JP2016058224A - 蓄電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】充放電を繰り返しても、電極体を構成する正極及び負極に皺が生じ難い蓄電素子を提供する。
【解決手段】正極及び負極の積層された積層体２２が巻回された電極体２であって、巻中心に中空部２７が形成されるとともに、短径及び長径を有し、長径方向において対向する一対の湾曲部２１１を有する扁平な電極体２と、一対の湾曲部２１１の少なくとも一方に対し、中空部２７側から一対の湾曲部２１１が互いに離間する方向に張力を付与する張力付与体２８であって、弾性変形によって生じた力を張力として付与する張力付与体２８と、を備える蓄電素子１。
【選択図】図４

Description

本発明は、充放電が可能な蓄電素子に関する。

従来から、正極及び負極を積層した積層体が巻回されている電極体を備えた二次電池等の蓄電素子が知られている（特許文献１）。この種の蓄電素子では、充放電サイクルが繰り返されると、電極体（巻回された極板）の膨張、収縮が繰り返され、これにより、該電極体を構成する正極及び負極において前記積層体の皺（特に巻回方向と交差する方向に延びる皺）が生じる場合がある。

このような皺が極板に生じると、電極体において積層された正極と負極との間隔が不均一となるため、電極体において流れる電流が不均一になる。電流が不均一になると、極板面内方向に充電深度の斑が生じ、容量低下、抵抗上昇、リチウムの電析発生等の不具合が生じる場合がある。

特開２０１２−７９６５０号公報

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、充放電を繰り返しても、電極体を構成する正極及び負極に皺が生じ難い蓄電素子を提供することを課題とする。

本発明に係る蓄電素子は、
正極及び負極の積層された積層体が巻回された電極体であって、巻中心に中空部が形成されるとともに、短径及び長径を有し、長径方向において対向する一対の湾曲部を有する扁平な電極体と、
一対の湾曲部の少なくとも一方に対し、中空部側から一対の湾曲部が互いに離間する方向に張力を付与する張力付与体であって、弾性変形によって生じた力を張力として付与する張力付与体と、を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、張力付与体が、一対の湾曲部の少なくとも一方に対し、中空部（巻回された積層体に囲まれた領域）側から互いに離間する方向に張力を加えるため、巻回されている積層体の各部位が巻回方向に引っ張られる。これにより、積層体を構成する正極及び負極において皺（特に巻回方向と交差する方向に延びる皺）の発生を効果的に防ぐことができる。

しかも、弾性変形によって生じた力を張力として湾曲部に加える構成とすることによって、充放電に伴う積層体（巻回された正極及び負極）の膨張及び収縮によって湾曲部同士の間隔（長径方向の間隔）が変動しても、この間隔の変動を吸収しつつ湾曲部に対して好適に張力（湾曲部が互いに離間する方向に押す力）を付与し続けることができる。

張力付与体は、
一対の湾曲部のうちの一方の湾曲部に対して張力を加える第一付与体と、
一対の湾曲部のうちの他方の湾曲部に対して張力を加える第二付与体と、を有することが好ましい。

かかる構成によれば、一対の湾曲部に張力を加えることで、電極体の膨張、収縮を、湾曲部同士の間隔の変動によって吸収し、これにより、電極体（巻回された積層体）の短径方向の寸法を一定に保つことができる。

また、湾曲部のそれぞれに張力が加わる構成であるため、充放電に伴う電極体の収縮及び膨張による湾曲部同士の間隔（距離）の変化が、極板の巻回中心（以下、単に「巻回中心」と称する。）に対して長径方向の両側に割り振られる。

前記蓄電素子は、
前記電極体を収容するケースを備え、
前記張力付与体は、
中空部側から電極体に当接するように中空部内に配置される当接部材であって湾曲部に沿って積層体の巻回中心方向に延びる当接部材と、
当接部材とケース又はケース内の剛性を有する部材とを接続する弾性部材であって、当接部材を引っ張ることによって湾曲部に張力を加える弾性部材と、を有してもよい。

かかる構成によれば、当接部材によって、湾曲部に対して巻回中心方向の広い範囲に略均一に張力が加わるため、巻回されている正極及び負極の巻回中心方向における広い範囲が、巻回方向により確実に引っ張られ、これにより、巻回方向と交差する方向に延びる皺の発生がより効果的に防がれる。

蓄電素子は、
外部端子と、電極体と外部端子とを導通させる集電体と、を備え、
剛性を有する部材は、集電体であってもよい。

弾性力（弾性部の弾性変形によって生じる力）を生じさせるために弾性部材の一部を接続する部材として、他の目的でケース内に配置されている部材（集電体）を利用することにより、弾性部材を接続する部材をケース内に別途設ける場合に比べ、ケース内に配置される部品点数を減らすことができる。これにより、蓄電素子の大型化を防ぎつつ皺の発生を効果的に防ぐことが可能となる。

電極体は、積層体が周囲に巻回されている巻芯を備え、
張力付与体は、巻芯の内側から前記湾曲部に張力を加えてもよい。

かかる構成によれば、巻芯においても皺の発生を効果的に防ぐことができる。

以上より、本発明によれば、充放電を繰り返しても、電極体を構成する正極及び負極に皺が生じ難い蓄電素子を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電素子の斜視図である。 図２は、同実施形態に係る蓄電素子の正面図である。 図３は、図１のＩＩＩ―ＩＩＩ線位置の断面図である。 図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線位置の断面図である。 図５は、同実施形態に係る蓄電素子の分解図である。 図６は、同実施形態に係る蓄電素子の電極体の構成を説明するための図である。 図７は、同実施形態に係る蓄電素子の集電体の正面図である。 図８は、同実施形態に係る蓄電素子の集電体の側面図である。 図９は、同実施形態に係る蓄電素子の集電体の斜視図である。 図１０は、同実施形態に係る蓄電素子における張力付与体の当接部材と集電体とが接続された状態を説明するための概念図である。 図１１は、一実施形態に係る蓄電素子における図１のＩＩＩ―ＩＩＩ線位置の断面図である。 図１２は、一実施形態に係る蓄電素子における図１のＩＩＩ―ＩＩＩ線位置の断面図である。 図１３は、一実施形態に係る蓄電素子を含む蓄電装置の斜視図である。

以下、本発明に係る蓄電素子の一実施形態について、図１〜図１２を参照しつつ説明する。蓄電素子には、一次電池、二次電池、キャパシタ等がある。本実施形態では、蓄電素子の一例として、充放電可能な二次電池について説明する。尚、本実施形態の各構成部材（各構成要素）の名称は、本実施形態におけるものであり、背景技術における各構成部材（各構成要素）の名称と異なる場合がある。

本実施形態の蓄電素子は、非水電解質二次電池である。より詳しくは、蓄電素子は、リチウムイオンの移動に伴って生じる電子移動を利用したリチウムイオン二次電池である。この種の蓄電素子は、電気エネルギーを供給する。蓄電素子は、単一又は複数で使用される。具体的に、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧が小さいときには、単一で使用される。一方、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧の少なくとも一方が大きいときには、他の蓄電素子と組み合わされて蓄電装置に用いられる。前記蓄電装置では、該蓄電装置に用いられる蓄電素子が電気エネルギーを供給する。

蓄電素子１は、図１〜図６に示すように、正極２３及び負極２４を含む電極体２と、電極体２を収容するケース３と、ケース３の外側に配置される外部端子４であって電極体２と導通する外部端子４と、を備える。また、蓄電素子１は、電極体２、ケース３、及び外部端子４の他に、電極体２と外部端子４とを導通させる集電体５等を有する。

電極体２は、図３〜６に示すように、巻芯２１と、正極２３と負極２４とが互いに絶縁された状態で積層された積層体２２であって、巻芯２１の周囲に巻回された積層体２２と、を備える。電極体２は、扁平に形成されている。そのため、電極体２は、短径及び長径を有する。電極体２は、図４に示すように、長径方向において対向する一対の湾曲部２１１を有する。電極体２においてリチウムイオンが正極２３と負極２４との間を移動することにより、蓄電素子１が充放電する。

巻芯２１は、通常、絶縁材料によって形成される。巻芯２１は、筒形状である。本実施形態の巻芯２１は、偏平な円筒状である。具体的に、巻芯２１は、間隔を空けて対向する一対の湾曲部２１３と、互いに対向する一対の直線部２１２であって、湾曲部２１３の対応（一対の湾曲部２１３の並び方向に対向）する端部同士を接続する一対の直線部２１２と、を有する（図４参照）。各湾曲部２１３は、外側（互いに離間する方向）に突出するように湾曲する。一対の直線部２１２同士は、平行又は略平行である。本実施形態の巻芯２１は、可撓性又は熱可塑性を有するシートを巻回することによって形成される。巻芯２１は、力がかかると変形するように、柔軟な材料で形成される。

前記シートは、合成樹脂によって形成される。シートは、電解液に対して耐性を有する。シートは、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）によって構成される。シートの厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍである。本実施形態のシートは、例えば、ポリプロピレンによって構成され、該シートの厚さは、例えば、１５０μｍである。巻芯２１を構成するシートの材料は、合成樹脂に限定されず、アルミニウム、銅等の金属でもよい。

図６に示すように、積層体２２は、正極２３及び負極２４が積層された（重ねられた）状態で巻芯２１の周囲に巻回されることによって形成される。積層体２２が巻回されることによって、電極体２の巻回中心に中空部２７が形成される。

正極２３は、金属箔と、金属箔の上に形成された正極活物質層と、を有する。金属箔は帯状である。本実施形態の金属箔は、例えば、アルミニウム箔である。正極２３は、帯形状の短手方向である幅方向の一方の端縁部に、正極活物質層の非被覆部（正極活物質層が形成されていない部位）２３１を有する。正極２３において正極活物質層が形成される部位を被覆部２３２と称する。

負極２４は、金属箔と、金属箔の上に形成された負極活物質層と、を有する。金属箔は帯状である。本実施形態の金属箔は、例えば、銅箔である。負極２４は、帯形状の短手方向である幅方向の他方（正極２３の非被覆部２３１と反対側）の端縁部に、負極活物質層の非被覆部（負極活物質層が形成されていない部位）２４１を有する。負極２４の被覆部（負極活物質層が形成される部位）２４２の幅は、正極２３の被覆部２３２の幅よりも大きい。

本実施形態の電極体２では、以上のように構成される正極２３と負極２４とがセパレータ２５によって絶縁された状態で巻回される。セパレータ２５は、絶縁性を有する部材である。セパレータ２５は、正極２３と負極２４との間に配置される。これにより、電極体２（詳しくは、積層体２２）において、正極２３と負極２４とが互いに絶縁される。また、セパレータ２５は、ケース３内において、電解液を保持する。これにより、蓄電素子１の充放電時において、リチウムイオンが、セパレータ２５を挟んで交互に積層される正極２３と負極２４との間を移動する。

非被覆積層部２６は、電極体２における集電体５と導通される部位である。本実施形態の非被覆積層部２６は、巻回された正極２３、負極２４、及びセパレータ２５の巻回中心方向視において、中空部２７（図６参照）を挟んで二つの部位（二分された非被覆積層部）２６１に区分けされる。

以上のように構成される非被覆積層部２６は、電極体２の各極に設けられる。即ち、正極２３の非被覆部２３１のみが積層された非被覆積層部２６が電極体２における正極の非被覆積層部を構成し、負極２４の非被覆部２４１のみが積層された非被覆積層部２６が電極体２における負極の非被覆積層部を構成する。

図３及び図４に示すように、蓄電素子１は、電極体２における一対の湾曲部２１１の少なくとも一方に対し、中空部２７側から、一対の湾曲部２１１が互いに離間する方向（図４において矢印で示す方向）に力を加える張力付与体２８を備える。本実施形態において張力付与体２８は、電極体２における一対の湾曲部２１１のうちの一方の湾曲部２１１に対して力を加える第一付与体２８０Ａと、該一対の湾曲部２１１のうちの他方の湾曲部２１１に対して力を加える第二付与体２８０Ｂと、で構成されている。ここでは、一方の湾曲部２１１は、蓋板３２側に位置する湾曲部２１１である。他方の湾曲部２１１は、閉塞部３１１側に位置する湾曲部２１１である。

第一付与体２８０Ａは、中空部２７内で電極体２に当接するように中空部２７内の蓋板３２側に配置される当接部材２８２と、当接部材２８２とケース３又はケース３内の剛性を有する部材とを接続する弾性部材２８１と、を有する。

第一付与体２８０Ａの当接部材２８２は、剛性のある絶縁材料によって棒状に形成される。本実施形態の当接部材２８２は、円筒形状である。当接部材２８２は、湾曲部２１１に沿って積層体２２の巻回中心方向に延びている。当接部材２８２は、中空部２７内に、湾曲部２１１に沿って挿通される。当接部材２８２は、その長手方向の長さが、巻芯２１の長手方向の長さと略同一に形成される。当接部材２８２は、巻芯２１と、長手方向の長さを揃えて配置される。当接部材２８２は、巻芯２１の湾曲部２１３に当接するように配置される。

第一付与体２８０Ａの弾性部材２８１は、弾性を有する絶縁材料によって形成される。本実施形態の弾性部材２８１は、環状の弾性体（ここでは、ゴム製の環状部材）である。弾性部材２８１は、当接部材２８２に挿通される。弾性部材２８１は、図５に示すように、電極体２の両端部のそれぞれからその一部がはみ出る長さに形成される。弾性部材２８１は、当接部材２８２とケース３内の剛性を有する部材とを接続する。本実施形態において、ケース３内の剛性を有する部材は集電体５である。弾性部材２８１は、集電体５の後述する第一切欠部５７１に引っかけられる。

第一付与体２８０Ａの弾性部材２８１は、延びた状態で、第一付与体２８０Ａの当接部材２８２と集電体５とを接続する。即ち、弾性部材２８１には、復元力が働く。従って、第一付与体２８０Ａの当接部材２８２の両端部は、第一付与体２８０Ａの弾性部材２８１によって電極体２の長径方向に引っ張られる。

第二付与体２８０Ｂは、中空部２７内で電極体２に当接するように中空部２７内の閉塞部３１１側に配置される当接部材２８２と、当接部材２８２とケース３又はケース３内の剛性を有する部材とを接続する弾性部材２８１と、を有する。

第二付与体２８０Ｂの当接部材２８２は、剛性のある絶縁材料によって棒状に形成される。本実施形態の当接部材２８２は、円筒形状である。当接部材２８２は、湾曲部２１１に沿って積層体２２の巻回中心方向に延びている。当接部材２８２は、中空部２７内に、湾曲部２１１に沿って挿通される。当接部材２８２は、その長手方向の長さが、巻芯２１の巻回中心方向の長さと略同一に形成される。当接部材２８２は、巻芯２１と、長手方向の長さを揃えて配置される。当接部材２８２は、巻芯２１の湾曲部２１３に当接するように配置される。

第二付与体２８０Ｂの弾性部材２８１は、弾性を有する絶縁材料によって形成される。本実施形態の弾性部材２８１は、環状の弾性体（ここでは、ゴム製の環状部材）ある。弾性部材２８１は、当接部材２８２に挿通される。弾性部材２８１は、図５に示すように、電極体２の両端部のそれぞれからその一部がはみ出る長さに形成される。弾性部材２８１は、当接部材２８２とケース３内の剛性を有する部材とを接続する。本実施形態において、ケース３内の剛性を有する部材は集電体５である。弾性部材２８１は、集電体５の後述する第二切欠部５７２に引っかけられる。

第二付与体２８０Ｂの弾性部材２８１は、延びた状態で、第二付与体２８０Ｂの当接部材２８２と集電体５とを接続する。即ち、弾性部材２８１には、復元力が働く。従って、第二付与体２８０Ｂの当接部材２８２の両端部は、第二付与体２８０Ｂの弾性部材２８１によって電極体２の長径方向に引っ張られる。

第一付与体２８０Ａ及び第二付与体２８０Ｂのそれぞれの弾性部材２８１は、均等な力で当接部材２８２を電極体２の長径方向に引っ張ることが好ましい。即ち、図３に示すように、電極体２に張力がかかる前の中心線Ｌに対して、電極体２に張力がかかった後のＬ１とＬ２とが等しくなるのが好ましい。

以上のように、第一付与体２８０Ａと第二付与体２８０Ｂは、一対の湾曲部２１１を引っ張ることにより、一対の湾曲部２１１を離間させる方向に力を加える。これにより、電極体２を構成する電極の各部位においての巻回方向に張力がかかる。

ケース３は、開口を有するケース本体３１と、ケース本体３１の開口を塞ぐ（閉じる）蓋板３２と、を有する。ケース３は、電極体２及び集電体５等と共に、電解液を内部空間３３に収容する。

蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐ板状の部材である。具体的に、蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐようにケース本体に当接する。より具体的には、蓋板３２が開口を塞ぐように、蓋板３２の周縁部がケース本体３１の開口周縁部３４に重ねられる。開口周縁部３４と蓋板３２とが重ねられた状態で、蓋板３２とケース本体３１との境界部が溶接される。これにより、ケース３が構成される。

外部端子４は、他の蓄電素子の外部端子又は外部機器等と電気的に接続される部位である。外部端子４は、導電性を有する部材によって形成される。例えば、外部端子４は、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料、銅又は銅合金等の銅系金属材料等の溶接性の高い金属材料によって形成される。

集電体５は、ケース３内に配置され、電極体２と通電可能に直接又は間接に接続される。本実施形態の集電体５は、クリップ部材５０を介して電極体２と通電可能に接続される。即ち、蓄電素子１は、電極体２と集電体５とを通電可能に接続するクリップ部材５０を備える。

集電体５は、導電性を有する部材によって形成される。図３に示すように、集電体５は、ケース３の内面に沿って配置される。本実施形態の集電体５は、貫通部材７とクリップ部材５０とを通電可能に接続する。具体的に、集電体５は、貫通部材７と通電可能に接続される第一接続部５１と、電極体２と通電可能に接続される第二接続部５２と、第一接続部５１と第二接続部５２とを接続する屈曲部５３と、を有する。集電体５は、屈曲部５３がケース３内の蓋板３２と短壁部３１４との境界近傍に配置され、第一接続部５１が屈曲部５３から蓋板３２に沿って延びると共に、第二接続部５２が屈曲部５３から短壁部３１４に沿って延びる。即ち、集電体５は、Ｌ字状に形成される。本実施形態の集電体５は、所定形状に裁断された板状の金属材料を曲げ加工することによって形成される。

第一接続部５１は、貫通部材７に通電可能に接続される部位である。具体的に、第一接続部５１は、ケース３（詳しくは蓋板３２）と絶縁された状態でケース３（蓋板３２）の内面に沿って屈曲部５３から延びる。第一接続部５１は、板状の部位である。第一接続部５１の先端部には、貫通部材７が挿通される穴５４が形成される。穴５４は、蓋板３２の貫通孔３２２とＺ軸方向において重なる位置に設けられる。

第二接続部５２は、電極体２（本実施形態では、クリップ部材５０を介して電極体２の非被覆積層部２６）に導通可能に接続される。具体的に、第二接続部５２は、ケース３（詳しくは短壁部３１４）と絶縁された状態でケース３（短壁部３１４）の内面に沿って屈曲部５３から延びる。第二接続部５２は、短壁部３１４の近傍から非被覆積層部２６に向けて延びると共に第二接続部５２と同方向に延びる、少なくとも一つの接合片５５を有する。接合片５５は、クリップ部材５０と接合される。本実施形態の接合片５５は、例えば、超音波溶接によってクリップ部材５０と接合される。

第二接続部５２は、二つの接合片５５，５５を有する。具体的に、第二接続部５２は、Ｙ軸方向の中央に設けられた開口５６を画定するように該開口５６の両側においてＺ軸方向に延びる二つの接合片５５を有する。即ち、第二接続部５２は、各非被覆積層部２６における二分された非被覆積層部２６１のうちの一方を挟み込んだクリップ部材５０に接合される接合片５５と、前記二分された非被覆積層部２６１のうちの他方を挟み込んだクリップ部材５０に接合される接合片５５と、を有する。開口５６及び二つの接合片５５は、例えば、第二接続部５２を形成する前の帯板に、Ｚ軸方向（長手方向）の切れ込みを入れ、前記切れ込みの両側を捻ることによって形成される。

第二接続部５２は、弾性部材２８１を介して、当接部材２８２と集電体５とを接続可能に構成される。具体的に、第二接続部５２には、弾性部材２８１を引っかける、切欠部５７（図５参照）が形成される。図７〜９に示すように、切欠部５７は、開口５６を挟んで第二接続部５２のＺ軸方向の両端部に形成される。切欠部５７は、二つの窪みがＹ軸方向に向かい合うように形成される。

図１０に示すように、切欠部５７は、第一付与体２８０Ａの弾性部材２８１がひっかけられる第一切欠部５７１と、第二付与体２８０Ｂの弾性部材２８１が引っかけられる第二切欠部５７２と、を有する。各弾性部材２８１が切欠部５７１，５７２に引っかけられることにより、当接部材２８２と集電体５とは位置ずれすることなく接続される。

以上のように構成される集電体５は、蓄電素子１の正極と負極とにそれぞれ配置される。本実施形態の蓄電素子１では、集電体５は、ケース３内において、電極体２の正極非被覆積層部２６と、負極非被覆積層部２６とにそれぞれ配置される。

正極の集電体５と負極の集電体５とは、異なる材料によって形成される。具体的に、正極の集電体５は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成され、負極の集電体５は、例えば、銅又は銅合金によって形成される。

以上の本実施形態にかかる蓄電素子１は、正極２３及び負極２４の積層された積層体２２が巻回された電極体２であって、巻中心に中空部２７が形成されるとともに、短径及び長径を有し、長径方向において対向する一対の湾曲部２１１を有する扁平な電極体２と、一対の湾曲部２１１の少なくとも一方に対し、中空部２７側から一対の湾曲部２１１が互いに離間する方向に張力を付与する張力付与体２８であって、弾性変形によって生じた力を張力として付与する張力付与体２８と、を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、張力付与体２８が、一対の湾曲部２１１の少なくとも一方に対し、中空部２７（巻回された積層体２２に囲まれた領域）側から互いに離間する方向に張力を加えるため、巻回されている積層体２２の各部位が巻回方向に引っ張られる。これにより、積層体２２を構成する正極及び負極において皺（特に巻回方向と交差する方向に延びる皺）の発生を効果的に防ぐことができる。

しかも、弾性変形によって生じた力を張力として湾曲部２１１に加える構成とすることによって、充放電に伴う積層体２２（巻回された正極２３及び負極２４）の膨張及び収縮によって湾曲部２１１同士の間隔（長径方向の間隔）が変動しても、この間隔の変動を吸収しつつ湾曲部２１１に対して好適に張力（湾曲部２１１が互いに離間する方向に押す力）を付与し続けることができる。

張力付与体２８は、一対の湾曲部２１１のうちの一方の湾曲部２１１に対して張力を加える第一付与体２８０Ａと、一対の湾曲部２１１のうちの他方の湾曲部２１１に対して張力を加える第二付与体２８０Ｂと、を有することが好ましい。

かかる構成によれば、一対の湾曲部２１１に張力を加えることで、電極体２の膨張、収縮を、湾曲部２１１同士の間隔の変動によって吸収し、これにより、電極体２（巻回された積層体２２）の短径方向の寸法を一定に保つことができる。その結果、ケース３の内部空間（電極体２が収容される空間）において、充放電による短径方向における電極体２の寸法の変動代を確保しなくてもよくなり、ケース３の前記短径方向の寸法を抑えることができる。

湾曲部２１１のそれぞれに張力が加わる構成であるため、充放電に伴う電極体２の収縮及び膨張による湾曲部２１１同士の間隔（距離）の変化が、極板の巻回中心（以下、単に「巻回中心」と称する。）に対して長径方向の両側に割り振られる。このため、ケース３内における巻回中心の長径方向の移動、即ち、ケース３内における電極体２の巻回中心近傍の部位の長径方向の移動を抑えることができる。

蓄電素子１は、電極体２を収容するケース３を備え、前記張力付与体２８は、中空部２７内で電極体２に当接するように中空部２７内に配置される当接部材２８２であって湾曲部２１１に沿って積層体２２の巻回中心方向に延びる当接部材２８２と、当接部材２８２とケース３又はケース３内の剛性を有する部材とを接続する弾性部材２８１であって、当接部材２８２を引っ張ることによって湾曲部２１１に張力を加える弾性部材２８１と、を有してもよい。

かかる構成によれば、当接部材２８２によって、湾曲部２１１に対して巻回中心方向の広い範囲に略均一に張力が加わるため、巻回されている正極２３及び負極２４の巻回中心方向における広い範囲が、巻回方向により確実に引っ張られ、これにより、皺（巻回方向と交差する方向に延びる皺）の発生がより効果的に防がれる。

蓄電素子１は、外部端子４と、電極体２と外部端子４とを導通させる集電体５と、を備え、剛性を有する部材は、集電体５であってもよい。

弾性力（弾性部の弾性変形によって生じる力）を生じさせるために弾性部材２８１の一部を接続する部材として、他の目的でケース３内に配置されている部材（集電体５）を利用することにより、弾性部材２８１を接続する部材をケース３内に別途設ける場合に比べ、ケース３内に配置される部品点数を減らすことができる。これにより、蓄電素子１を大型化することなく、皺を防止することが可能となる。

電極体２は、巻芯２１であって積層体２２が周囲に巻回されている巻芯２１を備え、張力付与体２８は、巻芯２１の内側から前記湾曲部２１１に張力を加えてもよい。本実施形態にかかる巻芯２１は、扁平な円筒状であるが、これに限られない。すなわち、内側から前記湾曲部２１１に張力を加えることができればよく、例えば、板状又はシート状であって、一部に弾性部材を挿通する孔を備えた巻芯であってもよい。具体的には、板又はシート状の部材であって、当該部材の対向する端部に孔（又は円筒部）を備えた巻芯であってもよい。

かかる構成によれば、巻芯２１においても皺（特に積層体２２の巻回方向と交差する方向に延びる皺）の発生を効果的に防ぐことができる。

尚、本発明の蓄電素子は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。

上記実施形態では、一対の湾曲部２１１の双方に弾性部材により力を加えることによって電極体２に張力を付与していたが、これに限定されるものではない。一対の湾曲部２１１のうちの一方の湾曲部２１１に弾性部材により力を加えることによって電極体２に対して張力を付与してもよい。即ち、一方の湾曲部２１１を引っ張ることによって電極体２に対して張力を付与してもよい。この場合、図１１に示すように、張力付与体２８は、一対の湾曲部２１１のうちの一方の湾曲部２１１を、該一対の湾曲部２１１が離間する方向に引っ張る第一付与体２８０Ａと、他方の湾曲部２１１側において電極体２を固定する固定部材８と、から構成されているのが好ましい。ここでは、図１１に示すように、一方の湾曲部２１１は、蓋板３２側に位置する湾曲部２１１である。他方の湾曲部２１１は、閉塞部３１１側に位置する湾曲部２１１である。

この場合、第一付与体２８０Ａは、中空部２７内で電極体２に当接するように中空部２７内に配置される当接部材２８２と、当接部材２８２とケース３又はケース３内の剛性を有する部材とを接続する弾性部材２８１と、を有する。本実施形態では、ケース３内の剛性を有する部材は、集電体５である。

また、固定部材８は、電極体２を固定可能に構成される。具体的には、固定部材８は、一対の湾曲部２１１のうちの閉塞部３１１側において電極体２を固定する。固定部材８は、剛性を有する絶縁材料によって棒状に形成される。固定部材８は、図１１に示すように、中空部２７内で電極体２に当接するように中空部２７内に配置される。固定部材８は、湾曲部２１１に沿って積層体２２の巻回中心方向に延びている。固定部材８の両端部は、集電体５を貫通する。固定部材８の両端部と集電体５とは、周知の接合技術によって接合され、固定部材８は、集電体５に固定される。電極体２における閉塞部３１１側の湾曲部２１１は、閉塞部３１１と固定部材８との間に挟まれることによって、電極体２は閉塞部３１１側で固定される。

上記の場合とは逆に、第二付与体２８０Ｂによって他方（閉塞部３１１）の湾曲部２１１を引っ張ることによって電極体２に張力を付与してもよい、この場合、電極体２は、固定部材８によって蓋板３２側で固定される。

上記実施形態では、張力付与体２８は、当接部材２８２と集電体５とを接続することによって（ケース３等を利用することによって）電極体２に張力を付与していたが、これに限定されるものではない。張力付与体２８は、ケース３等を利用せずに電極体２に対して張力を付与してもよい。即ち、張力付与体２８が、中空部２７側から一対の湾曲部２１１の双方を押すことによって電極体２に張力を付与してもよい。張力付与体２８は、弾性変形可能な絶縁材料によって形成されるのが好ましい。この場合、張力付与体２８は、ゴム製であるのが好ましい。図１２に示すように、張力付与体２８は、巻芯２１における一対の湾曲部２１３及び一対の直線部２１２によって画定される隙間に配置される。張力付与体２８は、短径及び長径を有する。

上記の場合、張力付与体２８は、その長径が、巻芯２１における一対の湾曲部２１３同士のＺ軸方向の間隔よりも長い。そのため、張力付与体２８をＺ軸方向に縮めて巻芯２１内に配置する。張力付与体２８には、巻芯２１内で復元力が働く。即ち、電極体２における一対の湾曲部２１１の双方は、張力付与体２８によって、中空部２７側から押されることとなる。これによって、電極体２における一対の湾曲部２１１は、互いに離間する方向に押される。その結果、電極体２を構成する電極の各部位においての巻回方向に張力がかかる。

上記の場合、張力付与体２８は、一対の湾曲部２１１のうちの一方の湾曲部２１１のみに力を加えることによって、電極体２に張力を付与してもよい。この場合、固定部材８の両端部は、集電体５を貫通する。固定部材８の両端部と集電体５とは、周知の接合技術によって接合され、固定部材８は、集電体５に固定される。電極体２における一対の湾曲部２１１のうちの一方が、蓋板３２又は閉塞部３１１と固定部材８との間に挟まれることによって、電極体２は蓋板３２側又は閉塞部３１１側で固定される。

また、上記の場合、張力付与体２８は、一対の湾曲部２１１のそれぞれの内周面に宛がわれる一対の当接部材２８２を有していてもよい。これによって、湾曲部２１１に対して巻回中心方向の広い範囲に略均一に張力が加わるため、巻回されている正極２３及び負極２４の巻回中心方向における広い範囲が、電極体２の長径方向により確実に押され、巻回方向と交差する方向に延びる皺の発生がより効果的に防がれる。

また、上記の場合、張力付与体２８は、電極体２における一対の湾曲部２１１が互いに離間する方向に張力を付与することできれば、バネ等の弾性体であってもよい。バネ等は、絶縁材料によって被覆されていれば、アルミニウム、銅等の金属であってもよい。

上記実施形態では、電極体２は、正極２３と負極２４とが互いに絶縁された状態で積層された積層体２２であって、巻芯２１の周囲に巻回された積層体２２を備える場合について説明したが、これに限定されない。電極体２は、正極２３と負極２４とが互いに絶縁された状態で積層された積層体２２が巻回されることによって形成されてもよい。即ち、積層体２２は巻芯２１の周囲に巻回されていなくてもよい。

上記実施形態では、弾性部材２８１は、環状の弾性体（ここでは、ゴム製の環状部材）であり、当接部材２８２に挿通される場合について説明したが、これに限定されるものではない。弾性部材２８１は、当接部材２８２とケース３又はケース３内の剛性を有する部材とを接続することができるものであればよい。例えば、弾性部材２８１は、円筒形状である当接部材２８２の円筒内にその一部が固定されると共に、集電体５の切欠部５７に引っかけることができる形状であってもよい。

上記実施形態では、当接部材２８２と接続されるケース３内の剛性を有する部材を、集電体５とする場合について説明したが、これに限定されるものではない。当接部材２８２と接続される部材は集電体５以外の、ケース３等の剛性を有する部材であってもよい。例えば、当接部材２８２と接続される部材をケース３とした場合には、弾性部材２８１は、集電体５を避けて、ケース３に設けられたフック等に引っかけられてもよい。

上記実施形態では、当接部材２８２と集電体５とを接続するために、弾性部材２８１を集電体５の切欠部５７に引っかける場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、弾性部材２８１を集電体５から突出したフックやアングル状の部材に引っかけることによって、弾性部材２８１は、当接部材２８２と集電体５とを接続してもよい。

また、上記実施形態では、当接部材２８２を用いた場合について説明したが、本願発明はこれに限定されるものではない。すなわち、当接部材２８２を用いることなく、弾性部材２８１により直接湾曲部２１１に対して張力を与えることとしてもよい。

また、上記実施形態においては、蓄電素子が充放電可能な非水電解質二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）として用いられる場合について説明したが、蓄電素子の種類や大きさ（容量）は任意である。また、上記実施形態において、蓄電素子の一例として、リチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明は、種々の二次電池、その他、一次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタの蓄電素子にも適用可能である。

蓄電素子（例えば電池）は、図１３に示すような蓄電装置（蓄電素子が電池の場合は電池モジュール）１１に用いられてもよい。蓄電装置１１は、少なくとも二つの蓄電素子１と、二つの（異なる）蓄電素子１同士を電気的に接続するバスバ部材１２と、を有する。この場合、本発明の技術が少なくとも一つの蓄電素子１に適用されていればよい。

１…蓄電素子、２…電極体、２１…巻芯、２１１…湾曲部、２１２…直線部、２１３…湾曲部、２２…積層体、２３…正極、２３１…非被覆部、２３２…被覆部、２４…負極、２４１…非被覆部、２４２…被覆部、２５…セパレータ、２７…中空部、２８…張力付与体、２８０Ａ…第一付与体、２８０Ｂ…第二付与体、２８１…弾性部材、２８２…当接部材、３…ケース、３１…ケース本体、３１１…閉塞部、３２…蓋板、３２２…貫通孔、３３…内部空間、４…外部端子、５…集電体、５０…クリップ部材、５６…開口、５７…切欠部、５７１…第一切欠部、５７２…第二切欠部、６…絶縁部材（絶縁カバー）、７…貫通部材、８…固定部材、１１…蓄電装置、１２…バスバ部材、Ｌ…中心線

Claims (5)

1. 正極及び負極の積層された積層体が巻回された電極体であって、巻中心に中空部が形成されるとともに、短径及び長径を有し、前記長径方向において対向する一対の湾曲部を有する扁平な電極体と、
   前記一対の湾曲部の少なくとも一方に対し、中空部側から一対の湾曲部が互いに離間する方向に張力を付与する張力付与体であって、弾性変形によって生じた力を前記張力として付与する張力付与体と、を備えることを特徴とする、蓄電素子。
2. 前記張力付与体は、
   前記一対の湾曲部のうちの一方の湾曲部に対して張力を加える第一付与体と、
   前記一対の湾曲部のうちの他方の湾曲部に対して張力を加える第二付与体と、を有する、請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記電極体を収容するケースを備え、
   前記張力付与体は、
   中空部側から前記電極体に当接するように前記中空部内に配置される当接部材であって前記湾曲部に沿って積層体の巻回中心方向に延びる当接部材と、
   前記当接部材と前記ケース又はケース内の剛性を有する部材とを接続する弾性部材であって、前記当接部材を引っ張ることによって前記湾曲部に張力を加える弾性部材と、を有する、請求項１又は２に記載の蓄電素子。
4. 外部端子と、前記電極体と前記外部端子とを導通させる集電体と、を備え、
   前記剛性を有する部材は、前記集電体である、請求項３に記載の蓄電素子。
5. 前記電極体は、前記積層体が周囲に巻回されている巻芯を備え、
   前記張力付与体は、前記巻芯の内側から前記湾曲部に張力を加える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電素子。

Images