JP2014010986A

JP2014010986A - 蓄電素子集合体、および、単蓄電素子

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Publication number: JP2014010986A
Application number: JP2012146013A
Authority: JP
Inventors: Koji Sukino; 功治鋤納
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-01-20
Anticipated expiration: 2032-06-28
Also published as: JP6064389B2

Abstract

【課題】安全弁の方向を揃えた組電池の軽量化を図る。
【解決手段】蓄電素子集合体を構成する単蓄電素子１００がそれぞれ有する筐体１０２は矩形箱形状であり、筐体１０２内部に発生するガスを開裂により筐体１０２外に放出する安全弁１０８を備え、さらに、蓋部１２４の一方の短壁部１２３側端部と他方の短壁部１２３側端部とにそれぞれ配置され、筐体１０２内外に電気を導通させる二つの電極端子１０３と、電極端子１０３にそれぞれ接続され、接続されない電極端子１０３に向かって相互に延びて配置され、接続されない電極端子１０３側に接続部材と接続される接続部を有する電極体とを備え、単蓄電素子１００は、安全弁１０８を相互に同一の極側に備えるとともに、安全弁１０８が同一方向に向くように配置される。
【選択図】図１

Description

本願発明は、筐体内に発電要素や電解液などの蓄電・放電手段が収容される単蓄電素子を組み合わせた蓄電素子集合体、および、単蓄電素子に関し、特に、軽量化と大電流化の両方が要求される蓄電素子集合体、および、単蓄電素子に関する。

近年、ハイブリッド自動車や電気自動車、アシスト自転車のように、駆動源や駆動源の一部として電力を用いる走行車が注目されており、このような走行車の電源として高いエネルギー容量の蓄電素子が実用化されている。例えば、リチウムイオン電池などの非水電解質二次電池を前記蓄電素子として挙示することができる。

特に、高電圧で大電流を流すことが要求される自動車などに搭載される場合、一つの蓄電素子を単蓄電素子とし、これらを直列接続して配置したいわゆる蓄電素子集合体が用いられる。そして単蓄電素子には、いわゆる扁平縦巻き型の発電要素が採用され、剛性の高い材質からなる薄型直方体の筐体が採用されている。そして、筐体の最も面積の大きな面の長手方向と発電要素の巻回軸とが平行となるように前記発電要素が前記筐体に収容される態様が採用されている。また、巻回軸と平行な筐体の他の面の両端部にそれぞれ電極端子が設けられる態様が採用されている。

以上の構成の単蓄電素子を複数個配置して蓄電素子集合体を構成する場合、正極側、および、負極側を交互に配置することで、電気的に直列に接続するための接続部材の長さを短くすることができる。

単蓄電素子は、強い衝撃を受けた場合などにおいて内部にガスが発生する場合があるため、当該ガスの圧力が高まって筐体が破損する前に内部に発生したガスを積極的に外部に排出する安全弁を通常備えている。特許文献１に記載の単蓄電素子は、二つの電極端子の間に安全弁が設けられている。

また、自動車などに搭載される最近の蓄電素子集合体に要求される他の性能として、軽量化があり、筐体の材質としてアルミニウムを採用して単蓄電素子の軽量化を図ったり、ステンレス製の筐体の肉厚を薄くして軽量化を図ったりしている。

特開２００４−３４９２０１号公報

ところが、大電流化と軽量化とが図られた単蓄電素子が組み合わされる蓄電素子集合体は、何らかの原因により単蓄電素子の筐体の内部で短時間に多量の高温のガスが発生し、安全弁が適切に機能する前に筐体自体が破損することを想定する必要がある。この場合、筐体の破損部分を予測することは困難であり、破損部から排出されたガスにより、周辺の機器等に悪影響を及ぼす可能性がある。

そこで本願出願人は先に、筐体内部に短時間で多量に高温のガスが発生した場合でも、適切に安全弁を機能させて筐体の破損を未然に防ぐことができる単蓄電素子に関する出願を行っている。

そして本願発明者は、前記単蓄電素子を組み合わせた蓄電素子集合体について鋭意実験と研究とを重ねたところ、前記安全弁が同一方向に向くようにして配置された単蓄電素子からなる蓄電素子集合体についての知見を得た。

本願発明は、上記知見に基づきなされたものであり、単蓄電素子を安全弁が同一方向に向くようにして配置した場合であっても軽量化を図ることができる蓄電素子集合体、および、単蓄電素子の提供を目的としている。

上記目的を達成するために、本願発明にかかる蓄電素子集合体は、矩形の筐体を有し単独で電気を放電することができる単蓄電素子が複数個並べて配置され、接続部材により電気的に直列接続される蓄電素子集合体であって、前記単蓄電素子がそれぞれ有する筐体は、矩形の底部と、前記底部の各長辺部にそれぞれ立設される矩形の長壁部と、前記底部の各短辺部にそれぞれ立設される矩形の短壁部と前記長壁部、および、前記短壁部に接続される蓋部と、前記筐体内部に発生するガスを開裂により前記筐体外に放出する安全弁であって前記短壁部の一方の極側に設けられる安全弁とを備え、前記単蓄電素子はさらに、前記蓋部の一方の短壁部側端部と他方の短壁部側端部とにそれぞれ配置され、筐体内外に電気を導通させる二つの電極端子と、二つの前記電極端子にそれぞれ接続され、対極の電極端子に向かって相互に延びて配置され、対極の電極端子側に前記接続部材と接続される接続部を有する電極体とを備え、前記単蓄電素子は、前記安全弁を相互に同一の極側に備えるとともに、前記安全弁が同一方向に向くように配置されることを特徴とする。

これによれば、安全弁を同一方向に向くように単蓄電素子を組み付けた場合でも、蓄電素子集合体全体として軽量化を図ることができる。

また、前記安全弁は、前記発電要素の正極側端部のうち、正極集電部材に覆われていない部分と対向する位置に配置されるものでもよい。

また、前記安全弁は、前記発電要素の巻回中心に形成され巻回軸に沿って延びる筒状の中心空間の正極側開口端と対応する位置に配置されるものでもよい。

これにより、筐体内部で短時間に多量に発生した高温のガスが早期に到達すると考えられる位置に安全弁を配置することで、より効率的に安全弁からガスを放出することができるようになる。従って、筐体の破損を高い確率で回避することが可能となる。

ここで、「対応する位置」とは、中心空間を巻回軸に沿って仮想的に延長した場合に中心空間と筐体の前記正極側短壁部とが交差する領域である。なお、安全弁の位置は、前記発電要素の開口端と対応していれば良い。即ち、前記底部と前記蓋体との中間部でも、前記中間部より前記蓋側でも、前記中間部より前記底部側でも良い。さらに、安全弁の位置は、前記交差する領域の少なくとも一部と重なっていることが好ましい。

また、前記安全弁は、前記底部と前記蓋部との間の中間部より前記底部側に配置されるものでもよい。

これによれば、正極集電部材などを回避して早期に短壁部にガスが到達する位置に安全弁を配置することで、短時間での多量の高温のガスの発生に対し、最も効果的に安全弁を機能させることが可能となる。

また、上記目的を達成するために、本願発明にかかる単蓄電素子は、接続部材により電気的に直列接続されて蓄電素子集合体を形成する、矩形の筐体を有し単独で電気を放電することができる単蓄電素子であって、前記単蓄電素子がそれぞれ有する筐体は、矩形の底部と、前記底部の各長辺部にそれぞれ立設される矩形の長壁部と、前記底部の各短辺部にそれぞれ立設される矩形の短壁部と、前記長壁部、および、前記短壁部に接続される蓋部と、前記筐体内部に発生するガスを開裂により前記筐体外に放出する安全弁であって前記短壁部の一方の極側に設けられる安全弁とを備え、前記単蓄電素子はさらに、前記蓋部の一方の短壁部側端部と他方の短壁部側端部とにそれぞれ配置され、筐体内外に電気を導通させる二つの電極端子と、二つの前記電極端子にそれぞれ接続され、接続されない電極端子に向かって相互に延びて配置され、接続されない電極端子側に前記接続部材と接続される接続部を有する電極体とを備えることを特徴とする。

当該単蓄電素子を複数個組み付けて蓄電素子集合体を形成すると、安全弁を同一方向に向くように組み付けた場合でも、蓄電素子集合体全体として軽量化を図ることができる。

本願発明によれば、大電流化と軽量化との両方を満たす単蓄電素子を組み込んだ蓄電素子集合体、および、単蓄電素子であって、単蓄電素子の筐体内部で短時間に多量の高温のガスが発生した場合でも、安全にガスを一方向に排出することができ、かつ、蓄電素子集合体全体として軽量化を図ることができる。

図１は、単蓄電素子の外観を模式的に示す斜示図である。図２は、筐体の壁部の一部を省略して単蓄電素子の内部を模式的に示す斜示図である。図３は、正極集電部材を示す斜視図である。図４は、正極集電部材と正側短壁部との間を分解状態で示す斜視図である。図５は、電極体を分解して示す斜視図である。図６は、蓄電素子集合体を示す斜視図である。図７は、負極集電部材と負極側短壁部との間を分解状態で示す斜視図である。図８は、筐体の壁部の一部を省略して単蓄電素子の内部を模式的に示す斜示図である。図９は、筐体の壁部の一部を省略して単蓄電素子の内部を模式的に示す斜示図である。

次に、本願発明に係る蓄電素子集合体、および、単蓄電素子の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係る蓄電素子集合体、および、単蓄電素子の一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、単蓄電素子の外観を模式的に示す斜示図である。

図２は、単蓄電素子の筐体の壁部の一部を省略して単蓄電素子の内部を模式的に示す斜示図である。

これらの図に示すように、本願発明にかかる単蓄電素子１００は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる蓄電池（例えば非水電解質二次電池（リチウムイオン電池））等である。単蓄電素子１００は、発電要素１０１と、筐体１０２と、電極端子１０３である負極端子１３１、および、正極端子１３２と、集電部材１０４である負極集電部材１４１、および、正極集電部材１４２と、電極端子１０３が取り付けられる蓋部１２４と、安全弁１０８と、電極体１０９とを備えている。本実施の形態の場合さらに、単蓄電素子１００は、正極側補強部材１０６を備えている。なお、単蓄電素子１００の筐体１０２の内部には電解液などの液体が封入される場合があるが、当該液体の図示は省略する。

発電要素１０１は、詳細な図示は省略するが、セパレータと負極と正極とを備え、電気を蓄え、かつ、放出することができる部材である。負極は、例えば、銅からなる長尺帯状の負極集電箔の表面に負極活物質層が形成されたものである。正極は、例えば、アルミニウムからなる長尺帯状の正極集電箔の表面に正極活物質層が形成されたものである。セパレータは、例えば、絶縁性の樹脂からなる微多孔性のシートである。本実施の形態の場合、発電要素１０１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長さ方向に全体が長円形状となるように巻き回されて形成されるいわゆる扁平巻回型の発電要素である。また、発電要素１０１の巻回軸方向（図中Ｙ軸方向）の両端部にはそれぞれ集電部材１０４が発電要素１０１の巻回軸に対し垂直方向に延びて配置されている。

なお、セパレータは、樹脂からなるものばかりでなく、ガラスファイバーなど他の材質であってもかまわない。

また、発電要素１０１の巻回中心には巻回軸に沿って延びる筒状の中心空間１１１が形成されている。本実施の形態の場合、発電要素１０１は、上下方向（Ｚ軸方向）の中間部において、フィン１４３に挟まれることによりＸ軸方向に窪んだ形状となっており、中心空間１１１は、上方の円弧部付近の中心空間と下方の円弧部付近の中心空間とに分離されている。図２においては、下方の中心空間１１１のみが示されている。ここで、巻回軸両端部のそれぞれ上方よりの部分が集電部材１０４に設けられたフィン１４３によって挟まれて接合される場合、上方の中心空間１１１（図示せず）と比較して下方の中心空間１１１の方が大きいものとなることが多く、上方の中心空間は存在しない場合もある。中心空間１１１の巻回軸と交差する断面形状は、楕円や長円や複数の円が重なった形状などとなっており、中心空間１１１の巻回軸方向の両端部は多くの場合開口している。

筐体１０２は、発電要素１０１を収容する矩形箱状（直方体）の部材である。筐体１０２は、軽量化のため、アルミニウムやその合金で形成されたり、肉厚の薄いステンレス鋼などにより形成される。筐体１０２は、矩形の底部１２１と、底部１２１の各長辺部にそれぞれ立設される矩形の長壁部１２２と、底部１２１の各短辺部にそれぞれ立設される矩形の短壁部１２３と、長壁部１２２、および、短壁部１２３に接続される蓋部１２４とを備えている。本実施の形態の場合、筐体１０２は、発電要素１０１等を内部に収容後、長壁部１２２、および、短壁部１２３と蓋部１２４とが溶接されることにより、筐体１０２の内部を密封することができるものとなっている。

また、後述する正極集電部材１４２が配置される側の短壁部１２３である正極側短壁部１２５には安全弁１０８が設けられている。さらに、安全弁１０８は、正極側短壁部１２５であって底部１２１と蓋部１２４との間の中間部より底部１２１側に配置、すなわち、短壁部１２３の下半分の範囲に配置されている。これにより、ガスの圧力が集中する場所との知見を得ている発電要素１０１の中心空間１１１の開口と近い位置に安全弁１０８が配置されることになるため、短時間で多量に高温のガスが発生すると安全弁１０８が有効に反応し、筐体１０２の破損を未然に防止することが可能となる。特に、安全弁１０８は、発電要素１０１によって形成される中心空間１１１の正極側の開口端であって、正極集電部材１４２に覆われていない部分と対応する位置に配置されることが好ましい。これにより、発電要素１０１から発生し、正極集電部材１４２に覆われていない中心空間１１１の開口端から正極側短壁部１２５に向かって放出されるガスを有効に開放することが可能となる。

電極端子１０３は、発電要素１０１に蓄えられている電気を筐体１０２の外部空間に導出し、また、発電要素１０１に電気を蓄えるために筐体１０２の内部空間に電気を導入するための端子である。本実施の形態の場合、電極端子１０３は、長尺板状の蓋部１２４の短壁部１２３側の両端部にそれぞれ取り付けられている。また、蓋部１２４が金属製であるため、蓋部１２４と絶縁して筐体１０２の内部空間を封止するための絶縁性のパッキンを介して蓋部１２４と電極端子１０３とが接続されている。なお、単蓄電素子１００は、電極端子１０３として負極端子１３１、および、正極端子１３２を備えている。

集電部材１０４は、電極端子１０３と発電要素１０１とに電気的に接続されるとともに機械的にも接続され、発電要素１０１と短壁部１２３との間にそれぞれ配置される導電性と剛性とを備えた部材である。本実施の形態の場合、集電部材１０４は、短壁部１２３から蓋部１２４に渡って短壁部１２３および蓋部１２４に沿って屈曲状態で配置される金属製の板状部材であり、負極端子１３１と発電要素１０１の負極集電箔とを結ぶ負極集電部材１４１、および、正極端子１３２と発電要素１０１の正極集電箔とを結ぶ正極集電部材１４２とで構成されている。また、集電部材１０４は、筐体１０２の内部に突出している電極端子１０３と固定的に接続されており、発電要素１０１の負極、または、正極にそれぞれ溶接などによって固定され、電気的に接続されている。これにより、発電要素１０１は、筐体１０２の内部において集電部材１０４、および、電極端子１０３により保持される。

なお、負極集電部材１４１は、負極と同様、銅で形成され、正極集電部材１４２は、正極と同様、アルミニウムで形成されている。

また、集電部材１０４と発電要素１０１の負極集電箔や正極集電箔との接合方法は特に限定されるものでは無いが、本実施の形態の場合、溶接用のフィン１４３を集電部材１０４の一部を折り曲げることにより起立させ、フィン１４３で発電要素１０１の負極集電箔や正極集電箔を挟み込みつつ溶接により接合する方法が採用されている。

図３は、正極集電部材を示す斜視図である。

本実施の形態の場合、正極集電部材１４２は、巻回軸（Ｙ軸方向）に沿って安全弁１０８から発電要素１０１に至る空間を開放する貫通孔状（または切り欠き状）の開放部１４９を備えている。また、開放部１４９は、安全弁１０８と同じ高さになるように配置されている。さらに開放部１４９は、正極集電部材１４２が中心空間１１１の正極側の開口端の少なくとも一部を覆わないように配置されている。これにより、発電要素１０１の中心空間１１１の開口端付近に集中するガスが周囲に拡散することなく、開放部１４９を通じて直接安全弁１０８に作用することが可能となる。従って、短時間で多量に高温のガスが発生すると安全弁１０８がより有効に反応し、筐体１０２の破損を未然に防止することが可能となる。

なお、開放部１４９は、貫通孔ばかりでなく、正極集電部材１４２の一部を切り欠いた部分（図２参照）であってもかまわない。また、正極集電部材１４２のフィン１４３は、発電要素１０１の下方で集電箔と接続されている。発電要素１０１の上方の開口端と対応する位置に開放部１４９や安全弁１０８が備えられていてもよい。

正極集電部材１４２のフィン１４３は、発電要素１０１の上方と下方とで集電箔と接続されている。発電要素１０１の中央付近の開口端と対応する位置に開放部１４９や安全弁１０８が備えられていてもよい。

安全弁１０８は、前述しているように、筐体１０２内部に発生するガスを不可逆的な開裂により筐体１０２外に放出する弁である。安全弁１０８の構造的強度は、筐体１０２の構造的強度より弱く、筐体１０２の内方の圧力が一定値以上になると、安全弁１０８が優先的に開裂して筐体１０２の一部が開放され、ガス等を筐体１０２の外方へ放出する。安全弁１０８は、例えば、筐体１０２の正極側短壁部１２５に孔開け加工を施した後、設けられた孔に対し構造的強度の弱い部材で封孔することなどにより形成される。また、安全弁１０８は、正極側短壁部１２５に溝などを設け、正極側短壁部１２５の一部の構造的強度を低下させることにより設けてもかまわない。

安全弁１０８は、正極集電部材１４２が配置される側の正極側短壁部１２５に設けられることが好ましい。これは、発明者の実験等により、筐体１０２内方、特に発電要素１０１で短時間で多量に高温のガスが発生した場合、早期の段階から正極側短壁部１２５が最も高い圧力と熱の影響を受けるとの知見を得たためである。特に、安全弁１０８は、正極側短壁部１２５の下部（正極端子１３２が設けられる蓋部１２４が配置される部分の反対側の部分）に備えることが好ましい。これも、発明者の実験などにより、正極側短壁部１２５の中でも下部が、短時間での多量の高温のガス発生の際において早期の段階から最も高い圧力と熱の影響を受ける部分であるとの知見に基づく。

図４は、正極集電部材と正極側短壁部との間を分解状態で示す斜視図である。

同図に示すように本実施の形態の場合、単蓄電素子１００は、筐体１０２の内方で短時間で多量に発生する高温のガスの正極側短壁部へと向かう圧力に抗し、正極側短壁部１２５を保護する板状の正極側補強部材１０６を正極集電部材１４２と正極側短壁部１２５との間に備えている。正極側補強部材１０６は、安全弁１０８に対応する位置に厚さ方向に貫通する通過孔１６１を有する板状の部材である。正極側補強部材１０６は、正極側短壁部１２５を覆う板状である。正極側補強部材１０６の材質は特に限定されるものではないが、軽量かつ、耐熱性、耐衝撃性、耐薬品性を備えるセラミクスなどが好適と考えられる。

このように、正極側補強部材１０６を設けた場合、筐体１０２の機械的強度を抑えた場合でも、短時間での多量の高温のガスの発生にも十分に対応することができ、単蓄電素子１００の軽量化を図ることが可能となる。

図５は、電極体を分解して示す斜視図である。

同図に示すように電極体１０９は、電極端子１０３に固定的に接続される板状の部材であり、後述する接続部材１９９、または、自動車の駆動装置などの外部設備等と単蓄電素子１００とを電気的に接続する部材等が取り付けられる部材である。電極体１０９は、接続されない電極端子１０３に向かって延びて配置されている。つまり、正極端子１３２に取り付けられている電極体１０９は、負極端子１３１に向かって延びて配置され、負極端子１３１に取り付けられている電極体１０９は、正極端子１３２に向かって延びて配置されている。さらに、電極体１０９は、接続されない電極端子１０３側に接続部材１９９等と接続される接続部１９８を備えている。つまり、正極端子１３２に取り付けられている電極体１０９は、負極端子１３１側の端部に接続部１９８が設けられており、負極端子１３１に取り付けられている電極体１０９は、正極端子１３２側の端部に接続部１９８が設けられている。

また本実施の形態の場合、電極体１０９は、集電部材１０４から蓋部１２４を貫通して配置される電極端子１０３にかしめによって固定的に取り付けられている。

接続部１９８は、接続部材１９９などと直接物理的に接続される部分であり、本実施の形態の場合は、電極体１０９を貫通する孔、および、その周縁部が接続部１９８として機能している。なお、接続部材１９９などとの接続が溶接で行われる場合は、電極体１０９の一部が接続部１９８となる。

また、本実施の形態の場合、単蓄電素子１００は、接続部１９８としての貫通孔に挿通された状態の取付ボルト１９７を備えている。なお、取付ボルト１９７は、筐体１０２と電極体１０９とを絶縁する図示しない絶縁部材に頭部が埋め込まれた状態となっており、回転が規制された状態で取り付けられている。

以上のように、電極端子１０３から延びて配置される電極体１０９に接続部材１９９等が取り付けられることにより、取り付け時に発生する応力が電極端子１０３等を絶縁する絶縁部材に影響を及ぼし、筐体１０２の封止状態が破られるなどの不具合を回避することが可能となる。

また、単蓄電素子１００は、筐体１０２の正極側短壁部１２５に安全弁１０８を備えているため、筐体１０２内方で高温のガスが短時間で多量に発生した場合でも、安全弁１０８が確実に作用し、筐体１０２内方の圧力を外方に放出することが可能となる。特に、正極側短壁部１２５の底部１２１側に安全弁１０８を配置することで、さらに安全弁１０８を有効に作用させることが可能となる。また、正極側補強部材１０６を正極集電部材１４２と正極側短壁部１２５との間に配置することで、筐体１０２の構造的強度を抑制しつつ、筐体１０２の内方で短時間に多量に発生する高温のガスに対する強度を確保することができ、単蓄電素子１００の重量を低く抑えることが可能となる。

図６は、蓄電素子集合体を示す斜視図である。

同図に示すように、蓄電素子集合体１１０は、安全弁１０８が同一方向（Ｙ軸方向正の向き）に向くように単蓄電素子１００を密接状態で並べて備えるものである。また、いずれの単蓄電素子１００も、安全弁１０８は同一の極側（本実施の形態の場合、正極側）に備えている。また、単蓄電素子１００の相互は接続部材１９９により電気的に接続されており、本実施の形態の場合、全ての単蓄電素子１００が直列接続されている。従って、蓄電素子集合体１１０は、単蓄電素子１００が発電する電圧に保持する単蓄電素子１００の数を乗算した積に対応する電圧を出力することができるものとなっている。

接続部材１９９は、蓄電素子集合体１１０が出力する電力に相応する性能を備えた導電性の部材である。本実施の形態の場合、接続部材１９９は、銅製帯状のバスバーであり、両端部に取付ボルト１９７を挿通しうる貫通孔が設けられている。そして、当該貫通孔に取付ボルト１９７を挿通し、ナットにて締結することにより、接続部材１９９は、電極体１０９の接続部１９８に電気的、かつ、物理的に接続されている。

なお、接続部材１９９は、バスバーばかりでなく、線材や線材が寄り合わされた導線などであってもよい。

以上のように、蓄電素子集合体１１０は、安全弁１０８が同一方向に向くように並べているため、たとえば、安全弁１０８から放出されたガスなどを所定の場所に誘導するためのガス排出経路を備えた誘導体を蓄電素子集合体１１０の近傍に配置する場合、当該誘導体を安全弁１０８と対向する面に集中的に設けることができる。従って、誘導体の構造を簡略化して誘導体の軽量化に寄与することが可能となる。

また、同一極側に安全弁１０８が統一して設けられた単蓄電素子１００を安全弁１０８が同一方向を向くように並べた場合、単蓄電素子１００を直列接続する接続部材１９９は、隣接する単蓄電素子１００の境界を斜めに横断するように配置し無ければならないが、蓄電素子集合体１１０の構成要素である単蓄電素子１００が備える電極体１０９が発電要素１０１の巻回軸方向（図中Ｙ軸方向）に沿って内向きに延びて配置されているため、単蓄電素子１００を直列に接続する接続部材１９９の長さを可及的に短くすることが可能となる。従って、蓄電素子集合体１１０全体の重量の軽減化を図ることが容易となる。

なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。

たとえば図７に示すように、単蓄電素子１００は、補強部材１０７を備えてもよい。具体的には、単蓄電素子１００は、少なくとも発電要素１０１の中心部に配置され巻回軸に沿って延びる筒状の中心空間１１１の開口端を覆う板状であって、開放部１４９が設けられている側と反対側（本実施の形態の場合、負極側）の発電要素１０１と短壁部１２３との間に配置される補強部材１０７を備える。補強部材１０７は、集電部材１０４と短壁部１２３との間に配置され、一つの短壁部１２３全体を覆う態様となされている。また、補強部材１０７は、集電部材１０４に取り付けられており、筐体１０２とは非接触状態となっている。この場合、補強部材１０７の材質としては、高温のガスにも耐えられる耐熱性のものが好ましく、銅やステンレス鋼などの金属材料でもかまわない。また、補強部材１０７は、負極集電部材１４１と一体であってもよい。

また、補強部材１０７は、短壁部１２３と発電要素１０１との間に配置されていてもよく、この場合、正極側に配置される補強部材１０６と同じく、軽量かつ、耐熱性、耐衝撃性、耐薬品性を備えるセラミクスなどが好適と考えられる。

これによれば、筐体１０２内で短時間に多量のガスが発生した際に、発電要素１０１の中心空間１１１の負極側開口端部付近から放出されたガスによる圧力は安全弁１０８とは反対の負極側短壁部１２６にも及ぶことが予想されるが、補強部材１０７を筐体１０２内部に設けることで、負極側短壁部１２６にかかる圧力を分散緩和し、安全弁１０８へ圧力を集中させることができる。従って、安全弁からさらに効率的にガスを逃がし、筐体１０２の破損を抑止することが可能となる。

また、単蓄電素子は図８に示すような内部構造を備えていてもよい。具体的には、負極集電部材１４１は、発電要素１０１の中心部に配置され巻回軸に沿って延びる筒状の中心空間１１１の開口端を全て覆い、下端縁が底部１２１に当接するものとなっている。本実施形態の場合、単蓄電素子１００は、さらに、負極集電部材１４１の下端縁を挟持状態で保持する保持部１２７を底部１２１の表面に備えている。なお、負極集電部材１４１と保持部１２７及び底部１２１とは、電気的に絶縁状態にある。

これによれば、負極集電部材１４１は、蓋部１２４と底部１２１との間を架橋状態で配置されるため、負極集電部材１４１の剛性を高くしなくても、発電要素１０１の中心空間１１１の負極側開口端部付近から放出されたガスの圧力に十分抗することができ、安全弁１０８へ圧力を集中させることができる。従って、別部材をさらに追加することがなく、単蓄電素子１００の重量増加を抑制しつつ、高い安全性を確保することが可能となる。さらに、本実施形態では、発電要素１０１が負極集電部材１４１で固定されることにより、非水二次電池の耐振動性をも向上することができるため、より高い安全性を実現することが可能となる。

また、図９に示すように、正極集電部材１４２は、下端縁が底部１２１に当接するものでもよい。この場合、図８に示す負極集電部材１４１と同じように、正極集電部材１４２下端縁を挟持状態で保持する保持部１２７を底部１２１の表面に備えてもかまわない。正極集電部材１４２をこのような構造とすることで、正極集電部材１４２に備えられている貫通孔状の開放部１４９に、発生した多量の高温のガスを集中させることができ、より効果的に安全弁１０８を機能させることができる。また耐振動性も向上する。

本願発明は、組電池（蓄電素子集合体）に利用可能であり、特に、軽量かつ大電流が要求される自動車などの走行車に搭載される組電池に好適に利用できる。

１００単蓄電素子
１０１発電要素
１０２筐体
１０３電極端子
１０４集電部材
１０６正極側補強部材
１０７負極側補強部材
１０８安全弁
１０９電極体
１１０蓄電素子集合体
１１１中心空間
１２１底部
１２２長壁部
１２３短壁部
１２４蓋部
１２５正極側短壁部
１２６負極側短壁部
１２７保持部
１３１負極端子
１３２正極端子
１４１負極集電部材
１４２正極集電部材
１４３フィン
１４９開放部
１６１通過孔
１９７取付ボルト
１９８接続部
１９９接続部材

Claims

矩形の筐体を有し単独で電気を放電することができる単蓄電素子が複数個並べて配置され、接続部材により電気的に直列接続される蓄電素子集合体であって、
前記単蓄電素子がそれぞれ有する筐体は、
矩形の底部と、
前記底部の各長辺部にそれぞれ立設される矩形の長壁部と、
前記底部の各短辺部にそれぞれ立設される矩形の短壁部と、
前記長壁部、および、前記短壁部に接続される蓋部と、
前記筐体内部に発生するガスを開裂により前記筐体外に放出する安全弁であって前記短壁部の一方の極側に設けられる安全弁とを備え、
前記単蓄電素子はさらに、
前記蓋部の一方の短壁部側端部と他方の短壁部側端部とにそれぞれ配置され、筐体内外に電気を導通させる二つの電極端子と、
二つの前記電極端子にそれぞれ接続され、対極の電極端子に向かって相互に延びて配置され、対極の電極端子側に前記接続部材と接続される接続部を有する電極体とを備え、
前記単蓄電素子は、前記安全弁を相互に同一の極側に備えるとともに、前記安全弁が同一方向に向くように配置される
蓄電素子集合体。
前記安全弁は、前記発電要素の正極側端部のうち、正極集電部材に覆われていない部分と対向する位置に配置される請求項１に記載の蓄電素子集合体。
前記安全弁は、前記発電要素の巻回中心に形成され巻回軸に沿って延びる筒状の中心空間の正極側開口端と対応する位置に配置される
請求項１に記載の蓄電素子集合体。
前記安全弁は、前記底部と前記蓋部との間の中間部より前記底部側に配置される
請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子集合体。
接続部材により電気的に直列接続されて蓄電素子集合体を形成する、矩形の筐体を有し単独で電気を放電することができる単蓄電素子であって、
前記単蓄電素子がそれぞれ有する筐体は、
矩形の底部と、
前記底部の各長辺部にそれぞれ立設される矩形の長壁部と、
前記底部の各短辺部にそれぞれ立設される矩形の短壁部と、
前記長壁部、および、前記短壁部に接続される蓋部と、
前記筐体内部に発生するガスを開裂により前記筐体外に放出する安全弁であって前記短壁部の一方の極側に設けられる安全弁とを備え、
前記単蓄電素子はさらに、
前記蓋部の一方の短壁部側端部と他方の短壁部側端部とにそれぞれ配置され、筐体内外に電気を導通させる二つの電極端子と、
二つの前記電極端子にそれぞれ接続され、接続されない電極端子に向かって相互に延びて配置され、接続されない電極端子側に前記接続部材と接続される接続部を有する電極体とを備える
単蓄電素子。