(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0013】
(第1の実施形態)
以下、蓄電装置を二次電池に具体化した第1の実施形態について
図1〜
図6を用いて説明する。
【0014】
図1に示すように、蓄電装置としての二次電池10は、ケース11を備えている。ケース11は、一方に開口した有底箱状のケース本体12と、ケース本体12の開口部分を塞ぐ平板状の蓋13とを備えている。ケース本体12と蓋13とは、溶接などによって接合されている。
【0015】
ケース11は、四角箱状であり、長辺と短辺を有する矩形平板状の底壁12aと、底壁12aの四辺から立設された複数の側壁と、を有する。底壁12aは、ケース本体12の開口部分を塞ぐ蓋13と対向する。複数の側壁は、底壁12aの四辺において短辺に立設されるとともに対向する2つの短側壁12b,12cと、底壁12aの四辺において長辺に立設されるとともに対向する2つの長側壁12d,12eと、からなる。長側壁12d,12eは、短側壁12b,12cよりも面積が大きい。この実施形態の二次電池10は、その外観が角型をなす角型電池である。
【0016】
二次電池10のケース11には、電極組立体14及び電解液(図示略)が収容されている。また、二次電池10は、端子としての正極端子15及び端子としての負極端子16を備える。正極端子15及び負極端子16は、ケース11の壁部としての蓋13に締結され、固定されている。また、正極端子15及び負極端子16は、一部がケース11の内部に位置し、一部がケース11から外部に突出している。なお、本実施形態の二次電池10は、例えばリチウムイオン電池である。
【0017】
図2に示すように、電極組立体14は、異なる極性の電極としての正極電極21と負極電極22とを、間にセパレータ23を介在させて交互に積層した構造である。負極電極22と正極電極21との間は、セパレータ23によって絶縁されている。なお、正極電極21と、負極電極22と、セパレータ23とを積層した方向を電極組立体14の積層方向とする。
【0018】
正極電極21、負極電極22、及びセパレータ23は、短辺及び長辺を有する長方形状のシートである。正極電極21は、長方形状の正極金属箔(例えばアルミニウム箔)21aと、当該正極金属箔21aの両面にある正極活物質層21bと、を有する。負極電極22は、長方形状の負極金属箔(例えば銅箔)22aと、当該負極金属箔22aの両面にある負極活物質層22bと、を有する。
【0019】
正極電極21は、当該正極電極21の端部21cから突出した形状の正極タブ31を有する。同様に、負極電極22は、当該負極電極22の端部22cから突出した形状の負極タブ32を有する。正極電極21と負極電極22は、各タブ31,32の同一極性同士が列状に配置されるように積層されている。
【0020】
図3に示すように、この実施形態の電極組立体14は、正極電極21と、負極電極22と、セパレータ23と、を積層することにより、直方体状に構成されている。電極組立体14は、積層方向の両端に第1平面14aと第1平面14aに対向する第2平面14bを有する。第1平面14aと第2平面14bには、積層方向から見て正極活物質層21bと負極活物質層22bとが対向する対向領域が投影される。また、電極組立体14は、第1平面14aと第2平面14bを囲む四つの面のうち、その一つの面にタブ側端面14cを備える。また、電極組立体14は、前記四つの面のうち、その一つの面に底面14dを備え、底面14dはタブ側端面14cに対向する。また、電極組立体14は、前記四つの面のうち、残りの二つの面に側面14e,14fを備える。
【0021】
電極組立体14の各面は、電極組立体14をケース11に収容した状態においてケース11を構成する各壁に面する。具体的に言えば、第1平面14a及び第2平面14bは、ケース本体12の長側壁12d,12eに面する。タブ側端面14cは、蓋13に面する。底面14dは、ケース本体12の底壁12aに面する。側面14e,14fは、ケース本体12の短側壁12b,12cに面する。
【0022】
図3に示すように、各負極タブ32は、電極組立体14における積層方向の一方に寄せて集められた状態で他方に折り返されている。同様に、各正極タブ31は、電極組立体14における積層方向の一方に寄せて集められた状態で他方に折り返されている。各正極タブ31及び各負極タブ32は、電極組立体14のタブ側端面14cから突出し、電極組立体14のタブ側端面14cから蓋13に向けて突出している。
【0023】
図3及び
図4に示すように、正極端子15は、導電部材としての正極導電部材40を備える。正極導電部材40は、一枚の金属板(本実施形態ではアルミニウム板)で構成されている。正極導電部材40は、ケース11の蓋13と電極組立体14との間に位置する。
【0024】
正極導電部材40は、相対的に蓋13寄りに配置された第1接合部41と、第1接合部41よりも電極組立体14に近い位置に配置された第2接合部42と、第1接合部41と第2接合部42とを繋ぐ湾曲状の第3接合部43と、を有する。第1接合部41において、電極組立体14のタブ側端面14cと対向した面(下面)には各正極タブ31が溶接され、第1接合部41と各正極タブ31とが電気的に接続されている。
【0025】
正極端子15は、角柱状の正極頭部51と、正極頭部51の座面51aから突出した正極軸部52と、を備える。この実施形態の正極軸部52は、外周面にねじ溝を有する。正極軸部52は、蓋13に有る貫通孔13bを介してケース11外に突出している。この実施形態では、正極頭部51と正極軸部52により、ケース外に一部が突出された正極端子15の極柱部15aを構成する。正極軸部52は、絶縁性のOリング53に挿通されている。また、正極軸部52は絶縁性のフランジ付きリング54に挿通されている。フランジ付きリング54は、貫通孔13bに嵌合する筒状である。
【0026】
正極軸部52には、フランジ付きリング54の上からナット55が螺合されており、正極端子15と蓋13とはユニット化されている。なお、フランジ付きリング54は、正極軸部52と蓋13の貫通孔13bの周縁部との間、及びナット55と蓋13との間に介在している。
【0027】
正極頭部51は、ケース11内に配置されている。正極頭部51における電極組立体14側の面には正極導電部材40の第2接合部42が溶接されている。これにより、正極端子15は、電極組立体14と電気的に接続されている。この実施形態の二次電池10では、極柱部15aとなる正極頭部51と正極軸部52、並びに正極導電部材40によって正極端子15が構成されている。そして、極柱部15aと正極導電部材40とが電気的に接続されるとともに、正極導電部材40が正極タブ31に電気的に接続されることにより、正極端子15と電極組立体14との通電経路が構成される。また、電極組立体14をケース11に収容した状態においてケース内に位置する正極端子15の部分は、蓋13と電極組立体14との間に位置する。
【0028】
また、二次電池10は、正極頭部51の一部を覆う絶縁性の第1正極絶縁部材57と、正極導電部材40と電極組立体14との間に介在する絶縁性の第2正極絶縁部材58とを備えている。第1正極絶縁部材57は、蓋13と正極頭部51との接触を規制するものであり、正極頭部51に対して蓋13側から取り付けられている。第1正極絶縁部材57は、正極頭部51の座面51a及び外周面の一部を覆っている。第2正極絶縁部材58は、正極導電部材40と電極組立体14との接触を規制するものである。
【0029】
図3及び
図4に示すように、負極端子16は、導電部材としての負極導電部材60を備える。負極導電部材60は、一枚の金属板(本実施形態では銅板)で構成されている。負極導電部材60は、ケース11の蓋13と電極組立体14との間に位置する。
【0030】
負極導電部材60は、相対的に蓋13寄りに配置された第1接合部61と、第1接合部61よりも電極組立体14に近い位置に配置された第2接合部62と、第1接合部61と第2接合部62とを繋ぐ湾曲状の第3接合部63と、を有する。第1接合部61において、電極組立体14のタブ側端面14cと対向した面(下面)には各負極タブ32が溶接され、第1接合部61と各負極タブ32とが電気的に接続されている。
【0031】
負極端子16は、角柱状の負極頭部71と、負極頭部71の座面71aから突出した負極軸部72と、を備える。この実施形態の負極軸部72は、外周面にねじ溝を有する。負極軸部72は、蓋13に有る貫通孔13bを介してケース11外に突出している。この実施形態では、負極頭部71と負極軸部72により、ケース外に一部が突出された負極端子16の極柱部16aを構成する。負極軸部72は、絶縁性のOリング73に挿通されている。また、負極軸部72は、絶縁性のフランジ付きリング74に挿通されている。フランジ付きリング74は、貫通孔13bに嵌合する筒状である。
【0032】
負極軸部72には、フランジ付きリング74の上からナット75が螺合されており、負極端子16と蓋13とがユニット化されている。なお、フランジ付きリング74は、負極軸部72と蓋13の貫通孔13bの周縁部との間、及びナット75と蓋13との間に介在している。
【0033】
図3及び
図4に示すように、この実施形態の負極端子16は、ケース内に発生したガスによって作動する電流遮断部材80を備える。電流遮断部材80は、負極端子16の極柱部16aと負極導電部材60との間に位置する。この実施形態の二次電池10では、極柱部16aとなる負極頭部71と負極軸部72、電流遮断部材80、並びに負極導電部材60によって負極端子16が構成されている。そして、極柱部16aが電流遮断部材80を介して負極導電部材60に電気的に接続されるとともに、負極導電部材60が負極タブ32に電気的に接続されることにより、負極端子16と電極組立体14との通電経路が構成される。また、電極組立体14をケース11に収容した状態においてケース内に位置する負極端子16の部分は、蓋13と電極組立体14との間に位置する。
【0034】
電流遮断部材80は、ケース11内に発生したガスによって作動すると、負極端子16の極柱部16aと負極導電部材60との電気的な接続を遮断する。つまり、電流遮断部材80は、作動していないときには負極タブ32を介した負極端子16と電極組立体14との通電経路の一部を構成し、ケース11内に発生したガスの圧力を受けて作動したときに上記通電経路を遮断する。そして、電流遮断部材80は、負極導電部材60の第2接合部62に一体に設けられている。この実施形態において電流遮断部材80は、一方の極性の電極端子である負極端子16と一体化されている。
【0035】
電流遮断部材80は、ケース11内の圧力を受圧して変形する変形板85(
図4に示す)を備えている。変形板85は、弾性材料、例えば金属板で構成されたダイヤフラムである。また、電流遮断部材80は、変形板85より電極組立体14に近い位置に設置された保護部材86を備える。保護部材86は、変形板85に衝撃などが加わって、上述の設定圧力に達する前に変形板85が変形してしまうことを防止する。
【0036】
また、二次電池10は、負極頭部71の座面71a及び外周面を覆う絶縁性の負極絶縁部材87、上述の負極頭部71、負極導電部材60(第2接合部62)、変形板85、及び保護部材86をユニット化するカシメ部材88を備えている。
【0037】
図4に示すように、この実施形態の二次電池10は、蓋13に正極端子15並びに負極端子16が固定されている。このため、電極組立体14をケース11に収容すると、正極端子15は、極柱部15aの一部分がケース11外に位置し、極柱部15aのその他の部分と正極導電部材40の全部がケース11内に位置する。また、電極組立体14をケース11に収容すると、負極端子16は、極柱部16aの一部分がケース11外に位置し、極柱部16aのその他の部分と負極導電部材60の全部がケース11内に位置する。そして、正極端子15並びに負極端子16においてケース11内に位置する部分は、蓋13の内面と電極組立体14のタブ側端面14cとの間に位置する。つまり、タブ側端面14cは、端子(正極端子15や負極端子16)が対向する電極組立体の面となり、電極(正極電極21や負極電極22)の長辺が位置する。
【0038】
また、この実施形態の正極導電部材40は、正極タブ31に接合されている第1接合部41と極柱部15aに接合されている第2接合部42とが、タブ側端面14cに近付くように湾曲した第3接合部43を介して繋がっている。このため、第2接合部42は、第1接合部41よりもタブ側端面14c寄りに位置している。これにより、第2接合部42の部分は、電極組立体14との距離が最も短い部分となる。また、この実施形態の負極導電部材60は、負極タブ32に接合されている第1接合部61と極柱部16aに接合されている第2接合部62とが、タブ側端面14cに近付くように湾曲した第3接合部63を介して繋がっている。このため、第2接合部62は、第1接合部61よりもタブ側端面14c寄りに位置している。これにより、第2接合部62の部分は、負極端子16において電極組立体14との距離が最も短い部分となる。この実施形態の二次電池10では、第2接合部42と電極組立体14との距離、並びに第2接合部62と電極組立体14との距離が、同一若しくはほぼ同一となるように位置している。なお、ほぼ同一とは、組み付けによる誤差程度である。
【0039】
また、電極組立体14には、
図3及び
図4に示すように、複数の保持テープt1,t2,t3,t4,t5,t6が貼り付けられている。各保持テープt1〜t6は、正極電極21及び負極電極22の積層方向に電極組立体14を保持する。保持テープt1〜t3は、第1平面14a、側面14e、第2平面14bに掛けて貼り付けられている。保持テープt4〜t6は、第1平面14a、側面14f、第2平面14bに掛けて貼り付けられている。保持テープt1〜t6は、第1平面14a及び第2平面14bの各短辺に沿う方向に、所定の間隔をおいて貼り付けられている。つまり、保持テープt1〜t6は、電極(正極電極21や負極電極22)の短辺側に位置している。また、保持テープt1〜t6は、電極組立体14の積層方向と直交する方向に沿って延び、一方の面(第1平面14a)から他方の面(第2平面14b)に亘って貼り付けられている。
【0040】
保持テープt1〜t3は、電極組立体14をケース11に収容した際にケース本体12の短側壁12bに面する電極組立体14の側面14eに位置している。また、保持テープt4〜t6は、電極組立体14をケース11に収容した際にケース本体12の短側壁12cに面する電極組立体14の側面14fに位置している。
【0041】
そして、この実施形態の二次電池10では、タブ側端面14c並びに底面14dに掛けて保持テープを貼り付けていない。つまり、保持テープt1〜t6は、正極端子15並びに負極端子16と電極組立体14との距離が最も短い部分であるタブ側端面14c側に位置していない。保持テープt1〜t6は、正極端子15並びに負極端子16と電極組立体14との距離が最も短い部分以外の部分に位置している。なお、この実施形態の保持テープt1〜t6は、同一材質の同一サイズの保持テープである。
【0042】
次に、
図4にしたがって二次電池10の作用を説明する。
二次電池10を製造する際には、蓋13に固定された正極端子15並びに負極端子16に接合された電極組立体14を、ケース本体12に挿入し、その挿入後にケース本体12と蓋13とを接合する。電極組立体14は、電池の出力を向上させるために電極の積層枚数を増加させていることから、ケース本体12に挿入した際にはケース本体12の内面との間にほぼ隙間の無い状態となる。つまり、電極組立体14は、ケース本体12への挿入方向へ荷重を付与しながら押込まれることによって、ケース本体12へ挿入される。この荷重は、
図4に矢視するように、電極組立体14をケース11に挿入した状態で蓋13からケース外に突出することになる正極端子15や負極端子16の突出部分に付与される。
【0043】
このため、電極組立体14の挿入時には、荷重によって蓋13、正極導電部材40及び負極導電部材60に撓みが生じる。すると、電極組立体14のタブ側端面14cに対向している正極端子15や負極端子16の部分、すなわち正極端子15や負極端子16において電極組立体14との距離が最も短い第2接合部42,62の部分が電極組立体14にさらに近付くことになる。この実施形態の電極組立体14では、正極端子15や負極端子16と対向するタブ側端面14cに保持テープが位置していない。このため、各第2接合部42,62の部分は、保持テープと干渉しない。
【0044】
したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)正極端子15や負極端子16と保持テープとの干渉を抑えることにより、保持テープが傷付いてしまうことが発生しない。したがって、保持テープt1〜t6の保持力の低下を抑制できる。
【0045】
(2)正極電極21や負極電極22の短辺側に保持テープt1〜t6を貼り付けているので、長辺側に保持テープを貼り付ける場合に比してエネルギー密度の低下を抑制できる。
【0046】
(3)保持テープt1〜t6を正極電極21や負極電極22の短辺側のみに貼り付けていることにより、二次電池10の生産効率を向上させることができる。つまり、保持テープの貼り付け工程においては、長辺側をクランプし、短辺側に保持テープを貼り付ければ良く、作業工程を少なくできる。
【0047】
(第2の実施形態)
以下、蓄電装置を二次電池に具体化した第2の実施形態を
図5にしたがって説明する。
以下の説明において既に説明した実施形態と同一構成については、その重複する説明を省略又は簡略する。
【0048】
図5に示すように、この実施形態の電極組立体14には、保持テープt1〜t6に加えて、さらに保持テープt7,t8が貼り付けられている。保持テープt7,t8は、第1平面14a、底面14d、第2平面14bに掛けて貼り付けられている。保持テープt7,t8は、第1平面14a及び第2平面14bの各長辺に沿う方向に、所定の間隔をおいて貼り付けられている。つまり、保持テープt7,t8は、端子(正極端子15や負極端子16)が対向する電極組立体14のタブ側端面14cに位置する長辺の対辺側に位置している。
【0049】
そして、この実施形態の二次電池10では、第1の実施形態と同様に、タブ側端面14cに掛けて保持テープを貼り付けていない。つまり、保持テープt1〜t8は、正極端子15並びに負極端子16と電極組立体14との距離が最も短い部分に位置していない。保持テープt1〜t8は、正極端子15並びに負極端子16と電極組立体14との距離が最も短い部分以外の部分に位置している。なお、この実施形態の保持テープt1〜t6は、同一材質の同一サイズの保持テープであり、保持テープt7,t8は、同一材質の同一サイズの保持テープである。
【0050】
次に、この実施形態の二次電池10の作用を説明する。
この実施形態の電極組立体14には、保持テープt1〜t6が貼り付けられている。このため、第1の実施形態の二次電池10の作用と同様に、電極組立体14をケース本体12に挿入する際、正極端子15の第2接合部42の部分や負極端子16第2接合部62の部分は保持テープと干渉しない。また、電極組立体14は、保持テープt7,t8の存在により、第1平面14a及び第2平面14bの各長辺に沿う方向においても保持される。
【0051】
したがって、本実施形態によれば、第1の実施形態の効果(1)と同様の効果に加えて、以下に示す効果を得ることができる。
(4)電極組立体14は、保持テープt7,t8によって電極(正極電極21や負極電極22)の長辺側においても保持される。したがって、電極組立体14の保持力を増加させることができる。
【0052】
(第3の実施形態)
以下、蓄電装置を二次電池に具体化した第3の実施形態を
図6(a),(b)にしたがって説明する。
【0053】
電極組立体14は、充放電に伴い熱が生じる。この熱は、電極組立体14の外面に向かって伝播し、放熱される。ところで、熱は、所定の角度に拡散しながら伝播する。
このため、
図6(a),(b)に示すように、例えば図中に示す正極電極21の端部21dに発した熱は、一点鎖線で示すように所定の角度αの範囲で拡散しながら、電極組立体14の外面に伝播する。これにより、電極組立体14には、熱の拡散を考慮し、電極の端部(正極電極21の端部21d、負極電極22の端部22d)を基準とした場合に図中に破線で示す放熱領域90を想定することができる。この放熱領域90は、電極の端部から発した熱が拡散して伝播する際に電極組立体14の外面に到達するために必要な領域として規定される。
【0054】
ところで、電極組立体14に貼り付ける保持テープは、電極から発した熱の放熱を阻害する要因にもなり得る。このため、保持テープは、放熱の観点においては、放熱経路を阻害しない位置に貼り付けられていることが好ましい。そこで、この実施形態では、前述のように想定した放熱領域90の全体を覆わないように保持テープt1〜t6を貼り付けている。具体的に言えば、保持テープの端taが、放熱領域90の境界90aに対して正極電極21の端部21dや負極電極22の端部22d寄りに位置するように、保持テープt1〜t6を貼り付けている。なお、放熱領域90は、正極電極21の端部21dや負極電極22の端部22dを基準とし、これらの端部21d,22dから離間する方向に想定される。また、保持テープの端taは、保持テープを第1平面14a、側面14e又は側面14f、第2平面14bに掛けて貼り付けた場合に第1平面14a並びに第2平面14bに位置する部分である。また、正極電極21の端部21dは、正極電極21の短辺が延びる方向に沿う端部である。また、負極電極22の端部22dは、負極電極22の短辺が延びる方向に沿う端部である。
【0055】
次に、この実施形態の二次電池10の作用を説明する。
電極から発せされた熱は、放熱領域90の全体を覆わないように保持テープt1〜t6が貼り付けられていることにより、保持テープt1〜t6によって放熱経路が阻害されることなく、電極組立体14の外面に到達し得る。
【0056】
なお、電極組立体14は、複数枚の正極電極21と複数枚の負極電極22とを重ね合わせて構成されている。このため、電極組立体14の第1平面14a寄り、並びに第2平面14b寄りに位置している電極を基準に放熱領域90を想定すると、放熱領域90は、電極組立体14の側面14e,14f寄りに想定されてしまう。このように放熱領域90を側面14e,14fに近付けて想定してしまうと、電極組立体14の第1平面14aや第2平面14bに保持テープt1〜t6を貼り付ける領域がなくなる虞がある。このため、放熱領域90は、保持テープt1〜t6を貼り付ける領域を確保し、保持力を低下させないことを考慮してさらに想定することが好ましい。そして、この実施形態の電極組立体14において保持テープt1〜t6は、電極の短辺側の全体を覆うことなく、短辺に沿う方向に所定の間隔をおいて貼り付けられている。これにより、放熱領域90を想定したとしても、正極電極21の端部21d側や負極電極22の端部22d側には、保持テープt1〜t6によって覆われない領域が存在し、熱が放熱される。
【0057】
したがって、本実施形態によれば、第1の実施形態の効果(1)〜(3)と同様の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
(5)正極電極21や負極電極22から発した熱の放熱経路を保持テープt1〜t6によって阻害し難く、良好な放熱性を確保できる。
【0058】
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第1,第3の実施形態の保持テープt1〜t6の形状や貼り付け枚数を変更しても良い。また、第2の実施形態の保持テープt7,t8の形状や貼り付け枚数を変更しても良い。
【0059】
○ 負極導電部材60の第1接合部61や正極導電部材40の第1接合部41を覆う絶縁カバーを取り付けても良い。この絶縁カバーは、ケース11内であって、第1接合部61並びに第1接合部41の各上面と蓋13の裏面との間に位置する。
【0060】
○ 実施形態は、例えばキャパシタなど、二次電池以外の蓄電装置にも適用可能である。
○ 実施形態は、電流遮断部材80を搭載していない二次電池10に具体化しても良い。
【0061】
○ 二次電池10は、車載用に限らず、住宅などに用いる定置用でも良い。
○ 積層型の二次電池10に限らず、帯状の正極電極と帯状の負極電極を捲回して層状に積層した捲回型の二次電池に適用しても良い。
【0062】
○ 第1の実施形態の構成、第2の実施形態の構成、並びに第3の実施形態の構成を全て採用した二次電池10としても良い。
○ 第1の実施形態の構成と第3の実施形態の構成を採用した二次電池10としても良い。つまり、この場合は、第2の実施形態のように第1平面14a並びに第2平面14bの各長辺に沿う方向に保持テープt7,t8を貼らずに、各短辺に沿う方向のみに保持テープt1〜t6を貼り付けても良い。
【0063】
○ 第2の実施形態のように保持テープt7,t8を貼り付ける場合において、これらの保持テープt7,t8を、第3の実施形態の保持テープt1〜t6と同様に、想定される放熱領域を考慮して貼り付けても良い。つまり、タブ側端面14cに位置する長辺の対辺側に位置する保持テープt7,t8の端は、電極の長辺が延びる方向に沿う電極の端部を基準として当該端部から離間する方向に電極からの熱の放熱領域を想定したとき、放熱領域の境界に対して電極の端部寄りに位置していても良い。
【0064】
○ 第3の実施形態の構成を採用する場合、保持テープを、電極の長辺側に位置するように貼り付けても良い。この場合の長辺は、電極組立体14の底面14dに位置する長辺でも良いし、電極組立体14のタブ側端面14cに位置する長辺でも良い。また、底面14dとタブ側端面14cの両長辺でも良い。つまり、保持テープを貼り付ける電極組立体14の放熱性を良好なものとする課題解決において第3の実施形態を採用することができる。このため、第3の実施形態の構成は、保持テープが前述のように長辺側に位置している場合であっても、電極組立体14の放熱性を良好なものとすることができる。