(57)【要約】【課題】均一な面圧分布を維持することが可能である電池を提供する。【解決手段】積層された単セル１０と変形吸収部１６０と異方性伸張部１６２とから少なくとも構成される積層体１４０を有しており、変形吸収部１６０は、蓋部材１７０と積層された単セル１０との間に配置され、単セル１０の積層方向Ｓの変形を吸収するように構成され、異方性伸張部１６２は、積層体１４０の側面に配置され、単セル１０が積層方向Ｓに変形する際、当該変形に応じて、積層方向Ｓに伸張するように構成される。【選択図】図３
2018081820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された単セルと変形吸収部と異方性伸張部とから少なくとも構成される積層体と、
前記単セルの積層方向に沿って延長する側壁部を有し、前記積層方向に延長している前記積層体の側面が前記側壁部に相対するように、前記積層体が配置されているセルケースと、
前記積層体の積層方向と交差する表面の一方に対して、前記積層方向に面圧を付与するように構成されている蓋部材と、を有し、
前記単セルは、正極集電体層と、正極層と、セパレーターと、負極層と、負極集電体層と、が順に積層されて構成され、
前記変形吸収部は、前記蓋部材と積層された前記単セルとの間に配置され、前記単セルの前記積層方向の変形を吸収するように構成され、
前記異方性伸張部は、前記積層体の前記側面に配置され、前記単セルが前記積層方向に変形する際、当該変形に応じて、前記積層方向に伸張するように構成されていることを特徴とする電池。
【請求項２】
前記変形吸収部は、弾性体から形成されており、弾性変形して収縮するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記単セルから電流を取り出すための強電タブを、さらに有し、
前記強電タブは、前記蓋部材と前記変形吸収部との間に配置され、
前記変形吸収部は、導電性を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記異方性伸張部は、弾性体から形成されており、前記積層方向に伸張し得るように圧縮され、かつ、前記積層方向と交差する横方向の弾性変形が規制されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項５】
前記セルケースの前記側壁部と前記異方性伸張部との間に配置され、前記異方性伸張部と接触する側方規制部を、さらに有し、
前記側方規制部は、前記異方性伸張部の前記横方向の弾性変形を、規制していることを特徴とする請求項４に記載の電池。
【請求項６】
前記異方性伸張部は、前記セルケースの前記側壁部と接触しており、
前記セルケースは、前記異方性伸張部の前記横方向の弾性変形を、規制していることを特徴とする請求項４に記載の電池。
【請求項７】
前記異方性伸張部の前記積層方向の弾性率は、前記横方向の弾性率より小さいことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の電池。
【請求項８】
前記異方性伸張部は、基材および補助材料を有しており、
前記補助材料は、前記基材の弾性率より大きな弾性率を有する材料から選択されており、前記異方性伸張部の前記横方向の弾性率が増加するように、前記基材に混入されていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の電池。
【請求項９】
前記セルケースは、前記積層体の前記表面の一方に相対するように位置決めされる開口部を有し、
前記蓋部材は、
前記開口部を密閉したまま変形可能であり、
前記セルケースの内部圧力が前記セルケースの外部圧力と同じである場合において前記積層体の前記表面の一方から離間しているように位置決めされており、
前記セルケースの内部圧力が前記セルケースの外部圧力よりも低い場合に変形し、前記積層体の前記表面の一方と当接し、前記セルケースの内部圧力と前記セルケースの外部圧力との差圧に基づく圧力を、当接した面に付与するように構成されている
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護のため、二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車やハイブリッド電気自動車の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、航続距離延長のため、積層された単セルを有する電池が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このような電池においては、単セルの内部抵抗低減のため、単セルに均一な押し付け圧力（面圧）を付与することが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０３５６６５１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、例えば、負極が膨張することにより、単セルの内部圧力が大きくなり、単セルが変形する場合、シール部によって拘束されている単セルの外周部に比較し中央部がより大きく膨出する。この為、不均一な変形を生じ、面圧分布が悪化する虞がある。これにより、電池反応が不均一となり、電池性能が低下する。
【０００６】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、均一な面圧分布を維持することが可能である電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、積層された単セルと変形吸収部と異方性伸張部とから少なくとも構成される積層体を有する電池である。変形吸収部は、蓋部材と積層された単セルとの間に配置され、単セルの積層方向の変形を吸収するように構成される。異方性伸張部は、積層体の側面に配置され、単セルが積層方向に変形する際、当該変形に応じて、積層方向に伸張するように構成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、例えば、負極が膨張することにより、単セルの内部圧力が大きくなり、単セルの変形を生じる場合、単セルの積層方向の変形が吸収される一方、単セルの外周部の変形と中央部の変形との差異が減少することにより、単セルの変形が均一化される。そのため、積層体（単セル）に付与されている押し付け圧力（面圧）の不均一化が抑制される。つまり、均一な面圧分布を維持することが可能である電池を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る電池を説明するための概略図である。
【図２】電池の用途を説明するための概略図である。
【図３】図１に示される本体部を説明するための断面図である。
【図４】図３に示される蓋部材の減圧前の形状を説明するための断面図である。
【図５】図３に示される単セルを説明するための断面図である。
【図６】図３に示される異方性伸張部の構成の一例を示している概略図である。
【図７】発明の実施の形態の変形例１を説明するための断面図である。
【図８】発明の実施の形態の変形例２を説明するための断面図である。
【図９】発明の実施の形態の変形例３を説明するための断面図である。
【図１０】図９に示される蓋部材の減圧前の形状を説明するための平面図である。
【図１１】実施例１〜３および比較例１、２に関する性能評価結果を示している図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態に係る電池を説明するための概略図、図２は、電池の用途を説明するための概略図、図３は、図１に示される本体部を説明するための断面図、図４は、図３に示される蓋部材の減圧前の形状を説明するための断面図である。
【００１２】
実施の形態１に係る電池１００は、例えば、図２に示される車両１９０の電源として適用され、図１および図３に示されるように、本体部１１０、減圧装置１８５および制御部１８７を有する。車両１９０は、例えば、電気自動車、ハイブリッド電気自動車である。
【００１３】
本体部１１０は、セルケース１２０、蓋部材１７０およびカバープレート１７５を有する。
【００１４】
セルケース１２０は、高剛性の材料から形成されており、略矩形の底面１２２と、底面を取り囲む側壁部１２４とを有し、その上面が開口部を構成している。セルケース１２０の内部には、積層体１４０および側方規制部１６８が配置されている。
【００１５】
積層体１４０は、複数の単セル１０、強電タブ１５０，１５２、スペーサー１５５，１５７、変形吸収部１６０、異方性伸張部１６２を有する。単セル１０は、積層されており、セルケース１２０の開口部は、単セル１０の積層方向Ｓに関する積層体１４０の上面（積層方向Ｓと交差する表面の一方）１４２に相対するように位置決めされている。積層体１４０における積層方向Ｓに延長している側面は、積層方向Ｓに沿って延長するセルケース１２０の側壁部１２４に相対している。なお、符号Ｌは、積層方向Ｓと直交（交差）する横方向を示している。
【００１６】
強電タブ１５０および１５２は、例えば、略板状の銅であり、積層された単セル１０から電流を取り出すために使用され、最下層に位置する単セル１０および最上層に位置する単セル１０に当接している。
【００１７】
スペーサー１５５および１５７は、剛体が望ましい。スペーサー１５５は、蓋部材１７０と当接しており、強電タブ１５０の外側に位置している。スペーサー１５７は、セルケース１２０の底面１２２と当接しており、強電タブ１５２の外側に位置している。スペーサー１５５，１５７は、必要に応じ、適宜省略することも可能である。
【００１８】
変形吸収部１６０は、強電タブ１５０とスペーサー１５５との間に位置しており、強電タブ１５０と当接している。異方性伸張部１６２は、単セル１０の外周部（積層体１４０における積層方向Ｓに延長している側面）に位置しており、単セル１０の内部を密閉するシール部を兼ねている。側方規制部１６８は、セルケース１２０の側壁部１２４と異方性伸張部１６２との間に配置されている。
【００１９】
蓋部材１７０は、開口部を密閉しており、実施の形態１においては、弾性体膜から形成されている。弾性体膜の構成材料は、特に限定されず、例えば、シリコンゴム、ウレタンゴムが適用可能である。
【００２０】
カバープレート１７５は、開口部１７７を有しており、蓋部材１７０を覆うように配置されて、蓋部材１７０をガードしている。カバープレート１７５は、例えば、アルミニウム等の良好な剛性を有する軽量の材料から構成されるバックアッププレートである。カバープレート１７５および蓋部材１７０は、ビス等の締結部材を利用してセルケース１２０に固定されている。締結部材は、電池１００を車両１９０に搭載するために使用される締結部材として兼用することも可能である。
【００２１】
減圧装置１８５は、真空ポンプから構成される圧力付与装置であり、セルケース１２０の内部を減圧してセルケース１２０の内部圧力を大気圧（外部圧力）よりも低くするために使用される。制御部１８７は、減圧装置１８５を制御するために使用される。
【００２２】
開口部を覆っている蓋部材１７０は、セルケース１２０の内部が減圧される前（セルケース１２０の内部圧力が大気圧と同じ場合）においては、図４に示されるように、スペーサー１５５から離間している。そして、減圧装置１８５によってセルケース１２０の内部が減圧されると、蓋部材１７０は、大気圧とセルケース１２０の内部圧力との差圧に基づいて、密閉を維持した状態で変形し、スペーサー１５５と当接して、差圧に基づく圧力を付与する。
【００２３】
蓋部材１７０は、上記のように、開口部を密閉したまま変形可能であり、セルケース１２０の内部が減圧された（セルケース１２０の内部圧力が大気圧よりも低い）場合に変形してスペーサー１５５（積層体１４０の上面１４２）と当接し、差圧に基づく圧力を、当接した面に付与する。つまり、蓋部材１７０は、積層体１４０の積層方向Ｓと交差する表面の一方に対して、積層方向Ｓに面圧を付与するように構成されている。
【００２４】
したがって、積層体１４０の押し付け圧力は、大気圧とセルケース１２０の内部圧力との差圧に基づく圧力から構成されており、例えば、セルケース１２０の内部を減圧する減圧装置（圧力付与装置）１９０の大型化を伴うことなく、単セル（電極）の面積の増加に応じてトータルの押し付け圧力も増大するため、電極の面積が大きい場合であっても、積層体１４０に適切な押し付け圧力を容易に付与することが可能である。
【００２５】
積層体１４０は、上記のように、大気圧とセルケース１２０の内部圧力との差圧に基づく圧力によって、高剛性のセルケース１２０に強固に固定されているため、電池１００を車両１９０に固定することにより、電池１００全体が安定する。
【００２６】
また、セルケース１２０は、絶縁フィルム層１２８、強電用コネクタ１３０，１３２、排気用コネクタ１３４、圧力解放弁１３６、圧力センサー１３８、および、弱電用コネクタ（不図示）を、さらに有する。
【００２７】
絶縁フィルム層１２８は、底面１２２および側壁部１２４の内壁に形成されている。底面１２２の絶縁フィルム層１２８上には、スペーサー１５７が位置決めされている。強電用コネクタ１３０，１３２は、側壁部１２４に気密的に取り付けられており、かつ、強電タブ１５０，１５２と電気的に接続されている。排気用コネクタ１３４は、側壁部１２４に気密的に取り付けられており、かつ、減圧装置１８５からの配管に連結されている。したがって、減圧装置１８５は、セルケース１２０の内部の空気を排気して、セルケース１２０の内部を減圧にすることが可能である。
【００２８】
圧力解放弁１３６は、側壁部１２４に気密的に取り付けられており、例えば、予期せぬ原因により、セルケース１２０の内部圧力が過度に上昇した際に、セルケース１２０内部の気体を排出し、セルケース１２０の内部圧力を降下させるために使用される。圧力解放弁１３６における気体を排出する機構は、特に限定されず、例えば、所定の圧力で開裂する金属の薄膜を利用することが可能である。
【００２９】
圧力センサー１３８は、セルケース１２０の内部に配置され、セルケース１２０の内部圧力を計測するために使用される。弱電用コネクタ（不図示）は、側壁部１２４に気密的に取り付けられており、積層体１４０に含まれる単セルの電圧を監視（検出）するために使用される。
【００３０】
減圧装置１８５は、圧力センサー１３８によって計測された内部圧力に基づいて、制御部１８７によって制御されており、圧力センサー１３８によって計測された内部圧力が上限値以上になった場合、稼働されて、セルケース１２０の内部を減圧するように構成されている。
【００３１】
内部圧力の上限値は、大気圧とセルケース１２０の内部圧力との差圧を考慮して設定されている。したがって、セルケース１２０の内部圧力の予期せぬ上昇が防止される一方、良好な押し付け圧力（差圧に基づく圧力）が確保される。内部圧力の上限値は、例えば、０．２５気圧に設定されており、この場合、十分な押し付け圧力を得ることが可能である。
【００３２】
減圧装置１８５は、圧力センサー１３８によって計測された内部圧力が下限値に到達した場合、セルケース１２０の内部の減圧を停止するように構成されている。内部圧力の下限値は、例えば、０．１５気圧に設定されており、この場合、多目的で利用される真空度と同レベルのため、電池１００が搭載される装置（車両１９０）において別の用途で利用される減圧装置（真空源）を、減圧装置１８５として兼用することが可能である。
【００３３】
次に、積層体１４０に含まれる単セル１０を詳述する。
【００３４】
図５は、図３に示される単セルを説明するための断面図である。
【００３５】
積層体１４０に含まれる単セル１０は、直列接続されており、図５に示されるように、正極集電体層２０と、正極層３０と、セパレーター４０と、負極層５０と、負極集電体層６０と、が順に積層されて構成されており、その周辺部分が、シール部を兼ねている異方性伸張部１６２によって密閉されている。
【００３６】
正極集電体層２０および負極集電体層６０は、導電性フィラーと樹脂とを主に含む樹脂集電体から構成される。これにより、正極集電体層２０および負極集電体層６０の軽量化および内部短絡耐性の向上により、より高容量の活物質を使用することが可能となる。
【００３７】
導電性フィラーの構成材料は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、グラファイトやカーボンブラックなどのカーボン、銀、金、銅、チタンである。樹脂は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、スチレンブタジエンゴム、ポリアクリロニトリル、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、これらの混合物である。
【００３８】
正極集電体層２０および負極集電体層６０は、樹脂集電体によって構成する形態に限定されず、例えば、金属や導電性高分子材料によって構成することが可能である。金属は、例えば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅である。導電性高分子材料は、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、ポリオキサジアゾール、これらの混合物である。
【００３９】
必要に応じ、正極集電体層２０および負極集電体層６０の一方のみを、樹脂集電体によって構成することも可能である。
【００４０】
正極層３０は、正極集電体層２０とセパレーター４０との間に位置するシート状電極であり、正極活物質粒子および繊維状物質を含んでいる。
【００４１】
正極活物質粒子は、その表面の少なくとも一部に被覆層を有する。正極活物質粒子が有する被覆層は、導電助剤と被覆用樹脂とから構成されており、正極層３０の体積変化を緩和し、電極の膨脹を抑制することが可能である。
【００４２】
正極活物質粒子の構成材料は、リチウムと遷移金属との複合酸化物、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、導電性高分子などである。リチウムと遷移金属との複合酸化物は、例えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２およびＬｉＭｎ２Ｏ４である。遷移金属酸化物は、例えば、ＭｎＯ２およびＶ２Ｏ５である。遷移金属硫化物は、例えば、ＭｏＳ２およびＴｉＳ２である。導電性高分子は、例えば、ポリアニリン、ポリフッ化ビニリデン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ−ｐ−フェニレンおよびポリカルバゾールである。
【００４３】
被覆用樹脂は、好ましくは、ビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂であるが、必要に応じ、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネートなどを適用することも可能である。
【００４４】
導電助剤は、例えば、金属、グラファイトやカーボンブラックなどのカーボン、これらの混合物である。金属は、アルミニウム、ステンレス鋼、銀、金、銅、チタン、これらの合金などである。カーボンブラックは、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラックなどである。導電助剤は、必要に応じて、２種以上併用することが可能である。導電助剤は、電気的安定性の観点から、好ましくは、銀、金、アルミニウム、ステンレス鋼、カーボンであり、より好ましくは、カーボンである。
【００４５】
繊維状物質は、その少なくとも一部が正極層３０の導電通路を形成し、かつ、導電通路の周囲の正極活物質粒子と接している。したがって、正極活物質（正極活物質粒子）から発生した電子は、導電通路に速やかに到達し、正極集電体層２０までスムーズに導かれる。
【００４６】
繊維状物質は、例えば、ＰＡＮ系カーボン繊維、ピッチ系カーボン繊維等のカーボン繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、導電性繊維から構成される。導電性繊維は、合成繊維の中に金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維などである。電気伝導度の観点から、導電性繊維の中では、カーボン繊維が好ましい。
【００４７】
負極層５０は、負極集電体層６０とセパレーター４０との間に位置するシート状電極であり、負極活物質粒子および繊維状物質を含んでいる。
【００４８】
負極活物質粒子は、その表面の少なくとも一部に被覆層を有する。負極活物質粒子が有する被覆層は、被覆用樹脂と、必要に応じて用いることができる導電助剤と、から構成されており、負極層５０の体積変化を緩和し、電極の膨脹を抑制することが可能である。
【００４９】
負極活物質粒子の構成材料は、黒鉛、アモルファス炭素、高分子化合物焼成体、コークス類、カーボン繊維、導電性高分子、スズ、シリコン、金属合金、リチウムと遷移金属との複合酸化物などである。高分子化合物焼成体は、例えば、フェノール樹脂およびフラン樹脂を焼成し炭素化したものである。コークス類は、例えば、ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークスである。導電性高分子は、例えば、ポリアセチレン、ポリピロールである。金属合金は、例えば、リチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−アルミニウム−マンガン合金である。リチウムと遷移金属との複合酸化物は、例えば、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２である。
【００５０】
負極層５０の被覆層、被覆用樹脂、導電助剤および繊維状物質は、正極層３０の被覆層、被覆用樹脂、導電助剤および繊維状物質と略同一の構成を有するため、その説明は省略される。なお、負極層５０の繊維状物質は、その少なくとも一部が負極層５０の導電通路を形成し、かつ、導電通路の周囲の負極活物質粒子と接している。
【００５１】
正極層３０および負極層５０の厚さは、１５０〜１５００μｍ、好ましくは、２００〜９５０μｍ、さらに好ましくは２５０〜９００μｍである。これにより、多くの活物質を含ませることが可能となり、高容量化およびエネルギー密度向上が図られる。
【００５２】
セパレーター４０は、正極層３０と負極層５０との間に位置する多孔性（ポーラス）の絶縁体である。セパレーター４０は、電解質が浸透することによって、イオンの透過性および電気伝導性を呈する。電解質は、例えば、ゲルポリマー系であり、電解液およびホストポリマーを有する。
【００５３】
電解液は、プロピレンカーボネートおよびエチレンカーボネートからなる有機溶媒、支持塩としてのリチウム塩（ＬｉＰＦ６）を含んでいる。有機溶媒は、その他の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類、テトラヒドロフラン等のエーテル類を適用することが可能である。リチウム塩は、その他の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ３ＳＯ３等の有機酸陰イオン塩を、適用することが可能である。
【００５４】
ホストポリマーは、ＨＦＰ（ヘキサフルオロプロピレン）コポリマーを１０％含むＰＶＤＦ−ＨＦＰ（ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体）である。ホストポリマーは、その他のリチウムイオン伝導性を持たない高分子や、イオン伝導性を有する高分子（固体高分子電解質）を適用することも可能である。その他のリチウムイオン伝導性を持たない高分子は、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレートである。イオン伝導性を有する高分子は、例えば、ポリエチレンオキシドやポリプロピレンオキシドである。
【００５５】
次に、図３〜６を参照し、変形吸収部１６０、異方性伸張部１６２および側方規制部１６８を詳述する。なお、図６は、図３に示される異方性伸張部の構成の一例を示している概略図である。
【００５６】
変形吸収部１６０は、図３および図４に示されるように、強電タブ１５０とスペーサー１５５との間に位置し、強電タブ１５０と当接しており、本実施の形態では、弾性体から形成されており、弾性変形して収縮（厚みが減少）することにより、単セル１０の積層方向Ｓの変形を吸収するように構成されている。
【００５７】
異方性伸張部１６２は、図５に示されるように、単セル１０の外周部に位置し、単セル１０の内部を密閉するシール部を兼ねており、単セル１０が積層方向Ｓに変形（膨張）する際、当該変形（膨張）に応じて積層方向Ｓに伸張するように構成されている。異方性伸張部１６２は、本実施の形態では、弾性体から形成されており、当該弾性体は、積層方向Ｓに伸張し得るように圧縮され、かつ、積層方向Ｓと直交する横方向Ｌの弾性変形が規制されている。
【００５８】
したがって、例えば、負極が膨張することにより、単セル１０の内部圧力が大きくなり、単セル１０の変形を生じる場合、変形吸収部１６０は、単セル１０の積層方向Ｓの変形を吸収する一方、単セルの内部を密閉（単セルの外周部を拘束）しているシール部を兼ねている異方性伸張部１６２は、単セル１０の変形に応じて積層方向Ｓに伸張することにより、単セル１０の外周部の変形と中央部の変形との差異が減少し、単セル１０の変形が均一化される。そのため、積層体（単セル１０）１４０に付与されている押し付け圧力（面圧）の不均一化が抑制される。つまり、均一な面圧分布を維持することが可能である。
【００５９】
異方性伸張部１６２は、図６に示されるように、基材１６３および補助材料１６４を有しており、単セル１０の積層方向Ｓの弾性率が、積層方向Ｓと直交する横方向Ｌの弾性率より小さくなる（横方向Ｌに比較し積層方向Ｓに優先的に伸張し得る）ように構成されている。なお、積層方向Ｓは、図に対して直角方向、すなわち紙面に入り出てゆく方向である。
【００６０】
基材１６３は、略矩形のフレーム状の断面を有し、単セル１０の外周部（積層体１４０における積層方向Ｓに延長している側面）を取り囲むように配置される。補助材料１６４は、柱状であり、基材１６３に混入されており、基材１６３内において横方向Ｌに延長するように配置され、単セル１０の外周部に対応する開口部を中央部に有する網の目状の構造を形成している。補助材料１６４は、基材１６３の弾性率より大きな弾性率を有する材料から選択されている。なお、基材１６３は、変形吸収部１６０を形成する弾性体と同一の弾性体から形成されてもよく、別々の弾性体から形成されてもよい。
【００６１】
補助材料１６４は、基材１６３の横方向Ｌの変形を抑制している。つまり、補助材料１６４の混入は、異方性伸張部１６２の横方向Ｌの弾性率が増加するように設定されている。なお、補助材料１６４は、電解液のしみだし抑制の観点から、基材１６３の弾性率と同一の弾性率を有する材料によって被覆することが好ましい。
【００６２】
積層方向Ｓおよび横方向Ｌの弾性率は、例えば、補助材料１６４の材質、形状、配置等を変更することによって調整することが可能である。
【００６３】
積層方向Ｓおよび横方向Ｌの弾性率を異ならせる方法は、上記構成に特に限定されない。例えば、異方性伸張部１６２を形成する弾性体として発泡材料を適用することによって積層方向Ｓおよび横方向Ｌの弾性率を異ならせることが可能である。この場合、積層方向Ｓおよび横方向Ｌの弾性率は、例えば、空孔度を変更することによって調整することが可能である。
【００６４】
側方規制部１６８は、図３および図４に示されるように、セルケース１２０の側壁部１２４と異方性伸張部１６２との間に配置されており、異方性伸張部１６２と接触しており（異方性伸張部１６２は反力を受けており）、異方性伸張部１６２の横方向Ｌの弾性変形を規制している。
【００６５】
なお、側方規制部１６８は、強電用コネクタ１３０，１３２、排気用コネクタ１３４、圧力解放弁１３６、１３６、圧力センサー１３８と干渉せず、また、蓋部材１７０の変形を妨害しように配置されている。
【００６６】
異方性伸張部１６２における側方規制部１６８に対する接触面の少なくとも一部、および／又は、側方規制部１６８における異方性伸張部１６２に対する接触面の少なくとも一部は、潤滑剤の被覆層を有することが好ましい。この場合、側方規制部１６８に対する異方性伸張部１６２の滑りが向上するため、異方性伸張部１６２の伸張がスムーズとなる。
【００６７】
セルケース１２０の内部は減圧される。そのため、被覆層を形成する潤滑剤は、真空下で蒸気圧が小さいものが好ましく、例えば、シリコングリース、フルオロエーテルグリース、アピエゾンである。
【００６８】
変形吸収部１６０および異方性伸張部１６２を形成する弾性体材料は、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム、エピクロロヒドリンゴム、アクリルゴム、エチレンアクリルゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、クロロプレーンゴム、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）、エチレンゴム、プロピレンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、天然ゴム、ポリイソブチレン、塩化ポリエチレン、イソプレンゴム、発泡ポリプロピレン、発泡ポリエチレン、発泡ポリウレタンを少なくとも一部に含んでいる。
【００６９】
次に、実施の形態１に係る変形例１〜３を順次説明する。
【００７０】
図７は、発明の実施の形態の変形例１を説明するための断面図である。
【００７１】
側方規制部１６８は、必要に応じて省略することが可能である。例えば、図７に示されるように、異方性伸張部１６２とセルケース１２０の側壁部１２４とが接触するように構成することによって、異方性伸張部１６２の横方向Ｌの弾性変形を規制することが可能である。つまり、セルケース１２０の側壁部１２４によって側方規制部１６８を代替することが可能である。なお、この場合、側壁部１２４における側方規制部１６８に対する接触面の少なくとも一部、および／又は、側方規制部１６８における側壁部１２４に対する接触面の少なくとも一部は、潤滑剤の被覆層を有することが好ましい。
【００７２】
図８は、発明の実施の形態の変形例２を説明するための断面図である。
【００７３】
強電タブ１５０は、変形吸収部１６０と最上層に位置する単セル１０との間に配置される形態に限定されない。例えば、図８に示されるように、強電タブ１５０をスペーサー１５５と変形吸収部１６０との間に配置し、変形吸収部１６０を最上層に位置する単セル１０と当接させることも可能である。この場合、単セル１０からの電流が、変形吸収部１６０を経由して強電タブ１５０に流れるようにするため、変形吸収部１６０は、導電性を有することが必要である。なお、導電性は、変形吸収部１６０を構成する材料に、例えば、導電性フィラーを混入することにより、付与することが可能である。
【００７４】
図９は、発明の実施の形態の変形例３を説明するための断面図、図１０は、図９に示される蓋部材の減圧前の形状を説明するための平面図である。
【００７５】
蓋部材１７０は、弾性体膜から構成される形態に限定されない。例えば、例えば、図９および図１０に示される蓋部材１８０を適用することが可能である。
【００７６】
蓋部材１８０は、平板状部１８１および伸縮自在部１８２を有する。平板状部１８１は、変形吸収部１６０と略一致する形状を有する。伸縮自在部１８２は、蛇腹構造を有し、平板状部１８１の外周部を取り囲んでいる。伸縮自在部１８２は、セルケース１２０の内部が減圧された場合、伸張することにより、平板状部１８１がスペーサー１５５（積層体１４０の上面１４２）と当接して、差圧に基づく圧力を、スペーサー１５５、変形吸収部１６０および強電タブ１５０を介して、積層された単セル１０に付与するように構成されている。
【００７７】
次に、実施例１〜３および比較例１、２に関する性能評価結果を説明する。なお、面圧分布の良否は、対向面積が１：１の場合を１００％とした放電容量比に対応し、面圧分布が均一であるほど放電容量比が良好となる。そのため、放電容量比によって性能評価を行った。
【００７８】
図１１は、実施例１〜３および比較例１、２に関する性能評価結果を示している図表である。
【００７９】
実施例１〜３の共通の条件を以下に示す。単セルのセルサイズは３０ｍｍ×３０ｍｍである。単セルは３個積層されている。積層された単セルに対する面圧［ＭＰａ］は、０．２である。異方性伸長部は、セルケースの側壁部によって規制されており、厚み（横方向サイズ）は、５ｍｍ、積層方向の弾性率は、０．１ＭＰａである。変形吸収部は、発泡ポリプロピレンから形成されており、厚み（積層方向サイズ）は、１０ｍｍ、弾性率は、０．１ＭＰａである。なお、放電容量比は、異方性伸長部の高さ（積層方向サイズ）が５００μｍの場合と１２００μｍの場合とで比較している。
【００８０】
実施例１〜３の個別の条件は、異方性伸長部の横方向の弾性率である。具体的には、実施例１、２および３の異方性伸長部の横方向の弾性率は、５ＭＰａ、１０ＭＰａおよび３．５ＭＰａである。なお、異方性伸長部は、発泡ポリプロピレンから形成されており、空孔度を変更することにより、横方向の弾性率を調整している。
【００８１】
比較例１は、異方性伸長部を有しておらず、変形吸収部の弾性率が、１０ＭＰａである点で、実施例１〜３と概して異なっている。変形吸収部の弾性率は、発泡ポリプロピレンの空孔度を変更することにより、調整している。比較例２は、異方性伸長部の横方向の弾性率が、０．１ＭＰａであり、面圧が付加されずかつ異方性伸長部の側面がセルケースの側壁部によって規制されていない点で、実施例１〜３と概して異なっている。
【００８２】
図１１に示されるように、実施例１〜３の放電容量比は、比較例１、２の放電容量比に比較し、大きな値を示しており、良好な面圧分布を示している。また、実施例１〜３においては、横方向の弾性率の比率が大きくなるに従って、放電容量比も大きな値を示している。つまり、異方性伸長部に関し、横方向に比較して積層方向に伸張し易い場合（積層方向に伸張する性質（異方性）が大きい場合）、より良好な面圧分布を示している。
【００８３】
以上のように本実施の形態においては、例えば、負極が膨張することにより、単セルの内部圧力が大きくなり、単セルの変形を生じる場合、変形吸収部は、単セルの積層方向の変形を吸収する一方、単セルの内部を密閉（単セルの外周部を拘束）しているシール部を兼ねている異方性伸張部は、単セルの変形に応じて積層方向に伸張することにより、単セルの外周部の変形と中央部の変形との差異が減少し、単セルの変形が均一化される。そのため、積層体（単セル）に付与されている押し付け圧力（面圧）の不均一化が抑制される。つまり、均一な面圧分布を維持することが可能である電池を提供することが可能である。
【００８４】
変形吸収部を、弾性体から形成し、弾性変形して収縮（厚みが減少）することにより、単セルの積層方向の変形を吸収するように構成する場合、その構成を簡単とすることが可能である。
【００８５】
異方性伸張部を、弾性体から形成し、当該弾性体を積層方向に伸張し得るように圧縮し、かつ、横方向の弾性変形を規制する場合、その構成を簡単とすることが可能である。
【００８６】
異方性伸張部の横方向の弾性変形は、側方規制部あるいはセルケースの側壁部を利用することで、容易に規制することが可能である。
【００８７】
異方性伸張部の積層方向の弾性率を、横方向の弾性率より小さくする場合、異方性伸張部を、積層方向に容易に伸張（横方向に比較し積層方向に優先的に伸張）させることが可能である。
【００８８】
異方性伸張部を、基材と、基材の弾性率より大きな弾性率を有する材料から選択される補助材料とから構成し、かつ、補助材料を、横方向の弾性率が増加するように、基材に混入する場合、積層方向の弾性率を横方向の弾性率より小さくさせることを容易に達成することが可能である。
【００８９】
強電タブを、蓋部材と変形吸収部との間（変形吸収部の外側）に配置する場合、単セルの変形による影響が変形吸収部によって緩衝されるため、単セルが変形しても、強電タブの位置を一定に維持することが可能である。
【００９０】
蓋部材を、セルケースの開口部を密閉したまま変形可能であり、かつ、セルケースの内部が減圧された（セルケースの内部圧力が大気圧（外部圧力）よりも低い）場合に変形して積層体の積層方向と交差する表面の一方と当接し、差圧に基づく圧力を、当接した面に付与するように構成する場合、積層体に対するトータルの押し付け圧力は、積層体に含まれる単セル（電極）の面積の増加に応じて増大する。つまり、電極の面積が大きい場合であっても、例えば、セルケースの内部を減圧する減圧装置（圧力付与装置）の大型化を伴うことなく、適切な押し付け圧力を容易に付与することが可能である。
【００９１】
なお、蓋部材は、弾性体膜の表面あるいは内部に、水蒸気等のガスの透過を抑制するガスバリヤー性の金属層を有する多層構造とすることも可能である。例えば、弾性体膜の一方に金属層を被覆したり、金属層の両側に弾性体膜に配置したりすることが可能である。金属層は、例えば、多少の伸縮に追随できるように構成されたアルミニウムから構成される。弾性体膜の両方の面に、金属層を被覆することも可能である。
【００９２】
積層体の下面（積層方向と交差する表面の他方）に対しても、大気圧とセルケースの内部圧力との差圧に基づく圧力を付与するための第２の蓋部材を配置することも可能である。この場合、積層体の下面に相対するセルケースの部位（底面）を省略することが可能である。
【００９３】
蓋部材が密着するセルケースの側壁部の上方端面は、階段状に構成することが好ましい。この場合、良好な気密を達成することが可能である。
【００９４】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々改変することができる。例えば、変形例１〜３を適宜組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１０  単セル、
２０  正極集電体層、
３０  正極層、
４０  セパレーター、
５０  負極層、
６０  負極集電体層、
１００  電池、
１１０  本体部、
１２０  セルケース、
１２２  底面、
１２４  側壁部、
１２６，１２７  開口部、
１２８  絶縁フィルム層、
１３０，１３２  強電用コネクタ、
１３４  排気用コネクタ、
１３６  圧力解放弁、
１３８  圧力センサー、
１４０  積層体、
１４２  上面（積層方向と交差する表面の一方）、
１４４  下面（積層方向と交差する表面の他方）、
１５０，１５２  強電タブ、
１５５，１５７  スペーサー、
１６０  変形吸収部、
１６２  異方性伸張部（シール部）、
１６３  基材、
１６４  混入材、
１６８  側方規制部、
１７０  蓋部材、
１７５  カバープレート、
１７７  開口部、
１８０  蓋部材、
１８１  平板状部、
１８２  伸縮自在部、
１８５  減圧装置、
１８７  制御部、
１９０  車両、
Ｌ  横方向、
Ｓ  積層方向。
【図１】
2018081820.tif 000003
【図２】
2018081820.tif 000004
【図３】
2018081820.tif 000005
【図４】
2018081820.tif 000006
【図５】
2018081820.tif 000007
【図６】
2018081820.tif 000008
【図７】
2018081820.tif 000009
【図８】
2018081820.tif 000010
【図９】
2018081820.tif 000011
【図１０】
2018081820.tif 000012
【図１１】
2018081820.tif 000013