特許 6850208 蓄電素子及び蓄電モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6850208

(24)【登録日】2021年3月9日

(45)【発行日】2021年3月31日

(54)【発明の名称】蓄電素子及び蓄電モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/342 20210101AFI20210322BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20210322BHJP

   H01M 50/10 20210101ALI20210322BHJP

   H01M 50/543 20210101ALI20210322BHJP

   H01M 50/531 20210101ALI20210322BHJP

   H01M 50/40 20210101ALI20210322BHJP

   H01M 50/147 20210101ALI20210322BHJP

   H01M 50/20 20210101ALI20210322BHJP

   H01M 50/30 20210101ALI20210322BHJP

   H01M 10/0585 20100101ALN20210322BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/12 101

   H01M10/04 Z

   H01M2/02 A

   H01M2/30 B

   H01M2/26 A

   H01M2/14

   H01M2/04 A

   H01M2/10 A

   H01M2/12 Z

   H01M2/10 S

   H01M2/10 E

   !H01M10/0585

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-119273(P2017-119273)

(22)【出願日】2017年6月19日

(65)【公開番号】特開2019-3881(P2019-3881A)

(43)【公開日】2019年1月10日

【審査請求日】2020年4月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】507151526

【氏名又は名称】株式会社ＧＳユアサ

(73)【特許権者】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100120329

【弁理士】

【氏名又は名称】天野 一規

(72)【発明者】

【氏名】小園 翔

(72)【発明者】

【氏名】相方 陸

【審査官】 結城 佐織

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１８−０９２７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１９２０５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００４１７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１０７７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−１０６９０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ５０／３４２

Ｈ０１Ｍ １０／０４

Ｈ０１Ｍ ５０／１０

Ｈ０１Ｍ ５０／１４７

Ｈ０１Ｍ ５０／２０

Ｈ０１Ｍ ５０／３０

Ｈ０１Ｍ ５０／４０

Ｈ０１Ｍ ５０／５３１

Ｈ０１Ｍ ５０／５４３

Ｈ０１Ｍ １０／０５８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

底壁及び天壁と、それぞれ前記天壁より面積が小さい前壁及び後壁と、それぞれ前記天壁より面積が大きい一対の側壁とを有する、直方体形状のケースと、
前記ケース内に収容され、セパレータを介して積層された板状の複数の正極板及び負極板、並びに前記正極板及び前記負極板から前記前壁に向けて延出する正極タブ及び負極タブを有する積層電極体と、
前記前壁に設けられ、前記正極タブ又は前記負極タブと電気的に接続される外部端子と、
前記後壁に設けられる破裂弁と、を備え、
前記底壁が設置面に設置され、前記前壁が前記底壁から立ち上がり、
前記破裂弁は、前記底壁及び天壁の対向方向において前記後壁の中心からシフトした位置に設けられる蓄電素子。

【請求項2】

前記後壁の内面と前記積層電極体との間に配置されて前記破裂弁の内面を覆う多孔性シートをさらに備える請求項１に記載の蓄電素子。

【請求項3】

前記ケースが、前記底壁、天壁、後壁及び一対の側壁を形成するケース本体と、前記前壁を形成し前記ケース本体の開口を封止する蓋板とを有する請求項１又は請求項２に記載の蓄電素子。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複数の蓄電素子と、
前記複数の蓄電素子を２列に並べて保持する保持部材と
を備え、
前記各列内で隣接する前記蓄電素子が前記側壁同士を対向させ、
前記列間で隣接する前記蓄電素子が前記後壁同士を対向させ、
前記列間で対向する２つの前記後壁の一方の前記破裂弁のシフト位置と他方の前記破裂弁のシフト位置とが、前記底壁及び天壁の対向方向における前記後壁の中心に対して反対である蓄電モジュール。

【請求項5】

前記列間で対向する２つの前記後壁の一方の前記破裂弁と他方の前記破裂弁とは、前記底壁及び天壁の対向方向においてオーバーラップしていない請求項４に記載の蓄電モジュール。

【請求項6】

前記列間で対向する２つの前記後壁の一方と他方のとの間に、排気路が画定されている請求項５に記載の蓄電モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電素子及び蓄電モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

携帯電話、自動車等の様々な機器に、充放電可能な蓄電素子が使用されている。電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）等の電気エネルギーを動力源とする車両は、大きなエネルギーを必要とするため、複数の蓄電素子を備える大容量の蓄電モジュールを搭載している。

【0003】

特開２００５−１９７２７９号公報は、複数の蓄電素子を奥行き方向に並べて保持する蓄電モジュールを開示している。このような蓄電モジュールに用いられる個々の蓄電素子は、奥行き（短側壁）が、高さ、及び幅（長側壁）に比して小さく、幅が高さよりも大きい直方体状のケースを有する。

【0004】

一般的に、蓄電素子は、セパレータを介して正極板及び負極板を積層して形成される電極体を電解液と共に気密なケースに収容する。この電極体と電気的に接続される一対の電極（外部端子）がケースの天壁に設けられる。

【0005】

このような蓄電素子は、通常予見される使用形態ではない、蓄電素子に異常な外力が作用した場合等に、ケース内部の温度が上昇してガスが発生する可能性がある。このため蓄電素子は、容器の内圧が所定の圧力以上に上昇した場合に開口して内部のガスを放出する安全弁を備える。

【0006】

このような安全弁として、特開２００５−１９７２７９号公報に記載されるように、容器の天壁に設けられ、ケースの内圧が上昇したときに開裂するよう厚さを減じた複数の破断線を有する安全弁（破裂弁）が用いられる。破裂弁は、複数の破断線によって画定されるフラップ状（舌辺状）の部分が容器外側に向かって跳ね上げられることで一定の面積を有する開口を形成し、ケース内のガスを迅速に放出できるよう設計される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００５−１９７２７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

電気自動車やプラグインハイブリッド電気自動車等に用いられる蓄電モジュールは、例えば座席の下部空間等、比較的高さが小さい空間に搭載できることが求められる。

【0009】

特開２００５−１９７２７９号公報に記載される従来の蓄電モジュールでは、蓄電素子の外部電極（外部端子）及び破裂弁がケースの天壁に配設される。そのため、蓄電素子ケースの上側に、複数の蓄電素子の外部電極同士を接続するための構造を配置できるよう、また破裂弁の舌片を跳ね上げてケース内のガスを逃がすことができるよう、所定高さの空間を確保する必要がある。さらに、破裂弁から排出されたガスを排気するための排気路を、複数の蓄電素子ケースの上側に設ける必要がある。

【0010】

従来の蓄電モジュールでは、大容量を確保しつつ、高さが限られた空間に設置することが難しい。

【0011】

本発明は、大容量を確保しつつ、高さが限られた空間に設置することに適した蓄電モジュール、及びそのような蓄電モジュールを形成できる蓄電素子を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の一態様に係る蓄電素子は、底壁及び天壁と、それぞれ前記天壁より面積が小さい前壁及び後壁と、それぞれ前記天壁より面積が大きい一対の側壁とを有する、直方体形状のケースと、前記ケース内に収容され、セパレータを介して積層された板状の複数の正極板及び負極板、並びに前記正極板及び前記負極板から前記前壁に向けて延出する正極タブ及び負極タブを有する積層電極体と、前記前壁に設けられ、前記正極タブ又は前記負極タブと電気的に接続される外部端子と、前記後壁に設けられる破裂弁とを備え、前記底壁が設置面に設置され、前記前壁が前記底壁から立ち上がり、前記破裂弁は、前記底壁及び天壁の対向方向において前記後壁の中心からシフトした位置に設けられる。

【0013】

本発明の別の態様に係る蓄電モジュールは、複数の前記蓄電素子と、前記複数の蓄電素子を２列に並べて保持する保持部材とを備え、前記各列内で隣接する前記蓄電素子が前記側壁同士を対向させ、前記列間で隣接する前記蓄電素子が前記後壁同士を対向させ、前記列間で対向する２つの前記後壁の一方の前記破裂弁のシフト位置と他方の前記破裂弁のシフト位置とが、前記底壁及び天壁の対向方向における前記後壁の中心に対して反対である。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る蓄電モジュールは、大容量を確保しつつ、高さが限られた空間に設置することに適している。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態の蓄電素子を示す模式的斜視図である。

【図2】図１の蓄電素子の反対側を示す模式的斜視図である。

【図3】図１の蓄電素子の側壁に平行な面で切断した模式的断面図である。

【図4】図１の蓄電素子の底壁に平行な面で切断した模式的断面図である。

【図5】図１の蓄電素子を備える蓄電モジュールの模式的正面図である。

【図6】図５の蓄電モジュールの模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の一態様に係る蓄電素子は、底壁及び天壁と、それぞれ前記天壁より面積が小さい前壁及び後壁と、それぞれ前記天壁より面積が大きい一対の側壁とを有する、直方体形状のケースと、前記ケース内に収容され、セパレータを介して積層された板状の複数の正極板及び負極板、並びに前記正極板及び前記負極板から前記前壁に向けて延出する正極タブ及び負極タブを有する積層電極体と、前記前壁に設けられ、前記正極タブ又は前記負極タブと電気的に接続される外部端子と、前記後壁に設けられる破裂弁とを備え、前記底壁が設置面に設置され、前記前壁が前記底壁から立ち上がり、前記破裂弁は、前記底壁及び天壁の対向方向において前記後壁の中心からシフトした位置に設けられる。

【0017】

当該蓄電素子は、最も面積が小さい前壁と後壁とに外部端子と破裂弁とを別々に設けたことによって、積層電極体と外部端子との間の電気的接続のための構造が占有するスペースを比較的小さくすることができる。また、当該蓄電素子は、後壁に設けられる破裂弁が、後壁の中心から底壁及び天壁の対向方向にシフトして配置されるので、２つの当該蓄電素子を後壁同士を対向させて配置する際、破裂弁のシフト量を異ならせることによって、一方の蓄電素子の破裂弁が開放しても、開放した破裂弁から噴出するガスが他方の蓄電素子の破裂弁に当たらないようにすることができる。これによって、蓄電素子間の距離を小さくしても不必要な破裂弁の開放を防止することができるので、複数の蓄電素子を密に配置することができる。そのため、従来の構造の蓄電素子に比して蓄電モジュールのエネルギー密度を大きくすることができる。

【0018】

蓄電素子は、前記後壁の内面と前記積層電極体との間に配置されて前記破裂弁の内面を覆う多孔性シートをさらに備えてもよい。この構成によれば、破裂弁の開放時に電極板の破片等の固形物が外部に噴出することを抑制することができる。また、積層電極体と後壁との間隔を最低限度としつつ、蓄電素子に衝撃が作用した際に積層電極体に伝わる衝撃を緩和できる。

【0019】

蓄電素子において、前記ケースが、前記底壁、前記天壁、前記一対の側壁及び前記後壁を形成する有底筒状のケース本体と、前記前壁を形成し前記ケース本体の開口を封止する蓋板とを有してもよい。この構成によれば、底壁、天壁、一対の側壁及び後壁が一体に形成されることで後壁の変形が抑制されることで、破裂弁が変形して開放圧力が変動することが抑制される。

【0020】

本発明の別の態様に係る蓄電モジュールは、複数の前記蓄電素子と、前記複数の蓄電素子を２列に並べて保持する保持部材とを備え、前記各列内で隣接する前記蓄電素子が前記側壁同士を対向させ、前記列間で隣接する前記蓄電素子が前記後壁同士を対向させ、前記列間で対向する２つの前記後壁の一方の前記破裂弁のシフト位置と他方の前記破裂弁のシフト位置とが、前記底壁及び天壁の対向方向における前記後壁の中心に対して反対である。

【0021】

当該蓄電モジュールは、平面視において複数の蓄電素子を、後壁を内側に向け、外部端子が設けられる前壁を外側に向けて配置するので、外側に集中的に配置されている外部端子を用いて蓄電素子同士を容易に電気接続できる。ケースの前壁と後ろ壁との間隔を拡げ、収容する積層電極体の平面視における寸法を大きくして、高さが限られた空間に設置される場合でもエネルギー密度を大きくすることができる。また、当該蓄電モジュールは、列間で隣接する蓄電素子の破裂弁の配置が互いにずらされているので、一方の蓄電素子の破裂弁の開放により他方の蓄電素子の破裂弁に外圧が作用して不必要に他方の蓄電素子の破裂弁を開放させることが防止される。

【0022】

蓄電モジュールにおいて、前記列間で対向する２つの前記後壁の一方の前記破裂弁と他方の前記破裂弁とは、前記底壁及び天壁の対向方向においてオーバーラップしていないことが好ましい。この構成によれば、一方の蓄電素子の破裂弁の開放による噴出物が他方の蓄電素子の破裂弁に衝突することをより確実に防止できる。

【0023】

蓄電モジュールは、前記列間で対向する２つの前記後壁の一方と他方のとの間に、排気路が画定されていてもよい。この構成によれば、部品点数を増やすことなく、破裂弁の開放による噴出物をスムーズに蓄電モジュールの外部に放出し、蓄電素子の内圧を迅速に低下することができる。

【0024】

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。

【0025】

図１乃至図４に、本発明の一実施形態に係る蓄電素子１を示す。

【0026】

当該蓄電素子１は、直方体形状のケース２と、このケース２内に収容される積層電極体３と、ケース２に設けられる正極外部端子４及び負極外部端子５並びに破裂弁（Ｒｕｐｔｕｒｅ Ｖａｌｖｅ）６とを備える。ケース２内には、積層電極体３と共に電解液が封入される。

【0027】

ケース２は、対向して配設される大きさが略等しい長方形状の底壁７及び天壁８と、底壁７及び天壁８の短辺間を接続し、底壁７及び天壁８より面積が小さい長方形状の前壁９及び後壁１０と、底壁７及び天壁８の長辺間を接続し、底壁７及び天壁８より面積が大きい長方形状の一対の側壁１１とを有する。

【0028】

正極外部端子４及び負極外部端子５は、ケース２の前壁９に設けられる。破裂弁６は、前壁９に対向する後壁１０に設けられる。

【0029】

積層電極体３は、積層された方形板状の複数の正極板１２、負極板１３及びセパレータ１４、並びに正極板１２及び負極板１３から前壁９に向けて延出する正極タブ１５及び負極タブ１６を有する。より詳しくは、積層電極体３は複数の正極板１２及び負極板１３がセパレータ１４を介して交互に積層されて概略直方体形状に形成される本体と、この本体から延びる正極タブ１５及び負極タブ１６とを有する。積層される正極板１２の枚数は、当該蓄電素子を高容量化するために、例えば４０乃至６０枚とすることができる。負極板１３の枚数も同様とすることができる。

【0030】

積層電極体３の正極タブ１５は正極外部端子４に電気的に接続され、負極タブ１６は負極外部端子５に電気的に接続される。具体的には、正極タブ１５は、ケース２の内側で正極外部端子４から前壁９に沿って延びる板状の正極集電部材１７に接続されている。負極タブ１６は、ケース２の内側で負極外部端子５から前壁９に沿って延びる板状の負極集電部材１８に接続されている。

【0031】

正極外部端子４及び負極外部端子５は、前壁９の外側に配置され、バスバーや配線が接続される板状の端子部と、この端子部から延び、前壁９を貫通する軸部とを有する。

【0032】

正極外部端子４及び負極外部端子５は、前壁９に電気的に接触せず、かつ電解液を漏出させないよう、絶縁性の外側ガスケット１９及び内側ガスケット２０を挟んで前壁９に気密に固定される。

【0033】

破裂弁６は、後壁１０の中心から底壁７及び天壁８の対向方向（上下方向）にシフトした位置に設けられる。好ましくは、破裂弁６は、後壁１０の底壁７側の半分の領域又は天壁８側の半分の領域内に全体が収まるよう配置される。

【0034】

破裂弁６は、当該蓄電素子を搭載する車両の衝突時等、通常予見される使用形態ではない特異な状況においてケース２の内部にガスが発生して内圧が一定の圧力に達したときに、開口を形成してケース２の内部のガスを放出して内圧を低下させる安全弁である。

【0035】

破裂弁６は、板厚を部分的に減じて形成される溝を有し、当該蓄電素子の内圧上昇時にこの溝に沿って破断して、フラップ状（舌片状）の部分を形成し、このフラップ状の部分を外側に跳ね上げることで後壁１０に開口を形成する。

【0036】

破裂弁６は設けられる後壁１０と積層電極体３との間には、クッション性を有する多孔性シート２１が配置されることが好ましい。

【0037】

以下、当該蓄電素子の各構成要素について詳述する。

【0038】

ケース２は、積層電極体３を電解液に浸漬した状体で保持すると共に、積層電極体３を保護する。

【0039】

ケース２の材質としては、例えばアルミニウムやアルミニウム合金、ステンレス等の金属、樹脂などを用いることができる。

【0040】

ケース２は、底壁７、天壁８、後壁１０及び一対の側壁１１を形成する有底筒状のケース本体と、前壁９を形成しケース本体の開口を封止する蓋板とを有することが好ましい。このように、有底筒状のケース本体によって底壁７、天壁８、後壁１０及び一対の側壁１１を一体に形成することで、ケース２の強度を向上することができる。また、破裂弁６を有する後壁１０が底壁７、天壁８、後壁１０及び一対の側壁１１と一体に形成されることで、後壁１０の変形が抑制されるため、破裂弁６が開口する圧力のばらつきが小さくなる。

【0041】

前壁９の長辺の長さとしては、当該蓄電素子１に許容される高さ以下とされ、例えば７ｃｍ以上１１ｃｍ以下とすることができる。一方、前壁９の短辺の長さとしては、積層電極体３の仕様に合わせて選択されるが、例えば２ｃｍ以上５ｃｍ以下とすることができる。また、底壁７の長辺の長さとしては、当該蓄電素子１に許容される長さ以下とされ、例えば１０ｃｍ以上２０ｃｍ以下とすることができる。

【0042】

前壁９の厚さとしては、材質や大きさにもよるが、例えば０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることができる。これに対して、後壁１０の厚さとしては、例えば０．５ｍｍ以上１．８ｍｍ以下とすることができる。また、底壁７、天壁８、及び一対の側壁１１の厚さとしては例えば０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることができる。このように、ケース２は、四角筒状に一体に形成することができる底壁７、天壁８、及び一対の側壁１１の厚さよりも前壁９及び後壁１０の厚さを大きくすることが好ましい。また、底壁７、天壁８、及び一対の側壁１１と一体に形成することができる後壁１０の厚さよりも最後に接合される前壁９の厚さを大きくすることが好ましい。

【0043】

正極板１２は、導電性を有する箔状乃至シート状の正極集電体と、この正極集電体の両面に積層される正極活物質層とを有する。

【0044】

正極板１２の正極集電体の材質としては、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル等の金属又はそれらの合金が用いられる。これらの中でも、導電性の高さとコストとのバランスからアルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金が好ましく、アルミニウム及びアルミニウム合金がより好ましい。また、正極集電体の形状としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、正極集電体としてはアルミニウム箔が好ましい。なお、アルミニウム又はアルミニウム合金としては、ＪＩＳ−Ｈ４０００（２０１４）に規定されるＡ１０８５Ｐ、Ａ３００３Ｐ等が例示できる。

【0045】

正極板１２の正極活物質層は、正極活物質を含むいわゆる合材から形成される多孔性の層である。また、正極活物質層を形成する合材は、必要に応じて導電剤、結着剤（バインダ）、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。

【0046】

前記正極活物質としては、例えばＬｉ_ｘＭＯ_ｙ（Ｍは少なくとも一種の遷移金属を表す）で表される複合酸化物（Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_ｘＭｎＯ_３、Ｌｉ_ｘＮｉ_αＣｏ_{（１−α）}Ｏ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_αＭｎ_βＣｏ_{（１−α−β）}Ｏ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_αＭｎ_{（２−α）}Ｏ_４等）、Ｌｉ_ｗＭｅ_ｘ（ＸＯ_ｙ）_ｚ（Ｍｅは少なくとも一種の遷移金属を表し、Ｘは例えばＰ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖ等を表す）で表されるポリアニオン化合物（ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＭｎＰＯ_４、ＬｉＮｉＰＯ_４、ＬｉＣｏＰＯ_４、Ｌｉ_３Ｖ_２（ＰＯ_４）_３、Ｌｉ_２ＭｎＳｉＯ_４、Ｌｉ_２ＣｏＰＯ_４Ｆ等）が挙げられる。これらの化合物中の元素又はポリアニオンは他の元素又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。正極活物質層においては、これら化合物の一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。また、正極活物質の結晶構造は、層状構造又はスピネル構造であることが好ましい。

【0047】

負極板１３は、導電性を有する箔状乃至シート状の負極集電体と、この負極集電体の両面に積層される多孔性の負極活物質層とを有する。

【0048】

負極板１３の負極集電体の材質としては、銅又は銅合金が好ましい。また、負極集電体の形状としては、箔が好ましい。つまり、負極板１３の負極集電体としては銅箔が好ましい。負極集電体として用いられる銅箔としては、例えば圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。

【0049】

負極活物質層は、負極活物質を含むいわゆる合材から形成される多孔性の層である。また、負極活物質層を形成する合材は、必要に応じて導電剤、結着剤（バインダ）、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。

【0050】

負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材質が好適に用いられる。具体的な負極活物質としては、例えばリチウム、リチウム合金等の金属；金属酸化物；ポリリン酸化合物；黒鉛、非晶質炭素（易黒鉛化炭素又は難黒鉛化性炭素）等の炭素材料などが挙げられる。

【0051】

前記負極活物質の中でも、正極板１２と負極板１３との単位対向面積当たりの放電容量を好適な範囲とする観点から、Ｓｉ、Ｓｉ酸化物、Ｓｎ、Ｓｎ酸化物又はこれらの組み合わせを用いることが好ましく、Ｓｉ酸化物を用いることが特に好ましい。なお、ＳｉとＳｎとは、酸化物にした際に、黒鉛の３倍程度の放電容量を持つことができる。

【0052】

セパレータ１４は、電解液が浸潤するシート状乃至フィルム状の材料から形成される。セパレータ１４を形成する材料としては、例えば織布、不織布等を用いることもできるが、典型的には多孔性を有するシート状乃至フィルム状の樹脂が用いられる。このセパレータ１４は、正極板１２と負極板１３とを隔離すると共に、正極板１２と負極板１３との間に電解液を保持する。

【0053】

このセパレータ１４の主成分としては、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリオレフィン誘導体、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートや共重合ポリエステル等のポリエステルなどを採用することができる。中でも、セパレータ１４の主成分としては、耐電解液性、耐久性及び溶着性に優れるポリエチレン及びポリプロピレンが好適に用いられる。

【0054】

セパレータ１４は、両面又は片面（好ましくは正極板１２に対向する面）に耐熱層を有することが好ましい。これにより、セパレータ１４の熱による破損を防止して、正極板１２と負極板１３との短絡をより確実に防止することができる。

【0055】

セパレータ１４の耐熱層又は対酸化層は、多数の無機粒子と、この無機粒子間を接続するバインダとを含む構成とすることができる。対酸化層は、耐熱層よりも薄いものであってもよい。耐酸化層は、高電圧環境下でセパレータを保護するが、セパレータに十分な耐熱性を与えないものであってもよい。

【0056】

無機粒子の主成分としては、例えばアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄等の酸化物、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物、シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレイ、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウムなどが挙げられる。中でも、耐熱層の無機粒子の主成分としては、アルミナ、シリカ及びチタニアが特に好ましい。

【0057】

正極タブ１５及び負極タブ１６は、正極板１２及び負極板１３の正極集電体及び負極集電体を、活物質層が積層されている方形状の領域からそれぞれ帯状に突出するよう延長して形成することができる。

【0058】

正極タブ１５と負極タブ１６とは、積層電極体３の本体の一辺から積層方向視で互いに重ならないよう突出する。また、正極タブ１５及び負極タブ１６は、各正極板１２及び負極板１３から延び、それぞれ積層して１つに束ねられる。

【0059】

正極タブ１５及び負極タブ１６は、正極集電部材１７及び負極集電部材１８の正極外部端子４及び負極外部端子５への取り付け構造を避けて、正極集電部材１７及び負極集電部材１８の前壁９と略平行に延びる部分に接続することができる。このため、正極タブ１５及び負極タブ１６は、積層電極体３の正極外部端子４及び負極外部端子５の内側端部に正対しない領域から延び、先端部が前壁９と平行になるよう折り曲げられて正極集電部材１７及び負極集電部材１８に接続されるとよい。

【0060】

この正極外部端子４及び負極外部端子５は、外部から積層電極体３に電力を供給又は積層電極体３から外部に電力を取り出すための端子であり、外部の電気回路に接続可能に構成される。

【0061】

このため、正極外部端子４及び負極外部端子５は、導電性を有する材料から形成される。また、正極外部端子４及び負極外部端子５は、少なくともケース２内に露出する部分の材質が正極集電体、負極集電体と同種の金属とされることが好ましい。

【0062】

正極集電部材１７及び負極集電部材１８は、正極外部端子４及び負極外部端子５を前壁９に固定するための構造と、正極タブ１５及び負極タブ１６を正極外部端子４及び負極外部端子５に電気的に接続するための構造とを分離することにより、これらの構造が占有する空間の前壁９の厚さ方向の大きさを小さくする。これにより、ケース２の中での積層電極体３の本体の容積を大きくして、当該蓄電素子１のエネルギー密度を大きくすることができる。

【0063】

また、前壁９と平行に延びる板状の正極集電部材１７及び負極集電部材１８を用いることによって、正極タブ１５及び負極タブ１６との接続面積を大きくすることが容易であり、正極外部端子４及び負極外部端子５と正極タブ１５及び負極タブ１６との間の電気抵抗を小さくすることができる。

【0064】

正極集電部材１７及び負極集電部材１８の正極外部端子４及び負極外部端子５への取り付けは、例えば正極集電部材１７及び負極集電部材１８を貫通する正極外部端子４及び負極外部端子５の端部を押し広げるかしめ等によって、正極外部端子４及び負極外部端子５の前壁９への固定と兼ねて行うことができる。

【0065】

正極集電部材１７及び負極集電部材１８に対する正極タブ１５及び負極タブ１６の接続は、例えば超音波溶接、レーザー溶接、かしめ等によって行うことができる。

【0066】

正極集電部材１７は、正極集電体と同種の金属から形成されることが好ましく、負極集電部材１８は、負極集電体と同種の金属から形成されることが好ましい。

【0067】

積層電極体３と共にケース２に封入される電解液としては、蓄電素子に通常用いられる公知の電解液が使用でき、例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）等の環状カーボネート、又は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）等の鎖状カーボネートを含有する溶媒に、リチウムヘキサフルオロホスフェート（ＬｉＰＦ_６）等を溶解した溶液を用いることができる。

【0068】

破裂弁６は、一定の圧力で開口を形成する公知の構成のものを使用することができる。また、破裂弁６は、後壁１０を構成する材料に溝を設けることによって一体に形成してもよく、予め溝を設けて破裂弁６を形成した板状体を後壁１０に形成した開口に溶接して取り付けもよい。

【0069】

多孔性シート（クッションシート）２１は、破裂弁６の開口時に積層電極体３の破片等が外部に噴出することを抑制する。また、多孔性シート２１は、例えば当該蓄電素子１の落下時等に、後壁１０から積層電極体３に作用する衝撃を緩和し、積層電極体３の損傷を防止する。

【0070】

多孔性シート２１としては、クッション性を有すると共に、破裂弁６の開口時に例えば破断又は溶解してガスが破裂弁６から外部に流出するための流路を形成できるものが使用される。

【0071】

多孔性シート２１としては、樹脂発泡体を用いることができる。

【0072】

多孔性シート２１の材質としては、例えばエチレンプロピレンゴムを主成分とする樹脂等を用いることができる。

【0073】

多孔性シート２１の平均厚さとしては、例えば０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることができる。これにより、積層電極体３に作用する力を分散して積層電極体３の内部短絡をより確実に防止することができる。

【0074】

多孔性シート２１のアスカーＣ硬度としては、５以上４０以下が好ましい。また、多孔性シート２１の見掛密度としては、０．０９ｇ／ｃｍ^３以上０．１８ｇ／ｃｍ^３以下が好ましい。

【0075】

具体的には、このような多孔性シート２１として、例えばイノアックコーポレーション社のゴムスポンジ「Ｅ４０８８」、「Ｅ４４８８」等を用いることができる。

【0076】

以上の構成を有する当該蓄電素子１は、正極外部端子４及び負極外部端子５が設けられる前壁９の面積が小さいため、正極集電部材１７及び負極集電部材１８を含む正極タブ１５及び負極タブ１６を正極外部端子４及び負極外部端子５に接続するための構造が占有するスペースが比較的小さい。

【0077】

また、当該蓄電素子１は、高さが制限される車両用の蓄電モジュールに用いられる場合、容量を大きくするには、前壁９の高さは大きくされず、底壁７、天壁８、及び一対の側壁１１の長さ（前壁９と後壁１０との間隔）が大きくされる。当該蓄電素子１は、その容量を大きくしても、積層電極体３の正極タブ１５及び負極タブ１６を正極外部端子４及び負極外部端子５に接続するための構造が占有するスペースが大きくならない。

【0078】

このように、当該蓄電素子１は、容量を大きくするほど内部の電気的接続のための構造が占有するスペースが相対的に小さくなるので、従来の構造に比してエネルギー密度をより大きくすることができる。つまり、当該蓄電素子１を用いることによって、大容量を確保しつつ、高さが限られた空間に設置することに適した蓄電モジュールを形成することができる。

【0079】

当該蓄電素子１は、正極外部端子４及び負極外部端子５が設けられる前壁９と対向する後壁１０に破裂弁６を設けるため、正極外部端子４及び負極外部端子５が破裂弁６に干渉しない。このため、当該蓄電素子１は、破裂弁６の開口面積を大きくすることができる。この結果、当該蓄電素子１は、通常予見される使用形態ではない特異な状況においてケース２の内圧が一定の圧力に達したときに確実且つ迅速に破裂弁６が開口し、速やかに内圧を下げることができるので、エネルギー密度を大きくしても安全性を保つことができる。

【0080】

当該蓄電素子１は、破裂弁６が後壁１０の中心から底壁７及び天壁８の対向方向にシフトした位置に設けられているので、後壁１０が他の蓄電素子の後壁に対向するよう配置した場合に、当該蓄電素子１の破裂弁６が他の蓄電素子の破裂弁に対向しない。これによって、当該蓄電素子１の内圧だけが上昇してその破裂弁６が開放されたときに噴出するガスが衝突して他の蓄電素子の破裂弁を不必要に開放させたり、他の蓄電素子の内圧だけが上昇してその破裂弁が開放されたときに噴出するガスが衝突して当該蓄電素子１の破裂弁６を不必要に開放させたりすることを防止できる。

【0081】

つまり、当該蓄電素子１は、他の蓄電素子と破裂弁６の開放時にガスを噴出させる空間を共有することができるので、実質的に占有するスペースが小さく、ケース２ひいては積層電極体３の容積を大きくしてエネルギー密度を大きくすることができる。

【0082】

図５及び図６に、本発明の別の態様に係る蓄電モジュールの一実施形態を示す。

【0083】

当該蓄電モジュールは、複数の蓄電素子と、この複数の蓄電素子を２列に並べて保持する保持部材３１とを備える。

【0084】

当該蓄電モジュールの複数の蓄電素子は、前記実施形態に係る複数の第１の蓄電素子１と、第１の蓄電素子１とは、前壁９における正極外部端子４及び負極外部端子５の配置ひいては積層電極体３の配置が反対であり、且つ後壁１０における破裂弁６のオフセット方向が上下反対に形成された複数の第２の蓄電素子１ａとを含む。

【0085】

第２の蓄電素子１ａの構成は、この上下関係の違いを除いて第１の蓄電素子１の構成と同様である。このため、同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。又、第１の蓄電素子１ａの底壁７と天壁８とを同じ構成とすれば、第１の蓄電素子１ａの上下を逆転することで第２の蓄電素子１ａとして使用することができる。

【0086】

当該蓄電モジュールは、複数の蓄電素子１，１ａを電気的に接続するバスバー３２をさらに備える。当該蓄電モジュールは、複数の蓄電素子１，１ａを載置する設置面を形成する冷却部材３３をさらに備えることが好ましい。

【0087】

保持部材３１は、複数の蓄電素子１，１ａを保持するフレームや箱体によって構成することができる。保持部材３１は、隣接する蓄電素子１，１ａの側壁１１同士が密接するよう押圧する機構や、保持する複数の蓄電素子１，１ａを冷却部材３３に密接するよう押圧する機構を有してもよい。

【0088】

保持部材３１は、各列内において第１の蓄電素子１と第２の蓄電素子１ａとを交互に配置し、隣接する第１の蓄電素子１及び第２の蓄電素子１ａが側壁１１同士を対向させるよう、複数の蓄電素子１，１ａを保持する。また、保持部材３１は、列間で第１の蓄電素子１と第２の蓄電素子１ａとが隣接し、後壁１０同士を対向させるよう、第１の蓄電素子１，１ａ保持する。

【0089】

保持部材３１は、列間で対向する第１の蓄電素子１の後壁１０と第２の蓄電素子１ａの後壁１０との間に隙間を形成し、この隙間によりいずれかの破裂弁６が開放した場合に噴出するガスを当該蓄電モジュールの外部に放出する排気路を画定する。これにより、当該蓄電モジュールは、蓄電素子１，１ａのいずれかの内圧が上昇して破裂弁が開放６した場合に、破裂弁６から噴出するガスを当該蓄電モジュールの外部にスムーズに排出して、蓄電素子１，１ａの内圧を迅速に低下することができる。

【0090】

このために、保持部材３１は、第１の蓄電素子１と第２の蓄電素子１ａとの間に部分的に配置される突出部を有することが好ましい。代案として、当該蓄電モジュールは、保持部材３１とは別に、列間で対向する蓄電素子１，１ａ間に配置されて排気路を画定するスペーサーをさらに備えてもよい。

【0091】

当該蓄電モジュールでは、列間で第１の蓄電素子１と第２の蓄電素子１ａとが隣接するため、列間で対向する蓄電素子１，１ａの破裂弁６の後壁１０の中心からのシフト位置が互いに反対になっている。これにより、一方の破裂弁６が開放してガスを噴出した場合に、他方の破裂弁６にガスが衝突することが防止されるので、ガスの衝突によって不必要に破裂弁６が開放されることがない。従って、当該蓄電モジュールでは、蓄電素子１，１ａの列間に形成される排気路の幅をガスを逃がすための必要最小限とすることができるので、エネルギー密度をより大きくすることができる。

【0092】

当該蓄電モジュールにおいて、第１の蓄電素子１の破裂弁６と第２の蓄電素子１ａの破裂弁６とが、底壁７及び天壁８の対向方向にオーバーラップしていないことが好ましい。つまり、列間で隣接する蓄電素子１，１ａの破裂弁６は、前壁９及び後壁１０の対向方向から見て互いに重なり合わないことが好ましい。このような配置は、先に述べたように、破裂弁６が後壁１０の底壁７側の半分の領域又は天壁８側の半分の領域内に全体が収まるよう配置されることで実現される。列間で隣接する蓄電素子１，１ａの破裂弁６同士がオーバーラップしないことで、一方の破裂弁６が開放した場合に噴出物が他方の破裂弁６に衝突することをより確実に防止することができる。

【0093】

バスバー３２は、蓄電素子１，１ａの正極外部端子４と負極外部端子５とを接続し、蓄電素子１，１ａを電気的に直列に接続する。

【0094】

このバスバー３２は、例えば金属板等を用いて形成することができる。

【0095】

冷却部材３３は、蓄電素子１，１ａが載置される載置面を有し蓄電素子１，１ａの底壁７に当接して底壁７から熱を奪う。この冷却部材３３は、外形が板状で、内部に冷媒が挿通される流路を備える構成とすることができる。

【0096】

冷却部材３３と蓄電素子１，１ａの底壁７との間には、両者の間に微細な隙間ができることによる熱伝達効率の低下を防止するために、例えばエラストマー、高分子ゲル等からなる伝熱シートなどが配置されてもよい。

【0097】

また、当該蓄電モジュールは、底壁７に当接する冷却部材３３を備えるため、蓄電素子１，１ａを効率よく冷却することができるので、発熱を伴う比較的大きい入出力を許容することができる。

【0098】

［その他の実施形態］
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

【0099】

前壁には正極外部端子又は負極外部端子のみが設けられ、積層電極体の負極タブ又は正極タブが前壁に接続されていてもよい。この場合、ケースの電位が負極板又は正極板と等しくなり、ケースの外壁（典型的には前壁）が外部の回路に接続するための負極外部端子又は正極外部端子として利用される。

【0100】

集電部材を介してタブを外部端子に接続される構成に限定されず、積層電極体の正極タブ及び負極タブを正極外部端子及び負極外部端子に直接接続してもよい。

【0101】

ケースは、有底筒状のケース本体と蓋体とによって構成されるものに限定されない。例として、本発明に係る蓄電素子のケースは、底壁、天壁及び一対の側壁を形成する筒状体と、この筒状体の両端を封止して前壁及び底壁をそれぞれ形成する一対の蓋体とを有するものであってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0102】

本発明に係る蓄電素子及び蓄電モジュールは、車両用の動力源として特に好適に利用することができる。

【符号の説明】

【0103】

１，１ａ 蓄電素子
２，２ａ ケース
３ 積層電極体
４ 正極外部端子
５ 負極外部端子
６ 破裂弁
７ 底壁
８ 天壁
９，９ａ 前壁
１０ 後壁
１１ 側壁
１２ 正極板
１３ 負極板
１４ セパレータ
１５ 正極タブ
１６ 負極タブ
１７ 正極集電部材
１８ 負極集電部材
１９ 外側ガスケット
２０ 内側ガスケット
２１ 多孔性シート
３１ 保持部材
３２ バスバー
３３ 冷却部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】