JP2018116867A - 蓄電素子、及び蓄電素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極体に対するダメージを抑えることのできる蓄電素子の提供。【解決手段】内部空間Sを有するケース2と、ケース2の内部空間に収容される被収容体3であって、電極体31を含む被収容体3とを備え、ケース2は、第一方向に延びる中心線を有し且つ第一方向に第一開口端200a及び第二開口端200bを有する環状の胴部200であって、第一開口端200aの開口と第二開口端200bの開口とを連通させる内部空間Sを画定した内周面200cを有する胴部200と、第一開口端の開口を閉塞した第一閉塞部201と、第二開口端200bの開口を閉塞した第二閉塞部21と、を有し、被収容体3は、胴部200の内周面200cと対向する外周部RPを有し、胴部200における第二開口端200bの開口は、第一開口端200aの開口よりも大きく且つ被収容体3の外周部RPよりも大きい。【選択図】図2
Description
本発明は、電極体と該電極体を収容したケースとを備えた蓄電素子、及び蓄電素子の製造方法に関する。
従来から、リチウムイオン二次電池が提供されている。図14に示すように、リチウムイオン二次電池100は、扁平形状の捲回電極体101と電池ケース102と絶縁フィルム103とを備えている。
捲回電極体101は、長尺状の正極と、長尺状の負極とを、二枚の長尺状のセパレータを介して重ね合わせて、該長尺な正負極の長手方向に捲回され、扁平形状に形成されている。
電池ケース102は、内部空間が捲回電極体101に対応する箱状となるように形成された、角部が計八か所あるいわゆる角型(典型的には直方体形状)の電池ケースである。電池ケース102は、ケース本体102aと、蓋体102bとを備えている。ケース本体102aは、有底直方体形状を有しており、一側面(上面)が開口した扁平な箱型の容器である。蓋体102bは、当該ケース本体102aの開口(上面の開口)に取り付けられて当該開口を塞ぐ部材である。
捲回電極体101と電池ケース102との間には、当該捲回電極体101と電池ケース102とを隔離する絶縁フィルム103が配置されている。かかる絶縁フィルム103によって、発電要素である捲回電極体101と電池ケース102との直接的な接触が回避され、捲回電極体101と電池ケース102との絶縁を確保することができる。絶縁フィルム103は、捲回電極体101を囲む袋状に形成されている。
上記構成のリチウムイオン二次電池100を製造するには、捲回電極体101および絶縁フィルム103をケース本体102a内に挿入する。かかる捲回電極体101および絶縁フィルム103の収容は、ケース本体102aの上部に設けられた開口を介して行われる。そして、絶縁フィルム103および捲回電極体101をケース本体102aに収容した後、該ケース本体102aの上部開口を蓋体102bによって塞ぎ、該ケース本体102aと蓋体102bとの境界を、例えば、蓋体102bをケース本体102aの開口部の周縁に溶接(例えばレーザー溶接)することによって、接合(封止)する。このようにして、リチウムイオン二次電池100を製造(構築)することができる。(例えば、特許文献1参照)
ところで、電池ケース102を構成するケース本体102aは、有底直方体形状を有しているため、ケース本体102aの画定する内部空間における断面積は、一側面(開口)から他側面(奥側)に向けてのどの位置においても同一又は略同一である。
そのため、ケース本体102aの開口が捲回電極体101に対応したサイズにされると、ケース本体102a(内部空間)への捲回電極体101の挿入時において、ケース本体102aと捲回電極体101とが干渉し合い、スムーズな挿入が困難になる。そのため、一般的には、ケース本体102aの開口は、捲回電極体101よりも大きなサイズにされる。すなわち、ケース本体102aの画定する内部空間における断面積は、一側面(開口)から他側面(奥側)に向けてのどの位置においても捲回電極体101の断面積よりも大きく設定される。
しかしながら、内部空間の断面積が捲回電極体101の断面積よりも大きく設定されると、ケース本体102aと、該ケース本体102a内の捲回電極体101との間(捲回電極体101の周囲)に均一又は略均一な隙間ができてしまう。そのため、完成品において、捲回電極体101全体がケース本体102a(電池ケース102)内で揺動し、捲回電極体101がダメージを受ける虞がある。
本実施形態は、電極体に対するダメージを抑えることのできる蓄電素子、及び蓄電素子の製造方法を提供することを課題とする。
本実施形態に係る蓄電素子は、内部空間を有するケースと、ケースの内部空間に収容される被収容体であって、電極体を含む被収容体とを備え、ケースは、第一方向に延びる中心線を有し且つ第一方向に第一開口端及び第二開口端を有する環状の胴部であって、第一開口端の開口と第二開口端の開口とを連通させる内部空間を画定した内周面を有する胴部と、第一開口端の開口を閉塞した第一閉塞部と、第二開口端の開口を閉塞した第二閉塞部と、を有し、被収容体は、胴部の内周面と対向する外周部を有し、胴部における第二開口端の開口は、第一開口端の開口よりも大きく且つ被収容体の外周部よりも大きい。
上記構成によれば、胴部における第二開口端の開口は、第一開口端の開口よりも大きく且つ被収容体の外周部よりも大きいため、第一開口端の開口と第二開口端の開口とを連通させる内部空間を画定した内周面と被収容体との間隔は、第一開口端から第二開口端に向けて均一にはならず、少なくとも第二開口端よりも第一開口端側において、狭くなる或いは無くなる。これにより、ケース内の被収容体の移動量が少なくなる或いは無くなる。従って、ケース内での被収容体の揺動が抑えられ、被収容体(電極体)に対するダメージも抑えられる。
胴部の内周面は、第二開口端の開口から第一開口端の開口に向けて連続的又は断続的に縮小した内部空間を画定していることが好ましい。このようにすれば、第一開口端側にある胴部の内周面ほど被収容体に近くなる。すなわち、胴部の内周面と被収容体との間隔は、第二開口端よりも第一開口端側ほど狭くなる。これにより、ケース内の被収容体の移動量が少なくなる或いは無くなる。
被収容体は、電極体全体を包囲した絶縁部材を含んでもよい。このようにすれば、電極体とケース(胴部、第一閉塞部、第二閉塞部)との間に絶縁部材が介在する。従って、電極体とケースとの電気的な絶縁性が高まる。
被収容体は、第一閉塞部と対向する第一端であって、第一方向と直交する方向に延びる又は広がる第一端と、第二閉塞部と対向する第二端であって、第一方向と直交する方向に延びる又は広がる第二端と、を有し、外周部は、第一端の外周と第二端の外周とに繋がり、第一端及び第二端は、第一方向から見て同形且つ同サイズであってもよい。このようにすれば、被収容体の第二端側と胴部の内周面との間隔よりも、被収容体の第一端側と胴部の内周面との間隔の方が狭くなる。これにより、被収容体の第一端側での移動量が少なくなる或いは無くなる。
胴部は、第一方向と直交する第二方向で対向する一対の傾斜壁部であって、第一閉塞部から第二閉塞部に向かうにつれて互いの間隔を広げる一対の傾斜壁部を含み、被収容体の外周部は、それぞれが対応する傾斜壁部と対向する一対の側端部を有し、一対の側端部のそれぞれの一部が対応する傾斜壁部の一部に対して近接又は接触していてもよい。このようにすれば、第二方向において、被収容体における一対の側端部のそれぞれの一部と、ケースにおける一対の傾斜壁部の一部との間隔が狭くなる或いは無くなるため、被収容体の第二方向での移動量が少なくなるか無くなる。
この場合、前記被収容体は、前記第一閉塞部と対向する第一端であって、前記第一方向と直交する方向に延びる又は広がる第一端を有し、一対の側端部のそれぞれの一部は、第一端との接続部分であってもよい。このようにすれば、被収容体の第一端の両側における被収容体の第二方向での移動量が少なくなるか無くなる。
この場合、傾斜壁部の一部は、第一閉塞部との接続部分であることが好ましい。このようにすれば、被収容体の第一端側の角部(側端部と第一端との接続部分)と、ケースの第一閉塞部側の角部(第一閉塞部と傾斜壁部との接続部分)とが近接又は接触するため、第二方向の移動(揺動)が抑えられつつ、被収容体(電極体)がケースの内部空間の多くを有効に占有する。
本実施形態に係る蓄電素子の製造方法は、第一方向に延びる中心線を有し且つ第一方向に第一開口端及び第二開口端を有する環状の胴部であって、第一開口端の開口と第二開口端の開口とを連通させる内部空間を画定した内周面を有し、第二開口端の開口が第一開口端の開口よりも大きく且つ電極体を含む被収容体の外周部よりも大きい胴部と、第一開口端の開口を閉塞した閉塞部とを有するケース本体の前記内部空間に対し、被収容体を第二開口端の開口から挿入し、被収容体の外周部と胴部の内周面と対向させた状態で配置することと、第二開口端の開口を閉塞部材で閉塞することとを含む。
上記方法によれば、胴部における第二開口端の開口は、第一開口端の開口よりも大きく且つ被収容体の外周部よりも大きいため、被収容体が第二開口端の開口からスムーズに挿入される。従って、ケース本体(胴部)に対して被収容体(電極体)する際に、ケース本体(胴部)と被収容体(電極体)とが干渉することによる被収容体(電極体)に対するダメージが抑えられる。また、ケース本体(胴部)の内部空間内に被収容体が配置された状態において、第一開口端の開口と第二開口端の開口とを連通させる内部空間を画定した内周面と被収容体との間隔は、第一開口端から第二開口端に向けて均一にはならず、少なくとも第二開口端よりも第一開口端側において、狭くなる或いは無くなる。これにより、ケース内の被収容体の移動量が少なくなる或いは無くなる。従って、完成品である蓄電素子において、ケース内での被収容体の揺動が抑えられ、被収容体(電極体)に対するダメージも抑えられる。
胴部の内周面は、第二開口端の開口から第一開口端の開口に向けて連続的又は断続的に縮小した内部空間を画定していることが好ましい。このようにすれば、被収容体がケース本体(胴部)の奥側(第一開口端側)に到達するまでの間、被収容体がスムーズに挿入される。また、ケース本体(胴部)の内部空間内に被収容体が配置された状態において、第一開口端側にある胴部の内周面ほど被収容体に近くなる。すなわち、胴部の内周面と被収容体との間隔は、第二開口端よりも第一開口端側ほど狭くなる或いは無くなる。これにより、ケース内の被収容体の移動量が少なくなる或いは無くなる。
電極体全体を絶縁部材で包囲して被収容体を作ることをさらに含んでもよい。このようにすれば、完成品である蓄電素子において、電極体とケース(胴部、閉塞部、閉塞部材)との間に絶縁部材が介在する。これにより、電極体とケースとの電気的な絶縁性が高まる。
被収容体は、閉塞部と対向可能な第一端であって、第一方向と直交する方向に延びる又は広がる第一端と、胴部内で閉塞部材と対向可能な第二端であって、第一方向と直交する方向に延びる又は広がる第二端と、を有し、外周部は、第一端の外周と第二端の外周とに繋がり、第一端及び第二端は、第一方向から見て同形且つ同サイズであってもよい。このようにすれば、完成品である蓄電素子において、被収容体の第二端と胴部の内周面との間隔よりも、被収容体の第一端と胴部の内周面との間隔の方が狭くなる。これにより、被収容体の第一端側での移動量が少なくなる或いは無くなる。
胴部は、第一方向と直交する第二方向で対向する一対の傾斜壁部であって、閉塞部から閉塞部材に向かうにつれて互いの間隔を広げる一対の傾斜壁部を含み、被収容体の外周部は、それぞれが対応する傾斜壁部と対向する一対の側端部を有し、内部空間に被収容体を配置することには、一対の側端部のそれぞれの一部を対応する傾斜壁部の一部に対して近接又は接触させることを含んでもよい。このようにすれば、完成品たる蓄電素子において、被収容体における一対の側端部のそれぞれの一部と、ケースにおける一対の傾斜壁部の一部との間隔が狭くなる或いは無くなるため、被収容体の第二方向での移動量が少なくなるか無くなる。
一対の側端部のそれぞれの一部は、第一端との接続部分であってもよい。このようにすれば、完成品たる蓄電素子において、被収容体の第一端の両側における被収容体の第二方向での移動量が少なくなるか無くなる。
この場合、傾斜壁部の一部は、閉塞部との接続部分であることが好ましい。このようにすれば、完成品たる蓄電素子において、被収容体の第一端側の角部(側端部と第一端との接続部分)と、ケースの閉塞部側の角部(閉塞部と傾斜壁部との接続部分)とが近接又は接触するため、第二方向の移動(揺動)が抑えられつつ、被収容体(電極体)がケースの内部空間の多くを有効に占有する。
本実施形態によれば、電極体に対するダメージを抑えることができるという優れた効果を奏し得る。
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
蓄電素子には、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。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。
図1及び図2に示すように、蓄電素子1は、内部空間Sを有するケース2と、ケース2の内部空間Sに収容される被収容体3であって、電極体30を含む被収容体3とを備える。より具体的には、図2に示すように、蓄電素子1は、内部空間Sを画定するケース2と、ケース2の外側に配置される外部端子4,5と、外部端子4,5に接続される集電体6,7と、該集電体6,7に接続される電極体30を含む被収容体3とを備える。
ケース2は、電極体30、集電体6,7等を内部空間Sに収容する。ケース2は、電解液に耐性を有する金属によって形成される。本実施形態のケース2は、例えば、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によって形成されている。
ケース2は、図2及び図3に示すように、第一方向に延びる中心線を有し且つ第一方向に第一開口端200a及び第二開口端200bを有する環状の胴部200であって、第一開口端200aの開口と第二開口端200bの開口とを連通させる内部空間Sを画定した内周面200cを有する胴部200と、第一開口端200aの開口を閉塞した第一閉塞部201と、第二開口端200bの開口を閉塞した第二閉塞部21と、を有する。なお、以下の説明において、胴部200の中心線の延びる方向(第一方向に相当する方向)をZ軸方向とし、Z軸方向と直交する一軸方向をX軸方向とし、Z軸方向及びX軸方向のそれぞれと直交する一軸方向をY軸方向とする。これに伴い、各図面に、X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向のそれぞれに対応する直交座標軸を補助的に図示する。
本実施形態において、胴部200、第一閉塞部201、及び第二閉塞部21のうち、胴部200及び第一閉塞部201は、一体にされている。すなわち、ケース2は、Z軸方向に延びる中心線を有し且つZ軸方向に第一開口端200a及び第二開口端200bを有する環状の胴部200であって、第一開口端200aの開口と第二開口端200bの開口とを連続させる内部空間Sを画定した内周面200cを有する胴部200と、第一開口端200aの開口を閉塞した第一閉塞部(以下、単に閉塞部という)201とを含むケース本体20と、胴部200の第二開口端200bの開口を閉塞する第二閉塞部(以下、蓋体という)21とを有する。
胴部200の内周面200cは、第二開口端200bの開口側から第一開口端200aの開口に向けて連続的又は断続的に縮小した内部空間Sを画定する。本実施形態において、胴部200の内周面200cは、第二開口端200bの開口から第一開口端200aの開口にかけて連続的に縮小した内部空間Sを画定する。
より具体的に説明する。胴部200は、Y軸方向に間隔をあけて対向する一対の長壁部202,202と、X軸方向に間隔をあけ、一対の長壁部202,202を挟んで対向する一対の短壁部203,203とを有する。
一対の長壁部202,202は、同形且つ同サイズの平板状であり、Y軸方向から見て台形状である。すなわち、長壁部202の外形は、Z軸方向に間隔をあけ且つX軸方向に延びる一対の対辺202a,202aと、X軸方向に間隔をあけ且つZ軸方向とX軸方向との合成方向に延びる一対の斜辺202b,202bであって、Z軸方向に延びる仮想線を基準として互いに対称な一対の斜辺202b,202bとによって画定される。
一方の対辺202aのX軸方向の長さは、他方の対辺202aのX軸方向の長さよりも短い。すなわち、他方の対辺202aのX軸方向の長さは、一方の対辺202aのX軸方向の長さよりも長い。そして、一方の対辺202aのX軸方向の長さは、被収容体3のX軸方向の最大寸法以下であり、他方の対辺202aのX軸方向の長さは、被収容体3のX軸方向の最大寸法よりも長い。
そして、一対の斜辺202b,202bのそれぞれの一端は、一方の対辺202aに繋がり、一対の斜辺202b,202bのそれぞれの他端は他方の対辺202aに繋がる。これにより、一対の斜辺202b,202bのX軸方向の間隔は、一方の対辺202aから他方の対辺202aに向かうに連れて広くなっている。すなわち、一対の斜辺202b,202bのX軸方向の間隔は、一方の対辺202a側から他方の対辺202a側に向けて拡大している。一対の長壁部202,202は、互いの対辺202a,202a及び斜辺202b,202bを対応させた状態で、平行又は略平行に配置される。
一対の短壁部203,203は、同形且つ同サイズの平板状であり、面直交方向から見て長方形状である。すなわち、短壁部203の外形は、Z軸方向に間隔をあけ且つY軸方向に延びる一対の短辺203a,203aと、Y軸方向に間隔をあけ且つZ軸方向とX軸方向との合成方向に延びる一対の長辺203b,203bとによって画定される。
短壁部203,203において、短辺203aのY軸方向の長さは、長壁部202を画定する一対の対辺202aのそれぞれのX軸方向の長さよりも短い。本実施形態において、短辺203aのY軸方向の長さは、被収容体3のY軸方向の最大寸法よりも僅かに長い。これに対し、長辺203bの長さ(合成方向の長さ)は、短辺203aのY軸方向の長さよりも長く、且つ、長壁部202を画定する斜辺202b(合成方向の長さ)と同一である。これに伴い、短壁部203の長辺203bは、全長に亘って隣り合う長壁部202の斜辺202bに接続されている。
これにより、一対の短壁部203,203のX軸方向の間隔は、一方の短辺203aから他方の短辺203aに向かうにつれて広くなっている。すなわち、一対の短壁部203,203のX軸方向の間隔は、一方の短辺203a側から他方の短辺203a側に向けて拡大している。これにより、一対の短壁部203,203のそれぞれは、X軸方向及びY軸方向に広がる仮想平面に対して傾斜した傾斜壁部を構成する。
そして、長壁部202の斜辺202bと短壁部203の長辺203bとが同一の長さに設定されることで、胴部200において、長壁部202の外形を画定する一方の対辺202aと短壁部203の一方の短辺203aとは、X軸方向及びY軸方向に広がる共通した仮想平面(図示しない)上に位置し、長壁部202の外形を画定する他方の対辺202aと短壁部203の他方の短辺203aとは、X軸方向及びY軸方向に広がる共通した別の仮想平面(図示しない)上に位置している。
そして、一対の長壁部202,202のそれぞれの一方の対辺202a及び一対の短壁部203,203のそれぞれの一方の短辺203aは、第一開口端200aを構成し、矩形状(長方形状)の開口を画定する。すなわち、一対の長壁部202,202のそれぞれの一方の対辺202a及び一対の短壁部203,203のそれぞれの一方の短辺203aは、X軸方向のサイズが被収容体3のX軸方向の最大サイズ以下で且つY軸方向のサイズが被収容体3のY軸方向の最大サイズよりも僅かに大きな矩形状の開口を画定する。
これに対し、一対の長壁部202,202のそれぞれの他方の対辺202a及び一対の短壁部203,203のそれぞれの他方の短辺203aは、第二開口端200bを構成し、第一開口端200aの開口よりも大きな矩形状(長方形状)の開口を画定する。すなわち、一対の長壁部202,202のそれぞれの他方の対辺202a及び一対の短壁部203,203のそれぞれの他方の短辺203aは、X軸方向のサイズが被収容体3のX軸方向の最大サイズ及び第一開口端200aの開口のX軸方向のサイズよりも大きく且つY軸方向のサイズが被収容体3のY軸方向の最大サイズよりも僅かに大きな矩形状の開口を画定する。
閉塞部201は、胴部200の第一開口端200aの開口を閉塞する。具体的には、閉塞部201は、板状であり、面直交方向(Z軸方向)から見て長方形状である。すなわち、閉塞部201の外形は、Y軸方向に間隔をあけ且つX軸方向に延びる一対の長辺201a,201aと、それぞれが長辺201a,201aよりも短い一対の短辺201b,201bであって、X軸方向に間隔をあけ且つY軸方向に延びる一対の短辺201b,201bとによって画定される。
閉塞部201の長辺201aは、胴部200の長壁部202一方の対辺202aと同一の長さであり、閉塞部201の短辺201bは、胴部200の短壁部203の一方の短辺203aと同一の長さである。これに伴い、閉塞部201の長辺201aは、胴部200の長壁部202の一方の対辺202aに対して全長に亘って接続され、閉塞部201の短辺201bは、胴部200の短壁部203の一方の短辺203aに対して全長に亘って接続される。
蓋体21は、ケース本体20の胴部200における第二開口端200bの開口を塞ぐ板状の閉塞部材である。具体的に、蓋体21は、Z軸方向から見て、ケース本体20の第二開口端200bに対応した輪郭形状を有する。即ち、蓋体21は、Z軸方向から見て、X軸方向に長い矩形状の板材である。蓋体21は、ケース本体20の第二開口端200bの開口を塞ぐように該ケース本体20に当接する。
蓋体21は、ケース2内のガスを外部に排出可能なガス排出弁210を有する。ガス排出弁210は、ケース2の内部圧力が所定の圧力(ケース2の破裂等が起こらない所定の圧力)まで上昇したときに、該ケース2内から外部にガスを排出する。本実施形態のガス排出弁210は、X軸方向における蓋体21の中央部に設けられる。また、蓋体21には、電解液を注入するための注液孔(図示しない)であって、栓体(図示しない)によって密栓される注液孔が設けられている。
蓋体21には、ケース2の内部と外部とを連通させる一対の貫通孔211a,211bが設けられる。一対の貫通孔211a,211bのそれぞれは、ケース2の内部に収容された電極体30と、ケース2の外部に配置された外部端子4,5とを導通させるのに用いられる。具体的に、一対の貫通孔211a,211bのそれぞれは、蓋体21をZ軸方向(厚さ方向)に貫通する。一対の貫通孔211a,211bは、X軸方向に間隔をあけて設けられる。貫通孔211a,211bには、外部端子4,5の後述する軸部41,51が挿通される(図2参照)。
図2に示すように、ケース本体20(胴部200)の第二開口端200b及び蓋体21の周縁部は、互いに重ね合わされた状態で接合される。本実施形態において、ケース本体20の第二開口端200bの外周と蓋体21の外周とが溶接によって接合される。これにより、ケース本体20(胴部200、閉塞部(第一閉塞部)201)及び蓋体(第二閉塞部)21)は、内部空間Sを画定したケース2を構成する。
外部端子4,5は、他の蓄電素子1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。本実施形態の蓄電素子1は、一対の外部端子4,5を備える。一方の外部端子4は、電極体30の正極301と導通される正極外部端子であり、他方の外部端子5は、電極体30の負極302と導通される負極外部端子である。外部端子4,5は、導電性を有し且つ溶接性の高い金属材料によって形成される。例えば、正極外部端子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によって形成され、負極外部端子5は、銅又は銅合金等の銅系金属材料によって形成される。
具体的に、外部端子4,5は、図2〜図7に示すように、蓋体21の外面に配置される頭部40,50と、頭部40,50から延びる軸部41,51を有する。
頭部40,50は、蓋体21に沿って広がる板状の部位である。本実施形態の頭部40,50は、矩形の板状である。
軸部41,51は、図2、図5、及び図7に示すように、頭部40,50の蓋体21側の面から蓋体21の貫通孔211a,211bを通じてケース2の内側に向けて延びる。軸部41,51は、蓋体21に組み付けられる前は、軸部41,51の先端から基部(頭部40,50側)に向かって延びる非貫通状態の孔を画定する筒状の部位であり(図2、図5参照)、蓋体21に組み付けられた後は、先端側の部位がかしめによって軸部41,51の径方向の外側に押し広げられて鍔状(大径部)になっている。即ち、組み付け後の軸部41,51は、先端部に大径部を含む。
本実施形態の蓄電素子1では、頭部40,50と大径部とが、蓋体21とともに後述する内部絶縁部材及び外部絶縁部材をZ軸方向に挟み込むことで、これら各部材が蓋体21に固定される。
被収容体3は、図2に示すように、閉塞部201と対向する第一端E1であって、Z軸方向と直交する方向に延びる又は広がる第一端E1と、蓋体21と対向する第二端E2であって、Z軸方向と直交する方向に延びる又は広がる第二端E2と、を有する。被収容体3は、第一端E1と第二端E2との間に位置する外周部RPであって、胴部200の内周面200cと対向する外周部RPを有する。本実施形態において、被収容体3の外周部RPは、X軸方向において相反する方向に向く一対の側端部SE1,SE2を有する。すなわち、被収容体3は、第一端E1と第二端E2との間に一対の側端部SE1,SE2を有する。
より具体的に説明する。被収容体3は、電極体30と、電極体30を包む絶縁部材31とを含む。電極体30は、図8に示すように、巻芯300と、正極301と負極302とが互いに絶縁された状態で積層された積層体304であって、巻芯300の周囲に巻回された積層体304と、を備える。電極体30においてリチウムイオンが正極301と負極302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300は、通常、絶縁材料によって形成される。本実施形態の巻芯300は、筒状、より詳しくは、偏平な筒状である。巻芯300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。本実施形態のシートは、合成樹脂によって形成されている。
正極301は、帯状の金属箔301aと、金属箔301aに重ねられる正極活物質層301bと、を有する。正極活物質層301bは、金属箔301aにおける幅方向(短手方向)の一方の端縁部(非被覆部)を露出させた状態で、該金属箔301aに重ねられている。本実施形態の金属箔301aは、例えば、アルミニウム箔である。
正極活物質層301bは、正極活物質と、バインダーと、を有する。正極活物質は、例えば、リチウム金属酸化物である。具体的に、正極活物質は、例えば、LiaMebOc(Meは、1又は2以上の遷移金属を表す)によって表される複合酸化物(LiaCoyO2、LiaNixO2、LiaMnzO4、LiaNixCoyMnzO2等)、LiaMeb(XOc)d(Meは、1又は2以上の遷移金属を表し、Xは例えばP、Si、B、Vを表す)によって表されるポリアニオン化合物(LiaFebPO4、LiaMnbPO4、LiaMnbSiO4、LiaCobPO4F等)である。本実施形態の正極活物質は、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2である。
正極活物質層301bに用いられるバインダーは、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エチレンとビニルアルコールとの共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレンブタジエンゴム(SBR)である。本実施形態のバインダーは、ポリフッ化ビニリデンである。正極活物質層301bは、ケッチェンブラック(登録商標)、アセチレンブラック、黒鉛等の導電助剤をさらに有してもよい。本実施形態の正極活物質層301bは、導電助剤としてアセチレンブラックを有する。
負極302は、帯状の金属箔302aと、金属箔302aに重ねられる負極活物質層302bと、を有する。負極活物質層302bは、金属箔302aにおける幅方向(短手方向)の他方(正極301の金属箔の非被覆部と反対側)の端縁部(非被覆部)を露出させた状態で、該金属箔302aに重ねられている。本実施形態の金属箔302aは、例えば、銅箔である。本実施形態の負極活物質層302bの幅方向の寸法は、正極活物質層301bの幅方向の寸法より大きい。
負極活物質層302bは、負極活物質と、バインダーと、を有する。負極活物質は、例えば、グラファイト、難黒鉛化炭素、及び易黒鉛化炭素などの炭素材、又は、ケイ素(Si)及び錫(Sn)などのリチウムイオンと合金化反応を生じる材料である。本実施形態の負極302活物質は、難黒鉛化炭素である。
負極活物質層302bに用いられるバインダーは、正極活物質層301bに用いられたバインダーと同様のものである。本実施形態のバインダーは、ポリフッ化ビニリデンである。負極活物質層302bは、ケッチェンブラック(登録商標)、アセチレンブラック、黒鉛等の導電助剤をさらに有してもよい。本実施形態の負極活物質層302bは、導電助剤を有していない。
本実施形態の電極体30では、以上のように構成される正極301と負極302とがセパレータ303によって絶縁された状態で巻回される。即ち、本実施形態の電極体30では、正極301、負極302、及びセパレータ303の積層体304が巻回されている。
セパレータ303は、絶縁性を有する部材であり、正極301と負極302との間に配置される。これにより、電極体30(詳しくは、積層体304)において、正極301と負極302とが互いに絶縁される。また、セパレータ303は、ケース2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、セパレータ303を挟んで交互に積層される正極301と負極302との間を、リチウムイオンが移動可能となる。
セパレータ303は、帯状であり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、ポリアミドなどの多孔質膜によって構成される。本実施形態のセパレータ303は、SiO2粒子、Al2O3粒子、ベーマイト(アルミナ水和物)等の無機粒子を含んだ無機層を、多孔質膜によって形成された基材の上に設けることで形成されている。本実施形態のセパレータ303の基材は、例えば、ポリエチレンによって形成される。
セパレータ303の幅方向(短手方向)の寸法は、負極活物質層302bの幅より大きい。セパレータ303は、正極活物質層301bと負極活物質層302bとが厚さ方向に重なるように幅方向に位置ずれした状態で重ね合わされた正極301と負極302との間に配置される。このとき、正極301の非被覆部(金属箔301aが露出した部位)と、負極302の非被覆部(金属箔302aが露出した部位)とは重なっていない。
すなわち、正極301の非被覆部が、正極301と負極302との重なる領域から幅方向(積層方向と直交する方向)に突出し、且つ、負極302の非被覆部が、正極301と負極302との重なる領域から幅方向(正極301の非被覆部の突出方向と反対の方向)に突出する。
このような状態で積層された正極301、負極302、及びセパレータ303(即ち、積層体304)が巻回されることによって、電極体30が形成される。また、本実施形態の電極体30では、正極301の非被覆部又は負極302の非被覆部のみが積層された部位によって、電極体30における非被覆積層部305,306が構成される。
非被覆積層部305,306は、電極体30における集電体6,7と導通される部位である。本実施形態の非被覆積層部305,306は、巻回された正極301、負極302、及びセパレータ303の巻回中心軸方向から見て、巻芯300を挟んで二つの部位(二分された非被覆積層部305,306)に区分けされる。
以上のように構成される非被覆積層部305,306は、電極体30の各極に設けられる。即ち、巻回中心軸方向の一方の端部において積層された正極301の非被覆部が電極体30における正極301の非被覆積層部305を構成し、巻回中心軸方向の一方の端部において積層された負極302の非被覆部が電極体30における負極302の非被覆積層部306を構成する。
図3に戻り、絶縁部材31は、所定の形状に裁断された絶縁性を有する部材を折り曲げることによって袋状に形成されている。
これにより、絶縁部材31は、図2、図5及び図7に示すように、電極体30全体を包囲する。本実施形態において、絶縁部材31は、電極体30とともに該電極体30に接続された集電体6,7の一部を包囲し、集電体6,7の電極体30の外縁から外方に延出する部分(集電体6,7の外部端子4,5に繋がる部分)を外側に延出させる。
本実施形態において、電極体30は、図3及び図8に示すように、Y軸方向から見て四角形状である。そして、電極体30は、X軸方向から見て、Z軸方向に長手を有する四角形状部(採番しない)と、四角形状部の両端に繋がる一対の半円弧部(採番しない)とを有する形状である。
これに伴い、絶縁部材31の外形は、図3に示すように、袋状にされた状態(電極体30を包囲した状態)において、直方体状にされる。すなわち、絶縁部材31の外面には、六つの平面310a,310b,310cが含まれる。この絶縁部材31は、六つの平面310a,310b,310cのうち、一軸方向で相反する方向に向く二つの面310a,310aがZ軸方向で並ぶように配置される。絶縁部材31は、被収容体3の最外装を構成する。これにより、図2に示すように、Z軸方向において相反する方向に向く二つの面310a,310aのうち、一方の面310aが閉塞部201と対向し、Z軸方向において相反する方向に向く二つの面310a,310aのうち、他方の面310aが蓋体21と対向している。
そして、絶縁部材31が被収容体3の最外装を構成することにより、本実施形態において、被収容体3の外形は、袋状の絶縁部材31と同じく直方体状である。これにより、絶縁部材31における閉塞部201と対向する部分(面310a)は、被収容体3の第一端E1であって、Z軸方向と直交する方向に広がる第一端E1となり、絶縁部材31における蓋体21と対向する部分(面310a)は、被収容体3の第二端E2であって、Z軸方向と直交する方向に広がる第二端E2となる。これに伴い、絶縁部材31の外面を構成する残りの四つの平面310b,310cが被収容体3の外周部RPを構成する。すなわち、残りの四つの平面310b,310cのうち、X軸方向に向く二つの面310b,310bは、被収容体3における一対の側端部SE1,SE2となる。なお、本実施形態において、絶縁部材31は、電極体30に接続された集電体6,7の一部も包み込んでいるため、被収容体3には、集電体6,7の一部も含まれる。
ここで、被収容体3のX軸方向の寸法は、ケース2の内部空間Sを画定するケース本体20の閉塞部201の内面のX軸方向の寸法以上に設定される。すなわち、被収容体3のX軸方向の寸法は、ケース本体20の一方の傾斜壁部(短壁部)203の内面と閉塞部201の内面とが交わる第一位置P1と、ケース本体20の他方の傾斜壁部(短壁部)203の内面と閉塞部201の内面とが交わる第二位置P2との間隔以上に設定される。
本実施形態において、被収容体3のX軸方向の寸法は、ケース2の内部空間Sを画定するケース本体20の閉塞部201の内面のX軸方向の寸法と同一又は略同一である。これにより、被収容体3のX軸方向の両端にある一対の角部CP,CPのうちの一方の角部CP(閉塞部201と対向する部分の両端部のうちの一方の端部CP)は、第一位置P1に接触する位置或いは近傍の位置に位置し、被収容体3のX軸方向の両端にある一対の角部CP,CPのうちの他方の角部CP(閉塞部201と対向する部分の両端部のうちの他方の端部CP)は、第二位置P2に接触する位置或いは近傍の位置に位置している。
本実施形態の蓄電素子1は、一対の集電体6,7を備える。一方の集電体6は、電極体30の正極301と導通される正極集電体であり、他方の集電体7は、電極体30の負極302と導通される負極集電体である。正極301と導通される集電体6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302に導通される集電体7は、例えば、銅又は銅合金によって形成される。
集電体6,7は、ケース2内に配置され、電極体30と導通可能に直接又は間接に接続される。本実施形態の集電体6,7は、クリップ部材6a,7aを介して電極体30と導通可能に接続される。即ち、蓄電素子1は、電極体30と集電体6,7とを導通可能に接続するクリップ部材6a,7aを備える。
クリップ部材6a,7aは、電極体30の非被覆積層部(詳しくは、二分された非被覆積層部)305,306において積層された正極301又は負極302を束ねるように挟む。これにより、クリップ部材6a,7aは、非被覆積層部において積層される正極301同士、又は負極302同士を導通させる。
本実施形態のクリップ部材6a,7aは、図3に示すように、板状の金属材料をX−Y面(X軸とY軸とを含む面)に沿った断面がU字状となるように曲げ加工することによって形成される。本実施形態では、電極体30の正極301の非被覆積層部305に二つのクリップ部材6a,7aが配置されると共に、負極302の非被覆積層部306に二つのクリップ部材6a,7aが配置される。
集電体6,7は、導電性を有する部材によって構成され、外部端子4,5とクリップ部材6a,7aとを導通させる。具体的に、集電体6,7は、図2〜図7に示すように、外部端子4,5と導通可能に接続される第一接続部60,70と、電極体30と通電可能に接続される第二接続部61,71と、第一接続部60,70と第二接続部61,71とを接続する屈曲部62,72と、を有する。
集電体6,7では、第一接続部60,70が屈曲部62,72から蓋体21と略平行に延びると共に、第二接続部61,71が第一接続部60,70に対して直角に延びる。即ち、集電体6,7は、L字状に形成される。
第一接続部60,70は、ケース2(詳しくは蓋体21)と絶縁された状態でケース2(蓋体21)の内面と略平行に屈曲部62,72から延びる板状の部位である。第一接続部60,70の先端部(屈曲部62,72と反対側の端部)には、貫通孔60a,70aが形成されている。貫通孔60a,70aは、蓋体21の貫通孔211a,211bとZ軸方向において重なる位置に設けられる。
貫通孔211a,211bの周縁部は、蓋体21と後述する内部絶縁部材8a,8b及び外部絶縁部材9a,9bと共に外部端子4,5の頭部40,50と大径部との間に挟み込まれることで、第一接続部60,70が外部端子4,5と導通する。
第二接続部61,71は、電極体30(本実施形態では、クリップ部材6a,7aを介して電極体30の非被覆積層部305,306)に導通可能に接続される。具体的に、第二接続部61,71は、ケース2(詳しくは短壁部203,203)と絶縁された状態で屈曲部62,72から延びる。第二接続部61,71は、図3、図4、及び図6に示すように、非被覆積層部305,306に向けて延びると共に当該第二接続部61,71と同方向(自身の延びる方向と同方向)に延びる少なくとも一つ(本実施形態の例では二つ)の接続片610,710を有する。接続片610,710は、クリップ部材6a,7aと接合される(図2参照)。本実施形態の接続片610,710は、例えば、超音波溶接によってクリップ部材6a,7aと接合される。
本実施形態の蓄電素子1は、上記構成に加え、ケース2の内部に配置される内部絶縁部材8a,8bと、ケース2の外部に配置される外部絶縁部材9a,9bとを更に備える。
内部絶縁部材8a,8bは、絶縁性を有し、蓋体21と、集電体6,7とを絶縁する。内部絶縁部材8a,8bは、正極外部端子4及び負極外部端子5のそれぞれと対応して配置される。内部絶縁部材8a,8bは、何れにおいてもケース2の内部において蓋体21と集電体6,7との間に配置される。本実施形態の内部絶縁部材8a,8bは、絶縁性を有する樹脂によって形成されている。
具体的に、内部絶縁部材8a,8bは、板状の部材である。本実施形態の内部絶縁部材8a,8bは、蓋体21の内面に沿って広がり且つX軸方向に長い矩形板状の基部80a,80bと、基部80a,80bの周縁からケース2の内側(蓋体21と反対側)に向けて突出すると共に周縁に沿って延びる周壁部81a,81bと、を有する。内部絶縁部材8a,8bでは、基部80a,80bと周壁部81a,81bとによって、集電体6,7の一部が嵌り込む凹部が形成されている。基部80a,80bは、蓋体21の貫通孔211a,211bとZ軸方向に重なる位置に、外部端子4,5の軸部41,51が挿通される孔800a,800bを有する。
外部絶縁部材9a,9bは、絶縁性を有し、蓋体21と、外部端子4,5とを絶縁する。外部絶縁部材9a,9bは、正極外部端子4及び負極外部端子5のそれぞれと対応して配置される。外部絶縁部材9a,9bは、蓋体21と外部端子4,5との間に配置される。また、外部絶縁部材9a,9bは、蓋体21と外部端子4,5との間を封止(密閉)する。即ち、外部絶縁部材9a,9bは、絶縁性と封止性とを有する。本実施形態の外部絶縁部材9a,9bは、絶縁性を有する樹脂によって形成されている。
具体的に、外部絶縁部材9a,9bは、蓋体21の外面に沿って広がる基部90a,90bと、基部90a,90bの周縁からケース2の外側(蓋体21と反対側)に向けて突出すると共に周縁に沿って延びる周壁部91a,91bと、基部90a,90bにおける周壁部91a,91bと反対側に接続される環状凸部92a,92bと、を有する。外部絶縁部材9a,9bでは、基部90a,90bと周壁部91a,91bとによって、外部端子4,5の頭部40,50が嵌り込む凹部が形成されている。
環状凸部92a,92bは、基部90a,90bから蓋体21の貫通孔211a,211b内に延びる筒状の部位である。環状凸部92a,92bの内周面と基部90a,90bの孔を画定する内周面とは連接する。環状凸部92a,92bは、蓋体21の貫通孔211a,211bに挿通される軸部41,51と、蓋体21の貫通孔211a,211bを画定する内周面との間に隙間なく嵌り込む。これにより、環状凸部92a,92bは、軸部41,51と蓋体21の貫通孔211a,211bを画定する内周面との間を絶縁する。また、環状凸部92a,92bは、軸部41,51と蓋体21の貫通孔211a,211bを画定する内周面の間を封止する。
本実施形態に係る蓄電素子1は、以上の通りである。次に、蓄電素子1の製造方法について説明する。
まず、蓋体21に対して外部端子4,5及び集電体6,7が固定される。具体的に説明すると、まず、蓋体21の一方の面に内部絶縁部材8a,8bが重ね合わされるとともに、蓋体21の他方の面に外部絶縁部材9a,9bが重ね合わされる。また、内部絶縁部材8a,8bには、集電体6,7の第一接続部60,70が重ね合わされる。この状態において、外部端子4,5の軸部41,51が蓋体21の貫通孔211a,211bに挿通される。すなわち、外部端子4,5の軸部41,51は、外部絶縁部材9a,9bの環状凸部92a,92bの孔、内部絶縁部材8a,8bの孔800a,800b、及び集電体6,7の第一接続部60,70の貫通孔211a,211bに挿通される。そして、軸部41,51の先端部がかしめられ、軸部41,51の先端部が拡径した大径部にされる(図2、図5、図7参照)。これにより、蓋体21に対して外部端子4,5及び集電体6,7のそれぞれが絶縁された状態で固定される。
そして、蓋体21に固定された集電体6,7に電極体30が取り付けられる。このとき、電極体30の巻回中心は、一対の集電体6,7の並ぶ方向に合わされ、電極体30は、一対の集電体6,7間に配置される。この状態において、集電体6,7の第二接続部61,71の接続片610,710は、電極体30の非被覆積層部305,306に取り付けられたクリップ部材6a,7aに重なり合う。すなわち、一方の集電体6において、第二接続部61の接続片610が正極301の非被覆部が積層された非被覆積層部305に対してクリップ部材6aを介して間接的に重なり合い、他方の集電体7において、第二接続部71の接続片710が負極302の非被覆部が積層された非被覆積層部306に対してクリップ部材7aを介して間接的に重なり合う。
そして、接続片610,710、非被覆積層部305,306、及びクリップ部材6a,7aが溶着される。この溶着において、レーザー溶接等、種々の手法を用いることができるが、ここでは超音波溶接される。これにより、蓋体21に対し、電極体30が集電体6,7を介して固定された状態になる。すなわち、電極体30は、一対の集電体6,7を介して蓋体21に吊り下げられた状態になる。
この状態において、図9に示すように、電極体30及び集電体6,7の一部(第二接続部61,71)は、絶縁部材31によって包み込まれる。本実施形態においては、電極体30及び集電体6,7の一部(第二接続部61,71)に加え、クリップ部材6a,7aも絶縁部材31によって包み込まれる。これにより、電極体30、集電体6,7、クリップ部材6a,7a、及び絶縁部材31は、一体となり、蓄電素子1のケース2内に収容される外観直方体形状の被収容体3となる。
蓋体21に取り付けられた被収容体3は、図10に示すように、ケース本体20に収容される。この際、被収容体3は、ケース本体20の胴部200の第二開口端200bの開口から該胴部200内に挿入される。第二開口端200bの開口は、被収容体3よりも大きいため、被収容体3は、胴部200内にスムーズに挿入される。
そして、胴部200は、Z軸方向に延びる仮想線を基準に対称的に配置された一対の傾斜壁部(短壁部)203,203であって、第一開口端200a側から第二開口端200b側に向けて間隔が広がる一対の傾斜壁部(短壁部)203,203を有するため、被収容体3が胴部200内に挿入される際に、何れか一方の傾斜壁部203と接触した状態になっても、その傾斜壁部203の傾斜により、胴部200の中心側に誘導される。すなわち、被収容体3の中心が胴部200の中心からずれた状態で被収容体3が胴部200に挿入されたとしても、被収容体3は、自身の中心線(Z軸方向に延びる中心線)を胴部200の中心線(Z軸方向に延びる中心線)に合わせるように移動する。
そして、胴部200の第二開口端200bに対して蓋体21が当接し且つ第二開口端200bの外周と蓋体21の外周とが一致すると、図11及び図12に示すように、被収容体3は胴部200内の規定位置に配置した状態になる。すなわち、被収容体3の閉塞部201と対向する部位におけるX軸方向の一対の角部CP,CPのそれぞれが対応した傾斜壁部203,203(短壁部203,203)と近接又は接触した状態になる。
本実施形態においては、被収容体3のX軸方向の両端にある一対の角部CP,CPのうちの一方の角部CP(閉塞部201と対向する部分の両端部のうちの一方の端部CP)は、第一位置P1に接触する位置或いは近傍の位置に位置し、被収容体3のX軸方向の両端にある一対の角部CP,CPのうちの他方の角部CP(閉塞部201と対向する部分の両端部のうちの他方の端部CP)は、第二位置P2に接触する位置或いは近傍の位置に位置する。
この状態において、胴部200の第二開口端200bと蓋体21とが全周に亘って溶接される。これにより、ケース本体20及び蓋体21は、一体になり、被収容体3を収容した内部空間Sを画定する。この状態において、蓋体21に設けられた注液孔から電解液が注入された上で、注液孔が密栓されることで、蓄電素子1が完成する。
以上のように、本実施形態に係る蓄電素子1は、内部空間Sを有するケース2と、ケース2の内部空間Sに収容される被収容体3であって、電極体30を含む被収容体3とを備え、ケース2は、第一方向に延びる中心線を有し且つ第一方向に第一開口端200a及び第二開口端200bを有する環状の胴部200であって、第一開口端200aの開口と第二開口端200bの開口とを連通させる内部空間Sを画定した内周面200cを有する胴部200と、第一開口端200aの開口を閉塞した閉塞部(第一閉塞部)201と、第二開口端200bの開口を閉塞した蓋体(第二閉塞部)21と、を有し、被収容体3は、胴部200の内周面200cと対向する外周部RPを有し、胴部200における第二開口端200bの開口は、第一開口端200aの開口よりも大きく且つ被収容体3の外周部RPよりも大きい。
このように、胴部200における第二開口端200bの開口は、第一開口端200aの開口よりも大きく且つ被収容体3の外周部RPよりも大きいため、第一開口端200aの開口と第二開口端200bの開口とを連通させる内部空間Sを画定した内周面200cと被収容体3との間隔は、第一開口端200aから第二開口端200bに向けて均一にはならず、少なくとも第二開口端200bよりも第一開口端200a側において、狭くなる或いは無くなる。これにより、ケース2内の被収容体の移動量が少なくなる或いは無くなる。従って、ケース2内での被収容体の揺動が抑えられ、被収容体(電極体30)に対するダメージが抑えられる。
また、本実施形態において、胴部200の内周面200cは、第二開口端200bの開口から第一開口端200aの開口に向けて連続的又は断続的に縮小した内部空間Sを画定するため、第一開口端200a側にある胴部200の内周面200cほど被収容体3に近くなる。すなわち、胴部200の内周面200cと被収容体3との間隔は、第二開口端200bよりも第一開口端200a側ほど狭くなる。これにより、ケース2内の被収容体3の移動量が少なくなる或いは無くなる。従って、ケース2内での被収容体3の揺動が抑えられ、被収容体3(電極体30)に対するダメージが抑えられる。
さらに、本実施形態において、被収容体3は、電極体30全体を包囲した絶縁部材31を含んでいるため、電極体30とケース2(胴部200、閉塞部(第一閉塞部)201、蓋体(第二閉塞部)21)との間に絶縁部材31が介在する。これにより、電極体30とケース2との電気的な絶縁性が高まる。
また、本実施形態において、被収容体3は、閉塞部(第一閉塞部)201と対向する第一端E1であって、第一方向と直交する方向に延びる又は広がる第一端E1と、蓋体(第二閉塞部)21と対向する第二端E2であって、第一方向と直交する方向に延びる又は広がる第二端E2と、を有し、外周部RPは、第一端E1の外周と第二端E2の外周とに繋がり、第一端E1及び第二端E2は、第一方向から見て同形且つ同サイズであるため、被収容体3の第二端E2と胴部200の内周面200cとの間隔よりも、被収容体3の第一端E1と胴部200の内周面200cとの間隔の方が狭くなる。これにより、被収容体3の第一端E1側での移動量が少なくなるか無くなるため、ダメージを受けることが少なくなる。
本実施形態において、胴部200は、第一方向と直交する第二方向で対向する一対の傾斜壁部203,203であって、閉塞部(第一閉塞部)201から蓋体(第二閉塞部)21に向かうにつれて互いの間隔を広げる一対の傾斜壁部203,203を含み、被収容体3の外周部RPは、それぞれが対応する傾斜壁部203と対向する一対の側端部SE1,SE2を有し、一対の側端部SE1,SE2のそれぞれの一部が対応する傾斜壁部203,203の一部に対して近接又は接触しているため、第二方向において、被収容体3における一対の側端部のSE1,SE2それぞれの一部と、ケース2における一対の傾斜壁部203,203の一部との間隔が狭くなり、被収容体3の第二方向での移動量が少なくなるか無くなる。これにより、被収容体3がダメージを受けることが少なくなる。
そして、一対の側端部SE1,SE2のそれぞれの一部は、第一端E1との接続部分であるため、被収容体3の第一端E1の両側における被収容体3の第二方向での移動量が少なくなるか無くなる。特に、本実施形態において、傾斜壁部203の一部は、閉塞部201との接続部分であるため、被収容体3の第一端E1側にある一対の角部(側端部SE1,SE2と第一端E1との接続部分)CPと、ケース2の閉塞部201側の第一位置P1及び第二位置P2(閉塞部201と傾斜壁部203,203との接続部分)とが近接又は接触するため、第二方向の移動(揺動)が抑えられつつ、被収容体3(電極体30)がケース2の内部空間Sの多くを有効に占有する。
そして、本実施形態に係る蓄電素子1の製造方法は、第一方向に延びる中心線を有し且つ第一方向に第一開口端200a及び第二開口端200bを有する環状の胴部200であって、第一開口端200aの開口と第二開口端200bの開口とを連通させる内部空間Sを画定した内周面200cを有し、第二開口端200bの開口が第一開口端200aの開口よりも大きく且つ電極体30を含む被収容体3の外周部RPよりも大きな胴部200と、第一開口端200aの開口を閉塞した閉塞部201とを有するケース本体20の前記内部空間Sに対し、被収容体3を第二開口端200bの開口から挿入し、被収容体3の外周部RPと胴部200の内周面200cと対向させた状態で配置することと、第二開口端200bの開口を閉塞部材である蓋体21で閉塞することとを含む。
このように、胴部200における第二開口端200bの開口は、第一開口端200aの開口よりも大きく且つ被収容体3の外周部RPよりも大きいため、被収容体3が第二開口端200bの開口からスムーズに挿入される。従って、ケース本体20(胴部200)に対して被収容体3(電極体30)する際に、ケース本体20(胴部200)と被収容体3(電極体30)とが干渉することによる被収容体3(電極体30)へのダメージが抑えられる。また、ケース本体20(胴部200)の内部空間S内に被収容体3が配置された状態において、第一開口端200aの開口と第二開口端200bの開口とを連通させる内部空間Sを画定した内周面200cと被収容体3との間隔は、第一開口端200aから第二開口端200bに向けて均一にはならず、少なくとも第二開口端200bよりも第一開口端200a側において、狭くなる或いは無くなる。これにより、ケース2内の被収容体の移動量が少なくなる或いは無くなる。従って、完成品である蓄電素子1において、ケース2内での被収容体の揺動が抑えられ、被収容体(電極体30)に対するダメージが抑えられる。
また、本実施形態において、胴部200の内周面200cは、第二開口端200bの開口から第一開口端200aの開口に向けて連続的又は断続的に縮小した内部空間Sを画定するため、被収容体3がケース本体20(胴部200)の奥側(第一開口端200a側)に到達するまでの間、被収容体3がスムーズに挿入される。また、ケース本体20(胴部200)の内部空間S内に被収容体3が配置された状態において、第一開口端200a側にある胴部200の内周面200cほど被収容体3に近くなる。すなわち、胴部200の内周面200cと被収容体3との間隔は、第二開口端200bよりも第一開口端200a側ほど狭くなる。これにより、ケース2内の被収容体の移動量が少なくなる或いは無くなる。従って、ケース2内での被収容体の揺動が抑えられ、被収容体(電極体30)に対するダメージも抑えられる。
そして、本実施形態では、電極体30全体を絶縁部材31で包囲して被収容体3を作ることをさらに含んでいるため、完成品である蓄電素子1において、電極体30とケース2(胴部200、閉塞部(第一閉塞部)201、蓋体(第二閉塞部)21)との間に絶縁部材31が介在する。これにより、電極体30とケース2との電気的な絶縁性が高まる。
また、本実施形態において、被収容体3は、閉塞部(第一閉塞部)201と対向する第一端E1であって、第一方向と直交する方向に延びる又は広がる第一端E1と、蓋体(第二閉塞部)21と対向する第二端E2であって、第一方向と直交する方向に延びる又は広がる第二端E2と、を有し、外周部RPは、第一端E1の外周と第二端E2の外周とに繋がり、第一端E1及び第二端E2は、第一方向から見て同形且つ同サイズである。これにより、このようにすれば、完成品である蓄電素子1において、被収容体3の第二端E2と胴部200の内周面200cとの間隔よりも、被収容体3の第一端E1と胴部200の内周面200cとの間隔の方が狭くなる。従って、被収容体3の第一端E1側での移動量が少なくなるか無くなるため、ダメージを受けることが少なくなる。
胴部200は、第一方向と直交する第二方向で対向する一対の傾斜壁部203,203であって、それぞれが、閉塞部(第一閉塞部)201から蓋体(第二閉塞部)21に向かうにつれて互いの間隔を広げる一対の傾斜壁部203,203を含み、被収容体3の外周部RPは、それぞれが対応する傾斜壁部203と対向する一対の側端部SE1,SE2を有し、内部空間Sに被収容体3を配置することには、一対の側端部SE1,SE2のそれぞれの一部が対応する傾斜壁部203,203の一部に対して近接又は接触させることを含んでいる。これにより、完成品たる蓄電素子1において、被収容体3における一対の側端部SE1,SE2のそれぞれの一部と、ケース2における一対の傾斜壁部203,203の一部との間隔が狭くなり、被収容体3の第二方向での移動量が少なくなるか無くなる。これにより、被収容体3がダメージを受けることが少なくなる。
一対の側端部SE1,SE2のそれぞれの一部は、第一端E1との接続部分であるため、完成品たる蓄電素子1において、被収容体3の第一端E1の両側における被収容体3の第二方向での移動量が少なくなるか無くなる。特に、本実施形態では、傾斜壁部203の一部は、閉塞部201との接続部分P1,P2であるため、完成品たる蓄電素子1において、被収容体3の第一端E1側の角部(側端部SE1,SE2と第一端E1との接続部分)CP,CPと、ケース2の閉塞部201側の第一位置P1及び第二位置P2(閉塞部201と傾斜壁部203,203との接続部分)とが近接又は接触するため、第二方向の移動(揺動)が抑えられつつ、被収容体3(電極体30)がケース2の内部空間Sの多くを有効に占有する。
なお、本発明は、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で適宜変更し得ることは勿論である。
上記実施形態において、胴部200と閉塞部(第一閉塞部)201とが一体にされることでケース本体20構成したが、これに限定されない。例えば、閉塞部(第一閉塞部)201は、第二閉塞部である蓋体21と同様に、胴部200に対して別体の閉塞部材とされ、胴部200に対して溶着(溶接)されてもよい。
上記実施形態において、正極301と負極302とがセパレータ303を挟んで巻回された電極体30が採用されたが、これに限定されない。例えば、電極体30は、枚葉状の正極301と枚葉状の負極302とを枚葉状のセパレータ303を挟んで積層したものであってもよい。
上記実施形態において、ケース2内に収容される一単位である被収容体3が電極体30を包囲する絶縁部材31を含んだが、これに限定されない。例えば、ケース2と電極体30とが絶縁されれば、被収容体3は電極体30のみ或いは電極体30と集電体6,7の一部(第一接続部60,70)で構成されてもよい。この場合、電気絶縁性を確保するために、ケース2が自身の内面に絶縁性の有るコーティングを有していたり、被収容体3を構成する電極体30或いは電極体30と集電体6,7の一部(第二接続部61,71)が自身の外面に絶縁性の有るコーティングを有したりすることは勿論である。
上記実施形態において、胴部200の第一開口端200aの開口と第二開口端200bの開口が共に四角形状に形成されたが、これに限定されない。例えば、第一開口端200aの開口及び第二開口端200bの開口の形状は、四角形状以外の多角形状であったり、円形或いは楕円形であったりしてもよい。また、第一開口端200aの開口及び第二開口端200bの開口は、同種の形状である必要はなく、異なる種類の形状であってもよい。但し、胴部200における第二開口端200bの開口は、第一開口端200aの開口よりも大きく且つ被収容体3の外周部RPよりも大きいことは勿論である。すなわち、第二開口端200bの開口は、被収容体3の外周部RP(より詳しくは、外周部RPの最大寸法である部分)が通過可能な大きさを有し、被収容体3全体が胴部200内に配置されることが前提さることは勿論である。
上記実施形態において、胴部200の内周面200cによって画定された内部空間Sが第二開口端200bの開口から第一開口端200aの開口にかけて連続的に縮小したが、これに限定されない。例えば、胴部200の内周面200cによって画定された内部空間Sが断続的(多段的)に縮小してもよい。但し、第二開口端200bの開口が第一開口端200aの開口よりも大きく且つ被収容体3の外周部RPよりも大きく、且つ胴部200内(内部空間S)に被収容体3全体が収容されることが前提である。
上記実施形態において、胴部200の内周面200cによって画定された内部空間S全体が第二開口端200bの開口側から第一開口端200aの開口に向けて縮小したが、これに限定されない。例えば、内部空間Sは、部分的に縮小してもよい。すなわち、第二開口端200bの開口が第一開口端200aの開口よりも大きく且つ被収容体3の外周部RPよりも大きく、且つ胴部200内(内部空間S)に被収容体3全体が収容されることを前提に、内部空間Sの少なくとも一部の領域が、第二開口端200bの開口側から第一開口端200aの開口側に向けて縮小していてもよい。この場合においても、内部空間Sの少なくとも一部の領域は、第二開口端200bの開口側から第一開口端200aの開口側に向けて連続的に縮小してもよいし、第二開口端200bの開口側から第一開口端200aの開口側に向けて断続的(多段的)に縮小してもよい。
上記実施形態において、胴部200を構成する一対の長壁部202,202が互いに平行に配置されたが、これに限定されない。例えば、一対の短壁部203,203と同様に、一対の長壁部202,202は、第一開口端200aから第二開口端200bに向かうに連れて互いに離間するように配置されてもよい。
上記実施形態において、被収容体3の外周部RPが第一端E1から第二端E2にかけて同形且つ同サイズにされたが、これに限定されない。例えば、第一端E1から外周部RPの途中位置に向けてサイズが大きくされるとともに第二端E2から外周部RPの途中位置に向けてサイズが大きくされたり、第一端E1から外周部RPの途中位置に向けてサイズが大きくなるとともに第二端E2から外周部RPの途中位置まで同サイズにされたりすることで、少なくとも被収容体3の外周部RPの途中位置が最大サイズになるようにしてもよい。また、被収容体3の外周部RPは、第一端E1から第二端E2に至るまで拡大してもよい。
この場合、被収容体3の閉塞部201と対向する部分の一対の角部CP,CPが傾斜壁部203,203(短壁部203,203)の一部と接近又は接触してもよいし、被収容体3の外周の途中位置(最大サイズになった部分)が傾斜壁部(短壁部)203,203の一部と接近又は接触してもよい。
なお、胴部200の途中位置で最大サイズになる態様としては、X軸方向における電極体30の両端に沿って配置される一対の集電体6,7(第二接続部61,71)が、Z軸方向における電極体30の途中位置にまで存在し、絶縁部材31が電極体30と一対の集電体6,7(第二接続部61,71)に密着した状態で包囲した態様が挙げられる。この場合、集電体6,7(第二接続部61,71)の先端に対応する位置において、被収容体3の途中位置であって最大サイズの途中位置となる。従って、集電体6,7の先端と対応する位置が短壁部(傾斜壁部)203,203に対して近接又は接触する。
上記実施形態において、被収容体3の閉塞部と対向する部分の一対の角部CP,CPが、短壁部(傾斜壁部)203と閉塞部201との接続部分P1,P2に対して接近又は接触したが、これに限定されない。例えば、図13に示すように、被収容体3の閉塞部201と対向する部分のX軸方向における外寸が、一方の短壁部(傾斜壁部)203と閉塞部201との接続部分P1と他方の短壁部(傾斜壁部)203と閉塞部201との接続部分P2との間隔よりも大きく設定され、被収容体3の閉塞部201と対向する部分の一対の角部CP,CPが、短壁部(傾斜壁部)203の途中位置に対して近接又は接触するようにしてもよい。
上記実施形態において、蓋体21に固定された一対の集電体6,7に電極体30が接続されたが、これに限定されない。例えば、電極体30の正極301及び負極302のそれぞれから延出したリード部が外部端子4,5に直接接続されてもよい。
上記実施形態において、被収容体3の側端部SE1,SE2がケース2(胴部200)の短壁部(傾斜壁部)203と直接対向したが、これに限定されない。例えば、蓄電素子1は、被収容体3の側端部SE1,SE2とケース2(胴部200)の短壁部(傾斜壁部)203との間にある空間に配置されるスペーサであって、該空間に対応した形状のスペーサを備えてもよい。このようにすれば、被収容体3の揺動(移動)をより効率的に阻止することができる。
具体的には、ケース2(胴部200)の長壁部202は、Y軸方向から見て台形状であるのに対し、被収容体3は、Y軸方向から見て矩形状(四角形状)である。これに伴い、X軸方向における被収容体3の両側には、Y軸方向から見て三角形状の空間ができる。従って、被収容体3の両側にある空間に対応する形状にされたスペーサもY軸方向から見て三角形状になる。これにより、被収容体3の両側の空間のそれぞれにスペーサが配置されることで、被収容体3はスペーサによる楔効果により拘束される。従って、被収容体3の揺動(移動)がより効率的に阻止される。
1…蓄電素子、2…ケース、3…被収容体、4…外部端子(正極外部端子)、5…外部端子(負極外部端子)、6,7…集電体、6a,7a…クリップ部材、8a,8b…内部絶縁部材、9a,9b…外部絶縁部材、20…ケース本体、21…蓋体(第二閉塞部)、30…電極体、31…絶縁部材、40,50…頭部、41,51…軸部、60,70…第一接続部、60a,70a…貫通孔、61,71…第二接続部、62,72…屈曲部、80a,80b…基部、81a,81b…周壁部、90a,90b…基部、91a,91b…周壁部、92a,92b…環状凸部、200…胴部、200a…第一開口端、200b…第二開口端、200c…内周面、201…閉塞部、201a…長辺、201b…短辺、202…長壁部、202a…対辺、202b…斜辺、203…短壁部(傾斜壁部)、203a…短辺、203b…長辺、210…ガス排出弁、211a,211b…貫通孔、300…巻芯、301…正極、301a…金属箔、301b…正極活物質層、302…負極、302a…金属箔、302b…負極活物質層、303…セパレータ、304…積層体、305,306…非被覆積層部、310a,310b,310c…平面(面)、610,710…接続片、800a,800b…孔、CP…角部、E1…第一端、E2…第二端、P1…第一位置、P2…第二位置、RP…外周部、S…内部空間、SE1,SE2…側端部
Claims (8)
- 内部空間を有するケースと、
該ケースの前記内部空間に収容される被収容体であって、電極体を含む被収容体とを備え、
前記ケースは、第一方向に延びる中心線を有し且つ前記第一方向に第一開口端及び第二開口端を有する環状の胴部であって、前記第一開口端の開口と前記第二開口端の開口とを連通させる内部空間を画定した内周面を有する胴部と、
前記第一開口端の前記開口を閉塞した第一閉塞部と、
前記第二開口端の開口を閉塞した第二閉塞部と、を有し、
前記被収容体は、前記胴部の前記内周面と対向する外周部を有し、
前記胴部における前記第二開口端の前記開口は、前記第一開口端の前記開口よりも大きく且つ前記被収容体の前記外周部よりも大きい、
蓄電素子。 - 前記胴部の前記内周面は、前記第二開口端の前記開口側から前記第一開口端の前記開口に向けて連続的又は断続的に縮小した前記内部空間を画定している、
請求項1に記載の蓄電素子。 - 前記被収容体は、前記電極体全体を包囲した絶縁部材を含む、
請求項1又は2に記載の蓄電素子。 - 前記被収容体は、
前記第一閉塞部と対向する第一端であって、前記第一方向と直交する方向に延びる又は広がる第一端と、
前記第二閉塞部と対向する第二端であって、前記第一方向と直交する方向に延びる又は広がる第二端と、を有し、
前記外周部は、前記第一端の外周と前記第二端の外周とに繋がり、
前記第一端及び前記第二端は、前記第一方向から見て同形且つ同サイズである、
請求項1乃至3の何れか1項に記載の蓄電素子。 - 前記胴部は、前記第一方向と直交する第二方向で対向する一対の傾斜壁部であって、前記第一閉塞部から前記第二閉塞部に向かうにつれて互いの間隔を広げる一対の傾斜壁部を含み、
前記被収容体の前記外周部は、それぞれが対応する前記傾斜壁部と対向する一対の側端部を有し、
前記一対の側端部のそれぞれの一部が対応する前記傾斜壁部の一部に対して近接又は接触している、
請求項1乃至4の何れか1項に記載の蓄電素子。 - 前記被収容体は、
前記第一閉塞部と対向する第一端であって、前記第一方向と直交する方向に延びる又は広がる第一端を有し、
前記一対の側端部のそれぞれの一部は、前記第一端との接続部分である、
請求項5に記載の蓄電素子。 - 前記傾斜壁部の一部は、前記第一閉塞部との接続部分である、
請求項6に記載の蓄電素子。 - 第一方向に延びる中心線を有し且つ前記第一方向に第一開口端及び第二開口端を有する環状の胴部であって、前記第一開口端の開口と前記第二開口端の開口とを連通させる内部空間を画定した内周面を有し、前記第二開口端の前記開口が前記第一開口端の前記開口よりも大きく且つ電極体を含む被収容体の外周部よりも大きい胴部と、前記第一開口端の前記開口を閉塞した閉塞部とを有するケース本体の前記内部空間に対し、前記被収容体を前記第二開口端の前記開口から挿入し、前記被収容体の前記外周部と前記胴部の前記内周面と対向させた状態で配置することと、
前記第二開口端の前記開口を閉塞部材で閉塞することとを含む、
蓄電素子の製造方法。
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JP2017007609A Pending JP2018116867A (ja) | 2017-01-19 | 2017-01-19 | 蓄電素子、及び蓄電素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2018116867A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019039334A1 (ja) * | 2017-08-24 | 2019-02-28 | 株式会社村田製作所 | 蓄電デバイス |
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2017
- 2017-01-19 JP JP2017007609A patent/JP2018116867A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019039334A1 (ja) * | 2017-08-24 | 2019-02-28 | 株式会社村田製作所 | 蓄電デバイス |
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