JP6774229B2 - 蓄電モジュールの製造方法、及び蓄電モジュール - Google Patents

Description

本発明は、蓄電モジュールの製造方法、及び蓄電モジュールに関する。

従来、太陽光発電及び風力発電等で用いる負荷平均化装置、瞬時電圧低下対策装置、電気自動車及びハイブリッドカーに用いるエネルギー回生装置等のような蓄電システムが知られている。このような蓄電システムでは、エネルギー容量が大きく、かつ、急速充電が可能な蓄電デバイスが求められている。

近年、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等を用いた蓄電モジュールが提案されている。これらの蓄電モジュールは、複数の蓄電セルが直列または並列に接続された蓄電体を有しており、高電圧または大容量の状態で充放電することが可能である。このため、蓄電モジュールは、電源装置として様々な用途に用いられている。

蓄電モジュールは、平板状をなす複数の蓄電セルを、蓄電セルの厚み方向に積層し、蓄電セル同士が電気的に接続されている。また、蓄電モジュールは、蓄電セルを保護する外装部材によって、積層された複数の蓄電セルが締結されて保持されている。平板状の蓄電セルとしては、被覆部材にラミネートフィルムを用いて電極積層体が被覆された、ラミネート型の蓄電セルがある。

特開２００４−２７３３２０号公報 特開２０１２−２０４３５６号公報

上述したラミネート型の蓄電セルは、製造が容易であり、小型化、薄型化し易いという利点を有する。一方、このような蓄電セルは、外形寸法のバラツキが大きくなり易い傾向がある。蓄電モジュールでは、積層された蓄電セルが、外装部材等を用いて固定されている。このため、個々の蓄電セルの外形寸法にバラツキが生じている場合、蓄電モジュールの組み立て時に、外装部材及び他の構成部材の組み付け位置にずれが生じてしまう。また、組み付け位置にずれが生じた外装部材及び他の構成部材を無理に組み立てた場合、蓄電セルに付与する加圧力を適正に制御することが困難になる。また、蓄電モジュールに搭載される蓄電セルは、所定の加圧力が加わった状態で拘束されることが望ましい。蓄電モジュール毎に、蓄電セルに加わる加圧力が異なっている状態で拘束されていた場合には、個々の蓄電モジュール毎に充放電性能が劣化する速度が異なってしまう。その結果、蓄電モジュール毎に性能のバラツキが生じ、所望の性能を保障することが困難になる。

ところで、蓄電モジュールとしては、一対のエンドプレートの間に、所定の外形寸法の構成部材を配置することによって、エンドプレート間の間隔を一定にするとともに、積層された平板状の蓄電セルを厚み方向に加圧する構成が知られている。しかしながら、実際の蓄電セルは、個々の厚みにバラツキが生じている。特に、ラミネート型の蓄電セルは、厚みのバラツキが大きくなり易い。このため、ラミネート型の蓄電セルを用いた蓄電モジュールでは、一対のエンドプレート間の間隔を一定にした場合であっても、蓄電モジュール毎に蓄電セルに加わる加圧力を均一にすることが困難である。

また、蓄電セルとしては、平板状の蓄電セルの内部に、蓄電セルの厚みの基準寸法に対する差分に相当する厚みを有する厚み調整シートを挿入することによって、蓄電モジュール毎の厚みのバラつきを低減する構成が知られている。この構成によれば、蓄電セルの厚みを均一化し、蓄電セル毎に、厚みを調整する作業を行うことになるので、蓄電セルの製造工程が増えてしまう。その結果、蓄電セルの製造コストがかさみ、蓄電モジュールの製造コストが増加してしまう。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、蓄電モジュール毎において、蓄電セルに加わる加圧力を均一化することができる蓄電モジュールの製造方法、及び蓄電モジュールを提供することを目的とする。

本願の開示する蓄電モジュールの製造方法の一態様は、平板状をなす複数の蓄電セルを厚み方向に積層する工程と、前記蓄電セルの厚み方向に対する弾性率をＹとし、加圧機構によって前記複数の蓄電セルの積層方向における両側から０．０２５ＭＰａ〜０．０５５ＭＰａの範囲内で加圧して、前記蓄電セルに加える加圧力をＰとし、前記加圧機構において前記両側を加圧する一組の加圧面の対向間隔をｈ_１とし、前記複数の蓄電セルの積層方向に対する、無加圧状態での積層高さをｈ_０としたとき、厚みＤが、
Ｄ＝ｈ_１−（１−Ｐ／Ｙ）×ｈ_０ ・・・式１
を満たすスペーサ部材を、前記複数の蓄電セルの前記積層方向において、前記蓄電セルに隣接して配置する工程と、前記スペーサ部材を配置して積層された前記複数の蓄電セルを、前記加圧機構によって加圧する工程と、を有する。

本願の開示する蓄電モジュールの製造方法の一態様によれば、積層された複数の蓄電セルに加わる加圧力を、個々の蓄電モジュールにおいて均一化することができる。

図１は、実施例の蓄電モジュールの外観を示す斜視図である。 図２は、実施例の蓄電モジュールを、図１中のＡ−Ａ線に沿って示す断面図である。 図３は、実施例の蓄電モジュールが有する蓄電セルの外観を示す斜視図である。 図４は、実施例の蓄電モジュールにおいて、複数の蓄電セルが積層された状態の積層高さを説明するための断面図である。 図５は、実施例の蓄電モジュールにおいて、蓄電セルが積層方向に加圧されたときの外装部材の対向間隔を説明するための側面図である。 図６は、実施例の蓄電モジュールが有するスペーサ部材の大きさと、蓄電セル及びエンドプレートの大きさとの関係を説明するための断面図である。 図７は、実施例の蓄電モジュールにおいて、蓄電セルの厚み方向に荷重σを加えた時の蓄電セル１０の厚みの歪み値εを表示したグラフである。 図８は、実施例の蓄電モジュールにおいて、蓄電セルの定電圧フロート試験における加圧力と放電容量維持率の関係を表示したグラフである。 図９は、実施例の蓄電モジュールの製造工程を説明するためのフローチャートである。 図１０は、実施例の蓄電モジュールの製造工程において、複数の蓄電セルが積層された状態を示す断面図である。 図１１は、実施例の蓄電モジュールの製造工程において、蓄電セルの積層方向にスペーサ部材が配置された状態を示す断面図である。 図１２は、実施例の蓄電モジュールの製造工程において、積層された蓄電セルがスペーサ部材を介して加圧される状態を示す断面図である。

以下、本願の開示する蓄電モジュールの製造方法及び蓄電モジュールの実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例によって、本願の開示する蓄電モジュールの製造方法及び蓄電モジュールが限定されるものではない。

［蓄電モジュールの構成］
図１は、実施例の蓄電モジュールの外観を示す斜視図である。図２は、実施例の蓄電モジュールを、図１中のＡ−Ａ線に沿って示す断面図である。

図１及び図２に示すように、実施例の蓄電モジュール１は、積層された複数の蓄電セル１０と、積層された複数の蓄電セル１０を保護する外装部材２０と、を有する。実施例では、一例として８個の蓄電セル１０が積層された構成を示すが、蓄電セル１０を積層する個数を限定するものではない。なお、図１では、説明を簡単にするため、蓄電セル１０の電極タブ３ａと、隣接する他の蓄電セル１０の電極タブ３ｂとの接続状態を図示していない。実際には、電極タブ３ａと電極タブ３ｂとが接続されており、積層された蓄電セル１０が直列に接続される。

また、蓄電モジュール１は、バッテリーモジュールまたはキャパシタモジュールとも呼ばれる。蓄電セルは、蓄電池とも呼ばれる。また、蓄電モジュール１は、複数の蓄電セル１０を積層して組み合わせて構成されるので、組蓄電池または組電池とも呼ばれる。

［蓄電セルの構成］
図３は、実施例の蓄電モジュール１が有する蓄電セル１０の外観を示す斜視図である。図３に示すように、蓄電セル１０は、例えば、リチウムイオンを含む有機電解液及び電極積層体が、外装材を用いて密封された平板状に形成されている。外装材としては、例えば、アルミニウム箔を樹脂フィルムでラミネート加工してなるアルミニウムラミネートフィルム等の気密性軟包装材が用いられており、矩形をなす扁平状の容器５を構成する。また、蓄電セル１０は、矩形状の容器５の対向する一組の長辺から、容器５の外部に引き出された電極タブ３ａ及び電極タブ３ｂを有する。電極タブ３ａと電極タブ３ｂは、一方が正極タブであり、他方が負極タブである。

また、蓄電セル１０は、有機電解液及び電極積層体６が容器５内に収容されて密封されるので、扁平状の容器５の主面５ａの中央部分に、電極積層体６の外形に対応するように膨出した矩形状の膨出部７が形成されている。また、蓄電セル１０は、膨出部７が形成された主面５ａの反対側の主面５ｂが、平坦面として形成されている（図６参照）。また、膨出部７は、主面５ａとほぼ平行になる平坦面７ａを有しており、断面台形状に形成されている。そして、蓄電モジュール１において、複数の蓄電セル１０は、蓄電セルの主面５ａに、隣接する蓄電セルの主面５ｂが重なるように積層されている。なお、実施例における蓄電セル１０は、一方の主面５ａのみに膨出部７が形成され、他方の主面５ｂが平坦に形成されたが、この形状に限定されるものではない。蓄電セル１０は、主面５ａ及び主面５ｂの両方に膨出部７が形成された形状でもよい。

［外装部材の構成］
外装部材２０は、蓄電セル１０の厚み方向に積層された複数の蓄電セル１０の積層方向における両側から、複数の蓄電セル１０を加圧する。図１及び図２に示すように、外装部材２０は、蓄電セル１０の容器５において、電極タブ３ａ、３ｂが設けられていない一組の短辺側に、蓄電セル１０の積層方向に沿って配置されている。外装部材２０は、最上層に配置された蓄電セル１０の主面５ａと、最下層に配置された蓄電セル１０の主面５ｂとを包囲するように、積層された蓄電セル１０を固定している。

外装部材２０は、一組のエンドプレート１１ａ、１１ｂと、一組のエンドプレート１１ａ、１１ｂを連結する一組のブラケット１２ａ、１２ｂと、エンドプレート１１ａ、１１ｂとブラケット１２ａ、１２ｂとを締結するネジ等の締結部材１３と、を有する。実施例における外装部材２０は、「加圧機構」の一例である。

なお、蓄電モジュール１は、蓄電セル１０がエンドプレート１１ａ、１１ｂ及びブラケット１２ａ、１２ｂによって保護されるが、蓄電セル１０、エンドプレート１１ａ、１１ｂ及びブラケット１２ａ、１２ｂを収容する外装ケース（不図示）を有してもよい。このような外装ケースは、樹脂材または金属材などによって形成される。また、実施例の蓄電モジュール１は、蓄電セル１０の電圧測定、温度測定、または状態監視を行うための回路基板（不図示）を有するが、説明を省略する。

エンドプレート１１ａ、１１ｂは、蓄電セル１０の積層方向における両側の蓄電セル１０に隣接して配置されている。つまり、実施例では、複数の蓄電セル１０が上下方向に対して積層されているので、エンドプレート１１ａが、積層された蓄電セル１０における最上層の蓄電セル１０の主面５ａに隣接して配置されている。また、エンドプレート１１ｂは、積層された蓄電セル１０における最下層の蓄電セル１０の主面５ｂに隣接して配置されている。

また、ブラケット１２ａ、１２ｂは、積層された蓄電セル１０の、電極タブ３ａ、３ｂが引き出されていない一組の短辺に沿って配置されている。ブラケット１２ａ、１２ｂの両端は、エンドプレート１１ａ、１１ｂに締結部材１３によって固定されている。締結部材１３を用いた固定構造としては、ネジ、またはボルト及びナットのねじ込み構造に限定されるものではなく、リベットを用いたかしめ接合構造等の種々の公知技術を用いてもよい。

［複数の蓄電セルが積層された状態］
図４は、実施例の蓄電モジュール１において、複数の蓄電セル１０が積層された状態の積層高さを説明するための断面図である。また、図４は、積層された複数の蓄電セル１０を、図１におけるＡ―Ａ線に沿って切断した断面図である。図４に示すように、最上層の蓄電セル１０の上には、蓄電セル１０の厚みのバラツキに起因する、複数の蓄電セル１０が積層された合計高さを調整するためのスペーサ部材３０が配置されている。

なお、スペーサ部材３０を配置する位置は、最上層の蓄電セル１０の上に限定されるものではなく、最下層の蓄電セル１０の下に配置されてもよい。また、スペーサ部材３０は、必要に応じて、厚み方向に対して複数に分割されて、異なる蓄電セル１０に隣接して配置されてもよい。この場合、複数のスペーサ部材３０が、最上層の蓄電セル１０の上、最下層の蓄電セル１０の下、複数の蓄電セル１０の間にそれぞれ配置されてもよい。また、必要に応じて、隣接する複数の蓄電セル１０の間に、複数のスペーサ部材３０を重ねて配置してもよい。本実施例におけるスペーサ部材３０の厚みに関しては、後述する。

図４に示す状態は、積層された複数の蓄電セル１０は、積層方向に対して加圧されていない無加圧状態であり、蓄電セル１０の積層方向における積層高さがｈ_０となる。なお、図示しないが、積層される複数の蓄電セル１０の間には、冷却性を高めるための放熱板、および／または蓄電セル１０間を固定するための接着シートが配置されてもよい。この場合には、複数の蓄電セル１０の間に配置される放熱板及び接着シートの厚みを含めて積層高さｈ_０とする。

［積層された蓄電セルに外装部材が組み付けられた状態］
図５は、実施例の蓄電モジュール１において、蓄電セルが積層方向に加圧されたときの外装部材２０の対向間隔を説明するための側面図である。また、図５は、積層された蓄電セル１０に、エンドプレート１１ａ、１１ｂ及びブラケット１２ａ、１２ｂを組み付けた状態を図１におけるＡ方向から見た側面図である。

図５に示すように、積層された蓄電セル１０における最上層の蓄電セル１０の上方、及び最下層の蓄電セルの下方を覆うように、外装部材２０が組み付けられる。外装部材２０は、蓄電セル１０の積層方向における最上層の蓄電セル１０に重ねられたスペーサ部材３０上に配置されたエンドプレート１１ａと、最下層の蓄電セル１０の下方に配置されたエンドプレート１１ｂとが、締結部材１３によってブラケット１２ａ、１２ｂに連結される。これにより、外装部材２０は、積層された蓄電セル１０の長辺側が開口した矩形の筒状に構成される。したがって、積層された蓄電セル１０は、外装部材２０の筒状部内に収容される。

また、一組のエンドプレート１１ａ、１１ｂは、互いに平行に配置されており、図５に示すように、複数の蓄電セル１０の積層方向における両側を加圧する一組の対向面の対向間隔がｈ_１となる。なお、この対向間隔ｈ_１は、エンドプレート１１ａ、１１ｂによって加圧された状態での複数の蓄電セル１０の積層方向に対する高さと、スペーサ部材３０の厚みを含めた高さに相当する。対向間隔ｈ_１は、蓄電セル１０の積層方向に対するブラケット１２ａ、１２ｂの長さを一定にしたり、他の構造を用いたりすることで、一定に規定されている。また、対向間隔ｈ_１は、製造される蓄電モジュール１における複数の蓄電セル１０の積層方向に対する高さを実質的に決定するものであり、製品管理上、個々の蓄電モジュール１毎に一定であることが望ましい。対向間隔ｈ_１と積層高さｈ_０は、積層高さｈ_０＋Ｄ＞対向間隔ｈ_１の関係を満たしている。つまり、積層された蓄電セル１０は、自重によって生じる加圧力を除き、外部から加圧されていない無加圧状態にあり、積層高さｈ_０になっている。その後、積層された蓄電セル１０は、外装部材２０によって加圧されることで、高さが対向間隔ｈ_１になり、外装部材２０によって固定される。

また、図５に示すように、蓄電モジュール１では、積層方向に隣接する蓄電セル１０同士の電極タブ３ａ、３ｂが、端子接続部材４ａ、４ｂを介して電気的に接続されている。蓄電セル１０の積層方向における最下層の蓄電セル１０と、最下層から２番目の蓄電セル１０は、電極タブ３ａ同士が、接続端子部材４ａによって接続される。また、最下層の蓄電セル１０の電極タブ３ａと、最下層から２番目の蓄電セルの電極タブ３ａのうち、一方の電極タブ３ａが正極であり、他方の電極タブ３ａが負極である。

また、最下層から２番目の蓄電セル１０の電極タブ３ｂと、最下層から３番目の蓄電セル１０の電極タブ３ｂは、端子接続部材４ｂによって接続される。また、最下層から２番目の蓄電セル１０の電極タブ３ｂと、最下層から３番目の蓄電セル１０の電極タブ３ｂのうち、一方の電極タブ３ｂが正極であり、他方の電極タブ３ｂが負極である。また、同一の蓄電セル１０の電極タブ３ａと電極タブ３ｂは、一方が正極であり、他方が負極である。すなわち、蓄電セル１０は、図５において上下方向に隣接して配置された電極タブ３ａと電極タブ３ｂのそれぞれは、上下の順序で、正極と負極の組み合わせ、または負極と正極の組み合わせである。したがって、厚み方向に積層された複数の蓄電セル１０は、隣接する蓄電セル１０の電極タブ３ａ同士及び電極タブ３ｂ同士が直列に接続されている。

なお、接続端子部材４ａ、４ｂとしては、バスバーが用いられるが、電極タブ３ａ同士及び電極タブ３ｂ同士を電気的に接続する構成が、バスバーを用いた接続に限定されるものではない。電極タブ３ａ同士及び電極タブ３ｂ同士は、溶接によって接続されてもよい。

［スペーサ部材の厚み］
実施例の蓄電モジュール１が有するスペーサ部材３０の厚みについて説明する。

実際の蓄電モジュール１を製造するために用いる蓄電セル１０は、製造時のバラツキによって、厚みにバラツキが生じており、個々の蓄電セル１０の厚みが異なっている。したがって、例えば、最初に製造された蓄電モジュール１の積層高さｈ_０と、次に製造された蓄電モジュール１の積層高さｈ_０とが同じにならない可能性がある。蓄電モジュール１の積層高さｈ_０が異なる場合、外装部材２０を組み付けて蓄電セル１０を加圧したとき、最初の蓄電モジュール１の蓄電セル１０に加わる加圧力と、次の蓄電モジュール１の蓄電セル１０に加わる加圧力とが異なってしまう。そこで、本実施例では、個々の蓄電モジュール１毎において、蓄電セル１０に加わる加圧力を均一にするために、蓄電セル１０の積層高さｈ_０を調整するためのスペーサ部材３０を用いる。

ここで、蓄電セル１０の厚み方向に対する弾性率（ヤング率）をＹとする。また、外装部材２０によって複数の蓄電セル１０の積層方向における両側から加圧して、蓄電セル１０に加える所定の加圧力をＰとし、外装部材２０のエンドプレート１１ａ、１１ｂにおいて前記両側を加圧する一組の加圧面の対向間隔をｈ_１とする。また、無加圧状態での積層高さをｈ_０とする。このとき、スペーサ部材３０の厚みＤは、
Ｄ＝ｈ_１−（１−Ｐ／Ｙ）×ｈ_０ ・・・式１
を満たすように設定される。

式１において、（Ｐ／Ｙ）が厚み方向に対する歪み率に相当し、（１−Ｐ／Ｙ）×ｈ_０の値が、加圧力Ｐを加えた状態での蓄電セル１０の積層高さに相当する。蓄電セル１０の厚み方向に対する弾性率Ｙは、蓄電セル１０毎に異なるが、その差が小さいので、ほぼ一定として扱う。また、加圧力Ｐの値は、用いる蓄電セル１０の特性に応じて適切な範囲を設定することができる。

上述した式１によれば、蓄電モジュール１の製造時において複数の蓄電セル１０毎の加圧力を個々に測定する必要がなくなる。つまり、あらかじめ把握している蓄電セル１０の弾性率Ｙと、積層した蓄電セル１０の積層高さｈ_０の値とに基づいて、スペーサ部材３０の厚みＤを適切に選択する。そして、厚みＤを有するスペーサ部材３０を用いることで、蓄電セル１０に加わる加圧力Ｐを容易に一定にすることができる。

また、積層高さｈ_０は、蓄電セル１０の製造時に生じるバラツキのために、蓄電モジュール１毎に異なる値になる。そこで、積層高さｈ_０の最大値をｈ_{０−ｍａｘ}とする。一例として、ｈ_０＝ｈ_{０−ｍａｘ}であるときにＤ＝０となるように対向間隔ｈ_１を設定することが好ましい。つまり、この場合には、式１を用いることにより、Ｄ＝ｈ_１−（１−Ｐ／Ｙ）＊ｈ_{０−ｍａｘ}＝０とすれば、
ｈ_１＝（１−Ｐ／Ｙ）×ｈ_{０−ｍａｘ} ・・・式２
となる。したがって、式２を満たすように、エンドプレート１１ａ、１１ｂの対向間隔ｈ_１を設定することで、スペーサ部材３０を用いることが抑えられる。言い換えると、製造される蓄電モジュール１全体の高さが必要最小限に抑えられ、蓄電モジュール１の小型化を図ることができる。

また、スペーサ部材３０は、厚み方向に対して分割された複数のスペーサ部材３０によって構成されてもよい。この場合、複数のスペーサ部材３０は、複数の蓄電セル１０の積層方向における異なる蓄電セル１０に隣接して配置されている。スペーサ部材３０は、蓄電セル１０の積層方向における両端にそれぞれ配置されてもよい。例えば、厚みＤが３．０ｍｍのスペーサ部材３０を用いる場合は、上下方向に対して積層された蓄電セル１０の最上層の蓄電セル１０の上及び最下層の蓄電セル１０の下に、例えば厚みが１．５ｍｍのスペーサ部材３０がそれぞれ配置されてもよい。この場合においても、単一のスペーサ部材３０を用いる場合と同一の効果を得ることができる。加えて、複数のスペーサ部材３０を用いることによって、例えば、厚みが異なる複数種類のスペーサ部材３０を組み合わせて用いることが可能になるので、所望の厚みを有するスペーサ部材３０を容易に構成することができる。

また、複数のスペーサ部材３０は、蓄電セル１０の積層方向における異なる位置に配置される構成に限定されるものではなく、必要に応じて、複数のスペーサ部材３０を重ねて配置してもよい。なお、スペーサ部材３０を蓄電セル１０に隣接して配置する構成は、例えば、スペーサ部材３０が放熱板及び接着シートを介して蓄電セル１０の主面５ａ、５ｂに隣接する構成、すなわちスペーサ部材３０が蓄電セル１０に直接的に接していない構成も含まれる。

また、スペーサ部材３０は、常時、加圧状態で用いることを前提とした部材であるので、長時間使用された場合においても、厚みが大きく変化しないことが求められる。そのため、スペーサ部材３０の材料としては、６０℃の環境下でスペーサ部材３０を加圧力１０ＭＰａで加圧した場合における１０００時間経過時のクリープ率が２．０％以下である材料を用いることが好ましい。スペーサ部材３０の材料としては、例えば、アルミニウム合金及びステンレス等の金属材、または比較的高い耐圧縮性を有するプラスチック等の樹脂材が適する。しかし、スペーサ部材３０の材料として、ゴム、エラストマー等の軟質材料、及びポリスチレン樹脂等のクリープ率が比較的大きい材料は適さない。

［スペーサ部材の外形寸法］
図６は、実施例の蓄電モジュール１が有するスペーサ部材３０の大きさと、蓄電セル１０及びエンドプレート１１ａ、１１ｂの大きさとの関係を説明するための断面図である。図６には、矩形状の蓄電セル１０の長辺方向における一端側から見た断面図を示す。

図６に示すように、蓄電セル１０の、電極タブ３ａ及び電極タブ３ｂが配置された長辺と交差する短辺方向に対して、蓄電セル１０内に収容されている電極積層体６が長さＡを有する。この長さＡは、ラミネートフィルムを封止した部分を除き、蓄電セル１０の容器５内の正極材料、負極材料、セパレータ、及び電解液等の主な構成部材が包まれている部分に対応する。また、蓄電セル１０の長さＡは、蓄電セル１０の短辺方向に対する、膨出部７の平坦面７ａの長さに相当する。

蓄電セル１０の短辺方向に対する、スペーサ部材３０の長さＢは、蓄電セル１０の電極積層体６の長さＡ以上であることが望ましい。また、蓄電モジュール１において、スペーサ部材３０の外形寸法が大きくなり過ぎるのを避けて、蓄電モジュール１の体積の増加を防ぐことが望ましい。このため、スペーサ部材３０の長さＢは、蓄電セル１０の短辺方向に対する、エンドプレート１１ａ、１１ｂの長さＣ以下であることが望ましい。ここでは、蓄電セル１０の短辺方向に対する各長さＡ、Ｂ、Ｃの関係について説明したが、蓄電セル１０の長辺方向に対する長さの関係についても、上述と同様の関係を有する。

言い換えると、スペーサ部材３０は、蓄電セル１０の膨出部７の全域に接触するような外形寸法を有することが好ましい。つまり、蓄電セル１０の長辺方向及び短辺方向に対して、スペーサ部材３０の長さＢが、蓄電セル１０の膨出部７の長さＡよりも小さい場合には、スペーサ部材３０の主面の面積が、蓄電セル１０の膨出部７の平坦面７ａの面積よりも小さくなる。このため、スペーサ部材３０が蓄電セル１０を加圧したときに、蓄電セル１０の膨出部７には、スペーサ部材３０によって加圧されない領域が生じてしまう。このような加圧力の不均一が生じた場合には、蓄電セル１０の寿命に影響が及ぶことがある。そのため、蓄電セル１０の長辺方向及び短辺方向に対する、スペーサ部材３０の長さＢは、蓄電セル１０の長さＡ以上に設定される。

また、スペーサ部材３０は、主面の全域に、エンドプレート１１ａ、１１ｂの主面が接触する外形寸法を有することが好ましく、蓄電モジュール１の大型化を防ぐことができる。

［弾性率Ｙの測定方法］
蓄電セル１０の厚み方向に対する弾性率Ｙは、周囲温度２５℃及び相対湿度５０％の条件下で、膨出部７の平坦面７ａに垂直な方向から膨出部７に加える荷重σと、そのときの膨出部７の厚みの歪み値εの関係を測定し、式３を用いて算出することができる。
Ｙ＝σ÷ε ・・・式３
図７はその一例を示しており、蓄電セル１０の厚み方向に荷重σを加えた時の蓄電セル１０の厚みの歪み値σを表示したものである。其々の測定値の一次近似線の傾きから弾性率Ｙは３．１ＭＰａとなる。

［加圧力Ｐの範囲］
ここで加圧力Ｐについて記述する。加圧力Ｐは蓄電セル１０の耐久性によって決定することができ、０．０２５ＭＰａ〜０．０５５ＭＰａの範囲であることが好ましい。図８に蓄電セルの定電圧フロート試験における加圧力Ｐと放電容量維持率の関係を示す。図８のグラフは、定電圧フロート試験を行う前の放電容量を１としたときに、定電圧フロート試験後の放電容量を比率を求め、更に加圧力０．０５ＭＰａのときの放電容量維持率の値を１として規格化したグラフである。放電容量の測定については後述する。

図８の試験結果に依れば、加圧力Ｐを０．０２５ＭＰａ〜０．０５５ＭＰａの範囲に設定することによって、放電容量維持率を高く保つことができ、０．０２５ＭＰａ未満の加圧力Ｐでは放電容量維持率が低くなってしまう。また、別の検討によって、加圧力Ｐを０．０５５ＭＰａ超にすると、蓄電セル１０の内部の電極積層体に応力が掛かり過ぎてしまい、好ましい特性が得られないことが明らかになっている。

定電圧フロート試験の詳細な条件は、６０℃の恒温槽の中で蓄電セル１０に加圧力Ｐを掛け、定電圧電源を用いて電圧３．８Ｖを印加して１３５時間を経過させるものである。その後、２５℃の環境において加圧力Ｐを掛けた状態のままで、蓄電セル１０の仕様電圧範囲内で放電レートが１．８の電流値で放電させて、放電容量を測定した。

［蓄電モジュールの製造工程］
以上のように構成された蓄電モジュール１の製造工程について、図面を参照して説明する。図９は、実施例の蓄電モジュール１の製造工程を説明するためのフローチャートである。図１０は、実施例の蓄電モジュール１の製造工程において、複数の蓄電セル１０が積層された状態を示す断面図である。図１１は、実施例の蓄電モジュール１の製造工程において、蓄電セル１０の積層方向にスペーサ部材３０が配置された状態を示す断面図である。図１２は、実施例の蓄電モジュール１の製造工程において、積層された蓄電セル１０がスペーサ部材３０を介して加圧される状態を示す断面図である。なお、蓄電モジュール１を製造する際には、上述した式１を用いるために、蓄電セル１０の弾性率Ｙ、蓄電セル１０に加える加圧力Ｐ、及びエンドプレート１１ａ、１１ｂの対向間隔ｈ_１を設定し、あらかじめ把握しておく必要がある。

図９に示すように、実施例の蓄電モジュール１の製造工程は、第１の工程から第５の工程を有する。図９及び図１０に示すように、第１の工程では、作業者が複数の蓄電セル１０を厚み方向に積層する（ステップＳ１）。このとき、作業者は、蓄電セル１０同士において、蓄電セル１０の主面５ａが、隣接する蓄電セル１０の主面５ｂに接触するように、蓄電セル１０の積層方向に対して膨出部７の向きを揃えて重ねる。また、第１の工程では、作業者が必要に応じて、積層される蓄電セル１０同士の間に、放熱板及び接着シート等を配置してもよい。続いて、第２の工程では、作業者が複数の蓄電セル１０の積層方向に対する積層高さｈ_０を測定する（ステップＳ２）。なお、第２の工程を行う代わりに、あらかじめ個々の蓄電セル１０の厚みを測定し、その測定結果を用いて、積層高さｈ_０を算出する工程を行ってもよい。

次に、第３の工程では、第２の工程で測定された測定結果を用いて、作業者が上述した式１を用いてスペーサ部材３０の厚みＤを算出する（ステップＳ３）。第３の工程では、算出されたスペーサ部材３０の厚みＤに基づいて、あらかじめ用意された複数種類の厚みのスペーサ部材３０から、適切な厚みのスペーサ部材３０を作業者が選択する。また、このとき、厚みが異なる複数種類のスペーサ部材３０を組み合わせて用いてもよい。

続いて、図９及び図１１に示すように、第４の工程では、上述した式１を満たすスペーサ部材３０を、作業者が、複数の蓄電セル１０の積層方向における最上層の蓄電セル１０の上に配置する（ステップＳ４）。このとき、スペーサ部材３０は、複数の蓄電セル１０の間、または蓄電セル１０の積層方向における最下層の蓄電セル１０の下に配置されてもよい。また、スペーサ部材３０は、蓄電セル１０の膨出部７の平坦面７ａ全域を覆うように配置される。これにより、スペーサ部材３０は、膨出部７全体を加圧する。

最後に、図９及び図１２に示すように、作業者は、スペーサ部材３０を配置して積層された複数の蓄電セル１０に、エンドプレート１１ａ、１１ｂ及びブラケット１２ａ、１２ｂを組み付ける（ステップＳ５）。作業者は、積層された複数の蓄電セル１０の最上層の蓄電セル１０の上、及び最下層の蓄電セル１０の下に、エンドプレート１１ａ、１１ｂをそれぞれ配置する。エンドプレート１１ａ、１１ｂは、ブラケット１２ａ、１２ｂによって連結される。これにより、積層された複数の蓄電セル１０は、エンドプレート１１ａ、１１ｂ及びブラケット１２ａ、１２ｂによって固定されると共に、蓄電セル１０の積層方向に対して加圧される。

なお、上述した各工程の順序に限定されるものではなく、必要に応じて、第２の工程が、蓄電セル１０の積層高さｈ_０を算出する工程である場合、第２の工程が第１の工程の前に行われてもよい。また、この場合、スペーサ部材３０の厚みを算出する第３の工程は、第２の工程に含まれてもよい。また、蓄電モジュール１の製造工程は、電極タブ３ａ、３ｂを電気的に接続する工程を更に有してもよい。また、蓄電モジュール１の製造工程は、積層された蓄電セル１０、スペーサ部材３０、エンドプレート１１ａ、１１ｂ及びブラケット１２ａ、１２ｂを組み付けた組み立て品を、外装ケースに収容する工程を更に有してもよい。

実施例の蓄電モジュール１の製造方法は、複数の蓄電セル１０を積層する工程と、厚みＤが式１を満たすスペーサ部材３０を配置する工程と、スペーサ部材３０を配置して積層された複数の蓄電セル１０を、外装部材２０によって加圧する工程と、を有する。このように、厚みＤを有するスペーサ部材３０を用いることで、個々の蓄電セル１０の厚みのバラツキに起因する複数の蓄電セル１０の積層高さｈ_０のバラツキに伴って、蓄電セル１０に加わる加圧力Ｐが変動することが抑えられる。その結果、積層された複数の蓄電セル１０が加圧される加圧力Ｐを、０．０２５ＭＰａ〜０．０５５ＭＰａの範囲内で、個々の蓄電モジュール１において均一化することができる。

また、実施例におけるスペーサ部材３０は、厚み方向に対して分割された複数のスペーサ部材３０からなり、複数のスペーサ部材３０が、複数の蓄電セル１０の積層方向における異なる蓄電セル１０に隣接して配置されている。これにより、厚みが異なる複数種類のスペーサ部材３０を組み合わせることで、所望の厚みＤのスペーサ部材３０を容易に構成することが可能になる。このため、所望の厚みのスペーサ部材３０を配置する工程での作業性を高めることができる。

また、実施例において、蓄電セル１０は、厚み方向に膨出した膨出部７が形成された主面５ａを有する。スペーサ部材３０は、膨出部７の全域に接触して設けられている。これにより、スペーサ部材３０によって加圧される蓄電セル１０の主面５ａ、５ｂの面内方向において加圧状態が不均一になることを防ぎ、蓄電セル１０を積層方向に対して適正に加圧することが可能になる。

また、実施例におけるスペーサ部材３０は、６０℃の環境下でスペーサ部材３０を加圧力１０ＭＰａで加圧した場合における１０００時間経過時のクリープ率が２．０％以下である材料からなる。これにより、スペーサ部材３０を加圧状態で長時間使用した場合においても、スペーサ部材３０の厚みが大きく変化することが抑えられる。このため、蓄電モジュール１の使用時間に伴って、蓄電セル１０の加圧力Ｐが大きく変化することを防ぐことができる。

１ 蓄電モジュール
６ 電極積層体
１０ 蓄電セル
１１ａ、１１ｂ エンドプレート
１２ａ、１２ｂ ブラケット
１３ 締結部材
２０ 外装部材
３０ スペーサ部材
ｈ_０ 積層高さ
ｈ_１ 対向間隔

Claims (1)

1. 予め、製造された蓄電モジュールから導出した下記式１：
   Ｄ＝ｈ_１−（１−Ｐ／Ｙ）×ｈ_０ ・・・式１
   ｛式中、
   Ｙは、蓄電セルの厚み方向に対する弾性率であり、
   Ｐは、加圧機構によって複数の蓄電セルの積層方向における両側から０．０２５ＭＰａ〜０．０５５ＭＰａの範囲内で加圧して、前記蓄電セルに加える加圧力であり、
   ｈ _１ は、前記加圧機構で加圧する一組の加圧面の対向間隔であり、
   ｈ _０ は、前記複数の蓄電セルの積層方向における無加圧状態での積層高さであり、かつ
   Ｄは、スペーサ部材の厚みである。｝
   を利用して蓄電モジュールを製造する方法であって、以下の工程：
   （１）平板状をなす複数の蓄電セルを厚み方向に積層して、上記ｈ _０ を計測する工程；
   （２）上記ｈ _１ 、上記Ｐ／Ｙ、及び上記ｈ _０ から上記式１を利用して、上記Ｄを算出する工程；
   （３）算出したＤの厚みを満たすスペーサ部材を上記複数の蓄電セルの積層方向に積層する工程；及び
   （４）一対のエンドプレートを用いて、積層された蓄電セルを上記ｈ _１ となるまで加圧機構によって加圧する工程；
   を有する、蓄電モジュールを製造する方法。

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