特開 2024-179095 蓄電セル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024179095

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】蓄電セル

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/593 20210101AFI20241219BHJP

   H01M 50/536 20210101ALI20241219BHJP

   H01M 50/586 20210101ALI20241219BHJP

   H01M 50/103 20210101ALI20241219BHJP

   H01M 50/15 20210101ALI20241219BHJP

   H01M 50/54 20210101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

H01M50/593

H01M50/536

H01M50/586

H01M50/103

H01M50/15

H01M50/54

【審査請求】有

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023097638

(22)【出願日】2023-06-14

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柿下 健一

(72)【発明者】

【氏名】杉原 敦史

(72)【発明者】

【氏名】和泉 潤

(72)【発明者】

【氏名】三村 哲矢

(72)【発明者】

【氏名】大畑 耕太

(72)【発明者】

【氏名】倉下 那奈

(72)【発明者】

【氏名】高橋 祐希

【テーマコード（参考）】

5H011

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H011AA03

5H011BB03

5H011CC06

5H011DD13

5H043AA05

5H043CA04

5H043CA13

5H043EA06

5H043EA34

5H043EA39

5H043GA22

5H043GA24

5H043HA02E

5H043HA11E

(57)【要約】

【課題】集電タブの収容スペースを低減することが可能な蓄電セルを提供すること。
【解決手段】蓄電セルは、電極体１００と、絶縁プレート１５０と、セルケース２００と、を備える。電極体は、複数の電極とセパレータとを有する。各電極は、集電箔と活物質層とを有する。電極体１００は、集電箔のうち活物質層が設けられた部位がセパレータを介して一方向に並ぶように配置された電極体本体１０１と、集電箔のうち活物質層が設けられていない部位で構成された複数の集電タブ１１２ｐ，１２２ｎと、を有する。各集電タブは、当該集電タブの一部が当該集電タブに隣接する集電タブと重なり合った状態で折り曲げられている。絶縁プレート１５０は、ベース部１５２と、第２方向におけるベース部１５２の端部に設けられた厚み調整部１５４と、を有する。厚み調整部１５４は、第２方向における内側に向かうにしたがって次第に薄くなる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極体と、
前記電極体に接するように配置された絶縁プレートと、
前記電極体及び前記絶縁プレートを収容するセルケースと、を備え、
前記電極体は、
一方向に並ぶように配置された複数の電極と、
前記複数の電極の各々の間を絶縁するセパレータと、を有し、
前記複数の電極の各々は、
集電箔と、
前記集電箔に設けられた活物質層と、を有し、
前記電極体は、
前記集電箔のうち前記活物質層が設けられた部位が前記セパレータを介して前記一方向に並ぶように配置された電極体本体と、
前記集電箔のうち前記活物質層が設けられていない部位で構成されており、前記一方向と直交する第１方向に前記電極体本体から突出するとともに、前記一方向及び前記第１方向の双方と直交する第２方向に並ぶように配置された複数の集電タブと、を有し、
前記複数の集電タブの各々は、当該集電タブの一部が当該集電タブに隣接する集電タブと重なり合った状態で折り曲げられており、
前記絶縁プレートは、
前記電極体本体と前記複数の集電タブとの間に配置されたベース部と、
前記第２方向における前記ベース部の端部に設けられた厚み調整部と、を有し、
前記厚み調整部は、前記第２方向における内側に向かうにしたがって次第に薄くなる、蓄電セル。

【請求項2】

前記セルケースは、
前記電極体本体から前記複数の集電タブが突出する向きに開口する開口部を有するケース本体と、
前記ケース本体の前記開口部を閉塞する蓋と、を有し、
前記複数の集電タブは、前記蓋に溶接されている、請求項１に記載の蓄電セル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、蓄電セルに関する。

【背景技術】

【0002】

国際公開第２００９／０３１４４２号には、スタック電極体と、集電リード板と、電池缶と、を備える積層型電池が開示されている。スタック電極体は、複数の集電タブが束ねられることによって形成された集電タブ群を有している。集電タブ群は、集電リード板の下面に溶接されている。集電リード板は、電池缶に設けられた外部端子の下端部に溶接されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２００９／０３１４４２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

国際公開第２００９／０３１４４２号に記載される積層型セルでは、複数の集電タブを束ねる必要があるため、各集電タブが長くなる。このため、複数の集電タブが束ねられることによって形成された集電タブ群を収容するための大きなスペースが電池缶内に必要となる。

【0005】

本開示の目的は、集電タブの収容スペースを低減することが可能な蓄電セルを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一局面に従った蓄電セルは、電極体と、前記電極体に接するように配置された絶縁プレートと、前記電極体及び前記絶縁プレートを収容するセルケースと、を備え、前記電極体は、一方向に並ぶように配置された複数の電極と、前記複数の電極の各々の間を絶縁するセパレータと、を有し、前記複数の電極の各々は、集電箔と、前記集電箔に設けられた活物質層と、を有し、前記電極体は、前記集電箔のうち前記活物質層が設けられた部位が前記セパレータを介して前記一方向に並ぶように配置された電極体本体と、前記集電箔のうち前記活物質層が設けられていない部位で構成されており、前記一方向と直交する第１方向に前記電極体本体から突出するとともに、前記一方向及び前記第１方向の双方と直交する第２方向に並ぶように配置された複数の集電タブと、を有し、前記複数の集電タブの各々は、当該集電タブの一部が当該集電タブに隣接する集電タブと重なり合った状態で折り曲げられており、前記絶縁プレートは、前記電極体本体と前記複数の集電タブとの間に配置されたベース部と、前記第２方向における前記ベース部の端部に設けられた厚み調整部と、を有し、前記厚み調整部は、前記第２方向における内側に向かうにしたがって次第に薄くなる。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、集電タブの収容スペースを低減することが可能な蓄電セルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の一実施形態における蓄電セルを概略的に示す斜視図である。

【図2】図１に示される蓄電セルの断面図である。

【図3】電極体の一部の拡大断面図である。

【図4】蓄電セルの変形例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

【0010】

図１は、本開示の一実施形態における蓄電セルを概略的に示す斜視図である。図２は、図１に示される蓄電セルの断面図である。

【0011】

図１及び図２に示されるように、蓄電セル１は、電極体１００と、一対の絶縁プレート１５０と、セルケース２００と、電解液（図示略）と、一対の外部端子３００と、一対の連結部材４００と、絶縁部材５００と、を備えている。

【0012】

図３は、電極体の一部の拡大断面図である。図３に示されるように、電極体１００は、複数の電極１１０，１２０と、セパレータ１３０と、を備えている。

【0013】

図３に示されるように、複数の電極１１０，１２０は、一方向（図３における左右方向）に並ぶように配置されている。複数の電極１１０，１２０は、複数の正極電極１１０と、複数の負極電極１２０と、を有している。

【0014】

各正極電極１１０は、幅方向（一方向及び上下方向の双方と直交する方向）に長い長方形形状に形成されている。各正極電極１１０は、正極集電箔１１２と、正極集電箔１１２の両面に設けられた正極活物質層１１４と、を有している。

【0015】

各負極電極１２０は、幅方向に長い長方形形状に形成されている。各負極電極１２０は、負極集電箔１２２と、負極集電箔１２２の両面に設けられた負極活物質層１２４と、を有している。

【0016】

セパレータ１３０は、正極電極１１０及び負極電極１２０間を絶縁している。セパレータ１３０は、絶縁材料からなり、イオンの透過を許容する微小な空隙を有している。

【0017】

図２及び図３に示されるように、電極体１００は、電極体本体１０１と、複数の集電タブ１１２ｐ，１２２ｎと、を有している。

【0018】

電極体本体１０１は、集電箔１１２，１２２のうち活物質層１１４，１２４が設けられた部位がセパレータ１３０を介して一方向に並ぶように配置されたものである。

【0019】

各集電タブ１１２ｐ，１２２ｎは、集電箔１１２，１２２のうち活物質層１１４，１２４が設けられていない部位で構成されており、第１方向（本実施形態では上下方向）に電極体本体１０１から突出している。具体的に、複数の集電タブ１１２ｐ，１２２ｎは、複数の正極タブ１１２ｐと、複数の負極タブ１２２ｎと、を有している。各正極タブ１１２ｐは、第１方向における一方側に向かって電極体本体１０１から突出している。各負極タブ１２２ｎは、第１方向における他方側に向かって電極体本体１０１から突出している。

【0020】

複数の集電タブ１１２ｐ，１２２ｎは、一方向及び第１方向の双方と直交する第２方向（本実施形態では幅方向）に並ぶように配置されている。各集電タブ１１２ｐ，１２２ｎは、当該集電タブ１１２ｐ，１２２ｎの一部が当該集電タブ１１２ｐ，１２２ｎに隣接する集電タブと重なり合った状態で折り曲げられている。

【0021】

各絶縁プレート１５０は、電極体１００に接するように配置されている。一対の絶縁プレート１５０の一方は、電極体本体１０１と複数の正極タブ１１２ｐとの間に配置されており、一対の絶縁プレート１５０の他方は、電極体本体１０１と複数の負極タブ１２２ｎとの間に配置されている。

【0022】

図２に示されるように、各絶縁プレート１５０は、ベース部１５２と、厚み調整部１５４と、を有している。

【0023】

ベース部１５２は、電極体本体１０１と複数の集電タブ１１２ｐ，１２２ｎとの間に配置されている。ベース部１５２は、平板状に形成されている。

【0024】

厚み調整部１５４は、第２方向におけるベース部１５２の端部に設けられている。厚み調整部１５４は、第２方向における内側に向かうにしたがって次第に薄くなっている。

【0025】

セルケース２００は、電極体１００を収容している。セルケース２００には、図示略の電解液が収容されている。セルケース２００は、密封されている。セルケース２００は、ケース本体２１０と、蓋２２０と、を有している。

【0026】

ケース本体２１０は、電極体本体１０１から各正極タブ１１２ｐが突出する向きに開口する開口部２１０ａ（図２を参照）を有している。本実施形態では、開口部２１０ａは、上向きに開口している。ケース本体２１０は、アルミニウム等の金属からなる。図２に示されるように、ケース本体２１０は、底壁２１２と、周壁２１４と、を有している。底壁２１２は、矩形かつ平板状に形成されている。周壁２１４は、底壁２１２から起立している。周壁２１４は、四角筒状に形成されている。周壁２１４の上端部が開口部２１０ａを構成している。幅方向における周壁２１４の長さは、厚さ方向における周壁２１４の長さよりも長い。高さ方向における周壁２１４の長さは、厚さ方向における周壁２１４の長さよりも長い。

【0027】

蓋２２０は、ケース本体２１０の開口部２１０ａを閉塞している。蓋２２０は、溶接等によって開口部２１０ａに接続されている。蓋２２０は、平板状に形成されている。蓋２２０は、アルミニウム等の金属からなる。蓋２２０は、圧力解放弁２２２と、封止部材２２４と、を有している。

【0028】

圧力解放弁２２２は、蓋２２０の中央部に形成されている。圧力解放弁２２２は、セルケース２００の内圧が所定圧以上となると破断するように形成されている。圧力解放弁２２２が破断することで、セルケース２００内のガスが当該圧力解放弁２２２を通じてセルケース２００外に放出されるため、セルケース２００の内圧が低下する。

【0029】

封止部材２２４は、蓋２２０に形成された注液口ｈを封止している。注液口ｈは、蓄電セル１の製造過程において、セルケース２００内に電解液を注入するための貫通孔である。注液口ｈは、当該注液口ｈを通じてケース本体２１０に電解液が注入された後、封止部材２２４によって封止される。

【0030】

一対の外部端子３００は、セルケース２００上に固定されている。一対の外部端子３００の一方は、正極の外部端子であり、他方は、負極の外部端子である。各外部端子３００は、後述の上絶縁部５１０を介して蓋２２０の上面に固定されている。各外部端子３００は、アルミニウム等の金属からなる。各外部端子３００は、例えば、直方体形状に形成される。各外部端子３００には、図示略のバスバーが溶接等によって接続される。

【0031】

一対の連結部材４００は、複数の集電タブ１１２ｐ，１２２ｎと外部端子３００とを連結している。一対の連結部材４００は、複数の正極タブ１１２ｐと正極の外部端子３００とを連結する正極連結部４１０と、複数の負極タブ１２２ｎと負極の外部端子３００とを連結する負極連結部４２０と、を有している。

【0032】

正極連結部４１０は、正極集電板４１２と、正極連結ピン４１４と、中間部材４１６と、を有している。

【0033】

正極集電板４１２は、複数の正極タブ１１２ｐに溶接等によって接続されている。正極集電板４１２は、平板状に形成されている。

【0034】

正極連結ピン４１４は、正極の外部端子３００に連結されている。正極連結ピン４１４は、蓋２２０に設けられた貫通孔に挿入された状態で溶接やカシメ等によって正極の外部端子３００に接続されている。

【0035】

中間部材４１６は、正極集電板４１２と正極連結ピン４１４とを連結している。中間部材４１６の下面は、正極集電板４１２の上面に接続されており、中間部材４１６の上面は、正極連結ピン４１４の下端部に接続されている。

【0036】

負極連結部４２０は、負極集電板４２２と、負極連結ピン４２４と、中間部材４２６と、を有している。

【0037】

負極集電板４２２は、複数の負極タブ１２２ｎに溶接等によって接続されている。負極集電板４２２は、平板状に形成されている。

【0038】

負極連結ピン４２４は、負極の外部端子３００に連結されている。負極連結ピン４２４は、蓋２２０に設けられた貫通孔に挿入された状態で溶接やカシメ等によって負極の外部端子３００に接続されている。

【0039】

中間部材４２６は、負極集電板４２２と負極連結ピン４２４とを連結している。中間部材４２６の下端部は、負極集電板４２２の端部に接続されている。中間部材４２６の上面は、負極連結ピン４２４の下端部に接続されている。

【0040】

絶縁部材５００は、セルケース２００と連結部材４００との間を絶縁している。絶縁部材５００は、上絶縁部５１０と、下絶縁部５２０と、インシュレータ５３０と、絶縁板５４０と、を有している。

【0041】

上絶縁部５１０は、蓋２２０の上面に固定されている。上絶縁部５１０は、蓋２２０と外部端子３００との間に配置されている。上絶縁部５１０には、連結ピン４１４，４２４を挿通させる挿通孔が設けられている。

【0042】

下絶縁部５２０は、蓋２２０の下面に固定されている。下絶縁部５２０は、蓋２２０と、中間部材４１６，４２６の上面と、の間に配置されている。下絶縁部５２０には、連結ピン４１４，４２４を挿通させる挿通孔が設けられている。

【0043】

インシュレータ５３０は、連結ピン４１４，４２４と蓋２２０との間に配置されている。インシュレータ５３０は、筒状に形成されており、連結ピン４１４，４２４を包囲している。

【0044】

以上に説明したように、本実施形態における蓄電セル１では、複数の集電タブ１１２ｐ，１２２ｎは、第２方向に並ぶように配置され、かつ、隣接する集電タブと重なり合った状態で折り曲げられているため、集電タブ１１２ｐ，１２２ｎの収容スペースが低減される。さらに、絶縁プレート１５０の厚み調整部１５４は、第２方向における内側に向かうにしたがって次第に薄くなっているため、第２方向における端部に配置された集電タブ１１２ｐ，１２２ｎの外表面の位置と他の集電タブ１１２ｐ，１２２ｎの外表面の位置とのズレが減少する。

【0045】

なお、図４に示されるように、ケース本体２１０が筒状（例えば四角筒状）に形成され、蓋２２０は、ケース本体２１０の一方の開口部２１０ａを閉塞する第１蓋部２２０ａと、ケース本体２１０の他方の開口部２１０ｂを閉塞する第２蓋部２２０ｂと、を有していてもよい。この場合において、連結部材４００は、省略されてもよい。つまり、複数の正極タブ１１２ｐは、第１蓋部２２０ａに溶接等によって直接接続され、複数の負極タブ１２２ｎは、第２蓋部２２０ｂに溶接等によって直接接続されてもよい。この場合、絶縁部材５００は、ケース本体２１０と各蓋部２２０ａ，２２０ｂとの間に設けられる。

【0046】

上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

【0047】

［態様１］
電極体と、
前記電極体に接するように配置された絶縁プレートと、
前記電極体及び前記絶縁プレートを収容するセルケースと、を備え、
前記電極体は、
一方向に並ぶように配置された複数の電極と、
前記複数の電極の各々の間を絶縁するセパレータと、を有し、
前記複数の電極の各々は、
集電箔と、
前記集電箔に設けられた活物質層と、を有し、
前記電極体は、
前記集電箔のうち前記活物質層が設けられた部位が前記セパレータを介して前記一方向に並ぶように配置された電極体本体と、
前記集電箔のうち前記活物質層が設けられていない部位で構成されており、前記一方向と直交する第１方向に前記電極体本体から突出するとともに、前記一方向及び前記第１方向の双方と直交する第２方向に並ぶように配置された複数の集電タブと、を有し、
前記複数の集電タブの各々は、当該集電タブの一部が当該集電タブに隣接する集電タブと重なり合った状態で折り曲げられており、
前記絶縁プレートは、
前記電極体本体と前記複数の集電タブとの間に配置されたベース部と、
前記第２方向における前記ベース部の端部に設けられた厚み調整部と、を有し、
前記厚み調整部は、前記第２方向における内側に向かうにしたがって次第に薄くなる、蓄電セル。

【0048】

この蓄電セルでは、複数の集電タブは、第２方向に並ぶように配置され、かつ、隣接する集電タブと重なり合った状態で折り曲げられているため、集電タブの収容スペースが低減される。さらに、絶縁プレートの厚み調整部は、第２方向における内側に向かうにしたがって次第に薄くなっているため、第２方向における端部に配置された集電タブの外表面の位置と他の集電タブの外表面の位置とのズレが減少する。

【0049】

［態様２］
前記セルケースは、
前記電極体本体から前記複数の集電タブが突出する向きに開口する開口部を有するケース本体と、
前記ケース本体の前記開口部を閉塞する蓋と、を有し、
前記複数の集電タブは、前記蓋に溶接されている、態様１に記載の蓄電セル。

【0050】

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【符号の説明】

【0051】

１ 蓄電セル、１００ 電極体、１０１ 電極体本体、１１０ 正極電極、１１２ 正極集電箔、１１２ｐ 正極タブ（集電タブ）、１１４ 正極活物質層、１２０ 負極電極、１２２ 負極集電箔、１２２ｎ 負極タブ（集電タブ）、１３０ セパレータ、１５０ 絶縁プレート、１５２ ベース部、１５４ 厚み調整部、２００ セルケース、２１０ ケース本体、２２０ 蓋、２２０ａ 第１蓋部、２２０ｂ 第２蓋部、３００ 外部端子、４００ 連結部材、４１０ 正極連結部、４１２ 正極集電板、４１４ 正極連結ピン、４１６ 中間部材、４２０ 負極連結部、４２２ 負極集電板、４２４ 負極連結ピン、４２６ 中間部材、５００ 絶縁部材、５１０ 上絶縁部、５２０ 下絶縁部、５３０ インシュレータ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】