(57)【要約】【課題】全固体電池の電池性能と耐久性との両方が改善されている組電池を提供する。【解決手段】本発明によって、複数の単電池１０と拘束機構２０とを備える組電池１が提供される。複数の単電池１０は、電極板と固体電解質層とが電池ケース１２内に収容されているとともに、前記電極板および前記固体電解質層の厚み方向Ｚに沿って配列されている。拘束機構２０は、配列された単電池１０を、配列方向Ｚに沿って圧縮する方向に応力が内在するように拘束する。ここで単電池１０は、電極板に接続されるとともに、電池ケース１２の外部に延出された外部端子１６を備えている。そして配列方向Ｚに交わる方向であって、外部端子１６が突出している方向を第一方向とし、該第一方向とは反対の方向を第二方向としたとき、拘束機構２０は、第一方向Ｘ１から第二方向Ｘ２に向かうにつれて応力が大きくなるよう構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極板と固体電解質層とが電池ケース内に収容されているとともに、前記電極板および前記固体電解質層の厚み方向に沿って配列された複数の単電池と、
配列された前記単電池を、前記配列方向に沿って圧縮する方向に応力が内在するように拘束する拘束機構と、
を備え、
前記単電池は、前記電極板に接続されるとともに、前記電池ケースの外部に延出された外部端子を備え、前記配列方向に交わる方向であって、前記外部端子が突出している方向を第一方向とし、該第一方向とは反対の方向を第二方向としたとき、
前記拘束機構は、前記第一方向から前記第二方向に向かうにつれて前記応力が大きくなるよう構成されている、組電池。
【請求項２】
前記拘束機構は、
配列された複数の前記単電池を挟むように前記配列方向の両端に配置される一対のエンドプレートと、
一対の前記エンドプレートに渡し掛けられ、前記エンドプレートの離間距離を規制する拘束部材と、
一対の前記エンドプレートの間に配置される挿入部材と、
を備え、
前記挿入部材は、前記第一方向から前記第二方向に向かうにつれて前記配列方向の寸法が大きくなるよう構成されている、請求項1の組電池。
【請求項３】
前記拘束機構は、
配列された複数の前記単電池を挟むように前記配列方向の両端に配置される一対のエンドプレートと、
一対の前記エンドプレートに渡し掛けられ、前記エンドプレートの離間距離を規制する拘束部材と、
一対の前記エンドプレートの間に配置される挿入部材と、
を備え、
前記挿入部材は、前記第一方向から前記第二方向に向かうにつれてバネ定数が高くなるよう構成されている、請求項1または２の組電池。
【請求項４】
前記挿入部材は、前記配列方向における寸法が均一である、請求項３に記載の組電池。
【請求項５】
前記挿入部材は、弾性材料により構成されている、請求項２〜４のいずれか１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、複数の単電池を積層して拘束した組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン電池等の二次電池は、パソコン、携帯端末等のポータブル電源や、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等の主電源、および電力貯蔵用電源等として不可欠な存在となっている。そして大容量や高出力が求められる用途の電池においては、一般に、複数個の単電池（電池セル）を厚み方向に積み重ねて束ねた組電池の形態で使用されている（特許文献１〜３等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８７８８９号公報
【特許文献２】特開２０１５−１１８８２２号公報
【特許文献３】特開２０１６−１７０９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような組電池においては、個々の単電池の構成や組電池の設置態様にあわせて単電池の拘束力を変化させることが提案されている。例えば、特許文献１には、少なくともガス発生時に、集電タブの側から圧力開放部に向かうにつれて押圧力が小さくなるように組電池を構築することが開示されている。これにより、単電池内で非水電解液の分解により発生したガスを圧力開放部に向けて移動させ、圧力開放部からスムーズに排出できることが記載されている。また、例えば特許文献２には、非水電解液を含む単電池からなる組電池について、極板が鉛直方向に沿うように設置する場合は、鉛直上部よりも鉛直下部を強く押圧する構成が開示されている。これにより、単電池内で非水電解液が下部に偏在するのを抑制し、耐久性を向上できることが記載されている。
【０００５】
しかしながら、これらは圧力開放部や非水電解液を備える二次電池について、特別な局面においてのみ有効となる構成であった。例えば、単電池において普遍的に生じる電流密度の分布の発生や、これに起因する電池反応の不均一性、および電池の耐久性の悪化については何ら開示されていなかった。
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、構成要素である全固体電池の電池性能と耐久性との両方が改善されてい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】
【０００６】
ここに開示される技術によって、複数の単電池と、拘束機構と、を備える組電池が提供される。複数の単電池は、電極板と固体電解質層とが電池ケース内に収容されているとともに、上記電極板および上記固体電解質層の厚み方向に沿って配列されている。拘束機構は、配列された上記単電池を、上記配列方向に沿って圧縮する方向に応力が内在するように拘束する。そして上記単電池は、上記電極板に接続されるとともに、上記電池ケースの外部に延出された外部端子を備えている。そして上記配列方向に交わる方向であって、上記外部端子が突出している方向を第一方向とし、該第一方向とは反対の方向を第二方向としたとき、上記拘束機構は、上記第一方向から上記第二方向に向かうにつれて上記応力（拘束圧）が大きくなるように構成されている。
【０００７】
通常の単電池は、外部端子に近い側から遠ざかるにつれて電流密度が低くなり、単電池内での反応が不均一となっている。しかしながら、上記構成によると、単電池は、外部端子に近い側から遠ざかるにつれて拘束圧が大きくなるように構成されている。これにより、単電池は、外部端子に近い側から遠ざかるにつれて内部抵抗が低減され、その結果、電流密度が均一化されるように構成されている。これにより、組電池の電池特性が向上されることに加え、組電池の長期耐久性までもが改善される。なお、かかる拘束圧の分布は、非水電解液を含む液系二次電池においては液枯れを招聘し得るものとなり好ましくない。ここに開示される技術においては、かかる拘束圧分布を、固体電解質を備える全固体電池に適用することで、その効果を得るようにしている。
【０００８】
ここに開示される技術の好適な一態様について、上記拘束機構は、配列された複数の上記単電池を挟むように上記配列方向の両端に配置される一対のエンドプレートと、一対の上記エンドプレートに渡し掛けられ、上記エンドプレートの離間距離を規制する拘束部材と、一対の前記エンドプレートの間に配置される挿入部材と、を備える。そして上記挿入部材は、上記第一方向から上記第二方向に向かうにつれて上記配列方向の寸法が大きくなるように構成されている。このような簡便な構成によって、複数の単電池に対して上記の拘束圧の勾配を好適に付与することができる。
【０００９】
ここに開示される技術の好適な一態様について、上記拘束機構は、配列された複数の上記単電池を挟むように上記配列方向の両端に配置される一対のエンドプレートと、一対の上記エンドプレートに渡し掛けられ、上記エンドプレートの離間距離を規制する拘束部材と、一対の前記エンドプレートの間に配置される挿入部材と、を備える。そして上記挿入部材は、上記第一方向から上記第二方向に向かうにつれてバネ定数が高くなるよう構成されている。また上記挿入部材は、上記配列方向における寸法が均一であると好ましい。上記構成によると、例えば挿入部材の厚みを一定にしても、組電池を組み付けた際に複数の単電池に対して上記の拘束圧の勾配を好適に付与することができる。これにより、簡便かつ高精度に上記の組電池を実現することができて好ましい。
【００１０】
ここに開示される技術の好適な一態様について、上記挿入部材は、弾性材料により構成されている。挿入部材が弾性材料によって構成されていることで、単電池の充放電に伴う配列方向の寸法変化を好適に吸収することができ、単電池に印加される拘束圧を一定に保つことができる。これにより、組電池の耐久性をより一層高めうるために好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、一実施形態に係る組電池を模式的に示す正面図である。
【図２】図２は、図１に示した単電池を模式的に示す（ａ）平面図と、（ｂ）正面図と、（ｃ）側面図である。
【図３】図３は、図１に示した組電池の構成を説明する正面概略図である。
【図４】図４は、他の実施形態に係る組電池の構成を説明する正面概略図である。
【図５】図５は、他の実施形態に係る組電池の構成を説明する正面概略図である。
【図６】図６は、一実施形態に係る挿入部材の構成を説明する平面概略図である。
【図７】図７は、他の実施形態に係る挿入部材の構成を説明する平面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。なお、本明細書において、数値範囲を示す「Ｘ〜Ｙ」との表記は、「Ｘ以上Ｙ以下」を意味する。
【００１３】
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Ｘ、Ｙ、Ｚは、それぞれ、単電池の長さ方向、幅方向、厚み方向を意味し、厚み方向Ｚは配列方向と一致する。なお、配列方向Ｚの寸法を単に「厚み」と表現する場合がある。また、図面中の符号Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１、Ｚ２は、それぞれ、第一方向、第二方向、正極外部端子側、負極外部端子方向、上方、下方を意味するものとする。なお、本実施形態において、長さ方向Ｘ、幅方向Ｙ、配列方向Ｚはそれぞれ直交している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、組電池の配置、使用等の態様を何ら限定するものではない。
【００１４】
（実施形態１）
［組電池］
図１は、一実施形態に係る組電池１を模式的に示した正面図である。図２は、単電池１０を模式的に示す三面図である。組電池１は、複数の単電池１０と、拘束機構２０と、を備えている。複数の単電池１０は、所定の配列方向Ｚに配列されている。拘束機構２０は、これらの単電池１０を一組の電池として扱えるように拘束するための部材である。以下、各要素について説明する。
【００１５】
［単電池］
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であればその充放電機構や構成等は特に制限されない。単電池１０は、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。なお、二次電池については、安全性を高めるために、電解質として可燃性の電解液を用いることなく、イオン伝導性を備えるセラミックスやポリマー等からなる固体電解質を用いた全固体電池の実用化が進められている。ここに開示される技術において、単電池１０はこのような固体電解質を備えていることが好ましい。以下、単電池１０が全固体リチウムイオン電池である場合を例に説明するが、単電池１０の構成はリチウムイオン電池のみに限定されない。単電池１０は、典型的には、図示しない電極板と固体電解質とからなる発電要素１４と、電池ケース１２とを備えている。一つの単電池１０は、発電要素１４を一つのみ備えていてもよいし、二つ以上（例えば３〜５個）備えていてもよい。この点において、本明細書でいう「単電池」とは、JIS D 0114:2000に規定される「単位電池」であり、本明細書でいう「発電要素」は、同規定の「単電池」であり得る。この発電要素１４は、電池ケース１２に収容されている。
【００１６】
全固体電池においては、電極板としての正極板および負極板の間に固体電解質を層状に配置することで、発電要素１４が構成される。正極板と負極板は、それぞれ正極活物質層と負極活物質層とを備えている。固体電解質は、正極板および負極板を電気的に絶縁しつつ、電荷担体の伝導性を有する。正極板と負極板は、固体電解質を介して対向配置されることにより、正極板と負極板との間で電荷担体を行き来させることができる。これにより、発電要素１４は充放電を行うことができる。
【００１７】
これら固体電解質層および正・負の活物質層は、例えば、ＣＶＤ法等によって緻密なバルク体として形成されていてもよいし、粉体状（粒子状）の電極構成材料をバインダで結着することで構成されていてもよい。全固体電池には電解液が存在しないことから、固体電解質層と正・負の活物質層との間の界面抵抗が電解液を備える液系二次電池よりも高い。これに加え、粉体材料を用いて製造される全固体電池については、固体電解質層および正・負の活物質層を構成する粒子間にも界面抵抗が発生する。したがって、ここに開示される技術の効果がより明瞭に発揮されるとの点からは、発電要素１４として、粉体状の電極構成材料を用いて形成されたものを好適に採用することができる。
【００１８】
固体電解質層は、固体電解質材料を主体として含む。固体電解質材料としては、例えば、電荷担体イオン（ここではリチウムイオン）についての伝導性を有するが、電子伝導性は示さない各種の化合物を好適に用いることができる。このような固体電解質材料としては、具体的には、例えば、Ｌｉ2Ｓ−ＳｉＳ2、ＬｉＩ−Ｌｉ2Ｓ−ＳｉＳ2、ＬｉＩ−Ｌｉ2Ｓ−Ｐ2Ｓ5、ＬｉＩ−Ｌｉ2Ｓ−Ｂ2Ｓ3、Ｌｉ3ＰＯ4−Ｌｉ2Ｓ−Ｓｉ2Ｓ、Ｌｉ3ＰＯ4−Ｌｉ2Ｓ−ＳｉＳ2、ＬｉＰＯ4−Ｌｉ2Ｓ−ＳｉＳ、ＬｉＩ−Ｌｉ2Ｓ−Ｐ2Ｏ5、ＬｉＩ−Ｌｉ3ＰＯ4−Ｐ2Ｓ5、ＬｉＩ−Ｌｉ3ＰＳ4−ＬｉＢｒ、Ｌｉ2Ｓ−Ｐ2Ｓ5、Ｌｉ2Ｓ−Ｐ2Ｓ5−ＬｉＩ−ＬｉＢｒおよびＬｉ2Ｓ−Ｐ2Ｓ5−ＧｅＳ2等の非晶質硫化物、Ｌｉ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5、Ｌｉ2Ｏ−ＳｉＯ2、Ｌｉ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3、およびＬｉ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ等の非晶質酸化物、Ｌｉ10ＧｅＰ2Ｓ12等の結晶質硫化物、Ｌｉ1.3Ａｌ0.3Ｔｉ0.7（ＰＯ4）3、Ｌｉ1+x+yＡ１xＴｉ2-xＳｉyＰ3-yＯ12（Ａ１は、ＡｌまたはＧａ、０≦ｘ≦０．４、０＜ｙ≦０．６）、［（Ａ２1/2Ｌｉ1/2）1-zＣz］ＴｉＯ3（Ａ２は、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、またはＳｍ、ＣはＳｒまたはＢａ、０≦ｚ≦０．５）、Ｌｉ5Ｌａ3Ｔａ2Ｏ12、Ｌｉ7Ｌａ3Ｚｒ2Ｏ12、Ｌｉ6ＢａＬａ2Ｔａ2Ｏ12、およびＬｉ3.6Ｓｉ0.6Ｐ0.4Ｏ4等の結晶質酸化物、Ｌｉ3ＰＯ(4-3/2w)Ｎw（ｗ＜１）等の結晶質酸窒化物、Ｌｉ3Ｎ等の結晶質窒化物、ならびに、ＬｉＩ、ＬｉＩ−Ａｌ2Ｏ3、およびＬｉ3Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ等の結晶質ヨウ化物等が例示される。なかでも優れたリチウムイオン伝導性を有する点で、非晶質硫化物を好ましく用いることができる。
【００１９】
なお、固体電解質としては、リチウム塩を含むポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリフッ化ビニリデン、またはポリアクリロニトリル等の半固体のポリマー電解質も使用することができる。
また、本明細書において、「主体とする」とは、当該成分が５０質量％以上含まれることを意味し、好ましくは６０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、例えば８０質量％以上含まれる態様であり得る。
【００２０】
正極活物質層は、正極活物質を主体として含む。負極活物質層は、負極活物質を主体として含む。正極活物質および負極活物質としては、全固体電池の電極活物質として利用可能な各種の材料を用いることができる。例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出することができる各種の化合物を好適に用いることができる。これら正極活物質と負極活物質とに明確な制限はなく、例えば、二種類の活物質材料の充放電電位を比較して、充放電電位が相対的に貴な電位を示すものを正極に、卑な電位を示すものを負極に用いることができる。
【００２１】
このような活物質材料としては、例えば、コバルト酸リチウム（例えば、ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（例えば、ＬｉＮｉＯ２）、Ｌｉ1+xＣｏ1/3Ｎｉ1/3Ｍｎ1/3Ｏ２（ｘは０≦ｘ＜１を満たす）等の層状岩塩型リチウム遷移金属酸化物、マンガン酸リチウム（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４）、Ｌｉ1+xＭｎ2-x-yＭ１yＯ４（Ｍ１は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＺｎから選ばれる１種以上の金属元素であり、ｘ，ｙは独立して０≦ｘ，ｙ≦１を満たす）で表される組成の異種元素置換Ｌｉ−Ｍｎスピネル等のスピネル型リチウム遷移金属酸化物、チタン酸リチウム（例えば、ＬｉxＴｉＯy、ｘ，ｙは独立して０≦ｘ，ｙ≦１を満たす）、リン酸金属リチウム（例えば、ＬｉＭ２ＰＯ４、Ｍ２はＦｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、またはＮｉ）、酸化バナジウム（例えば、Ｖ2Ｏ5）および酸化モリブデン（例えば、ＭｏＯ３）等の酸化物、硫化チタン（例えば、ＴｉＳ2）、グラファイトおよびハードカーボン等の炭素材料、リチウムコバルト窒化物（例えば、ＬｉＣｏＮ）、リチウムシリコン酸化物（例えば、ＬｉxＳｉyＯz、ｘ，ｙ，ｚは独立して０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１を満たす）、リチウム金属（Ｌｉ）、シリコン（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）ならびにこれらの酸化物（例えば、ＳｉＯ、ＳｎＯ２）、リチウム合金（例えば、ＬｉＭ３、Ｍ３は、Ｃ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｂ、ＰｂまたはＰ）、リチウム貯蔵性金属間化合物（例えば、ＭｇxＭ４やＭ５ｙＳｂ、Ｍ４はＳｎ、Ｇｅ、またはＳｂ、Ｍ５はＩｎ、Ｃｕ、またはＭｎ）、ならびに、これらの誘導体や複合体が挙げられる。
【００２２】
また、正・負の活物質層は、層内でのリチウムイオン伝導性を高めるために、活物質材料の一部を上記の固体電解質材料に置き換えてもよい。この場合、活物質層に含有させる固体電解質材料の割合は、活物質材料と固体電解質材料の合計を１００質量％としたとき、例えば、６０質量％以下とすることができ、５０質量％以下が好ましく、４０質量％以下がより好ましい。また、置き換えするときの固体電解質材料の割合は、１０質量％以上が適切であり、２０質量％以上が好ましく、３０質量％以上がより好ましい。このような活物質材料と固体電解質材料との置き換えをする場合、正・負の物質層は、活物質材料と固体電解質材料とを主体として構成することができる。
【００２３】
なお、より電位の高い正極活物質層に硫化物からなる固体電解質を含有させる場合、正極活物質と固体電解質との界面に高抵抗の反応層が形成されて、界面抵抗が高く虞がある。したがって、このような事象を抑制するために、正極活物質粒子はリチウムイオン伝導性を有する結晶性酸化物で被覆しておくことができる。正極活物質を被覆するリチウムイオン伝導性酸化物としては、例えば、一般式ＬｉｘＡ３Ｏｙで表される酸化物を挙げることができる。ここで式中のＡ３は、Ｂ、Ｃ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＴａまたはＷであり、ｘおよびｙは正の数である。リチウムイオン伝導性酸化物としては、具体的には、Ｌｉ3ＢＯ3、ＬｉＢＯ2、Ｌｉ2ＣＯ3、ＬｉＡｌＯ2、Ｌｉ4ＳｉＯ4、Ｌｉ2ＳｉＯ3、Ｌｉ3ＰＯ4、Ｌｉ2ＳＯ4、Ｌｉ2ＴｉＯ3、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12、Ｌｉ2Ｔｉ2Ｏ5、Ｌｉ2ＺｒＯ3、ＬｉＮｂＯ3、Ｌｉ2ＭｏＯ4、Ｌｉ2ＷＯ4等を例示することができる。また、リチウムイオン伝導性酸化物は、例えばＬｉ4ＳｉＯ4−Ｌｉ3ＢＯ3、Ｌｉ4ＳｉＯ4−Ｌｉ3ＰＯ4等のように、上記リチウムイオン伝導性酸化物の任意の組み合わせからなる複合酸化物であってもよい。
【００２４】
正極活物質粒子の表面をイオン伝導性酸化物で被覆する場合、イオン伝導性酸化物は、正極活物質の少なくとも一部を被覆していればよく、正極活物質粒子の表面の全体を被覆していてもよい。正極活物質粒子を被覆するイオン伝導性酸化物の厚さは、例えば、０．１ｎｍ以上が好ましく、１ｎｍ以上がより好ましい。また、イオン伝導性酸化物の厚さは、例えば、１００ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以下がより好ましい。なお、イオン伝導性酸化物の厚さは、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等の電子顕微鏡を用いて測定することができる。
【００２５】
正・負の活物質層は、必要に応じて電子伝導性を高めるための導電材を含んでもよい。導電材は特に制限されるものではなく、例えば、黒鉛や、アセチレンブラック（ＡＢ）、ケッチェンブラック（ＫＢ）等のカーボンブラック、気相成長カーボン繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、その他の炭素材料を好適に用いることができる。このような導電材は、電極活物質層の総量を１００質量％としたとき、例えば、１質量％以上であり、１〜１２質量％の範囲内であってもよく、２〜１０質量％の範囲内であってもよい。
【００２６】
なお、発電要素１４を粉体状の電極構成材料を用いて形成する場合、その平均粒子径（Ｄ５０）は特に限定されず、例えば以下の大きさのものを用いることが好適例として挙げられる。すなわち、固体電解質層を粉体材料で構成する場合、平均粒子径は、例えば、約０．１μｍ以上であり、０．４μｍ以上が好ましい。また、固体電解質材料の平均粒子径は、例えば５０μｍ以下とすることができ、５μｍ以下が好ましい。電極活物質層を粉体材料で構成する場合、平均粒子径は、例えば０．１μｍ以上であり、０．５μｍ以上であってよい。一方、平均粒子径は、例えば５０μｍ以下であり、５μｍ以下であってもよい。粉体材料を造粒粉体の形態に加工して用いる場合は、一次粒子としての平均粒子径が上記範囲にあるとよい。
なお、本明細書における平均粒子径は、レーザー回折・光散乱式の粒度分布計を用いて測定される体積基準の粒度分布において、累積５０％に相当する粒子径である。なお、平均粒子径が１μｍ以下となるより微細な粉体については、動的光散乱（Dynamic light scattering：ＤＬＳ）法による測定値を採用してもよい。
【００２７】
また、発電要素１４を粉体状の電極構成材料を用いて形成する場合、電極構成材料を結着するバインダとしては特に制限されず、例えば、結着性を有する各種の有機化合物を用いることができる。このようなバインダとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン、ポリエチレン、セルロース樹脂、アクリル樹脂、ビニル樹脂、ニトリルゴム、ポリブタジエンゴム、ブチルゴム、ポリスチレン、スチレンブタジエンゴム、スチレンブタジエンラテックス、多硫化ゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ素ゴム等が挙げられる。バインダは、上記のいずれか１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２８】
なお、正・負の活物質層を粉体状の電極構成材料を用いて形成する場合、正・負の活物質層は集電体に支持させることで、製造および取り扱いが簡便になることに加え、外部負荷に高効率に電力を取り出すことができる。集電体の形態は特に制限されず、例えば、箔状、板状、メッシュ状等の各種のシート状とすることが好適である。そして活物質層は、例えば集電体の表面（片面または両面）に備えるとよい。このような集電体としては、電子伝導性に優れ、使用する活物質の充放電電位において変質し難い各種の材料を用いることができる。例えば、集電体材料としては、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、およびこれらの合金（例えば、アルミニウム合金、ステンレス鋼）、ならびにカーボン等を挙げることができる。集電体の厚みは電極体の寸法等にもよるため特に制限されず、例えば、５μｍ以上５００μｍ以下が好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下程度がより好ましい。
【００２９】
単電池１０が発電要素１４を一つのみ含む場合、例えば集電体の片面に活物質層を備えるとよい。この場合、例えば、正極集電体の片面に正極活物質層を備えた正極と、負極集電体の片面に負極活物質層を備えた負極とを、活物質層が対向する向きで固体電解質層を介して重ね合わせることで発電要素１４を構築することができる。また、単電池１０が発電要素１４を二つ以上含む場合、例えば集電体の両面に活物質層を備えるとよい。この場合、例えば、正極集電体の両面に正極活物質層を備えた正極と、負極集電体の両面に負極活物質層を備えた負極と、を複数枚ずつ用意し、正・負の活物質層の間を固体電解質層で絶縁して交互に重ね合わせることで、複数の発電要素１４を構築することができる。
【００３０】
集電体の形状は特に制限されない。組電池１を構築しやすい単電池１０を形成するとの観点から、一般的には長方形の集電体が採用されている。例えば、集電体の外形は、図２に点線で示した発電要素１４の形状に対応した長方形とすることができる。この集電体（集電体がない構成においては正負の活物質層）には、外部接続端子１６が電気的に接続されている。外部接続端子１６は、正極端子１６ａと負極端子１６ｂとを備える。正極端子１６ａは、発電要素１４の正極集電体に電気的に接続され、負極端子１６ｂは発電要素１４の負極集電体に電気的に接続される。外部接続端子１６は、集電体を延設することで外部接続端子１６の一部として一体的に構成してもよいし、集電体とは異なる別部材としての外部接続端子１６を集電体に機械的に接続することで設けてもよい。外部接続端子１６は、集電効率を高めるために、電極面および集電体の表面に沿う面に設置される。
【００３１】
外部接続端子１６は、集電体の周縁のいずれの位置に接続されていてもよい。外部接続端子１６は、長方形の集電体の周縁の一つの長辺部分に接続してもよいし、一つの短辺部分に接続してもよい。また、正極外部接続端子１６ａと負極外部接続端子１６ｂとはそれぞれを集電体の長辺部分に接続してもよいし、それぞれを集電体の短辺部分に接続してもよいし、いずれか一方を長辺部分に接続して他方を短辺部分に接続してもよい。また両方を長辺部分または短辺部分に接続した場合は、正極外部接続端子１６ａと負極外部接続端子１６ｂとが長さ方向Ｘまたは幅方向Ｙにおいて同じ側に位置するように正極板と負極板との配置を調整してもよいし、正極外部接続端子１６ａと負極外部接続端子１６ｂとが長さ方向Ｘまたは幅方向Ｙにおいて反対側に位置するように調整してもよい。組電池１の体積をより小型化するとの観点からは、正極外部接続端子１６ａと負極外部接続端子１６ｂとを長さ方向Ｘまたは幅方向Ｙにおいて同じ側に配置させるとよい。また、組電池１の外形において寸法のより小さい部分を確保するとの観点からは、正極外部接続端子１６ａおよび負極外部接続端子１６ｂは集電体の短辺部分に接続するとともに、長さ方向Ｘにおいて同じ側（図２では第一方向Ｘ１）に配置させるとよい。
【００３２】
電池ケース１２の構成および形状等は特に制限されない。例えば、公知の角型や円筒型、コイン型等の立体形状の電池ケースを用いてもよいし、あるいは可撓性を有する袋状の電池バッグを用いてもよい。本実施形態において、電池ケース１２は、軟質の金属ラミネートフィルムによって構成されたラミネートバッグである。電池ケース１２は、発電要素１４を収容する外装材である。金属ラミネートフィルムは、例えば、アルミニウムや銅等の軽量で比較的柔らかな金属箔と、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン、アミド系樹脂等の絶縁性の熱可塑性樹脂シートとが貼り合わされて構成されており、変形の自由度が高い。そのため、金属ラミネートフィルムからなる電池ケース１２は、金属缶等からなる立体的な電池ケースを採用した場合に比べて、後述する拘束機構２０による拘束圧を発電要素１４に効果的に負荷することができる。また電池ケース１２を金属ラミネートフィルムにより構成することで、単電池１０の薄型化や軽量化を図ることができる。電池ケース１２は、例えば、金属ラミネートフィルム（典型的には、アルミ／ＰＰラミネートシート）からなるバッグに発電要素１４を収容したのち、バッグを熱溶着して密閉することで、発電要素１４を外部環境から遮蔽することができる。このとき、電池ケース１２の外部には、外部接続端子１６としての正極端子１６ａと負極端子１６ｂとを引き出すようにする。ただし、電池ケース１２は、金属ラミネートフィルム製のものに限定されず、例えば、アルミニウム、スチール、高強度プラスチック等からなる外形が角型や円筒型、コイン型等の容器であってもよい。
【００３３】
単電池１０は、図２に示すように、平面視で長さ方向Ｘに長い長方形の板状の発電要素１４を含む。発電要素１４は、平面視で長方形の正極活物質層、固体電解質層、および負極活物質層が、厚み方向Ｚに積層されている。発電要素１４を収容する電池ケース１２もまた、平面視で長さ方向Ｘに長い長方形である。電池ケース１２の発電要素１４が存在しない部位は、金属ラミネートフィルムが溶着されて、正面視および側面視における厚み方向Ｚの寸法が薄い。また、電池ケース１２の長さ方向Ｘの第一方向Ｘ１の端部には、上述の外部接続端子１６が突出するように配設されている。外部接続端子１６の正極端子１６ａと負極端子１６ｂとは、幅方向Ｙに離間して配置されている。幅方向Ｙのうち、正極端子１６ａの側を正極側Ｙ１、負極端子１６ｂの側を負極側Ｙ２と便宜的に呼ぶ。このような単電池１０は、発電要素１４の厚み方向が配列方向Ｚとなるように複数のものが配列して積層されている。これにより、配列された複数の単電池１０からなる電池スタックが構成される。
【００３４】
［拘束機構］
拘束機構２０は、一対のエンドプレート２２と、拘束部材２４ａ、２４ｂと、固定部材２５とを備えている。エンドプレート２２は、単電池１０の発電要素１４に対して拘束圧を面圧として加えるための板状の部材である。拘束部材２４ａ、２４ｂは、エンドプレート２２間に加えられた拘束圧を、エンドプレート２２間に内在させて維持するための部材である。
【００３５】
一対のエンドプレート２２は、配列された複数の単電池１０（以下、単に「電池スタック」という場合がある。）を配列方向Ｚに挟むように、その両端に配置されている。エンドプレート２２は、第一のエンドプレート２２１と第二のエンドプレート２２２とにより構成されている。第一のエンドプレート２２１は、配列された単電池１０の配列方向Ｚの上方Ｚ１の端部に配置されている。第二のエンドプレート２２２は、配列された単電池１０の配列方向Ｚの下方Ｚ２の端部に配置されている。エンドプレート２２は、幅方向Ｙの寸法が電池ケース１２の幅方向Ｙの寸法と同程度か一回り大きい。エンドプレート２２は、長さ方向Ｘの寸法が発電要素１４の長さ方向Ｘの寸法と同程度か一回り大きい。エンドプレート２２は、発電要素１４の電極面に局所的な応力を加えないように、平面視において単電池１０の発電要素１４よりも一回り以上大きく構成されているとよい。
【００３６】
本実施形態における拘束部材２４ａ、２４ｂは、一定の形状を有し、換言すれば可撓性や柔軟性を備えていない。拘束部材２４ａ、２４ｂは、長尺の帯状部材の両端が同じ側に約９０°折り曲げられたような側面視でコの字形状を有している。拘束部材２４ａ、２４ｂは、両端部の折曲げ部分が第一のエンドプレート２２１の上面と第二のエンドプレート２２２の下面とにそれぞれ掛かるように、配列方向Ｚに沿って一対のエンドプレート２２の側面に渡し架けられている。拘束部材２４ａ、２４ｂの端部の折れ曲がり部分は、固定部材２５によって第一のエンドプレート２２１の上面と第二のエンドプレート２２２の下面とに固定されている。このことにより、一対のエンドプレート２２は、配列方向Ｚに沿って互いに離間する方向への移動が規制される。本例では、電池スタックを一対のエンドプレート２２で挟み拘束部材２４ａ、２４ｂを取り付けるときに、電池スタックに対して配列方向Ｚに沿って圧縮応力を加えた状態で拘束部材２４ａ、２４ｂを取り付ける。拘束部材２４ａ、２４ｂの配列方向Ｚに沿う寸法は、この圧縮応力を所定の量だけ維持し得るように設定される。このことにより、拘束機構２０によって、電池スタックには配列方向Ｚに沿って所定の拘束圧（押圧力）が常時印加された状態が維持される。
【００３７】
固定部材２５は、本例ではボルトねじを採用しているが、固定部材２５の構成はこれに限定されない。固定部材２５は、例えばねじ軸を拘束部材２４ａ、２４ｂに設けられた固定用穴（図示せず）を貫通し、第一のエンドプレート２２１の上面や第二のエンドプレート２２２の下面に設けられたねじ穴に嵌めて締結される。これにより、拘束部材２４ａ、２４ｂの端部は、エンドプレート２２の所定の位置に堅く固定される。本実施形態において、拘束機構２０は、エンドプレート２２の長さ方向Ｘの中心よりも第一方向Ｘ１の側と第二方向Ｘ２の側とにそれぞれ一つずつの拘束部材２４ａ、２４ｂを備えている。この拘束部材２４ａ、２４ｂは、エンドプレート２２の幅方向Ｙの正極側Ｙ１と負極側Ｙ２のそれぞれの面（正面と背面）に設けられ、計四つの拘束部材２４ａ、２４ｂが備えられている。これに伴い、固定部材２５は、拘束部材２４ａ、２４ｂの両端部に計８つが備えられている。ただし、拘束部材および固定部材の数および配置はこれに限定されない。
【００３８】
ここで、図１に示すように、拘束部材２４ａ、２４ｂは、配列方向Ｚの寸法が互いに異なる。第一拘束部材２４ａの配列方向Ｚの寸法（内寸）はＬ１であり、第二拘束部材２４ｂの配列方向Ｚの寸法（内寸）はＬ２であり、Ｌ１はＬ２よりも長い（Ｌ１＞Ｌ２）。このことにより、複数の単電池１０には、エンドプレート２２の長さ方向Ｘの中心に対し、第一方向Ｘ１の側よりも、第二方向Ｘ２の側に、より高い拘束力が印加される。換言すると、複数の単電池１０は、長さ方向Ｘの中心で二分したとき、外部接続端子１６に近い側の領域よりも、外部接続端子１６から遠い側の領域により高い拘束力が印加されている。
【００３９】
なお、本実施形態において、エンドプレート２２の厚みは一定であり、エンドプレート２２の電池スタックに当接する側の表面は平らである。そして上記のとおり拘束部材２４ａ、２４ｂの配列方向Ｚの寸法が互いに異なることによって、一対のエンドプレート２２の間の距離は、長さ方向Ｘに沿って第一方向Ｘ１から第二方向Ｘ２に向かうにつれて徐々に小さくなる。したがって、電池スタックに印加される拘束圧は、長さ方向Ｘに沿って第一方向Ｘ１から第二方向Ｘ２に向かうにつれて徐々に大きくなる。換言すると、複数の単電池１０に印加される拘束圧は、長さ方向Ｘに沿って外部接続端子１６が設けられた方から、外部接続端子１６が設けられていない方に向かうにつれて徐々に大きくなる。複数の単電池１０は、第一方向Ｘ１から第二方向Ｘ２に向かうにつれて増大する圧力勾配を有している。
【００４０】
一般に二次電池では、正・負の電極と固体電解質層との間で電荷担体の吸蔵および放出が行われ、これに伴い生じる電気化学反応によって充放電が実現される。このとき、電極活物質が電解質イオンを放出することにより発生される電荷は、電極活物質層および電極集電体内を外部接続端子１６に向かって移動したのち、外部負荷に取り出される。ここで、電極活物質層および電極集電体内を移動する電荷の密度（すなわち、電流密度）は、外部接続端子１６の近くで相対的に高く、外部接続端子１６から離れた場所では相対的に低い。換言すると、各電極においては電流密度に分布が生じている。したがって、従来の単電池においては、電極内での反応が均一ではないため、単電池の一部だけが激しく使用されて局所的な劣化の進行が発生し得た。このことは、単電池、延いては組電池全体の耐久性の悪化に繋がる可能性があった。これに対し、下記の表１に示すように、ここに開示される技術においては、上述のとおり、単電池１０は、外部接続端子１６が設けられた方（Ｘ１）から設けられていない方（Ｘ２）に向かうにつれて増大する圧力勾配を有している。これにより、単電池１０の長さ方向Ｘに沿って第二方向Ｘ２の側において、正負の電極間距離を小さく（狭く）することができる。このことにより、各電極構成材料はより密に配置されて、たとえば、集電体、電極活物質層および固体電解質層の間の界面抵抗、電極活物質層を構成する活物質粒子間の電子抵抗、固体電解質層を構成する固体電解質粒子間のイオン抵抗、拡散抵抗等の少なくとも一つの内部抵抗が低減される。その結果、単電池１０の長さ方向Ｘに沿って第二方向Ｘ２の側において、電気化学反応等を促進させることができ、電流密度を増大させることができる。換言すると、単電池１０の長さ方向Ｘに沿って電流密度の分布を均一化することができ、電極全体を有効に電気化学反応に寄与させることができる。その結果、単電池１０内での反応を均一にすることができる。このことにより、複数の単電池１０のそれぞれについて、電池性能を向上させることができるとともに、耐久性を高めることができる。なお、単電池１０は全固体電池であって非水電解液を含まないため、第二方向Ｘ２に向かうにつれて増大する拘束力の圧力勾配によって、第二方向Ｘ２の側で非水電解液の液枯れが生じるという問題は生じない。上記効果は、全固体電池からなる単電池１０を備える組電池１において実現される特有の効果であるといえる。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
なお、組電池１に加える拘束圧は、たとえば、電極活物質層や固体電解質層を構成するために使用する材料や、所望の電池性能に応じて適宜設定することができる。一例として、長さ方向Ｘに沿って圧力勾配を設けずに均―に拘束して所定の条件で充放電したときの平均拘束圧（平均面圧）をＰｓとすると、このような平均拘束圧は、例えば、０．１ＭＰａ以上程度であってよく、１ＭＰａ以上が好ましく、２ＭＰａ以上がより好ましく、５ＭＰａ以上が特に好ましく、例えば１０ＭＰａ以上であってよい。平均拘束圧の上限も特に限定されず、例えば、使用する電池組み付け装置等が単電池１０に印加することができる最大拘束圧に応じて適宜設定することができる。このような平均拘束圧としては、例えば、５０ＭＰａ以下程度、例えば２０ＭＰａ以下等とすることができる。このような高い拘束圧は、非水電解液を使用する単電池からなる組電池の拘束圧の約５〜１０倍以上であり得る。
【００４３】
そして、ここに開示される組電池１においては、単電池１０の長さ方向Ｘに沿って外部接続端子１６の近くの拘束圧が上記Ｐｓよりも相対的に低く、外部接続端子１６から離れた場所では拘束圧が上記Ｐｓよりも相対的に高くなるように圧力勾配を設けることができる。一例として、単電池１０の長さ方向Ｘの中心よりも外部接続端子１６（第一方向Ｘ１）の側では、拘束圧が上記Ｐｓよりも相対的に低く、中心よりも外部接続端子１６から離れる側（第二方向Ｘ２の側）では拘束圧が上記Ｐｓよりも相対的に高くなるように圧力勾配を設けることができる。圧力勾配は、連続的に変化されていてもよいし、段階的に変化されていてもよい。このような圧力勾配は、例えば、所望の圧力およびその勾配を実現するように、複数の単電池１０の拘束後の配列方向Ｚの寸法や一対のエンドプレート２２の厚み（厚み方向Ｚの寸法）を考慮しつつ、拘束部材２４ａ、２４ｂの配列方向Ｚの寸法（コの字の内寸）を適切に設計することで実現することができる。
【００４４】
単電池１０の長さ方向Ｘの第一方向Ｘ１の端部における拘束圧Ｐ１は、０．１×Ｐｓ以上であってよく、０．２×Ｐｓ以上であってよく、０．５×Ｐｓ以上であってよく、０．７×Ｐｓ以上であってよく、例えば、０．９×Ｐｓ以上とすることができる。また、単電池１０の長さ方向Ｘの第二方向Ｘ２の端部における拘束圧Ｐ２は、１０×Ｐｓ以下であってよく、５×Ｐｓ以下であってよく、３×Ｐｓ以下であってよく、２×Ｐｓ以下であってよく、例えば、１．５×Ｐｓ以下とすることができる。このように、拘束圧に圧力勾配を設けないときの平均拘束圧Ｐｓを基準として、組電池１全体の拘束圧の圧力勾配を決定することで、より適正な拘束加重を印加して組電池１を簡便に組み付けることができる。
【００４５】
拘束機構２０を構成するエンドプレート２２および拘束部材２４ａ、２４ｂは、所定の拘束圧を電池スタックに印加できるものであればその素材等は特に制限されない。例えば、エンドプレート２２および拘束部材２４ａ、２４ｂは、所定の拘束圧を印加した場合に塑性変形を生じない材料を用いて構成することができる。このような材料としては、例えば、降伏点（より詳細には上降伏点）が拘束圧よりも高い材料が例示される。エンドプレート２２は、例えば、具体的には、上記第二方向Ｘ２において印加される最も高い拘束圧によって、曲げ変形（塑性変形）が生じることのないように、最大拘束圧よりも曲げ応力の高い材料によって構成するとよい。拘束部材２４ａ、２４ｂは、上記第二方向Ｘ２において印加される最も高い拘束圧によって、引張塑性変形（例えば局所のび）が生じることのないように、最大拘束圧よりも降伏点（例えば上降伏点）の高い材料によって構成するとよい。このような材料としては、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金、鉄または各種の鋼材（例えば構造用鋼）、高強度合金等に代表される金属材料、強化プラスチック、エンジニアプラスチック等の樹脂材料、ファインセラミックス、炭素繊維材料等の曲げ強度および／または引張強度の高い無機材料、ならびに、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等のこれらの複合材料等が挙げられる。エンドプレート２２および拘束部材２４ａ、２４ｂは、同一の材料によって構成されていてもよいし、異なる材料によって構成されていてもよい。
これら降伏点および曲げ応力等の測定は、使用する材料に応じて、例えば、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１およびＪＩＳ Ｚ２２４８：２００６（いずれも金属材料の場合）等に準じて実施することができる。
【００４６】
なお、上記実施形態において、拘束部材２４ａ、２４ｂの数は４つ、固定部材２５の数は８つであった。また、拘束部材２４ａ、２４ｂの形状はいずれも同じであった。しかしながら、ここに開示される組電池の態様はこれに限定されない。たとえば、第二方向Ｘ２では、第一方向Ｘ１よりも高い拘束圧が印加される。したがって、例えば、第二方向Ｘ２に設置される拘束部材２４ｂは、第一方向Ｘ１に設置される拘束部材２４ａと比較して、より強度の高い材料で構成されていてもよいし、長さ方向Ｘにおける寸法がより大きく（幅広となるように）構成されていてもよい。
また、図１では、拘束部材２４ａ、２４ｂがエンドプレート２２（および電池スタック）の幅方向Ｙの端部側面において配列方向Ｚに沿って渡し架けられていたが、拘束部材２４ａ、２４ｂの設置位置はこれに限定されない。例えば、図３に示すように、拘束部材２４ａ、２４ｂはエンドプレート２２（および電池スタック）の長さ方向Ｘの端部側面において配列方向Ｚに沿って渡し架けられていてもよい。この場合、エンドプレート２２の長さ方向Ｘの寸法は、単電池１０の長さ方向の寸法よりも大きくするとよい。また、拘束部材２４ａ、２４ｂはそれぞれ、長さ方向Ｘの端部側面において、幅方向Ｙに二つ以上のものが離間して配置されていてもよいし、一つのみが配置されていてもよい。拘束部材２４ａ、２４ｂを第一方向Ｘ１と第二方向Ｘ２とにそれぞれ一つずつ設ける場合は、拘束部材２４ａ、２４ｂの幅方向Ｙの寸法を大きく（幅広となるように）構成するとよい。またこの場合、一つの拘束部材２４ａ、２４ｂに対して二つ以上の固定部材２５を設けるようにしてもよい。
【００４７】
（実施形態２）
［組電池］
図４は、他の実施形態に係る組電池１を模式的に示した正面図である。図４の組電池１は、拘束機構２０の構成が異なること以外は、図３と同様である。したがって、各部の重複しての説明は省略する。拘束部材２４ａ、２４ｂの設置位置は、拘束機構２０の構成が見やすいとの観点から図３と同様に長さ方向Ｘの端部側面に沿って配置しているが、図１に示すように幅方向Ｙの端部側面に沿うように配置してもよい。
【００４８】
本実施形態における拘束機構２０は、一対のエンドプレート２２と、拘束部材２４ａ、２４ｂと、固定部材２５と、挿入部材２６とを備えている。ここで、一対のエンドプレート２２の厚みは均一である。また、拘束部材２４ａの配列方向Ｚに沿う長さＬ１と、拘束部材２４ｂの配列方向Ｚに沿う長さＬ２とは同一である。例えば、拘束部材２４ａと拘束部材２４ｂとは、同一の部材として用意することができる。そして、本実施形態の挿入部材２６は、第一の挿入部材２６１と第二の挿入部材２６２とにより構成されている。第一の挿入部材２６１は、配列方向Ｚの上方Ｚ１の第一のエンドプレート２２１の下面と電池スタックとの間に挿入されている。また、第二の挿入部材２６２は、配列方向Ｚの下方Ｚ２の第二のエンドプレート２２２の上面と電池スタックとの間に挿入されている。
【００４９】
本実施形態において、第一の挿入部材２６１と第二の挿入部材２６２とは、実質的に同じ形状である。挿入部材２６の長さ方向Ｘおよび幅方向Ｙの寸法は、それぞれ独立して、単電池１０の発電要素の長さ方向Ｘおよび幅方向Ｙの寸法と同じか一回り大きい。挿入部材２６の長さ方向Ｘに沿う第一方向Ｘ１の端部の厚み（厚み方向Ｚの寸法）はＬ３であり、挿入部材２６の長さ方向Ｘに沿う第二方向Ｘ２の端部の厚み（厚み方向Ｚの寸法）はＬ４であり、Ｌ４はＬ３よりも長い（Ｌ３＜Ｌ４）。第一の挿入部材２６１と第二の挿入部材２６２とは、いずれも、長さ方向Ｘに沿って外部接続端子１６に近い側から遠い側に向けて徐々に厚み方向Ｚの寸法が厚くなるように構成されている。このような構成によって、一対の挿入部材２６の間の距離は、長さ方向Ｘに沿って第一方向Ｘ１から第二方向Ｘ２に向かうにつれて徐々に小さくなる。したがって、電池スタックに印加される拘束圧は、長さ方向Ｘに沿って第一方向Ｘ１から第二方向Ｘ２に向かうにつれて徐々に大きくなる。換言すると、複数の単電池１０に印加される拘束圧は、長さ方向Ｘに沿って外部接続端子１６が設けられた方から、外部接続端子１６が設けられていない方に向かうにつれて徐々に大きくなる。ここに開示される組電池１において、複数の単電池１０には、第一方向Ｘ１から第二方向Ｘ２に向かうにつれて増大する圧力勾配が加えられている。
【００５０】
挿入部材２６の長さ方向Ｘに沿う第一方向Ｘ１の端部の厚みＬ３と第二方向Ｘ２の端部の厚みＬ４とは、例えば、所望の拘束圧およびその勾配を実現するように、複数の単電池１０の拘束後の配列方向Ｚの寸法や一対のエンドプレート２２の厚み（厚み方向Ｚの寸法）および拘束部材２４ａ、２４ｂの配列方向Ｚの寸法（コの字の内寸）を考慮しつつ、適切に設計することができる。
また挿入部材２６は、エンドプレート２２と拘束部材２４ａ、２４ｂにより印加される所定の拘束圧を、電池スタックに伝えることができる圧縮耐性のある材料であればその素材等は特に制限されない。例えば、一例として、上述のエンドプレート２２および拘束部材２４ａ、２４ｂなどと同様に、挿入部材２６は、所定の拘束圧を印加した場合に塑性変形を生じない材料を用いて構成することができる。このような材料としては、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金、鉄または各種の鋼材（例えば構造用鋼）、高強度合金等に代表される金属材料、強化プラスチック、エンジニアプラスチック等の樹脂材料、ファインセラミックス、炭素繊維材料等の曲げ強度および／または引張強度の高い無機材料、ならびに、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等のこれらの複合材料等が挙げられる。
【００５１】
本実施形態では、拘束部材２４ａ、２４ｂの配列方向Ｚの寸法Ｌ１、Ｌ２を互いに異ならせることなく（Ｌ１＝Ｌ２）、長さ方向Ｘに沿って厚みが変化された挿入部材２６を用いるようにしている。このことによっても、ここに開示される組電池１を構築することができる。かかる構成によると、拘束部材２４ａと拘束部材２４ｂとを別部材として区別する必要がないため、組電池１の構築および部材の管理において拘束部材２４ａと拘束部材２４ｂとを混同する虞がなくなるために好ましい。また、上記実施形態１における拘束部材２４ａ、２４ｂは、長尺の帯状部材の両端が、例えば、厳密には９０°で折り曲げた形状ではなく、拘束部材２４ａは９０°よりも小さい角度（曲げ加工の角度は９０°超）で、拘束部材２４ｂは９０°よりも大きい角度（曲げ加工の角度は９０°未満）で折り曲げられていた。したがって、実施形態１の拘束部材２４ａ、２４ｂは製造工程が複雑で高い精度が要求されることに加え、拘束圧に対する反力がエンドプレート２２と拘束部材２４ａ、２４ｂとの接合面にせん断応力として発生しやすいことから、エンドプレート２２と拘束部材２４ａ、２４ｂとを固定する固定部材２５への負荷が大きくなる虞があった。このことは、上記の通り高い拘束圧を内包する組電池１や、振動が発生する環境で使用され得る用途の組電池１については特に好ましくない。これに対し、本実施形態２の構成によると、例えば、拘束部材２４ａ、２４ｂは、長尺の帯状部材の両端を厳密に９０°に折り曲げて加工することができる。また、拘束機構２０に高い拘束圧を内包した場合であっても、拘束圧に対する反力はエンドプレート２２と拘束部材２４ａ、２４ｂとに垂直に加わり、反力が固定部材２５に局所的に集中することを抑制することができる。したがって、組電池１をより安定した構造のものとして構築することができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、挿入部材２６を第一の挿入部材２６１と第二の挿入部材２６２との対により構成していた。しかしながら、ここに開示される組電池の態様はこれに限定されない。たとえば、挿入部材２６は、単一の部材により構成してもよいし、三つ以上の部材により構成してもよい。例えば、挿入部材２６を単一の挿入部材２６のみにより構成する場合、挿入部材２６は、長さ方向Ｘに沿う厚みの変化量が、例えば上記の第一の挿入部材２６１と第二の挿入部材２６２との長さ方向Ｘに沿う厚みの変化量の合計（例えば、２×（Ｌ４−Ｌ３））に等しくなるように設計するとよい。またこの場合、挿入部材２６は、第一のエンドプレート２２１の下面または第二のエンドプレート２２２の上面のいずれか一方に隣接するように挿入してもよいし、複数の単電池１０の間に挿入してもよい。例えば、複数の単電池１０の配列の中央付近に挿入してもよい。このような構成によると、部品点数を減らして組電池１を構成できる点において好ましい。
【００５３】
また例えば、挿入部材２６を三つ以上の挿入部材２６により構成する場合、全ての挿入部材２６の長さ方向Ｘに沿う厚みの変化量の合計が、第一の挿入部材２６１と第二の挿入部材２６２との長さ方向Ｘに沿う厚みの変化量の合計（例えば、２×（Ｌ４−Ｌ３））に等しくなるように設計するとよい。またこの場合、三つ以上の挿入部材２６は、これに限定されるものではないが、例えば、第一のエンドプレート２２１の下面と第二のエンドプレート２２２の上面とにそれぞれ隣接するように挿入し、さらに、複数の単電池１０の間に挿入するとよい。このような構成によると、複数の単電池１０の組み付け時の傾斜を低減させることができ、簡便に精度よく組電池１を構築できる点において好ましい。
【００５４】
なお、上記実施形態２では、挿入部材２６の厚みを変化させることにより、複数の単電池１０に印加する拘束圧の圧力勾配を調整するようにしていた。しかしながら、ここに開示される組電池の態様はこれに限定されない。具体的には図示しないが、例えば、エンドプレート２２と挿入部材２６とは、一体的に構成されていてもよい。具体的には、例えば、第一のエンドプレート２２１と第一の挿入部材２６１、第二のエンドプレート２２２と第二の挿入部材２６２は、それぞれ一体化されていてもよい。このような構成によると、部品点数を減らして組電池１を構築できる点において好ましい。
【００５５】
また、上記実施形態２では、挿入部材２６の厚みを変化させることにより、複数の単電池１０に印加する拘束圧の圧力勾配を調整するようにしていた。しかしながら、ここに開示される組電池の態様はこれに限定されない。たとえば、挿入部材２６は、図５に示すように、一対の板状挿入部材２６ａと、複数のスペーサ部材２６ｂｎとから構成するようにしてもよい。複数のスペーサ部材２６ｂｎは、板状挿入部材２６ａとエンドプレート２２との間に配設されて、板状挿入部材２６ａとエンドプレート２２との間の距離を調整する。複数のスペーサ部材２６ｂｎは、一対の板状挿入部材２６ａの間の距離が適切な拘束圧とその勾配とを実現するように、配列方向Ｚの寸法が設計されている。複数のスペーサ部材２６ｂｎは、例えば、板状挿入部材２６ａの厚みと長さ方向の第一方向Ｘ１の端部に配置されたスペーサ部材２６ｂｎとの合計の厚み方向Ｚの寸法Ｌ５が、上記実施形態２における挿入部材２６の第一方向Ｘ１の端部の厚みＬ３に等しくなるように設計することができる。また、複数のスペーサ部材２６ｂｎは、例えば、板状挿入部材２６ａの厚みと長さ方向の第二方向Ｘ２の端部に配置されたスペーサ部材２６ｂｎとの合計の厚み方向Ｚの寸法Ｌ６が、上記実施形態２における挿入部材２６の第二方向Ｘ２の端部の厚みＬ４に等しくなるように設計することができる。すなわち、寸法Ｌ５は寸法Ｌ６よりも小さい（Ｌ５＜Ｌ６）。このように組電池１の挿入部材２６を板状挿入部材２６ａと複数のスペーサ部材２６ｂｎとの組み合わせによって構成することでも、上記実施形態２と同様の作用効果を実現することができる。挿入部材２６を板状挿入部材２６ａと複数のスペーサ部材２６ｂｎとにより構成することで、拘束機構２０の軽量化を図ることができる。
【００５６】
なお、上記実施形態２において、挿入部材２６は、例えば弾性に富んだ材料（弾性材料）を用いて構成してもよい。そのような弾性材料としては、例えば、弾性係数が０．１ＭＰａ以上、典型的には、例えば１ＭＰａ以上であって、１×１０４ＭＰａ以下程度、典型的には、例えば１×１０３ＭＰａ以下程度の材料を好ましく用いることができる。具体的には、弾性材料としては、例えば、天然ゴムの他、ジエン系ゴム、スチレン・ブタジエン共重合体、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエン共重合体等の各種の合成ゴムが挙げられる。このような材料からなる挿入部材２６を用いることにより、単電池１０の充放電に伴う体積変化を好適に吸収することができ、充放電に伴う拘束荷重の変動を低減することができる。このような構成は、単電池１０における負極活物質として、炭素材料や合金系材料等の体積膨張の大きい材料を用いた組電池１について特に好ましい構成となり得る。
【００５７】
（実施形態３）
［組電池］
図６は、上記実施形態２の組電池１における一つの挿入部材２６（２６１または２６２）の他の態様を示す平面図である。挿入部材２６以外の構成は、実施形態２（図４参照）と同様であるため重ねての説明は省略する。この挿入部材２６は、長さ方向Ｘに沿って複数の部分に分かれて構成されている。本実施形態では、挿入部材２６は、長さ方向Ｘの第一方向Ｘ１の側から順に、第一挿入部材２６ｃ、第二挿入部材２６ｄおよび第三挿入部材２６ｅの三つの部材から構成されている。挿入部材２６は、単独では（組電池１に組み込まれていない状態では）、配列方向Ｚに対応する方向の寸法（厚み）が均一であってよく、例えば、第一挿入部材２６ｃ、第二挿入部材２６ｄおよび第三挿入部材２６ｅの厚みは一定である。そして、第一挿入部材２６ｃ、第二挿入部材２６ｄおよび第三挿入部材２６ｅを構成する材料は、長さ方向Ｘに沿って第一方向Ｘ１から第二方向Ｘ２に向かうにつれてバネ定数が大きくなるように設定されている。換言すると、第一挿入部材２６ｃ、第二挿入部材２６ｄ、第三挿入部材２６ｅの順に、バネ定数が大きくなるように構成されている。
【００５８】
このような挿入部材２６と、配列方向Ｚの寸法Ｌ１、Ｌ２が等しい拘束部材２４ａ、２４ｂを用いて組電池1を構築する。このとき、配列されたエンドプレート２２、電池スタック、および挿入部材２６の拘束圧を印加する前の配列方向Ｚの寸法は、長さ方向Ｘに沿って一定である。ここで、配列方向Ｚに沿って所定の拘束圧を印加すると、第一挿入部材２６ｃ、第二挿入部材２６ｄおよび第三挿入部材２６ｅからの拘束圧の反力は、バネ定数に比例して、第一挿入部材２６ｃ、第二挿入部材２６ｄおよび第三挿入部材２６ｅの順に大きくなる。換言すると、挿入部材２６が電池スタックに及ぼす押圧力は、第一挿入部材２６ｃに対応する部分が相対的に小さく、第三挿入部材２６ｅに対応する部分が相対的に大きく、第二挿入部材２６ｄに対応する部分がこれらのあいだとなる。その結果、例えば図４に示すように、組電池１を構築したとき、組電池１全体の配列方向Ｚの寸法は一定であるものの、挿入部材２６の厚みは、第一方向Ｘ１から第二方向Ｘ２に向かうにつれて大きく（厚く）なる。これに対応して、複数の単電池１０の厚みは、第一方向Ｘ１から第二方向Ｘ２に向かうにつれて小さく（薄く）なる。換言すると、複数の単電池１０に印加される拘束圧は、第一方向Ｘ１から第二方向Ｘ２に向かうにつれて大きくなる。このような構成によっても、ここに開示される組電池１を構成することができる。
【００５９】
このような挿入部材２６は、バネ定数の異なる材料によって第一挿入部材２６ｃ、第二挿入部材２６ｄおよび第三挿入部材２６ｅをそれぞれ構築することで実現することができる。挿入部材２６を構成する各部材２６ｃ、２６ｄ、２６ｅは、例えば、上述の弾性材料からなるバルク弾性構造体（例えば、ゴムシート）によって構成してもよい。これにより、例えば、第一挿入部材２６ｃ、第二挿入部材２６ｄおよび第三挿入部材２６ｅの形状およびバネ定数を、隙間なく連続的に設定して挿入部材２６を構築することができる。
なお、本明細書において、「バネ定数」とは、対象とする材料に所定のストローク量の変形を与えるために必要な荷重を表し、例えば、次式：バネ定数（Ｎ／ｍｍ）＝荷重（Ｎ）÷変形量（変位、ｍｍ）；として表される。ここに開示される技術においては、挿入部材２６の変形量と拘束圧との管理が重要となるために、かかる指標によって挿入部材２６の変形特性を規定するようにしている。したがって、挿入部材２６を構成する材料は、必ずしもバネ構造を有している必要はない。また、バネ定数は、必ずしも対象とする材料の弾性変形領域内での変形特性を示す比例定数である必要はなく（換言すれば、フックの法則に従う必要は無い）、非弾性領域内での変形特性を表していてもよい。
【００６０】
またあるいは、挿入部材２６を構成する各部材２６ｃ、２６ｄ、２６ｅは、例えば、板状挿入部材と、押しバネ、円錐バネ、角バネ、ねじりバネ、線加工バネ、板バネ、皿バネ等の各種の構造のバネ体との組み合わせにより構成してもよい。このようなバネ体は、これに限定されるものではないが、例えば、ＪＩＳ等で規定される硬鋼線（ＳＷ−Ｃ）、ピアノ線Ａ種（ＳＷＰ−Ａ）、ピアノ線Ｂ種（ＳＷＰ−Ｂ）、ばね用ステンレス鋼線（ＳＵＳ３０４ＷＰＢ）、ばね用シリコンクロム鋼オイルテンパー線（ＳＷＯＳＣ−Ｂ）、弁ばね用シリコンクロム鋼オイルテンパー線（ＳＷＯＳＣ−Ｖ）、Ｍｎ−Ｃｒ鋼熱間成形ばね材（ＳＵＰ９）、バネ用チタン合金（Ｔｉ−２２４合金等）等のバネ用材料によって好適に作製することができる。また、バネ体は、所望のバネ定数が実現できるように、例えば、材質、線幅、捲き径、捲き数、コイルピッチなどを適宜設計することができる。
【００６１】
各挿入部材２６ｃ、２６ｄ、２６ｅのバネ定数およびその勾配は特に制限されない。挿入部材２６のバネ定数は、例えば１Ｎ／ｍｍ以上２０Ｎ／ｍｍ以下程度の範囲で設定することができる。挿入部材２６ｃ、２６ｄ、２６ｅは、所定の拘束圧による挿入部材２６ｃ、２６ｄ、２６ｅの各変形量が長さ方向Ｘの第二方向Ｘ２に向かうにつれて滑らかに少なくなるように、挿入部材２６ｃ、２６ｄ、２６ｅの各バネ定数が長さ方向Ｘの位置と比例していることがより好ましい。例えば、挿入部材２６ｃ、２６ｄ、２６ｅの各バネ定数は、単電池の第一方向Ｘ１の端部を基点（ｘ０）として、挿入部材２６ｃ、２６ｄ、２６ｅの第二方向Ｘ２に沿う基点（ｘ０）からの距離（ｘ１）に一次の相関をもって変化されているとよい。ここで、挿入部材２６ｃ、２６ｄ、２６ｅの基点（ｘ０）からの距離（ｘ１）は、たとえば、各挿入部材２６ｃ、２６ｄ、２６ｅの第二方向Ｘ２に沿った中心の位置を採用することができる。
【００６２】
これにより、組電池１の組み付けに際し、拘束圧を印加する前の各部の配列方向Ｚの寸法を一定にすることができ、簡便かつ精度よく組電池１を構築することができる。その結果、より適正な荷重で組電池１を組み付けることができ、組電池１の電池性能および耐久性をより一層高めることができる。
【００６３】
なお、本実施形態３において、一つの挿入部材２６は、長さ方向Ｘの第一方向Ｘ１の側から順に、第一挿入部材２６ｃ、第二挿入部材２６ｄおよび第三挿入部材２６ｅの三つの部材から構成されていた。しかしながら、ここに開示される組電池の態様はこれに限定されない。たとえば、挿入部材２６は、様々な数の構成部材により構成してもよい。例えば、挿入部材２６は、例えば図７に示すように、配列方向に交わる電極面に沿って（ＸＹ面内において）配列された複数のバネ体２６ｆ１、２６ｆ２・・・２６ｆｎ（ｎは自然数である。）と、一つの板状挿入部材２６ａとの組み合わせにより構成してもよい。図７に示す例では、バネ体２６ｆｎは、幅方向Ｙに３つ、長さ方向にｎ個が配列されており、合計（３×ｎ）個のバネ体２６ｆｎにより構成されている。ここで幅方向Ｙに配列された３つバネ体２６ｆｎのバネ定数は同一である。また、長さ方向Ｘに配列されたｎ個のバネ体２６ｆｎのバネ定数は、第一方向Ｘ１から第二方向Ｘ２に向かうにつれて徐々に大きくなるように設定されている。このような構成によっても、複数の単電池１０に印加される拘束圧を、第一方向Ｘ１から第二方向Ｘ２に向かうにつれて大きくすることができる。かかる構成によっても、ここに開示される組電池１を構成することができる。
【００６４】
かかる構成によると、複数のバネ体２６ｆｎのバネ定数およびその勾配を備える挿入部材２６を簡便かつ高精度に構築することができる。これにより、ここに開示される組電池１をより一層簡便かつ高精度で、より高い拘束圧に対応するように構築することができる。その結果、組電池１の電池性能および耐久性をさらに一層高めることができて好ましい。
【００６５】
以上のように、ここに開示される組電池１では、拘束機構２０によって単電池１０に印加する拘束圧を、外部接続端子１６からの距離によって変化させるようにしている。具体的には、外部接続端子１６からの距離が遠くなるにつれて拘束圧が高くなるように構成している。このことにより、単電池１０の内部的稿が好適に改善されて電流密度が均一となる。その結果、組電池１の性能向上と耐久性の改善とを両立できるという優れた効果を奏することができる。
【００６６】
組電池１は各種用途に利用可能である。組電池１は、例えば、車両に搭載される駆動用モーターの動力源（主電池）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。
以上、本発明を詳細に説明したが、上記した実施形態は例示にすぎず、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。
【符号の説明】
【００６７】
１  組電池
１０  単電池
１６  外部接続端子
２０  拘束機構
２６  挿入部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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