JP5682255B2 - 蓄電素子および蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電体の一部に荷重を与える構造を備えた蓄電素子と、この蓄電素子を複数備えた蓄電装置に関する。

複数の単電池を用いて組電池を構成する場合には、複数の単電池を一方向に並べて配置しておき、複数の単電池を、配列方向における両端から拘束することがある。ここで、隣り合って配置された２つの単電池の間には、樹脂で形成された仕切板が配置されている。

特開２００８−０５３０１９号公報 特開２００７−０７３３１７号公報 特許第３３２１８５３号公報 特許第３４６６６３１号公報

本願発明者は、単電池の充放電によっては、単電池の一部分における面圧だけが、他の部分における面圧よりも大きく変化してしまうことが分かった。ここで、単電池の面圧が上昇するときには、単電池が膨張していると考えられ、単電池の面圧が低下するときには、単電池が収縮していると考えられる。

従来の組電池では、上述したように単電池に対して拘束力を与えているが、仕切板は、単電池の側面全体と接触するようになっており、単電池の側面全体に荷重を与えている。この構成では、上述したように単電池の一部分における面圧だけが大きく変化してしまう。

本発明の蓄電素子は、外面に正極端子および負極端子が配置されるケースであって、ケースを第１方向に挟む拘束力としての荷重が、第１方向におけるケースの両側面に与えられるケースと、正極活物質層を含む正極板と負極活物質層を含む負極板とが電解質層を挟んで積層されており、充放電に用いられ、正極活物質層および負極活物質層が互いに向かい合う反応領域を有する発電体であって、両側面の間でケースに収容され、正極端子と発電体とを接続する正極タブ、および負極端子と発電体とを接続する負極タブが、第１方向と直交する第２方向における発電体の両端部に固定される発電体と、ケースの両側面のそれぞれと発電体との間において、第２方向における反応領域の端部に沿って配置されており、第２方向における反応領域の端部に対して、ケースの両側面から受けた荷重を与える加圧部材と、を有する。

発電体は、正極板、負極板および電解質層が積層された積層体を、第２方向に延びる所定軸の周りで巻くことによって構成することができる。

また、第２方向における反応領域の端部のうちの第２方向の幅ＷＰと、第２方向における反応領域の幅ＷＡとが下記式（Ｉ）の関係を有することが好ましい。

１４≦Ｗ_Ｐ／Ｗ_Ａ×１００≦２７ ・・・（Ｉ）

加圧部材は、発電体と、荷重が与えられるケースの側面との間に配置することができる。これにより、ケースの側面に荷重を与えることにより、この荷重を、加圧部材を介して発電体に与えることができる。ここで、発電体を囲むように、加圧部材を配置することができる。

加圧部材としては、粘着テープを用いることができる。粘着テープを貼り付けるだけで、反応領域の端部だけに荷重を与えることができる。積層体を巻くことによって、発電体を構成するときには、積層体の端部を粘着テープで固定しておくことができる。

蓄電素子としては、２０Ｃ以上のレートで充電又は放電が行われるリチウムイオン二次電池を用いることができる。２０Ｃ以上のレートで充電又は放電を行うと、蓄電素子の面圧のバラツキが大きくなりやすいため、このような充放電が行われるリチウムイオン二次電池に対して本発明を適用することができる。

本発明の蓄電素子を複数用いることにより、蓄電装置を構成することができる。具体的には、複数の蓄電素子を第１方向に並べるとともに、第１方向で隣り合う２つの蓄電素子の間に仕切り板を配置することができる。また、複数の蓄電素子に対して第１方向の拘束力を与える拘束機構を設けることができる。拘束機構の拘束力を用いることにより、加圧部材は、反応領域の端部に対して荷重を与えることができる。

ここで、仕切り板は、蓄電素子のうち、加圧部材に対応した領域に対して拘束力を与えることができる。具体的には、蓄電素子のうち、加圧部材に対応した領域だけに、仕切り板を接触させることができる。これにより、仕切り板および加圧部材を用いて、発電体の一部の領域に荷重を与えることができる。

本発明によれば、反応領域の端部に対して荷重を与えることにより、反応領域の端部における面圧の変化を抑えることができる。これにより、蓄電素子内の位置に応じて、面圧にバラツキが生じるのを抑制することができる。

実施例１である電池スタックの上面図である。 実施例１における単電池の外観図である。 実施例１における単電池の内部構造を示す図である。 実施例１における発電体の展開図である。 実施例１における発電体の外観図である。 実施例１における発電体の正面図である。 図６の矢印Ｄ１の方向から見たときの発電体の側面図である。 発電体の位置と、単電池の面圧との関係を示す図である。 レート１Ｃの充電における単電池の面圧を示す図である。 レート１２Ｃの充電における単電池の面圧を示す図である。 レート２０Ｃの充電における単電池の面圧を示す図である。 レート３２Ｃの充電における単電池の面圧を示す図である。 レート１Ｃの放電における単電池の面圧を示す図である。 レート１２Ｃの放電における単電池の面圧を示す図である。 レート２０Ｃの放電における単電池の面圧を示す図である。 レート３２Ｃの放電における単電池の面圧を示す図である。 実施例１において、粘着テープを巻く領域を説明する図である。 抵抗増加率およびサイクル数の関係を示す図である。 荷重を与える領域を変えた場合において、抵抗増加率およびサイクル数の関係を示す図である。 発電体のサイズを変更した場合において、抵抗増加率およびサイクル数の関係を示す図である。 実施例２における仕切り板および単電池の外観図である。 実施例３における発電体の正面図である。 図２２の矢印Ｄ２の方向から見たときの発電体の側面図である。 実施例４における発電体の断面図である。 図２４の矢印Ｄ３の方向から見たときの発電体の側面図である。 図２４の矢印Ｄ４の方向から見たときの発電体の上面図である。 実施例４の変形例における発電体の断面図である。 図２７の矢印Ｄ５の方向から見たときの発電体の上面図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１である電池スタック（蓄電装置に相当する）について、図１を用いて説明する。図１は、電池スタックの上面図である。図１において、Ｘ軸およびＹ軸は、互いに直交する軸である。また、Ｘ軸およびＹ軸に直交する軸をＺ軸としており、本実施例において、Ｚ軸は、鉛直方向に相当する軸である。

電池スタック１は、Ｘ方向に並んで配置された複数の単電池（蓄電素子に相当する）１０を有する。単電池１０としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。本実施例では、複数の単電池１０をＸ方向に並べているが、これに限るものではない。例えば、複数の単電池１０を用いて、１つの電池モジュールを構成し、複数の電池モジュールをＸ方向に並べることができる。

Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０の間には、仕切り板２０が配置されている。仕切り板２０は、例えば、樹脂で形成することができ、単電池１０と接触する面は、平坦な面で形成されている。Ｘ方向における電池スタック１の両端には、一対のエンドプレート（拘束機構の一部）３１が配置されている。エンドプレート３１は、例えば、樹脂で形成することができる。一対のエンドプレート３１には、Ｘ方向に延びる拘束バンド（拘束機構の一部）３２の両端が固定されている。

本実施例では、電池スタック１の上面に２つの拘束バンド３２が配置されているとともに、電池スタック１の下面に２つの拘束バンド３２が配置されている。一対のエンドプレート３１に拘束バンド３２を固定すれば、一対のエンドプレート３１によって挟まれる単電池１０および仕切り板２０に対して、拘束力Ｆを与えることができる。拘束力Ｆは、Ｘ方向において、単電池１０や仕切り板２０を挟む力である。

複数の単電池１０は、バスバー４０によって電気的に直列に接続されている。具体的には、Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０において、一方の単電池１０の正極端子１１と、他方の単電池１０の負極端子１２とは、バスバー４０によって電気的に接続されている。ここで、電池スタック１を構成する単電池１０の数は、電池スタック１の要求出力等に基づいて、適宜設定することができる。

電池スタック１は、ケースに収容することにより、電池パックを構成することができる。電池パックは、例えば、車両に搭載することができる。電池パックから出力された電気エネルギをモータ・ジェネレータによって運動エネルギに変換すれば、この運動エネルギを用いて車両を走行させることができる。また、車両の制動時に発生する運動エネルギをモータ・ジェネレータによって電気エネルギに変換すれば、この電気エネルギを電池パックに蓄えることができる。

次に、単電池１０の構成について、具体的に説明する。

図２に示すように、電池ケース１３の上面には、正極端子１１および負極端子１２が配置されている。電池ケース１３は、例えば、金属で形成することができる。この場合には、正極端子１１および負極端子１２は、電気的に絶縁状態としておく必要がある。

電池ケース１３の上面には、安全弁１３ａが設けられている。安全弁１３ａは、正極端子１１および負極端子１２の間に配置されている。安全弁１３ａは、電池ケース１３の内部で発生したガスを電池ケース１３の外部に排出させるために用いられる。具体的には、ガスの発生に伴って電池ケース１３の内圧が所定値（安全弁１３ａの作動圧）まで上昇すると、安全弁１３ａは、閉じ状態から開き状態に変化することにより、電池ケース１３の外部にガスを排出させる。

図３に示すように、電池ケース１３は、発電体１４を収容している。Ｙ方向における発電体１４の一端部は、正極タブ１５ａと接続されており、正極タブ１５ａは、正極端子１１にも接続されている。正極タブ１５ａは、溶接等によって、発電体１４や正極端子１１に接続することができる。Ｙ方向における発電体１４の他端部は、負極タブ１５ｂと接続されており、負極タブ１５ｂは、負極端子１２にも接続されている。負極タブ１５ｂは、溶接等によって、発電体１４や負極端子１２に接続することができる。

発電体１４は、図４に示すように、正極板１４１と、負極板１４２と、セパレータ（電解質層に相当する）１４３とを有する。正極板１４１は、集電板１４１ａと、集電板１４１ａの表面に形成された正極活物質層１４１ｂとを有する。正極活物質層１４１ｂには、正極活物質、導電剤、バインダーなどが含まれている。正極活物質層１４１ｂは、集電板１４１ａの一部の領域に形成されており、集電板１４１ａが露出している領域がある。負極板１４２は、集電板１４２ａと、集電板１４２ａの表面に形成された負極活物質層１４２ｂとを有する。負極活物質層１４２ｂには、負極活物質、導電剤、バインダーなどが含まれている。負極活物質層１４２ｂは、集電板１４２ａの一部の領域に形成されており、集電板１４２ａが露出している領域がある。セパレータ１４３は、電解液を含んでいる

図４に示す順番で、正極板１４１、負極板１４２およびセパレータ１４３を積層し、この積層体を図５の矢印Ｒで示す方向に巻くことにより、発電体１４が構成される。図５において、Ｙ方向における発電体１４の一端部では、正極板１４１の集電板１４１ａだけが巻かれている。この集電板１４１ａには、図３を用いて説明したように、正極タブ１５ａが固定される。Ｙ方向における発電体１４の他端部では、負極板１４２の集電板１４２ａだけが巻かれており、この集電板１４２ａには、負極タブ１５ｂが固定される。

図５に示すＥは、上述した積層体を巻き終わったときの積層体の端部である。端部Ｅの位置は、積層体の巻き方によって、適宜設定することができる。ここで、発電体１４には拘束力Ｆが作用するが、仕切り板２０からの荷重が加わる発電体１４の領域内に、段差となる端部Ｅが存在すると、発電体１４に加わる荷重が端部Ｅを境界として変化してしまう。電池ケース１３の上面や底面と向かい合う位置に端部Ｅを配置すれば、仕切り板２０からの荷重が端部Ｅに加わるのを抑制でき、端部Ｅを境界として発電体１４に加わる荷重が変化するのを防止することができる。なお、端部Ｅの位置が、発電体１４の入出力特性に悪影響を与えないのであれば、端部Ｅの位置は、適宜設定することができる。

本実施例では、図６および図７に示すように、発電体１４に粘着テープ（加圧部材に相当する）１４４を巻いている。図７は、図６の矢印Ｄ１の方向から発電体１４を見たときの図である。粘着テープ１４４としては、例えば、ポリプロピレンで形成されたフィルム（基材）に、アクリル系粘着剤を塗布したものを用いることができる。粘着テープ１４４は、積層体の端部Ｅを固定しておくために用いられる。

本実施例では、図７に示すように、粘着テープ１４４の両端部１４４ａが互いに接触しており、発電体１４の外面を一周するように、粘着テープ１４４が巻かれている。粘着テープ１４４は、厚さＴを有しており、発電体１４の外周には、厚さＴの粘着テープ１４４の層が形成されている。

本実施例の粘着テープ１４４は、発電体１４の積層体の端部Ｅを固定するためだけではなく、発電体１４の一部の領域だけに荷重を与えるためにも用いられる。単電池１０には拘束力Ｆが加わっているため、発電体１４に粘着テープ１４４を巻くと、粘着テープ１４４を巻いた領域に作用する荷重は、粘着テープ１４４を巻いてない領域に作用する荷重よりも高くなる。すなわち、粘着テープ１４４の厚さＴに対応した分だけ、荷重を高くすることができる。粘着テープ１４４が巻かれた領域の荷重を他の領域の荷重よりも高くすることにより、以下に説明するように、単電池１０の面圧のバラツキを抑制することができる。

本願発明者は、レートが異なる条件で充放電を行いながら、単電池１０（電池ケース１３）の複数箇所における面圧を測定したら、充放電時のレートが高くなるにつれて、Ｙ方向における発電体１４の両端における面圧が大きく変化することが分かった。単電池１０の面圧とは、Ｘ方向において、単電池１０が膨らんだり、縮んだりするときの圧力である。単電池１０が膨らめば、面圧が上昇し、単電池１０が縮めば、面圧が低下することになる。例えば、圧力センサを測定箇所に配置することにより、面圧を測定することができる。

図８には、発電体１４の位置と、面圧の変化量との関係を示す図である。図８に示す領域（反応領域に相当する）Ａは、正極板１４１（正極活物質層１４１ｂ），セパレータ１４３および負極板１４２（負極活物質層１４２ｂ）が互いに重なっている領域であり、単電池１０の充放電に用いられる領域である。本実施例では、図８に示すように、Ｙ方向の長さに関して、正極活物質層１４１ｂが最も短くなっているため、領域Ａの幅Ｗ_Ａは、正極活物質層１４１ｂの幅に対応している。

図９から図１２には、レートを変えながら充電を行ったときの単電池１０の面圧を示している。図９から図１２において、縦軸は、単電池１０の面圧を示し、横軸は、発電体１４のＹ方向における位置を示している。また、図９から図１２において、点線は、充電を開始する前の面圧（０秒時の面圧）を示し、実線は、充電を開始して１０秒後の面圧を示している。

図９は、レート１Ｃで充電を行ったときの面圧の変化を示し、図１０は、レート１２Ｃで充電を行ったときの面圧の変化を示している。また、図１１は、２０Ｃで充電を行ったときの面圧の変化を示し、図１２は、３２Ｃで充電を行ったときの面圧の変化を示している。図９から図１２に示すように、充電時のレートが高くなるにつれて、領域Ａの両端における面圧が、領域Ａ内の他の領域よりも高くなる。充電時のレートが２０Ｃ以上になると、面圧のバラツキが大きくなりやすい。

図１３から図１６には、レートを変えながら放電を行ったときの単電池１０の面圧を示している。図１３から図１６において、縦軸は、単電池１０の面圧を示し、横軸は、発電体１４のＹ方向における位置を示している。また、図１３から図１６において、点線は、放電を開始する前の面圧（０秒時の面圧）を示し、実線は、放電を開始して１０秒後の面圧を示している。

図１３は、レート１Ｃで放電を行ったときの面圧の変化を示し、図１４は、レート１２Ｃで放電を行ったときの面圧の変化を示している。また、図１５は、レート２０Ｃで放電を行ったときの面圧の変化を示し、図１６は、レート３２Ｃで放電を行ったときの面圧の変化を示している。図１３から図１６に示すように、放電時のレートが高くなるにつれて、領域Ａの両端における面圧が、領域Ａ内の他の領域よりも低下している。放電時のレートが２０Ｃ以上になると、面圧のバラツキが大きくなりやすい。

本実施例では、粘着テープ１４４を用いることにより、領域Ａの両端に発生する面圧の変化を抑制するようにしている。すなわち、領域Ａの両端に対して拘束力Ｆを与えることにより、領域Ａの両端が充放電によって変形（膨張又は収縮）するのを抑制するようにしている。発電体１４が部分的に変形しやすくなるのを抑制することにより、発電体１４内における劣化のバラツキを抑制することができる。

ここで、発電体１４に荷重を与える領域について、図１７を用いて説明する。荷重を与える領域は、粘着テープ１４４を巻く位置と、粘着テープ１４４の幅によって決定する。図１７において、Ｗ_Ａは、領域Ａの幅（Ｙ方向の長さ）を示している。また、Ｗ_Ｐは、荷重を与える領域Ｐの幅（Ｙ方向の長さ）を示しており、幅Ｗ_Ｐは、領域Ａの両端を基準とした長さである。幅Ｗ_Ａおよび幅Ｗ_Ｐは、以下の関係式（１）を満たすことが好ましい。

１４≦Ｗ_Ｐ／Ｗ_Ａ×１００≦２７ ・・・（１）

幅Ｗ_Ａを決定すれば、上記式（１）に基づいて幅Ｗ_Ｐを特定することができる。幅Ｗ_Ｐの領域Ｐは、面圧の変化量が他の領域よりも大きい領域を特定するものである。荷重を与える領域Ｐを特定できれば、粘着テープ１４４の幅と、粘着テープ１４４を貼る位置とを特定することができる。そして、領域Ｐに対して荷重を与えれば、発電体１４の一部分だけの面圧が大きく変化してしまうのを抑制することができる。

ここで、領域Ｐだけでなく、発電体１４のうち、領域Ａの外側に位置する領域Ｈ１，Ｈ２（図１７参照）の少なくとも一方に対しても、荷重を与えることができる。領域Ｈ１は、正極板１４１の集電板１４１ａが巻かれた領域であり、領域Ｈ２は、負極板１４２の集電板１４２ａが巻かれた領域である。

上記式（１）において、幅Ｗ_Ａ，Ｗ_Ｐの関係が下限値（１４）よりも小さいと、荷重を与える領域が不十分となるおそれがある。また、幅Ｗ_Ａ，Ｗ_Ｐの関係が、上記式（１）の上限値（２７）よりも大きいと、面圧の変化量が小さい領域にも荷重を与えることになる。

図１８には、発電体１４の全面に対して荷重を与えたときの抵抗増加率（全体拘束）と、本実施例のように、発電体１４の一部（領域Ｐ）に対して荷重を与えたときの抵抗増加率（両端拘束）とを示している。抵抗増加率は、初期状態における単電池１０の抵抗値と、充放電後における単電池１０の抵抗値との関係を示す値であり、抵抗値の増加率を示す値である。抵抗増加率が上昇するほど、単電池１０が劣化していることが分かる。図１８に示すグラフは、２５℃の温度条件において、レート２５Ｃで充放電を繰り返した結果を示している。図１８の横軸に示すサイクル数は、所定時間の充放電を１サイクルとしたときの回数である。

図１８に示すように、本実施例（両端拘束）では、従来（全体拘束）に比べて、抵抗増加率の上昇を抑制することができ、単電池１０の劣化を抑制することができる。

図１９に示すグラフは、荷重を与える領域の幅（Ｙ方向の長さ）を変えたときの抵抗増加率の変化を示している。図１９の縦軸は、抵抗増加率を示し、横軸は、サイクル数を示している。図１９に示すデータは、レート３２Ｃで充放電を繰り返したときの測定結果を示している。

グラフＧ１１は、発電体１４の全体に荷重を与えたときの抵抗増加率の変化、言い換えれば、粘着テープ１４４を省略したときの抵抗増加率の変化を示す。グラフＧ１２は、粘着テープ１４４を用いて、領域Ａの一部に荷重を与えたときの抵抗増加率の変化を示す。グラフＧ１２の試験では、下記式（２）の条件において、発電体１４に荷重を与えている。

Ｗ_Ｐ／Ｗ_Ａ×１００＝３５ ・・・（２）

グラフＧ１３は、粘着テープ１４４を用いて、領域Ａの一部に荷重を与えたときの抵抗増加率の変化を示す。グラフＧ１３の試験では、下記式（３）の条件において、発電体１４に荷重を与えている。

Ｗ_Ｐ／Ｗ_Ａ×１００＝２０ ・・・（３）

図１９に示すように、グラフＧ１１，Ｇ１２では、サイクル数が増えるにつれて、抵抗増加率が上昇している。一方、グラフＧ１３では、サイクル数が増えても、抵抗増加率が上昇していない。

図２０に示すグラフは、幅Ｗ_Ａのサイズ（言い換えれば、発電体１４のサイズ）を変更したときの抵抗増加率の変化を示している。図２０の縦軸は、抵抗増加率を示し、横軸は、サイクル数を示している。図２０に示すデータは、レート３２Ｃで充放電を繰り返したときの測定結果を示している。

グラフＧ２１，Ｇ２２，Ｇ２３は、発電体１４の全体に荷重を与えたときの抵抗増加率の変化、言い換えれば、粘着テープ１４４を省略したときの抵抗増加率の変化を示す。グラフＧ２１の試験では、基準サイズの領域Ａを有する発電体１４を用いている。基準サイズとは、図１９で説明した試験に用いられた発電体１４の領域Ａと同じサイズである。グラフＧ２２では、領域Ａのサイズを、基準サイズの１．４倍としている。グラフＧ２３では、領域Ａのサイズを、基準サイズの１．６５倍としている。

グラフＧ２４，Ｇ２５，Ｇ２６は、下記式（４）の条件において、粘着テープ１４４を用いて、領域Ａの一部に拘束力Ｆを与えたときの抵抗増加率の変化を示している。

Ｗ_Ｐ／Ｗ_Ａ×１００＝２０ ・・・（４）

グラフＧ２４では、領域Ａのサイズを基準サイズとしている。グラフＧ２５では、領域Ａのサイズを、基準サイズの１．４倍とし、グラフＧ２６では、領域Ａのサイズを、基準サイズの１．６５倍としている。

図２０に示すように、グラフＧ２１，Ｇ２２，Ｇ２３では、サイクル数が増加するにつれて、抵抗増加率も上昇している。また、領域Ａのサイズが大きくなるにつれて、抵抗増加率が上昇するタイミングが遅れている。言い換えれば、領域Ａのサイズが大きくなるにつれて、所定の抵抗増加率に到達するまでのサイクル数が多くなる。

一方、グラフＧ２４，Ｇ２５，Ｇ２６では、サイクル数が増加しても、抵抗増加率が変化していない。また、領域Ａのサイズが異なっていても、抵抗増加率の変化は、同様の挙動を示している。図２０に示す試験結果から分かるように、領域Ａと荷重を与える領域Ｐとの割合が所定条件（上記式（１））を満たせば、領域Ａのサイズが変わっても、抵抗増加率の上昇を抑制することができる。

発電体１４の領域Ｐに与える荷重は、粘着テープ１４４の厚さＴに基づいて設定することができる。厚さＴが厚い粘着テープ１４４を用いるときには、図７に示すように、発電体１４の外面を一周するように、粘着テープ１４４を巻くだけでもよい。また、厚さＴが薄い粘着テープ１４４を用いるときには、粘着テープ１４４を重ねて巻くことにより、所望の荷重を発生させることができる。

本実施例では、図７に示すように、粘着テープ１４４の両端部１４４ａを互いに接触させているが、これに限るものではない。すなわち、粘着テープ１４４の両端側の領域が互いに重なっていてもよい。この場合において、粘着テープ１４４が重なる領域は、電池ケース１３の上面又は下面と対向する位置にあることが好ましい。

また、本実施例では、粘着テープ１４４を用いているが、これに限るものではない。例えば、粘着性を有していないテープを用いることができる。この場合には、発電体１４にテープを巻いた後に、テープの両端を接着剤等で固定することができる。このような構成であっても、発電体１４の積層体の端部Ｅを固定しておくとともに、発電体１４の領域Ｐに荷重を与えることができる。また、リング形状の弾性体を用意しておき、この弾性体を発電体１４の領域Ｐに配置することができる。弾性体が領域Ｐからずれてしまわないように、領域Ｐに対して固定しておくことが好ましい。弾性体の材料としては、例えば、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）を用いることができる。リング形状の弾性体を用いても、本実施例と同様の効果を得ることができる。

本発明の実施例２である電池スタックについて説明する。ここで、実施例１で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用いる。実施例１では、単電池１０と対向する仕切り板２０の面を平坦な面で構成しているが、本実施例では、単電池１０と対向する仕切り板２０の面を凹凸面で構成している。以下、実施例１と異なる点について、主に説明する。

図２１は、本実施例における仕切り板２０を示す図である。仕切り板２０は、単電池１０と向かい合う一方の面において、第１領域２１および第２領域２２を有する。仕切り板２０の他方の面は、平坦な面で構成されている。第１領域２１は、第２領域２２よりもＸ方向に突出しており、単電池１０と接触する。また、第１領域２１が単電池１０と接触しているとき、第２領域２２は、単電池１０から離れている。

第１領域２１は、発電体１４の領域Ｐに対応した電池ケース１３の領域に接触する。すなわち、第１領域２１が電池ケース１３に接触しているとき、第１領域２１からの荷重が電池ケース１３を介して発電体１４の領域Ｐに作用している。電池ケース１３の内部で発電体１４を位置決めしておけば、電池ケース１３の外部からであっても、発電体１４の領域Ｐだけに荷重を与えることができる。

第２領域２２は単電池１０から離れているため、第２領域２２および単電池１０の間には、スペースが形成される。このスペースは、単電池１０の温度調節に用いられる熱交換媒体の移動通路として用いることができる。熱交換媒体として、例えば、空気を用いることができる。単電池１０が発熱しているときには、冷却用の熱交換媒体を単電池１０に接触させることにより、単電池１０の温度上昇を抑制することができる。また、単電池１０が過度に冷却されているときには、加温用の熱交換媒体を単電池１０に接触させることにより、単電池１０を温めることができる。このように単電池１０の温度を調節することにより、単電池１０の入出力特性の劣化を抑制することができる。

本実施例によれば、粘着テープ１４４および仕切り板２０（第１領域２１）を用いることにより、発電体１４の領域Ｐに荷重を与えることができる。これにより、実施例１と同様の効果を得ることができる。

本実施例では、仕切り板２０の第１領域２１だけを単電池１０に接触させているが、これに限るものではない。具体的には、第１領域２１および第２領域２２を単電池１０に接触させることができる。ここで、第１領域２１は、第２領域２２よりもＸ方向に突出しているため、第１領域２１から受ける荷重は、第２領域２２から受ける荷重よりも大きくなる。これにより、発電体１４の領域Ｐに対して、他の領域よりも大きい荷重を与えることができる。

また、本実施例では、１つの仕切り板２０を用いて、発電体１４の２つの領域Ｐに荷重を与えているが、これに限るものではない。例えば、２つの仕切り板を用意しておき、一方の仕切り板を用いて発電体１４の一方の領域Ｐに荷重を与えるとともに、他方の仕切り板を用いて発電体１４の他方の領域Ｐに荷重を与えることができる。

本実施例において、仕切り板２０の第１領域２１は、平坦な面で構成されており、第１領域２１の全面が電池ケース１３に接触しているが、これに限るものではない。例えば、仕切り板２０の第１領域２１において、複数のリブを形成したり、円柱形状などの突起を形成したりすることができる。この場合には、第１領域２１の一部が電池ケース１３に接触する。複数のリブは、Ｙ方向又はＺ方向において、並んで配置することができる。第１領域２１の一部を電池ケース１３に接触させる構成であっても、発電体１４の領域Ｐに対して荷重を与えることができる。

本発明の実施例３である電池スタックについて説明する。ここで、実施例１で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用いる。実施例１（図７参照）では、発電体１４を囲むように粘着テープ１４４を巻いているが、本実施例では、発電体１４の一部だけに粘着テープ１４４を貼り付けている。以下、実施例１と異なる点について、主に説明する。

図２２は、本実施例の発電体１４をＸ方向から見たときの図であり、図２３は、図２２の矢印Ｄ２の方向から発電体１４を見たときの図である。本実施例では、電池ケース１３の側面と向かい合う発電体１４の面に対して、粘着テープ１４４を貼り付けている。電池ケース１３の側面とは、Ｘ方向と直交する側面であって、仕切り板２０と接触する面である。

粘着テープ１４４は、発電体１４の積層体の端部Ｅを固定している。また、粘着テープ１４４は、発電体１４の領域Ｐに貼り付けられている。領域Ｐの定義は、実施例１と同様である。粘着テープ１４４の厚さＴが所望の厚さを有していれば、１枚の粘着テープ１４４を発電体１４に貼るだけでよい。また、粘着テープ１４４の厚さＴが所望の厚さよりも薄ければ、複数枚の粘着テープ１４４を重ねて貼り付けることができる。ここで、所望の厚さとは、発電体１４の領域Ｐに荷重を与えることができる厚さである。

本実施例では、図２３に示すように、Ｘ方向における発電体１４の両側面に、粘着テープ１４４を貼り付けているが、これに限るものではない。具体的には、Ｘ方向における発電体１４の両側面のうち、一方の面（端部Ｅが位置する面）だけに、粘着テープ１４４を貼り付けることができる。発電体１４の一方の面に粘着テープ１４４を貼り付けるだけでも、端部Ｅを固定することができるとともに、発電体１４の領域Ｐだけに荷重を与えることができる。

本実施例では、発電体１４と接触する粘着テープ１４４の面のすべてが粘着性を有しているが、これに限るものではない。例えば、粘着性を有していないテープを用いた場合であっても、テープの長手方向における両端部を発電体１４に固定するだけで、本実施例と同様の効果を得ることができる。粘着性を有しないテープと発電体１４の固定は、例えば、接着剤を用いることができる。

本発明の実施例４である電池スタックについて説明する。ここで、実施例１で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用いる。実施例１〜３では、正極板１４１、負極板１４２およびセパレータ１４３の積層体を巻くことにより、発電体１４を構成している。一方、本実施例では、発電体１４として、正極板１４１、セパレータ１４３および負極板１４２を積層しただけの構成を用いている。以下、実施例１〜３と異なる点について、主に説明する。

図２４は、本実施例における発電体１４の断面図である。図２５は、図２４の矢印Ｄ３の方向から見たときの発電体１４の側面図であり、図２６は、図２４の矢印Ｄ４の方向から見たときの発電体１４の上面図である。本実施例の発電体１４は、例えば、ラミネートフィルム等で構成されたケースで覆うことができる。

発電体１４は、複数のバイポーラ電極１４５およびセパレータ１４３を有する。複数のバイポーラ電極１４５は、セパレータ１４３を挟んだ状態で積層されている。バイポーラ電極１４５は、集電板１４５ａと、集電板１４５ａの一方の面に形成された正極活物質層１４５ｂと、集電板１４５ａの他方の面に形成された負極活物質層１４５ｃとを有する。発電体１４の上面には、正極タブ１４６ａが設けられており、発電体１４の下面には、負極タブ１４６ｂが設けられている。なお、電解液を含むセパレータ１４３の代わりに、固体電解質（電解質層に相当する）を用いることができる。

図２５に示すように、発電体１４の外面には、粘着テープ１４４が巻かれている。具体的には、正極タブ１４６ａや負極タブ１４６ｂが引き出される側の発電体１４の端部に、粘着テープ１４４が巻かれている。粘着テープ１４４を巻き付ける位置は、実施例１で説明した場合と同様である。本実施例では、複数のバイポーラ電極１４５を積層しており、この積層された領域が、実施例１で説明した領域Ａに相当する。そして、領域Ａを基準として、粘着テープ１４４の巻き付ける位置を特定することができる。

本実施例によれば、発電体１４の積層方向において、発電体１４を挟む力を与えれば、発電体１４のうち、粘着テープ１４４が巻かれた部分に対して、他の部分よりも大きな荷重を与えることができる。これにより、実施例１と同様に、発電体１４の面圧のバラツキを抑制することができる。

一方、図２６の点線で囲まれた領域Ｋ１に対しても荷重を与えることができる。すなわち、領域Ｋ１にも粘着テープ１４４を貼り付けることができる。これにより、発電体１４に荷重を与えても、発電体１４の内部に存在する電解液が、発電体１４の外部に漏れてしまうのを防止することができる。電解液の漏れを防止する観点に基づいて、領域Ｋ１の位置やサイズを適宜設定することができる。

図２７および図２８には、本実施例の変形例である発電体１４を示す。図２７は、発電体１４の断面図であり、図２８は、図２７の矢印Ｄ５の方向から見たときの発電体１４の上面図である。本変形例では、本実施例と比べて、正極タブ１４６ａおよび負極タブ１４６ｂを引き出す方向を変更している。具体的には、本変形例では、正極タブ１４６ａおよび負極タブ１４６ｂを同一方向に引き出している。

粘着テープ１４４は、正極タブ１４６ａおよび負極タブ１４６ｂが引き出される側の発電体１４の端部に巻かれている。粘着テープ１４４を巻き付ける位置は、本実施例と同様である。一方、発電体１４の外部に電解液が漏れてしまうのを防止するために、図２８の点線で囲まれた領域Ｋ２に対して荷重を与えることができる。すなわち、領域Ｋ２にも粘着テープ１４４を貼り付けることができる。領域Ｋ２の位置やサイズは、適宜設定することができる。

本実施例においても、粘着テープ１４４の貼り付け方は、実施例１で説明したように適宜設定することができる。また、実施例１で説明したように、粘着性を有していないテープを用いたり、リング形状の弾性体を用いたりすることができる。

１：電池スタック（蓄電装置） １０：単電池（蓄電素子）
１１：正極端子 １２：負極端子
１３：電池ケース １３ａ：安全弁
１４：発電体 １４１：正極板
１４１ａ：集電板 １４１ｂ：正極活物質層
１４２：負極板 １４２ａ：集電板
１４２ｂ：負極活物質層 １４３：セパレータ
１４４：粘着テープ（加圧部材） １４５：バイポーラ電極
１４５ａ：集電板 １４５ｂ：正極活物質層
１４５ｃ：負極活物質層 １４６ａ：正極タブ
１４６ｂ：負極タブ １５ａ：正極タブ
１５ｂ：負極タブ ２０：仕切り板
３１：エンドプレート（拘束機構の一部） ３２：拘束バンド（拘束機構の一部）
４０：バスバー

Claims (9)

1. 外面に正極端子および負極端子が配置されるケースであって、前記ケースを第１方向に挟む拘束力としての荷重が、前記第１方向における前記ケースの両側面に与えられるケースと、
   正極活物質層を含む正極板と負極活物質層を含む負極板とが電解質層を挟んで積層されており、充放電に用いられ、前記正極活物質層および前記負極活物質層が互いに向かい合う反応領域を有する発電体であって、前記両側面の間で前記ケースに収容され、前記正極端子と前記発電体とを接続する正極タブ、および前記負極端子と前記発電体とを接続する負極タブが、前記第１方向と直交する第２方向における前記発電体の両端部に固定される発電体と、
   前記ケースの前記両側面のそれぞれと前記発電体との間において、前記第２方向における前記反応領域の端部に沿って配置されており、前記第２方向における前記反応領域の端部に対して、前記ケースの前記両側面から受けた前記荷重を与える加圧部材と、
   を有することを特徴とする蓄電素子。
2. 前記発電体は、前記正極板、前記負極板および前記電解質層が積層された積層体を、前記第２方向に延びる所定軸の周りで巻くことによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記第２方向における前記反応領域の端部のうちの前記第２方向の幅ＷＰと、前記第２方向における前記反応領域の幅ＷＡとが下記式（Ｉ）の関係を有する、
   １４≦ＷＰ／ＷＡ×１００≦２７ ・・・（Ｉ）
   ことを特徴とする請求項２に記載の蓄電素子。
4. 前記加圧部材は、前記発電体を囲んでいることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電素子。
5. 前記加圧部材は、粘着テープであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電素子。
6. 前記加圧部材は、前記積層体の端部を固定する粘着テープであることを特徴とする請求項２又は３に記載の蓄電素子。
7. 前記蓄電素子は、２０Ｃ以上のレートで充電又は放電が行われるリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の蓄電素子。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載の蓄電素子と、
   前記第１方向に並んで配置された複数の前記蓄電素子に対して、前記第１方向の拘束力を与える拘束機構と、
   前記第１方向で隣り合う２つの前記蓄電素子の間に配置された仕切り板と、
   を有することを特徴とする蓄電装置。
9. 前記仕切り板は、前記蓄電素子のうち、前記加圧部材に対応した領域に対して前記拘束力を与えることを特徴とする請求項８に記載の蓄電装置。

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