(57)【要約】【課題】拘束時のセル群に掛かる面圧に偏りが生じることを防止し、高いレベルの電池性能を安定して発揮できる組電池を提供する。【解決手段】ここに開示される組電池は、複数の単セル１０が配列されたセル群Ａと、セル群を拘束する拘束部材とを備えている。この組電池の単セル１０は、正極と負極と固体電解質層とからなるシート材を積層させた積層型電極体１４と、当該積層型電極体を収容する外装体１１とを備えた全個体電池である。そして、ここに開示される組電池のセル群Ａは、配列方向Ｘに沿ったバネ定数の最小値Ｋ２に対するバネ定数を最大値Ｋ１の割合（Ｋ１／Ｋ２）が１以上３以下になるように構成されている。これによって、拘束時のセル群Ａに掛かる面圧に偏りが生じることを防止し、高いレベルの電池性能を発揮できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の配列方向に沿って複数の単セルが配列されたセル群と、前記配列方向に沿って前記セル群を拘束する拘束部材とを備えた組電池であって、
前記単セルは、正極と負極と固体電解質層とからなる複数のシート材を積層させた積層型電極体と、当該積層型電極体を収容するラミネートフィルム製の外装体とを備えた全個体電池であり、
前記セル群は、正面視において、前記配列方向に沿ったバネ定数が最も大きい領域における前記バネ定数を最大値Ｋ１とし、前記バネ定数が最も小さい領域における前記バネ定数を最小値Ｋ２としたとき、前記最大値Ｋ１と最小値Ｋ２との関係が下記の式（１）を満たすように構成されている、組電池。
１≦Ｋ１／Ｋ２≦３    （１）
【請求項２】
前記セル群は、正面視において、複数の前記積層型電極体の総厚さが最も大きい領域における前記総厚さを最大値Ｔ１とし、前記総厚さが最も小さい領域における前記総厚さを最小値Ｔ２としたとき、前記最大値Ｔ１と前記最小値Ｔ２との関係が下記の式（２）を満たすように構成されている、請求項１に記載の組電池。
１≦Ｔ１／Ｔ２≦１．０１    （２）
【請求項３】
各々の前記積層型電極体の幅方向の一方の端部に最厚部が形成され、他方の端部に最薄部が形成されており、隣接する２つの単セルの間で一方の単セルの積層型電極体の最厚部が他方の単セルの積層型電極体の最薄部と隣接するように前記セル群が構成されている、請求項２に記載の組電池。
【請求項４】
各々の前記シート材の幅方向の一方の端部に最厚部が形成され、他方の端部に最薄部が形成されており、隣接する２つのシート材の間で一方のシート材の最厚部が他方のシート材の最薄部と隣接するように前記積層型電極体が構成されている、請求項２に記載の組電池。
【請求項５】
各々の前記積層型電極体の幅方向の中心部に最厚部が形成され、幅方向の両端部に最薄部が形成されており、隣接する２つの単セルの間で一方の単セルの積層型電極体の最厚部が他方の単セルの積層型電極体の最薄部と隣接するように、前記外装体の幅方向の中心から前記積層型電極体の幅方向の中心をずらした状態で前記積層型電極体が前記外装体の内部に収容されている、請求項１に記載の組電池。
【請求項６】
前記積層型電極体のヤング率が０．１ＧＰａ以上である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単セルとして全固体電池が複数配列されたセル群を備えた組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの高出力の二次電池は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等の電源として重要性が高まっている。かかる高出力の二次電池の形態の一例として、電解質として電解液を使用する液系電池や、固体電解質を使用する全固体電池等が挙げられる。例えば、全固体電池は、正極シートと負極シートと固体電解質層とからなる複数のシート材を積層させた積層型電極体と、当該積層型電極体を収容するラミネートフィルム製の外装体とを備えている。
【０００３】
上記全固体電池は、例えば、組電池の状態で使用され得る。かかる組電池は、単セルとして全固体電池が複数配列されたセル群と、該単セルの配列方向に沿ってセル群を拘束する拘束部材とを備えている。かかる組電池の一例として、特許文献１に記載の組電池が挙げられる。当該特許文献１に記載の組電池では、ラミネート電池（全固体電池）が複数枚積層されており、当該複数のラミネート電池がエンドプレート（拘束部材）によって拘束されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１５７５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、単セルとして複数の全固体電池を備えた組電池では、使用する単セルの個数に応じた性能が想定されるが、当該電池性能が想定よりも低くなることがあり、かかる問題を解決できる技術が望まれていた。これに対し、本発明者は、種々の検討を行い、単セルとして全固体電池を用いた組電池において、拘束時にセル群に掛かる面圧に偏りが生じると、想定よりも電池性能が低下することを突き止めた。
【０００６】
具体的には、全固体電池の電極体には、複数のシート材（正極、負極、固体電解質層）を積層させた積層型電極体が用いられるが、拘束時のセル群に掛かる面圧に偏りが生じると、面圧が弱い領域においてシート材の間に空隙が形成されることがある。この場合、当該空隙が形成された部分で適切な充放電反応が行われなくなるため、電池抵抗の上昇などの性能低下が生じ得る。
【０００７】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、拘束時のセル群に掛かる面圧に偏りが生じることを防止し、高いレベルの電池性能を安定して発揮できる組電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を実現するべく、本発明によって以下の構成の組電池が提供される。
【０００９】
ここで開示される組電池は、所定の配列方向に沿って複数の単セルが配列されたセル群と、配列方向に沿ってセル群を拘束する拘束部材とを備えている。かかる組電池の単セルは、正極と負極と固体電解質層とからなる複数のシート材を積層させた積層型電極体と、当該積層型電極体を収容するラミネートフィルム製の外装体とを備えた全個体電池である。そして、ここに開示される組電池において、セル群は、正面視において、配列方向に沿ったバネ定数が最も大きい領域におけるバネ定数を最大値Ｋ１とし、バネ定数が最も小さい領域におけるバネ定数を最小値Ｋ２としたとき、最大値Ｋ１と最小値Ｋ２との関係が下記の式（１）を満たすように構成されている。
１≦Ｋ１／Ｋ２≦３    （１）
【００１０】
本発明者は、上述した課題を解決するために、全固体電池を単セルとした組電池において面圧の偏りが生じる原因を検討し、以下の知見を見出した。
一般に、電極体を構成するシート材の厚みには、合材層形成時の塗工ムラや圧延時の圧力ムラ等によって製造公差（寸法誤差）が生じ得る。液系電池の場合には、ケース内に充填された電解液が緩衝材として機能するため、上記製造公差が拘束圧に与える影響は非常に小さなものになる。一方、全固体電池の内部には、電解液が充填されていないため、シート材の製造公差が拘束圧に与える影響が大きくなる傾向がある。そして、複数のシート材を積層させて積層型電極体を形成し、当該積層型電極体を有する単セルを複数配列してセル群を構築すると、上記製造公差による影響が大きくなって、配列方向に沿ったセル群の弾性が正面視において不均一になる。このような正面視において弾性が不均一なセル群を拘束すると、面圧の偏りが生じて電池性能の低下につながるおそれがある。
【００１１】
本発明者らは、上述の知見に基づいて、配列方向に沿った弾性が正面視において均一になる（すなわち、正面視においてバネ定数が最も大きくなる領域で得られるバネ定数の最大値Ｋ１と、バネ定数が最も小さくなる領域で得られるバネ定数の最小値Ｋ２とが、Ｋ１／Ｋ２≦３の関係を満たす）ようにセル群を構成することによって、当該セル群を拘束した際の面圧を均一にできると考えた。そして、上記セル群の弾性を正面視において均一にすることによる効果を実験によって確認し、本発明を完成させた。
【００１２】
ここに開示される組電池の好ましい一態様において、セル群は、正面視において、複数の積層型電極体の総厚さが最も大きい領域における総厚さを最大値Ｔ１とし、総厚さが最も小さい領域における総厚さを最小値Ｔ２としたとき、最大値Ｔ１と最小値Ｔ２との関係が下記の式（２）を満たすように構成されている。
１≦Ｔ１／Ｔ２≦１．０１    （２）
【００１３】
配列方向に沿った弾性が正面視において均一なセル群の一例として、セル群に含まれる積層型電極体の厚さの合計（積層型電極体の総厚さ）が正面視において均一なセル群が挙げられる。積層型電極体の総厚さは、セル群の配列方向における弾性に大きな影響を与えるため、これを正面視において均一にすることにより、セル群を拘束した際の面圧の偏りを容易に防止できる。
【００１４】
上記積層型電極体の総厚さを正面視において均一にする態様では、各々の積層型電極体の幅方向の一方の端部に最厚部が形成され、他方の端部に最薄部が形成されており、隣接する２つの単セルの間で一方の単セルの積層型電極体の最厚部が他方の単セルの積層型電極体の最薄部と隣接するようにセル群が構成されていると好ましい。
【００１５】
本態様のように、最厚部と最薄部を有した積層型電極体を敢えて形成し、複数の積層型電極体の総厚さが正面視において均一になるように、単セルを配列してセル群を構築することによって、シート材作製時に生じ得る製造公差の影響を小さくすることができる。このため、本態様によると、積層型電極体の総厚さが正面視において均一なセル群を容易に構築できる。
【００１６】
また、上記積層型電極体の総厚さを正面視において均一にする態様では、各々のシート材の幅方向の一方の端部に最厚部が形成され、他方の端部に最薄部が形成されており、隣接する２つのシート材の間で一方のシート材の最厚部が他方のシート材の最薄部と隣接するように積層型電極体が構成されている。
【００１７】
本態様のように、最厚部と最薄部を有したシート材を敢えて形成し、複数の積層型電極体の各々の厚さが正面視において均一になるようにシート材を積層させた場合でも、シート材作製時に生じ得る製造公差の影響を小さくすることができる。このため、本態様の場合でも、積層型電極体の総厚さが正面視において均一なセル群を容易に構築できる。
【００１８】
ここに開示される組電池の好ましい一態様では、各々の積層型電極体の幅方向の中心部に最厚部が形成され、幅方向の両端部に最薄部が形成されており、隣接する２つの単セルの間で一方の単セルの積層型電極体の最厚部が他方の単セルの積層型電極体の最薄部と隣接するように、外装体の幅方向の中心から積層型電極体の幅方向の中心をずらした状態で積層型電極体が外装体の内部に収容されている。
【００１９】
配列方向の沿った弾性が正面視において均一なセル群の他の例として、本態様におけるセル群が挙げられる。本態様におけるセル群では、外装体内における積層型電極体の収容位置を調節することによって、配列方向の沿った弾性を正面視において均一にしている。かかる態様を採用した場合でも、拘束時のセル群に掛かる面圧に偏りが生じることを防止し、高いレベルの電池性能を安定して発揮できる。
【００２０】
また、ここに開示される組電池の好ましい一態様では、積層型電極体のヤング率が０．１ＧＰａ以上である。
このような高ヤング率の積層型電極体は、外圧に対して変形しにくいため、上記面圧の偏りを生じさせる可能性が高い。ここに開示される組電池は、このような積層型電極体が用いられている場合でも、面圧の偏りの発生を防止し、高いレベルの電池性能を安定して発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る組電池を模式的に示した側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態において用いられる単セルを模式的に示した正面図である。
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるセル群を模式的に示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるセル群を模式的に示す平面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における正極の作製の一例を説明する側面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態における正極の作製の一例を説明する正面図である。
【図８】圧延後の正極を模式的に示す正面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態における正極の作製の他の例を説明する側面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態における正極の作製の他の例を説明する正面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る組電池のセル群を模式的に示す平面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る組電池の積層型電極体を模式的に示す断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る組電池のセル群を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、ここで開示される組電池の一例として、リチウムイオン二次電池の全固体電池を単セルとして使用する組電池を説明する。なお、ここで開示される組電池において用いられ得る単セルは、全固体電池の形態を採るものであれば、リチウムイオン二次電池に限定されず、例えば、ニッケル水素電池などの他の二次電池などであってもよい。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。
【００２３】
また、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明する。なお、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。各図における符号Ｘは「（単セルの）配列方向」を指し、符号Ｙは「（単セルの）幅方向」を指し、符号Ｚは「（単セルの）高さ方向」を指す。また、本明細書では、図１中の配列方向Ｘの左側を「（配列方向Ｘの）上流側」と称し、右側を「下流側」と称する。そして、本明細書では、配列方向Ｘの上流側から組電池を見る際の視点を「正面視」と称する。なお、上述の規定は説明の便宜上定めたものであり、組電池の設置態様を限定することを意図したものではない。
【００２４】
１．第１の実施形態
（１）全体構成
図１は第１の実施形態に係る組電池を模式的に示した側面図である。図１に示すように、本実施形態に係る組電池１は、所定の配列方向Ｘに沿って複数（図１では４個）の単セル１０が配列されたセル群Ａと、当該配列方向Ｘに沿ってセル群Ａを拘束する拘束部材２０とを備えている。本実施形態に係る組電池１では、緩衝板等の圧力分散材が単セル１０間に挿入されておらず、各々の単セル１０が密着して配置されている。かかる各々の単セル１０は、正極端子１２と負極端子１３とからなる一対の電極端子を備えており、各々の端子がバスバー３０によって電気的に接続されている。
【００２５】
拘束部材２０は、配列方向Ｘの両外側に配置された一対の拘束板２２と、当該一対の拘束板２２を架橋する架橋部材２４とを備えている。この拘束部材２０は、一対の拘束板２２の間にセル群Ａを挟み込んで、セル群Ａを構成する各々の単セル１０に拘束圧を加える。このとき、積層型電極体１４を構成するシート材の間に空隙が生じることをより好適に防止するという観点から、拘束部材２０によって生じる拘束圧は、２０ｋＮ以上が好ましく、３０ｋＮ以上がより好ましく、４０ｋＮ以上がさらに好ましく、５０ｋＮ以上が特に好ましい。詳しくは後述するが、本実施形態によると、このような高い拘束圧をセル群Ａに加えた場合でも、面圧の偏りが生じることを容易に防止できる。一方、積層型電極体や外装体の破損を防止するという観点から、セル群Ａに掛かる拘束圧の上限は、３０００ｋＮ以下が好ましく、２０００ｋＮ以下がより好ましく、１０００ｋＮ以下がさらに好ましく、５００ｋＮ以下が特に好ましい。
【００２６】
（２）単セルの構造
図２は第１の実施形態において用いられる単セルを模式的に示した正面図である。また、図３は図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。上記した通り、本実施形態では、単セル１０としてリチウムイオン二次電池の全固体電池が用いられている。図２に示すように、かかる全個体電池（単セル１０）は、上述した一対の電極端子（正極端子１２、負極端子１３）の他に、積層型電極体１４と、当該積層型電極体１４を収容するラミネートフィルム製の外装体１１とを備えている。本実施形態では、幅方向Ｙにおいて、積層型電極体１４の中心と、外装体１１の中心とが揃うように、外装体１１の内部に積層型電極体１４が収容されている。
【００２７】
積層型電極体１４のヤング率は、０．１ＧＰａ以上であることが好ましく、０．５ＧＰａ以上であることがより好ましく、１ＧＰａ以上であることがさらに好ましく、１．５ＧＰａ以上であることが特に好ましい。一般に、積層型電極体１４のヤング率が高くなるにつれて、外圧に対する強度が向上する一方で、製造公差による面圧の偏りが生じやすくなる傾向がある。しかし、本実施形態に係る組電池によると、面圧の偏りを好適に防止できるため、このような高ヤング率の積層型電極体１４を好適に使用できる。なお、積層型電極体１４のヤング率の上限は、特に限定されず、４ＧＰａ以下であってもよく、３．５ＧＰａ以下であってもよく、３ＧＰａ以下であってもよく、２．５ＧＰａ以下であってもよい。
【００２８】
図３に示すように、本実施形態における積層型電極体１４は、正極１５と負極１６と固体電解質層１７とからなる複数のシート材を積層させることによって構成されている。以下、積層型電極体１４を構成する各層について説明する。
【００２９】
（ａ）正極
正極１５は、正極集電体１５ａと、正極集電体１５ａの表面（両面）に固着された正極合材層１５ｂとを備えている。正極集電体１５ａは、箔状の導電性部材（アルミニウム箔等）である。図示は省略するが、正極集電体１５ａは、正極端子１２（図１参照）に電気的に接続されている。正極合材層１５ｂは、少なくとも正極活物質を含んでいる。正極活物質は、電荷担体（例えばリチウムイオン）を可逆的に吸蔵および放出可能な材料である。正極活物質には、この種の二次電池に使用され得る材料を特に制限なく使用できる。かかる正極活物質の一例として、リチウムニッケル含有複合酸化物、リチウムコバルト含有複合酸化物、リチウムニッケルコバルト含有複合酸化物、リチウムマンガン含有複合酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン含有複合酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。なお、正極合材層１５ｂは、正極活物質以外の添加剤（例えば、バインダ、導電材等）を含んでいてもよい。当該他の添加剤については、リチウムイオン二次電池の正極合材層に添加し得る材料を必要に応じて使用でき、本発明を制限するものではないため詳細な説明を省略する。
また、全固体電池の正極合材層１５ｂには、上述の材料の他に、粉末状の電解質（固体電解質材料）が含まれている。固体電解質材料としては、後述の固体電解質層１７で使用される固体電解質材料と同種の材料を使用し得るため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３０】
（ｂ）負極
負極１６は、負極集電体１６ａと、負極集電体１６ａの表面（両面）に固着された負極合材層１６ｂとを備えている。負極集電体１６ａは、箔状の導電性部材（銅箔等）である。図示は省略するが、負極集電体１６ａは、負極端子１３（図１参照）に電気的に接続されている。負極合材層１６ｂは、少なくとも負極活物質を含んでいる。負極活物質は、電荷担体（例えばリチウムイオン）を可逆的に吸蔵および放出可能な材料である。負極活物質には、この種の二次電池に使用され得る材料を特に制限なく使用できる。かかる負極活物質の一例として、ハードカーボン、グラファイト、ホウ素添加炭素等の炭素材料が挙げられる。なお、負極合材層１６ｂは、負極活物質以外の添加剤（例えば、バインダ等）を必要に応じて含んでいてもよい。当該他の成分については、リチウムイオン二次電池の負極合材層に添加し得る材料を必要に応じて使用でき、本発明を制限するものではないため詳細な説明を省略する。また、本実施形態における全固体電池では、負極合材層１６ｂにも固体電解質層１７と同種の固体電解質材料が含まれている。
【００３１】
（ｃ）固体電解質層
固体電解質層１７は、正極１５と負極１６との間に配置されている。固体電解質層１７は、Ｌｉイオン伝導性を有し、かつ、絶縁性を有する粉末状の電解質（固体電解質材料）によって構成されている。特に限定はされないが、固体電解質材料には、硫化物固体電解質材料や酸化物固体電解質材料等が用いられ得る。
硫化物固体電解質としては、例えば、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２系、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ３系、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５系、Ｌｉ２Ｓ−ＧｅＳ２系、Ｌｉ２Ｓ−Ｂ２Ｓ３系、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｐ２Ｓ５系、Ｌｉ４ＳｉＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２系等のガラス若しくはガラスセラミックスが挙げられる。また、より高いイオン伝導性を実現するという観点から、硫化物固体電解質には、Ｌｉ２Ｓとハロゲン化リチウム（例えばＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ）とから構成されるＬｉ２Ｓベースの固溶体が好ましく用いられる。このような硫化物固体電解質の好適例として、ＬｉＢｒ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＢｒ−ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５等が挙げられる。これらの硫化物固体電解質材料は、酸化物固体電解質材料に比べてイオン伝導性に優れている。
一方、酸化物固体電解質材料としては、例えば、リチウムランタンジルコニウム含有複合酸化物（ＬＬＺＯ）、Ａｌドープ−ＬＬＺＯ、リチウムランタンチタン含有複合酸化物（ＬＬＴＯ）、Ａｌドープ−ＬＬＴＯ、リン酸リチウムオキシナイトライド（ＬＩＰＯＮ）等が例示される。これらの酸化物固体電解質材料は、硫化物固体電解質材料に比べて化学的安定性に優れている。
なお、固体電解質層１７は、固体電解質材料以外の各種添加剤（例えば、バインダ等）を含んでいてもよい。当該他の添加剤については、リチウムイオン二次電池の固体電解質層に添加し得る材料を必要に応じて使用でき、本発明を制限するものではないため詳細な説明を省略する。
【００３２】
（３）セル群の弾性
本実施形態に係る組電池１のセル群Ａは、配列方向Ｘに沿った弾性が正面視において均一である。これによって、拘束部材２０でセル群Ａを拘束した際にセル群Ａに掛かる面圧に偏りが生じることを防止し、高いレベルの電池性能を安定して発揮できる。
以下、本実施形態におけるセル群Ａの弾性について、図４および図５を参照しながら説明する。図４は第１の実施形態におけるセル群を模式的に示す斜視図である。なお、図１に示すように、本実施形態におけるセル群Ａは、複数の単セル１０を密着して配列させることによって構築されている。しかし、説明の便宜上、図４では、各々の単セル１０の間に所定の間隔が設けられた状態で、本実施形態におけるセル群Ａを示している。
【００３３】
上記したように、本実施形態におけるセル群Ａは、配列方向Ｘに沿った弾性が正面視において均一になるように構成されている。換言すると、本実施形態のセル群Ａは、正面視において、配列方向Ｘに沿ったバネ定数が最も大きい領域におけるバネ定数を最大値Ｋ１とし、バネ定数が最も小さい領域におけるバネ定数を最小値Ｋ２としたとき、最大値Ｋ１と最小値Ｋ２との関係が下記の式（１）を満たすように構成されている。なお、図４では、「バネ定数が最も大きい領域」として各単セル１０の領域Ａ１が重ねられた領域を示す。このバネ定数が最も大きい領域Ａ１は、セル群Ａの正面を幅方向Ｙに沿って複数（好ましくは３つ以上）の領域に分割し、各々の領域におけるバネ定数を測定した際に、最もバネ定数が大きくなった領域（バネ定数の最大値Ｋ１が得られた領域）を指す。一方、図４では、「バネ定数が最も小さい領域」として各単セル１０の領域Ａ２が重ねられた領域を示す。かかるバネ定数が最も小さい領域Ａ２は、上記分割された複数の領域のうち、最もバネ定数が小さくなった領域（バネ定数の最小値Ｋ２が得られた領域）を指す。なお、本明細書における「バネ定数」は、オートグラフを用いて、配列方向Ｘに沿った荷重を測定対象の領域に加えることで圧縮し、このときの荷重を変位量で除することによって測定された値である。
１≦Ｋ１／Ｋ２≦３    （１）
【００３４】
このように、配列方向Ｘに沿った弾性が正面視において均一なセル群Ａを構築することによって、拘束時にセル群Ａに掛かる面圧に偏りが生じることを防止できる。このため、本実施形態に係る組電池によると、積層型電極体１４（図３参照）を構成するシート材（正極１５、負極１６、固体電解質層１７）の間に空隙が生じることを防止し、高いレベルの電池性能を安定して発揮できる。
なお、セル群Ａに掛かる面圧に偏りが生じることをより確実に防止するという観点から、上記バネ定数の最小値Ｋ２に対するバネ定数の最大値Ｋ１の割合（Ｋ１／Ｋ２）の上限は、２以下であることが好ましく、１．５以下であることがより好ましい。
【００３５】
なお、セル群Ａの弾性を正面視において均一にする（Ｋ１／Ｋ２を３以下にする）ための具体的な構造には、種々の構造を採用することができる。以下、セル群Ａの弾性を正面視において均一にするための具体的な構造の一例について図５を参照しながら説明する。図５は第１の実施形態におけるセル群を模式的に示す平面図である。
【００３６】
図５に示すように、本実施形態に係る組電池は、セル群Ａに含まれる複数の積層型電極体１４の厚さの合計（積層型電極体の総厚さ）が正面視において均一になるように構成されている。一般に、ラミネートフィルム製の外装体を使用する全固体電池では、積層型電極体の総厚さが配列方向におけるセル群の弾性に大きな影響を与える。本実施形態では、この積層型電極体１４の総厚さを正面視において均一にすることにより、セル群Ａの弾性を正面視において均一にしている。
【００３７】
具体的には、本実施形態では、各々の単セル１０の積層型電極体１４の幅方向Ｙの一方の端部に最厚部１４ａが形成されており、他方の端部に最薄部１４ｂが形成されている。詳しくは後述するが、かかる最厚部１４ａと最薄部１４ｂを有した積層型電極体１４は、当該積層型電極体１４を構成する複数のシート材（図３中の正極１５、負極１６、固体電解質層１７）の各々に最厚部と最薄部を形成し、積層型電極体１４を作製する際に、各々のシート材の最厚部同士（最薄部同士）を積層させることによって作製できる。なお、バネ定数の均一化をより好適に行うという観点から、積層型電極体１４の最薄部１４ｂの厚みＴｂに対する最厚部１４ａの厚みＴａの割合（Ｔａ／Ｔｂ）は、１．０１以上であることが好ましく、１．０２以上であることがより好ましく、１．０３以上であることがさらに好ましく、１．０５以上であることが特に好ましい。また、上記Ｔａ／Ｔｂの上限値は、１．５以下であってもよく、１．４以下であってもよく、１．３以下であってもよい。なお、製造上の制約を考慮すると、Ｔａ／Ｔｂの上限値は、１．２以下程度が適当である。
【００３８】
そして、本実施形態におけるセル群Ａでは、隣接する２つの単セル１０の間で、一方の単セル１０の積層型電極体１４の最厚部１４ａが、他方の単セル１０の積層型電極体１４の最薄部１４ｂと隣接するように各々の単セル１０が配置されている。すなわち、本実施形態のセル群Ａでは、図５中の下方（幅方向Ｙの一方）に最厚部１４ａが配置される単セル１０ａと、図５中の上方（幅方向Ｙの他方）に最厚部１４ａが配置される単セル１０ｂとが交互に配置されている。
このように単セル１０ａ、１０ｂが配置されたセル群Ａでは、正面視において分割された複数の領域の何れにおいても積層型電極体１４の総厚さが略同一になる。換言すると、積層型電極体１４の総厚さが最も大きい領域における総厚さを最大値Ｔ１（ｍｍ）とし、総厚さが最も小さい領域における総厚さを最小値Ｔ２（ｍｍ）としたとき、最大値Ｔ１と最小値Ｔ２との関係が下記の式（２）を満たす。これによって、セル群Ａの弾性を正面氏において均一にする（上記式（１）を満たす）ことができるため、拘束時の面圧の偏りによる電池性能の低下を防止できる。
１≦Ｔ１／Ｔ２≦１．０１    （２）
【００３９】
また、本実施形態に係る組電池では、上記したように、緩衝板等の圧力分散材が単セル１０間に挿入されておらず、各々の単セル１０が密着して配列されている。このような圧力分散材は、拘束部材２０からの拘束圧を正面視において分散させ、セル群Ａに掛かる面圧の偏りを解消する機能を有している。しかし、組電池を使用する際の設置スペースには制限があるため、圧力分散材を挿入した分、各単セルのサイズが小さくなり、組電池全体のエネルギー密度が低下する原因になる。本実施形態に係る組電池によると、このような圧力分散材を使用せずに面圧の偏りを防止できるため、高いエネルギー密度を有する組電池を実現することにも貢献できる。
なお、ここでの「圧力分散材」とは、所定の厚さと剛性を有した板状部材であって、拘束部材２０からの拘束圧を均一な面圧に分散させて各々の単セル１０に伝達する機能を有した部材を指す。すなわち、本明細書における「圧力分散材が単セル間に挿入されていない」とは、拘束圧を分散させる機能を有さない薄いシート状の部材を単セル間に挿入する態様を包含する。
【００４０】
（４）組電池の作製
次に、本実施形態に係る組電池１を作製する手順を説明する。
【００４１】
（ａ）シート材の作製
本工程では、幅方向の一方の端部に最厚部が形成され、他方の端部に最薄部が形成されたシート材を作製する。ここでは、かかるシート材の作製手順の一例として、正極１５の作製手順を説明する。図６は第１の実施形態における正極の作製の一例を説明する側面図であり、図７は正面図である。
【００４２】
図６に示すように、正極１５を作製する際には、まず、正極合材層１５ｂの前駆物質である正極ペースト１５ｂ１を正極集電体１５ａの両面に塗工して乾燥させた後に一対の圧延ロールＲ１、Ｒ２で圧延する。これによって、乾燥した正極ペースト１５ｂ１が凝縮されて高密度の正極合材層１５ｂが形成され、当該正極合材層１５ｂが正極集電体１５ａの両面に固着される。このとき、本実施形態では、上記一対の圧延ロールＲ１、Ｒ２の軸方向の両端部に、圧延ロールＲ１、Ｒ２を正極集電体１５ａに向けて押圧する支持ロールＲ３、Ｒ４が配置されている（図７参照）。かかる支持ロールＲ３、Ｒ４によって圧延ロールＲ１、Ｒ２の両端部を押圧しながら正極１５の圧延を行うと、圧延ロールＲ１、Ｒ２の軸方向の中央部が径方向外側に向かって撓む。これによって、作製後の正極１５の幅方向Ｙの中央部が両端部よりも厚くなる（図８参照）。そして、作製後の正極１５を幅方向Ｙの中央ＣＬにおいて裁断することによって、一方の端部に最厚部１５ｃが形成され、他方の端部に最薄部１５ｄが形成された２つの正極１５を作製できる。なお、他のシート材（負極１６、固体電解質層１７）についても、正極１５と同じ手順に従って、最厚部と最薄部を形成できるため詳しい説明は省略する。
【００４３】
（ｂ）単セルの作製
本工程では、各々のシート材の間で最厚部が隣接するように、正極１５と固体電解質層１７と負極１６とを順次積層させることによって積層型電極体１４を作製する。これによって、作製後の積層型電極体１４の幅方向Ｙの一方の端部には、シート材の最厚部が積層された最厚部１４ａが形成される（図５参照）。同様に、積層型電極体１４の幅方向Ｙの他方の端部には、シート材の最薄部が積層された最薄部１４ｂが形成される。そして、かかる積層型電極体１４の正極１５に正極端子１２を接続し、負極１６に負極端子１３を接続した後、積層型電極体１４を外装体１１の内部に収容することによって単セル１０が作製される（図２参照）。
【００４４】
（ｃ）組電池の構築
次に、作製された単セル１０を配列してセル群Ａを構築する。このとき、図５に示すように、隣接する２つの単セル１０ａ、１０ｂの間で一方の単セル１０ａの積層型電極体１４の最厚部１４ａが他方の単セル１０ｂの積層型電極体１４の最薄部１４ｂと隣接するように、複数の単セル１０ａ、１０ｂを順次配列する。これによって、弾性が正面視において均一な（Ｋ１／Ｋ２が３以下の）セル群Ａが構築される。そして、図１に示すように、かかるセル群Ａを拘束部材２０で配列方向Ｘに沿って拘束することによって、本実施形態に係る組電池１が構築される。
【００４５】
上述の作製手順のように、最厚部１４ａと最薄部１４ｂを有した積層型電極体１４を意図的に形成し、当該積層型電極体１４の総厚さが正面視において均一になるように、単セル１０を配列することによって、シート材作製時に生じ得る製造公差の影響を小さくすることができる。このため、本実施形態によると、配列方向Ｘに沿った弾性が正面視において均一なセル群Ａを容易に構築できる。
【００４６】
なお、組電池を作製する手順は、上述した態様に限定されない。例えば、上述した態様では、図７および図８に示すように、圧延ロールＲ１、Ｒ２の軸方向の両端部に支持ロールＲ３、Ｒ４を配置することによって、幅方向の中央部が厚くなった正極１５（シート材）を作製している。そして、当該正極１５（シート材）の幅方向の中央ＣＬを裁断することによって、最厚部１５ｃと最薄部１５ｄを有する正極１５（シート材）を作製している。しかし、最厚部と最薄部を有するシート材を作製する方法は、上述の方法に限定されない。例えば、圧延ロールの軸方向の一方の端部のみに支持ロールを配置することによって、幅方向の一方の端部に最厚部が形成され、他方の端部に最薄部が形成されたシート材を作製できる。
【００４７】
また、支持ロール以外の装置を用いて、最厚部と最薄部を有するシート材を作製することもできる。例えば、図９に示すように、正極１５の作製では、圧延前の正極ペースト１５ｂ１の厚みを制御するためにスリットＳが用いられることがある。具体的には、正極の製造工程における搬送経路上にスリットＳを配置し、当該スリットＳを一定の高さｈに維持することによって、所望の厚みを超えて塗布された正極ペースト１５ｂ１が除去される。図１０に示すように、このペースト厚みを制御する工程において、幅方向Ｙの中央部における高さｈ１が両端部における高さｈ２よりも高くなるように下端部Ｓ１が湾曲したスリットＳを用いることによって、図８に示されるような幅方向Ｙの中央部が他の部分よりも厚い正極１５を作製できる。そして、この正極１５の幅方向Ｙの中央ＣＬを裁断することによって、最厚部１５ｃと最薄部１５ｄを有する正極１５を作製できる。
【００４８】
２．他の実施形態
以上、本発明の第１の実施形態に係る組電池について説明した。しかし、ここに開示される技術は、上述した実施形態に限定されず、他の形態を包含し得る。具体的には、ここに開示される組電池は、セル群のバネ定数が正面視において均一であることによって特徴付けられるものであり、かかるバネ定数を均一にするための具体的な構造は、上述した実施形態に限定されない。
【００４９】
（１）第２の実施形態
図１１は第２の実施形態に係る組電池のセル群を模式的に示す平面図である。図１１に示すように、第２の実施形態に係る組電池においても、幅方向Ｙの一方の端部に最厚部１４ａが形成され、他方の端部に最薄部１４ｂが形成された積層型電極体１４が用いられている。しかし、本実施形態では、配列方向Ｘの上流側から下流側に向かって、積層型電極体１４の最厚部１４ａが図中の上側に形成された単セル１０ａが連続して２個配列された後、最厚部１４ａが図中の下側に形成された単セル１０ｂが連続して２個配列されることによって、セル群Ａが構築されている。このようなセル群Ａを構築した場合でも、積層型電極体１４の総厚さが正面視において均一になる（上記式（２）を満たす）ため、配列方向Ｘに沿ったセル群Ａの弾性を正面視において均一にできる（上記式（１）を満たすセル群Ａを構築できる）。このため、本実施形態においても、拘束部材を装着させたときの面圧の偏りを防止し、高いレベルの電池性能を安定して発揮できる。
【００５０】
（２）第３の実施形態
上述した第１〜第２の実施形態では、最厚部１４ａと最薄部１４ｂを有する積層型電極体１４を用いている。しかし、ここに開示される組電池における積層型電極体は、最厚部と最薄部を有していなくてもよく、上述の実施形態に限定されない。
【００５１】
図１２は第３の実施形態に係る組電池の積層型電極体を模式的に示す断面図である。第３の実施形態では、積層型電極体１４を構成する複数のシート材（正極１５、負極１６、固体電解質層１７）の各々の幅方向Ｙの一方の端部に最厚部が形成され、他方の端部に最薄部が形成されている。具体的には、第２の実施形態では、正極１５の幅方向Ｙの一方（図１２中の左側）の端部に最薄部１５ｄが形成されており、他方（図１２中の右側）の端部に最厚部１５ｃが形成されている。また、固体電解質層１７の幅方向Ｙの一方の端部に最厚部１７ｃが形成されており、他方の端部に最薄部１７ｄが形成されている。そして、負極１６の一方の端部に最薄部１６ｄが形成されており、他方の端部に最厚部１６ｃが形成されている。
そして、隣接するシート材の間で一方のシート材の最厚部が他方のシート材の最薄部と隣接するように各々のシート材が積層されている。これによって、正面視において厚みが均一な積層型電極体１４を作製できる。そして、この正面視において厚みが均一な積層型電極体１４を有する単セルを順次配列すると、積層型電極体の総厚みが正面視において均一なセル群（上記式（２）を満たすセル群）を構築できる。
【００５２】
（２）第４の実施形態
上述の第１〜第３の実施形態に係る組電池は、セル群に含まれる複数の積層型電極体の総厚みを正面視において均一にすることによって、バネ定数が正面視において均一なセル群を構築している。しかし、バネ定数が正面視において均一なセル群を構築するための具体的な構造は、上述の実施形態に限定されず、積層型電極体の総厚みが正面視において均一でない場合でも、バネ定数が正面視において均一なセル群を構築することができる。
【００５３】
具体的には、第４の実施形態では、各単セル１０の積層型電極体１４の幅方向Ｙの中央部に最厚部１４ｅが形成され、両端部に最薄部１４ｆが形成されている。そして、隣接する２つの単セル１０ｃ、１０ｄの間で、一方の単セル１０ｃの積層型電極体１４の最厚部１４ｅが他方の単セル１０ｄの積層型電極体１４の最薄部１４ｆと隣接するように、外装体１１の幅方向Ｙの中心ＣＬ１から積層型電極体１４の幅方向Ｙの中心ＣＬ２をずらした状態で積層型電極体１４が外装体１１の内部に収容されている。具体的には、本実施形態では、外装体１１の中心ＣＬ１に対して、積層型電極体１４の中心ＣＬ２が図中の上側にずれた単セル１０ｃと、積層型電極体１４の中心が図中の下側にずれた単セル１０ｄとが交互に配置されている。かかる構造のセル群Ａにおいても、配列方向Ｘに沿ったバネ定数が正面視において均一になることが実験によって確認されている。
【００５４】
なお、図１３では、各々の単セル１０の外装体１１内部の幅方向Ｙの一方の側縁に隙間Ｃが生じている。かかる隙間Ｓの寸法は、セル群Ａの弾性を正面視において均一にするという観点から適宜調節すると好ましい。例えば、幅方向Ｙにおける外装体１１の長さＬ２に対する隙間Ｃの長さＬ１の割合（Ｌ１／Ｌ２）は、０．３以下であることが好ましく、０．２以下であることがより好ましく、０．１以下であることがさらに好ましく、０．０３以下であることが特に好ましい。
【００５５】
［試験例］
以下、本発明に関する試験例を説明するが、以下の試験例は本発明を限定することを意図したものではない。
【００５６】
１．各サンプルの作製
（１）単セルの材料
本試験例では、正極と固体電解質層と負極とを３０枚ずつ積層させた積層型電極体がラミネートフィルム製の外装体の内部に収容された全固体電池を単セルとして使用した。なお、本試験では、正極活物質としてリチウムニッケルクロムマンガン複合酸化物（ＮＣＭ）を使用し、固体電解質材料として硫化物固体電解質を使用し、負極活物質としてグラファイトを使用した。また、正極と負極と固体電解質層の各層にバインダとしてフッ素樹脂を使用した。
【００５７】
（２）サンプル１、２
サンプル１、２では、図５に示されるようなセル群Ａを構築した。すなわち、単セルの作製において、幅方向Ｙの一方の端部に最厚部１４ａを有し、かつ、他方の端部に最薄部１４ｂを有する積層型電極体１４を作製した。そして、隣接する単セル１０ａ、１０ｂの間で、一方の単セル１０ａの積層型電極体１４の最厚部１４ａが、他方の単セル１０ｂの積層型電極体の最薄部１４ｂと隣接するように、４個の単セルを順次配列させたセル群Ａを構築した。そして、構築したセル群Ａをアルミニウム製の拘束板で挟み込み、５０ｋＮの拘束圧で拘束した。なお、本試験では、積層型電極体の総厚さの最小値Ｔ２に対する最大値Ｔ１の割合（Ｔ１／Ｔ２）がサンプル１、２の各々で異なるように積層型電極体１４の厚みを調節した。各サンプルのＴ１／Ｔ２を表１に示す。
【００５８】
（３）サンプル３
サンプル３では、シート材や積層型電極体の何れにも最厚部や最薄部が形成されていない単セルを４個作製した。そして、各々の単セルを順次配列させることによってセル群を形成した。なお、他の条件については、上記サンプル１、２と同じ条件に設定した。
【００５９】
２．評価試験
サンプル１〜３のセル群Ａの正面を幅方向Ｙにおいて３個の領域に分割し、各々の領域におけるバネ定数をオートグラフを用いて測定した。そして、測定されたバネ定数の最小値Ｋ２に対する最大値Ｋ１の割合（Ｋ１／Ｋ２）を算出した。また、サンプル１〜３の各々について、拘束後の組電池の電池抵抗を測定した。結果を表１に示す。なお、表１中の「電池抵抗」は、サンプル１の電池抵抗を基準値（１．００）としたときの値である。
【００６０】
【表１】
2020161391.tif 000003
【００６１】
表１に示すように、サンプル１、２では、電池抵抗が１．０２以下という良好な電池性能が得られた。このことから、配列方向に沿った弾性が正面視において均一な（上記Ｋ１／Ｋ２が３以下の）セル群を構築することによって、高いレベルの電池性能を発揮できることが分かった。
【００６２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【符号の説明】
【００６３】
１                    組電池
１０、１０ａ〜１０ｄ  単セル
１１                  外装体
１２                  正極端子
１３                  負極端子
１４                  積層型電極体
１４ａ、１４ｅ        （積層型電極体の）最厚部
１４ｂ、１４ｆ        （積層型電極体の）最薄部
１５                  正極
１５ａ                正極集電体
１５ｂ                正極合材層
１５ｂ１              正極ペースト
１５ｃ                （正極の）最厚部
１５ｄ                （正極の）最薄部
１６                  負極
１６ａ                負極集電体
１６ｂ                負極合材層
１６ｃ                （負極の）最厚部
１６ｄ                （負極の）最薄部
１７                  固体電解質層
１７ｃ                （固体電解質層の）最厚部
１７ｄ                （固体電解質層の）最薄部
２０                  拘束部材
２２                  拘束板
２４                  架橋部材
３０                  バスバー
Ａ                    セル群
Ｃ                    隙間
Ｒ１、Ｒ２            圧延ロール
Ｒ３、Ｒ４            支持ロール
Ｓ                    スリット
Ｘ                    配列方向
Ｙ                    幅方向
Ｚ                    高さ方向
【図１】
2020161391.tif 000004
【図２】
2020161391.tif 000005
【図３】
2020161391.tif 000006
【図４】
2020161391.tif 000007
【図５】
2020161391.tif 000008
【図６】
2020161391.tif 000009
【図７】
2020161391.tif 000010
【図８】
2020161391.tif 000011
【図９】
2020161391.tif 000012
【図１０】
2020161391.tif 000013
【図１１】
2020161391.tif 000014
【図１２】
2020161391.tif 000015
【図１３】
2020161391.tif 000016