(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記集電部は、正極集電部及び負極集電部からなり、前記正極集電部及び前記負極集電部は、前記電極体に対して同じ方向に配置され、前記集電部は、前記電極体の上面に配置されている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の蓄電装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、ケース82と電極体83とにおいて、仮に絶縁がなされていない箇所が存在すると、その部分に絶縁確保のためのスペースが必要となるので、デッドスペースが発生してしまう問題があった。デッドスペースは、電極として機能しない無駄な空間となるので、二次電池81のエネルギー密度確保に悪影響を及ぼし、ひいては装置小型化にも支障を来す懸念があった。よって、ケース82と電極体83とを確実に絶縁する絶縁構造の開発ニーズがあった。
【0006】
また、
図11の場合、細長い形状のケースの上面の開口部から電極体を挿し込む取付構造をとるので、電極体83を縦向きにしてケース82に入れる必要がある。よって、開口面積が狭い孔に電極体83を挿し込む必要があるので、ケース82への電極体83の組み立てが行い難いという問題もあった。
【0007】
本発明の目的は、ケースと電極体との絶縁を確保することができ、かつケースと電極体との組み立ても容易に行うことができる蓄電装置、電池用絶縁部材及び車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記問題点を解決するために、請求項1では、最も面積の大きい面又は前記最も面積の大きい面と反対の面のいずれか一方に開口部を有する直方体のケースと、前記開口部から前記ケース内に収納される
直方体の電極体と、前記ケースと前記電極体とを絶縁する薄膜状の絶縁部材とを備え、
前記電極体は、正極と、負極と、当該正極及び負極を絶縁するセパレータとからなる層を複数有し、前記絶縁部材は、前記電極体において、前記ケースの前記開口部を有する面に対向する正面、及び当該正面に隣り合う右側面並びに左側面並びに裏面、及び前記正面とは反対側の背面の全5面に取り付けられる第1絶縁部材と、前記正極及び前記負極において活物質層が塗布されていない未塗工部を束ねて形成される集電部を覆う第2絶縁部材とを備え、前記第1絶縁部材は、フィルム部材であり、前記第2絶縁部材は、テープ部材であって、前記第1絶縁部材は、前記第2絶縁部材によって前記電極体に取り付け固定されていることを要旨とする。
【0009】
本発明の構成によれば、電極体のほぼ全体を絶縁部材によって覆うことが可能となるので、電極体とケースとの絶縁を確保することが可能となる。また、ケースには、最も面積の大きい面又は前記最も面積の大きい面と反対の面のいずれか一方に開口部が形成されており、その開口部から電極体をケース内部に収納する。よって、面積の大きな穴から電極体を入れるという容易な位置決めにより、電極体をケースに組み付けることも可能である。
【0010】
また、本発明の構成によれば、電極体の周囲を広範囲に亘り絶縁することが可能となるので、ケースと電極体との絶縁確保に効果が高くなる。
【0011】
また、本発明の構成によれば、例えば第1絶縁部材が単なるフィルム部材で済むので、部品コストの削減に効果が高くなる。
【0012】
請求項2では、
請求項1に記載の発明において、前記集電部は、前記電極体の1つの面に集約して配置されていることを要旨とする。この構成によれば、集電部を1つの面に集約、つまり一方向で集電をとるので、電極体において他の面の全てを単なる平面とすることが可能となる。よって、絶縁部材の形状が複雑化せずに済む。
【0013】
請求項3では、
請求項1又は2に記載の発明において、前記集電部は、正極集電部及び負極集電部からなり、前記正極集電部及び前記負極集電部は、前記電極体に対して同じ方向に配置され、前記集電部は、前記電極体の上面に配置されていることを要旨とする。この構成によれば、正負の集電部から延びる電極端子を、配線を取り回すことなく、ケースの上部から簡単に引き出すことが可能となる。
【0016】
請求項4では、
請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の蓄電装置を備えた車両であることを要旨とする。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、ケースと電極体との絶縁を確保することができ、かつケースと電極体との組み立ても容易に行うことができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明を具体化した蓄電装置、電池用絶縁部材及び車両の一実施形態を
図1〜
図9に従って説明する。
図1及び
図2示すように、例えばハイブリッド車やEV車等の車両1(
図2に図示)には、車両1の駆動源として使用されるモータの電源として二次電池2が搭載されている。二次電池2には、例えば直方体(偏平状)の金属製のケース3が設けられ、ケース本体4の内部には、発電要素である電極体5が収納されている。直方体のケース3において最も面積の大きい面である側面3aには、電極体5の収納口となる開口部4aが形成されている。開口部4aは、板状のケース蓋6によって密封状態に閉じられる。
【0020】
図2に示すように、二次電池2の上面には、正極の電極端子である正極端子7と、負極の電極端子である負極端子8とが設けられている。正極端子7及び負極端子8は、ケース本体4の上壁4bの開口孔4cから外部に露出されている。正極端子7及び負極端子8と上壁4bとの間には、正極端子7及び負極端子8を、ケース3から絶縁するリング状の絶縁部品9が各々取り付けられている。
【0021】
図3に示すように、電極体5は、正極電極となる薄い正極シート10と、負極電極となる薄い負極シート11と、正極シート10及び負極シート11の間に介在されるセパレータ12とからなる組(層)を複数有する組立体からなる。このように、本例の電極体5は、正極シート10、負極シート11及びセパレータ12のシート群が一定方向(積層方向:
図1等のY軸方向)に積み重ねられた積層構造をとる。なお、各層の間には、電解液を入れることも可能である。正極シート10及び負極シート11は、実際のところ非常に薄い膜部材からなる。そして、これらが数十枚積層され、隣り合うセパレータ12との間隔が約100〜160μm程度に設定される。なお、正極シート10及び負極シート11が電極を構成する。
【0022】
図3に示すように、正極シート10の両面には、金属製のシート状の箔13の両面に正極活物質層14が塗布され、この部分が塗工部15として形成されている。正極シート10の周縁の一部分には、箔13の一部がタブとして引き出され、この部分が正極活物質層14を塗布していない未塗工部16として形成されている。負極シート11の両面には、金属製のシート状の箔17の両面に負極活物質層18が塗布され、正極シート10と同様に塗工部19及び未塗工部20が形成されている。
【0023】
図3の円内に図示するように、正極シート10及び負極シート11の各々には、同極の未塗工部16,20同士を、積層方向Yにおいて束ねることにより、それぞれ集電部21,22が形成されている。本例の場合、正極側を正極集電部21とし、負極側を負極集電部22とする。集電部21,22は、電極体5の同一面(本例は上面)においてそれぞれ端寄りの位置に配置される。よって、本例の電極体5は、電極体5の本体部である電極対23の上面23fから、一対の集電部21,22がタブ状に突出した形状をなしている。
【0024】
各集電部21,22には、電流経路として金属製のリード24,25が取り付け固定されている。本例の場合、正極側を正極リード24とし、負極側を負極リード25とする。これらリード24,25は、各々の集電部21,22に例えば抵抗溶接等によって固定されている。正極端子7は、正極リード24に取り付け固定され、負極端子8は、負極リード25に取り付け固定されている。未塗工部16,20は、抵抗溶接された箇所が溶接部26,27となってリード24,25に強固に固定される。
【0025】
図1に示すように、電極体5は、直方体のケース3の形状に合わせて、同様に直方体に形成されている。よって、電極体5は、略長方形状を呈する大面積の正面23a及び背面23bと、電極体5の高さ方向(
図1のZ軸方向)に細長い小面積の右側面23c及び左側面23dと、電極体5の幅方向(
図1のX軸方向)に細長い小面積の裏面23e及び上面23fの計6面を有する。なお、23a,23c,23d,23eが、開口部を有する面に隣接する面に相当し、開口部を有する面と反対の面と対向する面が、23bに相当する。
【0026】
図1、
図4及び
図5に示すように、電極対23の正面23a、背面23b、右側面23c、左側面23d及び裏面23eの全5面には、電極対23を金属製のケース3から絶縁する薄膜状の絶縁フィルム28が取り付けられている。絶縁フィルム28は、例えば1枚のシート状の樹脂材(例えば、ポリエステルやポリエチレン等)フィルムが使用され、上面が開口した有底箱状をなしている。絶縁フィルム28は、電極対23の正面23aを覆う第1フィルム面28aと、電極対23の背面23bを覆う第2フィルム面28bと、電極対23の右側面23cを覆う第3フィルム面28cと、電極対23の左側面23dを覆う第4フィルム面28dと、電極対23の裏面23eを覆う第5フィルム面28eとを有する。なお、絶縁フィルム28が第1絶縁部材(フィルム部材、電池用絶縁部材)に相当し、第3フィルム面28c及び第4フィルム面28dが折れ曲がり部を構成する。
【0027】
図4に示すように、絶縁フィルム28は、元々1枚のシートを、電極対23の外形に沿って折り曲げられることにより、有底箱状になる。本例の絶縁フィルム28は、第2フィルム面28bの紙面右側に第3フィルム面28cが繋がり、第2フィルム面28bの紙面左側に第4フィルム面28dが繋がり、第2フィルム面28bの紙面下側に第5フィルム面28eを介して第1フィルム面28aが繋がっている。絶縁フィルム28は、各フィルム面28a〜28eの繋ぎ目箇所において折り線29が形成されている。
【0028】
図6及び
図7に示すように、電極対23の上部には、集電部21,22をケース3から絶縁する絶縁テープ30が取り付けられている。絶縁テープ30は、シート状の樹脂材(例えば、ポリエステルやポリエチレン等)からなり、裏面が接着層となっている。絶縁テープ30は、一方の端縁30aを絶縁フィルム28の第1フィルム面28aに接着し、他端の端縁30bを絶縁フィルム28の第2フィルム面28bに接着することにより、電極対23に位置合わせされた絶縁フィルム28を電極対23に固定する。なお、絶縁テープ30が第2絶縁部材(テープ部材)に相当する。
【0029】
次に、本例の電極体5の製造工程を、
図5〜
図9を用いて説明する。
まず、
図5に示すように、1枚のシート状の絶縁フィルム28を用意し、この絶縁フィルム28を電極対23に包み込むようにして組み付ける。絶縁フィルム28は、折れ線29に沿って曲がることで電極対23に位置決めされる。このとき、第1フィルム面28aが電極対23の正面23aに当接され、第2フィルム面28bが電極対23の背面23bに当接され、第5フィルム面28eが電極対23の裏面23eに当接される。なお、このとき、絶縁フィルム28の第3フィルム面28c及び第4フィルム面28dは、まだ外に開いた状態である。
【0030】
続いて、
図6及び
図7に示すように、シート状の絶縁テープ30を、少なくとも集電部21,22を完全に覆うようにして、電極体5に取り付ける。本例の場合、絶縁テープ30の内側に集電部21,22を位置させた状態で、絶縁テープ30の一方の端縁30aを第1フィルム面28aの縁部に貼り付け、他方の端縁30bを第2フィルム面28bの縁部に貼り付ける。これにより、絶縁フィルム28が絶縁テープ30によって電極体5に固定される。
【0031】
絶縁テープ30の貼り付け後、
図8に示すように、絶縁フィルム28及び絶縁テープ30を取り付けた電極体5を、ケース本体4に収納する。本例の場合、ケース本体4の開口部4aが側面3aに位置しているので、電極体5は側方からケース本体4に横入れされる。このとき、電極体5をケース本体4に収納する過程で、ケース本体4の側壁4dによって絶縁フィルム28の第3フィルム面28c及び第4フィルム面28dがそれぞれ押されることにより、これらが折れ曲がって閉じる。そして、
図9に示すように、ケース本体4にケース蓋6を取り付けて、二次電池2の組み立てが完了する。
【0032】
以上により、本例において、直方体の電極体5の集電構造を、電極対23の1つの辺に両方の集電部21,22が配置された構造とし、電極対23の全周を、絶縁フィルム28及び絶縁テープ30で覆うようにしたので、電極体5とケース3との絶縁が確保される。このため、電極体5とケース3との間に絶縁用の空間(スペース)を設ける必要がないので、二次電池2のエネルギー密度確保に効果が高く、さらにはケース3の小型化にも寄与する。
【0033】
本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
(1)電極対23の正面23a、背面23b、右側面23c、左側面23d及び裏面23eの全5面を1枚の絶縁フィルム28で包み、接着面を有する絶縁テープ30を、一対の集電部21,22を完全に覆う状態で絶縁フィルム28の両端に貼り付けて、絶縁フィルム28を電極体5に固定する。よって、電極体5の5面(正面23a、背面23b、右側面23c、左側面23d及び裏面23e)が絶縁フィルム28で覆われるので、ケース3と電極体5との絶縁を確保することができる。また、直方体のケース3において側面3aに開口部4aを形成し、この開口部4aから電極体5を横入れするので、面積の大きな穴から電極体5を入れるという容易な位置決めで以て、電極体5をケース3に組み付けることもできる。
【0034】
(2)正極シート10、負極シート11及びセパレータ12の積層方向Yに沿って電極体5をケース3に入れることが可能となるので、電極体5をずれなくケース3に収納することができる。
【0035】
(3)電極対23の周囲を絶縁フィルム28で覆い、一対の集電部21,22を絶縁テープ30で覆う。このため、電極体5の周囲を広範囲に亘り絶縁することが可能となるので、ケース3と電極体5との絶縁確保に一層効果が高い。
【0036】
(4)絶縁フィルム28の上部の両端に絶縁テープ30を貼り付けることにより、絶縁フィルム28を電極体5に対して取り付け固定する。よって、絶縁フィルム28として接着層を有する部材を使用せずに済むので、絶縁フィルム28にかかる部品コストの削減に効果が高い。
【0037】
(5)正負の集電部21,22を電極体5の1つの面に集約、つまり一方向で集電をとるので、電極体5において他の面の全てを、それぞれ単なる平面にすることができる。よって、絶縁フィルム28は集電部21,22の存在に影響を受けない簡素な形状で済む。
【0038】
(6)電極対23の上面23fに集電部21,22を集約配置したので、集電部21,22から延びる正負の電極を、配線を取り回すことなく、ケース3の上部に簡単に引き出すことができる。
【0039】
(7)絶縁フィルム28を電極対23に取り付けた際、左右のフィルム面28c,28dは電極体5に当接しない開いた状態をしており、電極体5をケース3に収納する過程において、開口部4aの周縁に案内されることにより、左右のフィルム面28c,28dが閉じて電極体5を覆う形状をとる。よって、電極体5をケース3に収納する際に、絶縁フィルム28の左右のフィルム面28c,28dを自動的に折り曲げることが可能となるので、組み立て作業を簡素化することができる。
【0040】
(8)絶縁フィルム28に折り線29を設けたので、絶縁フィルム28を電極対23の形状に合わせて折れ易くすることができる。
(9)折り曲げ前の絶縁フィルム28を、第2フィルム面28bの左右両端に第3フィルム面28c及び第4フィルム面28dを有するシート形状とした。このため、1枚のフィルムシートから、必要な形状の絶縁フィルム28をカット又は打ち抜きにより形成する際、廃棄する部分を少なく抑えることが可能となるので、歩留まりを少なく抑えることができる。
【0041】
なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・絶縁フィルム28の形状は、折り曲げ前が
図4に示す形状をとるものに限定されない。例えば、
図10に示すように、例えば1枚の長方形のシートをなし、紙面上下方向の中央寄りの位置に一対の切り込み41を有する形状でもよい。要は、絶縁フィルム28の形状は、使用に応じて適宜変更可能である。なお、これは絶縁テープ30でも同様に言える。
【0042】
・電極体5の収納口となる開口部4aは、ケースの正面(側面3a)に形成されることに限らず、例えばケース3の背面に形成されてもよい。
・集電部21,22の配置位置は、電極対23の上面23fに限定されない。例えば、電極対23の右側面23cや左側面23dなど、他の位置に変更可能である。
【0043】
・集電部21,22は、一方向に集電をとる構造(一方向集電構造)に限定されず、例えば集電部21を左側面23dに配置し、集電部22を右側面23cに配置するなど、別々の面に配置されてもよい。
【0044】
・正極集電部21は、1つに限定されず、例えば複数でもよく、これらを1つ又は複数のリードで電気接続してもよい。なお、これは、負極集電部22でも同様に言える。
・集電部21,22は、実施形態に述べた構造に限らず、他の構造に適宜変更可能である。
【0045】
・第1絶縁部材は、絶縁フィルム28に限定されず、接着面を有する絶縁テープでもよい。
・第2絶縁部材は、絶縁テープ30に限定されず、接着面を持たない単なる絶縁フィルムでもよい。
【0046】
・溶接箇所は、未塗工部16,20が束になった箇所であれば、どの場所でもよい。
・抵抗溶接は、スポット溶接、バット溶接、プロジェクション溶接などの種々の溶接が使用可能である。また、溶接は、抵抗溶接に限らず、他の方式を採用可能である。
【0047】
・リード24,25と集電部21,22との接合は、溶接に限らず、接着や溶着など、他の工法が採用可能である。
・絶縁フィルム28の第3フィルム面28c及び第4フィルム面28dは、電極体5をケース3に取り付ける前、既に電極対23に当接していてもよい。
【0048】
・折り線29は、省略してもよい。
・正極シート10、負極シート11及びセパレータ12の素材は、適宜変更可能である。
【0049】
・折れ曲がり部は、第3フィルム面28c及び第4フィルム面28dに限定されず、絶縁フィルム28の形状によっては、第5フィルム面28eに適用することも可能である。
・絶縁部材は、絶縁フィルム28及び絶縁テープ30の両方を必要とせず、少なくとも絶縁フィルム28を備えていればよい。
【0050】
・蓄電装置は、二次電池に限定されず、例えば非水電解質キャパシタ(非水電解液キャパシタ)などを用いた電気二重層キャパシタとしてもよい。
・電極体5は、車両1に搭載されることに限定されず、他の機器や装置に搭載可能である。