(57)【要約】【課題】過充電耐性とハイレート耐性とを兼ね備えた組電池を提供する。【解決手段】本発明によって、複数の単電池とスペーサ４０とが所定の配列方向に交互に配列され、かつ、上記配列方向に荷重が加えられている組電池が提供される。上記単電池は、反応部２２を有する電極体と、長側面を有する電池ケースと、を備える。スペーサ４０は、上記単電池と対向する面に、反応部２２の一部を押圧する第１押圧部４２を備える。第１押圧部４２は、反応部２２の幅方向Ｙにおける中央部と一対の端部とを、それぞれ鉛直方向Ｚの全長にわたって押圧する一方、反応部２２の鉛直方向Ｚの下端から１／３の下方領域について、幅方向Ｙ全体の１／２以上の長さを押圧しないように構成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池とスペーサとが所定の配列方向に交互に配列され、かつ、前記配列方向に荷重が加えられ構成されている組電池であって、
前記単電池は、
正極と負極とを有する電極体と、
前記電極体を収容し、前記スペーサと対向する一対の長側面を有する電池ケースと、
を備え、
前記電極体は、前記長側面に沿って、前記正極と前記負極とが絶縁された状態で前記配列方向に積層されてなる反応部を有し、
前記スペーサは、前記長側面と対向する面に、前記反応部の一部を前記配列方向に押圧する第１押圧部を備え、
前記第１押圧部は、前記長側面の鉛直方向に直交する方向を幅方向としたときに、前記反応部の前記幅方向における中央部と一対の端部とを、それぞれ前記鉛直方向の全長にわたって押圧する一方、前記反応部の前記鉛直方向における下端から上端に向かって１／３の下方領域について、前記反応部の前記幅方向全体の１／２以上の長さを押圧しないように構成されている、組電池。
【請求項２】
前記スペーサは、前記長側面と対向する面に、前記反応部の一部を前記配列方向に押圧する第２押圧部をさらに備え、
前記第２押圧部は、前記反応部の前記幅方向における中央線で区分けされる２つの分割領域について、それぞれ前記分割領域の中心点を含む中心部分を前記幅方向に前記端部よりも長い長さで押圧するように構成されている、請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記電極体は、前記正極と前記負極とが絶縁された状態で積層され捲回された扁平形状の捲回電極体であり、
一対の捲回平坦部と、前記一対の捲回平坦部の間に介在される一対の捲回Ｒ部と、を有し、
前記一対の捲回Ｒ部のうちの一方は前記鉛直方向の下側に配置され、前記一対の捲回平坦部は前記一対の長側面に沿うように配置されている、請求項１または２に記載の組電池。
【請求項４】
前記第１押圧部は、前記幅方向において、前記反応部の前記一対の端部を、それぞれ前記反応部の前記中央部よりも長い長さで押圧するように構成されている、請求項１から３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、組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の単電池を電気的に接続した組電池は、車両駆動用の高出力電源等に広く用いられている（特許文献１〜４参照）。例えば特許文献１には、複数の単電池と冷却空気を流通させるための空間を有するスペーサとが所定の配列方向に交互に配列され、かつ、上記配列方向に荷重が加えられた組電池が開示されている。上記単電池は、正極と負極とがセパレータを介して対向された電極体と、電解液と、上記電極体と上記電解液とを収容する電池ケースと、を有している。上記スペーサは、単電池と対向する面に凸状のリブを複数備えている。特許文献１の組電池では、上記スペーサのリブによって、上記配列方向から電池ケースの側面全体に荷重が加えられている。このことにより、電池ケース内の電極体は、正極と負極とを互いに押し付け合うように全体が均一に押圧されている。
【０００３】
上記構成により、特許文献１の組電池は優れた過充電耐性を発揮することができる。即ち、電池は通常、電圧が所定の領域に収まるように制御された状態で使用されるが、誤操作などで電池に通常以上の電流が供給されると、電圧が所定の領域を超えて過充電となる場合がある。過充電時には、電解液が電気的に分解されてガスが発生したり、セパレータが熱収縮したりすることがある。特許文献１の組電池では、電極体全体が上記配列方向から均一に押圧されているため、このような場合にもセパレータが位置ずれしたり収縮したりし難い。したがって、過充電時に内部短絡の発生が抑制される。また、上記配列方向における電極体の寸法変化が抑えられ、電池の膨れも抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−０９１６６５号公報
【特許文献２】特開２０１２−２３０８３７号公報
【特許文献３】特開２００９−２５９４５５号公報
【特許文献４】特開２００８−１０８４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、上記組電池のように電極体全体が均一に押圧されていると、充放電時における正負極の膨張収縮や電解液の体積膨張等に起因して、電解液が電極体の系外に押し出されることがある。とりわけ、ハイレート充放電では正負極の膨張収縮が急激なため、所謂、ポンプ効果によって電極体から電解液が押し出され易い。このため、ハイレート充放電を繰り返すと、電極体内で電荷担体の濃度にムラが生じたり電極体に液枯れが生じたりすることがある。かかる場合、内部抵抗が増大して、ハイレート特性が低下する課題があった。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、過充電耐性とハイレート耐性とを兼ね備えた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】
【０００７】
本発明によって、複数の単電池とスペーサとが所定の配列方向に交互に配列され、かつ、上記配列方向に荷重が加えられ構成されている組電池が提供される。上記単電池は、正極と負極とを有する電極体と、上記電極体を収容し、上記スペーサと対向する一対の長側面を有する電池ケースと、を備える。上記電極体は、上記長側面に沿って、上記正極と上記負極とが絶縁された状態で上記配列方向に積層されてなる反応部を有する。上記スペーサは、上記長側面と対向する面に、上記反応部の一部を上記配列方向に押圧する第１押圧部を備える。上記第１押圧部は、上記長側面の鉛直方向に直交する方向を幅方向としたときに、上記反応部の上記幅方向における中央部と一対の端部とを、それぞれ上記鉛直方向の全長にわたって押圧する一方、上記反応部の上記鉛直方向における下端から上端に向かって１／３の下方領域について、上記反応部の上記幅方向全体の１／２以上の長さを押圧しないように構成されている。
【０００８】
上記電極体は、反応部の幅方向における中央部と両端部とに、それぞれ、第１押圧部によって押圧される押圧部分を有する。一方で、上記電極体は、反応部の下方領域に、第１押圧部によって押圧されない非押圧部分を有する。上記押圧部分は、電解液の幅方向への移動を抑制するストッパ壁として機能する。上記非押圧部分は、電解液を電極体内に保持するための保液空間（液だめ）として機能する。このことにより、上記構成の組電池では、ハイレート充放電を繰り返しても電解液が電極体外に押し出され難い。また、上記電極体では、上記押圧部分によって、配列方向の寸法変化が生じ難い。さらに、過充電時にもセパレータの位置ずれや収縮が抑えられて、電極体に内部短絡が生じ難い。以上の効果によって、過充電耐性とハイレート耐性とを兼ね備えた組電池を実現することができる。
【０００９】
好適な一態様において、上記スペーサは、上記長側面と対向する面に、上記反応部の一部を上記配列方向に押圧する第２押圧部をさらに備える。上記第２押圧部は、上記反応部の上記幅方向における中央線で区分けされる２つの分割領域について、それぞれ上記分割領域の中心点を含む中心部分を上記幅方向に上記端部よりも長い長さで押圧するように構成されている。このことにより、例えば充放電に伴って正極や負極が膨張収縮したり、過充電時に電池ケース内でガスが発生したりする場合にも、配列方向における反応部の寸法変化がより一層生じ難くなる。したがって、例えば反応部に局所的な隙間やうねりが生じることを抑制して、正負極間の距離を均質に維持することができる。その結果、充放電の反応ムラが低減され、サイクル特性に優れた組電池を実現することができる。
【００１０】
好適な一態様において、上記電極体は、上記正極と上記負極とが絶縁された状態で積層され捲回された扁平形状の捲回電極体であり、一対の捲回平坦部と、上記一対の捲回平坦部の間に介在される一対の捲回Ｒ部と、を有する。上記一対の捲回Ｒ部のうちの一方は上記鉛直方向の下側に配置され、上記一対の捲回平坦部は上記一対の長側面に沿うように配置されている。このことにより、下側に配置された捲回Ｒ部が電解液の受け皿となり、反応部の下端から電解液が流出することをより良く抑制することができる。したがって、電極体内に電解液をより良く保持することができる。
【００１１】
好適な一態様において、上記第１押圧部は、上記幅方向において、上記反応部の上記一対の端部を、それぞれ上記反応部の上記中央部よりも長い長さで押圧するように構成されている。このことにより、配列方向における反応部の寸法変化をより良く抑えることができる。また、電解液を反応部の幅方向の両端から流出することをより良く抑制して、電解液を電極体内により良く保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の組電池を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１の単電池を模式的に示す斜視図である。
【図３】図２のIII−III線に沿う縦断面図である。
【図４】図３の電極体を模式的に示す分解図である。
【図５】図１のスペーサを模式的に示す平面図である。
【図６】電極体の反応部を模式的に示す平面図である。
【図７】第２実施形態の組電池に係るスペーサを模式的に示す平面図である。
【図８】スペーサの変形例を模式的に示す平面図である。
【図９】スペーサの変形例を模式的に示す平面図である。
【図１０】スペーサの変形例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】
【００１３】
以下、適宜図面を参照しながら、ここに開示される組電池の好適な実施形態を説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。ここに開示される組電池は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
【００１４】
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、重複する説明は省略または簡略化することがある。図面中の符号Ｕ、Ｄ、Ｆ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒは、それぞれ、上、下、前、後、左、右を意味するものとする。図面中の符号Ｘ、Ｙ、Ｚは、それぞれ、単電池の配列方向、単電池の幅広面の幅方向、単電池の幅広面の鉛直方向を意味するものとする。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、組電池１の設置態様を何ら限定するものではない。
【００１５】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の組電池１を模式的に示す斜視図である。組電池１は、複数の単電池１０と、複数のスペーサ４０と、一対のエンドプレート５０Ａ、５０Ｂと、複数の拘束バンド５２と、を備えている。複数の単電池１０は、所定の配列方向Ｘ（図１の前後方向）に配列されている。一対のエンドプレート５０Ａ、５０Ｂは、配列方向Ｘにおいて、組電池１の両端に配置されている。複数のスペーサ４０は、配列方向Ｘにおいて、単電池１０とエンドプレート５０Ａ、５０Ｂとの間、ならびに、複数の単電池１０の間にそれぞれ配置されている。複数の拘束バンド５２は、一対のエンドプレート５０Ａ、５０Ｂを架橋するように取り付けられている。
【００１６】
図２は、単電池１０を模式的に示す斜視図である。図３は、図２のIII−III線に沿う縦断面図である。単電池１０は、典型的には繰り返し充放電が可能な二次電池、例えば、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等である。単電池１０は、電極体２０と、図示しない電解液と、電池ケース３０と、を備えている。
【００１７】
電池ケース３０は、電極体２０と電解液とを収容する筐体である。電池ケース３０は、例えば、アルミニウムやスチール等の金属製である。本実施形態の電池ケース３０は、有底角型（直方体形状）の外形を有している。
【００１８】
電池ケース３０は、上面３０ｕと、上面３０ｕに対向する底面３０ｂと、底面３０ｂから連続する側面としての一対の短側面３０ｎおよび一対の長側面３０ｗと、を有している。長側面３０ｗは、表面が平坦である。複数の単電池１０は、電池ケース３０の長側面３０ｗがスペーサ４０と対向するように、配列方向Ｘに沿って並べられている。
【００１９】
電池ケース３０の上面３０ｕには、外部接続用の正極端子１２Ｔと負極端子１４Ｔとが突出している。隣り合う単電池１０の正極端子１２Ｔと負極端子１４Ｔとは、バスバー１８で電気的に接続されている。このことにより、組電池１は直列に電気接続されている。
ただし、組電池１を構成する単電池１０の形状、サイズ、個数、配置、接続方法等は特に限定されず、適宜変更することができる。
【００２０】
電池ケース３０の内部には、電極体２０と電解液とが収容されている。なお、電極体２０や電解液の構成については従来と同様でよく、特に限定されない。電解液は、例えば、非水溶媒と支持塩とを含んでいる。支持塩は、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４等のリチウム塩である。
【００２１】
図４は、電極体２０を模式的に示す分解図である。電極体２０は捲回電極体である。電極体２０は、帯状の正極１２と帯状の負極１４とが、帯状のセパレータ１６を介して絶縁された状態で積層され、捲回軸ＷＬを中心として捲回され構成されている。電極体２０の外観は、扁平形状である。電極体２０は、捲回軸ＷＬに直交する断面視において、一対の捲回平坦部２０ｆと、一対の捲回平坦部２０ｆの間に介在される一対の捲回Ｒ部２０ｒとを有する。電極体２０の幅方向Ｙの一対の端部は開口され、当該幅方向Ｙの端部によって電極体２０の内外が連通されている。
【００２２】
正極１２は、正極集電体と、その表面に固着された正極活物質層１２ａとを備えている。正極活物質層１２ａは、電荷担体を可逆的に吸蔵及び放出可能な正極活物質を含んでいる。負極１４は、負極集電体と、その表面に固着された負極活物質層１４ａとを備えている。負極活物質層１４ａは、電荷担体を可逆的に吸蔵及び放出可能な負極活物質を含んでいる。セパレータ１６は、電荷担体を透過するとともに、正極活物質層１２ａと負極活物質層１４ａとを絶縁する多孔質部材である。
【００２３】
セパレータ１６の幅Ｗ３は、正極活物質層１２ａの幅Ｗ１や負極活物質層１４ａの幅Ｗ２よりも広い。また、負極活物質層１４ａの幅Ｗ２は、正極活物質層１２ａの幅Ｗ１よりも広い。即ち、Ｗ１とＷ２とＷ３とは、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３を満たしている。正極活物質層１２ａの幅Ｗ１の範囲では、正極活物質層１２ａと負極活物質層１４ａとが絶縁された状態で対向されている。
【００２４】
電極体２０の幅方向Ｙの左端部には、正極集電体露出部１２ｎが設けられている。正極集電体露出部１２ｎには、集箔集電用の正極集電板１２ｃが付設されている。電極体２０の正極１２は、正極集電板１２ｃを介して正極端子１２Ｔと電気的に接続されている。また、電極体２０の幅方向Ｙの右端部には、負極集電体露出部１４ｎが設けられている。負極集電体露出部１４ｎには、集箔集電用の負極集電板１４ｃが付設されている。電極体２０の負極１４は、負極集電板１４ｃを介して負極端子１４Ｔと電気的に接続されている。
【００２５】
単電池１０において、電極体２０の一対の捲回Ｒ部２０ｒのうち一方は、電池ケース３０の底面３０ｂに配置されており、他方は電池ケース３０の上面３０ｕに配置されている。言い換えれば、電極体２０の一対の捲回Ｒ部２０ｒは、鉛直方向Ｚの上下に配置されている。電極体２０の幅方向Ｙの一対の端部は、電池ケース３０の一対の短側面３０ｎと対向するようにそれぞれ配置されている。電極体２０の一対の捲回平坦部２０ｆは、電池ケース３０の一対の長側面３０ｗと対向するようにそれぞれ配置されている。言い換えれば、電極体２０の一対の捲回平坦部２０ｆは、配列方向Ｘに沿って配置されている。本実施形態では、捲回平坦部２０ｆの正極活物質層１２ａの幅Ｗ１の範囲が、充放電可能な反応部２２である。
【００２６】
図５は、スペーサ４０を模式的に示す平面図である。スペーサ４０は、電池ケース３０の長側面３０ｗに対向している。スペーサ４０は、長側面３０ｗと対向する面に、冷却用流体（典型的には空気）を流通させるためのスペースを有する。スペーサ４０は、充放電等によって単電池１０の内部で発生した熱を効率よく放散させるための放熱板としての役割を持つ。スペーサ４０は、板状部材である。スペーサ４０は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂材料や、熱伝導性の良い金属材料で構成されている。
【００２７】
スペーサ４０は、単電池１０の長側面３０ｗと対向する面に、第１凸状部４２とベース部４６とを有している。第１凸状部４２は、ベース部４６から一体的に形成されている。第１凸状部４２は、典型的には、幅方向Ｙの中央線Ｍを基準とする線対称性を有している。第１凸状部４２は、典型的には、長側面３０ｗに当接する側の面の中心を基準とする点対称性を有している。第１凸状部４２は、配列方向Ｘに沿って突出している。このことにより、第１凸状部４２は、単電池１０の長側面３０ｗに当接し、当接した部分を押圧するように構成されている。第１凸状部４２は、第１押圧部の一例である。
【００２８】
第１凸状部４２は、３つの凸状部４２ａ、４２ｂ、４２ｃを有している。３つの凸状部４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、それぞれ離間された位置に配置されている。ただし、３つの凸状部４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、一体的に構成されていてもよい。３つの凸状部４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、平面視においてそれぞれ平板状である。図示は省略するが、３つの凸状部４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、配列方向Ｘに同じ長さで突出している。
【００２９】
３つの凸状部４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、幅方向Ｙに並んで配置されている。幅方向Ｙの左右に位置する２つの凸状部４２ａ、４２ｃは、電極体２０の反応部２２の両端を覆うように構成されている。幅方向Ｙの真ん中に位置する凸状部４２ｂは、電極体２０の反応部２２の中央を覆うように構成されている。反応部２２の幅方向Ｙにおける中央および両端を押圧することにより、単電池１０の充放電時に、配列方向Ｘにおける反応部２２の寸法変化を好適に抑えることができる。また、単電池１０が過充電となった際には、セパレータ１６の位置ずれや収縮を好適に抑制することができる。
【００３０】
好適な一態様では、スペーサ４０の幅方向Ｙにおいて、凸状部４２ａ、４２ｃの長さＴ１、Ｔ３が同じである。好適な一態様では、凸状部４２ａ、４２ｃの長さＴ１、Ｔ３が、凸状部４２ｂの長さＴ２よりも長い。即ち、Ｔ１とＴ２とＴ３とは、Ｔ２＜Ｔ１＝Ｔ３を満たしている。このことにより、電極体２０の反応部２２の両端をより安定的に保持することができる。
【００３１】
好適な一態様では、反応部２２の幅方向Ｙにおける中央線Ｍを基準（０％）として、左右の端部までの長さ（即ち、（Ｗ１）／２）をそれぞれ１００％としたときに、凸状部４２ａ、４２ｃが、反応部２２の幅方向Ｙにおける左右の端部から中央に向かってそれぞれ１０％以上の長さを押圧するように構成されている（図６参照）。このことにより、反応部２２の配列方向Ｘにおける寸法変化やセパレータ１６の位置ずれをより良く抑えることができる。凸状部４２ａ、４２ｃは、反応部２２の幅方向Ｙにおける左右の端部から中央に向かって、概ね１０〜３５％、例えば１０〜２０％の長さを押圧するように構成されているとよい。このことにより、ハイレート耐性をより良く向上することができる。
【００３２】
好適な一態様では、反応部２２の幅方向Ｙにおける中央線Ｍを基準（０％）として、左右の端部までの長さをそれぞれ１００％としたときに、凸状部４２ｂが、反応部２２の幅方向Ｙの中央から左右の端部に向かってそれぞれ１％以上の長さを押圧するように構成されている（図６参照）。このことにより、反応部２２の配列方向Ｘにおける寸法変化やセパレータ１６の位置ずれをより良く抑えることができる。凸状部４２ｂは、反応部２２の幅方向Ｙにおける中央から左右の端部に向かって、それぞれ概ね１〜１０％、例えば１〜３．５％の長さを押圧するように構成されているとよい。このことにより、ハイレート耐性をより良く向上することができる。
【００３３】
３つの凸状部４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、鉛直方向Ｚに同じ長さＨ１で直線状に延びている。３つの凸状部４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、反応部２２の幅方向Ｙにおける中央部と一対の端部とを、それぞれ鉛直方向Ｚの全長にわたって押圧可能なように構成されている。このことにより、反応部２２の配列方向Ｘにおける寸法変化が長期にわたって安定的に抑えられる。また、過充電時にはセパレータ１６の位置ずれや収縮が生じ難くなり、内部短絡の発生が高いレベルで抑制される。
【００３４】
スペーサ４０のベース部４６、即ち凸状部４２の形成されていない部分は、単電池１０の長側面３０ｗに当接しないように構成されている。このため、反応部２２のなかでベース部４６と対向する部分は、スペーサ４０によって押圧されないように構成されている。本実施形態では、凸状部４２ａ、４２ｂの間、および、凸状部４２ｂ、４２ｃの間に、それぞれベース部４６が介在されている。つまり、スペーサ４０は、反応部２２を押圧する第１凸状部４２と、反応部２２を押圧しない部分と、を有している。
【００３５】
本実施形態では、反応部２２の少なくとも鉛直方向Ｚの下端から１／３の下方領域が、所定の長さにわたってスペーサ４０の非押圧部４３ａ、４３ｂと対向している。このことにより、反応部２２の下方領域の一部が押圧されないように構成されている。電解液は重力によって継時的に鉛直方向Ｚの下方に偏在しやすい。当該下方領域の押圧されていない部分は、反応部２２の内部に電解液を貯留するための保液空間として機能する。上記構成の下方領域によって、電解液が反応部２２の外に押し出され難くなる。また、たとえ電解液が反応部２２の外に押し出されたとしても、ストロー効果によって電池ケース３０の下方に溜まった電解液を反応部２２へと好適に吸い上げることができる。
【００３６】
非押圧部４３ａ、４３ｂの幅方向Ｙにおける合計長さは、反応部２２の幅方向Ｙの全長Ｗ１の１／２（即ち５０％）以上を覆う長さであればよい。非押圧部４３ａ、４３ｂの幅方向Ｙにおける合計長さは、反応部２２の幅方向Ｙの全長Ｗ１の５５％以上、例えば７５％以上であるとよい。このことにより、ハイレート耐性をより良く向上することができる。
【００３７】
好適な一態様では、反応部２２の幅方向Ｙにおける中央線Ｍを基準（０％）として、左右の端部までの長さ（即ち、（Ｗ１）／２）をそれぞれ１００％としたときに、非押圧部４３ａ、４３ｂが、それぞれ反応部２２の幅方向Ｙにおける１０〜６５％の長さの部分、例えば３．５〜８０％の長さの部分を押圧しないように構成されている（図６参照）。このことにより、ハイレート耐性をより良く向上することができる。
【００３８】
非押圧部４３ａ、４３ｂの鉛直方向Ｚにおける長さＨ３は、それぞれ、少なくとも鉛直方向Ｚの下端から１／３を覆う長さであればよい。言い換えれば、反応部２２の鉛直方向Ｚにおける下端を基準（０％）とし、上端までの全長を１００％としたときに、非押圧部４３ａ、４３ｂの鉛直方向Ｚにおける長さＨ３が、それぞれ反応部２２の下端から３３％の部分を覆う長さであればよい（図６参照）。非押圧部４３ａ、４３ｂの鉛直方向Ｚにおける長さＨ３は、それぞれ、鉛直方向Ｚの下端から１／２（５０％）以上、例えば１００％であってもよい。このことにより、ハイレート耐性をより良く向上することができる。
【００３９】
エンドプレート５０Ａ、５０Ｂは、組電池１の両端に配置され、複数の単電池１０と複数のスペーサ４０とを配列方向Ｘに挟み込んでいる。拘束バンド５２は、ビス５４によりエンドプレート５０Ａ、５０Ｂに固定されている。拘束バンド５２は、配列方向Ｘに規定の拘束圧が加わるように取り付けられている。拘束バンド５２は、例えば、単電池１０の凸状部４２ａ、４２ｂ、４２ｃにおける面圧が２×１０６〜５×１０６Ｐａ程度となるように、取り付けられている。このことにより、複数の単電池１０と複数のスペーサ４０とに配列方向Ｘから荷重が加えられ、組電池１が一体的に保持されている。
【００４０】
以上のように、組電池１の電極体２０は、反応部２２の幅方向Ｙにおける中央部と一対の端部とに、それぞれ押圧される部分を有する。一方で、電極体２０は、反応部２２の鉛直方向Ｚの下方領域に、押圧されない部分を有する。上記押圧される部分は、電解液の幅方向Ｙへの移動を抑制するストッパ壁として機能する。上記押圧されない部分は、反応部２２に電解液を保持するための液だめとして機能する。このことにより、組電池１では、電極体２０の内部に好適に電解液を貯留することができる。したがって、組電池１では、ハイレート充放電を繰り返しても電解液が電極体２０の系外に押し出され難い。また、電極体２０では、上記押圧される部分によって配列方向Ｘにおける反応部２２の寸法変化が好適に抑えられる。さらに、電極体２０では、単電池１０が過充電となった際にも、上記押圧される部分によってセパレータ１６の位置ずれや収縮を好適に抑制することができる。これらの効果が相俟って、組電池１は、優れた過充電耐性と優れたハイレート耐性とを兼ね備えることができる。
【００４１】
組電池１は各種用途に利用可能であるが、過充電耐性とハイレート耐性とを兼ね備えることを特徴とする。組電池１は、このような特徴を活かして、例えば車両に搭載されるモーター用の動力源（駆動用電源）として好適に用いることができる。車両の種類は特に限定されないが、典型的には自動車、例えばプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等が挙げられる。
【００４２】
＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態の組電池に係るスペーサ６０を模式的に示す平面図である。なお、組電池のスペーサ６０以外については上述した第１実施形態と同様のため、詳細な説明は割愛する。
スペーサ６０は、単電池１０の長側面３０ｗに当接する側の表面に、３つの第１凸状部６２ａ、６２ｂ、６２ｃと、第２凸状部６４と、ベース部６６と、を有している。第１凸状部６２ａ、６２ｂ、６２ｃについては、第１実施形態のスペーサ４０における凸状部４２ａ、４２ｂ、４２ｃと同様である。第２凸状部６４は、ベース部６６から一体的に形成されている。第２凸状部６４は、典型的には、幅方向Ｙの中央線Ｍを基準とする線対称性を有している。第２凸状部６４は、典型的には、長側面３０ｗに当接する側の面の中心を基準とする点対称性を有している。第２凸状部６４は、第１凸状部６２ａ、６２ｂ、６２ｃと同様に、配列方向Ｘに沿って突出している。このことにより、第１凸状部６２ａ、６２ｂ、６２ｃと第２凸状部６４とは、単電池１０の長側面３０ｗに当接し、当接した部分を押圧するように構成されている。第２凸状部６４は、第２押圧部の一例である。
【００４３】
第２凸状部６４は、２つの凸状部６４ａ、６４ｂを有している。第２凸状部６４ａ、６４ｂは、幅方向Ｙの中央線Ｍで区分けされた反応部２２の２つの分割領域で、それぞれ分割領域の中心点を含む中心部分を押圧するように構成されている。第２凸状部６４ａ、６４ｂは、それぞれ離間された位置に配置されている。第２凸状部６４ａ、６４ｂは、幅方向Ｙにおいて、第１凸状部６２ａ、６２ｂ、６２ｃの間に配置されている。ただし、第２凸状部６４ａ、６４ｂは、例えば第１凸状部６２ｂを介して連結されていてもよい。第２凸状部６４ａ、６４ｂは、例えば第１凸状部６２ａ、６２ｂ、６２ｃと一体的に構成されていてもよい。第２凸状部６４ａ、６４ｂは、平面視において平板状である。図示は省略するが、第２凸状部６４ａ、６４ｂは、いずれも配列方向Ｘに第１凸状部６２ａ、６２ｂ、６２ｃと同じ長さで突出している。
【００４４】
好適な一態様では、スペーサ６０の幅方向Ｙにおいて、第２凸状部６４ａ、６４ｂの長さＴ４、Ｔ５が同じである。好適な一態様では、第２凸状部６４ａ、６４ｂの長さＴ４、Ｔ５が、反応部２２の幅方向Ｙにおける左右の端部を押圧する凸状部６２ａ、６２ｃの長さＴ１、Ｔ３や、反応部２２の幅方向Ｙにおける中央部を押圧する凸状部６２ｂの長さＴ２よりも長い。即ち、Ｔ１〜Ｔ５は、Ｔ２≦Ｔ１＝Ｔ３＜Ｔ４＝Ｔ５を満たしている。このことにより、反応部２２に局所的な隙間やうねりが生じることを抑制して、正極１２と負極１４との間の距離を均質に維持することができる。
【００４５】
好適な一態様では、反応部２２の幅方向Ｙにおける中央線Ｍを基準（０％）として、左右の端部までの長さ（即ち、（Ｗ１）／２）をそれぞれ１００％としたときに、第２凸状部６４ａ、６４ｂが、それぞれ反応部２２の２０％以上の長さを押圧するように構成されている（図６参照）。このことにより、配列方向Ｘにおける反応部２２の寸法変化やセパレータ１６の位置ずれ等がより良く抑えられる。第２凸状部６４ａ、６４ｂは、それぞれ幅方向Ｙに概ね２５〜５０％、例えば２７〜５０％の長さを押圧するように構成されているとよい。このことにより、ハイレート耐性を向上することができる。
【００４６】
好適な一態様では、反応部２２の幅方向Ｙにおける中央線Ｍを基準（０％）として、左右の端部までの長さをそれぞれ１００％としたときに、第２凸状部６４ａ、６４ｂが、それぞれ反応部２２の幅方向Ｙにおける３３〜６０％の長さの部分、例えば２０〜７０％の長さの部分を押圧するように構成されている。このことにより、充放電の反応ムラをより良く低減することができる。
【００４７】
第２凸状部６４ａ、６４ｂは、鉛直方向Ｚに同じ長さＨ２で直線状に延びている。第２凸状部６４ａ、６４ｂの鉛直方向の長さＨ２は、凸状部６２ａ、６２ｂ、６２ｃの鉛直方向の長さＨ１よりも短い。
【００４８】
好適な一態様では、反応部２２の鉛直方向Ｚにおける下端を基準（０％）とし、上端までの全長を１００％としたときに、第２凸状部６４ａ、６４ｂが、それぞれ概ね１０％以上の長さの部分、例えば１８％以上の長さの部分を押圧するように構成されている（図６参照）。このことにより、配列方向Ｘにおける反応部２２の寸法変化やセパレータの位置ずれ等がより良く抑えられると共に、ハイレート耐性をより良く向上することができる。
【００４９】
以上のように、スペーサ６０が第１凸状部６２ａ、６２ｂ、６２ｃに加えて第２凸状部６４ａ、６４ｂを備えることで、反応部２２のなかで押圧される部分の割合がより大きくなる。このことにより、例えば充放電に伴って正極１２や負極１４が膨張収縮した場合にも、電極体２０の内部に局所的な隙間やうねり等の変形が生じることを抑制することができる。したがって、反応部２２の正極１２と負極１４との間の距離を均質に維持して、充放電の反応ムラを低減することができる。その結果、ハイレート耐性とサイクル特性とを高いレベルで両立することができる。
【００５０】
以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。
【００５１】
＜試験例１−１＞
ここでは、電極体の反応部について、押圧する部分の位置や大きさを変化させたときの過充電耐性を評価した。
まず、電極体を有する単電池と、表１に示すように反応部の一部を押圧可能に構成された押圧部を有するスペーサ（図５参照）と、を用意した。また、参考例１，２として、反応部の全体を押圧するスペーサと、反応部の全体を押圧しないスペーサとを用意した。次に、単電池の長側面にスペーサを対向させた状態で、両者を拘束した。そして、過充電試験を実施した。具体的には、−１０℃の温度環境下において、９Ｃの充電レートで単電池が過充電となるまで定電流充電し、このときの耐電圧を評価した。
【００５２】
押圧部で押圧した部分と、過充電耐性との対応関係を表１に示す。なお、表１では、電極体全体を押圧した参考例１の耐電圧を基準とし、耐電圧の低下が基準の１０Ｖ未満である例を「〇：参考例１と同等の過充電耐性」、耐電圧の低下が基準の１０Ｖ以上である例を「×：参考例１よりも過充電耐性が低い」と示している。なお、各例につき複数回の試験を実施したところ、結果のばらつきは±３％以内であった。
【００５３】
【表１】
2018181765.tif 000003
【００５４】
表１に示すように、幅方向Ｙの中央（１箇所）あるいは両端（２箇所）のみで反応部を押圧した場合には、過充電耐性が低かった。また、反応部を幅方向Ｙの中央部と一対の端部との計３箇所で押圧した場合でも、鉛直方向Ｚに押圧していない部分があると、過充電耐性が低かった。これに対して、反応部を幅方向Ｙの中央部と一対の端部との計３箇所で、それぞれ鉛直方向Ｚの全体、即ち下端（０％）から上端（１００％）までにわたって押圧した場合には、参考例１と同等の優れた過充電耐性が実現された。
【００５５】
＜試験例１−２＞
ここでは、電極体の反応部について、押圧しない部分の位置や大きさを変化させたときのハイレート耐性を評価した。
まず、表２に示すように反応部の一部を押圧しないように構成された押圧部を有するスペーサを用意した。また、参考例１，２として、試験例１−１と同様に、反応部の全体を押圧するスペーサと、反応部の全体を押圧しないスペーサとを用意した。次に、試験例１−１と同様に、単電池の長側面にスペーサを対向させた状態で、両者を拘束した。そして、ハイレート充放電試験を実施した。具体的には、２５℃の温度環境下において、凡そ３０Ｃの充電レートで定電流充電した後、凡そ２．５Ｃの放電レートで定電流放電する動作を１サイクルとして、これを規定のサイクル繰り返した。そして、ハイレートサイクル前後の抵抗値から、抵抗上昇率(％)を算出した。
【００５６】
押圧部で押圧しなかった部分と、ハイレート耐性との対応関係を表２に示す。なお、表２では、電極体全体を押圧した参考例１の抵抗上昇率を基準とし、抵抗上昇率の低下が基準の１０％以上である例を「〇：参考例１よりもハイレート耐性に優れる」、なかでも抵抗上昇率の低下が特に優れる例を「◎：特にハイレート耐性に優れる」、抵抗上昇率の低下が１０％未満である例を「×：参考例１とハイレート耐性が同等」と示している。また、表２の（括弧）内の数字は、幅方向の全長に占める「押圧しない部分」の割合(％)である。また、各例につき複数回の試験を実施したところ、結果のばらつきは±３％以内であった。
【００５７】
【表２】
2018181765.tif 000004
【００５８】
表２に示すように、反応部の以下の部分：
（１）鉛直方向Ｚの下端から上端に向かって１／３の部分；
（２）幅方向Ｙにおける中央線Ｍを基準（０％）として、左右の端部までの長さをそれぞれ１００％としたとき、左右それぞれ幅方向Ｙの５０％（半分）以上の部分；
を押圧しないことで、参考例１よりも優れたハイレート耐性が実現された。
【００５９】
＜試験例２＞
ここでは、電極体の反応部について押圧する部分の位置や大きさを変化させたときのハイレート耐性と高温サイクル特性とを評価した。
まず、表１に示す幅方向Ｙの３箇所を押圧可能に構成された第１押圧部と、表３に示す部分を押圧可能に構成された第２押圧部と、を有するスペーサ（図６参照）を用意した。次に、試験例１−２と同様に、単電池の長側面にスペーサを対向させた状態で、両者を拘束した。そして、ハイレート充放電試験と高温サイクル試験とを実施した。なお、ハイレート充放電試験については試験例１−２と同様である。また、高温サイクル試験では、６０℃の温度環境下において、凡そ２Ｃの充電レートでハイレート充電した後、１Ｃ以下の放電レートでローレート放電する動作を１サイクルとして、これを規定のサイクル繰り返した。そして、ハイレートサイクル前後の抵抗値から、抵抗上昇率(％)を算出した。
【００６０】
第２押圧部で押圧した部分と、ハイレート耐性および高温サイクル特性との対応関係を表３に示す。なお、ハイレート耐性の表記については、試験例１−２と同様である。また、高温サイクル試験では、電極体全体を押圧した参考例１の抵抗上昇率を基準とし、抵抗上昇率の低下が基準の５％以上である例を「〇：参考例１とサイクル特性が同等」、抵抗上昇率の低下が基準の５％未満である例を「×：参考例１よりもサイクル特性が低い」と示している。
【００６１】
【表３】
2018181765.tif 000005
【００６２】
表３に示すように、ハイレート耐性については、いずれの例も参考例１に比べて優れていた。これは、反応部の一部を押圧しなかったためと考えられる。さらに、反応部の幅方向Ｙの中央線Ｍで区分けされた左右の２つの領域において、以下の部分：
（１）左右それぞれの領域の中心点を含む部分；
（２）幅方向Ｙにおいて第１押圧部で押圧した部分よりも長い部分；
を線対称に押圧することで、参考例１よりも優れたサイクル特性が実現された。
【００６３】
以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００６４】
例えば、上記実施形態では、電極体２０が捲回電極体であったが、これには限定されない。電極体２０は、例えば、矩形状の正極と矩形状の負極とが絶縁された状態で積み重ねられた積層電極体であってもよい。積層電極体は、一対の矩形状の平坦面と、当該一対の平坦面をつなぐ４つの積層面（端面）とを有する。積層電極体は、典型的には、その平坦面が単電池１０の長側面３０ｗと対向するように、電池ケース３０の内部に配置される。このような態様の電極体もまた、単電池１０で好ましく用いることができる。
【００６５】
例えば、上記した第１実施形態では、スペーサ４０の凸状部４２ａ、４２ｂ、４２ｃ以外の部分が、全てベース部４６であった。また、上記した第２実施形態では、スペーサ６０の凸状部６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６４ａ、６４ｂ以外の部分が、全てベース部６６であった。しかし、これには限定されない。スペーサ４０、６０の凸状部４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６４ａ、６４ｂ以外の部分には、拘束バンド５２で拘束された状態で単電池１０の長側面３０ｗと当接しない限りにおいて、配列方向Ｘの側に突出する部位があってもよい。
【００６６】
例えば、上記した実施形態では、スペーサ４０の凸状部４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、および、スペーサ６０の凸状部６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６４ａ、６４ｂが、いずれも離間された位置に配置されていたが、これには限定されない。
図８は、スペーサ７０を模式的に示す平面図である。スペーサ７０は、凸状部７２とベース部７６とを有している。このように、凸状部は一体的に構成されていてもよい。本発明者らの検討によれば、このような態様のスペーサ７０も、スペーサ４０、６０と同様に組電池１で好ましく用いることができる。
【００６７】
例えば、上記した実施形態では、スペーサ４０の凸状部４２ａ、４２ｂ、４２ｃが平面視において平板状であったが、これには限定されない。
図９は、スペーサ８０を模式的に示す平面図である。スペーサ８０は、単電池１０の長側面３０ｗと対向する面に、くし歯状の第１凸状部８２ａ、８２ｂ、８２ｃと、ベース部８６と、を有している。第１凸状部８２ａ、８２ｂ、８２ｃは、それぞれ、高さ方向Ｚに等間隔で配置された複数の凸状リブを備えている。各凸状リブは、幅方向Ｙに沿って延びている。各凸状リブは、配列方向Ｘの側に同じ高さで突出している。第１凸状部８２ａ、８２ｂ、８２ｃは、配列方向Ｘからみて凹凸形状を有している。このことにより、第１凸状部８２ａ、８２ｂ、８２ｃでは、冷却用流体の流路として利用可能な複数の溝が、幅方向Ｙに沿って形成されている。複数の溝は、幅方向Ｙの左右が開放されている。凸状リブのピッチｄは、例えば１〜１０ｍｍである。本実施形態では、ｄ＝７．５ｍｍである。また、凸状リブの配列方向Ｘへの突出高さは、例えば５〜８．５ｍｍである。このようなピッチｄおよび突出高さであると、平板状の凸状部４２ａ、４２ｂ、４２ｃを有するスペーサ４０を使用する場合と同様に、反応部２２の中央と一対の端部とを平面的に押圧することができる。本発明者らの検討によれば、このような態様のスペーサ８０も、スペーサ４０、６０と同様に組電池１で好ましく用いることができる。
【００６８】
なお、図９では各凸状リブが幅方向Ｙに沿って延びていたが、これには限定されない。
図１０は、スペーサ９０を模式的に示す平面図である。スペーサ９０は、単電池１０の長側面３０ｗと対向する面に、くし歯状の第１凸状部９２ａ、９２ｂ、９２ｃと、ベース部９６と、を有している。第１凸状部９２ａ、９２ｂ、９２ｃは、それぞれ、幅方向Ｙに等間隔で配置された複数の凸状リブを備えている。各凸状リブは、高さ方向Ｚに沿って延びている。このことにより、第１凸状部９２ａ、９２ｂ、９２ｃでは、複数の溝が高さ方向Ｚの上下が開放されている。本発明者らの検討によれば、このような態様のスペーサ９０も、スペーサ４０、６０と同様に組電池１で好ましく用いることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１      組電池
１０    単電池
２０    電極体
２２    反応部
３０    電池ケース
４０、６０、７０、８０、９０    スペーサ
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、７２、８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、９２ａ、９２ｂ、９２ｃ    凸状部（第１押圧部）
６４    凸状部（第２押圧部）
【図１】
2018181765.tif 000006
【図２】
2018181765.tif 000007
【図３】
2018181765.tif 000008
【図４】
2018181765.tif 000009
【図５】
2018181765.tif 000010
【図６】
2018181765.tif 000011
【図７】
2018181765.tif 000012
【図８】
2018181765.tif 000013
【図９】
2018181765.tif 000014
【図１０】
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