JP2018037283A - 蓄電素子 - Google Patents

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Naohito Takebayashi
尚人 竹林
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Abstract

【課題】容器内で電極体のスペーサが移動することが抑制される蓄電素子を提供する。【解決手段】蓄電素子は、積層された極板を含む電極体と、前記電極体を収容する容器と、前記容器と前記電極体との間に介在するスペーサとを備える。前記容器は、本体部と、蓋部と、前記蓋部と第一方向で対向する底部とを備える。前記本体部及び前記スペーサの一方は、前記本体部及び前記スペーサの他方に向かって突出する凸部を有し、前記本体部及び前記スペーサの他方は、前記凸部が嵌る凹部を有し、前記凹部は、前記第一方向に延在する。【選択図】図2

Description

本開示は、電極体を備える蓄電素子に関する。
リチウムイオン二次電池等の蓄電素子には、正極板と負極板と電気的な絶縁性を有するシート状のセパレータとが重ねられて形成される電極体を備えるものがある。例えば、特許文献1には、蓄電素子としての非水電解液電池が開示され、この非水電解液電池では、電極体としての電極群が、ケース及びケースの開口を閉塞する封口体に収容されている。さらに、非水電解液電池は、電極群及び封口体に接触するスペーサを備えている。
特開2014−32967号公報
特許文献1に記載される非水電解液電池では、スペーサは、電極群及び封口体の間隔を保持し、ケースに対する電極群の相対的な位置を固定するために、設けられている。しかしながら、ケースに振動又は衝撃の外力が作用した際に、スペーサが電極群と共にケースの壁面に沿って移動し、それにより、電極群が、スペーサと共にケースに衝突し、変形又は損傷する可能性がある。なお、電極群に変形又は損傷が発生すると、内部短絡や抵抗の上昇が生じる可能性がある。
本開示は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、ケース等の容器内で電極体のスペーサが移動することが抑制される蓄電素子を提供する。
本開示の一態様に係る蓄電素子は、積層された極板を含む電極体と、前記電極体を収容する容器と、前記容器と前記電極体との間に介在するスペーサとを備え、前記容器は、本体部と、蓋部と、前記蓋部と第一方向で対向する底部とを備え、前記本体部及び前記スペーサの一方は、前記本体部及び前記スペーサの他方に向かって突出する凸部を有し、前記本体部及び前記スペーサの他方は、前記凸部が嵌る凹部を有し、前記凹部は、前記第一方向に延在する。
本開示に係る蓄電素子によれば、容器内での電極体のスペーサの移動を抑えることが可能になる。
図1は、実施の形態に係る蓄電素子の外観を模式的に示す斜視図である。 図2は、図1の蓄電素子の分解斜視図である。 図3は、図1の蓄電素子を容器の蓋体の外面に略平行な面で切断した断面を、蓋体から容器本体の底壁に向かう方向IIIで見た断面図である。 図4は、実施の形態の変形例1に係る蓄電素子の断面を、図3と同様に示す断面図である。 図5は、実施の形態の変形例2に係る蓄電素子の断面を、図3と同様に示す断面図である。
まず、本開示の一態様に係る蓄電素子は、積層された極板を含む電極体と、前記電極体を収容する容器と、前記容器と前記電極体との間に介在するスペーサとを備える。前記容器は、本体部と、蓋部と、前記蓋部と第一方向で対向する底部とを備える。前記本体部及び前記スペーサの一方は、前記本体部及び前記スペーサの他方に向かって突出する凸部を有し、前記本体部及び前記スペーサの他方は、前記凸部が嵌る凹部を有し、前記凹部は、前記第一方向に延在する。
前記凸部は、直線状に延在する帯状の突起であり、前記凹部は、直線状に延在する溝であってもよい。
また、複数の前記凸部が設けられ、前記複数の凸部は、間隔をあけて配置されてもよい。
前記電極体では、前記極板が巻回され、前記スペーサは、巻回軸方向の前記電極体の側部に配置され、前記スペーサは、内側に前記電極体の側部を受け入れる受入部と、前記受入部の表面から突出し且つ前記電極体の側部と係合する係合凸部とを有してもよい。
前記凸部は、前記本体部に一体成形された突起であってもよい。
また、前記スペーサは、前記電極体の第一側部に配置される第一スペーサと、前記第一側部と第二方向で対向する前記電極体の第二側部に配置される第二スペーサとを含んでもよい。さらに、前記第一スペーサ及び前記第二スペーサがそれぞれ、前記凸部又は前記凹部を有してもよい。なお、前記凹部は、前記第二方向と略垂直な方向に延在する溝であってもよい。
また、前記本体部は、少なくとも2つの壁部を有し、前記本体部の前記凸部又は前記凹部は、前記壁部のうちの互いに対向する2つの前記壁部に配置されてもよい。
次いで、以下において、図面を参照しつつ、本開示の実施の形態に係る蓄電素子について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示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数値、形状、材料、構成要素、並びに構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、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、任意の構成要素として説明される。
また、添付の図面における各図は、模式的な図であり、必ずしも厳密に図示されたものでない。さらに、各図において、同一又は同様な構成要素については同じ符号を付している。また、以下の実施の形態の説明において、略平行、略直交のような「略」を伴った表現が、用いられる場合がある。例えば、略平行とは、完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行である、すなわち、例えば数%程度の差異を含むことも意味する。他の「略」を伴った表現についても同様である。
[実施の形態]
実施の形態に係る蓄電素子100の構成を説明する。図1は、実施の形態に係る蓄電素子100の外観を模式的に示す斜視図である。図1に示されるように、蓄電素子100は、扁平な直方体状の外形を有している。蓄電素子100は、充放電可能な二次電池である。例えば、蓄電素子100は、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。しかしながら、蓄電素子100は、非水電解質二次電池に限定されず、使用者が充電をしなくても蓄えられている電気を使用できる一次電池であってもよく、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよく、キャパシタであってもよい。
図2は、図1の蓄電素子100の分解斜視図である。図1及び図2を参照すると、蓄電素子100は、扁平な直方体状の容器10と、容器10の中に収容される電極体20と、正極端子30及び負極端子40と、容器10内で電極体20を保持するスペーサ70とを備えている。
容器10は、有底角筒状の容器本体11と、容器本体11の細長い矩形形状の開口部11aを閉鎖可能である細長い矩形板状の蓋体12とを有している。容器本体11は、細長の矩形状の底壁11bと、底壁11bの4つの縁から直立する4つの矩形状の側壁11c、11d、11e及び11fとを有している。側壁11c及び11eは、互いに対向して位置し、底壁11bの縁に沿う方向に幅狭の短側壁を形成している(以下、側壁11c及び11eを、短側壁11c及び11eとも呼ぶ)。側壁11d及び11fは、互いに対向して位置し、底壁11bの縁に沿う方向に幅広の長側壁を形成している(以下、側壁11d及び11fを、長側壁11d及び11fとも呼ぶ)。なお、長側壁11d及び11fは、短側壁11c及び11eよりも、底壁11bの縁に沿う方向で幅広でもある。底壁11bは、蓋体12と対向して位置する。ここで、蓋体12は、容器10の蓋部の一例であり、側壁11c、11d、11e及び11fは、容器10の本体部の一例であり、底壁11bは、容器10の底部の一例である。また、蓋体12から底壁11bに向かう方向は、第一方向を構成する。
容器本体11と蓋体12とは、溶接等の接合方法によって、互いの接合部を気密な状態にして固定される。限定するものではないが、容器本体11及び蓋体12は、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等の溶接可能な金属から作製され得る。
容器10の内部には、電極体20及びスペーサ70と共に電解液(本実施の形態では、非水電解液)等の電解質が封入されるが、当該電解質の図示は省略する。容器10に封入される電解質としては、蓄電素子100の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく、様々なものを選択することができる。
蓋体12の外面12a上に、正極端子30及び負極端子40が配置されている。導電性を有する正極端子30及び負極端子40はそれぞれ、蓋体12を貫通し、蓋体12の外面12aと反対側で、導電性及び剛性を有する正極集電体50及び負極集電体60と物理的及び電気的に接続される。正極集電体50及び負極集電体60はさらに、電極体20と物理的及び電気的に接続される。正極端子30、負極端子40、正極集電体50及び負極集電体60は、図示しない絶縁部材によって、蓋体12から電気的に絶縁されている。例えば、上記絶縁部材は、樹脂等からなるガスケットである。正極集電体50及び負極集電体60は、電極体20と共に、容器本体11に収容される。
スペーサ70は、樹脂等の電気的な絶縁性を有する材料から作製されている。スペーサ70は、電極体20と正極集電体50との接続部分に配置される第一スペーサ71と、電極体20と負極集電体60との接続部分に配置される第二スペーサ72とで構成される。容器本体11内において、第一スペーサ71及び第二スペーサ72は、電極体20と容器本体11との間に介在する。本実施の形態では、第一スペーサ71及び第二スペーサ72は、同様の構成を有する。
電極体20は、電気を蓄積可能な蓄電要素である。電極体20は、長尺な帯状のシート状の正極板(図示せず)と、長尺な帯状のシート状の負極板(図示せず)と、長尺な帯状のシート状のセパレータ(図示せず)とが層状に重ね合わせられ、巻回軸Aを中心に一緒に渦巻き状に多重に巻回されることによって、形成される。これにより、正極板及び負極板が、これらの間にセパレータを介在させつつ、巻回軸Aの周りに多重に積層される。巻回軸Aは、図2において一点鎖線で示される仮想の軸であり、電極体20は、巻回軸Aに関して略対称な構成を有している。限定されるものではないが、本実施の形態では、電極体20は、巻回軸Aに垂直な断面が扁平な長円形状である扁平な外形を有している。つまり、電極体20は、巻回軸Aの周りに、巻回軸Aに垂直な方向で対向する2つの平坦部分と、巻回軸Aに垂直な方向で対向する2つの湾曲部分とを有している。しかしながら、電極体20の断面形状は、長円形以外であってもよく、円形、楕円形、矩形、又はその他の多角形であってもよい。
正極板は、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属からなる長尺な帯状の金属箔である正極基材(図示せず)と、正極基材上に塗工等の方法で形成された正極活物質層(図示せず)とを含む。負極板は、銅、銅合金等の金属からなる長尺な帯状の金属箔である負極基材(図示せず)と、負極基材上に塗工等の方法で形成された負極活物質層(図示せず)とを含む。正極活物質層に用いられる正極活物質又は負極活物質層に用いられる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質又は負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。セパレータは、樹脂等の電気的な絶縁性を有する材料からなる微多孔性のシートである。
電極体20の巻回軸A方向の端部21及び22ではそれぞれ、正極板の正極活物質層非形成部21a及び負極板の負極活物質層非形成部22aが形成されている。正極活物質層非形成部21a及び負極活物質層非形成部22aではそれぞれ、正極活物質層及び負極活物質層が形成されず、正極基材及び負極基材が、その縁に沿って帯状に露出している。そして、正極活物質層非形成部21a及び負極活物質層非形成部22aではそれぞれ、露出した正極基材及び負極基材のみが巻回されている。正極活物質層非形成部21a及び負極活物質層非形成部22aにはそれぞれ、正極集電体50及び負極集電体60が、溶接、かしめ接合等の接合方法で接続される。なお、かしめ接合は、2つの部材を共に塑性変形させることによって互いに接合する接合方法である。正極集電体50及び負極集電体60と接続された電極体20は、巻回軸Aを蓋体12並びに長側壁11d及び11fの長手方向に沿う向きにし、且つ2つの湾曲部分の一方を蓋体12と対向させて、容器10内に配置される。容器本体11内では、電極体20の端部21が短側壁11cと対向し、端部22が短側壁11eと対向する。ここで、端部21は、電極体20の第一側部の一例であり、端部22は、電極体20の第二側部の一例であり、巻回軸A方向は、第二方向を構成する。
図2及び図3を参照して、第一スペーサ71及び第二スペーサ72並びに電極体20の詳細な構成を説明する。なお、図3は、図1の蓄電素子100を容器10の蓋体12の外面12aに略平行な面で切断した断面を、蓋体12から容器本体11の底壁11bに向かう方向IIIで見た断面図である。
まず、電極体20の正極活物質層非形成部21a及び負極活物質層非形成部22aはそれぞれ、電極体20と同様に、巻回軸Aと垂直な方向で長円形をした断面を有している。正極活物質層非形成部21aでは、巻回軸Aと垂直な方向で対向する2つの平坦部分の正極基材がそれぞれ束ねられ、それにより、2つの平坦な集束部21aa及び21abが形成される。これにより、集束部21aa及び21abの間には、端部21から端部22に向かって窪む空洞部21acが形成される。負極活物質層非形成部22aでも、正極活物質層非形成部21aと同様に、負極基材が束ねられ、巻回軸Aと垂直な方向で対向する2つの平坦な集束部22aa及び22abが形成される。集束部22aa及び22abの間には、端部22から端部21へ窪む空洞部22acが形成される。
次に、第一スペーサ71は、電極体20の端部21と短側壁11cとの間で正極活物質層非形成部21aをその内側の受入凹部71dに嵌め込むように配置され、電極体20を短側壁11cから離して保持する。したがって、第一スペーサ71は、短側壁11cから電極体20に加わる衝撃を緩衝する。第二スペーサ72は、電極体20の端部22と短側壁11eとの間で負極活物質層非形成部22aをその内側の受入凹部72dに嵌め込むように配置され、電極体20を短側壁11eから離して保持する。したがって、第二スペーサ72は、短側壁11eから電極体20に加わる衝撃を緩衝する。
具体的には、第一スペーサ71及び第二スペーサ72はそれぞれ、容器本体11内で短側壁11c及び11eに沿って配置される。第一スペーサ71及び第二スペーサ72は、蓋体12及び底壁11bに沿う方向でU字状の断面を有し、且つ蓋体12から底壁11bに向かって延びるU字溝状の形状を有している。
第一スペーサ71は、細長な矩形板状の側壁71a、71b及び71cと、側壁71aから突出する畝状の係合突起71aaとを一体的に含む。本実施の形態では、側壁71b及び71cは、側壁71aの両側縁から側壁71aと略垂直に延びる。側壁71a、71b及び71cは、これらの内側に直線溝状の受入凹部71dを形成し、受入凹部71dは、電極体20の正極活物質層非形成部21aを、これに接続された正極集電体50と共に受け入れる。第一スペーサ71は、側壁71a、71b及び71cをそれぞれ、短側壁11c、長側壁11d及び長側壁11fに隣接させて、容器本体11内に配置される。係合突起71aaは、受入凹部71d内で、互いに略平行な側壁71b及び71cと同様の方向に、側壁71aの内側表面から突出する。係合突起71aaは、蓋体12から底壁11bに向かう側壁71aの長手方向に、側壁71b及び71cと略平行に延びる。係合突起71aaは、電極体20の空洞部21ac内に嵌る形状及び寸法で形成されている。具体的には、係合突起71aaは、空洞部21ac内において、集束部21aa及び21abの間に嵌ると共に、空洞部21acの巻回軸A方向の底部である集束部21aa及び21abの根元部分21adに当接する。根元部分21adは、集束部21aa及び21abの間の内側根元部分である。本実施の形態では、このとき、側壁71b及び71cはそれぞれ、集束部21aa及び21abの外側の根元部分近傍にまで延びる。
また、側壁71b及び71cそれぞれの外側表面つまり受入凹部71dと反対側の表面には、受入凹部71dに向かって窪む溝状の凹部71ba及び71caが形成されている。凹部71ba及び71caはそれぞれ、蓋体12から底壁11bに向かう方向に延び、本実施の形態では、側壁71b及び71cの長手方向全体にわたって形成され、両端部で開放している。なお、凹部71ba及び71caは、底壁11b側の端部でのみ開放してもよい。ここで、係合突起71aaは、係合凸部の一例であり、受入凹部71dは、受入部の一例である。
第二スペーサ72は、細長な矩形板状の側壁72a、72b及び72cと、側壁72aから突出する畝状の係合突起72aaとを一体的に含む。本実施の形態では、側壁72b及び72cは、側壁72aの両側縁から側壁72aと略垂直に延びる。側壁72a、72b及び72cは、これらの内側に直線溝状の受入凹部72dを形成し、受入凹部72dは、電極体20の負極活物質層非形成部22aを、これに接続された負極集電体60と共に受け入れる。第二スペーサ72は、側壁72a、72b及び72cをそれぞれ、短側壁11e、長側壁11d及び長側壁11fに隣接させて、容器本体11に配置される。係合突起72aaは、受入凹部72d内で、互いに略平行な側壁72b及び72cと同様の方向に、側壁72aの内側表面から突出する。係合突起72aaは、蓋体12から底壁11bに向かう側壁72aの長手方向に、側壁72b及び72cと略平行に延びる。係合突起72aaは、電極体20の空洞部22ac内に嵌る形状及び寸法で形成されている。具体的には、係合突起72aaは、空洞部22ac内において、集束部22aa及び22abの間に嵌ると共に、空洞部22acの巻回軸A方向の底部である集束部22aa及び22abの根元部分22adに当接する。根元部分22adは、集束部22aa及び22abの内側に位置する。本実施の形態では、このとき、側壁72b及び72cはそれぞれ、集束部22aa及び22abの外側の根元部分近傍にまで延びる。
また、側壁72b及び72cそれぞれの外側表面つまり受入凹部72dと反対側の表面には、受入凹部72dに向かって窪む溝状の凹部72ba及び72caが形成されている。凹部72ba及び72caはそれぞれ、蓋体12から底壁11bに向かう方向に延び、本実施の形態では、側壁72b及び72cの長手方向全体にわたって形成され、両端部で開放している。なお、凹部72ba及び72caは、底壁11b側の端部でのみ開放してもよい。ここで、係合突起72aaは、係合凸部の一例であり、受入凹部72dは、受入部の一例である。
上述のような第一スペーサ71及び第二スペーサ72はそれぞれ、受入凹部71d及び72dに正極活物質層非形成部21a及び負極活物質層非形成部22aを嵌め込むと共に、係合突起71aa及び72aaを空洞部21ac及び22acに嵌め込み且つ根元部分21ad及び22adと当接させて、巻回軸A方向における電極体20の両端部21及び22に組み付けられる。そして、電極体20は、組み付けられた第一スペーサ71及び第二スペーサ72と共に、容器本体11内に挿入される。このとき、第一スペーサ71及び第二スペーサ72の凹部71ba、71ca、72ba及び72caは、電極体20の巻回軸Aと略垂直な方向に延在している。そして、電極体20は、第一スペーサ71及び第二スペーサ72それぞれによって、端部21及び22で安定して確実に保持される。その結果、第一スペーサ71及び第二スペーサ72に対して電極体20が相対的に移動することが抑えられる。
また、容器本体11の長側壁11dの内側表面には、凹部71ba及び72baそれぞれと嵌合可能な直線状の帯状突起を形成する凸部11da及び11dbが、長側壁11dと一体的に形成されている。容器本体11の長側壁11fの内側表面には、凹部71ca及び72caそれぞれと嵌合可能な直線状の帯状突起を形成する凸部11fa及び11fbが、長側壁11fと一体的に形成されている。第一スペーサ71及び第二スペーサ72が上述のように容器本体11の側壁11c、11d、11e及び11fと隣接するように配置された状態において、凸部11da及び11faそれぞれの位置は、第一スペーサ71の凹部71ba及び71caの位置と整合する。さらに、凸部11db及び11fbそれぞれの位置は、第二スペーサ72の凹部72ba及び72caの位置と整合する。
凸部11da及び11dbは、長側壁11fに向かって突出し、凸部11fa及び11fbは、長側壁11dに向かって突出する。凸部11da、11db、11fa及び11fbは、蓋体12から底壁11bに向かう方向に延びる。凸部11da、11db、11fa及び11fb、並びに、凹部71ba、71ca、72ba及び72caは、矩形状の断面形状を有しているが、互いに嵌合又は係合可能な形状であれば、いかなる断面形状を有していてもよい。本実施の形態では、凸部11da及び11db、並びに凸部11fa及び11fbはそれぞれ、蓋体12から底壁11bに向かう方向で長側壁11d及び11fの全体にわたって形成されているが、一部であってもよい。例えば、凹部71ba、71ca、72ba及び72caが底壁11b側でのみ開放している場合、凸部11da、11db、11fa及び11fbは、底壁11bから延びるが、容器本体11の開口部11aに至らない。上述のような凸部11da、11db、11fa及び11fbは、パンチで材料に衝撃力を加えることによって押し出し成形するインパクト成形等の成形方法を用いて、長側壁11d及び11fと一体的に形成され得る。
よって、第一スペーサ71及び第二スペーサ72が組み付けられた電極体20は、第一スペーサ71及び第二スペーサ72の外側で内方へ窪む凹部71ba、71ca、72ba及び72caをそれぞれ、容器本体11の内側で内方へ突出する凸部11da、11fa、11db及び11fbに嵌合させつつ、容器本体11内に設置され固定される。具体的には、第一スペーサ71の凹部71ba及び71caそれぞれに、底壁11bから容器本体11の開口部11aに向かう方向に、容器本体11の凸部11da及び11faが嵌め込まれ、第二スペーサ72の凹部72ba及び72caそれぞれに、底壁11bから開口部11aに向かう方向に、容器本体11の凸部11db及び11fbが嵌め込まれる。その後、第一スペーサ71及び第二スペーサ72が、開口部11aから底壁11bへ向かう方向にスライドされる。このとき、容器本体11の凸部11da、11fa、11db及び11fbは、電極体20の巻回軸Aと略垂直な方向に延在している。
この結果、第一スペーサ71は、凹部71ba及び71caと凸部11da及び11faとの2つの嵌合によって、長側壁11d及び11fに沿う方向、具体的には長側壁11d及び11fの長手方向で固定され、側壁71b及び71cがそれぞれ長側壁11d及び11fと当接することによって、短側壁11cに沿う方向、具体的には短側壁11cの短手方向での移動が規制される。第二スペーサ72は、凹部72ba及び72caと凸部11db及び11fbとの2つの嵌合によって、長側壁11d及び11fの長手方向で固定され、側壁72b及び72cがそれぞれ長側壁11d及び11fと当接することによって、短側壁11eに沿う方向、具体的には短側壁11eの短手方向での移動が規制される。特に、第一スペーサ71において、凹部71ba及び71caが、離れた2つの位置に、具体的には対向する2つの位置に配置され、第二スペーサ72において、凹部72ba及び72caが、離れた位置に、具体的には対向する配置されている。これにより、第一スペーサ71及び第二スペーサ72は、安定して固定され得る。
上述のように容器本体11に固定された第一スペーサ71及び第二スペーサ72は、電極体20を両端部21及び22から挟んで保持し、長側壁11d及び11fの長手方向つまり巻回軸A方向で、第一スペーサ71及び第二スペーサ72に対する電極体20の相対的な移動を制限している。さらに、各スペーサの係合突起71aa及び72aaが、正極活物質層非形成部21a及び負極活物質層非形成部22aの空洞部21ac及び22acに嵌まり且つ根元部分21ad及び22adに当接するため、上記の相対的な移動がより確実に制限される。また、正極活物質層非形成部21a及び負極活物質層非形成部22aそれぞれと係合する第一スペーサ71及び第二スペーサ72は、側壁71b、71c、72b及び71cと共に、短側壁11c及び11eの短手方向で、第一スペーサ71及び第二スペーサ72に対する電極体20の相対的な移動を制限している。従って、電極体20、第一スペーサ71及び第二スペーサ72は、容器本体11に対して固定される。なお、上記の相対的な移動が制限されることによって、電極体20の振動が抑えられ、振動に起因する電極体20の変形及び損傷が抑えられる。
上述したように、本実施の形態に係る蓄電素子100は、積層された極板を含む電極体20と、電極体20を収容する容器10と、容器10と電極体20との間に介在するスペーサ70とを備える。さらに、容器10は、本体部としての側壁11c、11d、11e及び11fと、蓋部としての蓋体12と、蓋体12と第一方向で対向する底部としての底壁11bとを備える。側壁11d,11fつまり長側壁11d,11fは、スペーサ70に向かって突出する凸部11da,11db,11fa,11fbを有し、スペーサ70は、凸部11da,11db,11fa,11fbが嵌る凹部71ba,72ba,71ca,72caを有し、凹部71ba,72ba,71ca,72caは、第一方向に延在する。
上述の構成において、容器10の長側壁11d,11fとスペーサ70との間では、それぞれの凸部11da,11db,11fa,11fbと凹部71ba,72ba,71ca,72caとが嵌り合う。これにより、長側壁11d,11fつまり容器10に対して、スペーサ70が相対的に移動することが抑制される。よって、蓄電素子100に加わる振動等の外力に起因して、スペーサ70が電極体20と共に、容器10に対して移動することが、抑制される。例えば、極板の巻回される巻回型の電極体20が、その巻回軸Aを長側壁11d及び11fの長手方向に沿う向きにして配置される場合、電極体20は、巻回軸A方向に移動することが抑制される。これにより、電極体20が移動することによって、電極体20の巻回軸A方向の端部21及び22がスペーサ70と衝突して変形又は破損することが、抑制される。
実施の形態に係る蓄電素子100において、容器10の長側壁11d,11fの凸部11da,11db,11fa,11fbは、直線状に延在する帯状の突起であり、スペーサ70の凹部71ba,72ba,71ca,72caは、直線状に延在する溝である。上述の構成において、凸部11da,11db,11fa,11fbと凹部71ba,72ba,71ca,72caとの接触面積が大きく確保されるため、容器10の長側壁11d,11fに対するスペーサ70の相対移動が効果的に抑制され得る。例えば、凸部11da,11db,11fa,11fbの延在方向を適宜設定することによって、電極体20は、スペーサ70が取り付けられた状態で、凸部11da,11db,11fa,11fbと凹部71ba,72ba,71ca,72caとを係合させつつこれら凸部及び凹部に沿ってスライドして、容器10内に挿入されるように構成することができる。これにより、容器10への電極体20及びスペーサ70の設置が容易になる。
実施の形態に係る蓄電素子100において、複数の凸部11da、11db、11fa及び11fbが設けられ、複数の凸部11da、11db、11fa及び11fbは、間隔をあけて配置されている。上述の構成において、スペーサ70は、容器10に対して、凸部及び凹部による複数の互いに離れた嵌合部分によって、その位置が決められ且つ保持される。よって、容器10に対するスペーサ70の相対的な位置決めが容易になり、且つ容器10とスペーサ70との相対的な位置ずれが効果的に抑えられる。
実施の形態に係る蓄電素子100において、電極体20では、極板が巻回され、スペーサ70は、巻回軸A方向の電極体20の側部としての端部21,22に配置される。さらに、スペーサ70は、内側に電極体20の端部21,22を受け入れる受入部としての受入凹部71d,72dと、受入凹部71d,72dの表面から突出し且つ電極体20の端部21,22と係合する係合凸部としての係合突起71aa,72aaとを有する。上述の構成において、スペーサ70は、係合突起71aa,72aaを電極体20の端部21,22に係合させた状態で、電極体20の端部21,22を受入凹部71d,72dに受け入れる。これにより、スペーサ70が電極体20を効果的に保持し、スペーサ70に対する電極体20の相対的な移動を抑制することができる。
実施の形態に係る蓄電素子100において、容器10の長側壁11d及び11fの凸部11da、11db、11fa及び11fbは、長側壁11d及び11fに一体成形された突起である。上述の構成において、凸部11da、11db、11fa及び11fbは、容器10の長側壁11d及び11fの成形時に、インパクト成形等の成形方法を用いて、一緒に形成され得る。これにより、凸部11da、11db、11fa及び11fbの形成が簡易になり、その強度も向上する。さらに、例えば、長側壁11d及び11fに凹部を形成する場合、凹部の位置で長側壁11d及び11fが部分的に薄肉になる、又は、凹部での厚さを確保するために、長側壁11d及び11f全体の厚さが大きくなる。しかしながら、長側壁11d及び11fへの凸部の形成は、部分的な薄肉化による長側壁11d及び11fの強度の低下も、長側壁11d及び11f全体の厚さの増加も伴わない。これにより、容器10の小型化及び軽量化が可能になる。また、一般的に樹脂で作製されるスペーサ70において凸部又は凹部を形成する場合、凹部の方が、凸部よりも高い強度を有し得る。
実施の形態に係る蓄電素子100において、スペーサ70は、電極体20の第一側部としての端部21に配置される第一スペーサ71と、端部21と第二方向で対向する電極体20の第二側部としての端部22に配置される第二スペーサ72とを含む。上述の構成において、第一スペーサ71及び第二スペーサ72は、対向する2つの端部21及び22で電極体20を保持し、容器10内での電極体20の移動を効果的に抑え、端部21及び22の変形及び破損を抑える。
実施の形態に係る蓄電素子100において、第一スペーサ71及び第二スペーサ72がそれぞれ、凹部71ba及び71ca、並びに凹部72ba及び72caを有する。上述の構成において、第一スペーサ71及び第二スペーサ72はいずれも、容器10に対する相対移動が抑制されるため、容器10内での電極体20の移動が効果的に抑えられる。
実施の形態に係る蓄電素子100において、第一スペーサ71及び第二スペーサ72の凹部71ba、71ca、72ba及び72caは、第一スペーサ71及び第二スペーサ72が互いに対向する方向である第二方向と略垂直な方向に延在する溝である。上述の構成において、凹部71ba、71ca、72ba及び72caと凸部11da、11fa、11db及び11fbとの嵌合は、第一スペーサ71及び第二スペーサ72による電極体20の保持方向である上記第二方向で、容器10に対する第一スペーサ71及び第二スペーサ72の相対移動を抑える。よって、第一スペーサ71及び第二スペーサ72による電極体20の保持方向での電極体20の移動が効果的に抑えられる。
実施の形態に係る蓄電素子100において、容器10は、本体部として少なくとも2つの側壁11c、11d、11e及び11fを有し、容器10の凸部11da、11db、11fa及び11fbは、容器10の上記側壁のうちの互いに対向する2つの長側壁11d及び11fに配置される。上述の構成において、スペーサ70は、その両側の対向する2つの部分での凹部71ba,71ca,72ba,72caと凸部11da,11fa,11db,11fbとの嵌合によって、容器10に対してその位置が保たれる。よって、容器10に対するスペーサ70の相対移動が効果的に抑えられる。
[変形例1]
以下、図4を参照して、実施の形態の変形例1に係る蓄電素子を説明する。図4は、実施の形態の変形例1に係る蓄電素子の断面を、図3と同様に示す断面図である。なお、既出の実施の形態と同様の点に関しては説明を省略する。実施の形態では、スペーサ70に凹部が形成され、容器本体11に凹部と嵌合可能な凸部が形成されていたが、変形例1に係る蓄電素子では、凹部及び凸部が形成される対象が入れ替えられ、凹部が容器本体211に形成され、凸部がスペーサ270に形成される。
具体的には、変形例1に係る蓄電素子では、スペーサ270の第一スペーサ271の側壁271b及び271cにそれぞれ、凸部11da及び11faと同様の構成及び配置で凸部271ba及び271caが形成される。さらに、容器本体211の長側壁211d及び211fにそれぞれ、凹部71ba及び71caと同様の構成及び配置で、凸部271ba及び271caと嵌合可能な凹部211da及び211faが形成される。また、スペーサ270の第二スペーサ272の側壁272b及び272cにそれぞれ、凸部11db及び11fbと同様の構成及び配置で凸部272ba及び272caが形成される。さらに、容器本体211の長側壁211d及び211fにそれぞれ、凹部72ba及び72caと同様の構成及び配置で、凸部272ba及び272caと嵌合可能な凹部211db及び211fbが形成される。
変形例1に係る蓄電素子のその他の構成は、実施の形態に係る蓄電素子100と同様であるため、その説明を省略する。さらに、変形例1に係る蓄電素子によれば、実施の形態と同様の効果が得られる。
[変形例2]
以下、図5を参照して、実施の形態の変形例2に係る蓄電素子を説明する。図5は、実施の形態の変形例2に係る蓄電素子の断面を、図3と同様に示す断面図である。なお、既出の実施の形態及び変形例1と同様の点に関しては説明を省略する。変形例2に係る蓄電素子は、変形例1と同様に、凹部が容器本体11に形成され、凹部と嵌合可能な凸部がスペーサ370に形成される構成を有している。
具体的には、変形例2に係る蓄電素子は、実施の形態と同様の構成の容器本体11を備える。容器本体11では、凸部11daと、短側壁11cと、これらの間の長側壁11dの部分とが、それらの内側に、蓋体12から底壁11bに向かって延びる直線溝状の凹部11daaを形成している。同様に、凸部11db、短側壁11e及び長側壁11dの内側に、直線溝状の凹部11dbaが形成され、凸部11fa、短側壁11c及び長側壁11fの内側に、直線溝状の凹部11faaが形成され、凸部11fb、短側壁11e及び長側壁11fの内側に、直線溝状の凹部11fbaが形成されている。
スペーサ370の第一スペーサ371及び第二スペーサ372はそれぞれ、実施の形態の第一スペーサ71及び第二スペーサ72から凹部71ba,71ca,72ba,72caを取り除いた構成を有している。具体的には、第一スペーサ371では、長側壁11dに隣接する側壁371b自体が、凹部11daaに嵌る直線帯状の凸部371baを形成している。同様に、長側壁11fに隣接する側壁371c自体が、凹部11faaに嵌る直線帯状の凸部371caを形成している。第二スペーサ372でも、長側壁11dに隣接する側壁372b自体が、凹部11dbaに嵌る直線帯状の凸部372baを形成し、長側壁11fに隣接する側壁372c自体が、凹部11fbaに嵌る直線帯状の凸部372caを形成している。
よって、第一スペーサ371は、凸部371baつまり側壁371b全体及び凸部371caつまり側壁371c全体をそれぞれ、凹部11daa及び凹部11faa内に嵌合させることにより、容器本体11に配置及び固定される。第二スペーサ372は、凸部372baつまり側壁372b全体及び凸部372caつまり側壁372c全体をそれぞれ、凹部11dba及び凹部11fbaに嵌合させることにより、容器本体11に配置及び固定される。
変形例2に係る蓄電素子のその他の構成は、実施の形態又は変形例1に係る蓄電素子と同様であるため、その説明を省略する。さらに、変形例2に係る蓄電素子によれば、実施の形態と同様の効果が得られる。さらにまた、変形例2に係る蓄電素子では、第一スペーサ371及び第二スペーサ372に溝状の凹部を形成する必要がないため、第一スペーサ371及び第二スペーサ372の構造の簡易化及びコスト低減が可能になる。
[その他の変形例]
以上、本開示の実施の形態及び変形例に係る蓄電素子について説明したが、本開示は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態及び変形例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
実施の形態及び変形例に係る蓄電素子のスペーサでは、1つの側壁に1つの凹部又は凸部が形成されていたが、これに限定されず、2つ以上の凹部又は凸部が形成されてもよい。このとき、1つの壁部に凹部と凸部とが混在してもよい。又は、1つのスペーサに形成される凹部又は凸部の数量は、2つ又はそれ以上の数量に限定されず、1つであってもよい。
実施の形態及び変形例に係る蓄電素子のスペーサでは、容器本体の2つの長側壁に隣接する側壁にのみ、凹部又は凸部が形成されていたが、これに限定されず、短側壁に隣接する側壁にも、凹部又は凸部が形成されてもよい。また、短側壁に隣接する側壁のみに、凹部又は凸部が形成されてもよい。そして、短側壁に隣接する側壁の凹部又は凸部が、当該短側壁に形成された凸部又は凹部と嵌合してよい。これにより、スペーサは、短側壁に沿った移動が抑制される。
実施の形態及び変形例に係る蓄電素子のスペーサは、互いに直交する3つの側壁によってU字溝状の形状を形成していたが、これに限定されない。スペーサは、電極体20の端部を受け入れることができ、且つその壁部に、容器本体の側壁の凸部又は凹部に嵌る凹部又は凸部を有することができる構成であればよい。例えば、スペーサは、半楕円柱、半長円柱等の外形を有してもよい。
実施の形態及び変形例に係る蓄電素子のスペーサは、電極体20の巻回軸A方向の端部21及び22に取り付けられる構成であったが、これに限定されず、電極体20の湾曲部分等の他の部分に取り付けられるように構成されてもよい。
実施の形態及び変形例に係る蓄電素子は、巻回軸Aを容器10の蓋体12に沿う向きにして配置される電極体20を備える構成であったが、巻回軸Aを蓋体12と略垂直な向きにして配置される電極体を備える構成であってもよい。この場合、スペーサは、容器10の蓋体12及び底壁11bに隣り合うように配置されてもよい。
実施の形態及び変形例に係る蓄電素子では、電極体20は、端部21及び22にそれぞれ正極活物質層非形成部21a及び負極活物質層非形成部22aを備える構成であったが、これに限定されない。電極体20は、巻回軸A方向の端部21及び/又は22に、正極板及び負極板から突出する突出片である正極タブ及び負極タブを有し、正極タブ及び負極タブがそれぞれ正極集電体及び負極集電体と接続されてもよい。
実施の形態及び変形例に係る蓄電素子では、電極体20は、重ねられた正極板、負極板及びセパレータを巻回して形成される巻回型の電極体であったが、これに限定されるものでない。電極体は、多数の正極板、負極板及びセパレータを重ねて形成されるスタック型の電極体であってもよく、重ねた一組の、又は、二組以上の、正極板、負極板及びセパレータを複数回ジグザグに折り曲げて形成されるZ型の電極体であってもよい。
実施の形態及び変形例に係る蓄電素子は、容器10内に1つの電極体20を備えていたが、2つ以上の電極体を備える構成を有してもよい。
実施の形態及び変形例に係る蓄電素子では、容器10の凸部11da、11db、11fa及び11fbは、容器10に一体成形された突起であったが、容器10とは別体であってもよい。凸部を別体とすることにより、例えば、曲線状の凸部や、蓋体12から底壁11bに向かう第一方向に間欠的に凸部を設けることが、容易になる。また、凸部を容器10よりも軽量な材料で構成することにより、蓄電素子の重量の抑制が可能となる。
また、実施の形態及び変形例を任意に組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。また、本開示は、上述のような蓄電素子だけでなく、1つ以上の蓄電素子を備える蓄電装置も含み得る。例えば、蓄電装置は、複数の蓄電素子100を備える装置として実現することができる。蓄電装置は、並べて配置された複数の蓄電ユニットを備え、各蓄電ユニットは、例えば一列に並べられ且つ互いに電気的に接続された複数の蓄電素子100によって、構成される。上述の構成によって、複数の蓄電素子100が、1ユニットとして使用され、蓄電装置に必要な電気容量、蓄電装置の形状及び寸法等に対応して、蓄電ユニットの数量及び配列が選択され得る。複数の蓄電素子100を備え且つ高出力である蓄電装置は、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)、無人搬送車(AGV)等の車両用電源として搭載することもできる。
本開示は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子等に適用できる。
10 容器
11b 底壁(底部)
11c,11d,11e,11f,211d,211f 側壁(本体部)
11da,11db,11fa,11fb 凸部
11daa,11dba,11faa,11fba 凹部
12 蓋体(蓋部)
20 電極体
21 端部(電極体の第一側部)
22 端部(電極体の第二側部)
70,270,370 スペーサ
71,271,371 第一スペーサ
71aa,72aa 係合突起(係合凸部)
71ba,71ca,72ba,72ca 凹部
71d,72d 受入凹部(受入部)
72,272,372 第二スペーサ
100 蓄電素子
211da,211db,211fa,211fb 凹部
271ba,271ca,272ba,272ca 凸部
371ba,371ca,372ba,372ca 凸部
A 巻回軸

Claims (9)

  1. 積層された極板を含む電極体と、
    前記電極体を収容する容器と、
    前記容器と前記電極体との間に介在するスペーサとを備え、
    前記容器は、本体部と、蓋部と、前記蓋部と第一方向で対向する底部とを備え、
    前記本体部及び前記スペーサの一方は、前記本体部及び前記スペーサの他方に向かって突出する凸部を有し、
    前記本体部及び前記スペーサの他方は、前記凸部が嵌る凹部を有し、
    前記凹部は、前記第一方向に延在する
    蓄電素子。
  2. 前記凸部は、直線状に延在する帯状の突起であり、前記凹部は、直線状に延在する溝である
    請求項1に記載の蓄電素子。
  3. 複数の前記凸部が設けられ、
    前記複数の凸部は、間隔をあけて配置されている
    請求項1または2に記載の蓄電素子。
  4. 前記電極体では、前記極板が巻回され、
    前記スペーサは、巻回軸方向の前記電極体の側部に配置され、
    前記スペーサは、内側に前記電極体の側部を受け入れる受入部と、前記受入部の表面から突出し且つ前記電極体の側部と係合する係合凸部とを有する
    請求項1〜3のいずれか一項に記載の蓄電素子。
  5. 前記凸部は、前記本体部に一体成形された突起である
    請求項1〜4のいずれか一項に記載の蓄電素子。
  6. 前記スペーサは、前記電極体の第一側部に配置される第一スペーサと、前記第一側部と第二方向で対向する前記電極体の第二側部に配置される第二スペーサとを含む
    請求項1〜5のいずれか一項に記載の蓄電素子。
  7. 前記第一スペーサ及び前記第二スペーサがそれぞれ、前記凸部又は前記凹部を有する
    請求項6に記載の蓄電素子。
  8. 前記凹部は、前記第二方向と略垂直な方向に延在する溝である
    請求項6または7に記載の蓄電素子。
  9. 前記本体部は、少なくとも2つの壁部を有し、
    前記本体部の前記凸部又は前記凹部は、前記壁部のうちの互いに対向する2つの前記壁部に配置される
    請求項1〜8のいずれか一項に記載の蓄電素子。
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