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JP4543710B2 - 組電池 - Google Patents

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Description

本発明は、セパレータを介して電極板を積層して外装部材に収容して封止すると共に、前記電極板に接続された電極端子が前記外装部材の外周縁から導出した二次電池を複数個接続して構成される組電池に関する。
セパレータを介して電極板を積層して外装部材に収容して封止すると共に、前記電極板に接続された電極端子を外装部材の外周縁から導出させた二次電池を複数積層し、当該各二次電池から導出する電極端子同士を溶接等により直接的に接続することにより組電池を構成して、所望する容量や電圧を確保する技術が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような構成の組電池では、使用時に各二次電池の内部にガスが発生して電極板の間に滞留し、電池の出力低下が生じるため、当該各二次電池に対して実質的に均一に所定の面圧を印加することが要求される。
これに対して、複数の二次電池が積層されて構成される電池積層体の最上層及び最下層に一対の拘束プレートをそれぞれ積層し、この拘束プレート同士を当該外周縁で連結ロッドにより連結して、拘束プレートを介して前記複数の二次電池を押圧する技術が従来から知られている（たとえば、特許文献２参照）。
しかしながら、このような構造の組電池において、連結ロッドにより一対の拘束プレートを介して前記複数の二次電池に面圧を印加すると、この加圧により各拘束プレートに歪みが発生し、二次電池の外周部から中央部に向かうに従い面圧が低下し、二次電池の出力低下を抑制することが出来ない。
本発明は、二次電池の出力低下を抑制することが可能である組電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、セパレータを介して積層した電極板を、樹脂−金属薄膜ラミネート材からなる外装部材に収容して封止すると共に、前記電極板に接続された電極端子が前記外装部材の外周縁から導出したリチウムイオン二次電池が複数個積層された電池積層体と、前記電池積層体の最上段及び最下段にそれぞれ積層された一対の板状部材と、前記一対の板状部材の四隅に設けられ、前記一対の板状部材を介して前記複数の二次電池を加圧する４つの加圧手段と、を少なくとも備えた組電池であって、前記板状部材の表面に複数のリブが形成されており、前記リブ同士の間に、前記二次電池を冷却するための冷却風が流通可能であり、前記リブ同士の間隔は、複数の前記加圧手段により加圧される当該板状部材の中心部に近づくに従って狭くなる組電池が提供される。
本発明では、複数の二次電池を積層した電池積層体の最上段及び最下段に板状部材をそれぞれ積層して、当該一対の板状部材の間に電池積層体を挟むと共に、これら板状部材を介して、電池積層体を構成する複数の二次電池を加圧手段により加圧可能な組電池において、各加圧手段により加圧される板状部材の中心部に近づくに従って剛性が高くなるように前記板状部材を形成する。これにより、板状部材において加圧手段の加圧により歪み易い部分の剛性が、それ以外の部分の剛性に対して相対的に高くなり、その結果として、加圧手段により板状部材を介して電池積層体の各二次電池を加圧した際に、板状部材における中心部での歪みが抑制されるので、二次電池の出力低下を抑制することが出来る。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態に係る二次電池の全体の平面図、図２は図１のII-II線に沿った二次電池の断面図である。
図１及び図２は一つの薄型電池１０（単位電池）を示す。この薄型電池１０を複数積層することにより所望の電圧、容量の組電池が構成される。
本発明の実施形態に係る二次電池１０は、リチウム系の平板状の積層タイプの薄型電池であり、図１及び図２に示すように、３枚の正極板１０１と、５枚のセパレータ１０２と、３枚の負極板１０３と、正極端子１０４と、負極端子１０５と、上部外装部材１０６と、下部外装部材１０７と、特に図示しない電解質とから構成されている。このうちの正極板１０１、セパレータ１０２、負極板１０３及び電解質を特に発電要素１０８と称する。
発電要素１０８を構成する正極板１０１は、正極板１０４まで伸びている正極側集電体１０１ａと、正極側集電体１０１ａの一部の両主面にそれぞれ形成された正極層１０１ｂ、１０１ｃとを有している。なお、正極板１０１の正極層１０１ｂ、１０１ｃは、正極側集電体１０１ａの全体の両主面に亘って形成されているのではなく、図２に示すように、正極板１０１、セパレータ１０２及び負極板１０３を積層して発電要素１０８を構成する際に、正極板１０１においてセパレータ１０２に実質的に重なる部分のみに正極層１０１ｂ、１０１ｃが形成されている。
この正極板１０１の正極側集電体１０１ａは、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔である、
また、この正極板１０１の正極層１０１ｂ、１０１ｃは、例えば、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）、又は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）等のリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物等の正極活物質と、カーボンブラック等の導電剤と、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョン等の接着剤とを混合したものを、正極側集電体１０１ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。
発電要素１０８を構成する負極板１０３は、負極端子１０５まで伸びている負極側集電体１０３ａと、当該負極側集電体１０３ａの一部の両主面にそれぞれ形成された負極層１０３ｂ、１０３ｃとを有している。なお、負極板１０３の負極層１０３ｂ、１０３ｃは、負極側集電体１０３ａの全体の両主面に亘って形成されているのではなく、図２に示すように、正極板１０１、セパレータ１０２及び負極板１０３を積層して発電要素１０８を構成する際に、負極板１０３においてセパレータ１０２に実質的に重なる部分のみに負極層１０３ｂ、１０３ｃが形成されている。
この負極板１０３の負極側集電体１０３ａは、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔である。
また、この負極板１０３の負極層１０３ｂ、１０３ｃは、例えば、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のような上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンを混合し、乾燥させた後に粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これにアクリル樹脂エマルジョン等の結着剤をさらに混合し、この混合物を負極側集電体１０３ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。
特に、負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量に伴って出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。
発電要素１０８のセパレータ１０２は、上述した正極板１０１と負極板１０３との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えても良い。このセパレータ１０２は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
なお、本発明のセパレータ１０２は、ポリオレフィン等の単層膜にのみ限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔性膜と有機不織布等を積層したものを用いることも出来る。このようにセパレータ１０２を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能及びセパレータの形状維持（剛性向上）機能等の諸機能を付与することが出来る。
以上の発電要素１０８は、セパレータ１０２を介して正極板１０１と負極板１０３とが交互に積層されている。そして、３枚の正極板１０１は、正極側集電体１０１ａを介して、金属箔製の正極端子１０４にそれぞれ接続される一方で、３枚の負極板１０３は、負極側集電体１０３ａを介して、同様に金属箔製の負極端子１０５にそれぞれ接続されている。
なお、発電要素１０８の正極板１０１、セパレータ１０２、及び、負極板１０３は、本発明では上記の枚数に何ら限定されず、例えば、１枚の正極板１０１、３枚のセパレータ１０２、及び、１枚の負極板１０３でも発電要素１０８を構成することが出来、必要に応じて正極板、セパレータ及び負極板の枚数を選択して構成することが出来る。
正極端子１０４も負極端子１０５も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子１０４としては、上述の正極側集電体１０１ａと同様に、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等を挙げることが出来る。また、負極端子１０５としては、上述の負極側集電体１０３ａと同様に、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等を挙げることが出来る。また、本実施形態では、電極板１０１、１０３の集電体１０１ａ、１０３ａを構成する金属箔自体を電極端子１０４、１０５まで延長することにより、電極板１０１、１０３を電極端子１０４、１０５に直接接続しているが、電極板１０１、１０３の集電体１０１ａ、１０３ａと、電極端子１０４、１０５とを、集電体１０１ａ、１０３ａを構成する金属箔とは別の材料や部品により接続しても良い。
発電要素１０８は、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７（外装部材）に収容されて封止されている。本実施形態における上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７は何れも、特に図示しないが、薄型電池１０の内側から外側に向かって、例えば、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又は、アイオノマー等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムから構成されている内側層（合成樹脂層）と、例えば、アルミニウム等の金属箔から構成されている中間層（金属層）と、例えば、ポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムで構成されている外側層（合成樹脂層）と、の三層構造となっている。従って、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７は何れも、例えば、アルミニウム箔等の金属箔の一方の面（二次電池１０の内側面）をポリエチレン等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂でラミネートし、他方の面（二次電池１０の外側面）をポリアミド系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート材等の可撓性を有する材料で形成されている。
このように、外装部材が樹脂層に加えて金属層を具備することにより、外装部材自体の強度向上を図ることが可能となる。また、外装部材の内側層を、例えば、ポリエチレン等の熱融着性に優れた樹脂で構成することにより、金属製の電極端子との良好な融着性を確保することが可能となる。
なお、図１及び図２に示すように、封止された外装部材１０６、１０７の一方の端部から正極端子１０４が導出し、当該他方の端部から負極端子１０５が導出するが、電極端子１０４、１０５の厚さ分だけ上部外装部材１０６と下部外装部材１０７との融着部に隙間が生じるので、二次電池１０内部の封止性を維持するために、電極端子１０４、１０５と外装部材１０６、１０７とが接触する部分に、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等から構成されたシールフィルムを介在させても良い。このシールフィルムは、正極端子１０４及び負極端子１０５の何れにおいても、外装部材１０６、１０７を構成する樹脂と同系統の樹脂で構成することが熱融着性の観点から好ましい。
これらの外装部材１０６、１０７によって、上述した発電要素１０８、正極端子１０４の一部及び負極端子１０５の一部を包み込み、当該外装部材１０６、１０７により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウムや六フッ化リン酸リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入しながら、外装部材１０６、１０７により形成される空間を吸引して真空状態とした後に、外装部材１０６、１０７の外周縁を熱プレスにより熱融着して封止する。
有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）やメチルエチルカーボネート等のエステル系溶媒を挙げることが出来るが、本発明の有機液体溶媒はこれに限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒を用いることが出来る。
以下に、上述の二次電池１０を複数接続することにより構成される組電池１００について説明する。
図３は本発明の実施形態に係る組電池の全体を示す斜視図、図４は図３に示す組電池を構成するサブモジュールを示す平面図、図５は図３の組電池の部分分解斜視図、図７（Ａ）は本発明の第１実施形態における上側エンドプレートを示す平面図、図７（Ｂ）は当該プレートの正面図、図７（Ｃ）は当該プレートの側面図である。
本発明の実施形態に係る組電池１００は、図３〜図５に示すように、９個の二次電池１０ａ〜１０ｉから構成される１１個のサブモジュール３０ａ〜３０ｋが積層されたモジュール積層体４０と、当該モジュール積層体４０（電池積層体）の最上段及び最下段にさらに積層された一対のエンドプレート２１ａ、２２ａ（板状部材）と、当該エンドプレート２１ａ、２２ａを介してモジュール積層体４０の各二次電池１０を加圧するための４組のロッド５１及びナット５２（加圧手段）とを備えている。なお、図３では組電池１００の構成を分かり易くするために、モジュール積層体４０を広げて図示してある。
先ず、本実施形態に係る組電池４０を構成するサブモジュール３０について説明すると、各サブモジュール３０は、図４に示すように、同一平面上に３行３列に配列された９個の二次電池１０ａ〜１０ｉが電気的に直列接続されて構成されている。
より具体的には、同図に示すように、第１〜第３の二次電池１０ａ〜１０ｃが一列に配置され、第１の二次電池１０ａの負極端子１０５と第２の二次電池１０ｂの正極端子１０４とが接続されると共に、第２の二次電池１０ｂの負極端子１０５と第３の二次電池１０ｃの正極端子１０４とが接続されており、第１〜第３の二次電池１０ａ〜１０ｃが電気的に直列接続されている。同様の要領で、第４〜第６の二次電池１０ｄ〜１０ｆが電気的に直列接続され、第７〜第９の二次電池１０ｇ〜１０ｉが電気的に直列接続されている。さらに、このサブモジュール３０は、第３の二次電池１０ｃの負極端子１０５と、第４の二次電池１０ｄの正極端子１０４とがバスバー３１により接続されていると共に、第６の二次電池１０ｆの負極端子１０５と、第７の二次電池１０ｇの正極端子１０４とがバスバー３１により接続されており、結果的に、第１の二次電池１０ａから第９の二次電池１０ｉが電気的に直列に接続されている（図４の破線矢印参照）。なお、各二次電池１０の電極端子１０４、１０５同士や、電極端子１０４、１０５とバスバー３１とを接続する手法としては、例えば、超音波溶接や冷間圧接等を例示することが出来る。
本実施形態に係る組電池１００のモジュール積層体４０は、以上のような構成のサブモジュール３０を１１段積層して構成されるが、図３及び図５に示すように、隣接するサブモジュール３０ａ〜３０ｋの異極端子１０４、１０５同士が同一方向に向くような姿勢で、即ち、相互に隣接するサブモジュール３０ａ〜３０ｋ同士が相対的に１８０度回転した姿勢で各サブモジュール３０ａ〜３０ｋを積層し、当該異極端子１０４、１０５同士を接合して各サブモジュールが電気的に接続されていると共に、各サブモジュール３０ａ〜３０ｋのそれぞれの間に中間プレート４１が介装されている。
より具体的には、図３に示すように、例えば、第１のサブモジュール３０ａの第１の二次電池１０ａの正極端子１０４と、第２のサブモジュール３０ｂの第９の二次電池１０ｉの負極端子１０５とが同一方向に向くような姿勢で、第１及び第２のサブモジュール３０ａ、３０ｂを積層し、当該電極端子１０４、１０５同士が接合されていると共に、第１のサブモジュール３０ａと第２のサブモジュール３０ｂとの間に中間プレート４１が介装されており、同様の要領で、第１〜第１１のサブモジュール３０ａ〜３０ｋが積層されており、本実施形態に係る組電池１００では、合計９９個の二次電池１０が電気的に直列接続されている。なお、各サブモジュール３０の異極端子１０４、１０５同士を接合する手法としては、例えば、超音波溶接や冷間圧接等を例示することが出来る。
各サブモジュール３０の間に介装される中間プレート４１は、図３及び図５に示すように、サブモジュール３０より大きな外形を有する平板状の部材であり、ロッド５１を挿通可能なロッド挿通孔４２が４箇所の各角部近傍に形成されている。
また、本実施形態に係る組電池１００のモジュール積層体４０の最上層に積層される上側エンドプレート２１ａ、及び、当該モジュール積層体４０の最下層に積層される下側エンドプレート２２ａも、図３及び図５に示すように、サブモジュール３０より大きな外形を有する板状の部材であり、モジュール積層体４０の最上層及び最下層に積層された際に上述の中間プレート４１に形成されたロッド挿通孔４２と同軸上に位置するような、ロッド５１を挿通可能なロッド挿通孔２３が４箇所の各角部近傍に形成されている。
そして、本実施形態に係る組電池１００は、図３及び図５に示すように、中間プレート４１を介装してサブモジュール３０ａ〜３０ｋを１１段積層してモジュール積層体４０を構成し、さらに当該モジュール積層体４０の最上層及び最下層に上側エンドプレート２１ａ及び下側エンドプレート２２ａを積層した後、エンドプレート２１ａ、２２ａ及び中間プレート４１に形成された各ロッド挿通孔２３、４２にロッド５１をそれぞれ挿通させ、ロッド５１の先端に形成された雄ネジ部に、ナット５２に形成された雌ネジ部を所定の締め付け力で締結させることにより、モジュール積層体４０を構成する各二次電池１０にエンドプレート２１ａ、２２ａを介して所定の面圧を印加することが可能となっている。なお、本発明における加圧手段は、ボルト及びナットに限定されず、例えば弾性力により加圧可能なバネ等を利用しても良い。
さらに、本実施形態に係る組電池１００に用いられるエンドプレート２１ａ、２２ａは、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、中心部Ｑでの剛性が最も高くなるように、中心部Ｑが最も高剛性な材料で形成されている。
そして、本実施形態に係る組電池１００の上側エンドプレート２１ａは、中心部Ｑでの剛性が最も高くなるように、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、対角線上に略Ｘ字状に伸びている高剛性部材２１１と、それ以外の外周部を主に構成する低剛性部材２１２とから構成されている。高剛性部材２１１は、例えばゴム硬さＨｓが５０以上の比較的硬い材料により構成されているのに対し、低剛性部材２１２は、例えばゴム硬さＨｓが５０未満の比較的柔らかい材料により構成されており、高剛性部材２１１の剛性は、低剛性部材２１２の剛性に対して相対的に高くなっている。そして、低剛性部材２１２の対角線上に形成された溝に、高剛性部材２１１が嵌め込まれ、高剛性部材２１１と低剛性部材２１２とが、例えば加硫接着等により接合され一体化されている。
下側エンドプレート２２ａについても同様に、特に図示しないが、対角線上に略Ｘ字状に伸びている高剛性部材と、それ以外の外周部を主として構成する低剛性部材とから構成されており、中心部Ｑでの剛性が最も高くなるように構成されている。
このエンドプレート２１ａ、２２ａは、図７（Ａ）に示すような、中心部Ｑ近傍における高剛性部材２１１中央部の寸法ａ及びｂや、高剛性部材２１１の対角線状部分の幅ｃを拡大・縮小することにより、低剛性部材２１２に対する高剛性部材２１１の相対的な硬さを調整して、エンドプレート２１ａ、２２ａの撓み量を調整することが可能となっている。なお、図７（Ｃ）に示すような高剛性部材２１１の厚さｄを増減させることにより、低剛性部材２１２に対する高剛性部材２１１の相対的な硬さを調整しても良いが、この厚さｄの増加により上側エンドプレート２１ａの厚さが増加するので、これに伴って組電池１００自体の体積や重量が増加する。
本発明における中心部Ｑでの剛性が最も高くなるエンドプレートは、上述の第１実施形態のように材料を変化させるだけでなく、以下のようにしてエンドプレートの剛性を変化させても良い（第２〜第４実施形態）。なお、以下の第２〜第４実施形態における組電池の構成は、エンドプレートの構成以外は第１実施形態と同一である。また、以下の第２〜第４実施形態では上側エンドプレートについてのみ説明するが下側エンドプレートについても同様の構成のものが採用されている。
図９（Ａ）は本発明の第２実施形態における上側エンドプレートを示す平面図、図９（Ｂ）は当該プレートの正面図、図９（Ｃ）は当該プレートの側面図である。
本発明の第２実施形態における上側エンドプレート２１ｂは、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示すように、中心部Ｑにおける厚さＴ１を外周部の厚さＴ２に対して相対的に厚く（Ｔ１＞Ｔ２）することにより、上側エンドプレート２１ｂの中心部Ｑでの剛性が最も高く構成されている。なお、この上側エンドプレート２１ｂをモジュール積層体４０の最上層に積層する際には、肉厚が変化している面を外側にして積層する。
図１０（Ａ）は本発明の第３実施形態における上側エンドプレートを示す平面図、図１０（Ｂ）は当該プレートの正面図、図１０（Ｃ）は当該プレートの側面図である。
本発明の第３実施形態における上側エンドプレート２１ｃは、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示すように、対角線上及び各対角線の略中間上に略Ｌ字型のリブ２４を複数配置し、しかも、例えば、図１０（Ａ）に示すように、外周側に配置されたリブ２４ｂの厚さｔｂに対して、中心部Ｑ側のリブ２４ａの厚さｔａが相対的に厚く形成（ｔａ＞ｔｂ）するように、中心部Ｑに向かうに従いリブ２４の厚みを厚くしてリブ２４の密度が中心部Ｑで最も高くすることにより、上側エンドプレート２１ｃの中心部Ｑでの剛性が最も高く構成されている。なお、この上側エンドプレート２１ｃをモジュール積層体４０の最上層に積層する際には、リブ２４が形成されている面を外側にして積層する。
図１１（Ａ）は本発明の第４実施形態における上側エンドプレート２１ｃを示す平面図、図１１（Ｂ）は当該プレートの正面図、図１１（Ｃ）は当該プレートの側面図、図１１（Ｄ）は図１１（Ａ）のXID部の拡大図、図１１（Ｅ）は図１１（Ａ）のXIE-XIE線に沿った断面図である。
本発明の第４実施形態における上側エンドプレート２１ｄは、図１１（Ａ）〜図１１（Ｅ）に示すように、外周縁部から対角線に沿って中心部Ｑに向かうが当該中心部Ｑ近傍で折り返し、対角線に沿って前記外周縁部に戻ってくるような、外周縁部から当該外周縁部に戻ってくるように連続して形成されたリブ２４が多重に形成されており、このような多重のリブ２４が中心部Ｑから伸びている各対角線上にそれぞれ展開されている。
各対角線上に展開される多重のリブ２４は、図１１（Ａ）及び図１１（Ｄ）に示すように、各リブ２４同士の間の間隔ｗ１、ｗ２、ｗ３及びｗ４が外周側から中心部Ｑに向かうに従って相対的に小さくなるように形成されており（ｗ１＞ｗ２＞ｗ３＞ｗ４）、リブ２４の密度を中心部Ｑで最も高くすることにより、上側エンドプレート２１ｄの中心部Ｑでの剛性が最も高く設定されている。なお、この上側エンドプレート２１ｄをモジュール積層体４０の最上層に積層する際には、リブ２４が形成されている面を外側にして積層する。
また、この第４実施形態において、組電池１００を構成する各二次電池１０を冷却するためにファン等（不図示）により冷却風を送風する場合には、上側エンドプレート２１ｄのリブ２４の間を当該冷却風が通過することにより、二次電池の温度分布のバラツキを低減することが可能となっている。
例えば、最も狭い間隔ｗ４の部分の通路の断面積をα［ｍ２］とし、次に狭い間隔ｗ３をｗ３＝１．５×ｗ４程度とした場合には、当該間隔ｗ３の部分の通路の断面積は２．２５×α［ｍ２］程度となる。そして、上側エンドプレート２１ｄに対して一定風量Ｖ［ｍ３／ｍｉｎ］が送風された場合には、間隔ｗ４の部分の通路を流れる風速はＶ／６０α［ｍ／ｓ］となるのに対し、間隔ｗ４の部分の通路での風速は、Ｖ／１３５α［ｍ／ｓ］となり、上側エンドプレート２１ｄの中心部Ｑに近づくに従って風速を速めることが出来、中央部Ｑに滞留した熱を効果的に冷却する等して二次電池の温度分布の均一化を図ることも出来る。
図１２は、例えば、電気自動車等の車輌１のフロア下に第１〜第４実施形態に係る組電池１００を搭載した例を示す模式図である。上述のような二次電池の出力低下が抑制された組電池を電気自動車等の車輌に用いることが特に有効である。
以上のように本発明の実施形態に係る組電池では、エンドプレートにおいて加圧により歪み易い中心部での剛性を最も強くし、当該中心部での剛性をそれ以外の部分の剛性に対して相対的に高くすることにより、ロッド及びナットによりエンドプレートを介してモジュール積層体の各二次電池に対して所定の圧力が印加された際に、エンドプレートの中心部に発生する歪みが抑制されるので、二次電池の出力低下を抑制することが可能となる。
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
上述の実施形態では、一つのサブモジュールを９個の二次電池で構成し、このサブモジュールを１１段積層して、合計９９個（＝９個×１１段）の二次電池を直列接続して組電池を構成したが、本発明では特にこれに限定されず、一つのサブモジュールをＮ個の二次電池で構成し、このサブモジュールをＭ段積層して、合計Ｎ×Ｍ個の二次電池を直列接続して組電池を構成しても良い（但し、Ｍ及びＮは何れも自然数）。また、上述の実施形態では合計９９個の二次電池を直列接続したが、本発明では特にこれに限定されず、各二次電池同士を任意に直列接続、並列接続或いは直列並列複合接続して、所望する容量や電圧の組電池を得ることが出来る。
図１は、本発明の実施形態に係る二次電池の全体の平面図である。 図２は、図１のII-II線に沿った二次電池の断面図である。 図３は、本発明の実施形態に係る組電池の全体を示す斜視図である。 図４は、図３に示す組電池を構成するサブモジュールを示す平面図である。 図５は、図３の組電池の部分分解斜視図である。 図７（Ａ）は、本発明の第１実施形態における上側エンドプレートを示す平面図であり、図７（Ｂ）は当該プレートの正面図であり、図７（Ｃ）は当該プレートの側面図である。 図９（Ａ）は、本発明の第２実施形態における上側エンドプレートを示す平面図であり、図９（Ｂ）は当該プレートの正面図であり、図９（Ｃ）は当該プレートの側面図である。 図１０（Ａ）は、本発明の第３実施形態における上側エンドプレートを示す平面図であり、図１０（Ｂ）は当該プレートの正面図であり、図１０（Ｃ）は当該プレートの側面図である。 図１１（Ａ）は、本発明の第４実施形態における上側エンドプレートを示す平面図であり、図１１（Ｂ）は当該プレートの正面図であり、図１１（Ｃ）は当該プレートの側面図であり、図１１（Ｄ）は図１１（Ａ）のXID部の拡大図であり、図１１（Ｅ）は図１１（Ａ）のXIE-XIE線に沿った断面図である。 図１２は、本発明の実施形態に係る組電池を搭載した車輌を示す模式図である。
符号の説明
１０…二次電池
１０１…正極板
１０１ａ…正極側集電体
１０１ｂ、１０１ｃ…正極層
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１０４…正極端子
１０５…負極端子
１０６…上部外装部材
１０７…下部外装部材
１０８…発電要素
２１ａ〜２１ｄ…上側エンドプレート
２２ａ〜２２ｄ…下側エンドプレート
Ｔ…エンドプレートの厚さ
２１１…高剛性部材
２１２…低剛性部材
２３…ロッド挿通孔
２４…リブ
ｔ…リブの厚さ
ｗ…リブの間隔
３０…サブモジュール
３１…バスバー
４０…モジュール積層体
４１…中間プレート
４２…ロッド挿通孔
５１…ロッド
５２…ナット
１００…組電池

Claims (6)

  1. セパレータを介して積層した電極板を、樹脂−金属薄膜ラミネート材からなる外装部材に収容して封止すると共に、前記電極板に接続された電極端子が前記外装部材の外周縁から導出したリチウムイオン二次電池が複数個積層された電池積層体と、
    前記電池積層体の最上段及び最下段にそれぞれ積層された一対の板状部材と、
    前記一対の板状部材の四隅に設けられ、前記一対の板状部材を介して前記複数の二次電池を加圧する４つの加圧手段と、を少なくとも備えた組電池であって、
    前記板状部材の表面に複数のリブが形成されており、
    前記リブ同士の間に、前記二次電池を冷却するための冷却風が流通可能であり、
    前記リブ同士の間隔は、複数の前記加圧手段により加圧される当該板状部材の中心部に近づくに従って狭くなる組電池。
  2. 前記リブは、前記板状部材の外周部から前記板状部材の対角線に沿って前記中心部に向かい、前記中心部近傍で折り返して、前記対角線に沿って前記外周部に戻ってくるように形成されている請求項１記載の組電池。
  3. 前記二次電池の外装部材は、合成樹脂材料から成る合成樹脂層と、金属材料から成る金属層とを有する請求項１又は２に記載の組電池。
  4. 前記二次電池の電極板は、リチウム−マンガン系複合酸化物、リチウム−ニッケル系複合酸化物、又は、リチウム−コバルト系複合酸化物から成る正極活物質を有する正極板を含む請求項１〜３の何れかに記載の組電池。
  5. 前記二次電池の電極板は、結晶性炭素材、又は、非結晶性炭素材から成る負極活物質を有する負極板を含む請求項１〜４の何れかに記載の組電池。
  6. 一の前記二次電池と、他の前記二次電池とを電気的に直列及び／又は並列に接続した少なくとも２以上の前記二次電池を含む請求項１〜５の何れかに記載の組電池。
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