JP2014130801A - 蓄電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】安全弁を用いてケース内のガスを好適に排出することができる蓄電装置を提供すること。
【解決手段】二次電池10は、電極組立体14が収容されるケース11と、ケース11に設けられ、ケース11の内圧が開放圧を越えた場合に開放してケース11内のガスを排出する安全弁102とを備えている。ここで、二次電池10は、ケース11内において安全弁102に対向するカバー部材111を備え、カバー部材111の安全弁102側の面111aにおいて安全弁102及びカバー部材111の対向方向から見て安全弁102と重なる位置には溝121が設けられている。
【選択図】図3

Description

本発明は、蓄電装置に関する。
EV(Electric Vehicle)やPHV(Plug in Hybrid
Vehicle)などの車両には、走行用モータへの供給電力を蓄える蓄電装置としての二次電池が搭載されている。二次電池は、例えば電極組立体が収容されるケースと、ケースに設けられ、ケースの内圧が開放圧を越えた場合に開放してケース内にて発生したガスを排出する安全弁とを備えているものが知られている(例えば特許文献1参照)。
特開2006−12831号公報
ここで、ケース内において、ケース内に収容された部品によって安全弁が塞がれると、ガスが好適に排出されないといった不都合が生じ得る。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、安全弁を用いてケース内のガスを好適に排出することができる蓄電装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成する蓄電装置は、電極組立体が収容されるケースと、前記ケースに設けられ、前記ケースの内圧が開放圧を越えた場合に開放して前記ケース内のガスを排出する安全弁と、前記ケース内において前記安全弁に対向し、前記ガスの流路が設けられた対向部材と、を備えていることを特徴とする。
かかる構成によれば、ガスの流路が設けられている対向部材を備えていることにより、ケース内のガスが安全弁を介して排出される。これにより、ガスの流路が塞がれることを抑制することができ、それを通じてガスを好適に排出することができる。
上記蓄電装置について、前記対向部材は絶縁性を有していることが好ましい。かかる構成によれば、対向部材は絶縁性を有しているため、対向部材とケースの内面等とが接触した場合であっても、電気的には接続されない。これにより、対向部材に対してケースの内面側とは反対側に部品が設けられている場合には、当該部品とケースとの短絡を抑制することができる。よって、ガスの流路を確保しつつ、短絡の発生を抑制することができる。
上記蓄電装置について、前記対向部材には、前記安全弁及び前記対向部材の対向方向から見て前記安全弁が重なる位置に溝が設けられており、前記溝は、前記対向方向と直交する方向に延び、その延びる方向の両端の少なくとも一方に開口を有し、前記溝が、前記ガスの流路を構成していることが好ましい。
かかる構成によれば、ケース内のガスは溝を通って安全弁に到達し、安全弁を介してケース外に排出される。この場合、溝は凹んでいるため、仮に対向部材の一部がケースの内面に当接している場合であっても、ガスの流路は確保されている。これにより、仮に対向部材とケースの内面とが離間して配置されている構成において、ガス等の要因によって対向部材がケースの内面側に移動した場合であっても、ガスの流路を確保することができる。また、対向部材の一部がケースの内面に当接した状態で配置する構成においては、ガスの流路を確保しつつ、隙間をなくすことを通じて省スペース化を図ることができる。
上記蓄電装置について、前記対向方向から見て前記安全弁と重なる位置における前記溝の底面に、該底面よりも凹む凹部を有することが好ましい。かかる構成によれば、溝の底面に、さらに凹部を有するため、ガスの流路の流路面積の向上を図ることができる。
上記蓄電装置について、前記電極組立体は、端部にタブが設けられた電極とセパレータとが積層されて構成されており、前記タブと前記ケースの内面との間には、前記タブと接合された導電部材が設けられ、前記対向部材は、板状であり、前記導電部材と、前記安全弁が設けられている前記ケースの内面との間に配置されていることが好ましい。
かかる構成によれば、対向部材は導電部材とケースの内面との間に配置されているため、導電部材がケースの内面側に移動することに起因してガスの流路が導電部材によって塞がれるといった不都合を回避することができる。
上記蓄電装置について、前記対向部材には、前記安全弁及び前記対向部材の対向方向から見て前記安全弁と重なる位置に排気孔が前記対向部材を前記対向方向に貫通して設けられているとともに、前記導電部材には、前記対向方向から見て前記排気孔と重なる位置に連通孔が前記導電部材を前記対向方向に貫通して設けられていてもよい。
かかる構成によれば、例えば、ケース内の高温のガスにより対向部材が溶融し、対向部材が変形してしまい、対向部材に設けられたガスの流路が塞がれてしまっても、排気孔には、導電部材の連通孔が連通している。このため、ケース内に連通する連通孔を介して排気孔とケース内との連通が維持される。よって、ケース内のガスを連通孔から排気孔に排気し、開放された安全弁からケース外へ排出できる。
上記蓄電装置について、前記タブは前記電極組立体の積層方向の一端側に寄せて集められ、その集められた状態で前記一端側とは反対側の他端側に向けて折り返されるとともに、その折り返された状態で前記タブに前記導電部材が接合され、前記対向部材は、前記ケースの内面と前記導電部材との間に設けられる本体部を備えるとともに、前記タブに対して前記積層方向の両側に配設されるべく前記本体部の対向する側縁から前記電極組立体に向けて延びる一対の延設片を備え、少なくとも一方の延設片は、前記本体部と共に前記タブ及び前記導電部材を前記対向方向に挟持する挟持片を備えていてもよい。
かかる構成によれば、複数のタブと導電部材を接合した状態では、導電部材に対し、接合されていないタブの一部が不安定な状態にある。ここで、対向部材の本体部と挟持片とで、導電部材と複数のタブを挟持することで、不安定な状態にあるタブを拘束することができる。
上記蓄電装置について、前記電極として、互いの極性が異なる第1電極及び第2電極を備え、前記導電部材として、前記第1電極の端部に設けられた第1タブと接合された第1導電部材、及び前記第2電極の端部に設けられた第2タブと接合された第2導電部材を備え、前記第1導電部材と前記第2導電部材とは、前記安全弁と前記対向部材との対向方向及び前記電極組立体の積層方向の双方と直交する方向に離間して配置されており、前記対向部材の前記各導電部材側の面には突出部が設けられており、前記突出部の少なくとも一部は、前記第1導電部材と前記第2導電部材との間に介在していることが好ましい。かかる構成によれば、突出部によって各導電部材が近づくことが規制されている。これにより、各導電部材の接触に起因した短絡を抑制することができる。
上記蓄電装置について、前記第2導電部材は板状であって厚さが相違する厚肉部及び薄肉部を有し、前記薄肉部と前記第2タブとが溶接されており、前記対向方向から見て、前記突出部の一部は前記薄肉部と重なっていることが好ましい。かかる構成によれば、薄肉部にて第2導電部材と第2タブとが溶接されているため、厚肉部にて溶接される構成と比較して、熱拡散が低減されている。これにより、タブと第2導電部材との溶接を好適に行うことができる。そして、厚肉部と薄肉部とを設けることによって形成されるデットスペースに突出部の一部が配置されているため、デッドスペースを利用して対向部材の強度向上を図ることができる。
上記蓄電装置について、前記ガスの流路の流路面積は、開放された場合の前記安全弁の開口面積よりも広いことが好ましい。かかる構成によれば、ガスの流路の流路面積は安全弁の開口面積よりも広くなっているため、ガスの排出がガスの流路によって制限されることを回避することができる。
上記蓄電装置について、二次電池であることが好ましい。
安全弁を用いてケース内のガスを好適に排出することができる。
二次電池の斜視図。 電極組立体の分解斜視図。 二次電池の分解斜視図。 (a)は図1の4−4線断面図であり、(b),(c)は(a)の部分拡大図。 安全弁の周辺構造を示す平面図。 第2の実施形態の二次電池の分解斜視図。 二次電池の安全弁の周辺構造を示す断面図。 第3の実施形態の二次電池の分解斜視図。 カバー部材を装着した状態を示す部分断面図。 別例の溝を示す平面図。 図10の11−11線断面図。 別例の溝を示す断面図。 第3の実施形態の別例を示す部分断面図。
(第1の実施形態)
以下、蓄電装置の第1の実施形態について説明する。
図1に示すように、蓄電装置としての二次電池10は、その外形を構成するケース11を備えている。ケース11は、四角箱状の容器12と、その容器12に設けられた開口部分を塞ぐ矩形平板状の蓋13とから構成されている。このため、二次電池10は、その外形が角型の角型電池である。なお、容器12及び蓋13は金属製である。また、本実施形態の二次電池10は、リチウムイオン電池である。
二次電池10は、ケース11に収容されている電極組立体14と、電極組立体14と電力のやり取りを行うのに用いられる正極端子15及び負極端子16とを備えている。各端子15,16はケース11、詳細には蓋13に取り付けられており、蓋13の長手方向の両端側に離間して配置されている。
図2に示すように、電極組立体14は、電極として互いの極性が異なる正極電極21及び負極電極22が、電気伝導に係るイオン(リチウムイオン)が通過可能な多孔質膜で形成されたセパレータ23を介して交互に積層されて構成されている。各電極21,22及びセパレータ23はそれぞれ、矩形のシート状である。なお、以降の説明において、特に断りが無い限り、積層方向とは、電極組立体14の積層方向である。
正極電極21は、矩形状の正極金属箔(例えばアルミニウム箔)21aと、当該正極金属箔21aの両面全体に設けられた正極活物質層21bと、を有する。負極電極22は、矩形状の負極金属箔(例えば銅箔)22aと、当該負極金属箔22aの両面全体に設けられた負極活物質層22bと、を有する。電極組立体14を構成している状態において、正極活物質層21bは負極活物質層22bによって覆われ、且つ、各電極21,22はセパレータ23によって覆われている。なお、正極電極21が第1電極に対応し、負極電極22が第2電極に対応する。
正極電極21の端部21cには、第1タブとしての正極タブ31が突出して設けられている。同様に、負極電極22の端部22cには、第2タブとしての負極タブ32が突出して設けられている。ここで、負極タブ32は、負極電極22の端部22cの中央に配置されており、正極タブ31は、正極電極21の端部21cにおいてその中央よりも偏倚した位置に配置されている。
各電極21,22は、各タブ31,32の同一極性同士が列状に配置されるように重なっている。そして、図3に示すように、各正極タブ31は、電極組立体14の積層方向の一端側に寄せて集められ、その集められた状態で上記一端側とは反対側の他端側に向けて折り返されている。同様に、各負極タブ32は、電極組立体14の積層方向の一端側に寄せて集められ、その集められた状態で上記一端側とは反対側の他端側に向けて折り返されている。そして、電極組立体14は、各タブ31,32がある部位と蓋13とが対向する状態でケース11内に収容されている。
図3及び図4に示すように、二次電池10は、各タブ31,32と各端子15,16との同一極性同士を電気的に接続する正極導電部材41及び負極導電部材42を備えている。各導電部材41,42は、蓋13と電極組立体14との間に配置されており、蓋13側から電極組立体14側への方向及び電極組立体14の積層方向の双方と直交する方向に両者は離間して配置されている。なお、正極導電部材41が第1導電部材に対応し、負極導電部材42が第2導電部材に対応する。
正極導電部材41は、ケース11の内面11aと各正極タブ31との間にあって、各正極タブ31及び正極端子15の双方に接合(例えば溶接)されている。図3に示すように、正極端子15は、外周面にネジ溝が設けられた正極軸部15aと、正極軸部15aの軸線方向の端部に設けられた角柱状の正極頭部15bとを有している。正極導電部材41は、一枚の金属板、例えばアルミニウム板を屈曲させたものであり、積層方向から見てクランク形状となっている。正極導電部材41は、ケース11側にある第1正極パーツ51と、電極組立体14側にある第2正極パーツ52とを有している。正極導電部材41は、第1正極パーツ51が各正極タブ31に接合され、第2正極パーツ52が正極頭部15bに接合されることで取り付けられている。
正極側と同様に、負極端子16は、負極軸部16aと負極頭部16bとを有している。負極導電部材42は、ケース11の内面11aと各負極タブ32との間にある。負極導電部材42は、一枚の金属板、例えば銅板を屈曲させることで積層方向から見てクランク形状となっており、ケース11側にある第1負極パーツ61と、電極組立体14側にあって負極頭部16bと接合(例えば溶接)された第2負極パーツ62とを有している。
ここで、既に説明した通り、負極タブ32は負極電極22の端部22cの中央に配置されている一方、正極タブ31は正極電極21の端部21cにおいて中央よりも偏倚した位置に配置されている。このため、図3及び図4(a)に示すように、蓋13側から電極組立体14側への方向及び積層方向の双方と直交する方向において、負極タブ32及び負極端子16間の距離は、正極タブ31及び正極端子15間の距離よりも長くなっている。これに対応させて、蓋13側から電極組立体14側への方向及び積層方向の双方と直交する方向における第1負極パーツ61の長さは、第1正極パーツ51の対応する長さよりも長くなっている。そして、第1負極パーツ61と各負極タブ32とが重なっている。
また、図3及び図4(b)に示すように、第1負極パーツ61は、厚さが相違する厚肉部71及び薄肉部72を有している。そして、第1負極パーツ61における蓋13側の面61aには、厚肉部71及び薄肉部72との境界として段差部73が設けられている。薄肉部72は、各負極タブ32と重なる位置に配置されており、当該薄肉部72にて第1負極パーツ61の負極タブ32側の面61bと、各負極タブ32とが溶接されている。
ちなみに、図3及び図4(a)に示すように、各端子15,16の軸部15a,16aにおいて頭部15b,16b側とは反対側の端部はそれぞれ、蓋13に設けられた貫通孔13aを通ってケース11外に突出しており、その突出箇所には絶縁リング81が挿通された状態でナット82が螺着されている。
なお、各端子15,16の軸部15a,16aにはそれぞれ、シール部材としてのOリング83が取り付けられている。Oリング83が頭部15b,16bと蓋13との間に圧縮されることによって、各軸部15a,16aの周囲がシールされている。
また、二次電池10は、正極端子15の正極頭部15b及び第2正極パーツ52をカバーする正極側絶縁部材84を備えている。正極側絶縁部材84は、第2正極パーツ52の電極組立体14側の面を覆った状態で、正極頭部15b及び正極軸部15aに嵌合している。同様に、二次電池10は、第2負極パーツ62の電極組立体14側の面を覆った状態で、負極頭部16b及び負極軸部16aに嵌合する負極側絶縁部材85を備えている。
図3及び図4(a)に示すように、蓋13には、電解液を注入するのに用いられる注液孔91が設けられている。図4(a)に示すように、注液孔91は、電解液が注入された後は、封止栓92によって封止されている。
また、ケース11、詳細には蓋13には、ケース11内のガスが排出可能なガス排出孔101が設けられている。ガス排出孔101は蓋13の厚さ方向に貫通しており、その貫通方向から見て円形状である。ガス排出孔101と注液孔91とは並設されている。
図3及び図4(b)に示すように、ガス排出孔101は、蓋13の厚さよりも薄い板状の安全弁102によって閉塞されている。安全弁102は、蓋13と、蓋13に取り付けられた取付板103とによって挟まれている。なお、安全弁102は、Oリングを介して蓋13及び取付板103にシールされて挟まれるとよい。取付板103は、その厚さ方向から見て三角形状であり、取付板103の中央には、ガス排出孔101と同一径の貫通孔103aが設けられている。取付板103は、取付板103の蓋13側の面における当該貫通孔103aの周縁部に設けられ、蓋13側に向けて突出したボス103bを有している。
また、蓋13におけるガス排出孔101の周囲には、ガス排出孔101の径よりも大きく設定された内径を有するリブ104が設けられており、リブ104とガス排出孔101の周縁部とによって上記ボス103bが嵌合可能な凹部105が構成されている。安全弁102は、凹部105内に配置可能な範囲内でガス排出孔101よりも大きく構成されている。凹部105内に安全弁102が配置された状態でボス103bと凹部105とが嵌合するように取付板103がリブ104に取り付けられている。この場合、安全弁102は、ボス103bと蓋13のガス排出孔101の周縁部とによって挟まれて固定されている。
安全弁102は、通常時はガス排出孔101を閉塞しており、ケース11内の内圧が開放圧を越えた場合には開放することにより、ガス排出孔101を介してケース11内のガスを排出させる。なお、安全弁102の厚さ方向とガス排出孔101の貫通方向とは一致している。また、安全弁102の厚さ方向は、蓋13側から電極組立体14側への方向に沿う方向と一致する。
図3及び図4に示すように、二次電池10は、ケース11内において安全弁102に対向する対向部材としてのカバー部材111を備えている。カバー部材111は絶縁性を有しており、全体として矩形板状となっている。カバー部材111は、各導電部材41,42と、安全弁102が設けられているケース11の内面11aとの間に配置されており、両者によって挟まれている。カバー部材111におけるその厚さ方向と直交する両面111a,111bのうち安全弁102側の面111aは、安全弁102と対向している。安全弁102の厚さ方向から見て、カバー部材111は、第1正極パーツ51及び第1負極パーツ61を覆っている。なお、カバー部材111の厚さ方向と安全弁102の厚さ方向とは一致している。また、安全弁102の厚さ方向は、安全弁102及びカバー部材111の対向方向と一致している。
図4(a)及び図4(b)に示すように、安全弁102及びカバー部材111の対向方向から見て、安全弁102が重なる位置におけるカバー部材111の安全弁102側の面111aには、カバー部材111の厚さ方向に凹んだ溝121が設けられている。図3に示すように、溝121は、その長手方向が上記対向方向と直交する方向、本実施形態においてはカバー部材111の短手方向に延びており、その長手方向の両端に開口121a,121bを有している。溝121がガスの流路を構成している。なお、溝121の底面は平坦となっている。
図4(b)に示すように、溝121の長手方向及び短手方向の幅は、ガス排出孔101の直径よりも広くなっている。また、安全弁102が開放された場合の安全弁102の開口面積よりもガスの流路の流路面積が広くなるように溝121の幅及び深さが設定されている。
ここで、ガスの流路の流路面積は、各開口121a,121bの総面積に依存する。すなわち、溝121の両端が開口121a,121bとなっている構成においては、各開口121a,121bの双方からガスが流入する。このため、いずれか一方が閉塞されている構成と比較して、ガスの流路の流路面積が広くなっている。
なお、安全弁102の開口面積は、安全弁102に刻印を形成すること等によって制御することができ、例えばガス排出孔101と同一面積となるように設定されている。
図4に示すように、カバー部材111の上記両面111a,111bのうち安全弁102側の面111aとは反対側にある各導電部材41,42側の面111bは、各導電部材41,42と当接している。
ここで、カバー部材111の各導電部材41,42側の面111bには、電極組立体14側に突出した突出部122が設けられている。突出部122の一部は、安全弁102とカバー部材111との対向方向及び積層方向の双方と直交する方向に離間して配置された各導電部材41,42の間に配置されており、別の一部は上記対向方向から見て薄肉部72と重なっている。
突出部122は、正極導電部材41と負極導電部材42の間に嵌合している。詳細には、図4(a)に示すように、上記対向方向及び積層方向の双方と直交する方向における突出部122の長さL1は、段差部73と、第1正極パーツ51の第1負極パーツ61側の端部51cとの距離と同一に設定されており、突出部122の突出寸法は、段差部73の段差寸法と同一に設定されている。そして、図4(b)及び図4(c)に示すように、突出部122は、第1正極パーツ51の第1負極パーツ61側の端部51cに当接しているとともに、第1負極パーツ61の段差部73に当接している。
ちなみに、ガス排出孔101は、蓋13の長手方向の中央に配置されている。そして、安全弁102及びカバー部材111の対向方向において、安全弁102、ガス排出孔101、溝121、突出部122、薄肉部72及び各負極タブ32が並んで配置されている。すなわち、上記対向方向から見て、突出部122の一部は、溝121と重なっている。
なお、図5に示すように、カバー部材111の積層方向の長さL2は、積層方向におけるケース11の内面11a間の距離L3よりも短く設定されている。このため、電極組立体14の積層方向においてカバー部材111とケース11の内面11aとの間にはガスの流路が設けられている。ガスの流路は、積層方向に離間して配置されている溝121の開口121a,121bと、ケース11の内面11aとの間の隙間である。開口121a,121bとケース11の内面11aとの間の隙間は、ガスの流路の流路面積が十分確保されるように設定されている。
次に本実施形態の作用について説明する。
各導電部材41,42とケース11の内面11aとの間にカバー部材111が設けられており、カバー部材111は安全弁102と対向している。そして、安全弁102及びカバー部材111の対向方向から見て安全弁102が重なる位置におけるカバー部材111の安全弁102側の面111aには溝121が設けられている。安全弁102が開放された場合には、ケース11内のガスは、溝121を介してガス排出孔101に到達し、ケース11外に排出される。
以上詳述した本実施形態によれば以下の優れた効果を奏する。
(1)ケース11内において安全弁102に対向し、ガスの流路が設けられたカバー部材111を備えている。これにより、ガスの流路が塞がれることを回避することができ、それを通じてガスの排出を好適に行うことができる。また、カバー部材111によって、異物が安全弁102に衝突することが規制されているため、異物に起因する安全弁102の損傷を回避することができる。
(2)カバー部材111は、各導電部材41,42と、安全弁102が設けられているケース11の内面11aとの間に配置されている。これにより、各導電部材41,42がケース11の内面11a側に移動することによってガスの流路が塞がれるといった不都合を回避することができる。
(3)特に、カバー部材111は、ケース11の内面11aと各導電部材41,42とによって挟まれている。詳細には、カバー部材111は、ケース11の内面11aと、各導電部材41,42においてケース11の内面11a側にある第1正極パーツ51及び第1負極パーツ61とによって挟まれている。これにより、ケース11の内面11a側への各導電部材41,42の移動及びカバー部材111の位置ずれを抑制することができるとともに、隙間が形成されていない分だけ、スペースの削減を図ることができる。
ここで、第1正極パーツ51及び第1負極パーツ61がケース11の内面11aに近づくように、積層方向から見て各導電部材41,42をクランク形状にした。これにより、各導電部材41,42と各タブ31,32との同一極性同士を接合しつつ、各タブ31,32をケース11の内面11a側に配置させることを通じてデッドスペースの削減を図ることができる。一方、安全弁102及びカバー部材111の対向方向から見て安全弁102と重なっている第1負極パーツ61によってガスの流路が塞がれ易くなる。これに対して、本実施形態によれば、カバー部材111を設けることにより、デッドスペースの削減を図ることによって生じ得る上記不都合を回避することができる。
(4)カバー部材111は絶縁性を有している。これにより、カバー部材111を介して各導電部材41,42とケース11とが短絡することを抑制することができる。よって、絶縁部材を別途設けるといったことが不要となるため、構成の簡素化を図ることができる。
(5)安全弁102及びカバー部材111の対向方向から見て、安全弁102と重なる位置におけるカバー部材111の安全弁102側の面111aに、上記対向方向に直交する方向に延び、且つその延びる方向の両端に開口121a,121bを有する溝121を設けた。これにより、ケース11内のガスは溝121を介してガス排出孔101に到達する。この場合、溝121は安全弁102側の面111aよりも凹んでいるため、ケース11の内面11aと安全弁102側の面111aとが当接している状況においても、ガスの流路を確保することができる。
(6)溝121は、矩形板状のカバー部材111において短手方向に沿って延びている。これにより、溝121を流れるガスの距離を短くすることができるため、ガスの排出をより好適に行うことができる。
(7)カバー部材111の各導電部材41,42側の面111bに、正極導電部材41と負極導電部材42の間に嵌合する突出部122を設けた。これにより、各導電部材41,42の接触に伴う短絡を抑制することができる。
(8)負極導電部材42の第1負極パーツ61は、厚さが相違する厚肉部71及び薄肉部72を有し、薄肉部72と負極タブ32とが溶接されている。これにより、厚肉部71にて溶接される構成と比較して、熱拡散が低減されるため、負極タブ32と負極導電部材42との溶接を好適に行うことができる。この場合、薄肉部72を設けることによって、第1負極パーツ61とカバー部材111との間に、段差部73に対応したデッドスペースが生じ得る。
これに対して、安全弁102及びカバー部材111の対向方向から見て、突出部122の一部は薄肉部72と重なるようにした。これにより、突出部122の一部が上記デッドスペースに配置されているため、デッドスペースを利用してカバー部材111の強度向上を図ることができる。
なお、負極導電部材42を構成する銅板は、正極導電部材41を構成するアルミニウム板と比較して、抵抗値が低いため、抵抗溶接に係る電力が付与された場合に、その電力が熱に変換されにくく、溶接不良が発生し易い。これに対して、薄肉部72を設けた導電部材として負極導電部材42を採用したことにより、上記抵抗値の相違に起因して特に溶接不良が発生し易い負極側の溶接を好適に行うことができる。
(9)安全弁102及びカバー部材111の対向方向において、安全弁102、溝121及び突出部122を並べて配置した。これにより、溝121を設けたことによって生じ得る強度低下を突出部122にて低減することができる。
(10)ガス排出孔101及び安全弁102は、蓋13の長手方向の中央に設けられているため、安定したガスの排出を実現することができる。また、負極タブ32は、負極端子16よりも正極タブ31側である上記中央に配置されているため、負極タブ32と負極端子16との間にCID等の部品を配置するスペースを確保することができる。
ここで、上記のようにガス排出孔101と負極タブ32とを配置した場合、安全弁102及びカバー部材111の対向方向において、ガス排出孔101と負極タブ32とは並んでいる。このため、上述した効果を得るべく、上記対向方向において、安全弁102と重なる位置に溝121を設け、負極タブ32と重なる位置に薄肉部72を設け、さらに薄肉部72と重なるように突出部122を設けた場合、自ずと溝121、突出部122及び薄肉部72が上記対向方向に並ぶ。これにより、上述した全ての効果を得ることができる。
(11)カバー部材111によって規定されるガスの流路の流路面積は開放された場合の安全弁102の開口面積よりも広く設定されている。これにより、ガスの排出がガスの流路によって制限されることがないため、ケース11内のガスを好適に排出することができる。
(第2の実施形態)
以下、蓄電装置を二次電池に具体化した第2の実施形態を図6及び図7にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態では、既に説明した第1の実施形態と同一構成について同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。
図6及び図7に示すように、カバー部材111は、矩形状の本体部112を備え、本体部112の長手方向の一端寄り(負極端子16寄り)に溝121を備える。また、本体部112の長手方向の一端寄りに、安全弁102及びカバー部材111の対向方向に沿って本体部112を貫通する円形状の排気孔113を有する。排気孔113は、安全弁102及び対向部材111の対向方向から見て安全弁102と重なる位置に設けられている。なお、安全弁102は第1の実施形態に比べて、負極端子16寄りに位置している。
カバー部材111は、本体部112の長手方向に延びる一対の側縁に延設片114を備え、各延設片114は、本体部112の各導電部材41,42側の面111bから離れる方向に突出している。また、各延設片114は、正極導電部材41の第1正極パーツ51、正極タブ31、及び第1負極パーツ61の薄肉部72を、積層方向の側方から覆っており、一対の延設片114は、正極タブ31及び負極タブ32に対して、積層方向の両側に配設されている。
負極導電部材42の厚肉部71は、その厚肉部71を上記対向方向に貫通する円形状の連通孔71aを有する。連通孔71aは、本体部112の排気孔113と同径であり、連通孔71aと排気孔113の位置が合致して互いに同じ開口面積で連通している。よって、溝121の開口121a,121bには、排気孔113及び連通孔71aを介して、ケース11における電極組立体14側の領域にも連通している。
したがって、第2の実施形態によれば、第1の実施形態の効果(1)〜(7)、(11)と同様の効果に加えて、以下に示す効果を得ることができる。
(12)負極導電部材42の厚肉部71に連通孔71aを設けるとともに、カバー部材111の本体部112に排気孔113を設け、連通孔71aと排気孔113を対向方向に重ねて連通させた。このため、ケース11内で高温のガスが発生し、カバー部材111が溶融し、変形して溝121の開口121a,121bが閉じられてしまっても、排気孔113及び連通孔71aを介して、ガス排出孔101とケース11内を連通させることができる。よって、ケース11内のガスを、連通孔71aから排気孔113を通過させて、開放された安全弁102からケース11外に排出することができる。
(第3の実施形態)
以下、蓄電装置を二次電池に具体化した第3の実施形態を図8及び図9にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態では、既に説明した第1の実施形態と同一構成について同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。
図8に示すように、第2の実施形態と異なり、カバー部材111において、各延設片114は、本体部112の長手方向全体に亘って設けられている。また、一対の延設片114のうち、積層方向の他端側に位置する一方の延設片114は、本体部112の各導電部材41,42側の面111bに対し離間し、かつ平行な挟持片115を先端部に備える。一対の延設片114及び挟持片115は可撓性を有し、かつ弾性変形可能である。
なお、図9に示すように、積層方向他端側は、寄せて集められた正極タブ31及び負極タブ32が折り返された側である。また、正極タブ31及び負極タブ32は、溶接部Yによって、積層された全ての正極タブ31又は負極タブ32が溶接されている。
カバー部材111は、その本体部112の各導電部材41,42側の面111bが、正極導電部材41の第1正極パーツ51、及び負極導電部材42の第1負極パーツ61に接触している。一方、挟持片115において、本体部112の各導電部材41,42側の面111bに対向する内面115aは、折り返された正極タブ31及び負極タブ32のうち、最も電極組立体14に近い正極タブ31及び負極タブ32に接触している。そして、挟持片115は、正極タブ31及び負極タブ32において、溶接部Yよりも先端側の部位に接触して、積層された正極タブ31及び負極タブ32と各導電部材41,42を本体部112と共に挟持している。
なお、二次電池10の製造工程において、電極組立体14の正極タブ31に正極導電部材41を接合し、負極タブ32に負極導電部材42を接合した工程の後、カバー部材111が装着される。カバー部材111を装着するには、まず、本体部112を、一方の延設片114との交差部を支点にして弾性変形させ、挟持片115と、本体部112との間隔を広げておく。その状態で、挟持片115の内面115aを折り返された正極タブ31及び負極タブ32の内面に接触させる。そして、弾性変形させた本体部112を原形状に復帰させ、本体部112を各導電部材41,42に接触させるとともに、他方の延設片114を各導電部材41,42の側縁に係止させる。すると、カバー部材111が、各導電部材41,42に装着されるとともに、それら導電部材41,42とタブ31,32が挟持され、一体に拘束される。
そして、カバー部材111の装着後、蓋13に対し、正極導電部材41及び負極導電部材42が締結され、その後、電極組立体14が容器12に収容されるとともに、容器12に蓋13が接合されて二次電池10が製造されている。
したがって、第3の実施形態によれば、第1の実施形態の効果(1)〜(7)、(11)と同様の効果に加えて、以下に示す効果を得ることができる。
(13)正極タブ31と正極導電部材41、及び負極タブ32と負極導電部材42をカバー部材111の本体部112と挟持片115で挟持し、正極タブ31及び負極タブ32において、溶接部Yより先端側をカバー部材111で拘束した。このため、正極タブ31及び負極タブ32において、溶接部Yより先端側の部位が不安定な状態となることや、振動等で動くことを防止することができる。
(14)カバー部材111の一対の延設片114で、正極タブ31及び負極タブ32を、電極組立体14の積層方向の両側から挟むようにした。このため、延設片114により、正極タブ31と正極導電部材41との溶接部Y付近、及び負極タブ32と負極導電部材42との溶接部Y付近を保護して、異物が巻き込まれることを抑制できる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 各実施形態では、溝121の底面は平坦であったが、これに限られない。図10及び図11に示すように、安全弁102及びカバー部材111の対向方向から見て安全弁102と重なる位置における溝201の底面201aは凹んでいてもよい。例えば、上記位置における溝201の底面201aに、凹部としての円柱状の穴202を設け、溝201を段差状にしてもよい。この場合、図10に示すように、穴202の径は安全弁102の径よりも大きく設定するとよい。この場合、安全弁102の直下におけるガスの流路の流路面積を確保することを通じて、ガスをより好適に排出させることができる。
○ なお、溝の底面に設ける凹部の形状は任意であり、例えば、図12に示すように、溝211の底面211aに、凹部としてのテーパ状の穴212を設けてもよい。この場合であっても、上述した効果を奏する。
○ 図13に示すように、第3の実施形態において、カバー部材111は、板材を折り曲げてコ字型に形成したものであってもよい。カバー部材111は、本体部112と、一方の延設片114aとがL字型となるように予め一体成形されている。また、一方の延設片114aと挟持片115との境界部に第1折り曲げ部115cを備える。さらに、カバー部材111は、本体部112と、他方の延設片114bとの境界部となる位置に、第2折り曲げ部112aを備える。
また、負極導電部材42の薄肉部72にて、第1負極パーツ61の負極タブ32側の面61bと、負極タブ32とは、抵抗溶接によって溶接されている。この抵抗溶接の際、
全ての負極タブ32における電極組立体14側には溶接用板材120が配設される。全ての負極タブ32は、蓋13側に配置された負極導電部材42の薄肉部72と、電極組立体14側に配置された溶接用板材120とで、積層方向両端側から挟まれている。そして、負極導電部材42の薄肉部72と溶接用板材120とを、図示しない抵抗溶接器で挟んで、負極導電部材42の薄肉部72と、全ての負極タブ32と、溶接用板材120とを溶接することで、全ての負極タブ32と負極導電部材42が接続されている。
また、全ての負極タブ32は、溶接部Yよりも先端側は、負極導電部材42の薄肉部72に接合されておらず、負極タブ32の積層方向へ変位可能な自由端部となっている。なお、全ての負極タブ32において、溶接部Yよりも先端側で、かつ溶接用板材120を越えた部位は、溶接用板材120の端縁を支点として折り返されている。したがって、全ての負極タブ32の自由端部は、溶接用板材120を挟んで二条に折り畳まれた状態である。
全ての負極タブ32に負極導電部材42の薄肉部72及び溶接用板材120が溶接された状態でカバー部材111を装着するには、まず、本体部112により、負極タブ32を覆った状態で、第1折り曲げ部115cから挟持片115を折り曲げる。すると、その挟持片115の内面115aによって、全ての負極タブ32の自由端部を、溶接用板材120の端縁から折り曲げることができる。よって、挟持片115を折り曲げることで、本体部112と挟持片115で、自由端部を折り畳みつつ、挟持することができ、カバー部材111の装着が簡単になる。
次に、第2折り曲げ部112aから他方の延設片114bを折り曲げることで、他方の延設片114bにより、負極タブ32を容器12から絶縁することができる。
なお、正極タブ31側についても負極タブ32と同様のカバー部材111で挟持してもよい。
○ 各実施形態では、カバー部材111は、各導電部材41,42とケース11の内面11aとの間に配置されていたが、これに限られず、各導電部材41,42を省略又は別の位置に配置し、電極組立体14とケース11の内面11aとの間にカバー部材111を配置する構成としてもよい。
○ カバー部材111は絶縁性を有していたが、これに限られず、導電性であってもよい。この場合、別途絶縁部材を設けるとよい。
○ 溝121は、その長手方向の両端に開口121a,121bを有する構成であったが、これに限られず、長手方向一端のみに開口を有する構成であってもよい。この場合、長手方向両端に開口121a,121bを有する構成と比較して、ガスの流路の流路面積が半分となる。これに対して、ガスの流路の流路面積を確保するべく溝121の深さを深くするとよい。
○ カバー部材111は、各導電部材41,42とケース11の内面11aとによって挟まれていたが、これに限られず、離間して配置されていてもよい。要は、カバー部材111は、各導電部材41,42とケース11の内面11aとの間にあればよい。
○ また、カバー部材111は、負極導電部材42とケース11の内面11aとの間にのみあってもよいし、正極タブ31側に安全弁102がある場合には、正極導電部材41とケース11の内面11aとの間にのみあってもよい。さらに、正極導電部材41とケース11の内面11aとの間にあるカバー部材と、負極導電部材42とケース11の内面11aとの間にあるカバー部材と、が別体であってもよい。
○ 各導電部材41,42は、積層方向から見てクランク形状であったが、これに限られず、各端子15,16と各タブ31,32との同一極性同士が接合されていれば、その具体的な形状は任意である。
○ 各実施形態では、突出部122は正極導電部材41と負極導電部材42の間に嵌合していたが、これに限られない。要は、各導電部材41,42の短絡を抑制するべく、突出部122の少なくとも一部が各導電部材41,42の間に介在していればよい。例えば第1正極パーツ51の端部51cと、第1負極パーツ61における上記端部51cと対向する端部とに当接する突出部を設ける構成であってもよい。また、突出部122を省略してもよい。
○ 各実施形態では、第1負極パーツ61は薄肉部72を有していたが、第1正極パーツ51が薄肉部72を有していてもよいし、第1負極パーツ61及び第1正極パーツ51の双方が薄肉部72を有していてもよい。また、薄肉部72を有していなくてもよい。
○ 溝121の長手方向の幅を、安全弁102の直径よりも短くしてもよい。この場合、ガスの流路の流路面積が安全弁102の開口面積よりも大きくなるように、溝121の深さを深くするとよい。
○ ガスの流路の流路面積を、安全弁102の開口面積よりも狭くしてもよい。
○ カバー部材111の短手方向に延びる溝121に代えて又は加えて、長手方向に延びる溝を設けてもよい。
○ 安全弁の形状は実施形態のものに限られず任意である。例えば、蓋13の一部をプレスすることにより局所的に薄い箇所を設け、当該薄い箇所に対して刻印等の処理を施したものを安全弁として採用してもよい。
○ 第1及び第3の実施形態では、蓋13にガス排出孔101等が設けられていたが、これに限られず、容器12の各面のいずれかに設けられていてもよい。この場合、カバー部材111は、ガス排出孔101が設けられている容器12の内面と、電極組立体14又は各導電部材41,42との間に配置されていればよい。
○ 各実施形態では、安全弁102は蓋13の中央に配置されていたが、これに限られず、中央からずれた位置に配置されていてもよい。同様に、負極タブ32を負極電極22の端部22cの中央とは異なる位置に配置してもよい。
○ 安全弁102及びカバー部材111の対向方向から見て、安全弁102と負極タブ32とがずれて配置されていてもよい。
○ カバー部材111は板状であったが、これに限られず、溝121があれば、その具体的な形状は任意である。
○ 第2の実施形態において、排気孔113及び連通孔71aの形状、数、設ける位置は適宜変更してもよい。
○ 第3の実施形態において、負極導電部材42の厚肉部71に連通孔71aを設けるとともに、カバー部材111の本体部112に排気孔113を設けてもよい。
○ 第3の実施形態において、一方の延設片114だけでなく、他方の延設片114にも挟持片115を設けてもよい。
○ 第2の実施形態において、正極導電部材41の第1正極パーツ51の長さと、負極導電部材42の第1負極パーツ61の長さを逆転させ、正極導電部材41の第1正極パーツ51に連通孔を設けてもよい。
○ 各実施形態の二次電池10が搭載される対象は任意である。例えば、自動車や産業用車両等の車両に搭載してもよいし、定置用の蓄電ユニットに搭載してもよい。
○ 本発明を、電気二重層キャパシタ等の他の蓄電装置に適用してもよい。
○ 各実施形態では、二次電池10はリチウムイオン二次電池であったが、これに限られず、ニッケル水素等の他の二次電池であってもよい。要は、正極活物質層と負極活物質層との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に記載する。
(イ)電極組立体が収容されるケースと、ケースに設けられ、ケースの内圧が開放圧を越えた場合に開放してケース内のガスを排出する安全弁と、ケース内において安全弁に対向する対向部材と、を備え、対向部材において安全弁及び対向部材の対向方向から見て安全弁が重なる位置には溝が設けられており、溝は、前記対向方向と直交する方向に延び、その延びる方向の両端の少なくとも一方が開口していることを特徴とする蓄電装置。
かかる構成によれば、ケース内のガスは、溝を介して安全弁に到達し、安全弁からケース外に排出される。この場合、溝は凹んでいるため、仮に対向部材の一部とケースの内面とが当接している場合であっても、ガスの流路を確保することができる。よって、ガスの排出を好適に行うことができる。
(ロ)対向部材は矩形板状であり、溝は短手方向に延びていてもよい。
(ハ)第2導電部材は板状であって厚さが相違する厚肉部及び薄肉部を備え、対向方向から見て薄肉部と重なる位置における対向部材の導電部材側の面には、導電部材側に突出した突出部が設けられており、対向部材の安全弁側の面には溝が設けられており、対向方向から見て、上記突出部と上記溝とは重なっているとよい。
10…二次電池(蓄電装置)、11…ケース、11a…内面、14…電極組立体、21…正極電極(第1電極)、21c,22c…端部、22…負極電極(第2電極)、23…セパレータ、31…正極タブ(第1タブ)、32…負極タブ(第2タブ)、41…正極導電部材(第1導電部材)、42…負極導電部材(第2導電部材)、71…厚肉部、71a…連通孔、72…薄肉部、102…安全弁、111…カバー部材(対向部材)、111a…カバー部材の安全弁側の面、111b…カバー部材の導電部材側の面、112…本体部、113…排気孔、114(114a,114b)…延設片、115…挟持片、121,201,211…溝、121a,121b…開口、122…突出部、201a,211a…溝の底面、202,212…凹部としての穴。
上記目的を達成する蓄電装置は、電極組立体が収容されるケースと、前記ケースに設けられ、前記ケースの内圧が開放圧を越えた場合に開放して前記ケース内のガスを排出する安全弁と、前記ケース内において前記安全弁に対向し、前記ガスの流路が設けられた対向部材と、を備えている蓄電装置であって、前記電極組立体は、端部にタブが設けられた電極とセパレータとが積層されて構成されており、前記タブと前記ケースの内面との間には、前記タブと接合された導電部材が設けられ、前記対向部材は、板状であり、前記導電部材と、前記安全弁が設けられている前記ケースの内面との間に配置されている
かかる構成によれば、ガスの流路が設けられている対向部材を備えていることにより、ケース内のガスが安全弁を介して排出される。これにより、ガスの流路が塞がれることを抑制することができ、それを通じてガスを好適に排出することができる。また、対向部材は導電部材とケースの内面との間に配置されているため、導電部材がケースの内面側に移動することに起因してガスの流路が導電部材によって塞がれるといった不都合を回避することができる。
上記蓄電装置について、前記対向部材の前記安全弁側の面には当該対向部材の短手方向に延びる溝が形成されており、前記対向方向から見て、前記突出部と前記溝とは重なっていてもよい。
上記蓄電装置について、前記ガスの流路の流路面積は、開放された場合の前記安全弁の開口面積よりも広いことが好ましい。かかる構成によれば、ガスの流路の流路面積は安全弁の開口面積よりも広くなっているため、ガスの排出がガスの流路によって制限されることを回避することができる。
上記蓄電装置について、前記電極として、互いの極性が異なる第1電極及び第2電極を備え、前記導電部材として、前記第1電極の端部に設けられた第1タブと接合された第1導電部材、及び前記第2電極の端部に設けられた第2タブと接合された第2導電部材を備え、前記第2導電部材は板状であって厚さが相違する厚肉部及び薄肉部を備え、前記第1導電部材と前記第2導電部材とは、前記安全弁と前記対向部材との対向方向及び前記電極組立体の積層方向の双方と直交する方向に離間して配置されており、前記対向部材の前記各導電部材側の面には突出部が設けられており、前記突出部の少なくとも一部は、前記第1導電部材と前記第2導電部材との間に介在していることが好ましい。かかる構成によれば、突出部によって各導電部材が近づくことが規制されている。これにより、各導電部材の接触に起因した短絡を抑制することができる。

Claims (11)

  1. 電極組立体が収容されるケースと、
    前記ケースに設けられ、前記ケースの内圧が開放圧を越えた場合に開放して前記ケース内のガスを排出する安全弁と、
    前記ケース内において前記安全弁に対向し、前記ガスの流路が設けられた対向部材と、を備えていることを特徴とする蓄電装置。
  2. 前記対向部材は絶縁性を有している請求項1に記載の蓄電装置。
  3. 前記対向部材には、前記安全弁及び前記対向部材の対向方向から見て前記安全弁が重なる位置に溝が設けられており、
    前記溝は、前記対向方向と直交する方向に延び、その延びる方向の両端の少なくとも一方に開口を有し、
    前記溝が、前記ガスの流路を構成している請求項1又は請求項2に記載の蓄電装置。
  4. 前記対向方向から見て前記安全弁と重なる位置における前記溝の底面に、該底面よりも凹む凹部を有する請求項3に記載の蓄電装置。
  5. 前記電極組立体は、端部にタブが設けられた電極とセパレータとが積層されて構成されており、
    前記タブと前記ケースの内面との間には、前記タブと接合された導電部材が設けられ、
    前記対向部材は、板状であり、前記導電部材と、前記安全弁が設けられている前記ケースの内面との間に配置されている請求項1〜4のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。
  6. 前記対向部材には、前記安全弁及び前記対向部材の対向方向から見て前記安全弁と重なる位置に排気孔が前記対向部材を前記対向方向に貫通して設けられているとともに、前記導電部材には、前記対向方向から見て前記排気孔と重なる位置に連通孔が前記対向方向に貫通して設けられている請求項5に記載の蓄電装置。
  7. 前記タブは前記電極組立体の積層方向の一端側に寄せて集められ、その集められた状態で前記一端側とは反対側の他端側に向けて折り返されるとともに、その折り返された状態で前記タブに前記導電部材が接合され、前記対向部材は、前記ケースの内面と前記導電部材との間に設けられる本体部を備えるとともに、前記タブに対して前記積層方向の両側に配設されるべく前記本体部の対向する側縁から前記電極組立体に向けて延びる一対の延設片を備え、少なくとも一方の延設片は、前記本体部と共に前記タブ及び前記導電部材を前記対向方向に挟持する挟持片を備える請求項5又は請求項6に記載の蓄電装置。
  8. 前記電極として、互いの極性が異なる第1電極及び第2電極を備え、
    前記導電部材として、前記第1電極の端部に設けられた第1タブと接合された第1導電部材、及び前記第2電極の端部に設けられた第2タブと接合された第2導電部材を備え、
    前記第1導電部材と前記第2導電部材とは、前記安全弁と前記対向部材との対向方向及び前記電極組立体の積層方向の双方と直交する方向に離間して配置されており、
    前記対向部材の前記各導電部材側の面には突出部が設けられており、
    前記突出部の少なくとも一部は、前記第1導電部材と前記第2導電部材との間に介在している請求項5〜請求項7のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。
  9. 前記第2導電部材は板状であって厚さが相違する厚肉部及び薄肉部を有し、
    前記薄肉部と前記第2タブとが溶接されており、
    前記対向方向から見て、前記突出部の一部は前記薄肉部と重なっている請求項8に記載の蓄電装置。
  10. 前記ガスの流路の流路面積は、開放された場合の前記安全弁の開口面積よりも広い請求項1〜9のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。
  11. 二次電池である請求項1〜10のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。
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