JP2015198002A

JP2015198002A - 蓄電装置

Info

Publication number: JP2015198002A
Application number: JP2014075292A
Authority: JP
Inventors: 中村　知広; Tomohiro Nakamura; 知広中村; 泰有秋山; Yasunari Akiyama
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2015-11-09

Abstract

【課題】端子間の短絡を抑制可能な蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置１０は、電極組立体１４と、電極組立体１４を収容するケース１２と、電極組立体１４に電気的に接続され、ケース１２の外側に突出する電極端子２２Ｐと、電極組立体１４に電気的に接続され、ケース１２の外側に突出する電極端子２２Ｎと、電極端子２２Ｐ及び電極端子２２Ｎの少なくともいずれかを囲むように設けられた筒状のカバー部２６と、カバー部２６と螺合し、一端が閉塞された筒状のキャップ部４６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電装置に関する。

リチウムイオン電池等の蓄電装置では、正極端子及び負極端子が外部の導体に接触して短絡することにより、発熱及び電荷のロス等が生じるおそれがある。このような端子間の短絡を防止するために、特許文献１には、電極端子を覆うように設けられたキャップを備える電池モジュール（蓄電装置）が記載されている。

特開２０１１−１３４５５２号公報

特許文献１に記載の蓄電装置では、電極端子を囲むように設けられた孔部にキャップが押し込まれることにより、キャップが取り付けられる。しかしながら、このキャップの取付機構では、キャップの取付強度が十分でない。このため、蓄電装置が振動等の衝撃を受けると、キャップが外れてしまい、電極端子が露出してしまうことがある。この場合、正極端子及び負極端子が短絡する可能性がある。

本発明は、端子間の短絡を抑制可能な構造を有する蓄電装置を提供する。

本発明の一側面に係る蓄電装置は、電極組立体と、電極組立体を収容するケースと、電極組立体に電気的に接続され、ケースの外側に突出する第１電極端子と、電極組立体に電気的に接続され、ケースの外側に突出する第２電極端子と、第１電極端子を囲むように設けられた筒状の第１カバー部と、第１カバー部と螺合し、一端が閉塞された筒状の第１キャップ部と、を備える。

この蓄電装置では、第１電極端子は第１キャップ部に覆われ、第１キャップ部は第１カバー部に螺合される（ネジ機構により嵌め合わされる）。このため、第１キャップ部は第１カバー部にしっかりと固定されるので、蓄電装置が振動等の衝撃を受けることによる第１キャップ部の外れる可能性を低減できる。その結果、第１電極端子が露出することを抑制でき、第１電極端子と第２電極端子との短絡を抑制することが可能となる。

本発明の他の側面に係る蓄電装置は、第２電極端子を囲むように設けられた筒状の第２カバー部と、第２カバー部と螺合し、一端が閉塞された筒状の第２キャップ部と、をさらに備えてもよい。この場合、第２電極端子は第２キャップ部に覆われ、第２キャップ部は第２カバー部に螺合される（ネジ機構により嵌め合わされる）。このため、第２キャップ部は第２カバー部にしっかりと固定されるので、蓄電装置が振動等の衝撃を受けることによる第２キャップ部の外れる可能性を低減できる。その結果、第２電極端子が露出することを抑制でき、第１電極端子と第２電極端子との短絡をさらに抑制することが可能となる。

第１カバー部に第１キャップ部を螺合する際の第１キャップ部の回転方向と、第２カバー部に第２キャップ部を螺合する際の第２キャップ部の回転方向とは、互いに反対方向であってもよい。この場合、振動等によって、第１キャップ部と第２キャップ部とがともに外れる可能性を低減することができる。その結果、電極端子間の短絡をさらに抑制することが可能となる。

本発明によれば、端子間の短絡を抑制できる。

一実施形態に係る蓄電装置の構成を示す斜視図である。図１の蓄電装置の内部構成を示す模式図である。図２の蓄電装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図２の電極端子の周辺を示す拡大断面図である。図１の蓄電装置におけるキャップ部の取付を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。

図１は、一実施形態に係る蓄電装置の構成を示す斜視図である。図２は、図１の蓄電装置の内部構成を示す模式図である。図３は、図２の蓄電装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図１〜図３に示されるように、蓄電装置１０は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解二次電池である。蓄電装置１０は、ケース１２と、ケース１２内に収容された電極組立体１４と、を備えている。

ケース１２は、電極組立体１４を収容するための部材であり、例えばアルミニウム及びステンレス等の金属によって構成されている。ケース１２は、ケース本体１６と、蓋部１８と、を有し、組立後は例えば略直方体の形状を呈している。ケース本体１６は、一端部が開口されており、電極組立体１４を収容する。蓋部１８は、ケース本体１６の開口を閉塞する。蓋部１８は、例えば、矩形平板状であり、レーザ溶接等によってケース本体１６の開口側の端部に接合されている。ケース本体１６と蓋部１８とにより、電極組立体１４を収容する収容空間が画成されている。ケース１２の収容空間には、例えば有機溶媒系又は非水系の電解液２０が充填されている。ケース１２の形状及び材料は、蓄電装置のケースとして使用可能であれば、例示したものに限定されない。

蓋部１８には、一対の電極端子２２（第１電極端子、第２電極端子）が互いに離間して配置されている。一対の電極端子２２のうちの一方は正極端子であり、他方は負極端子である。一対の電極端子２２を区別して説明する場合には、正極端子としての電極端子２２を電極端子２２_Ｐと称し、負極端子としての電極端子２２を電極端子２２_Ｎと称する。電極端子２２_Ｐ，２２_Ｎの構成要素及び電極端子２２_Ｐ，２２_Ｎに対応して設けられる部材などについても同様の表記を採用する場合もある。すなわち、電極端子２２_Ｐの構成要素及び電極端子２２_Ｐに対応して設けられる部材には、符号に下付きの”Ｐ“を付し、電極端子２２_Ｎの構成要素及び電極端子２２_Ｎに対応して設けられる部材には、符号に下付きの”Ｎ“を付す場合もある。電極端子２２_Ｐは、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金から構成されている。電極端子２２_Ｎは、例えば銅又は銅合金から構成されている。

電極端子２２は、それに対応して蓋部１８に形成されている挿通孔２４を通して、一端部がケース１２から外側に突出するように、ケース１２と絶縁された状態でケース１２に固定されている。つまり、電極端子２２_Ｐは、電極組立体１４の正極３２に電気的に接続され、ケース１２の外側に突出している。電極端子２２_Ｎは、電極組立体１４の負極３４に電気的に接続され、ケース１２の外側に突出している。電極端子２２は、絶縁部材であるカバー部２６（第１カバー部、第２カバー部）を介して、固定ナット２８によって蓋部１８に固定されている。ケース１２内において、電極端子２２と蓋部１８との間には、絶縁性のＯリング３０が配置されてもよい。さらに、蓋部１８には、一対の電極端子２２をそれぞれ覆うように設けられた一対のキャップ部４６（第１キャップ部、第２キャップ部）が配置されている。電極端子２２の周辺構造の詳細は後述する。

蓋部１８の略中央部分には、電解液２０をケース１２内に注入する際に用いられる注入口４２が形成されている。注入口４２は、例えば封止栓４４によって封止されている。

電極組立体１４は、正極３２と、負極３４と、正極３２と負極３４との間に配置されたセパレータ３６とを有する。正極３２、負極３４及びセパレータ３６は、例えばシート状である。この形態では、複数の正極３２及び複数の負極３４が、セパレータ３６を介して交互に積層されてもよい。

正極３２は、金属箔と金属箔上に設けられた正極活物質とを備え得る。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物には、例えばマンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つと、リチウムとが含まれる。正極３２は、一縁部に設けられたタブ３２ａを有している。タブ３２ａは、導電部材３８を介して電極端子２２_Ｐに接続されている。すなわち、電極端子２２_Ｐは、タブ３２ａ及び導電部材３８を介して、正極３２に電気的に接続されている。正極３２と電極端子２２_Ｐとの接続形態は例示したものに限定されない。

負極３４は、金属箔と金属箔上に設けられた負極活物質とを備え得る。負極活物質としては、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。負極３４は、一縁部に設けられたタブ３４ａを有している。タブ３４ａは、導電部材４０を介して電極端子２２_Ｎに接続されている。すなわち、電極端子２２_Ｎは、タブ３４ａ及び導電部材４０を介して、負極３４に電気的に接続されている。負極３４と電極端子２２_Ｎとの接続形態は、例示したものに限定されない。

セパレータ３６は、例えば、多孔質フィルム、織布及び不織布等から構成されている。多孔質フィルムの材料は、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂である。織布及び不織布の材料は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート及びメチルセルロース等を含む。

次に、電極端子２２の周辺構造について説明する。図４は、電極端子２２の周辺を示す拡大断面図である。図４に示されるように、電極端子２２は、基端部５０と、突端部５２と、を備えている。基端部５０は、電極端子２２がケース１２に取り付けられた状態で、ケース１２の内側に位置する部分である。基端部５０は、例えば柱状（例えば、円柱状）形状を呈している。基端部５０は、挿通孔２４の径より大きい径を有してもよい。

突端部５２は、電極端子２２がケース１２に取り付けられた状態で、基端部５０からケース１２の外側に突出する部分である。突端部５２は、例えば柱状（例えば円柱状）形状を呈している。突端部５２は、基端部５０の一面から所定方向（突端部５２及び基端部５０の軸線方向）に延びている。突端部５２は、電極端子２２に対応する挿通孔２４から突端部５２が突出可能なように、挿通孔２４の径より小さい径を有する。突端部５２の側周面（外面）６０は、固定ナット２８が螺合される雄ネジ部が設けられたネジ領域５６を有する。ネジ領域５６は、側周面６０においてネジ溝が切られた領域であり、側周面６０において突端部５２の端面５８に寄った位置に設けられている。

電極端子２２には、突端部５２の端面５８から基端部５０に向けて延びる挿入孔６２が設けられている。挿入孔６２は、バスバーを電極端子２２に固定するためのボルトが挿入される孔である。バスバーは、蓄電装置１０を、その外部に配置された装置（例えば、他の蓄電装置）と電気的に接続する板状の接続部材である。挿入孔６２の長さ（或いは深さ）は、電極端子２２の長さより短い。

挿入孔６２は、第１孔部６４及び第２孔部６６を有する。第２孔部６６は、挿入孔６２の延在方向（或いは、挿入孔６２の軸線方向）において、第１孔部６４に対して端面５８寄りに位置する。換言すれば、第１孔部６４及び第２孔部６６は、挿入孔６２の延在方向において、第２孔部６６及び第１孔部６４の順に端面５８から配置されている。

第１孔部６４は、ボルトのネジ部（雄ネジ部）と螺合するネジ部（雌ネジ部）を有する。すなわち、第１孔部６４は、ボルトが螺合するネジ穴である。第１孔部６４は、挿入孔６２にボルトが挿入された状態で、ボルトと結合し、そのボルトを保持する保持部である。第２孔部６６の径は、第１孔部６４及びボルトの径より大きい。第２孔部６６は、挿入孔６２にボルトが挿入された状態で、ボルトとは接触しない。そのため、第２孔部６６はボルトを保持しない非保持部である。第２孔部６６には、ネジ溝が切られていなくてもよい。

電極端子２２は、突端部５２がケース１２の外側に突出するように、突端部５２が挿通孔２４に通された状態で、蓋部１８に固定されている。具体的には、電極端子２２は、突端部５２のネジ領域５６に固定ナット２８を螺合することによって、蓋部１８に固定されている。電極端子２２と、ケース１２との絶縁性を確保するために、突端部５２と蓋部１８との間には、カバー部２６が設けられている。

カバー部２６は、電極端子２２とケース１２とを絶縁するための部材である。カバー部２６は、絶縁性を有し、例えば樹脂から構成されている。大径部７２と、小径部７４と、連結部７６と、を有する。大径部７２は、蓋部１８の外側に位置し、電極端子２２を囲むように設けられた筒状（例えば、円筒状）の部分である。大径部７２の内径は固定ナット２８の外径に略等しい。大径部７２の外周面には、キャップ部４６が螺合するネジ部７８が設けられている。小径部７４は、挿通孔２４に位置する筒状（例えば、円筒状）の部分である。小径部７４の外径は、挿通孔２４の内径に略等しく、小径部７４の内径は、突端部５２の外径に略等しい。連結部７６は、大径部７２及び小径部７４を繋ぐ部分である。

大径部７２と連結部７６とにより、電極端子２２に螺合した固定ナット２８が受けられる。よって、固定ナット２８とケース１２との絶縁性も確保され得る。カバー部２６が、固定ナット２８と蓋部１８との間、及び、突端部５２と蓋部１８との間に介在することにより、挿通孔２４が密閉される。なお、カバー部２６_Ｐの大径部７２_Ｐの外周面に設けられたネジ部７８_Ｐとカバー部２６_Ｎの大径部７２_Ｎの外周面に設けられたネジ部７８_Ｎとは、ネジ溝（ネジ山）の巻き方向が互いに反対である。

キャップ部４６は、大径部７２に設けられ、一端が閉塞された筒状（例えば、円筒状）の部材である。キャップ部４６は、一定の硬度及び絶縁性を有し、例えば樹脂から構成されている。キャップ部４６の内周面には、ネジ部８２が設けられている。ネジ部８２は、ネジ部７８と螺合し、ネジ部８２とネジ部７８とは互いに嵌め合わされている。これにより、キャップ部４６は、大径部７２と螺合してケース１２に固定される。つまり、キャップ部４６_Ｐの内周面に設けられたネジ部８２_Ｐは、カバー部２６_Ｐの大径部７２_Ｐの外周面に設けられたネジ部７８_Ｐに螺合可能に構成されており、キャップ部４６_Ｎの内周面に設けられたネジ部８２_Ｎは、カバー部２６_Ｎの大径部７２_Ｎの外周面に設けられたネジ部７８_Ｎに螺合可能に構成されている。このため、ネジ部８２_Ｐとネジ部８２_Ｎとは、ネジ溝（ネジ山）の巻き方向が互いに反対である。

基端部５０と蓋部１８との間には、Ｏリング３０が介在していてもよい。Ｏリング３０は、例えば弾性及び絶縁性を有する環状部材であり、突端部５２における基端部５０との付け根部分を囲むように配置される。Ｏリング３０が、基端部５０と蓋部１８との間に介在することにより、蓋部１８の挿通孔２４部分においてケース１２が密封される。

図５は、蓄電装置１０におけるキャップ部４６の取付を示す斜視図である。キャップ部４６は、電解液２０の注液工程よりも前に蓄電装置１０に取り付けられる。図５に示されるように、キャップ部４６_Ｐは、キャップ部４６_Ｐのネジ部８２_Ｐがカバー部２６_Ｐの大径部７２_Ｐのネジ部７８_Ｐに螺合するように、キャップ部４６_Ｐの軸を中心として回転方向Ｃ_Ｐに回されながら、カバー部２６_Ｐに嵌め合わされる。

一方、キャップ部４６_Ｎは、キャップ部４６_Ｎのネジ部８２_Ｎがカバー部２６_Ｎの大径部７２_Ｎのネジ部７８_Ｎに螺合するように、キャップ部４６_Ｎの軸を中心として回転方向Ｃ_Ｎに回されながら、カバー部２６_Ｎに嵌め合わされる。このカバー部２６_Ｐにキャップ部４６_Ｐを螺合する際のキャップ部４６_Ｐの回転方向Ｃ_Ｐと、カバー部２６_Ｎにキャップ部４６_Ｎを螺合する際のキャップ部４６_Ｎの回転方向Ｃ_Ｎとは、互いに反対方向である。このように、ペットボトルの蓋を締めるような簡単な作業で、キャップ部４６はカバー部２６に取り付けられる。

以上のように構成された蓄電装置１０では、電極端子２２_Ｐがキャップ部４６_Ｐに覆われ、キャップ部４６_Ｐはカバー部２６_Ｐの大径部７２_Ｐに螺合される（ネジ機構により嵌め合わされる）。また、蓄電装置１０では、電極端子２２_Ｎがキャップ部４６_Ｎに覆われ、キャップ部４６_Ｎはカバー部２６_Ｎの大径部７２_Ｎに螺合される（ネジ機構により嵌め合わされる）。このため、キャップ部４６_Ｐ及びキャップ部４６_Ｎはそれぞれ、カバー部２６_Ｐ及びカバー部２６_Ｎにしっかりと固定されるので、蓄電装置１０が振動等の衝撃を受けることによるキャップ部４６_Ｐ及びキャップ部４６_Ｎの外れる可能性を低減できる。その結果、電極端子２２_Ｐ及び電極端子２２_Ｎが露出することを抑制でき、電極端子２２_Ｐと電極端子２２_Ｎとの短絡を抑制することが可能となる。

また、蓄電装置１０では、電解液２０の注液工程よりも前にキャップ部４６_Ｐ及びキャップ部４６_Ｎが取り付けられる。このため、電解液２０が電極端子２２_Ｐ及び電極端子２２_Ｎに付着することを防止でき、電極端子２２_Ｐ及び電極端子２２_Ｎの接触抵抗値の増加を抑制することが可能となる。

一般的に、蓄電装置１０に振動等が加えられた場合、キャップ部４６_Ｐ及びキャップ部４６_Ｎには同じ回転方向の力が働く。蓄電装置１０では、カバー部２６_Ｐにキャップ部４６_Ｐを螺合する際のキャップ部４６_Ｐの回転方向Ｃ_Ｐと、カバー部２６_Ｎにキャップ部４６_Ｎを螺合する際のキャップ部４６_Ｎの回転方向Ｃ_Ｎとは、互いに反対方向である。このため、振動等によってキャップ部４６_Ｐとキャップ部４６_Ｎとがともに外れる可能性を低減することができる。その結果、電極端子２２_Ｐと電極端子２２_Ｎとの短絡をさらに抑制することが可能となる。

また、キャップ部４６_Ｐの回転方向Ｃ_Ｐとキャップ部４６_Ｎの回転方向Ｃ_Ｎとが互いに反対方向であることにより、電極端子２２_Ｐ（正極端子）と電極端子２２_Ｎ（負極端子）とをユーザに識別させることができ、電極端子２２の接続間違いを防止することが可能となる。

なお、本発明に係る蓄電装置は上記実施形態に限定されない。例えば、蓄電装置１０は、キャップ部４６_Ｐ及びキャップ部４６_Ｎの少なくともいずれかを備えていればよい。つまり、電極端子２２_Ｐ及び電極端子２２_Ｎのいずれかがキャップ部４６に覆われていればよい。この場合でも、いずれかの電極端子２２はキャップ部４６に覆われ、キャップ部４６はカバー部２６の大径部７２に螺合される（ネジ機構により嵌め合わされる）。このため、キャップ部４６はカバー部２６にしっかりと固定されるので、蓄電装置１０が振動等の衝撃を受けることによるキャップ部４６の外れる可能性を低減できる。その結果、一方の電極端子２２が露出することを抑制できるので、電極端子２２_Ｐと電極端子２２_Ｎとの短絡を抑制することが可能となる。

また、カバー部２６_Ｐの大径部７２_Ｐの外周面に設けられたネジ部７８_Ｐとカバー部２６_Ｎの大径部７２_Ｎの外周面に設けられたネジ部７８_Ｎとは、ネジ溝（ネジ山）の巻き方向が同じであってもよく、キャップ部４６_Ｐの内周面に設けられたネジ部８２_Ｐとキャップ部４６_Ｎの内周面に設けられたネジ部８２_Ｎとは、ネジ溝（ネジ山）の巻き方向が同じであってもよい。この場合でも、蓄電装置１０が振動等の衝撃を受けることによるキャップ部４６_Ｐ及びキャップ部４６_Ｎの外れる可能性を低減できる。その結果、電極端子２２_Ｐ及び電極端子２２_Ｎが露出することを抑制でき、電極端子２２_Ｐと電極端子２２_Ｎとの短絡を抑制することが可能となる。

また、キャップ部４６_Ｐの色とキャップ部４６_Ｎの色とが異なっていてもよい。この場合、電極端子２２_Ｐ（正極端子）と電極端子２２_Ｎ（負極端子）とをユーザに識別させることができ、電極端子２２の接続間違いを防止することが可能となる。

また、上記実施形態では、キャップ部４６を固定するために、カバー部２６の大径部７２の外周面にネジ部７８が設けられているが、キャップ部４６を固定するための専用の部材が蓋部１８の上面１８ａに設けられてもよい。この場合、専用の部材にネジ部７８が設けられる。

１０…蓄電装置、１２…ケース、１４…電極組立体、２２，２２_Ｎ，２２_Ｐ…電極端子（第１電極端子、第２電極端子）、２６，２６_Ｎ，２６_Ｐ…カバー部（第１カバー部、第２カバー部）、４６，４６_Ｎ，４６_Ｐ…キャップ部（第１キャップ部、第２キャップ部）、７８，７８_Ｎ，７８_Ｐ…ネジ部、８２，８２_Ｎ，８２_Ｐ…ネジ部。

Claims

電極組立体と、
前記電極組立体を収容するケースと、
前記電極組立体に電気的に接続され、前記ケースの外側に突出する第１電極端子と、
前記電極組立体に電気的に接続され、前記ケースの外側に突出する第２電極端子と、
前記第１電極端子を囲むように設けられた筒状の第１カバー部と、
前記第１カバー部と螺合し、一端が閉塞された筒状の第１キャップ部と、
を備える、蓄電装置。
前記第２電極端子を囲むように設けられた筒状の第２カバー部と、
前記第２カバー部と螺合し、一端が閉塞された筒状の第２キャップ部と、
をさらに備える、請求項１に記載の蓄電装置。
前記第１カバー部に前記第１キャップ部を螺合する際の前記第１キャップ部の回転方向と、前記第２カバー部に前記第２キャップ部を螺合する際の前記第２キャップ部の回転方向とは、互いに反対方向である、請求項２に記載の蓄電装置。