(57)【要約】【課題】捲回電極体１６にケースを介して均一な圧力を加えることのできる組電池を提供する。【解決手段】組電池では、複数の単電池１０と複数のスペーサ２０が交互に所定方向に並設されている。スペーサ２０は、所定方向を向いている一方の面２１に複数の溝２３を有している。スペーサ２０の複数の溝２３が設けられている面と対向しているケースの幅広側板３１は、ケースの内部で電極体１６の発電部１６ａに接している部分（厚肉部３１ａ）と、厚肉部３１ａの捲回軸線方向の両側に続く部分（薄肉部３１ｂ）を有している。厚肉部３１ａの厚みが薄肉部３１ｂの厚みよりも厚い。厚肉部３１ａに、スペーサ２０の複数の溝２３が設けられている面が当接している。【選択図】図４
2016122587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極シートと負極シートがセパレータを挟んで扁平に捲回されている捲回電極体を扁平なケースに収容している非水電解質型の複数の単電池と、
前記複数の単電池と交互に所定方向に並設されている複数のスペーサと、
前記複数の単電池と前記複数のスペーサの並設体を前記所定方向に加圧しつつ当該並設体を結束している結束部材と、
を備えており、
前記捲回電極体は、捲回軸線方向の両端に設けられている集電部と、両端の前記集電部の間に位置する発電部と、を有しており、
前記スペーサは、前記単電池と対向している少なくとも一方の面に複数の溝が設けられており、
前記スペーサの前記複数の溝が設けられている面と対向している前記ケースの側板は、前記ケースの内部で前記捲回電極体の前記発電部に接している厚肉部と、厚みが当該厚肉部よりも薄く、当該厚肉部の前記捲回軸線方向の両側に続く薄肉部とを備えており、
前記厚肉部のみに、前記スペーサの前記複数の溝が設けられている面が当接していることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記厚肉部の前記捲回軸線方向の幅が、前記発電部の前記捲回軸線方向の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記厚肉部は、前記薄肉部の厚みを有する平板に、別の平板が取り付けられて形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池。
【請求項４】
前記薄肉部は、前記所定方向からみたときに前記厚肉部を囲むように設けられていることを特徴とする請求項１から３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】
本明細書が開示する技術は、組電池に関する。特に、複数の単電池と複数のスペーサが交互に所定方向に並設されているとともに、それらの並設体が所定方向に加圧されつつ結束されている組電池に関する。単電池は、扁平に捲回されている捲回電極体を扁平なケースに収容している非水電解質型である。
【背景技術】
【０００２】
扁平な複数の単電池と複数のスペーサを交互に並設した組電池が知られている（例えば特許文献１）。単電池は、電解液とともに捲回電極体を扁平なケースに収容した非水電解質型である。スペーサは絶縁体で作られており、隣接する単電池のケース同士を絶縁するためと、単電池の温度上昇を抑制するために、隣接する単電池の間に挿入されている。特許文献１の組電池では、組電池が振動したときに捲回電極体が扁平なケースの中で振動すること防止するために、単電池の並設体に所定方向の圧力を加え、扁平なケースの一対の側板でケース内部の捲回電極体を両側から挟持している。説明の便宜のため、所定方向を以下では、並設方向と称する。並設方向の圧力は、スペーサとケース側板を介して捲回電極体に加えられる。特許文献１に開示された組電池では、単電池の温度上昇をさらに抑制すべく、スペーサの単電池との接触面に複数の溝を設けている。溝を通じて冷媒（空気）を通し、単電池の温度上昇を抑制する（特許文献１；［００６０］、図９）。なお、特許文献１の組電池は、走行用モータの電源として、電気自動車に搭載することを目的としている。電気自動車では、特に振動対策が重要である。
【０００３】
本明細書では、説明の便宜のため、扁平なケースの並設方向を向いている側板を幅広側板と称する。捲回電極体の捲回軸線と交差するケースの側板を幅狭側板と称する。幅広側板の縁と幅狭側板の縁が連続しており、それらの境界がケースの一辺をなす。幅広側板がスペーサと当接する。また、説明を簡潔にするため、並設方向の圧力を積層圧力と称する場合がある。幅広側板との当接面に複数の溝を有するスペーサを櫛歯スペーサと称する場合がある。さらに、捲回電極体を単純に電極体と称する場合がある。なお、電極体は、正極シートと負極シートを、セパレータを挟んで扁平に捲回したものである。電極体の捲回軸線方向の両端に集電部が設けられており、両端の集電部で挟まれた部分を発電部と称する。集電部では、正極シート、あるいは、負極シートだけが捲回されており、集電部の厚みは発電部よりも薄い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１５４４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
積層圧力は幅広側板を介してケース内部の電極体に伝えられるため、幅広側板の厚みは適度に薄い方がよい。ところが、厚みの薄い幅広側板に櫛歯スペーサを当てて加圧すると、櫛歯の凹凸によって幅広側板が僅かではあるが凹凸に変形し、電極体に加わる圧力分布が微妙に不均一となる。一方、電極体は充電時に膨張し、放電時に収縮する。そのため、加圧されている電極体（特に発電部）は、その捲回軸線方向の両側部から電解液を放出したり吸収したりする。電極体（特に発電部）に加わる積層圧力の分布のわずかな不均一性が、電解液が出入りする毎に電極体内の電界液分布の不均一性を増長させる。電極体内の電解液分布の不均一性が増すと電池性能が低下する。
【０００６】
一方、幅広側板の厚みを増すと、櫛歯スペーサが当接しても、幅広側板の電極体側の表面は平坦を保てる。しかしながら、今度は幅広側板全体の剛性が高くなり、両側の幅狭側板の間で幅広側板の全体が湾曲し、電極体の中央で高く端幅狭側板に近づくにつれて低くなる不均一な圧力分布が生じてしまう。
【０００７】
本明細書は上記課題に鑑みて創作された。本明細書が開示する技術は、複数の単電池とスペーサが交互に所定方向（並設方向）に並設されているとともに並設方向に加圧されつつ拘束されている組電池に関し、均一に分布する圧力をケース内の電極体に加えることができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書が開示する組電池は、複数の単電池と複数のスペーサと結束部材を備えている。各単電池は、電解液とともに捲回電極体を扁平なケースに収容している非水電解質型である。複数の単電池と複数のスペーサは交互に並設方向に並設されている。結束部材は、複数の単電池と複数のスペーサの並設体を並設方向に加圧しつつその並設体を結束している。各スペーサは、単電池に面している少なくとも一方の面に複数の溝が設けられている。捲回電極体は、上記した通り、集電部と発電部を備えている。スペーサの複数の溝が設けられている面と対向しているケースの幅広側板は、厚肉部と薄肉部を有している。厚肉部は、ケース内で捲回電極体の発電部に接している部分である。薄肉部は、厚肉部の捲回軸線方向の両側に続く部分である。厚肉部の厚みが薄肉部の厚みよりも厚くなっている。その厚肉部に、スペーサの溝が設けられた面が当接している。溝が設けられている面は、厚肉部のみに当接している。
【０００９】
本明細書が開示する組電池では、幅広側板の櫛歯スペーサが当接する部位には、櫛歯の凹凸が当接しても変形しないように厚みの大きい厚肉部を設ける。一方、幅狭側板に対して厚肉部が並設方向に変位し易いように、厚肉部の捲回軸線方向の両側に続く部位には、厚みが厚肉部よりも薄い薄肉部を設ける。幅広側板が圧力を受けると、厚肉部が変形する前に薄肉部が変形する。薄肉部を設けることによって、並設方向の圧力に対して厚肉部の全体が、捲回軸線方向で平坦を保持したまま、並設方向に移動し、発電部に、均一に分布する圧力を加える。
【００１０】
なお、並設方向と捲回軸線方向の両者に直交する方向（ケース高さ方向）では、厚肉部の両側に薄肉部を設けることが望ましいが、ケース高さ方向では必ずしも薄肉部は必要ない。捲回電極体の膨張と収縮に伴う電解液の移動は捲回軸線方向に生じるので、電解液の移動経路上の圧力分布の不均一さが電解液の分布に影響する。ケース高さ方向の電解質の移動は捲回軸線方向の移動に比べて小さい。それゆえ、ケース高さ方向では厚肉部の両側に薄肉部を設けずとも、捲回軸線方向で厚肉部の両側に薄肉部を設けることによって電解液分布の不均一性抑制の効果が期待できる。即ち、本明細書が解決する一つの課題は、厳密にいうと、捲回電極体に加えられる捲回軸線方向の圧力分布を均一化することにある。本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例の組電池の斜視図である。
【図２】電池スタックの一部を示す斜視図である。
【図３】電極体の構成例を示す説明図である。
【図４】図２のIV−IV線に沿った断面図である。
【図５】積層圧力が加えられる前後の電池ケースの変形例を示す説明図である（積層圧力を加える前）。
【図６】積層圧力が加えられる前後の電池ケースの変形例を示す説明図である（積層圧力を加えた後）。
【図７】厚肉部と電極体の位置関係を示す断面図である（厚肉部が発電部の範囲を超えて電極体に接触する場合）。
【図８】厚肉部と電極体の位置関係を示す断面図である（厚肉部が発電部の範囲内で電極体に接触する場合）。
【図９】低温ハイレート試験による充放電の期間などの構成例を示す説明図である。
【図１０】厚肉部の第１変形例を示す密閉型電池及びスペーサの部分断面図である。
【図１１】厚肉部の第２変形例を示す密閉型電池及びスペーサの部分断面図である。
【図１２】変形例の組電池を説明するための電池スタックの部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照して実施例の組電池を説明する。まず、実施例の組電池２の構成を、図１を参照して説明する。図１に、実施例の組電池２の斜視図を示す。組電池２は、複数の単電池１０と複数のスペーサ２０を並設して結束したものである。単電池１０は、密閉型電池であり、後で詳しく説明するように、扁平角型形状に形成された電池ケース１１に電解液とともに電極体を収容した非水電解質二次電池である。電池ケース１１の内部には、電解液が封止されている。単電池１０は「バッテリセル」と別言することもできる。
【００１３】
複数の単電池１０は電気的に直列に接続されており、組電池２は大電圧の電力を出力することができる。隣り合う単電池１０の端子を電気的に接続する接続プレートは図示を省略している。組電池２は、例えば、ハイブリッド車や電気自動車などに搭載されて、走行モータを駆動するための電力を供給する。車両に搭載される組電池２では、走行中に路面などから入力される振動から、電池ケース１１内の電極体を保護するため、単電池１０の並設方向に圧力が加えられる。先に述べたように、並設方向の圧力を積層圧力と称する。組電池２は、一対のエンドプレート５と結束バンド７を有しており、それらの部材によって、複数の単電池１０の夫々に、並設方向の圧力が加えられる。並設方向は、図中のＸ軸方向に相当する。以下の図でも同様である。
【００１４】
組電池２は、電池スタック３（並設体）と、一対のエンドプレート５と、結束バンド７により構成されている。電池スタック３（並設体）は、複数の単電池１０と複数のスペーサ２０が一つずつ交互に並設されているデバイスである。一対のエンドプレート５は、電池スタック３を並設方向から挟み込んでいる。結束バンド７は、一対のエンドプレート５の対向間隔を狭める方向に電池スタック３を締め付ける。各スペーサ２０は、隣接する２個の単電池１０の間に挟まれている。結束バンド７は、一対のエンドプレート５の四隅に設けられている貫通孔を貫通する長尺の４本のボルトと、その端部に螺合して一対のエンドプレート５の間に挟まれた電池スタック３を並設方向に加圧するナットにより構成されている。このような加圧機構によって、隣接する単電池１０の間に介在するスペーサ２０が単電池１０の電池ケース１１の側板を加圧する。並設方向を向いている電池ケース１１の一対の側板を以下では幅広側板と称する。
【００１５】
次に、電池スタック３の一部として、スペーサ２０により加圧される単電池１０について図２及び図３を参照して説明する。図２に、電池スタック３の一部を表した斜視図を示す。図３に、捲回電極体１６の構成例を表した説明図を示す。以下、簡単化のため、捲回電極体１６を単純に電極体１６と称する。単電池１０は、概要を前述したように、主に、電池ケース１１と電極体１６と電解液から構成されている。電解液は図示を省略している。図２に示すように、電池ケース１１は、有底筒状のケース本体１２と、ケース本体１２の上部開口を閉塞するカバー１３により構成されている。ケース本体１２は、図中のＹ軸方向の長さが最も長く、Ｘ軸方向の長さがＹ軸方向とＺ軸方向の長さよりも顕著に短い長細薄箱形状（扁平角型形状）を成している。先に述べたように、ケース本体１２の並設方向を向いている側板を幅広側板３１と称する。後述するように、幅広側板３１には、厚肉部３１ａと薄肉部３１ｂが設けられている。また、後述する電極体１６の捲回軸線Ｊの方向を向いているケース本体の側板を幅狭側板３２と称する。なお、捲回軸線Ｊの方向は、図中の座標系のＹ軸方向に相当する。以下の図でも同様である。
【００１６】
カバー１３は、ケース本体１２の細長い上部開口に応じて短冊状をなしており、上部開口を液密に閉塞する。ケース本体１２とカバー１３はいずれもアルミニウムで作られている。
【００１７】
ケース本体１２には、扁平形状に捲回された電極体１６が収容されているとともに、収容した電極体１６を浸す電解液が注入されている。カバー１３には、絶縁ホルダ等を介して突出する正極端子１４及び負極端子１５が設けられている。単電池１０は、例えば、角形密閉式のリチウムイオン二次電池である。なお、カバー１３には、正極端子１４や負極端子１５の他に、電池ケース１１内に電解液を注入するための注液口や、電池ケース１１の内圧上昇を防ぐ安全弁などが設けられるが、これらの図示を省略している。
【００１８】
電極体１６は、図３に示すように、セパレータ１９を介在させた正極シート１７ａと負極シート１８ａの積層体を扁平形状に捲回した捲回電極体である。正極シート１７ａには正極活性物質層１７ｂが形成されており、また負極シート１８ａには負極活性物質層１８ｂが形成されている。これらのシート１７ａ、１８ａは、捲回軸線Ｊの方向に所定距離だけ相互にずらして捲回されている。そのため、正極シート１７ａと負極シート１８ａがセパレータ１９を介して重なり合う範囲が発電部１６ａ（図３のグレーに着色された部分）として機能する。「正極シート１７ａと負極シート１８ａがセパレータ１９を介して重なり合う範囲」は、正確には、正極シート１７ａ、負極シート１８ａ及びセパレータ１９を介して、正極活性物質層１７ｂと負極活性物質層１８ｂが重複する部分である。
【００１９】
発電部１６ａの捲回軸線Ｊに沿った一方の側には正極集電部１７が設けられており、他方の側には負極集電部１８が設けられている。正極集電部１７は、正極シート１７ａ等が捲回されている電極体１６において、正極シート１７ａだけが捲回されている部位である。負極集電部１８は、正極シート１７ａ等が捲回されている電極体１６において、負極シート１８ａだけが捲回されている部位である。それゆえ、正極集電部１７と負極集電部１８の短手方向の厚みは、発電部１６ａの短手方向の厚みと比較して薄い。正極集電部１７、負極集電部１８、発電部１６ａの短手方向は、複数の単電池１０と複数のスペーサ２０の並設方向と一致する。なお、図２と図３では、図を簡略化し、正極集電部１７と負極集電部１８の並設方向の厚みを発電部１６ａの厚みと同等に描いていることに留意されたい。
【００２０】
捲回された電極体１６の正極集電部１７及び負極集電部１８には、カバー１３に設けられた正極端子１４及び負極端子１５が夫々接続されている。電解液に浸された電極体１６が発電すると、その電力が正極端子１４及び負極端子１５を介して外部に出力される。また、外部から供給される電力が正極端子１４及び負極端子１５から入力されることにより、電極体１６が充電される。
【００２１】
図２に戻り、電池スタック３の説明を続ける。スペーサ２０は、単電池１０の電池ケース１１の幅広側板３１よりも外形が小さい矩形状の厚板である。このスペーサ２０は、並設された単電池１０間に介在して隣り合う単電池１０の間に隙間を確保するとともに、加圧機構による圧力（積層圧力）を電池ケース１１の幅広側板３１に加える。本実施例では、電池ケース１１の幅広側板３１には厚肉部３１ａが設けられている。スペーサ２０は、その平面形状が厚肉部３１ａよりも小さい矩形状を成すサイズに作られている。平面形状とは、複数の単電池１０の並設方向からみた面の形状のことである。
【００２２】
スペーサ２０には、並設方向を向いている一方の面２１に線条に延びる複数の溝２３が設けられている。本実施例では、単電池１０の高さ方向（図１のＺ軸方向）に溝２３が延びるようにスペーサ２０が電池ケース１１の幅広側板３１に接触している。溝２３が設けられているスペーサ２０の一方の面２１が電池ケース１１の幅広側板３１に当接する。そうすると、幅広側板３１の表面と溝２３の側面と底面で囲まれたＺ軸方向に延びる複数の流路が形成される。各流路はＺ軸方向に貫通している。この流路には、空気が流通し、充放電により発熱した単電池１０を冷却する。なお、図２では、破線で表されている溝２３が、スペーサ２０の一方の面２１において一部省略されているが、これは、溝２３の破線とV−IV線（一点鎖線）などが交錯して互いに紛らわしくなることを防ぐために記載を省いたものに過ぎず、スペーサ２０の一方の面２１の全面に溝２３が形成されている。
【００２３】
本実施例では、スペーサ２０の並設方向を向く一方の面２１に複数の溝２３が設けられており、他方の面２２には溝が設けられていない。他方の面２２にも複数の溝を設けてもよい。また、先に述べたように、スペーサ２０は、その平面形状が厚肉部３１ａよりも小さい矩形状を成すサイズに作られている。それゆえ、溝２３が設けられている面２１は、厚肉部３１ａのみで電池ケース１１に接することになる。
【００２４】
ところで、加圧機構による圧力が単電池１０の並設方向に加わると、複数の溝２３があるスペーサ２０の一方の面２１は、電池ケース１１の幅広側板３１に対して櫛歯状に不連続に圧接する。そのため、幅広側板３１の表面には、圧力が加わる部位と加わらない部位が混在することになる。即ち、複数の溝２３を有するスペーサ２０が当接すると、幅広側板３１の表面に圧力分布の不均一性が生じる。［発明が解決しようとする課題］の欄で述べたように、仮に幅広側板が一様に薄い場合には、圧力分布の不均一性に応じて幅広側板が僅かに凹凸に変形する。その結果、幅広側板の内面（ケース内側を向く面）に当接している電極体１６に僅かながら不均一な分布の圧力が加わる。一方、電極体１６は充放電に伴い膨張と収縮を繰り返す。電極体１６は、膨張時に周囲から電解液を吸い込み、収縮時に内部の電解液を放出する。電極体１６、特に、発電部１６ａに不均一な分布の圧力が加わっていると、電解液の出入りが繰り返されるうちに、発電部１６ａの内部の電解液分布のばらつきが増長される。発電部１６ａの内部の電解液分布のばらつきが大きくなると、電池性能が低下してしまう。それゆえ、発電部１６ａに加えられる圧力の分布はできるだけ均一であることが望ましい。なお、幅広側板３１の全体の厚みを厚くすると、櫛歯状のスペーサ２０が当接していても、溝２３に起因する幅広側板の変形は生じない。しかし、幅広側板の全体が高剛性になると、発電部１６ａに所定の圧力を加えるために外部から加える圧力を大きくせねばならない。その結果、両側の幅狭側板３２との接続箇所（ケース本体１２の高さ方向に延びる角部）の間で幅広側板の全体が湾曲し、発電部１６ａの中央で高く幅狭側板３２に近づくにつれて小さくなる不均一な圧力分布を生じてしまう。なお、幅狭側板とは、捲回軸線Ｊと交差する電池ケース１１の一対の側板のことである。
【００２５】
そこで、本実施例では、電池ケース１１の側面に厚肉部３１ａを設けるとともに、捲回軸線方向の厚肉部３１ａの両側に続く部位に、厚肉部よりも板厚が小さい薄肉部３１ｂを設ける。スペーサ２０の溝２３が設けられている面２１は、厚肉部３１ａのみに当接する。これにより、スペーサ２０の溝２３に起因する幅広側板３１（厚肉部３１ａ）の変形を抑えるとともに、積層圧力を受けると薄肉部３１ｂが変形して厚肉部３１ａの全体が並設方向に移動し、発電部１６ａを均一に加圧する。
【００２６】
図２のIV−IV線に沿ってカットした断面図が図４に図示されている。また図５と図６に、積層圧力が加えられる前後における電池ケース１１の変形を表した説明図が示されている。図５は、積層圧力が加えられる前の状態を示しており、図６は、積層圧力が加えられた後の状態を示している。ここからは、これら図４−図６も参照しつつ説明を続ける。
【００２７】
なお、図４には、単電池１０及びスペーサ２０をＸＹ平面で切断した断面のうち、その紙面左側を表している。そのため、この断面を左右対称に表したものが紙面右側にも現れる。図５と図６についても同様である。また、これらの断面図での電極体１６には、積層された正極シート１７ａ、負極シート１８ａ及びセパレータ１９が多層に現れるが、図４−図６においては、便宜的に簡易なハッチングでそれらの断面を一括して表現していることに注意されたい。さらに、正極集電部１７は、電極体１６の一部を構成するものであるが、発電部１６ａと明確に区別するため、両者には、傾きの異なるハッチングを施していることにも注意されたい。また、これらの図において、一方の面を指す符号２１及び溝を指す符号２３は、その一部に付されており、これらの符号が付されていないものもある。
【００２８】
図４に示すように、ケース本体１２の幅広側板３１に、厚肉部３１ａと薄肉部３１ｂが設けられている。具体的には、幅広側板３１の内側面（電極体１６を向く面）において発電部１６ａが接する範囲に厚肉部３１ａを設ける。そして、厚肉部３１ａの捲回軸線方向（図中のＹ軸方向）の両側に薄肉部３１ｂを設ける。薄肉部３１ｂは、厚肉部３１ａの捲回軸線方向の両側に続く部分であり、厚肉部３１ａの両端と幅狭側板３２との間を連結する。なお、本実施例では、厚肉部３１ａと薄肉部３１ｂの内側面は面一であり、ケース本体１２の外側において、厚肉部３１ａが薄肉部３１ｂよりも並設方向に突出している。
【００２９】
図４の例では、厚肉部３１ａは、発電部１６ａと正極集電部１７の境界Ｋを超えて、単電池１０の長手方向端部（図４のＹ軸の負方向）の近くまで拡がる大きさを有している。別言すれば、厚肉部３１ａは、発電部１６ａが接する範囲を超えて、単電池１０の長手方向端部の近くまで拡がる大きさを有している。この厚肉部３１ａは、ケース本体１２の幅広側板３１において、単電池１０の高さ方向（Ｚ軸方向、捲回軸線Ｊに直交する方向）、即ち、図４の紙面垂直方向にケース本体１２の一端側から他端側に亘って帯状に形成されている（図２を参照のこと）。Ｚ軸の正方向を「上」、負方向を「下」と定義すれば、厚肉部３１ａは、ケース本体１２の下端から上端に亘って帯状に形成されている。なお、図４に示す符号Ｐは、溝２３と厚肉部３１ａにより形成される冷媒流路を表す。
【００３０】
このような厚肉部３１ａが形成されるケース本体１２は、加圧機構による圧力（積層圧力）が加えられる前においては、図５に示すように、幅広側板３１の内側面と収容した電極体１６との間に隙間を有してケース本体１２内に満たされた電解液に電極体１６を浸す。これに対して、同図に示す矢印方向から、加圧機構による圧力がスペーサ２０に加わると、その一方の面２１又は他方の面２２が厚肉部３１ａに圧接される。一方の面２１又は他方の面２２は厚肉部３１ａ以外ではケース本体１２（電池ケース１１）と接しない。これにより、ケース本体１２の幅広側板３１は、厚肉部３１ａを中心にケース本体１２の内側に向けて変形する。図６に示すように、変形は、薄肉部３１ｂに生じる。
【００３１】
即ち、厚肉部３１ａは、薄肉部３１ｂに比べて剛性が高いため、変形することなく、剛性の低い薄肉部３１ｂがケース本体１２の内側に撓むように変形する。その結果、厚肉部３１ａは変形せずに発電部１６ａに向かって移動する。また、スペーサ２０の一方の面２１に形成される複数の溝２３による櫛歯状の凹凸が厚肉部３１ａに圧接している。厚肉部３１ａの厚みは、複数の溝２３の凹凸では変形しない程に厚い。その結果、ケース本体１２に収容される電極体１６は、変形することなく平坦な厚肉部３１ａにより、発電部１６ａを中心に両面から挟み込まれるように狭持される。これにより、電極体１６には、発電部１６ａを中心にほぼ均一に圧力が加わる。
【００３２】
なお、より正確には、厚肉部３１ａは、捲回軸線Ｊの方向に沿って平坦を保持したまま発電部１６ａに向かって移動する。厚肉部３１ａは、上下方向（図中のＺ軸方向）に沿っては湾曲する場合がある。しかし、先に述べたように、電極体１６の膨張と収縮による内部の電解液は主として捲回軸線Ｊの方向に移動する。それゆえ、電極体１６の内部の電解液分布の均一性には、捲回軸線Ｊに沿った圧力分布の均一さが重要である。即ち、厚肉部３１ａが捲回軸線Ｊに沿った方向で均一に分布する圧力を加えることが、電極体１６内部の電解液分布の均一化に貢献する。
【００３３】
また、図４−図６では、正極集電部１７の並設方向の厚みが発電部１６ａの厚みよりも小さいことが示されている。それゆえ、積層圧力は、主に発電部１６ａに加わり、正極集電部１７（及び負極集電部１８）には加わらない。発電部１６ａに対して、捲回軸線Ｊの方向に均一に分布する圧力を加えれば、電極体１６の内部の電解液分布を均一化できる。
【００３４】
図７を参照して、長手方向（Ｙ軸方向）における、発電部１６ａの端と厚肉部３１ａの端とスペーサ２０の端の位置関係について説明を補足する。図７は、厚肉部３１ａが発電部１６ａの範囲（即ち、図中の境界Ｋ）を超えて電極体に接触する場合を示しており、図８は、厚肉部３１ａが発電部１６ａの範囲内（即ち、図中の境界ＫよりもＹ軸正方向の側）で電極体１６に接触する場合を示している。これらの断面図において、電極体１６は、積層された正極シート１７ａ、負極シート１８ａ及びセパレータ１９が多層に現れるが、便宜的に簡易なハッチングでそれらの断面を一括して表現している。また、正極集電部１７は、電極体１６の一部を構成するものであるが、発電部１６ａと明確に区別するため、両者には、傾きの異なるハッチングを施している。
【００３５】
図７は、厚肉部３１ａが、発電部１６ａが接する範囲（図７の境界Ｋ）を超えるサイズを有する場合において、スペーサ２０も境界Ｋを超えるサイズを有する場合を示している。単電池１０とスペーサ２０は、そのような位置関係を有していてもよい。即ち、図４に示す構成では、厚肉部３１ａは、発電部１６ａが接する範囲を超えて形成されているものの、スペーサ２０は、発電部１６ａが接する範囲の内側（図４において境界ＫよりもＹ軸正方向側）の範囲内に収まるように位置している。これに対して、図７に示す構成では、スペーサ２０も発電部１６ａが接する範囲を超えるサイズを有している。図４と図７のいずれの位置関係であってもよい。
【００３６】
また、図８に示すように、厚肉部３１ａは、発電部１６ａが接する範囲を超えることなく、当該範囲の内側に形成されていてもよい。厚肉部３１ａの形成範囲が、発電部１６ａと正極集電部１７の境界Ｋを跨ぐことなく、境界Ｋよりも発電部１６ａが接する範囲の内側（図８のＹ軸の正方向）に収まっていてもよい。つまり、厚肉部３１ａは、発電部１６ａに接している部分を含むように形成されていれば、発電部１６ａに接する部分の全部を含むことを要しない。厚肉部３１ａは、発電部１６ａに対向する部分の全部又は一部に形成されていればよい。発電部１６ａが接する範囲の一部に厚肉部３１ａが形成されている場合、発電部１６ａが接する範囲の全部に厚肉部３１ａが形成されている場合（図４や図７に示す場合）に比べて、均一度が低下するものの、発電部１６ａにほぼ均一に圧力が加えられる。
【００３７】
厚肉部３１ａの厚さは、ケース本体１２を構成する金属材料の種類、薄肉部３１ｂの厚さ、厚肉部３１ａと薄肉部３１ｂの面積比、並設方向に加えられる圧力の大きさなどに基づいて設定される。より具体的には、実験やコンピュータシミュレーションの結果に基づいて、厚肉部３１ａの厚さが適宜最適な値に設定される。一例では、ケース本体１２のサイズは、Ｘ軸方向が１５ｍｍ、Ｚ軸方向が１００ｍｍ、Ｙ軸方向が１５０ｍｍである。ケース本体１２はアルミニウムで作られている。厚肉部３１ａの厚みは１．５ｍｍであり、薄肉部３１ｂの厚みは０．５ｍｍである。スペーサ２０に設けられる溝２３の深さと幅は３ｍｍ程度である。この事例では、厚肉部３１ａの厚みは薄肉部３１ｂの厚みの３倍である。これだけの厚みの差があると、櫛歯状のスペーサ２０によって幅広側板３１が並設方向に加圧されたとき、厚肉部３１ａは溝２３によって変形することがなく、かつ、圧力によって薄肉部３１ｂが変形し、厚肉部３１ａは並設方向に平行移動して発電部１６ａを均一に加圧する。上記の一例では、厚肉部３１ａの厚みＷ１は、薄肉部３１ｂの厚みＷ２の３倍であった。厚肉部３１ａの厚みＷ１は、薄肉部３１ｂの厚みＷ２の２倍以上が好ましく、３倍以上あることがより好ましい。なお、スペーサ２０は、絶縁性の樹脂で作られている。
【００３８】
次に、このように形成されるケース本体１２の厚肉部３１ａの効果について検証するために行った組電池２の低温ハイレート試験について説明する。図９に、低温ハイレート試験による充放電の期間などの構成例を表した説明図を示す。低温ハイレート試験は、４０秒間７５アンペアの充電を行った後、５秒間のインターバル期間が経過してから、３００秒間１０アンペアの放電を行う。そして、５秒間のインターバル期間を空けてこれらの充放電を４０００回、繰り返す。つまり、図９に示す１サイクルを、所定の低温環境下において、４０００回（４０００サイクル）繰り返す。
【００３９】
このような低温ハイレート試験を、図４に示す構成例、図８に示す構成例、及び比較例１、２について行った。そして、試験の前後における充電容量の比を、容量維持率（＝（試験後充電容量／試験前充電容量）×１００）として算出した。なお、比較例１は、ケース本体１２に厚肉部３１ａを形成することなくケース本体１２の全ての肉厚を薄肉部３１ｂと同等に構成したものである。また、比較例２は、ケース本体１２の全ての肉厚を厚肉部３１ａと同等に構成したものである。充電容量の低下を抑制するためには、容量維持率が１００％に近いほどよい。夫々の容量維持率は以下のようになった。
【００４０】
＜低温ハイレート試験後の容量維持率＞
（１）図４に示す構成例      ：  ９９．７％
（２）図８に示す構成例      ：  ９６．１％
（３）比較例１（全て薄肉）  ：  ９３．８％
（４）比較例２（全て厚肉）  ：  ８９．３％
【００４１】
以上から、これらの中では、図４に示す構成例、即ちケース本体１２の内側面において電極体１６の発電部１６ａが接する範囲に厚肉部３１ａを形成する構成が最良であることが検証された（上記（１））。また、比較例１、２に比べてケース本体１２の厚肉部３１ａが充電容量の低下の抑制にその効果を発揮していることが検証された。また、図８に示す構成例、即ち厚肉部３１ａが、発電部１６ａが接する範囲を超えることなく、当該範囲の内側に形成されている構成であっても、図４に示す構成例に次いで容量維持率が良好であり（上記（２））、比較例１、２よりも充電容量の低下を抑制する点で優れていることも検証された。
【００４２】
ケース本体１２に設ける厚肉部３１ａのバリエーションの例について、図１０−図１２を参照して説明する。図１０と図１１に、厚肉部３１ａの変形例を示す単電池１０及びスペーサ２０の部分断面図を示す。図１０と図１１は、図２のIV−IV線に沿った断面図に相当するものである。これらの断面図において、電極体１６は、積層された正極シート１７ａ、負極シート１８ａ及びセパレータ１９が多層に現れるが、便宜的に簡易なハッチングでそれらの断面を一括して表現している。また、正極集電部１７は、電極体１６の一部を構成するものであるが、発電部１６ａと明確に区別するため、両者には、傾きの異なるハッチングを施している。
【００４３】
図１０の変形例を説明する。図２と図４で説明した厚肉部３１ａは、ケース本体１２の内側で薄肉部３１ｂと面一であり、ケース本体１２の外側で薄肉部３１ｂに対して突出している。図１０の変形例では、厚肉部１３１ａは、ケース本体１１２の外側で薄肉部１３１ｂと面一であり、ケース本体１１２の内側で薄肉部１３１ｂに対して突出している。この構成においても、加圧機構により積層圧力がスペーサ２０に加わると、厚肉部１３１ａが平坦な状態を維持したまま、その両側の薄肉部１３１ｂがケース本体１１２の内側に向けて撓む。これにより、ケース本体１１２内の発電部１６ａは、ほぼ均一に加圧される。また、ケース本体１１２の内側面に厚肉部１３１ａを設けることで、ケース本体１１２内において、並設方向で対向する一対の薄肉部１３１ｂの間の空間Ｓが、図２、図４の場合と比較して広くなる。図１０の態様は、正極集電部１７や負極集電部１８の周囲の空間Ｓが拡がる利点がある。
【００４４】
図１１の変形例を説明する。厚肉部は、複数の板を重ねたものであってもよい。別言すれば、幅広側板は、複数の板を重ねたものであってもよい。典型的には、幅広側板は、先に説明した薄肉部の厚みと同等の均一な厚みを有する幅広側板に、先に説明した厚肉部に相当する領域に別の平板を取り付けたものであってもよい。図１１の場合では、先に示した実施例の厚肉部３１ａと同等の厚みを有する平板４０を、全体が先の薄肉部３１ｂと同じの厚みを有する平板２３３の側面に取り付けて厚肉部を構成してもよい。このような平板４０を補強板のように組み付けても、積層圧力に対して平板４０の部分は撓むことがない。一方、積層圧力を受けると両側の薄肉部２３１ｂがケース本体２１２の内側に向けて撓み、平板４０の部分は撓むことなく電極体１６に向けて平行移動する。そのため、ケース本体２１２内の発電部１６ａがほぼ均一に加圧される。
【００４５】
図１２の例を説明する。図１２は、変形例の組電池を説明するための電池スタックの部分斜視図である。この例では、スペーサ３２０の大きさが先の実施例と比較して小さい。特に、単電池３１０の高さ方向（Ｚ軸方向）の長さが短い。スペーサ３２０は、並設方向からみて、ケース本体３１２の幅広側板３３１のほぼ中央に当接している。スペーサ３２０の大きさに応じて、幅広側板３３１に設けられた厚肉部３３１ａも先の実施例と比較して小さくなっている。この例では、薄肉部３３１ｂは、捲回軸線Ｊに沿った方向で厚肉部３３１ａの両側に設けられているだけでなく、捲回軸線Ｊと並設方向の双方に直交する方向（単電池３１０の高さ方向であり、図中のＺ軸方向）でも両側にも設けられている。別言すれば、この例では、薄肉部３３１ｂは、並設方向から見たときに厚肉部３３１ａを囲むように設けられており、厚肉部３３１ａに、スペーサ３２０の溝２３が設けられた面が当接している。この例では、厚肉部３３１ａが積層圧力を受けたとき、厚肉部３３１ａの周囲で薄肉部３３１ｂが撓む。それゆえ、幅広側板３３１が並設方向に加圧されたとき、厚肉部３３１ａは、捲回軸線Ｊの方向と、高さ方向（図中のＺ軸方向）のいずれの方向にも変形することなく電極体１６に向かって移動する。この例は、捲回軸線Ｊの方向と高さ方向のいずれにも均一に分部する圧力を発電部１６ａに加えることができる。
【００４６】
図１０−図１２に示した変形例はいずれも、スペーサの溝が設けられた面は、ケース本体の厚肉部のみでケース本体に当接している。
【００４７】
以上説明したように、本実施例の組電池２を構成する単電池１０では、並設方向を向く電池ケース１１（ケース本体１２）の両側面において、電池ケース１１に収容した電極体１６の発電部１６ａに接する部分を厚肉にした厚肉部３１ａを形成している。厚肉部３１ａの厚みは、薄肉部３１ｂの厚みよりも大きい。これにより、加圧機構によって並設方向に荷重が加えられても、厚肉部３１ａにおいては、溝２３の有無に合わせて波形状に電池ケース１１（ケース本体１２）が変形したり、スペーサ２０の圧接部分を中心に電池ケース１１（ケース本体１２）の内部空間が狭くなるように撓んだりすることが生じ難い。そのため、厚肉部３１ａはフラットな状態を維持してその両サイドの薄肉部３１ｂが電池ケース１１（ケース本体１２）の内側に向けて撓むことから、電池ケース１１（ケース本体１２）内の電極体１６（発電部１６ａ）には、ほぼ均一に荷重が加わる。したがって、電極体１６（発電部１６ａ）に加わる荷重が不均一になることに起因した充電容量の低下を抑制する。
【００４８】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。上記の実施例では、スペーサ２０に形成される溝２３は、スペーサ２０の一方の面２１に形成したが、他方の面２２にも溝２３を形成してもよい。これにより、冷却流体が流れ得る流路がスペーサ２０の両面に形成されるため、冷却効果が高まる。また、溝２３は、スペーサ２０の一端側から他端側に線条（線条溝）に形成したが、このような線条溝を二方向に形成して、それらが互いに交差するように格子溝を形成してもよい。これにより、冷却流体が流れ得る流路がさらに増えるので、冷却効果がより高められる。
【００４９】
実施例では幾つかの厚肉部３１ａ、１３１ａ、３３１ａを説明したが、以下では、それらいくつかの厚肉部を区別なく示すときには符号「３１ａ」を用いることにする。上記の実施例では、厚肉部３１ａをケース本体１２の外側面又は内側面のいずれかに一方に形成したが、ケース本体１２の外側面及び内側面の両方に形成してもよい。これにより、外側面及び内側面の両方を合わせた側板の厚みが厚肉部３１ａと同じになればよいため、厚肉部３１ａをケース本体１２の外側面又は内側面のいずれかに一方に形成する場合に比べて、両側面に形成する厚肉部３１ａを薄くすることが可能になる。また、外側面及び内側面に形成する厚肉部３１ａの比率を任意に変更することで、例えば、ケース本体１２に収容される電極体１６（発電部１６ａ）に対する物理的・機械的な影響が最良になるように内側面に形成される厚肉部３１ａの厚さを設定することも可能になる。
【００５０】
また、上記の実施例では、電池ケース１１を構成するケース本体１２に厚肉部３１ａを形成したが、カバー１３が短冊形状ではなく、ケース本体１２と同様の扁平角型形状を有する場合には、カバー１３と本体部の両方に厚肉部３１ａを形成する構成を採ることが望ましい。これにより、これらに収容される電極体の発電部の範囲を漏れなく厚肉部によりカバーすることが可能になる。
【００５１】
また、上記の実施例では、高さ方向（Ｚ軸方向）よりも幅方向（Ｙ軸方向）に長い電池ケース１１に捲回軸線Ｊを幅方向（Ｙ軸方向）に向けて電極体１６を収容したが、これとは逆に、幅方向（Ｙ軸方向）よりも高さ方向（Ｚ軸方向）が長くて背の高い電池ケースに、捲回軸線Ｊを高さ方向（Ｚ軸方向）に向けて電極体１６を収容してもよい。この場合においても、電池ケースに形成される厚肉部（上記の厚肉部３１ａに相当）は、捲回軸線Ｊに対して直交する方向に形成される。つまり、電池ケースの幅方向（Ｙ軸方向）の一端側から他端側に帯状に延びるように形成される。また、このように帯状に形成されることなく、一部に形成されていてもよい。
【００５２】
また、上記の実施例では、組電池２を構成する単電池１０の並設数を６にしたが、単電池１０の並設数は複数であれば、これに限られない。また、単電池１０の一例として、リチウムイオン二次電池を挙げたが、非水電解質二次電池であれば、これに限られない。
【００５３】
実施例の組電池２では、スペーサ２０は並設方向の一方の面２１にのみ、複数の溝２３を備えており、他方の面２２は平坦であった。一方、単電池１０は、並設方向の両側の幅広側板３１に厚肉部３１ａと薄肉部３１ｂを備えている（図４参照）。厚肉部と薄肉部は、少なくとも、スペーサの溝が設けられた面と対向する側だけに設ければ、上記した利点を享受することができる。
【００５４】
薄肉部は、捲回軸線の方向に沿って厚肉部の両側に設けられる。従って、捲回電極体が、その捲回軸線を上下方向に向けてケースに収容される場合、薄肉部も上下方向で厚肉部の両側に設けられることが好ましい。もちろん、図１２で示したように、薄肉部は、並設方向からみて厚肉部の上下左右に設けることが好適である。
【００５５】
図１１で示したように、厚肉部は、厚さ一様な幅広側板（図１１の平板２３３）に別の平板（図１１の平板４０）を取り付けたものであってもよい。この場合、平板４０は、もともとの幅広側板である平板２３３に固定されてなくともよい。例えば、平板４０は、予めスペーサに取り付けられてもよい。完成した組電池において、スペーサの溝が設けられている面とケース内部の捲回電極体（発電部）との間に介在する板の厚みが、薄肉部よりも大きければよい。
【００５６】
実施例の組電池では、複数の単電池と複数のスペーサが一つずつ交互に並設されている。このことは、いずれの隣接する２個の単電池も、それらの間に少なくとも一つのスペーサが挟まれており、２個の単電池が離れていることを意味する。仮にスペーサが複数部材で構成されていても、２個の単電池の間に挟まれている複数部材のスペーサは「一つのスペーサ」と見なされる。本明細書が開示する技術は、組電池の全体で例えば１箇所だけ、単電池２個がスペーサを挟まずに隣接している場合を含む。組電池の少なくとも一部で、複数の単電池と複数のスペーサが一つずつ交互に並設されていればよい。
【００５７】
スペーサに設けられている複数の溝は、スペーサの一方の端から他方の端へ延びる平行な溝群に限られない。例えば、スペーサには、複数の溝が格子状に設けられていてもよい。また、各溝は、スペーサの一方の面内で閉じているものであってもよい。即ち、スペーサの表面に設けられた複数の窪みも、本明細書における「複数の溝」の一態様である。
【００５８】
単電池１０が単電池の一例に相当する。電池ケース１１がケースの一例に相当する。電極体１６が捲回電極体の一例に相当する。発電部１６ａが「正極シートと負極シートが重なり合う範囲」の一例に相当する。溝２３が線条溝の一例に相当する。プレート３０が厚板の一例に相当する。電池スタック３が、複数の単電池１０と複数のスペーサ２０の並設体の一例に相当する。幅広側板３１、１３１、２３１、３３１が、「スペーサの複数の溝が設けられている面と対向しているケースの側板」の一例に相当する。
【００５９】
実施例の組電池は、電気自動車やハイブリッド車に搭載されるデバイスである。本明細書が開示する技術は、車載用の組電池に限られない。
【００６０】
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、特許請求の範囲を限定するものではない。特許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。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００６１】
２：組電池
３：電池スタック
５：エンドプレート
７：拘束バンド
１０：単電池
１１：電池ケース
１２、１１２、２１２：ケース本体
１３：カバー
１４：正極端子
１５：負極端子
１６：電極体
１６ａ：発電部
１７：正極電極部
１７ａ：正極シート
１８：負極電極部
１８ａ：負極シート
１９：セパレータ
２０、３２０：スペーサ
２３：溝
３１、１３１、２３１、３３１：幅広側板
３１ａ、１３１ａ、３３１ａ：厚肉部
３１ｂ、１３１ｂ、２３１ｂ、３３１ｂ：薄肉部
３２：幅狭側板
４０：プレート
Ｊ：捲回軸線
Ｋ：境界
Ｐ：流路
Ｓ：周囲空間
【図１】
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【図２】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図３】
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