使用される。電解質塩の濃度は電解液粘度の観点から、０．７ｍｏｌ／Ｌ以上、１．５ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましい。非水電解液の量は２０ｇ以上、１５０ｇ以下が好ましく、さらに好ましくは２５ｇ以上、７５ｇ以下であり、特に、電極巻回体、電池ケースが上記寸法を有する場合、正極板と負極板とセパレータ内の空隙、また正極板と負極板とセパレータの層間に形成される空隙を満たす観点から、非水電解液の量は３０ｇ以上、５０ｇ以下が好ましい。非水電解液の量が２０ｇ以下の場合、充放電時に電極体内の電解液が枯渇しやすくなるおそれがある。一方、電解液が１５０ｇ以上の場合、電池ケース内の残空間が減少し、電解液の分解によって発生したガスによる電池内の内圧が上昇するおそれがある。

【0045】

（組電池の作製）
作製した角形二次電池１０を絶縁フィルムで覆い、図４Ａ～図４Ｃに示した構成のスペーサを、それぞれ、電池ケース２０の長側面２０ａに、絶縁フィルム上から貼り付けた。スペーサを貼り付けた角形二次電池１０を交互に配列し、組電池１を作製した。角形二次電池１０は、正極端子１４と負極端子１５とが交互に並ぶように向きを変えて配列し、隣接する角形二次電池の正極端子１４と負極端子１５とをバスバーで接続して、複数の角形二次電池を電気的に直列接続した。スペーサを構成する各押圧部３０、３１、３２の幅を１０ｍｍとし、厚みを０．３ｍｍとした。

【0046】

スペーサの厚みは、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。厚みが０．１ｍｍ未満であると電極体に狙い通りの押圧ができない。一方、組電池の全長を小さくして車両への積載効率を向上する観点から、スペーサ厚みは３．０ｍｍ以下であることが好ましい。

【0047】

（サイクル試験）
電池温度２５℃で、初期電池容量の６０％から８０％まで５０Ａで充電した後、電池容量が８０％から６０％まで放電するサイクルを、休止せずに３０００サイクル繰り返した。

【0048】

サイクル試験後の角形二次電池を、電池容量５０％から２４０Ａで放電した際の１０秒後の抵抗値を測定し、初期の抵抗値に対する抵抗上昇率を求めた。

【0049】

表１は、その結果を示した表である。ここで、スペーサとして、図４Ａに示した一対の第１押圧部３０、３０を用いた場合の抵抗上昇率を１００としている。

【0050】

表１に示すように、スペーサとして、図４Ｂに示したように、一対の第１押圧部３０、３０に加えて、第３押圧部３２を用いた場合、抵抗上昇率は、一対の第１押圧部３０、３０のみを用いた場合に比べて、１００．９と増加していた。

【0051】

これに対して、スペーサとして、図４Ｃに示したように、一対の第１押圧部３０、３０に加えて、第２押圧部３１を用いた場合、抵抗上昇率は、一対の第１押圧部３０、３０のみを用いた場合に比べて、８７．３と減少していた。

【0052】

【表1】

【0053】

このような結果は、以下の理由によるものと考えられる。

【0054】

図５Ａ～図５Ｃは、それぞれ、電池ケース２０の長側面２０ａを、図４Ａ～図４Ｃに示したスペーサで押圧した状態を示した図で、巻回軸Ｊに沿った断面図を示す。また、図５Ｄは、図４Ｃで、巻回軸Ｊから外れたＶd－Ｖd線に沿った断面図である。

【0055】

図５Ａに示すように、電池ケース２０の長側面２０ａの両端部を、一対の第１押圧部３０、３０で押圧することによって、充放電に伴う電解液の電極体１１外への漏出量Ｒ１’を抑制することができる。しかしながら、膨張収縮が大きい電極体１１の中央部を押圧していないため、ハイレート充放電による電極体１１の膨張収縮量が大きく、電極体の内部で移動する電解液の量Ｒ１が多くなり、電解液の電極体外への漏出量Ｒ１’を抑制しきれない。結果、電解液が電極体１１外に漏出し、電極体１１内で電解液が枯渇する。そのため、一対の第１押圧部３０、３０のみでは、ハイレート特性の劣化を十分に抑制することができない。

【0056】

図５Ｂに示すように、電池ケース２０の長側面２０ａを、一対の第１押圧部３０、３０に加えて、一対の第１押圧部３０、３０の中間に、巻回軸Ｊに垂直な方向に沿った部位を押圧する第３押圧部３２を加えることによって、電極体１１の中央部における膨張収縮を押さえ、電極体内での電解液の移動量Ｒ２を抑制することができる(Ｒ１＞Ｒ２)。

【0057】

しかしながら、電極体の膨張収縮は巻回軸上で最も大きいことから、巻回軸Ｊに垂直な方向に沿った部位のみを押圧する第３押圧部３２では、電極体１１の膨張収縮の低減効果が十分ではなく、電解液の移動量Ｒ２の抑制効果が十分ではない。

【0058】

さらに、電極体１１の中央部を、巻回軸Ｊに垂直な方向に沿って、押力Ｆ_３で押圧すると、電極体１１の弾性により、電極体１１の両端部では、電極体１１が押し広げられる。そのため、電極体１１の両端部において、一対の第１押圧部３０、３０による押力Ｆ_１’が、図５Ａに示した一対の第１押圧部３０、３０による押力Ｆ_１よりも小さくなる。すなわち、一対の第１押圧部３０、３０による電解液の電極体１１外への漏出抑制効果が、第３押圧部３２を加えることによって、低減されてしまう。その結果、電解液の電極体外への流出量Ｒ２’多くなり、電極体１１内で電解液が枯渇する(Ｒ２’＞Ｒ１’)。

【0059】

その結果、図４Ｂに示したように、一対の第１押圧部３０、３０に加えて、第３押圧部３２を用いた場合、抵抗上昇率が、一対の第１押圧部３０、３０のみを用いた場合に比べて増加したものと考えられる。

【0060】

一方、図５Ｃに示すように、電池ケース２０の長側面２０ａを、一対の第１押圧部３０、３０に加えて、一対の第１押圧部３０、３０の間に、巻回軸Ｊに沿った部位を押圧する第２押圧部３１を加えることによって、図５Ｂに示したのと同様に、電極体１１の中央部における膨張収縮を押さえることができる。すなわち、第２押圧部３１によって、膨張収縮の最も大きい電極体１１の巻回軸Ｊ上を押圧するため、膨張収縮の抑制効果が大きく、電解液の移動量Ｒ３を効果的に抑制することができる(Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３)。

【0061】

また、巻回軸Ｊ上では、第２押圧部３１での押圧により、図５Ｂと同様に電極体１１の両端部において、一対の第１押圧部３０、３０による押力Ｆ_１’が、図５Ａに示した一対の第１押圧部３０、３０による押力Ｆ_１よりも小さくなる。一方、図５Ｄに示すように、巻回軸上以外の部分では、第１押圧部３０、３０による押力Ｆ_１を阻害する押圧部が存在しない。従って、電極体１１の両端部で、電極体１１が押し広げられることはない。そのため、図５Ａに示した一対の第１押圧部３０、３０による押力Ｆ_１は減少せず、一対の第１押圧部３０、３０による電解液の電極体１１外への漏出抑制効果を維持することができ、電極体外への電解液の流出量Ｒ３’を抑制することができる（Ｒ２’＞Ｒ１’＞Ｒ３’)。

【0062】

上記２つの効果により、電解液の移動量Ｒ３を効果的に抑制しつつ、電解液の電極体外への流出量Ｒ３’を効果的に抑制することができるため、ハイレート充放電において、電極体１１内での電解液の枯渇を抑制することができる。その結果、図４Ｃに示したように、一対の第１押圧部３０、３０に加えて、第２押圧部３１を用いた場合、抵抗上昇率が、一対の第１押圧部３０、３０のみを用いた場合に比べて減少したものと考えられる。

【0063】

以上、説明したように、複数の角形二次電池１０が、スペーサを介して配列方向に互いに押圧された状態で配列した組電池１において、スペーサを、電極体１１の扁平部１１ａと対向する電池ケース２０の長側面２０ａのうち、巻回軸Ｊ方向の両端部側であって、巻回軸Ｊに垂直な方向に沿った部位を押圧する一対の第１押圧部３０、３０と、一対の第１押圧部３０、３０の間にあって、巻回軸Ｊに沿った部位を押圧する第２押圧部３１とで構成することによって、ハイレート特性の劣化を抑制することができる。

【0064】

また、一対の第１押圧部３０、３０のみによって、電極体１１の両端部を巻回軸に対して垂直方向のみに押圧する場合と比較し、巻回軸Ｊに沿った部位を押圧する第２押圧部３１を加えることによって、組電池が落下した時の電極体の移動量を抑制することができるため、組電池の落下耐性も向上することができる。

【0065】

図４Ｃに示したように、本実施形態におけるスペーサは、一対の第１押圧部３０、３０、及び第２押圧部３１で、Ｈ型押圧部を構成しているが、図６に示すように、第２押圧部３１が、必ずしも一対の第１押圧部３０、３０に当接していなくてもよい。

【0066】

図６に示すように、第２押圧部３１の巻回軸Ｊ方向の長さをＬ、一対の第１押圧部３０、３０間の長さをＳとしたとき、Ｌ／Ｓが、それぞれ１、２／３、１／２、１／３のスペーサを用いて、組電池を作製し、上記と同様のサイクル試験を実施して、ハイレート特性の評価を行った。ここで、Ｌ／Ｓ＝１のスペーサは、Ｈ型押圧部である。

【0067】

表２は、その結果を示した表である。

【0068】

【表2】

【0069】

表２に示すように、第２押圧部３１の長さＬが、Ｌ／Ｓ≧１／２を満たすスペーサを用いた場合、抵抗上昇率は減少している。一方、Ｌ／Ｓ＝１／３のスペーサを用いた場合、抵抗上昇率はほとんど減少していない。これは、第２押圧部３１の長さＬが短すぎると、電極体１１の中央部における膨張収縮を押さえる効果が十分に発揮できなかったためと考えられる。従って、ハイレート特性の劣化を抑制する効果を得るためには、Ｌ／Ｓ≧１／２を満たすスペーサを用いることが好ましい。

【0070】

本実施形態におけるスペーサは、図７に示すように、一対の第１押圧部３０、３０、及び第２押圧部３１に加えて、一対の第１押圧部３０、３０の中間であって、巻回軸Ｊに垂直な方向に沿った部位を押圧する第３押圧部３２をさらに有していてもよい。

【0071】

図７に示すように、第３押圧部３２の巻回軸Ｊに垂直な方向の長さをＨ、一対の第１押圧部３０、３０の巻回軸Ｊに垂直な方向の長さをＷとしたとき、Ｈ／Ｗが、それぞれ１／３、１／２、１／３、１のスペーサを用いて、組電池を作製し、上記と同様のサイクル試験を実施して、ハイレート特性の評価を行った。

【0072】

表３は、その結果を示した表である。

【0073】

【表3】

【0074】

表３に示すように、第３押圧部３２の長さＨが、Ｈ／Ｗ≦１／２を満たすスペーサを用いた場合、抵抗上昇率は減少している。一方、Ｈ／Ｗ≧２／３を満たすスペーサを用いた場合、抵抗上昇率はほとんど減少していなか、わずかに上昇している。これは、第３押圧部３２の長さＨが長すぎると、図４Ｂに示したスペーサと同様に、一対の第１押圧部３０、３０による電解液の電極体１１外への漏出抑制効果が低減されたためと考えられる。従って、ハイレート特性の劣化を抑制する効果を得るためには、Ｈ／Ｗ≦１／２を満たすスペーサを用いることが好ましい。

【0075】

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、第２押圧部３１は、図８Ａ～図８Ｃに示すように、分割された複数の領域３１ａを有していてもよい。この場合、複数の領域３１ａの巻回軸Ｊ上に沿った方向の長さの総和をＬとしたとき、Ｌ／Ｓ≧１／２（Ｓは、一対の第１押圧部３０、３０間の長さ）を満たしていればよい。形成したスペーサ間の空間に冷媒（空気や水）を流動することで、電池の冷却効果を高めることができる。

【0076】

本実施形態において、スペーサを構成する各押圧部３０、３１、３２の材料は特に限定されない。各押圧部３０、３１、３２の材料として、例えば、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート等の樹脂、アルミニウム合金、ステンレス鋼等の金属を用いることができる。

【0077】

本実施形態において、各押圧部３０、３１、３２を電池ケース２０の長側面２０ａへ貼り付ける方法は特に限定されない。例えば、各押圧部３０、３１、３２を電池ケース２０の長側面２０ａに直接貼り付けてもよい。また、角形二次電池１０間の絶縁性を確保するために、角形二次電池１０を絶縁性フィルムで覆って、その上から、各押圧部３０、３１、３２を電池ケース２０の長側面２０ａに貼り付けてもよい。また、平板なベース部に、スペーサの形状を有する突起を設けて、各押圧部３０、３１、３２を形成し、角形二次電池１０の間に、各押圧部３０、３１、３２が形成されたベース部を介挿してもよい。絶縁性フィルムで覆った上から、各押圧部３０、３１、３２を電池ケース２０の長側面２０ａに貼り付けることで、電池間の絶縁性を確保しつつ、ベース部を介入する場合と比較して組電池の全長を短くすることができるため、車両への積載効率を向上することができる。

【0078】

電池ケースを絶縁フィルムで覆う場合は、絶縁フィルムの厚みは０．１５ｍｍ以下であることが好ましい。０．１５ｍｍ以上の場合、絶縁フィルムの弾性により、スペーサによる電極巻回体の押圧力が低下するため、電極体に狙い通りの押圧ができない。

【0079】

また、上記実施形態において、第２押圧部３１を巻回軸Ｊに沿って設けたが、本開示の効果が損なわれない範囲で、巻回軸Ｊから外れた位置に設けてもよい。

【0080】

また、本実施形態において、各押圧部３０、３１、３２は、直線形状が好ましいが、本開示の効果が損なわれない範囲で、任意の形状にしてもよい。

【符号の説明】

【0081】

１ 組電池
１０ 角形二次電池
１１ 電極体
１１ａ 扁平部
１１ｂ 湾曲部
１２，１３ 正極板及び負極板の端辺
１４ 正極端子
１５ 負極端子
１６，１７ 集電体
２０ 電池ケース
２０ａ 長側面
２１ 封口板
３０，３０ 一対の第１押圧部
３１ 第２押圧部
３２ 第３押圧部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】