(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内に電極組立体及び電解液を収容した角型の蓄電装置が複数接続されて構成される蓄電モジュールであって、
複数の前記蓄電装置は、前記電極組立体における正極と負極とが積層される積層方向に沿って配列され、当該配列された状態で拘束され、
前記ケースの拘束されている側の面の厚みは、前記ケースの拘束されていない側の面の厚みよりも薄い、蓄電モジュール。
【請求項２】
前記拘束されている側の面における隣接部材と接触している部分の厚みが、少なくとも前記拘束されていない側の面の厚みよりも薄い、請求項１に記載の蓄電モジュール。
【請求項３】
前記隣接部材と前記接触している部分は、前記電極組立体の前記ケースとの接触面を含んでいる、請求項２に記載の蓄電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電装置は、正極と負極とがセパレータを介して積層された電極組立体及び電解液がケースに収容されて構成される。図３には、蓄電装置１００の一例（平断面図）を示しており、角型のケース１００ａに接触させて電極組立体１００ｂが収納されており、ケース１００ａ内が電解液１００ｃで満たされている。蓄電モジュールは、このように構成された複数の蓄電装置が所定の配列方向で配列された状態でエンドプレート間に拘束されている。例えば、特許文献１には、伝熱プレートを介在させて複数の単バッテリが列状に配列され、その両端部に配置された保持プレートに直尺ロットを渡してボルトで緊締したバッテリ組立体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１４８１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
単体で用いられる蓄電装置あるいは蓄電モジュールに組み込まれる蓄電装置に関係なく、蓄電装置は、長期使用した場合の劣化反応（例えば、電解液の分解反応）等により、ケース内にガスが発生する場合がある。ケース内にガスが発生すると、ケース内の圧力が高くなる。この高い内圧によって、ケースに膨れが発生し、ケースを変形させる可能性がある。このような変形の防止に必要なケースの耐圧強度を確保するために、ケースの各面の厚さを厚くする必要がある。特に、図３に示すように、角型の蓄電装置１００の断面形状が長方形状の場合、ケース１００ａの長辺側の面１００ｄの変形量が大きくなる。そのため、長辺側の面が変形しないようにケースの厚さを設計する必要があり、長辺側の面の厚さ及びそれ以外の各面の厚さも厚くなる。しかし、ケースの各面の厚さを厚くするほど、ケース内の空間部の容積が少なくなる。ケース内の容積が少なくなると、ケース内で確保できる電極組立体の厚さや体積が減少し、電極組立体の正極及び負極の各活物質の量が少なくなる。そのため、正極及び負極の各容量が少なくなり、蓄電装置（ひいては、蓄電モジュール）の体積エネルギ密度が減少する。
【０００５】
そこで、本技術分野においては、蓄電装置のケースの変形を抑制しかつ体積エネルギ密度を向上できる蓄電モジュールが要請されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る蓄電モジュールは、ケース内に電極組立体及び電解液を収容した角型の蓄電装置が複数接続されて構成される蓄電モジュールであって、複数の蓄電装置は、電極組立体における正極と負極とが積層される積層方向に沿って配列され、当該配列された状態で拘束され、ケースの拘束されている側の面の厚みは、ケースの拘束されていない側の面の厚みよりも薄い。
【０００７】
この蓄電モジュールは、複数の蓄電装置が所定の配列方向に沿って配列され、その配列された状態で拘束されている。各蓄電装置は、角型であり、角型のケース内に電極組立体や電解液が収容されている。複数の角型の蓄電装置が拘束されているので、角型のケースの側面のうち拘束されている側の面（隣接部材と接触している側の面であり、拘束荷重を受ける面である）と拘束されていない側の面がある。このケースの拘束されている側の面は、厚さを薄くしても両側から拘束荷重を受けているので、拘束されていない側の面よりも耐圧強度が高く、ケース内の圧力に対して変形し難い。そこで、この蓄電モジュールでは、拘束されている側の面の厚みを拘束されていない側の面の厚みよりも薄いケースとしている。ケースの拘束されている側の面の厚みを薄くしているので、ケース内の空間部の容積をその薄くした厚みに応じて増加できる。その分、電極組立体の厚み及び体積を増やして、正極及び負極の活物質の各量を増やすことができる。その結果、正極及び負極の各容量が増え、蓄電装置（ひいては、蓄電モジュール）の体積エネルギ密度が増加する。このように、この蓄電モジュールでは、拘束されている複数の蓄電装置において各ケースの拘束されている側の面の厚みを拘束されていない側の面の厚みよりも薄くすることにより、ケースの変形を抑制できるとともに体積エネルギ密度を向上させることができる。
【０００８】
一形態の蓄電モジュールでは、拘束されている側の面における隣接部材と接触している部分の厚みが、少なくとも拘束されていない側の面の厚みよりも薄い。ケースの拘束されている側の面の中でも隣接部材と接触している部分において、拘束荷重を受け、その拘束荷重を電極組立体に付加できる。したがって、この隣接部材と接触している部分の厚みを少なくとも拘束されていない側の面の厚みよりも薄くする。なお、隣接部材は、例えば、蓄電装置間に介在部材が無い場合には蓄電装置のケースであり、蓄電装置間に介在部材がある場合には介在部材となる伝熱部材や放熱部材等である。
【０００９】
一形態の蓄電モジュールでは、隣接部材と接触している部分は、電極組立体のケースとの接触面を含んでいる。複数の蓄電装置を拘束して拘束荷重を付加するのは、電極組立体に含まれる正極と負極との反応を均一にするためである。したがって、ケースの拘束されている側の面における隣接部材と接触している部分が電極組立体のケースとの接触面を含んでいないと、電極組立体における積層方向側の全面に拘束荷重を付加できず、電極組立体内で積層されている正極と負極との反応を均一にできない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蓄電装置のケースの変形を抑制できるとともに体積エネルギ密度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態に係る蓄電モジュールを模式的に示す平面図である。
【図２】図１の蓄電モジュールにおいて拘束された状態の複数の蓄電装置の平断面を模式的に示す平断面図である。
【図３】蓄電装置の平断面を模式的に示す平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明に係る蓄電モジュールの実施の形態を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
本実施の形態では、本発明に係る蓄電モジュールを、エンドプレート間で複数の蓄電装置が所定の配列方向に沿って配列された状態で拘束されている蓄電モジュールに適用する。なお、本実施の形態では、蓄電装置間に介在される部材がない形態の蓄電モジュールとしているが、蓄電装置間に介在される部材がある蓄電モジュールでもよい。
【００１４】
図１及び図２を参照して、本実施の形態に係る蓄電モジュール１について説明する。図１は、蓄電モジュール１を模式的に示す平面図である。図２は、蓄電モジュール１において拘束された状態の複数の蓄電装置の平断面を模式的に示す平断面図である。
【００１５】
蓄電モジュール１は、複数の蓄電装置２が配列され、その配列体が配列方向の両端面にそれぞれ配置された一対のエンドプレート３，３間に拘束された状態で構成されている。なお、ここで説明する蓄電モジュール１の構成は一例であり、他の様々な構成の蓄電モジュールを適用できる。
【００１６】
蓄電装置２は、角型の蓄電装置である。複数の蓄電装置２は、所定の配列方向に沿って配列された状態でエンドプレート３，３間に挟み込まれることで拘束圧（拘束荷重）が付加され、拘束される。この配列方向は、正極と負極とが積層される方向であり、隣り合う角型の蓄電装置２，２間の長辺側の面同士が接する方向である。以下に、蓄電装置２（特に、リチウムイオン二次電池）の構成について説明する。長辺側とは、図２に示す平断面における長方形状（四隅が弧状（Ｒ状）のものも含む）の各辺のうちの長い方の辺側である。なお、以下で説明する蓄電装置２の構成は一例であり、他の様々な構成の蓄電装置を適用できる。
【００１７】
蓄電装置２は、ケース２ａ、電極組立体２ｂ、電解液２ｃを主に備えている。ケース２ａは、電極組立体２ｂ及び電解液２ｃを収容するケースであり、角型である。ケース２ａは、例えば、アルミニウムやステンレス鋼等の金属によって形成されている。ケース２ａの各面の厚さについては後で詳細に説明する。
【００１８】
電極組立体２ｂは、正極、負極及び正極と負極とを絶縁するセパレータを備えている。電極組立体２ｂは、シート状の複数の正極と複数の負極及びシート状（または袋状）の複数のセパレータが積層されて構成されている。この積層方向Ｄが、上記の配列方向となる。電極組立体２ｂは、ケース２ａ内に収容され、ケース２ａ内において電解液２ｃに満たされている。
【００１９】
正極は、金属箔と、金属箔の少なくとも一面に形成された正極活物質層からなる。正極は、金属箔の端部に正極活物質層が形成されていないタブを有する。タブは、正極の上縁部に延び、導電部材を介して正極端子２ｄに接続されている。金属箔は、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔である。正極活物質層は、正極活物質、バインダを含んでいる。正極活物質層は、導電助剤を含んでいてもよい。正極活物質は、例えば、複合酸化物、金属リチウム、硫黄である。複合酸化物は、マンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つとリチウムとを含む。バインダは、例えば、ポリアミドイミド、ポリイミド等の熱可塑性樹脂、主鎖にイミド結合を有するポリマ樹脂である。導電助剤は、例えば、カーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）である。
【００２０】
負極は、金属箔と、金属箔の少なくとも一面に形成された負極活物質層からなる。負極は、金属箔の端部に負極活物質層が形成されていないタブを有する。タブは、負極の上縁部に延び、導電部材を介して負極端子２ｅに接続されている。金属箔は、例えば、銅箔、銅合金箔である。負極活物質層は、負極活物質、バインダを含んでいる。負極活物質層は、導電助剤を含んでいてもよい。負極活物質は、例えば、黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素である。バインダ、導電助剤は、正極で示した同様のバインダ、導電助剤を適用できる。
【００２１】
セパレータは、正極と負極とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータは、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布である。
【００２２】
複数の蓄電装置２は、上記の配列方向に沿って配列される際に、隣り合う蓄電装置２，２間で正極端子２ｄと負極端子２ｅとの位置が交互になるように配列される。そして、隣り合う蓄電装置２，２間で正極端子２ｄと負極端子２ｅとが接続部材２ｆでそれぞれ接続され、複数の蓄電装置２が電気的に直列に接続されている。
【００２３】
電解液２ｃは、ケース２ａ内に収容され、電極組立体２ｂ内に含浸される。電解液２ｃは、例えば、有機溶媒系又は非水系の電解液である。
【００２４】
エンドプレート３は、上記の配列方向に沿って配列された複数の蓄電装置２の両端部に配置されて、配列された複数の蓄電装置２（角型のケース２ａの長辺側の面２ｇ）に両側から拘束圧（拘束荷重）を付加して拘束するための部材である。エンドプレート３は、板状であり、ケース２ａの長辺側の面２ｇと接する面が蓄電装置２における上記の配列方向の面よりも十分に大きい面である。エンドプレート３は、拘束圧を付加できる十分な厚さを有している。エンドプレート３には、連結部材３ａを挿入できる径の貫通孔（図示せず）が複数開口されている。この貫通孔の位置は、例えば、エンドプレート３の四隅の角部周辺である。連結部材３ａは、棒状の部材であり、両端部に雄ねじが切られている。エンドプレート３，３間に複数の蓄電装置２が挟み込まれた状態で、各連結部材３ａが両側のエンドプレート３，３の各貫通孔にそれぞれ通されて、連結部材３ａの両端部の雄ねじにナット３ｂ，３ｂがそれぞれねじ込まれている。これによって、エンドプレート３，３間で複数の蓄電装置２に拘束圧が付加されて、拘束された状態になっている。この際、ケース２ａの側面のうちの長辺側の面２ｇで拘束荷重を受け、側面のうちの短辺側の面２ｈでは拘束荷重を受けない。
【００２５】
なお、配列された複数の蓄電装置２を拘束するのは、ケース２ａの長辺側の面２ｇ（ひいては、電極組立体２ｂの両側）に拘束荷重を付加して、電極組立体２ｂ内の正極と負極との反応を均一にするためである。この拘束荷重を受けるのは、隣り合う蓄電装置２，２のケース２ａ，２ａ間において長辺側の面２ｇ，２ｇにおける接触している部分である。この接触している部分は、図２から判るように、ケース２ａの長辺側の面２ｇの略全面である。また、この接触している部分は、電極組立体２ｂのケース２ａとの接触面２ｉより大きく、その接触面２ｉを十分に含んでいる。この電極組立体２ｂの接触面２ｉは、正極と負極との積層方向Ｄ側の面である。したがって、ケース２ａの長辺側の面２ｇ，２ｇにおける接触している部分で受けた拘束荷重を、電極組立体２ｂにおける積層方向Ｄ側の接触面２ｉの全面に付加することできる。電極組立体２ｂでは、積層方向Ｄの両側の接触面２ｉ，２ｉの全面に拘束荷重を受けるので、正極と負極とが均一に反応する。
【００２６】
それでは、ケース２ａの各面の厚さについて説明する。ケース２ａの長辺側の各面２ｇは、配列方向の両側から拘束荷重をそれぞれ受けている。そのため、長辺側の面２ｇは、拘束荷重を受けない短辺側の面２ｈに比べて、耐圧強度が大きい。そこで、ケース２ａの側面のうちの長辺側の面２ｇを短辺側の面２ｈに比べて薄くしている。短辺側の面２ｈは、従来の蓄電モジュールの蓄電装置のケースの厚さと同程度の厚さとする。したがって、長辺側の面２ｇは、従来の蓄電モジュールの蓄電装置のケースの厚さよりも薄い厚さとなっている。長辺側の面２ｇの厚さを短辺側の面２ｈの厚さに比べてどの程度薄くするかは、長辺側の面２ｇの大きさ（面積）や形状（縦横比等）、短辺側の面２ｈの大きさと長辺側の面２ｇの大きさとの比、ケース２ａの材質、ケース２ａ内での最大圧力等を考慮して設計される。なお、ケース２ａの他の面（底面等）の厚さは、短辺側の面２ｈの厚さと同程度にするとよい。
【００２７】
このように、長辺側の面２ｇの厚さを短辺側の面２ｈの厚さに比べて薄くすることにより、ケース２ａの外形状を従来の蓄電モジュールの蓄電装置のケースの外形上と同じ形状とした場合、ケース２ａ内の空間部の容積がその薄くした厚みに応じて増加している。その分、電極組立体２ｂの厚みを積層方向Ｄに厚くして電極組立体２ｂの体積を増やしており、正極及び負極の活物質の各量を増やしている。その結果、正極及び負極の各容量が増え、蓄電装置２（ひいては、蓄電モジュール１）の体積エネルギ密度が増加している。
【００２８】
なお、蓄電装置２（蓄電モジュール１）を長期使用した場合の劣化反応（例えば、電解液２ｃの分解反応）等により、ケース２ａ内にガスが発生する場合がある。ケース２ａ内にガスが発生すると、ケース２ａ内の圧力が高くなる。ケース２ａの長辺側の各面２ｇの厚さが薄くなっているが、この面２ｇは両側から拘束荷重を受けて拘束されているので、耐圧強度が高い。そのため、ケース２ａ内の圧力が高くなっても、ケース２ａが膨れるのを抑制（防止）でき、ケース２ａの変形を抑制できる。特に、角型のケース２ａの長辺側の面は変形し易いが、その変形を抑制できる。ちなみに、ケース２ａの短辺側の各面２ｈは、厚さが厚いので、耐圧強度が高い。
【００２９】
この蓄電モジュール１によれば、拘束されている複数の蓄電装置２において各ケース２ａの側面のうちの拘束されている側の面２ｇの厚みを拘束されていない側の面２ｈの厚みよりも薄くすることにより、ケース２ａの変形を抑制できるとともに体積エネルギ密度を向上させることができる。特に、蓄電モジュール１では、ケース２ａの拘束されている側の面が長辺側の面２ｇであり、長辺側の面２ｇを薄くしているので、電極組立体２ｂの厚み及び体積（ひいては、正極及び負極の活物質の各量）をより多く増加でき、体積エネルギ密度の向上効果が高い。なお、この体積エネルギ密度の向上効果は、ケース２ａの拘束されている側の面２ｇが拘束されていない側の面２ｈより大きいほど高くなる。
【００３０】
また、この蓄電モジュール１によれば、拘束荷重を受けるケース２ａの長辺側の面２ｇや電極組立体２ｂの接触面２ｉにうねり（凹凸）があっても、ケース２ａの電極組立体２ｂと接触する側の長辺側の面２ｇを薄くしているので、荷重を伝える追従性が高く、拘束荷重を電極組立体２ｂに付加することができる。
【００３１】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【００３２】
例えば、本実施の形態では蓄電モジュール内の隣り合う蓄電装置同士が直接接触する構成としたが、隣り合う蓄電装置間に絶縁部材、伝熱部材や放熱部材等の介在部材を挟んだ構成にも適用できる。
【００３３】
また、本実施の形態では蓄電モジュール内で複数の蓄電装置が電気的に直列に接続される構成としたが、複数の蓄電装置が並列に接続される場合や並列及び直列に接続される場合にも適用できる。
【００３４】
また、本実施の形態では拘束されている側の面が角型のケースの側面のうちの長辺側の面である蓄電装置に適用したが、拘束されている側の面が短辺側の面である蓄電装置、拘束されている側の面と拘束されていない側の面とが同じ辺長さの蓄電装置にも適用できる。
【００３５】
また、本実施の形態ではケースの拘束さている側の面の全体が隣接部材（蓄電装置のケース等）と接触し、ケースの拘束されている側の面全体の厚さを拘束されていない側の面の厚さよりも薄くする構成としたが、拘束されている側の面において隣接部材と接触していない部分がある場合には拘束されている側の面のうち少なくとも隣接部材と接触する部分だけを薄くする構成としてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１…蓄電モジュール、２…蓄電装置、２ａ…ケース、２ｂ…電極組立体、２ｃ…電解液、２ｄ…正極端子、２ｅ…負極端子、２ｆ…接続部材、２ｇ…長辺側の面、２ｈ…短辺側の面、２ｉ…接触面、３…エンドプレート、３ａ…連結部材、３ｂ…ナット。
【要約】
【課題】蓄電装置のケースの変形を抑制しかつ体積エネルギ密度を向上できる蓄電モジュールを提供することを課題とする。
【解決手段】ケース２ａ内に電極組立体２ｂ及び電解液２ｃを収容した角型の蓄電装置２が複数接続されて構成される蓄電モジュールであって、複数の蓄電装置２は、所定の配列方向（正極と負極とが積層される方向）に沿って配列され、その配列された状態で拘束されており、ケース２ａの拘束されている側の面２ｇ（特に、少なくとも拘束されている側の面２ｇにおける隣接部材と接触している部分）の厚みを拘束されていない側の面２ｈの厚みよりも薄くする。
【選択図】図２【図１】
0005633621.tif 000002
【図２】
0005633621.tif 000003
【図３】
0005633621.tif 000004