CN104659401A - 蓄电元件以及蓄电元件模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种蓄电元件以及蓄电元件模块。本发明具备：包括卷芯和电极的电极体；和壳体，壳体以及卷芯分别具有第1压力(P1)与第2压力(P2)之比(P2/P1)满足0.01≤P2/P1≤100的强度，其中，第1压力(P1)为壳体的第1部位被压头按压而从初始位置位移了1mm时压头对该第1部位施加的压力，第2压力(P2)为卷芯中与第1部位相对置的第2部位被压头按压而从初始位置位移了1mm时压头对该第2部位施加的压力。
Description
本申请主张2013年11月15日申请的日本国申请2013-237221号、以及2014年9月19日申请的日本国申请2014-191185号的优先权，并通过引用来组合这些申请。
技术领域
本发明涉及能进行充放电的蓄电元件以及具备上述蓄电元件的蓄电元件模块。
背景技术
一直以来公知具备电极体和容纳该电极体的壳体的二次电池等可充放电的蓄电元件。在这种蓄电元件中，有例如如图12所示那样具备电极体100的元件，该电极体100具有卷芯101和缠绕在卷芯101的周围的电极102(日本国特开平6-203870号公报)。在这种蓄电元件中，如果反复进行充放电循环，则电极102的膨胀、收缩会反复。因此，在上述蓄电元件中，由于上述膨胀、收缩引起的电极102的变形等，有时容量保持率等涉及充放电的特性会下降。
发明内容
因而，本发明的课题在于，鉴于上述问题而提出，提供一种能够抑制反复充放电循环时与充放电相关的特性的降低的蓄电元件以及蓄电元件模块。
为了实现与本申请发明的几个特征相关的基本理解，以下记载本发明的简单概要。该概要并不表示针对本发明的外延的概略。这并不意味着对本发明的主要或者重要要素进行特定或者限定发明的范围。其目的仅在于，以简化的方式提示发明的几个基本概念以作为后续的更详细的说明的前置条件。
本发明的蓄电元件的特征在于，具备：
电极体，具有卷芯和缠绕在该卷芯的周围的电极；和
壳体，具有周壁，以在上述周壁与上述卷芯之间紧密地层叠上述电极的状态在内部容纳上述电极体，
上述壳体以及上述卷芯分别具有第1压力P1与第2压力P2之比P2/P1满足0.01≤P2/P1≤100的刚性，上述第1压力P1是在上述电极体未被容纳于上述壳体中的状态下作为该壳体的规定部位的第1部位被压头按压而从初始位置位移了1mm时上述压头对该第1部位施加的压力，上述第2压力P2是在没有缠绕上述电极的状态下上述卷芯中与上述第1部位相对置的部位、即第2部位被上述压头按压而从初始位置位移了1mm时上述压头对该第2部位施加的压力。
附图说明
如下所述，本发明的上述的特征以及其他特征会通过被本发明图解的实施方式的说明以及附图而变得更加明确。
图1为本实施方式的非水电解质二次电池的立体图。
图2为图1中的II-II位置的截面图。
图3为图1中的III-III位置的放大截面图。
图4为用于说明第1压力的求出方法的图。
图5为用于说明第2压力的求出方法的图。
图6为蓄电元件模块的示意立体图。
图7为表示对称制约的1/4壳体的模型的立体图。
图8为表示上述壳体的模型被1/4的圆形压头的模型按压时的该壳体各部位的位移的分析图。
图9为表示对称制约的1/4的卷芯模型的立体图。
图10为表示上述卷芯的模型被1/4的圆形压头的模型按压时的该卷芯的各部位的位移的分析图。
图11为表示充电循环试验的结果的图。
图12为现有技术中的二次电池的电极体的立体图。
具体实施方式
本实施方式的发明者们进行应消除上述课题的专门研究后发现，蓄电元件中的充放电循环的反复(即、被缠绕的电极的膨胀、收缩的反复)引起的变形等的程度随着电极膨胀、收缩时的壳体按压电极的强度和卷芯按压电极的强度之间的平衡而发产生变化。因而，基于上述发现，发明者们着眼于对该壳体的上述电极进行按压的强度和对卷芯的上述电极进行按压的强度之间的平衡，创作了以下结构的蓄电元件以及蓄电元件模块。
本实施方式的蓄电元件的特征在于，具备：
电极体，具有卷芯和缠绕在该卷芯的周围的电极；和
壳体，具有周壁，以在上述周壁与上述卷芯之间紧密地层叠上述电极的状态在内部容纳上述电极体，
上述壳体以及上述卷芯分别具有第1压力P1与第2压力P2之比P2/P1满足0.01≤P2/P1≤100的刚性，上述第1压力P1是在上述电极体未被容纳于上述壳体中的状态下作为该壳体的规定部位的第1部位被压头按压而从初始位置位移了1mm时上述压头对该第1部位施加的压力，上述第2压力P2是在没有缠绕上述电极的状态下上述卷芯中与上述第1部位相对置的部位、即第2部位被上述压头按压而从初始位置位移了1mm时上述压头对该第2部位施加的压力。
根据上述结构，在电极通过充放电循环而发生了膨胀、收缩时，通过壳体和卷芯从内侧和外侧以适度的力维持平衡地进行夹持。因此，在被缠绕的电极中，抑制因充放电引起的膨胀、收缩所产生的歪斜、变形等，由此抑制反复充放电循环时与充放电相关的特性(例如容量保持率等)的降低。
此时，优选上述第1压力P1以及第2压力P2分别为1kgf/cm2以上。
如果第1压力P1以及第2压力P2分别小于1kgf/cm2，则由于电极的膨胀、收缩而变形的壳体以及卷芯难以恢复到原来的形状，在缠绕的电极间容易产生间隙，但通过上述结构，能够防止上述的变形后的壳体以及卷芯难以恢复到原来的形状的情况。
此外，上述第1压力P1以及第2压力P2也可分别为100kgf/cm2以下。
如果第1压力P1以及第2压力P2分别大于100kgf/cm2，则在电极发生了膨胀时壳体以及卷芯不能充分地变形，因此有时会对电极自身施加大的压力而导致电极损坏等，但通过上述结构，能够在电极进行了膨胀时壳体以及卷芯充分地变形而防止上述损坏等。
此外，优选上述第1压力P1与第2压力P2之比P2/P1满足0.1≤P2/P1≤10。
根据上述结构，在通过充放电循环而电极发生了膨胀、收缩时，该电极被壳体和卷芯从内侧和外侧以适度的力维持平衡地夹持。由此，更有效地抑制反复充放电循环时与充放电相关的特性(例如容量保持率等)的降低。
此外，更优选上述第1压力P1与第2压力P2之比P2/P1为1。
根据上述结构，能够最大限度抑制反复充放电循环时与充放电相关的特性(例如容量保持率等)的降低。
上述蓄电元件中，上述壳体也可具有矩形状的底壁部、从上述底壁部的周边的长边位置竖立设置的一对长壁部和从上述底壁部的周边的短边位置竖立设置且连接上述一对长壁部相对置的端部彼此的一对短壁部。
此时，上述卷芯具有平面部，上述壳体按照上述卷芯的平面部和上述长壁部大致平行的方式容纳上述电极体，上述电极也可被夹持于上述壳体的上述长壁部与上述卷芯的上述平面部之间。
本实施方式的蓄电元件模块的特征在于，具备上述蓄电元件和与上述蓄电元件电连接的母线部件。
根据上述结构，在构成蓄电元件模块的蓄电元件中，在电极因充放电循环而发生了膨胀、收缩时，通过壳体和卷芯从内侧和外侧以适度的力维持平衡地进行夹持。因此，在被缠绕的电极中，抑制因充放电引起的膨胀、收缩而产生的歪斜、变形等，由此在构成蓄电元件模块的上述蓄电元件中，抑制反复充放电循环时与充放电相关的特性(例如、容量保持率等)的降低。其结果，还能抑制蓄电元件模块的与充放电相关的特性的降低。
根据以上内容，通过本实施方式，能够提供一种可抑制反复充放电循环时与充放电相关的特性的降低的蓄电元件以及蓄电元件模块。
以下，参照图1～图5对本发明的一实施方式进行说明。本实施方式的蓄电元件为锂离子二次电池等非水电解质二次电池(以下简称为“电池”)。
具体来说，如图1～图3所示，电池10具备壳体20、电极体12、一对集电体14、14和一对端子部16、16。
壳体20具有壳体主体22和盖体24。该壳体20在由壳体主体22和盖体24包围的内部空间S内容纳电极体12、一对集电体14、14以及电解液等。壳体主体22与盖体24例如由铝或铝合金等铝系金属材料形成。对该壳体主体22与盖体24之间的端部彼此进行焊接，从而构成壳体20。
此外，壳体主体22与盖体24的材质不限于铝系金属。壳体主体22以及盖体24也可由SUS、镍等金属材料、将尼龙等树脂与铝粘结的复合材料等形成。
壳体主体22具有扁平的有底方形筒的形状。具体地来说，壳体主体22具有底壁部220、从底壁部220的周边起沿着底壁部220的法线方向竖立设置的方形筒形状的周壁221。从底壁部220的法线方向观察时，该底壁部220是在一个方向上较长且四角为圆弧的矩形状。周壁221具有从底壁部220周边的长边位置起竖立设置的一对长壁部222、222和从底壁部220周边的短边位置起竖立设置的一对短壁部223、223。另外，以下，将底壁部220的长边方向设为X轴方向，将底壁部220的短边方向设为Y轴方向，将底壁部220的法线方向设为Z轴方向(参照图1)。
该壳体主体22形成为：该壳体20与电极体12的卷芯120之间的强度(刚性)的平衡处于规定的范围内。关于该强度的平衡将在后面详细叙述。
盖体24重叠在壳体主体22的开口周边部并堵住壳体主体22的开口。俯视时，盖体24具有与壳体主体22的外周边(轮廓)相对应的形状。即，盖体24为俯视时在X轴方向上较长且四角为圆弧的矩形状板材。
此外，盖体24中设有一对端子用贯通孔240、240、排气阀242和注入部244(参照图2)。在盖体24中沿着X轴方向隔着间隔而设置一对端子用贯通孔240、240。排气阀242具有薄壁部分和破裂槽，在盖体24的中央设置该排气阀242。在排气阀242中，当壳体20的内部压力(气压)比规定值大时破断槽破裂，从而使壳体20的内部与外部连通，由此排出壳体20内的气体。由此，排气阀242使上升的壳体20的内部压力减小。注入部244具有设置于盖体24的注液孔245和堵住该注液孔245的栓体246。注液孔245为用于向壳体20内注入电解液的开口，通过在注液后的注液孔245上插入栓体246，从而封闭注液孔245。
具有壳体主体22与盖体24的壳体20的尺寸例如如下。
优选壳体主体22的宽度(图1中的X轴方向的尺寸)为80～200mm、壳体主体22的进深(图1中的Y轴方向的尺寸)为6～30mm、壳体主体22的高度(图1中的Z轴方向的尺寸)为60～150mm。更优选壳体主体22的宽度(图1中的X轴方向的尺寸)为100～150mm、壳体主体22的进深(图1中的Y轴方向的尺寸)为8～15mm、壳体主体22的高度(图1中的Z轴方向的尺寸)为70～100mm。
优选壳体主体22的周壁221以及底壁部220各自的厚度为0.2～1.2mm，更优选为0.3～0.7mm。卷芯120采用厚度为0.5mm以下的中空卷芯的情况下，优选壳体主体22的周壁221以及底壁部220各自的厚度为0.2～0.5mm。优选盖体24的厚度为0.2～1.5mm，更优选为0.5～1.2mm。
电极体12具有卷芯120和缠绕在卷芯120的周围的电极121、122(参照图2以及图3)。
卷芯120具有X轴方向的各位置沿着Y轴方向以及Z轴方向的截面形状(详细地来说截面的轮廓)为相同的椭圆形状的中空的椭圆筒形状。例如，通过缠绕聚丙烯、聚乙烯、聚苯硫醚等合成树脂制的薄膜或者板并进行粘结或者焊接等而形成该卷芯120。
此外，卷芯120的原料不限于合成树脂，也可为例如铝、铜等金属。此外，卷芯120不限于中空的结构，也可为中间是实芯的结构。这种情况下，卷芯120由橡胶等耐电解液且柔软的材料形成。
该卷芯120形成为：该卷芯120与壳体20之间的强度(刚性)的平衡处于规定的范围内。在本实施方式中，作为强度(刚性)的平衡，使用通过如下方式求出的压力P1、P2之比(P2/P1)，按照该比处于规定范围内的方式形成壳体20和卷芯120。
如图4所示，通过直径为10mm的圆形压头，在Y轴方向(长壁部222的法线方向)上按压没有容纳电极体12的状态下的壳体20(即，内部为空的状态下的壳体20)中的长壁部222的中央部(第1部位)C1(参照图4的箭头)。此时采用的压头与按压对象物之间的抵接面(按压面)的面积为0.785cm2。而且，将因压头的按压而中央部C1从初始位置(没有进行基于压头的按压的状态下的中央部C1的位置)位移了1mm时压头对中央部C1施加的压力设为第1压力P1。
此外，如图5所示，通过上述压头，在Y轴方向(该卷芯120的平面部120A的法线方向)上按压没有缠绕电极121、122的状态下的卷芯120中的平面部120A(Z轴方向两端的各电极121、122弯曲的状态下除去层叠的部位120B的部位)的中央部(第2部位)C2(参照图5的箭头)。而且，将因压头的按压而中央部C2从初始位置(没有进行基于压头的按压的状态下的中央部C2的位置)位移了1mm时压头对中央部C2所施加的压力设为第1压力P2。另外，卷芯120的中央部C2在卷芯120被容纳于壳体20中时是与壳体20中的长壁部222的中央部C1相对置的部位(位置)。
在本实施方式中，壳体20以及卷芯120分别具有如上那样求出的第1压力P1和第2压力P2之比P2/P1为1的刚性。例如，壳体20以及卷芯120通过对材质、各部位的尺寸等进行调整而分别形成为满足上述条件(P2/P1＝1)的部件。由此，通过充放电循环，被缠绕的电极121、122进行了膨胀、收缩时，通过壳体20(长壁部222)和卷芯120(平面部120A)从内侧和外侧以适度的力维持平衡地进行夹持。由此，在所缠绕的电极121、122中，有效地抑制由于上述膨胀、收缩的反复而引起的变形等、以及电极121、122的混合剂层的剥离等。
此外，本实施方式的壳体20以及卷芯120具有第1压力P1以及第2压力P2分别为1kgf/cm2以上的刚性。这是因为，如果壳体20以及卷芯120具有第1压力P1以及第2压力P2分别小于1kgf/cm2的刚性，则因电极121、122的膨胀、收缩而产生了变形的壳体20以及卷芯120难以恢复到原来的形状，在所缠绕的电极121、122间容易产生间隙。即，通过壳体20以及卷芯120具有第1压力P1以及第2压力P2分别为1kgf/cm2以上的刚性，从而能够防止因电极121、122的膨胀、收缩而变形的壳体20以及卷芯120难以恢复到原来的形状的情况。
此外，本实施方式的壳体20以及卷芯120具有第1压力P1以及第2压力P2分别为100kgf/cm2以下的刚性。这是因为，如果壳体20以及卷芯120具有第1压力P1以及第2压力P2分别大于100kgf/cm2的刚性，则在电极121、122发生了膨胀时，壳体20以及卷芯120不能充分变形，因此电极121、122发生了膨胀时有可能会对电极121、122自身施加较大的压力而产生损坏(例如，电极箔和活性物质层产生裂缝)。即，通过壳体20以及卷芯120具有第1压力P1以及第2压力P2分别为100kgf/cm2以下的刚性，从而在电极121、122发生了膨胀时壳体20以及卷芯120产生变形而能够防止上述损坏。
此外，优选卷芯120在Y轴方向上的尺寸比1mm大。这是因为以下的理由。当卷芯120在Y轴方向上的尺寸为1mm以下的情况下，在电极121、122膨胀、收缩时，越允许这种膨胀、收缩，则平面部120A越不能凹陷，由此在通过充放电循环而被缠绕的电极121、122发生了膨胀、收缩时，不能通过壳体20(长壁部222)和卷芯120(平面部120A)从内侧和外侧以适度的力维持平衡地夹持电极121、122。这是因为，不能抑制因上述电极121、122的膨胀、收缩的反复引起的变形等，不能抑制与充放电相关的特性的降低。在此，卷芯120在Y轴方向上的尺寸，在中间为实芯结构时是Y轴方向上的厚度尺寸，在中空结构时是Y轴方向上的平面部120A的外侧的面彼此之间的间隔。
此外，在电极体中没有卷芯的电池(在被缠绕的电极的内侧没有配置卷芯的电池)中，电极发生了膨胀时，没有向被缠绕的电极的内侧(缠绕中心侧)释放的量(或者非常少)。因此，在电极体中没有卷芯的情况下，也不能从内侧和外侧以适度的力维持平衡地夹持被缠绕的电极121、122，由此不能抑制因被缠绕的电极121、122中的该电极121、122的膨胀、收缩的反复而引起的变形等。
分别通过计算机仿真的分析而测定(计算出)对本实施方式的壳体20所施加的第1压力P1以及对卷芯120所施加的第2压力P2。具体地来说，如以下那样。
在测定对壳体20所施加的第1压力P1的情况下，首先准备输入了壳体20的材质、形状以及尺寸的模型。接下来，通过直径10mm的圆形压头在Y轴方向(长壁部222的法线方向)上按压该模型的壳体20的长壁部222的中央部(第1部位)C1(参照图4的箭头)。此时所使用的圆形压头与按压对象物(本实施方式的例子中是壳体20的长壁部222)的抵接面(按压面)的面积为0.785cm2。而且，通过计算机仿真，分析(计算出)由于圆形压头的按压而中央部C1从初始位置(没有进行圆形压头的按压的状态下的中央部C1的位置)位移了1mm时圆形压头对中央部C1所施加的压力。由此，得出(测定出)第1压力P1。此外，在对第1压力P1进行测定时，在壳体20的形状为对称形状的情况下，也可采用对称制约(仅将对称面中的一侧部位作为分析对象的方法)的模型来进行分析。
在测定对卷芯120施加的第2压力P2的情况下，首先，准备输入了卷芯120的材质、形状以及尺寸的模型。接下来，通过上述圆形压头，在Y轴方向(该卷芯120的平面部120A的法线方向)上按压该模型的卷芯120中的平面部120A的中央部(第2部位)C2(参照图5的箭头)。而且，通过计算机仿真，分析(计算出)由于圆形压头的按压而中央部C2从初始位置(在没有进行圆形压头的按压的状态下的中央部C2的位置)位移了1mm时圆形压头对中央部C2施加的压力。由此，得出(测定出)第2压力P2。此外，在测定第2压力P2时，在卷芯120的形状为对称形状的情况下，也可采用对称制约(仅将对称面中的一侧部位作为分析对象的方法)的模型来进行分析。
本实施方式的电极体12在卷芯120的周围具有带状的正极(正极用的电极)121、带状的负极(负极用的电极)122和带状的隔板124。正极121和负极122在其间夹持隔板124且互相在宽度方向(与带状的电极121、122的长度方向正交的方向：图2中X轴方向)上错开的状态下以长圆筒形状缠绕在卷芯120的周围(参照图3)。如上那样被缠绕成长圆筒形状的电极121、122其沿着Y轴以及Z轴的截面形状(截面的轮廓)变成椭圆形状。
正极121是例如使带状的铝箔表面搭载正极活性物质的部分。负极122是例如使带状的铜箔的表面搭载负极活性物质的部分。这些正极121以及负极122在宽度方向(X轴方向)的端缘部具有活性物质的未涂敷部分。由此，电极体12在宽度方向(X轴方向)上的端部中，处于未涂敷活性物质状态的铝箔以及铜箔露出。如上那样，电极体12具备：在宽度方向(X轴方向)上的一端部通过仅使正极121(未涂敷正极活性物质的部位)突出而构成的正极侧的突出部(电极体的正极)126；和在宽度方向(X轴方向)的另一端部通过仅使负极122(未涂敷负极活性物质的部位)突出而构成的负极侧的突出部(电极体的负极)126。
优选正极活性物质包括由LiaMebOc(Me表示1或者2以上的过渡金属)表示的复合氧化物(LiaCoyO2、LiaNixO2、LiaMnzO4、LiaNixCoyMnzO2等)。此外，优选Me至少包括Ni、Co、Mn中的任一个。
优选负极活性物质包括石墨、难石墨化碳以及易石墨化碳等碳原料、或者、硅(Si)以及锡(Sn)等与锂离子产生合金化反应的材料。更优选负极活性物质包括石墨、难石墨化碳以及易石墨化碳中的至少一种。
如上那样构成的电极体12在被容纳于绝缘部件30的状态下，以缠绕轴方向与壳体20的长边方向(X轴方向)一致且长径方向与底壁部220的法线方向(Z轴方向)一致的姿势被容纳于壳体20内(参照图3)。在本实施方式的电池10中，电极121、122通过壳体20的相对置的一对长壁部222、222而朝向卷芯120被按压，由此，在Y轴方向上相邻的(被层叠的)电极121、122彼此紧挨的状态下被容纳(配置)于壳体20内。即，电极体12在长壁部222与卷芯120的平面部120A之间紧密地层叠电极121、122的状态下被容纳于壳体20内。
在壳体20内沿着电极体12配置集电体14，该集电体14使电极体12的突出部126与端子部16导通。本实施方式的电池10具有正极用的集电体14和负极用的集电体14。正极用的集电体14使正极侧的突出部126和正极用的端子部16导通。负极用的集电体14使负极侧的突出部126和负极用的端子部16导通。本实施方式中，正极用的集电体14例如由铝或者铝合金等构成。此外，负极用的集电体14例如由铜或者铜合金等构成。
各集电体14具有：与端子部16直接或者间接连接的端子侧连接部140；和与电极体12的突出部126直接或者间接连接的电极体侧连接部141。集电体14通过对被裁剪为规定形状的板状的金属材料进行弯曲加工，从而成形为在俯视时沿着电极体12在端子侧连接部140与电极体侧连接部141的边界部弯曲的形状(大致L字状)。
端子部16在贯通盖体24的端子用贯通孔240的状态下被安装于盖体24。具体地来说，端子部16具有外部端子160、铆钉161和导通部162。外部端子160在壳体20的外部沿着上方延伸。铆钉161贯通盖体24的端子用贯通孔240，在能够导通集电体14(端子侧连接部140)和导通部162的状态下固定于盖体24。导通部162经由铆钉161将外部端子160与集电体14连接成能够导通。
在如上那样构成的电池10中，通过充放电循环而电极121、122进行了膨胀、收缩时，由壳体20(长壁部222)和卷芯120(平面部120A)从内侧和外侧以适度的力维持平衡地夹持被缠绕的电极121、122。因此，在被缠绕的电极121、122中，能够有效地抑制因充放电引起的膨胀、收缩而产生的歪斜、变形等。其结果，在电池10中，能够抑制反复充放电循环时与充放电相关的特性(例如容量保持率等)的降低。
此外，本发明的蓄电元件不限于上述实施方式，当然在不脱离本发明的要旨的范围内能加入各种变更。
在上述实施方式的电池10中，第1压力P1与第2压力P2之比P2/P1为1，但并不限于该结构。在第1压力P1与第2压力P2之比P2/P1为1时，可最大程度地抑制反复充放电循环时与充放电相关的特性(例如容量保持率等)的降低，但也可按照第1压力P1与第2压力P2之比P2/P1满足0.01≤P2/P1≤100的方式，更优选是满足0.1≤P2/P1≤10的方式来形成壳体20以及卷芯120。即，只要壳体20以及卷芯120具有第1压力P1与第2压力P2之比P2/P1满足0.01≤P2/P1≤100(更优选是0.1≤P2/P1≤10)的刚性即可。根据上述结构，在通过充放电循环而电极121、122产生了膨胀、收缩时，在被缠绕的电极121、122中，抑制因充放电引起的膨胀、收缩而产生的歪斜、变形等，由此能够充分地抑制反复充放电循环时与充放电相关的特性的降低。
此外，在上述实施方式的电池10中，被容纳于壳体20的电极体12为1个，但也可为2个以上。
此外，在上述实施方式中，对可充放电的二次电池(锂离子二次电池)进行了说明，但电池的种类或大小(容量)是任意的。此外，上述实施方式中，作为蓄电元件的一例，对锂离子二次电池进行了说明，但并不限于此。例如，本发明也能适用于各种二次电池，除此之外还能适用于一次电池、电双层电容器等电容器的蓄电元件中。
此外，上述实施方式的蓄电元件(电池)10也可被用于图6所示那样的蓄电元件模块50中。该蓄电元件模块50具有至少两个蓄电元件10、10、…和将两个(不同的)蓄电元件10彼此电连接的母线部件52。此时，本发明的技术也可适用于至少一个蓄电元件10中。
(实施例1)
在此，为了确认本发明的电池的效果，采用具备第1压力P1与第2压力P2之比P2/P1不同的壳体以及卷芯的电池(第1电池～第6电池)，研究充放电循环试验中的与充放电相关的特性(本实施例中容量保持率)的变化。
此时使用的第1电池如下。
壳体主体由铝合金(A1085材料)形成。该壳体主体的宽度(图1中X轴方向的尺寸)为120mm，进深(图1中Y轴方向的尺寸)为12.5mm，高度(图1中Z轴方向的尺寸)为85mm，周壁以及底壁部的厚度分别为0.6mm。
此外，铝合金(A1085材料)为铝的纯度为99％以上的部件。具体的铝合金(A1085材料)的成分如下。Si为0.10％以下、Fe为0.12％以下、Cu为0.03％以下、Mn为0.02％以下、Mg为0.02％以下、Zn为0.03％以下、Ga为0.03％、V为0.05％以下、Ti为0.02％以下、Al为99.85％以上。
盖体由铝合金(A1085材料)形成，盖体的厚度为0.6mm。
卷芯为卷起厚度为1mm、宽度为95mm的聚苯硫醚板而形成的椭圆形(两端为半圆形状)的中空卷芯。该卷芯的高度(图5中Z轴方向上的尺寸)为65mm，厚度(进深：图5中的Y轴方向上的尺寸)为3mm。此外，卷芯的中空部的厚度为1mm。
电极体以在正极与负极之间配置聚乙烯制的隔板而互相隔离的状态将这些正极以及负极缠绕到卷芯的周围而形成。正极的正极活性物质采用LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，负极的负极活性物质采用石墨。该电极体被容纳于壳体主体中而与安装于盖体的端子部电连接，由此形成第1电池。该第1电池的初始容量为6Ah。
分别通过采用输入了上述的材质、形状以及尺寸的模型的计算机仿真下的分析，测定对用于第1电池的壳体施加的第1压力P1以及对用于第1电池的卷芯施加的第2压力P2。此时，在限制了与被圆形压头按压的长壁部相对置的长壁部的状态(条件)下分析了施加于壳体的第1压力P1。此外，在限制了与被圆形压头按压的平面部相对置的平面部的状态(条件)下分析了施加于卷芯的第2压力P2。
具体地来说，如下那样测定第1压力P1以及第2压力P2。
本实施例的用于第1电池的壳体为周壁、底壁部以及盖体的厚度均相同的大致长方体形状。因此，使用图7所示的对称制约的1/4的模型分析了第1压力P1。伴随着壳体为对称制约的1/4的模型，圆形压头也采用1/4的模型。在本模型的壳体中，被圆形压头按压的中央部为在图7中由实线包围的内角为90°的扇形状部60的内部。
对于本模型，图8表示通过由圆形压头进行按压，出现中央部从初始位置位移了1mm的状态的分析图。参照图8可知，以扇形状部60为中心，壳体的各部位从初始位置开始产生了位移。在该状态下，通过分析从圆形压头对中央部施加的压力，从而测定了第1压力P1。
本实施例的第1电池所采用的卷芯为卷起厚度恒定的聚苯硫醚板而形成的椭圆形(扁平的筒状)。因此，如图9所示那样，采用对称制约的1/4的模型而分析了第2压力P2。伴随着卷芯为对称制约的1/4的模型，圆形压头也采用1/4的模型。在本模型的卷芯中，被圆形压头按压的中央部是在图9中由实线包围的内角为90°的扇形状部61的内部。
对于本模型，图10表示通过由圆形压头进行按压而出现中央部从初始位置位移了1mm的状态的分析图。参照图10可知，以扇形状部61为中心，卷芯的各部位从初始位置起产生了位移。在该状态下，通过对从圆形压头向中央部施加的压力进行分析，从而测定了第2压力P2。
测定用于第1电池的壳体的第1压力P1的结果为4.5kgf/cm2，测定用于第1电池的卷芯的第2压力P2的结果为4.8kgf/cm2。因而，第1电池中的第1压力P1与第2压力P2之比P2/P1为0.94(≈1)。
将如上那样构成的第1电池预先置于环境(周围的)温度为5℃的环境下，以SOC(State Of Charge)0～100％(2.75～4.2V)、1C比率(花费1小时来对电池的全容量进行充放电的电流值)进行连续充放电试验。在该充放电循环试验中，只在经过了250、500、1000、1500小时时停止充放电来进行了容量测定。图11中以P2/P1＝1表示了其结果。
此外，分别调整壳体(壳体主体以及盖体)与卷芯的厚度，分别准备第1压力P1与第2压力P2之比P2/P1为0.001、0.01、0.1、10、100的电池(第2电池～第6电池)，与上述同样，将各电池预先置于5℃环境下，以SOC0～100％(2.75～4.2V)、1C比率进行了连续充放电试验。图11表示其结果。
根据上述结果可以确认，在第1压力P1与第2压力P2之比P2/P1满足0.01≤P2/P1≤100时，与充放电相关的特性的降低率在1500周期时间/h中被抑制为10％程度。此外，根据该结果可以确认，在第1压力P1与第2压力P2之比P2/P1为1时(P2/P1＝1时)，能够最大限度地抑制与充放电相关的特性的降低。
本实施方式的蓄电元件以及蓄电元件模块如以上所述那样，但本发明不限于上述实施方式，在本发明的想要保护的范围内能适当进行设计变更。此外，本发明的作用效果也不限定于上述实施方式。
即，应该认为本次公开的实施方式中的所有方面只是例示，并不限于这些方面。本发明的范围不是由上述说明所表示，而是由权利要求书来表示。此外，在本发明的范围中，包括与权利要求书均等的含义以及范围内的所有的变更。
Claims (8)
1.一种蓄电元件，其特征在于，具备：
电极体，具有卷芯和缠绕在该卷芯的周围的电极；和
壳体，具有周壁，以在上述周壁与上述卷芯之间紧密地层叠上述电极的状态在内部容纳上述电极体，
上述壳体以及上述卷芯分别具有第1压力P1与第2压力P2之比P2/P1满足0.01≤P2/P1≤100的刚性，上述第1压力P1是在上述电极体未被容纳于上述壳体中的状态下作为该壳体的规定部位的第1部位被压头按压而从初始位置位移了1mm时上述压头对该第1部位施加的压力，上述第2压力P2是在没有缠绕上述电极的状态下上述卷芯中与上述第1部位相对置的部位、即第2部位被上述压头按压而从初始位置位移了1mm时上述压头对该第2部位施加的压力。
2.根据权利要求1所述的蓄电元件，其特征在于，
上述第1压力P1以及第2压力P2分别为1kgf/cm2以上。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电元件，其特征在于，
上述第1压力P1以及第2压力P2分别为100kgf/cm2以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的蓄电元件，其特征在于，
上述第1压力P1与第2压力P2之比P2/P1满足0.1≤P2/P1≤10。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的蓄电元件，其特征在于，
上述第1压力P1与第2压力P2之比P2/P1为1。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的蓄电元件，其特征在于，
上述壳体具有矩形状的底壁部、从上述底壁部的周边的长边位置起竖立设置的一对长壁部和从上述底壁部的周边的短边位置起竖立设置且连接上述一对长壁部的相对置的端部彼此的一对短壁部。
7.根据权利要求6所述的蓄电元件，其特征在于，
上述卷芯具有平面部，
上述壳体以上述卷芯的平面部与上述长壁部大致平行的方式容纳上述电极体，
上述电极被夹持在上述壳体的上述长壁部与上述卷芯的上述平面部之间。
8.一种蓄电元件模块，其特征在于，具备：
权利要求1～7中任一项所述的蓄电元件；和
与上述蓄电元件电连接的母线部件。
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