特許 7622721 蓄電セル

(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】

(24)【登録日】2025-01-20

(45)【発行日】2025-01-28

(54)【発明の名称】蓄電セル

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/477 20210101AFI20250121BHJP

   H01M 50/474 20210101ALI20250121BHJP

   H01G 11/78 20130101ALI20250121BHJP

   H01M 50/486 20210101ALI20250121BHJP

【ＦＩ】

H01M50/477

H01M50/474

H01G11/78

H01M50/486

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2022172245

(22)【出願日】2022-10-27

(65)【公開番号】P2024063995

(43)【公開日】2024-05-14

【審査請求日】2023-12-13

(73)【特許権者】

【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】山本 聡美

(72)【発明者】

【氏名】芳賀 正宜

(72)【発明者】

【氏名】千原 真志

(72)【発明者】

【氏名】池田 丈典

(72)【発明者】

【氏名】倉下 那奈

【審査官】瀧口 博史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－２１２５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１１８８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０１１９１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０１０９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０８５２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１１１７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／４７７

Ｈ０１Ｍ ５０／２８９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極体と、
前記電極体を収容するセルケースと、を備え、
前記電極体は、
２つの単位電極体と、
前記２つの単位電極体の周面と底面とをまとめて覆う形状を有する絶縁フィルムと、を含み、
前記セルケースは、
前記電極体を収容するとともに上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塞ぐように前記ケース本体に接続された蓋と、
前記電極体の厚さ方向における前記ケース本体と前記電極体との間に配置された一対の弾性部材と、を有し、
前記厚さ方向及び上下方向の双方と直交する幅方向における各前記弾性部材の長さは、前記幅方向における前記電極体の長さ以上に設定されており、
各前記弾性部材は、
前記電極体を前記厚さ方向に見たときにおける前記電極体の周縁部と対向する周縁対向部と、
前記周縁対向部の内側に形成されており、前記電極体を前記厚さ方向に見たときにおける前記電極体の中央部と対向する中央対向部と、を有し、
前記中央対向部は、前記厚さ方向に前記絶縁フィルムから離間する向きに窪む形状を有し、
前記中央対向部における最小厚みと前記周縁対向部の厚みとの差は、各前記単位電極体の厚みの１０％以上５０％以下に設定されている、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】

特開２０１１－９６４８５号公報には、電池要素と、電池要素を収容する電池ケースと、電池要素の側面と電池ケースとの間に配置された弾性部材と、を備える二次電池が開示されている。電池要素は、弾性部材の圧縮力により電池ケースに対して押し付けられた状態で保持されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－９６４８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特開２０１１－９６４８５号公報に記載される二次電池では、充電中等に電極体が膨張することに起因して、電極体に作用する面圧が不均一になる。このため、電極体に反応ムラが生じる懸念がある。

【0005】

本開示の目的は、電極体に反応ムラが生じるのを抑制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、前記電極体を収容するセルケースと、を備え、前記セルケースは、前記電極体を収容するとともに上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塞ぐように前記ケース本体に接続された蓋と、前記ケース本体と前記電極体との間に配置された弾性部材と、を有し、前記弾性部材は、前記電極体の中央部と対向する中央対向部を有し、前記中央対向部は、前記電極体から離間する向きに凸となるように湾曲する形状を有する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、電極体に反応ムラが生じるのを抑制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分解斜視図である。

【図3】図１に示される蓄電セルの断面図である。

【図4】図３とは異なる平面での蓄電セルの断面図である。

【図5】負極連結ピンの近傍の拡大断面図である。

【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分解斜視図である。図３は、図１に示される蓄電セルの断面図である。図４は、図３とは異なる平面での蓄電セルの断面図である。

【0011】

図１～図４に示されるように、蓄電セル１は、電極体１００と、セルケース２００と、外部端子３００と、連結部材４００と、絶縁部材５００と、を備えている。

【0012】

電極体１００は、複数の単位電極体１１１，１１２と、絶縁フィルム１２０と、を有している。本実施形態では、複数の単位電極体は、２つの単位電極体１１１，１１２を含んでいる。各単位電極体１１１，１１２は、複数のタブ、すなわち、複数の正極タブ１１０Ｐ及び複数の負極タブ１１０Ｎを含んでいる。各単位電極体１１１，１１２は、互いに同じ構造を有している。このため、以下、単位電極体１１１について説明する。

【0013】

単位電極体１１１は、正極シートと、セパレータと、負極シートと、を含んでいる。正極シート、負極シートおよびセパレータは、長尺な長方形形状に形成されている。

【0014】

正極シートは、金属箔と、金属箔に設けられた正極合材層と、を含んでいる。金属箔の上側の長辺部には、正極合材層が形成されていない未塗工部が形成されており、この未塗工部には、前記複数の正極タブ１１０Ｐが互いに間隔をあけて形成されている。

【0015】

負極シートは、金属箔と、金属箔に形成された負極合材層と、を含んでいる。金属箔の上側の長辺部には、負極合材層が形成されていない未塗工部が形成されており、この未塗工部には、前記複数の負極タブ１１０Ｎが互いに間隔をあけて形成されている。

【0016】

各シートを巻回した状態においては、各正極タブ１１０Ｐが厚さ方向（図３において紙面と直交する方向）に配列されるとともに、各負極タブ１１０Ｎが厚さ方向に配列されるように形成されている。なお、正極タブ１１０Ｐおよび負極タブ１１０Ｎは、幅方向（厚さ方向及び高さ方向の双方と直交する方向）に間隔をあけて配置されている。

【0017】

絶縁フィルム１２０は、複数の単位電極体１１１，１１２の周面と底面とをまとめて覆う形状を有している。

【0018】

セルケース２００は、電極体１００を収容している。セルケース２００は、図示略の電解液も収容している。セルケース２００は、密封されている。図２～図４に示されるように、セルケース２００は、ケース本体２１０と、蓋２２０と、弾性部材２３０と、を有している。

【0019】

ケース本体２１０は、上向きに開口する開口部２１１を有している。ケース本体２１０は、アルミニウム等の金属からなる。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。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。

【0020】

蓋２２０は、ケース本体２１０の開口部２１１を閉塞している。蓋２２０は、溶接等によって開口部２１１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、蓋本体２２２と、反転板２２４と、を有している。

【0021】

蓋本体２２２は、ケース本体２１０に溶接等によって接続されている。蓋本体２２２には、圧力解放弁２２２ａと、注液孔２２２ｂと、封止部材２２２ｃと、一対のピン挿通孔２２２ｄと、が形成されている。

【0022】

圧力解放弁２２２ａは、蓋本体２２２の中央部に形成されている。圧力解放弁２２２ａ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２２２ａ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２２２ａ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。

【0023】

注液孔２２２ｂ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。

【0024】

封止部材２２２ｃは、注液孔２２２ｂを封止する部材である。注液孔２２２ｂは、ケース本体２１０への電解液の注入後、封止部材２２２ｃによって封止される。

【0025】

一対のピン挿通孔２２２ｄは、幅方向に互いに間隔をあけて形成されている。各ピン挿通孔２２２ｄは、後述の連結ピン４２０を挿通するための貫通孔である。

【0026】

反転板２２４は、溶接等によって蓋本体２２２に接続されている。反転板２２４は、蓋本体２２２の外側から内側に向かって凸となるように湾曲する形状を有している。反転板２２４は、セルケース２００の内圧が所定圧以上となると、セルケース２００の内側から外側に向かって凸となるように湾曲する形状に変形する。

【0027】

弾性部材２３０は、ケース本体２１０と電極体１００との間に配置されている。弾性部材２３０は、ゴムや樹脂等からなる。図２及び図４に示されるように、弾性部材２３０は、厚さ方向に電極体１００と対向する位置に配置されている。幅方向における弾性部材２３０の長さは、同方向における電極体１００の長さと同じかそれ以上に設定されている。ただし、幅方向における弾性部材２３０の長さは、同方向における電極体１００の長さより短くてもよい。

【0028】

図４に示されるように、弾性部材２３０は、周縁対向部２３２と、中央対向部２３４と、を有している。

【0029】

周縁対向部２３２は、電極体１００の周縁部と対向している。周縁対向部２３２は、電極体１００の周縁部に接している。周縁対向部２３２の厚みは、各単位電極体１１１，１１２の厚みよりも小さい。

【0030】

中央対向部２３４は、電極体１００の中央部と対向している。中央対向部２３４は、電極体１００から離間する向きに窪む形状を有している。より詳細には、中央対向部２３４は、電極体１００から離間する向き（厚み方向における外向き）に凸となるように湾曲する形状を有している。中央対向部２３４における最小厚みと周縁対向部２３２の厚みとの差は、各単位電極体１１１，１１２の厚みの１０％以上５０％以下に設定されてもよい。

【0031】

外部端子３００は、セルケース２００の上面に固定されている。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。外部端子３００は、正極部材３００Ｐと、負極部材３００Ｎと、を有している。

【0032】

正極部材３００Ｐは、セルケース２００の上面に溶接等によって接続されている。正極部材３００Ｐは、正極端子板３１０と、端子ブロック３２０と、を有している。

【0033】

正極端子板３１０は、直方体形状に形成されている。正極端子板３１０は、アルミニウム等の金属からなる。

【0034】

端子ブロック３２０は、直方体形状に形成されている。端子ブロック３２０は、正極端子板３１０を構成する金属とは異なる金属（鉄など）からなる。端子ブロック３２０は、蓋本体２２２の上面に溶接によって接続されており、この端子ブロック３２０の上面に、正極端子板３１０が溶接等によって接続されている。つまり、ケース本体２１０及び蓋２２０は、端子ブロック３２０を介して正極端子板３１０に電気的に接続されており、正極端子板３１０と同じ極性に帯電している。正極端子板３１０及び端子ブロック３２０の各々には、後述の正極連結ピン４２０Ｐを挿通させるための貫通孔が形成されている。

【0035】

負極部材３００Ｎは、セルケース２００の上面に溶接等によって接続されている。負極部材３００Ｎは、正極部材３００Ｐから幅方向に間隔をあけて配置されている。負極部材３００Ｎは、負極端子板３３０と、絶縁プレート３４０と、を有している。

【0036】

負極端子板３３０は、略直方体形状に形成されている。負極端子板３３０は、反転板２２４の上方に配置されている。図５に示されるように、負極端子板３３０は、反転板２２４に対向する対向部３３２を有している。なお、セルケース２００の内圧が所定圧未満（通常時）の場合、反転板２２４は、対向部３３２から離間している。

【0037】

絶縁プレート３４０は、蓋２２０の上面に固定されている。絶縁プレート３４０は、負極端子板３３０を保持している。絶縁プレート３４０は、蓋２２０と負極端子板３３０との間を絶縁している。負極端子板３３０及び絶縁プレート３４０の各々には、後述の負極連結ピン４２０Ｎを挿通させるための貫通孔が形成されている。図３及び図５に示されるように、絶縁プレート３４０は、対向部３３２を露出させる露出口３４２を有している。

【0038】

連結部材４００は、複数のタブ１１０Ｐ，１１０Ｎと外部端子３００とを連結している。連結部材４００は、集電板４１０と、連結ピン４２０と、を有している。

【0039】

集電板４１０は、複数のタブに接続されている。集電板４１０は、正極集電板４１０Ｐと、負極集電板４１０Ｎと、を有している。

【0040】

正極集電板４１０Ｐは、溶接等によって複数の正極タブ１１０Ｐに接続されている。正極集電板４１０Ｐは、第１平板部４１１と、第２平板部４１２と、を有している。

【0041】

第１平板部４１１には、複数の正極タブ１１０Ｐが超音波溶接等によって接続されている。第１平板部４１１には、貫通孔が形成されている。複数の正極タブ１１０Ｐは、第１平板部４１１の下面に接続されている。ただし、複数の正極タブ１１０Ｐは、第１平板部４１１の上面に接続されてもよい。

【0042】

第２平板部４１２は、幅方向における第１平板部４１１の外側に配置されている。第２平板部４１２には、連結孔４１２ｈと、ヒューズ部４１２ａと、が形成されている。ヒューズ部４１２ａは、第２平板部４１２をその厚み方向に貫通する貫通孔で構成されている。なお、図３に示されるように、第２平板部４１２と第１平板部４１１との間に薄肉部が形成されていてもよい。

【0043】

負極集電板４１０Ｎは、溶接等によって複数の負極タブ１１０Ｎに接続されている。負極集電板４１０Ｎの構成は、正極集電板４１０Ｐの構成と実質的に同じである。

【0044】

連結ピン４２０は、集電板４１０と外部端子３００とを連結している。連結ピン４２０は、正極連結ピン４２０Ｐと、負極連結ピン４２０Ｎと、を有している。

【0045】

正極連結ピン４２０Ｐは、正極集電板４１０Ｐと正極端子板３１０とを連結している。正極連結ピン４２０Ｐは、円柱状に形成されている。正極連結ピン４２０Ｐの下端部は、連結孔４１２ｈに挿入された状態で第２平板部４１２に接続されている。正極連結ピン４２０Ｐの上端部は、正極端子板３１０にカシメられている。

【0046】

負極連結ピン４２０Ｎは、負極集電板４１０Ｎと負極端子板３３０とを連結している。負極連結ピン４２０Ｎは、円柱状に形成されている。負極連結ピン４２０Ｎの下端部は、連結孔４１２ｈに挿入された状態で第２平板部４１２に接続されている。負極連結ピン４２０Ｎの上端部は、負極端子板３３０にカシメられている。

【0047】

絶縁部材５００は、連結部材４００とセルケース２００との間を絶縁している。絶縁部材５００は、絶縁シート５１０と、インシュレータ５２０と、を有している。

【0048】

絶縁シート５１０は、蓋本体２２２の下面に接続されている。絶縁シート５１０のうち、高さ方向に圧力解放弁２２２ａと重なる部位、注液孔２２２ｂと重なる部位、各ピン挿通孔２２２ｄと重なる部位、及び、反転板２２４と重なる部位に、貫通孔が形成されている。

【0049】

インシュレータ５２０は、連結ピン４２０を包囲する形状を有しており、連結ピン４２０とセルケース２００との間を絶縁している。インシュレータ５２０は、正極側インシュレータ５２０Ｐと、負極側インシュレータ５２０Ｎと、を有している。

【0050】

正極側インシュレータ５２０Ｐは、正極連結ピン４２０Ｐを被覆している。正極側インシュレータ５２０Ｐは、円筒状に形成されている。正極側インシュレータ５２０Ｐは、正極連結ピン４２０Ｐと蓋本体２２２との間を絶縁している。

【0051】

負極側インシュレータ５２０Ｎは、負極連結ピン４２０Ｎを被覆している。負極側インシュレータ５２０Ｎの構造は、正極側インシュレータ５２０Ｐの構造と同じである。

【0052】

以上に説明した蓄電セル１において、電極体１００への異常の発生等に起因してセルケース２００の内圧が前記所定圧以上まで上昇すると、反転板２２４は、反転する（上向きに凸となるように湾曲する形状に変形する）ことによって負極端子板３３０の対向部３３２に接触する。これにより、蓋２２０を介して外部端子３００、連結部材４００及び電極体１００が閉回路を形成するため、この回路に大電流が流れる。そうすると、第２平板部４１２に形成されたヒューズ部４１２ａが溶断する。その結果、電極体１００とセルケース２００との電気的な接続が遮断される。

【0053】

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、弾性部材２３０における中央対向部２３４が、電極体１００から離間する向きに凸となるように湾曲する形状を有しているため、充電中等に電極体１００が膨張した場合においても、電極体１００に作用する面圧が不均一になることが抑制される。よって、電極体１００への反応ムラの発生が抑制される。

【0054】

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。

【0055】

［態様１］
電極体と、
前記電極体を収容するセルケースと、を備え、
前記セルケースは、
前記電極体を収容するとともに上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塞ぐように前記ケース本体に接続された蓋と、
前記ケース本体と前記電極体との間に配置された弾性部材と、を有し、
前記弾性部材は、前記電極体の中央部と対向する中央対向部を有し、
前記中央対向部は、前記電極体から離間する向きに凸となるように湾曲する形状を有する、蓄電セル。

【0056】

この蓄電セルでは、弾性部材における中央対向部が、電極体から離間する向きに凸となるように湾曲する形状を有するため、充電中等に電極体が膨張した場合においても、電極体に作用する面圧が不均一になることが抑制される。よって、電極体への反応ムラの発生が抑制される。

【0057】

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】

【0058】

１ 蓄電セル、１００ 電極体、１１０Ｎ 負極タブ、１１０Ｐ 正極タブ、１１１，１１２ 単位電極体、１２０ 絶縁フィルム、２００ セルケース、２１０ ケース本体、２１１ 開口部、２２０ 蓋、２２２ 蓋本体、２２４ 反転板、２３０ 弾性部材、２３２ 周縁対向部、２３４ 中央対向部、３００ 外部端子、３００Ｎ 負極部材、３００Ｐ 正極部材、３１０ 正極端子板、３２０ 端子ブロック、３３０ 負極端子板、３４０ 絶縁プレート、４００ 連結部材、４１０ 集電板、４１０Ｎ 負極集電板、４１０Ｐ 正極集電板、４２０ 連結ピン、４２０Ｎ 負極連結ピン、４２０Ｐ 正極連結ピン、４２２ 被覆部、４２２ａ ヒューズ部、５００ 絶縁部材、５１０ 絶縁シート、５２０ インシュレータ、５２０Ｎ 負極側インシュレータ、５２０Ｐ 正極側インシュレータ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】