JP2013168283A - 蓄電素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】容器と電極体との間にスペーサを備える蓄電素子において、電極体に傷がつかないように容易に電極体の曲面に配置することができるスペーサを有する蓄電素子を提供することを目的とする。
【解決手段】正極および負極と、セパレータとが積層されることにより成る電極体１２０と、電極体１２０を収容する容器１００と、電極体１２０と容器１００との間に配置される底面スペーサ１７０と、を備え、底面スペーサ１７０は、電極体１２０を支持する支持部１７３と、支持部１７３の両端に配置され、電極体１２０の両側面を挟む挟持部１７４、１７５とを有し、支持部１７３および／または挟持部１７４、１７５に脆弱部としての溝部１７６を有する。
【選択図】図２
【解決手段】正極および負極と、セパレータとが積層されることにより成る電極体１２０と、電極体１２０を収容する容器１００と、電極体１２０と容器１００との間に配置される底面スペーサ１７０と、を備え、底面スペーサ１７０は、電極体１２０を支持する支持部１７３と、支持部１７３の両端に配置され、電極体１２０の両側面を挟む挟持部１７４、１７５とを有し、支持部１７３および／または挟持部１７４、１７５に脆弱部としての溝部１７６を有する。
【選択図】図２
Description
本発明は、容器と電極体との間に配置されるスペーサを有する蓄電素子に関する。
従来、容器と容器に内蔵する電極群（以下、「電極体」という。）との間の空間に、スペーサを配置している二次電池が公開されている（特許文献１参照）。特許文献１の二次電池では、スペーサの形状を電極体の曲面に沿った形状とすることにより、電解液が注入される空間を最小化し電解液が浪費されることを防いでいる。
また、特許文献１のような電極体を支えるスペーサには、電極体の底部の前面側と後面側とを覆って挟みこむための挟持部が備えられてものがあり、電極体の底部における絶縁性能を向上させているものがある。
しかしながら、特許文献１のようなスペーサは、電極体の曲面に沿わせた曲面と、容器の内面に沿わせた外面とで構成される、曲面と外面との境界部分が鋭角になる。このため、電極体にスペーサを配置する際に、電極体とスペーサとの位置が少しずれた場合に、スペーサの鋭角な境界部分が電極体の曲面部分に当たって電極体を傷つける恐れがある。また、上述したような、挟持部を有するスペーサでは、電極体を挟持部により挟みこませる時に、電極体を傷つける恐れがある。
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、容器と電極体との間にスペーサを備える蓄電素子において、電極体に傷がつかないように容易に電極体の曲面に配置することができるスペーサを有する蓄電素子を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る蓄電素子は、正極および負極と、セパレータとが積層されることにより成る電極体と、前記電極体を収容する容器と、前記電極体と前記容器との間に配置されるスペーサと、を備え、前記スペーサは、前記電極体を支持する支持部と、前記支持部の両端に配置され、前記電極体の両側面を挟む挟持部とを有し、前記支持部および／または前記挟持部に脆弱部を有する。
これによれば、スペーサは、電極体を支持する支持部と、支持部の両端であって、支持部の長手方向に沿う方向に配置され、電極体を挟持する挟持部とを有しており、支持部および／または挟持部に脆弱部が形成される。したがって、支持部および／または挟持部に形成された脆弱部（またはその近傍）を基点として支持部の両端に設けられた挟持部が開くように、支持部を曲げやすくすることができる。このため、曲面により形成される電極体の外周に挟持部を挟みこむことが容易にでき、スペーサを電極体に容易に沿わせることができる。これにより、電極体に傷がつかないようにスペーサを容易に配置することができる。
また、好ましくは、前記支持部は、長尺形状であり前記脆弱部は、前記支持部および／または前記挟持部に形成され、前記支持部の長手方向に沿って延びる溝部である。
また、好ましくは、前記脆弱部は、前記支持部および／または前記挟持部に形成される貫通孔である。
これによれば、スペーサの支持部は貫通孔を有するため、支持部の貫通孔の近傍の剛性を低下させることができる。このため、支持部を、貫通孔近傍を基点として曲げやすい構造にすることができる。
また、好ましくは、前記支持部は、長尺形状であり、前記貫通孔は、前記支持部および／または前記挟持部に複数形成され、前記長手方向に沿って並ぶ。
これによれば、スペーサの支持部が貫通孔を複数有しており、複数の貫通孔が支持部の長手方向に沿って並んで形成される。このため、支持部の貫通孔近傍の領域の剛性をより低下させることができ、支持部を、挟持部に平行な面に沿った領域を基点として曲げやすい構造にすることができる。
また、好ましくは、さらに、前記電極体の側面を覆う絶縁シートを備え、前記スペーサの前記挟持部は、前記絶縁シートの端部を前記電極体と共に挟みこむ。
これによれば、電極体の側面を覆う絶縁シートに重なるように、スペーサを被せることができるため、絶縁シートとスペーサとが重なる部分における絶縁性を向上させることができる。また、スペーサが絶縁シートよりも外側に重なっているため、電極体に絶縁シートを覆わせて、さらにスペーサをかぶせた状態で容器に挿入しても、絶縁シートが電極体のスペーサが配置される側の端部からめくりあがることを防ぐことができる。このため、電極体の絶縁性が低下した蓄電素子が生産されることを防ぐことができ、蓄電素子の生産性を向上させることができる。
また、好ましくは、前記絶縁シートは、捲回軸の方向が前記電極体と前記スペーサとの並び方向と一致するように捲回されることにより、前記電極体を覆う。
また、好ましくは、前記容器に対する前記電極体の挿入方向は、前記電極体に対する前記絶縁シートの捲回軸方向と一致する。
また、好ましくは、前記電極体は、前記正極および前記負極の表面に活物質が塗工される塗工領域と、前記正極および前記負極の表面に活物質が塗工されていない未塗工領域とを有し、前記スペーサは、前記電極体の前記未塗工領域に対向する第一部分と、前記電極体の塗工領域に対向する第二部分とを有し、前記第一部分の厚みの方が前記第二部分の厚みよりも厚い。
これによれば、電極体の未塗工領域以外の領域である塗工領域に対向する位置のスペーサの第二部分の厚みが第一部分の厚みよりも薄い。一般に、塗工領域は、過剰に圧迫されることにより蓄電素子としての性能が低下する。一方で、未塗工領域は、圧迫されても蓄電素子の性能低下を引き起こしにくい領域である。そして、塗工領域は、充放電を繰り返すことにより膨らみやすい領域であり、過剰に圧迫されると蓄電素子の性能が低下しやすい領域である。このため、スペーサの第二部分の厚みを第一部分の厚みよりも薄くすることにより、電極体の膨らみを許容できる空間を設けることができ、電極体が膨張しても蓄電素子の性能を低下することを防ぐことができる。
また、この蓄電素子では、その耐振動性を高めるために未塗工領域に対向するスペーサの第一部分の厚みを第二部分よりも厚くして未塗工領域を圧迫しているため、蓄電素子の性能をあまり低下させずに耐振動性を高めることができる。
また、好ましくは、前記スペーサは、前記電極体の前記未塗工領域に対向する位置の前記容器および前記スペーサと前記電極体との隙間よりも、前記電極体の前記塗工領域に対向する位置の前記容器および前記スペーサと前記電極体との隙間の方が大きくなるような形状である。
これによれば、電極体の塗工領域に対向する位置との隙間（クリアランス）が、電極体の未塗工領域に対向する位置とのクリアランスよりも大きくなるようにスペーサが形成されている。このため、電極体は充放電を繰り返すことによりその塗工領域が膨張しても、塗工領域に対応する位置のクリアランスが大きいため、電極体の塗工領域の膨張を許容できる。また、電極体は、圧迫されることによる蓄電素子の性能低下が起こりにくい未塗工領域のクリアランスが小さいため、蓄電素子の性能低下を起こさないような状態で耐振動性を向上させることができる。
また、好ましくは、前記スペーサは、前記第一部分の前記容器側の形状が、前記容器の内面に沿う形状であり、前記第一部分の前記電極体側の形状が、前記電極体の外面に沿う形状であり、前記第二部分の前記容器側の形状および前記第二部分の前記電極体側の形状が、前記容器の内面に沿う形状である。
これによれば、スペーサの第一部分の形状が容器および電極体に沿う形状であるため、第一部分に対向する位置との隙間（クリアランス）を最小とすることができる。また、スペーサの第二部分の形状が容器に沿う形状であるため、第二部分に対向する位置とのクリアランスを最大とすることができる。このため、スペーサは、第一部分において耐振動性をより向上させつつ、電極体の塗工領域の膨張をより許容する隙間を容器内部に設けることができる。
また、好ましくは、前記電極体は、前記正極および前記負極の表面に活物質が塗工される塗工領域と、前記正極および前記負極の表面に活物質が塗工されていない未塗工領域とを有し、前記スペーサは、前記電極体の前記未塗工領域に対向する第一部分と、前記電極体の塗工領域に対向する第二部分とを有し、前記第一部分の圧縮率の方が前記第二部分の圧縮率よりも小さい。
これによれば、電極体の未塗工領域以外の領域である塗工領域に対向する位置のスペーサの第二部分の圧縮率が第一部分の圧縮率よりも大きい。一般に、塗工領域は、過剰に圧迫されることにより蓄電素子としての性能が低下する。一方で、未塗工領域は、圧迫されても蓄電素子の性能低下を引き起こしにくい領域である。そして、塗工領域は、充放電を繰り返すことにより膨らみやすい領域であり、過剰に圧迫されると蓄電素子の性能が低下しやすい領域である。このため、スペーサの第二部分の圧縮率を第一部分の圧縮率よりも大きくすることにより、電極体の膨らみを許容できる空間を設けることができ、電極体が膨張しても蓄電素子の性能を低下することを防ぐことができる。
また、この蓄電素子では、その耐振動性を高めるために未塗工領域に対向するスペーサの第一部分の圧縮率を第二部分の圧縮率よりも小さくして未塗工領域を圧迫しているため、蓄電素子の性能をあまり低下させずに耐振動性を高めることができる。
また、好ましくは、前記脆弱部は、前記スペーサの前記第一部分に形成される。
これによれば、スペーサの第二部分よりも厚い第一部分のみに壁部が形成される。このため、第二部分よりも厚みが厚く曲げにくい構造である第一部分を、曲げやすい構造にすることができる。
また、好ましくは、前記支持部は、さらに、他の部分よりも厚みが薄くなっている前記脆弱部としての薄肉部を有し、前記薄肉部の厚みは、前記第二部分の厚みと等しい。
これによれば、スペーサに形成される薄肉部の厚みが第二部分の厚みと等しいため、スペーサを捲回軸方向に沿って曲げやすい構造にすることができる。
また、好ましくは、前記電極体は、前記正極および前記負極の表面に活物質が塗工される塗工領域と、前記正極および前記負極の表面に活物質が塗工されていない未塗工領域とを有し、前記スペーサは、前記電極体の前記未塗工領域に対向する位置のみに配置される。
これによれば、電極体の未塗工領域以外の領域である塗工領域に対向する位置にスペーサを設けていない。一般に、塗工領域は、過剰に圧迫されることにより蓄電素子としての性能が低下する。一方で、未塗工領域は、圧迫されても蓄電素子の性能低下を引き起こしにくい領域である。そして、塗工領域は、充放電を繰り返すことにより膨らみやすい領域であり、過剰に圧迫されると蓄電素子の性能が低下しやすい領域である。このため、塗工領域に対向する位置にスペーサを設けないことにより、電極体の膨らみを許容できる空間を設けることができ、電極体が膨張しても蓄電素子の性能を低下することを防ぐことができる。
また、この蓄電素子では、その耐振動性を高めるために未塗工領域に対向する位置のみにスペーサ設けているため、蓄電素子の性能をあまり低下させずに耐振動性を高めることができる。
本発明に係る蓄電素子によれば、電極体の外周に挟持部を挟みこむことが容易にでき、スペーサを電極体に容易に沿わせることができるため、電極体に傷がつかないようにスペーサを容易に配置することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
（実施の形態１）
図１は、蓄電素子の外観を模式的に示す斜視図である。図２は、蓄電素子の容器を除いた分解斜視図である。
図１は、蓄電素子の外観を模式的に示す斜視図である。図２は、蓄電素子の容器を除いた分解斜視図である。
蓄電素子１０は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池などの非水電解質電池である。
同図に示すように、蓄電素子１０は、容器１００と、容器１００の上方に設けられるふた板１１０と、正極端子２００と、負極端子３００とを備えている。また、容器１００内方には、電極体１２０と、正極集電体１３０と、負極集電体１４０と、側面スペーサ１５０、１６０と、底面スペーサ１７０と、絶縁シート１８０とが配置されている。
なお、蓄電素子１０の容器１００の内部には電解液などの液体が封入されているが、当該液体の図示は省略する。また、蓄電素子１０は、非水電解質電池には限定されず、非水電解質電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。
容器１００は、金属からなる矩形筒状で底を備える容器本体であり、金属製のふた板１１０で当該容器本体の開口が閉塞されている。つまり、容器１００は、電極体１２０等を内部に収容後、ふた板１１０と溶接等されることにより、内部を密封することができるものとなっている。なお、本実施の形態では、容器１００の開口とは反対側の面を容器１００の底面と定義する。
電極体１２０は、詳細な図示は省略するが、正極と負極とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる部材である。正極は、アルミニウム箔からなる長尺帯状の正極基材シートの表面に正極活物質層が形成されたものである。負極は、銅箔からなる長尺帯状の負極基材シートの表面に負極活物質層が形成されたものである。セパレータは、樹脂からなる微多孔性のシートである。そして、電極体１２０は、負極と正極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものを全体が長円形状となるように巻き回されて形成されている。
さらに詳しくは、上記正極と上記負極は、上記セパレータを介し、長尺帯状の幅方向に互いにずらして、当該幅方向に沿う回転軸を中心に長円形状に捲回されている。そして、上記正極および上記負極は、それぞれのずらす方向の端縁部を活物質の非形成部とすることにより、捲回軸の一端部には、活物質が形成されていない正極基材であるアルミニウム箔が露出し、捲回軸の他端部には、活物質が形成されていない負極基材である銅箔が露出している。また、電極体１２０の捲回軸方向の両端部には正極集電体１３０および負極集電体１４０が上記捲回軸方向と垂直方向に延びて配置されている。
また、電極体１２０は、正極および負極とセパレータとが平面で積層されている平面部と、曲面で積層されている曲面部とが形成されている。そして、電極体１２０は、容器１００の底面に対して曲面部が対向するように、容器１００に収容される。
ここで、正極活物質としては、ＬｉＭＰＯ４、ＬｉＭＳｉＯ４、ＬｉＭＢＯ３（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種または２種以上の遷移金属元素）等のポリアニオン化合物、チタン酸リチウム、マンガン酸リチウム等のスピネル化合物、ＬｉＭＯ２（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種または２種以上の遷移金属元素）等のリチウム遷移金属酸化物等を用いることができる。
また、負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。例えば、リチウム金属、リチウム合金（リチウム−ケイ素、リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−錫、リチウム−アルミニウム−錫、リチウム−ガリウム、およびウッド合金等のリチウム金属含有合金）の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料（例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボン等）、ケイ素酸化物、金属酸化物、リチウム金属酸化物（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等）、ポリリン酸化合物などが挙げられる。なお、同図では、電極体１２０の形状としては長円形状を示したが、円形状または楕円形状でもよい。
正極端子２００は、電極体１２０の正極に電気的に接続された電極端子であり、負極端子３００は、電極体１２０の負極に電気的に接続された電極端子である。つまり、正極端子２００および負極端子３００は、電極体１２０に蓄えられている電気を蓄電素子１０の外部空間に導出し、また、電極体１２０に電気を蓄えるために蓄電素子１０の内部空間に電気を導入するための金属製の電極端子である。また、正極端子２００および負極端子３００は、電極体１２０の上方に配置されたふた板１１０に取り付けられている。
正極集電体１３０は、電極体１２０の正極と容器１００の側壁との間に配置され、正極端子２００と電極体１２０の正極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、正極集電体１３０は、電極体１２０の正極と同様、アルミニウムで形成されている。
負極集電体１４０は、電極体１２０の負極と容器１００の側壁との間に配置され、負極端子３００と電極体１２０の負極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、負極集電体１４０は、電極体１２０の負極と同様、銅で形成されている。
側面スペーサ１５０、１６０は、正極集電体１３０および負極集電体１４０と容器１００の側壁との間に配置され、絶縁性を有する部材である。つまり、側面スペーサ１５０、１６０は、正極集電体１３０および負極集電体１４０と容器１００とを絶縁する。また、側面スペーサ１５０、１６０は、正極集電体１３０および負極集電体１４０と容器１００との間のスペースを埋めることにより、正極集電体１３０および負極集電体１４０を介して電極体１２０が容器１００に対して振動しないように支持する。
底面スペーサ１７０は、電極体１２０と容器１００の底面との間に配置され、絶縁性を有する部材である。より具体的には、底面スペーサ１７０は、容器１００の底面と電極体１２０の曲面部との間に配置される。つまり、底面スペーサ１７０は、電極体１２０と容器１００とを絶縁する。また、底面スペーサ１７０は、電極体１２０と容器１００との間のスペースを埋めることにより、電極体１２０が容器１００に対して振動しないように支持する。底面スペーサ１７０は、電極体１２０を支持する支持部１７３と、支持部１７３の両端に配置され、電極体１２０の両側面を挟む２つの挟持部１７４、１７５とを有する。支持部１７３は、長尺状の部材であり、長手方向が電極体１２０の捲回軸方向に沿っている。また、挟持部１７４、１７５は、支持部１７３の長手方向に沿って延びる。つまり、底面スペーサ１７０は、支持部１７３の長手方向に長い長尺状の部材であり、２つの挟持部１７４、１７５が電極体１２０の底部の前面側と後面側とを挟み込んでおり、かつ、支持部１７３が電極体１２０の底面を覆うように支持している。また、底面スペーサ１７０は、支持部１７３が、脆弱部としての溝部１７６を有する。溝部１７６は、支持部１７３の長手方向に沿って形成される。
絶縁シート１８０は、電極体１２０の側面を覆う絶縁性を有するシート状の部材である。図３は、電極体、正極集電体、負極集電体、および側面スペーサが密着された状態とされた集合体を、絶縁シートにより覆った状態の図である。絶縁シート１８０は、図３に示すように、捲回軸の方向が電極体１２０と底面スペーサ１７０との並び方向である上下方向と一致するように捲回されることにより、電極体１２０の側面を少なくとも一周分だけ覆う。より具体的には、絶縁シート１８０は、電極体１２０、正極集電体１３０、負極集電体１４０、および側面スペーサ１５０、１６０が密着された状態とされた集合体に対して、捲回軸の方向が電極体１２０と底面スペーサ１７０との並び方向である上下方向と一致するように捲回されることにより、電極体１２０の側面を一周分だけ覆う。絶縁シート１８０は、当該集合体の側面を覆った状態で、その外周の端部が粘着テープ１８１によって固定される。
また、図３に示すように、蓄電素子１０は、電極体１２０、正極集電体１３０、負極集電体１４０、および側面スペーサ１５０、１６０が密着された状態とされた集合体が絶縁シート１８０により覆われた後に、底面スペーサ１７０の２つの挟持部１７４、１７５が絶縁シート１８０の端部を電極体１２０と共に挟みこんだ状態で容器１００に挿入される。
図４は、蓄電素子の内部における電極体と底面スペーサとの位置関係を示す図である。図５は、図４に示す蓄電素子のＶ−Ｖ断面図である。なお、図４は、正極集電体１３０、負極集電体１４０、側面スペーサ１５０、１６０、および絶縁シート１８０は省略している。図４および図５に示すように、蓄電素子１０の容器１００の内部では、容器１００の底面と電極体１２０との間に底面スペーサ１７０が配置されており、底面スペーサ１７０が電極体１２０を支持している。そして、底面スペーサ１７０の挟持部１７４、１７５が、電極体１２０の底部と共に、電極体１２０の側面に覆われた絶縁シート１８０の底側の端部を挟み込んだ構成となっている。
図６は、（ａ）が絶縁シートに覆われた状態の電極体に底面スペーサを沿わせて容器に挿入する前の第一段階を示す図であり、（ｂ）が絶縁シートに覆われた状態の電極体に底面スペーサを添わせた第二段階を示す図であり、（ｃ）が電極体を容器に挿入した後の第三段階を示す図である。以下に、図６に基づいて電極体１２０および底面スペーサ１７０を容器１００に挿入する過程を説明する。
まず、底面スペーサ１７０の支持部１７３は、２つの挟持部の先端が開くように溝部１７６を基点として支持部１７３が曲げられる（図６（ａ）参照）。次に、底面スペーサ１７０の支持部１７３が曲げられた状態で、電極体１２０を覆っている絶縁シート１８０が電極体１２０の底部に沿うようにして、底面スペーサ１７０が電極体１２０の底部に沿わせられる（図６（ｂ）参照）。このようにすることにより、底面スペーサ１７０（特に挟持部１７４、１７５）は、電極体１２０の底部と共に絶縁シート１８０の底側の端部を挟みこむことになる。最後に、電極体１２０は、その底部に底面スペーサ１７０が沿わせられた状態で、容器１００に挿入される（図６（ｃ）参照）。なお、容器１００に対する電極体１２０の挿入方向は、電極体１２０に対する絶縁シート１８０の捲回軸方向（つまり上下方向）と一致する。上記のように、電極体１２０は、絶縁シート１８０によりその側面が覆われた状態で、底面スペーサ１７０の挟持部１７４、１７５と共に電極体１２０の底部により絶縁シート１８０の底側の端部を挟みこむ状態とされる。これによって、絶縁シート１８０と絶縁性を有する底面スペーサ１７０とが重なる領域ができることから、電極体１２０の底部における絶縁性を向上させることができる。また、電極体１２０の容器１００への挿入時に、絶縁シート１８０が底面スペーサ１７０によって保護されるため、絶縁シート１８０が容器１００の上端に引っかかって製造時に破れるようなことを防ぐことができる。
上記実施の形態１に係る蓄電素子１０によれば、底面スペーサ１７０は、電極体１２０を支持する支持部１７３と、支持部１７３の両端であって、支持部１７３の長手方向に沿う方向に配置され、電極体１２０を挟持する挟持部１７４、１７５とを有しており、支持部１７３に脆弱部としての溝部１７６が形成される。このため、支持部１７３の溝部１７６（またはその近傍）を基点として支持部１７３の両端に設けられた挟持部１７４と挟持部１７５との先端が開くように曲げやすい構造にすることができる。このため、曲面により形成される電極体１２０の外周に挟持部１７４、１７５を挟みこむことが容易にでき、底面スペーサ１７０を電極体１２０に容易に沿わせることができる。このため、電極体１２０に傷がつかないように底面スペーサ１７０を容易に配置することができる。
上記実施の形態１に係る蓄電素子１０によれば、電極体１２０の側面を覆う絶縁シート１８０に重なるように、底面スペーサ１７０を被せることができるため、絶縁シート１８０と底面スペーサ１７０とが重なる部分における絶縁性を向上させることができる。また、底面スペーサ１７０が絶縁シート１８０よりも外側に重なっているため、電極体１２０に絶縁シート１８０を覆わせて、さらに底面スペーサ１７０をかぶせた状態で容器１００に挿入しても、絶縁シート１８０が電極体１２０の底面スペーサ１７０が配置される側（つまり底側）の端部からめくりあがることを防ぐことができる。このため、電極体１２０の絶縁性が低下した蓄電素子が生産されることを防ぐことができ、高品質な蓄電素子１０の生産性を向上させることができる。
上記実施の形態１の底面スペーサ１７０では、支持部１７３の長手方向に沿って延びる１本の溝部１７６が脆弱部として設けられているが、支持部１７３に設けられる脆弱部は１本の溝部１７６に限らない。
図７Ａ〜図７Ｃは、それぞれ他の実施の形態に係る底面スペーサの第一部分における断面図である。
例えば、図７Ａに示すように、支持部１７３の長手方向に沿って延びる２本の溝部１７６ａが脆弱部として支持部１７３に設けられる底面スペーサ１７０ａが採用されてもよい。
また、図７Ｂに示すように、支持部１７３の長手方向に沿って延びる切込部１７６ｂが脆弱部として支持部１７３に設けられる底面スペーサ１７０ｂが採用されてもよい。
また、図７Ｃに示すように、支持部１７３の容器１００側の面において、長手方向に沿って延びる溝部１７６ｃが脆弱部として支持部１７３に設けられる底面スペーサ１７０ｃが採用されてもよい。
このように、底面スペーサに設けられる脆弱部は、溝部および切込部のいずれかであってもよいし、また、底面スペーサに形成される脆弱部の数は限定されるものではない。さらに、上記実施の形態では、脆弱部としての溝部および切込部は、支持部１７３に設けられているが、挟持部１７４、１７５のいずれかに設けられていてもよい。また、脆弱部としては、長手方向に延びる形状の溝部および切込部に限らずに、長手方向に沿って並ぶ複数の貫通孔であってもよい。なお、複数の貫通孔である場合には、容器１００と電極体１２０との絶縁が十分にとれる程度の大きさであることが好ましい。
（実施の形態２）
上記実施の形態１に係る蓄電素子１０では、底面スペーサ１７０は、長手方向においてその断面形状が同一であるが、断面形状が同一ではなく異なる底面スペーサ２７０であっても良い。なお、実施の形態２に係る底面スペーサ２７０を有する蓄電素子１０は、底面スペーサの形状のみが異なり、他の構成は同一であるため図面の符号を同一としてその説明を省略する。
上記実施の形態１に係る蓄電素子１０では、底面スペーサ１７０は、長手方向においてその断面形状が同一であるが、断面形状が同一ではなく異なる底面スペーサ２７０であっても良い。なお、実施の形態２に係る底面スペーサ２７０を有する蓄電素子１０は、底面スペーサの形状のみが異なり、他の構成は同一であるため図面の符号を同一としてその説明を省略する。
上述したように、電極体１２０には、正極および負極のそれぞれに活物質が塗工されていない領域である未塗工領域Ａ１が捲回軸方向の両端に設けられており、正極および負極に活物質が塗工されている領域である塗工領域Ａ２が、未塗工領域Ａ１の間の電極体１２０の捲回軸方向の中央に設けられる（図８参照）。図８は、蓄電素子の内部における電極体と底面スペーサとの位置関係を示す図である。そして、底面スペーサ２７０は、電極体１２０の未塗工領域Ａ１に対向する第一部分２７１と、塗工領域Ａ２に対向する第二部分２７２とを有する。底面スペーサ２７０は、電極体１２０の捲回軸方向に直交する平面における第一部分２７１の断面形状と、当該平面における第二部分２７２の断面形状とが異なる。
以下に、底面スペーサ２７０の第一部分２７１の断面形状と、第二部分２７２の断面形状の違いについて説明する。
図９は、電極体の未塗工領域および底面スペーサの第一部分における蓄電素子の断面図である。図１０は、電極体の塗工領域および底面スペーサの第二部分における蓄電素子の断面図である。
図９に示すように、底面スペーサ２７０は、第一部分２７１の電極体１２０側の形状が、電極体１２０の外面に沿う形状である。また、底面スペーサ２７０は、第一部分２７１の容器１００側の形状が容器１００の内面に沿う形状である。つまり、底面スペーサ２７０の第一部分２７１は、電極体１２０の底部と容器１００の底部との間の空間のほぼ全てを埋めており、これにより、電極体１２０を支持している。一方で、図１０に示すように、底面スペーサ２７０は、第二部分２７２の容器１００側の形状および第二部分２７２の電極体１２０側の形状が、容器１００の内面に沿う形状である。また、底面スペーサ２７０の第二部分２７２では、電極体１２０側の形状が容器１００側の形状をオフセットした形状となっている。つまり、底面スペーサ２７０の第二部分２７２では、支持部２７３および２つの挟持部２７４、２７５の厚みが一定のΔｔ２である。そして、底面スペーサ２７０では、第一部分２７１の厚みΔｔ１の方が第二部分２７２の厚みΔｔ２よりも厚い。このため、底面スペーサ２７０の第一部分２７１と電極体１２０の未塗工領域Ａ１との隙間よりも、底面スペーサ２７０の第二部分２７２と電極体１２０の塗工領域Ａ２との隙間のほうが大きい。
なお、脆弱部としての溝部２７６は、底面スペーサ２７０の第一部分２７１に形成される。そして、溝部２７６における第一部分２７１の厚みΔｔ３は、第二部分２７２の厚みΔｔ２と等しい。
上記実施の形態２に係る蓄電素子１０によれば、電極体１２０の捲回軸方向の両端に対向する位置の底面スペーサ２７０の第一部分２７１の厚みΔｔ１が第二部分２７２の厚みΔｔ２よりも厚いため、当該位置に対向する容器１００内部の空間を電極体１２０と底面スペーサ２７０とでほぼ埋めることができ、電極体１２０が容器の内部において振動することを防ぐことができる。このため、蓄電素子１０の耐振動性を向上させることができる。
また、電極体１２０は、塗工領域Ａ２が過剰に圧迫されることにより蓄電素子１０としての性能が低下する。一方で、電極体１２０の未塗工領域Ａ１は、圧迫されても蓄電素子１０の性能低下を引き起こしにくい領域である。この蓄電素子１０では、その耐振動性を高めるために未塗工領域Ａ１に対向する底面スペーサ２７０の第一部分２７１の厚みΔｔ１を第二部分２７２よりも厚くして未塗工領域Ａ１を圧迫しているため、蓄電素子１０の性能をあまり低下させずに耐振動性を高めることができる。
また、電極体１２０の未塗工領域Ａ１以外の領域である塗工領域Ａ２に対向する位置の底面スペーサ２７０の第二部分２７２の厚みΔｔ２が第一部分２７１の厚みΔｔ１よりも薄い。塗工領域Ａ２は、充放電を繰り返すことにより膨らみやすい領域であり、過剰に圧迫されると蓄電素子１０の性能が低下しやすい領域である。このため、底面スペーサ２７０の第二部分２７２の厚みΔｔ２を第一部分２７１の厚みΔｔ１よりも薄くすることにより、電極体１２０の膨らみを許容できる空間を設けることができ、電極体１２０が膨張しても蓄電素子１０の性能を低下することを防ぐことができる。
上記実施の形態２に係る蓄電素子１０によれば、電極体１２０の塗工領域Ａ２に対向する位置との隙間（クリアランス）が、電極体１２０の未塗工領域Ａ１に対向する位置の容器１００に対する電極体１２０のクリアランスよりも大きくなるように底面スペーサ２７０が形成されている。このため、電極体１２０は充放電を繰り返すことによりその塗工領域Ａ２が膨張しても、塗工領域Ａ２に対向する位置のクリアランスが大きいため、電極体１２０の塗工領域Ａ２の膨張を許容できる。また、電極体１２０は、圧迫されることによる蓄電素子１０の性能低下が起こりにくい未塗工領域Ａ１のクリアランスが小さいため、蓄電素子１０の性能低下を起こさないような状態で耐振動性を向上させることができる。
上記実施の形態２に係る蓄電素子１０によれば、底面スペーサ２７０の第一部分２７１の電極体１２０側の形状が電極体１２０に沿う形状であるため、第一部分２７１に対向する位置との隙間（クリアランス）を最小とすることができる。このため、底面スペーサ２７０は、第一部分２７１において耐振動性をより向上させることができる。
上記実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、底面スペーサ２７０は、電極体１２０を支持する支持部２７３と、支持部２７３の両端であって、支持部２７３の長手方向に沿う方向に配置され、電極体１２０を挟持する２つの挟持部２７４、２７５とを有しており、支持部２７３に脆弱部が形成される。このため、支持部２７３の脆弱部（またはその近傍）において脆弱部が形成される方向に沿って、支持部２７３を曲げやすい構造にすることができる。このため、曲面により形成される電極体１２０の外周に底面スペーサ２７０を容易に沿わせることができる。
上記実施の形態１に係る蓄電素子１０によれば、底面スペーサ２７０の第二部分２７２よりも厚い第一部分２７１のみに脆弱部としての溝部２７６が形成される。このため、第二部分２７２よりも厚みが厚く曲げにくい構造である第一部分２７１を、曲げやすい構造にすることができる。
上記実施の形態２に係る蓄電素子１０によれば、底面スペーサ２７０に形成される薄肉部の厚みΔｔ３が第二部分２７２の厚みΔｔ２と等しいため、底面スペーサ２７０を、捲回軸方向に延びる当該薄肉部を基点として曲げやすい構造にすることができる。
上記実施の形態２に係る蓄電素子１０によれば、底面スペーサ２７０は、支持部２７３に捲回軸方向にわたって溝部２７６が形成される。このため、底面スペーサ２７０の支持部２７３を、捲回軸方向に延びる溝部２７６を基点として曲げやすい構造にすることができる。
なお、上記実施の形態２に係る蓄電素子１０では、第一部分２７１が形成される箇所は、電極体１２０の未塗工領域Ａ１であることが好ましいが、厳密に一致していなくても良い。すなわち、底面スペーサの断面形状は、未塗工領域Ａ１に対向する位置の第一部分の断面形状が上記のような形状であればよく、塗工領域Ａ２側に行くに従って第二部分の断面形状と成るように段階的もしくは緩やかに第一部分の断面形状から第二部分の断面形状に近づくように変化させてもよい。
また、上記実施の形態１および実施の形態２に係る蓄電素子１０では、容器１００の底面と電極体１２０との間に底面スペーサ１７０、１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、２７０が配置されているが、スペーサが配置される箇所は、容器１００の底面と電極体１２０との間に限らずに容器１００の側面と電極体１２０との間であってもよい。また、このように容器１００の側面と電極体１２０との間にスペーサが配置される場合には、絶縁シート１２７は、捲回軸の方向が電極体とスペーサとの並び方向である水平方向と一致するように捲回されることにより、電極体１２０を少なくとも一周分だけ覆う。
また、上記実施の形態１および実施の形態２に係る蓄電素子１０では、電極体１２０の構造は捲回型であるが、捲回型に限らずに積層型であってもよい。
以上、本発明の蓄電素子について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
本発明の一態様に係る蓄電素子は、容器と電極体との間にスペーサを備える蓄電素子において、電極体が容器の内部で振動することを防ぎ、かつ、電極体が膨張することによる蓄電素子の性能低下を防ぐことができる蓄電素子等として有用である。
１０ 蓄電素子
１００ 容器
１１０ ふた板
１２０ 電極体
１３０ 正極集電体
１４０ 負極集電体
１５０、１６０ 側面スペーサ
１７０、１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、２７０ 底面スペーサ
１７３、２７３ 支持部
１７４、１７５、２７４、２７５ 挟持部
１７６、１７６ａ、１７６ｃ、２７６ 溝部
１７６ｂ 切込部
１８０ 絶縁シート
１８１ 粘着テープ
２７１ 第一部分
２７２ 第二部分
２００ 正極端子
３００ 負極端子
Ａ１ 未塗工領域
Ａ２ 塗工領域
Δｔ１ 第一部分の厚み
Δｔ２ 第二部分の厚み
Δｔ３ 薄肉部の厚み
１００ 容器
１１０ ふた板
１２０ 電極体
１３０ 正極集電体
１４０ 負極集電体
１５０、１６０ 側面スペーサ
１７０、１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、２７０ 底面スペーサ
１７３、２７３ 支持部
１７４、１７５、２７４、２７５ 挟持部
１７６、１７６ａ、１７６ｃ、２７６ 溝部
１７６ｂ 切込部
１８０ 絶縁シート
１８１ 粘着テープ
２７１ 第一部分
２７２ 第二部分
２００ 正極端子
３００ 負極端子
Ａ１ 未塗工領域
Ａ２ 塗工領域
Δｔ１ 第一部分の厚み
Δｔ２ 第二部分の厚み
Δｔ３ 薄肉部の厚み
Claims (14)
- 正極および負極と、セパレータとが積層されることにより成る電極体と、
前記電極体を収容する容器と、
前記電極体と前記容器との間に配置されるスペーサと、
を備え、
前記スペーサは、前記電極体を支持する支持部と、前記支持部の両端に配置され、前記電極体の両側面を挟む挟持部とを有し、
前記支持部および／または前記挟持部に脆弱部を有する
蓄電素子。 - 前記支持部は、長尺形状であり
前記脆弱部は、前記支持部および／または前記挟持部に形成され、前記支持部の長手方向に沿って延びる溝部である
請求項１に記載の蓄電素子。 - 前記脆弱部は、前記支持部および／または前記挟持部に形成される貫通孔である
請求項１に記載の蓄電素子。 - 前記支持部は、長尺形状であり、
前記貫通孔は、前記支持部および／または前記挟持部に複数形成され、前記長手方向に沿って並ぶ
請求項３に記載の蓄電素子。 - さらに、
前記電極体の側面を覆う絶縁シートを備え、
前記スペーサの前記挟持部は、前記絶縁シートの端部を前記電極体と共に挟みこむ
請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄電素子。 - 前記絶縁シートは、捲回軸の方向が前記電極体と前記スペーサとの並び方向と一致するように捲回されることにより、前記電極体を覆う
請求項５に記載の蓄電素子。 - 前記容器に対する前記電極体の挿入方向は、前記電極体に対する前記絶縁シートの捲回軸方向と一致する
請求項６に記載の蓄電素子。 - 前記電極体は、前記正極および前記負極の表面に活物質が塗工される塗工領域と、前記正極および前記負極の表面に活物質が塗工されていない未塗工領域とを有し、
前記スペーサは、前記電極体の前記未塗工領域に対向する第一部分と、前記電極体の塗工領域に対向する第二部分とを有し、
前記第一部分の厚みの方が前記第二部分の厚みよりも厚い
請求項１から７のいずれか１項に記載の蓄電素子。 - 前記スペーサは、前記電極体の前記未塗工領域に対向する位置の前記容器および前記スペーサと前記電極体との隙間よりも、前記電極体の前記塗工領域に対向する位置の前記容器および前記スペーサと前記電極体との隙間の方が大きくなるような形状である
請求項８に記載の蓄電素子。 - 前記スペーサは、
前記第一部分の前記容器側の形状が、前記容器の内面に沿う形状であり、
前記第一部分の前記電極体側の形状が、前記電極体の外面に沿う形状であり、
前記第二部分の前記容器側の形状および前記第二部分の前記電極体側の形状が、前記容器の内面に沿う形状である
請求項８または９に記載の蓄電素子。 - 前記電極体は、前記正極および前記負極の表面に活物質が塗工される塗工領域と、前記正極および前記負極の表面に活物質が塗工されていない未塗工領域とを有し、
前記スペーサは、前記電極体の前記未塗工領域に対向する第一部分と、前記電極体の塗工領域に対向する第二部分とを有し、
前記第一部分の圧縮率の方が前記第二部分の圧縮率よりも小さい
請求項１から７のいずれか１項に記載の蓄電素子。 - 前記脆弱部は、前記スペーサの前記第一部分に形成される
請求項８から１１のいずれか１項に記載の蓄電素子。 - 前記支持部は、さらに、他の部分よりも厚みが薄くなっている前記脆弱部としての薄肉部を有し、
前記薄肉部の厚みは、前記第二部分の厚みと等しい
請求項８から１２のいずれか１項に記載の蓄電素子。 - 前記電極体は、前記正極および前記負極の表面に活物質が塗工される塗工領域と、前記正極および前記負極の表面に活物質が塗工されていない未塗工領域とを有し、
前記スペーサは、前記電極体の前記未塗工領域に対向する位置のみに配置される
請求項１から７のいずれか１項に記載の蓄電素子。
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