JP2018106904A

JP2018106904A - 組電池

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Publication number: JP2018106904A
Application number: JP2016251810A
Authority: JP
Inventors: 瑞穂松本; Mizuho Matsumoto; 松浦　智浩; Tomohiro Matsuura; 智浩松浦; 聡美山本; Toshimi Yamamoto; 崇志瀧本; Takashi Takimoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2018-07-05
Anticipated expiration: 2036-12-26
Also published as: JP6598030B2; KR101951571B1; US10483512B2; KR20180075393A; US20180183026A1; CN108242512B; CN108242512A

Abstract

【課題】隣接する単電池のガス排出弁に悪影響を与えにくく、ガス排出弁からガスを効率的に排出し得る組電池を提供する。
【解決手段】本発明に係る組電池２００は、複数の充放電可能な単電池１００が所定方向に配列されて構成された組電池である。複数の単電池１００のそれぞれは、正極および負極を備える電極体１０と、該電極体１０および電解質を収容する箱型の電池ケース５０とを備えている。組電池２００内の隣り合う２つの単電池１００は、電池ケース５０の互いに対向する面５２に該電池ケース５０内で発生したガスを排出するガス排出弁６０がそれぞれ設けられている。隣り合う２つの単電池１００が備える電池ケース５０において、互いに対向する面５２にそれぞれ設けられたガス排出弁６０は、単電池１００の配列方向Ｚから見たときに、相互に重ならない位置に配置されている。
【選択図】図９

Description

本発明は、組電池に関する。

軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池その他の二次電池あるいはキャパシタ等の蓄電素子を単電池とし、該単電池を複数直列接続して成る組電池は高出力が得られる電源として、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として好ましく用いられている。例えば組電池の一例として特許文献１には、角型の単電池を複数個配列すると共に各単電池に設けられた正極端子および負極端子をそれぞれ直列に接続することにより構成された組電池が開示されている。かかる組電池においては、複数の単電池はそれぞれの正極端子および負極端子が交互に配置されるように一つずつ反転させて配置される。また、各単電池における電池ケースの上面には、過充電時に電池内部で発生したガスを排出するためのガス排出弁（安全弁）が設けられている。

特許第０５９６６４５７号公報

ところで、本発明者は、各単電池のエネルギー密度を向上するために、図１１に示すように、各単電池１の横方向Ｘおよび縦方向Ｙの寸法を大きくするとともに、横方向Ｘおよび縦方向Ｙの寸法に対して厚み方向（組電池化したときの各単電池の配列方向）Ｚの寸法を小さくすることを考えている。しかし、単電池１の厚み方向Ｚの寸法を小さくして該単電池１を薄型化すると、電池ケースの側面２にガス排出弁を配置することが寸法的に難しくなる。この場合、電池ケースの幅広面（組電池化したときに電池ケースが互いに対向する面）３にガス排出弁を形成せざるを得ないが、その形成位置は、組電池化した状態であっても隣接する単電池のガス排出弁に悪影響を与えることなく、電池ケース内で発生したガスを効率的に排出し得る位置であることが要求される。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、複数の充放電可能な単電池が所定方向に配列されて構成された組電池であって、電池ケースの幅広面（組電池化したときに電池ケースが互いに対向する面）にガス排出弁を形成した場合でもガス排出弁からガスを効率的に排出し得る組電池を提供することである。

本発明によって提供される組電池は、複数の充放電可能な単電池が所定方向に配列されて構成された組電池である。前記複数の単電池のそれぞれは、正極および負極を備える電極体と、該電極体および電解質を収容する箱型の電池ケースとを備えている。
ここで開示される組電池では、該組電池内の隣り合う２つの前記単電池は、前記電池ケースの互いに対向する面に該電池ケース内で発生したガスを排出するガス排出弁がそれぞれ設けられている。そして、前記隣り合う２つの単電池が備える前記電池ケースにおいて、互いに対向する面にそれぞれ設けられた前記ガス排出弁は、前記単電池の配列方向から見たときに、相互に重ならない位置に配置されていることを特徴とする。

本明細書において「単電池」とは、組電池を構成するために相互に直列接続され得る個々の蓄電素子を指す用語であり、特に限定しない限り種々の組成の電池、キャパシタを包含する。また、「二次電池」とは、繰り返し充電可能な電池一般をいい、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池を包含する。
リチウムイオン二次電池を構成する蓄電素子は、ここでいう「単電池」に包含される典型例であり、そのような単電池を複数備えて成るリチウムイオン二次電池モジュールは、ここで開示される「組電池」の典型例である。

上述した隣り合う単電池が備える電池ケースにおいて、互いに対向する面にそれぞれ設けられたガス排出弁は、例えば電池ケース内の圧力が所定値に達した場合に、電池ケース内で発生したガスを電池外に排出する。かかるガス排出弁が単電池の配列方向から見て相互に重なる位置に形成されると、一方の単電池のガス排出弁から排出されたガスが隣接する他方の単電池のガス排出弁に吹き付けられることで該他方の単電池のガス排出弁に悪影響を与える虞があり、また双方のガス排出弁が同時に作動した場合には互いのガス排出が阻害され、電池ケース内で発生したガスを効率的に排出できない虞があるため好ましくない。
上記構成の本発明の組電池では、電池ケースの互いに対向する面にそれぞれ設けられたガス排出弁が配列方向から見て相互に重ならない位置に配置されている。このため、一方の単電池のガス排出弁から排出されたガスが隣接する他方の単電池のガス排出弁に吹き付けられにくく、また双方のガス排出弁が同時に作動した場合でも互いのガス排出が阻害されにくい。従って、本構成の組電池では、上記のような不具合が生じにくく、信頼性の高い組電池を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る単電池を模式的に示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る単電池を模式的に示す平面図である。本発明の一実施形態に係る単電池を模式的に示す側面図である。本発明の一実施形態に係る単電池を模式的に示す側面図である。図２のＶ−Ｖ断面図である。図２のＶＩ−ＶＩ断面図である。各単電池内の電極体を構成する正極、負極およびセパレータを説明するための図である。本発明の一実施形態に係る組電池を模式的に示す側面図である。各単電池のガス排出口の位置関係を説明するための図である。従来の各単電池のガス排出口の位置関係を説明するための図である。薄型化した単電池を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、本発明を特徴付けない電極体の一般的な構成および製造プロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、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。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。

本発明に係る組電池は、充放電可能な二次電池を単電池とし、そのような単電池を複数個直列に接続して成る組電池であればよく、単電池の構成は特に制限されない。ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ等が本発明の実施に好適な単電池の構成として挙げられる。特に本発明の実施に好適な単電池の構成はリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は高エネルギー密度で高出力を実現できる二次電池であるため、高性能な組電池、特に車両搭載用組電池（電池モジュール）を構築することができる。
特に限定することを意図したものではないが、以下、電池構成としてリチウムイオン二次電池を例にして本発明を詳細に説明する。

組電池は、複数の充放電可能な単電池が所定方向に配列されて構成されている。複数の単電池のそれぞれは、従来の組電池に装備される単電池と同様、典型的には所定の電池構成材料（正極負極それぞれの活物質、正極負極それぞれの集電体、セパレータ、電解質等）を具備する電極体と、該電極体を収容する箱型の電池ケースとを備える。

図１は、本実施形態に係る組電池を構成する単電池（リチウムイオン二次電池）１００の斜視図であり、図２は平面図、図３は側面図、図４は側面図、図５は図２のＶ‐Ｖ断面模式図、図６は図２のＶＩ‐ＶＩ断面模式図である。図７は、各単電池１００内の電極体１０を構成する正極２０、負極３０およびセパレータ４０を説明するための図である。以下では、単電池１００の外形に沿って、Ｘ方向を横方向といい、Ｙ方向を縦方向といい、Ｘ方向およびＹ方向に対して垂直な方向であるＺ方向を厚み方向という。なお、厚み方向Ｚは、組電池において各単電池１００が配列される方向（配列方向）に対応する。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、リチウムイオン二次電池１００の設置態様を何ら限定するものではない。

リチウムイオン二次電池１００は、図１〜図７に示すように、電池ケース５０と、電極体１０と、ガス排出弁６０と、注液孔７０と、正極端子８０および負極端子８２と、図示しない電解質とを備えている。

電池ケース５０は、電極体１０と電解質とを収容する容器である。本実施形態において、電池ケース５０は、箱型（角型直方体形状）の外形を有している。電池ケース５０は、扁平なケース本体５２と封口板５４とを備えている。ケース本体５２は、電極体１０を収容可能な凹状に形成されている。ケース本体５２は、該ケース本体５２を構成する面のうち、最も面積が大きい面（幅広面）が開口している。この実施形態では、ケース本体５２は、厚み方向Ｚの一方が開口している。またケース本体５２は、開口部５２ｂの周縁に付設されたフランジ部５２ａを有している。封口板５４は、ケース本体５２の開口部５２ｂを塞ぐ平板状の部材である。封口板５４は、ケース本体５２の開口部５２ｂを覆うようにケース本体５２に取り付けられている。ケース本体５２と封口板５４とは、厚み方向Ｚにおいて、電極体１０を挟んで対向して配置されている。ケース本体５２に設けられたフランジ部５２ａと封口板５４とは、シール溶接によって互いに接合されている。これにより電池ケース５０が密封されている。電池ケース５０の材質は、例えば、アルミニウムやスチール等の金属材料である。電池ケース５０の厚み（肉厚）は、例えば０．３ｍｍ以上、典型的には０．３ｍｍ〜１ｍｍに設定され得る。

凹状のケース本体５２は、電極体１０が配置される平坦面５６と、平坦面５６に配置された電極体１０に対して、該電極体１０の周りを囲むように平坦面５６から立ち上がった側壁面５７とを有している。平坦面５６は、厚み方向Ｚから見て、第一辺５８ａと、該第一辺５８ａに対向する第二辺５８ｂと、該第一辺５８ａに直交する第三辺５８ｃと、該第一辺５８ａに直交し且つ該第三辺５８ｃに対向する第四辺５８ｄとによって形成された矩形状をなしている。側壁面５７は、平坦面５６に配置された電極体１０の周りを囲むように、平坦面５６の四辺（第一辺５８ａと第二辺５８ｂと第三辺５８ｃと第四辺５８ｄ）に沿って形成されている。

また、平坦面５６は、封口板５４との距離が大きい幅広部５６ａと、該幅広部５６ａよりも封口板５４との距離が小さい幅狭部５６ｂとからなる段差形状（段違い）に形成されている。平坦面５６の幅広部５６ａは、電極体１０が配置される部位である。平坦面５６の幅広部５６ａは、電池ケース５０内に収容された電極体１０と対向している。平坦面５６の幅広部５６ａと封口板５４との間の距離Ｌ２（図６）は、電極体１０の厚み方向Ｚの厚みと略同じである。平坦面５６の幅広部５６ａと封口板５４との間の距離Ｌ２は、例えば３ｍｍ〜２０ｍｍ、典型的には５ｍｍ〜１５ｍｍに設定され得る。平坦面５６の幅狭部５６ｂは、段差５５（図６）を介して幅広部５６ａと接続されている。平坦面５６の幅狭部５６ｂは、ガス排出弁６０が形成される部位である。平坦面５６の幅狭部５６ｂは、電池ケース５０内に収容された電極体１０と対向していない。この実施形態では、平坦面５６の幅狭部５６ｂは、縦方向Ｙにおいて、平坦面５６の一方の端辺（ここでは第一辺５８ａ）に沿って形成されている。平坦面５６の幅狭部５６ｂは、幅広部５６ａよりも封口板５４側に突出するように形成されている。平坦面５６の幅狭部５６ｂと封口板５４との間の距離Ｌ１（図６）は、幅広部５６ａと封口板５４との間の距離Ｌ２よりも小さい（Ｌ１＜Ｌ２）。幅狭部５６ｂと封口板５４との間の距離Ｌ１は、幅狭部５６ｂと封口板５４との間の距離Ｌ２の概ね４／５以下（すなわちＬ１／Ｌ２≦０．８）であり、好ましくは３／５以下（すなわちＬ１／Ｌ２≦０．６）である。Ｌ１／Ｌ２の下限は特に限定されないが、例えばＬ１／Ｌ２≧０．３、典型的にはＬ１／Ｌ２≧０．５であり得る。

ガス排出弁６０は、電池ケース５０内の圧力が所定値に達すると、電池ケース５０内で発生したガスを排出するものとして構成されている。ガス排出弁６０は、図２および図６に示すように、ケース本体５２の平坦面５６の幅狭部５６ｂに配置されている。また、ガス排出弁６０は、横方向Ｘにおいて、電池ケース５０の中心線Ｃ（すなわち平坦面５６の第三辺５８ｃと第四辺５８ｄとの間の中間線）から第三辺５８ｃ側にずれた位置に配置されている。この実施形態では、横方向Ｘにおいて、ガス排出弁６０の中心Ａから上記中心線Ｃまでの長さＤは、ガス排出弁６０の中心Ａからガス排出弁６０の外縁Ｂまでの長さｄよりも大きい（すなわちＤ＞ｄ）。例えば、ガス排出弁６０の中心Ａから中心線Ｃまでの長さＤは、ガス排出弁６０の中心Ａからガス排出弁６０の外縁Ｂまでの長さｄよりも１．５倍以上大きいことが好ましく（すなわちＤ／ｄ≧１．５）、２倍以上大きいことがより好ましい（すなわちＤ／ｄ≧２）。Ｄ／ｄの上限は特に限定されないが、例えばＤ／ｄ≦４（典型的にはＤ／ｄ≦３）に設定され得る。ガス排出弁６０の中心Ａからガス排出弁６０の外縁Ｂまでの長さｄは、例えば３ｍｍ〜１５ｍｍ、典型的には５ｍｍ〜１０ｍｍであり得る。

ガス排出弁６０の構成自体は、電池内の圧力が所定値に達すると、電池ケース５０内で発生したガスを排出し得るものであれば特に制限されない。例えば、ガス排出弁６０は、図６に示すように、電池ケース５０（ここでは平坦面５６の幅狭部５６ｂ）の一部に薄肉部６２を設けた構造であり得る。該薄肉部６２に切欠溝６４を形成していてもよい。この場合、電池内の圧力が所定値に達したときに薄肉部６２が破断することにより、電池内で発生したガスがガス排出弁６０を通って電池外に排出され得る。あるいは、ガス排出弁６０は、電池内の圧力が所定値に達したときに破断する弁体を備えたものでもよい。この場合、電池内の圧力が所定値に達したときに弁体が破断することにより、電池内で発生したガスがガス排出弁６０を通って電池外に排出され得る。

正極端子８０および負極端子８２は、図１〜図６に示すように、上述したガス排出弁６０と同様、ケース本体５２における平坦面５６の幅狭部５６ｂに配置されている。正極端子８０は、電極体１０の正極２０と電気的に接続されている。負極端子８２は、電極体１０の負極３０と電気的に接続されている。正極端子８０および負極端子８２は、横方向Ｘにおいて、電池ケース５０の中心線Ｃを軸として線対称に配置されている。正極端子８０は、中心線Ｃよりも第三辺５８ｃ側に配置されている。負極端子８２は、中心線Ｃよりも第四辺５８ｄ側に配置されている。ケース本体５２の平坦面５６の幅狭部５６ｂにはまた、注液孔７０が設けられている。注液孔７０は、平坦面５６の幅狭部５６ｂにおいて、上記中心線Ｃから第四辺５８ｄ側にずれた位置に配置されている。注液孔７０は、液状の電解質（電解液）を注入するためのものである。注液孔７０は、キャップが取り付けられ、気密に封止されている。

電池ケース５０の内部には、電極体１０と電解質とが収容されている。図７に示すように、電極体１０は、ここでは積層型の電極体（積層電極体）である。電極体１０は、矩形状の正極シート２０と矩形状の負極シート３０とを、それぞれ複数枚備えている。正極シート２０と負極シート３０とは、セパレータ４０を介して絶縁された状態で積み重ねられている。電極体１０の積層方向は、ここでは厚み方向Ｚである。

正極シート２０は、正極集電体２２と、その表面に形成された正極活物質層２４とを備えている。正極集電体２２には、例えば、正極に適する金属箔が好適に使用され得る。この実施形態では、正極集電体２２として、アルミニウム箔が用いられている。図示例では、正極活物質層２４は、正極集電体２２の両面に保持されている。また、横方向Ｘおよび縦方向において、正極活物質層２４は正極集電体２２の全幅と同じ幅で形成されている。

正極活物質層２４には、正極活物質や導電材やバインダが含まれている。正極活物質には、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。一例として、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２（リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物）、ＬｉＮｉＯ_２（リチウムニッケル複合酸化物）、ＬｉＣｏＯ_２（リチウムコバルト複合酸化物）等の一般式ＬｉＭｅＯ_２（Ｍｅは、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ等の遷移金属元素の少なくとも一種を含む。）で表される層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物が用いられる。正極活物質層２４は、上述した正極活物質の他に、アセチレンブラック（ＡＢ）等の導電材や、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）等のバインダを含有することができる。

正極シート２０は、正極活物質層２４が形成されておらず、正極活物質層２４が形成されている部分よりも外側に突出した突出部分２６を有している。この突出部分２６は、正極活物質層２４が形成されていないため、正極集電体２２が露出している。この突出部分２６により、正極集電用のタブ２６が形成されている。正極集電用のタブ２６は、正極活物質層２４の端部から延出されている。

負極シート３０は、負極集電体３２と、その表面に形成された負極活物質層３４とを備えている。負極集電体３２には、例えば、負極に適する金属箔が好適に使用され得る。この実施形態では、負極集電体３２として、銅箔が用いられている。図示例では、負極活物質層３４は、負極集電体３２の両面に保持されている。また、横方向Ｘおよび縦方向Ｙにおいて、負極活物質層３４は負極集電体３２の全幅と同じ幅で形成されている。

負極活物質層３４には、負極活物質や増粘剤やバインダなどが含まれている。負極活物質としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。一例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボンなどの炭素系材料、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属窒化物などが挙げられる。また、かかる負極活物質の他に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）等のバインダや、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の増粘剤を添加することができる。

負極シート３０は、負極活物質層３４が形成されておらず、負極活物質層３４が形成されている部分よりも外側に突出した突出部分３６を有している。この突出部分３６は、負極活物質層３４が形成されていないため、負極集電体３２が露出している。この突出部分３６により、負極集電用のタブ３６が形成されている。

セパレータ４０は、正極シート２０と負極シート３０とを隔てる部材である。この例では、セパレータ４０は、微小な孔を複数有する所定幅のシート材で構成されている。セパレータ４０には、例えば、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層構造のセパレータ或いは積層構造のセパレータを用いることができる。

積層電極体１０は、前述のように、複数枚の正極シート２０、複数枚の負極シート３０および複数枚のセパレータ４０を積層して形成されている。具体的には、正極シート２０と負極シート３０とがセパレータ４０を介して積層方向（ここでは厚み方向Ｚ）に交互に繰り返し複数積層されて構成されている。また、積層電極体１０は、正極活物質層２４と負極活物質層３４とがセパレータ４０を介して重なり合う積層部を有している。この積層部は、正極活物質層２４と負極活物質層３４との間でセパレータ４０を介して電荷担体（ここではリチウムイオン）の授受が行われる部分であり、電池１００の充放電に寄与する部分である。

積層電極体１０は、図１〜図７に示すように、電池ケース５０（この例ではケース本体５２の平坦面５６の幅狭部５６ｂ）に設けられた電極端子８０、８２に取り付けられている。積層電極体１０は、ケース本体５２の開口部５２ｂから該ケース本体５２内に挿入される。積層電極体１０は、該電極体１０の積層方向が厚み方向Ｚと一致した状態で（正極、負極およびセパレータが封口板５４と平行になる状態で）電池ケース５０に収納されている。また、積層電極体１０は、繰り返し積層された複数の正極シート２０の正極集電用タブ２６が積層電極体１０の積層方向に積み重ねられ、積層部の端面から突出している。この突出した複数の正極集電用タブ２６は積層方向に寄せ集められ、その寄せ集められた部位に正極リード端子（図示せず）が付設され、上述の正極端子８０と電気的に接続される。また、積層電極体１０は、繰り返し積層された複数の負極シート３０の負極集電用タブ３６が積層電極体１０の積層方向に積み重ねられ、積層部の端面から突出している。この突出した複数の負極集電用タブ３６は積層方向に寄せ集められ、その寄せ集められた部位に負極リード端子（図示せず）が付設され、上述の負極端子８２と電気的に接続される。かかる積層電極体１０は、ケース本体５２の開口部５２ｂからケース本体５２の扁平な内部空間に収容される。ケース本体５２の開口部５２ｂは、積層電極体１０が収容された後、封口板５４によって塞がれる。

電解質は、典型的には常温（例えば２５℃）において液状を呈し、好ましくは使用温度域内（例えば−２０℃〜６０℃）において常に液状を呈する。電解質としては、非水溶媒中に支持塩（例えば、リチウム塩、ナトリウム塩、マグネシウム塩など。リチウムイオン二次電池ではリチウム塩。）を溶解または分散させたものを好適に採用し得る。支持塩としては、一般的なリチウムイオン二次電池と同様のものを適宜選択して採用し得、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３などのリチウム塩を用いることができる。なかでもＬｉＰＦ_６を好適に採用し得る。

非水溶媒としては、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられる各種のカーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類などの有機溶媒を特に限定なく用いることができる。具体例として、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）などが挙げられる。

次に、図８および図９を加えて、本実施形態に係る組電池２００について説明する。図８は組電池２００の側面図であり、図９は組電池２００内の各単電池１００のガス排出弁６０の位置関係を説明するための図である。

組電池２００は、図８および図９に示すように、複数（典型的には６個以上（例えば６〜１００個）、好ましくは３０個以上、より好ましくは５０個以上、さらに好ましくは６０個以上）の単電池１００が直列に接続されて構成されている。各単電池１００が備える電池ケース５０には、電極体１０の正極２０と電気的に接続する正極端子８０および負極３０と電気的に接続する負極端子８２が設けられている。そして、隣接する単電池１００間において一方の正極端子８０と他方の負極端子８２とが端子間接続具（図示せず）によって電気的に接続される。具体的には、複数の単電池１００は、それぞれの正極端子８０および負極端子８２が交互に配置されるように（隣り合う単電池１００の正極端子８０と負極端子８２同士が隣り合うように）、単電池の向きを交互に逆向きにした状態で配列される。このため、複数の単電池１００は、該単電池１００それぞれが備える電池ケース５０のケース本体５２同士および封口板５４同士が対向するように交互に一つずつ向きを反転させて配列される。

また、配列させた単電池１００の周囲には、複数の単電池１００をまとめて拘束する拘束部材が配備される。すなわち、複数の単電池１００の配列方向Ｚの両端（最外側に位置する単電池１００Ａ、１００Ｈの更に外側）には、一対のエンドプレート２１０Ａ，２１０Ｂが配置される。また、一対のエンドプレート２１０Ａ，２１０Ｂには、該一対のエンドプレート２１０Ａ，２１０Ｂを架橋するように拘束バンド２１２が取り付けられる。そして、拘束バンド２１２の端部をビス２１４により一対のエンドプレート２１０Ａ，２１０Ｂに締め付け且つ固定することによって上記単電池群がその配列方向に拘束される。このようにして、組電池２００を構築することができる。

ここで、上記組電池２００においては、複数の単電池１００は、該単電池１００それぞれが備える電池ケース５０のケース本体５２同士および封口板５４同士が対向するように交互に一つずつ向きを反転させて配列されている。そのため、隣り合う２つの単電池１００（図８の例では、単電池１００Ａと単電池１００Ｂ、単電池１００Ｃと単電池１００Ｄ、単電池１００Ｅと単電池１００Ｆ、単電池１００Ｇと単電池１００Ｈ）は、電池ケース５０の互いに対向する面（ここではケース本体５２の平坦面５６）にガス排出弁６０がそれぞれ配置されることとなる。

本実施形態に係る組電池２００では、図２および図９示されるように、いずれの単電池１００においても、電池ケース５０に設けられたガス排出弁６０は、電池ケース５０の横方向Ｘにおける中心線Ｃからずれた位置に配置されている。具体的には、ガス排出弁６０の中心Ａから中心線Ｃまでの長さＤは、ガス排出弁６０の中心Ａからガス排出弁６０の外縁Ｂまでの長さｄよりも大きい。このように、ガス排出弁６０を電池ケース５０の中心線Ｃからずれた位置に配置し、かつ、ガス排出弁６０の中心Ａから中心線Ｃまでの長さＤをガス排出弁６０の中心Ａからガス排出弁６０の外縁Ｂまでの長さｄよりも大きくすることにより、隣り合う２つの単電池１００が備える電池ケース５０において、互いに対向する面（ここではケース本体５２の平坦面５６）にそれぞれ設けられたガス排出弁６０は、単電池１００の配列方向Ｚから見たときに、相互に重ならない位置に配置される。

したがって、図１０に示す従来の電池構造のように、電池ケース５０の横方向Ｘにおける中心線Ｃと重なる位置にガス排出弁６０が設けられたとき（ひいては電池ケース５０の互いに対向する面にそれぞれ設けられたガス排出弁６０が配列方向Ｚから見て相互に重なる位置に配置されたとき）に起こり得る、種々の不具合を抑制することができる。具体的には、ガス排出弁６０が配列方向Ｚから見て相互に重なる位置に配置されると、一方の単電池１００のガス排出弁６０から排出されたガスが隣接する他方の単電池１００のガス排出弁６０に吹き付けられることで該他方の単電池１００のガス排出弁６０に悪影響を与える虞がある。また、双方のガス排出弁６０が同時に作動した場合には互いのガス排出が阻害され、電池ケース５０内で発生したガスを効率的に排出できない虞がある。
他方、上記の通り、本実施形態に係る組電池２００では、電池ケース５０の互いに対向する面にそれぞれ設けられたガス排出弁６０は、配列方向Ｚから見て相互に重ならない位置に配置されているので、一方の単電池のガス排出弁から排出されたガスが隣接する他方の単電池のガス排出弁に吹き付けられにくく、また双方のガス排出弁が同時に作動した場合でも互いのガス排出が阻害されにくい。従って、本構成の組電池では、上記のような不具合が生じにくく、信頼性の高い組電池を提供することができる。

また、上記組電池２００によれば、ケース本体５２は、電極体１０が配置される平坦面５６と、平坦面５６に配置された電極体１０に対して、該電極体１０の周りを囲むように平坦面５６から立ち上がった側壁面５７とを有している。平坦面５６は、電極体１０が配置される幅広部５６ａと、該幅広部５６ａよりも封口板５４との距離が小さい幅狭部５６ｂとからなる段差形状に形成されている。この平坦面５６の幅狭部５６ｂにガス排出弁６０が設けられている。かかる構成の組電池２００では、ガス排出弁６０が配置された平坦面５６の幅狭部５６ｂと封口板５４との間の距離が幅広部５６ａと封口板５４との間の距離よりも短いので、平坦面５６の幅狭部５６ｂと隣接する単電池１００との間に一定の隙間が形成される。このように平坦面５６の幅狭部５６ｂ（ひいては幅狭部５６ｂに形成されたガス排出弁６０）と隣接する単電池１００との間に一定の隙間を設けることによって、ガス排出弁６０からのガス排出が隣接する単電池１００で阻害されにくくなり、より効率的なガス排出を実現することができる。

また、上記実施形態では、正極端子８０および負極端子８２は、横方向Ｘにおいて、電池ケース５０の中心線Ｃに対して線対称に配置されている。また、ガス排出弁６０は、横方向Ｘにおいて、電池ケース５０の中心線Ｃからずれた位置に配置されている。このようにすれば、それぞれの正極端子８０および負極端子８２が交互に配置されるように単電池１００の向きを交互に逆向きにした状態で配列したときに、電池ケース５０の互いに対向する面にそれぞれ設けられたガス排出弁６０は、電池ケース５０の中心線Ｃに対して線対称に離間して配置される。そのため、配列方向から見て相互に重ならない位置に設けられたガス排出弁６０を同形状の単電池１００のみを用いて簡易に実現することができる。

また、上記実施形態では、電池ケース５０は、一端が開口した凹状のケース本体５２と、該ケース本体５２の開口部５２ｂを塞ぐ封口板５４とを有する。複数の単電池１００は、該単電池１００それぞれが備える電池ケース５０のケース本体５２同士および封口板５４同士が対向するように交互に一つずつ向きを反転させて配列されている。このようにすれば、例えば作業者が特別な注意を払わずとも各単電池１００を予め設定された正しい向き（すなわち、隣り合う単電池１００の正極端子８０と負極端子８２同士が隣り合うように、単電池１００の向きを交互に逆向きにした状態）に組み付けることができ、組電池２００を組み付ける際の作業効率が向上する。

また、上記組電池２００によれば、各単電池１００が備えるケース本体５２は、厚み方向Ｚの一方が開口している。このようにケース本体５２の厚み方向Ｚに開口部５２ｂを設けることで、ケース本体５２の横方向Ｘや縦方向Ｙに開口させる場合と比較して、開口を広くすることができる。そのため、ケース本体５２の厚み方向Ｚの厚みを薄くして単電池１００を薄型化しても、電極体１０を電池ケース５０に容易に収容（挿入）することができる。好ましい一態様では、組電池２００を構成する各単電池１００は、横方向Ｘおよび縦方向Ｙの寸法に対して厚み方向Ｚの寸法が小さい。図示した例では、単電池１００の横方向Ｘの寸法は、縦方向Ｙの寸法よりも小さい。また、単電池１００の厚み方向Ｚの寸法は、横方向Ｘの寸法よりも小さい。例えば、単電池１００の厚み方向Ｚの寸法は、横方向Ｘの寸法の１／１０以下であり、典型的には１／２０（例えば１／３０以下）であり得る。単電池１００の厚み方向Ｚの寸法は、例えば１ｍｍ〜２０ｍｍ（典型的には５ｍｍ〜１０ｍｍ）に設定され得る。単電池１００の横方向Ｘの寸法は、例えば１０ｃｍ〜４０ｃｍ（典型的には１５ｃｍ〜３０ｃｍ）に設定され得る。このような大型かつ薄型の単電池１００は、単電池１００の側面にガス排出弁６０を配置するスペースがないため、本構成を適用することによる技術的価値が高い。

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。

例えば、上記した実施形態では、ガス排出弁６０がケース本体５２に設けられる場合を例示したが、これに限定されない。例えば、ガス排出弁６０は、封口板５４に形成されていてもよい。また、電池ケース５０は、一端が開口した凹状のケース本体５２と、該ケース本体５２の開口部５２ｂを塞ぐ平板状の封口板５４とを有する場合を例示したが、封口板５４は平板状に限定されない。例えば、封口板５４は、一端が開口した凹状の封口板であってもよい。この場合、ケース本体５２の開口部５２ｂに封口板の開口部を重ね合わせて周縁部を相互に接合することで、電池が密封され得る。

また、ここに開示される技術の好適な適用対象は、上述した積層タイプの電極体１０に限定されない。例えば、正極集電体２２と負極集電体３２とがそれぞれ帯状のシート材であり、正極集電体２２と負極集電体３２とが、長手方向を揃え、かつ、正極活物質層２４と負極活物質層３４とが、セパレータ４０を介在させた状態で互いに対向するように配置され、捲回軸廻りに捲回された捲回電極体であってもよい。このような場合であっても、上述の効果を得ることができる。

上記組電池２００は各種用途に利用可能であるが、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。

１０電極体
２０正極
３０負極
４０セパレータ
５０電池ケース
５２ケース本体
５４封口板
５６平坦面
５６ａ幅広部
５６ｂ幅狭部
６０ガス排出弁
８０正極端子
８２負極端子
１００単電池
２００組電池

Claims

複数の充放電可能な単電池が所定方向に配列されて構成された組電池であって、
前記複数の単電池のそれぞれは、正極および負極を備える電極体と、該電極体および電解質を収容する箱型の電池ケースとを備えており、
前記組電池内の隣り合う２つの前記単電池は、前記電池ケースの互いに対向する面に該電池ケース内で発生したガスを排出するガス排出弁がそれぞれ設けられており、
前記隣り合う２つの単電池が備える前記電池ケースにおいて、互いに対向する面にそれぞれ設けられた前記ガス排出弁は、前記単電池の配列方向から見たときに、相互に重ならない位置に配置されている、組電池。