以下、図面を参照しながら、本発明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、いずれも包括的または具体的な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、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明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。
なお、以下の説明及び図面中において、蓄電素子の電極体の巻回軸方向をX軸方向(以下、第一方向ともいう)と定義する。つまり、X軸方向(第一方向)は、集電体もしくは電極端子の並び方向、または、容器の短側面の対向方向として定義できる。
また、蓄電素子の上下方向をZ軸方向(以下、第二方向ともいう)と定義する。つまり、Z軸方向(第二方向)は、電極端子の突出方向を上とした場合の上下方向であり、集電体の足が延びる方向、または、容器の短側面の長手方向として定義できる。なお、Z軸方向を上下方向としているが、使用態様によってはZ軸方向が上下方向にならない場合も考えられるため、Z軸方向は上下方向となることには限定されない。
また、X軸方向(第一方向)及びZ軸方向(第二方向)と交差する方向をY軸方向(以下、第三方向ともいう)と定義する。つまり、Y軸方向(第三方向)は、容器の長側面の対向方向、容器の短側面の短手方向、または、容器の厚さ方向として定義できる。
(実施の形態)
まず、蓄電素子10の構成について、説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子10の外観を模式的に示す斜視図である。図2は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子10の容器100の容器本体111を分離して蓄電素子10が備える各構成要素を示す斜視図である。図3は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子10を分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。なお、図3は、容器100の容器本体111及び側面スペーサ400、500を省略して図示している。
蓄電素子10は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。特に、蓄電素子10は、電気自動車(EV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)、またはハイブリッド電気自動車(HEV)に適用される。なお、蓄電素子10は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。
これらの図に示すように、蓄電素子10は、容器100と、正極端子200と、負極端子300とを備えている。また、容器100内方には、正極集電体120と、負極集電体130と、2つの電極体141及び142と、下部絶縁部材150、160と、側面スペーサ400、500と、底面スペーサ112とが収容されている。また、正極端子200は、端子本体210と、接続部220と、リベット部230と、上部絶縁部材240とを有しており、負極端子300は、端子本体310と、接続部320と、リベット部330と、上部絶縁部材340とを有している。
なお、上記の構成要素の他、(容器100との絶縁を図るために、)正極集電体120、負極集電体130、電極体141、142及び側面スペーサ400、500等を下方から包み込む絶縁フィルムなどが配置されていてもよい。
また、蓄電素子10の容器100の内部には電解液(非水電解液)などの液体が封入されているが、当該液体の図示は省略する。なお、容器100に封入される電解液としては、蓄電素子10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。
容器100は、矩形筒状で底を備える容器本体111と、容器本体111の開口を閉塞する板状部材である蓋体110とで構成されている。また、容器100は、電極体141及び142等を内部に収容後、蓋体110と容器本体111とが溶接等されることにより、内部を密封することができるものとなっている。なお、蓋体110及び容器本体111の材質は、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金など溶接可能な金属であるのが好ましい。
また、蓋体110には、容器100内の圧力が上昇したときに、容器100内で発生したガスを放出し、当該圧力を開放するための安全弁110cが設けられている。また、蓋体110には、正極端子200のリベット部230が挿入される貫通孔110aと、負極端子300のリベット部330が挿入される貫通孔110bとが形成されている。
電極体141及び142は、並列に配置される2つの発電要素であり、ともに、正極集電体120及び負極集電体130と電気的に接続される。なお、電極体141と電極体142とは、同様の構成を有している。
具体的には、電極体141及び142は、正極と負極とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる部材である。正極は、アルミニウムやアルミニウム合金などからなる長尺帯状の金属箔である正極基材層上に正極活物質層が形成されたものである。また、負極は、銅や銅合金などからなる長尺帯状の金属箔である負極基材層上に負極活物質層が形成されたものである。また、セパレータは、樹脂からなる微多孔性のシートである。
ここで、正極活物質層に用いられる正極活物質、また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または負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。
そして、電極体141及び142は、正極と負極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものが巻き回されて形成されている。なお、同図では、電極体141及び142の形状としては長円形状を示したが、円形状または楕円形状でもよい。また、電極体141及び142の形状は巻回型に限らず、平板状極板を積層した形状でもよい。
ここで、電極体141及び142は、正極と負極とが、セパレータを介して、巻回軸(本実施の形態ではX軸方向に平行な仮想軸)の方向に互いにずらして巻回されている。そして、正極及び負極は、それぞれのずらされた方向の端縁部に、活物質が塗工されず基材層が露出した(活物質層が形成されていない)部分(活物質層非形成部)を有している。
具体的には、電極体141は、巻回軸方向の一端(X軸プラス方向の端部)に、正極の活物質層非形成部が積層された正極側の端部141a及び141bを有している。また、同様に、電極体142は、X軸プラス方向の端部に、正極の活物質層非形成部が積層された正極側の端部142a及び142bを有している。また、電極体141及び142は、負極側も同様に、端部を有している。
また、電極体141及び142は、絶縁性のフィルムである絶縁フィルム143が周囲に巻きつけられて、束ねられている。ここで、絶縁フィルム143は、長方形状のシート状の樹脂製の部材であり、電極体141及び142に巻きつけられて、巻き終わり部分を絶縁テープ144により留められることで、固定されている。なお、絶縁フィルム143の材質は、絶縁性を有するフィルムであれば限定されない。
以上のように、蓄電素子10は、複数の電極体(本実施の形態では2つの電極体)を有しているため、同一体積(容積)の容器100に単数の電極体を用いる場合に比べ、以下の点で好ましい。つまり、複数の電極体を用いることで、単数の電極体を用いる場合に比べ、容器100のコーナー部のデッドスペースが減り、電極体の占める割合が向上するため、蓄電素子10の容量アップにつながる。また、特に、高入出力(ハイレート)用の電極体では、高容量タイプの電極体に比べて、金属箔上の活物質の量を減らす必要があり、電極体中での金属箔やセパレータの割合が高まる。このため、単数の電極体を用いた場合は電極の巻き数が多くなるため硬くて柔軟性が低く容器100に挿入しづらくなるが、複数の電極体を用いることで1つの電極体における巻き数を少なくし、柔軟性が高い電極体を実現することができる。
正極集電体120は、電極体141及び142の正極側(X軸方向プラス側、第一方向プラス側)に配置され、正極端子200と電極体141及び142の正極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、正極集電体120は、電極体141及び142の正極基材層と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金などで形成されている。
具体的には、正極集電体120は、電極体141及び142の正極側の端部141a、141b及び端部142a、142bに溶接等によって接合されることで、電極体141及び142の正極と接続される。また、正極集電体120には、開口部120aが形成されており、開口部120aに後述の正極端子200のリベット部230が挿入されることで、正極集電体120と正極端子200とが接続される。
負極集電体130は、電極体141及び142の負極側(X軸方向マイナス側、第一方向マイナス側)に配置され、負極端子300と電極体141及び142の負極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、負極集電体130は、電極体141及び142の負極基材層と同様、銅または銅合金などで形成されている。
具体的には、負極集電体130は、電極体141及び142の負極側の端部に溶接等によって接合されることで、電極体141及び142の負極と接続される。また、負極集電体130には、開口部130aが形成されており、開口部130aに後述の負極端子300のリベット部330が挿入されることで、負極集電体130と負極端子300とが接続される。
下部絶縁部材150は、容器100の蓋体110に固定され、正極集電体120と容器100とを絶縁する絶縁性の樹脂などで形成された矩形状のパッキンである。なお、下部絶縁部材150には、後述の正極端子200のリベット部230が挿入される開口部150aが形成されている。
また、同様に、下部絶縁部材160は、容器100の蓋体110に固定され、負極集電体130と容器100とを絶縁する絶縁性の樹脂などで形成された矩形状のパッキンである。なお、下部絶縁部材160には、後述の負極端子300のリベット部330が挿入される開口部160aが形成されている。
正極端子200は、電極体141及び142の正極に電気的に接続された電極端子であり、負極端子300は、電極体141及び142の負極に電気的に接続された電極端子である。つまり、正極端子200及び負極端子300は、電極体141及び142に蓄えられている電気を蓄電素子10の外部空間に導出し、また、電極体141及び142に電気を蓄えるために蓄電素子10の内部空間に電気を導入するための金属製の電極端子である。
また、正極端子200及び負極端子300は、電極体141及び142の上方に配置された蓋体110に取り付けられている。具体的には、図3に示すように、正極端子200には、正極端子200と正極集電体120とを電気的に接続するリベット部230が設けられている。
リベット部230は、平板状の接続部220から突出して形成された部位であり、正極集電体120の開口部120aに挿入されて、正極集電体120に接続される接続部材である。つまり、正極端子200は、リベット部230が上部絶縁部材240の貫通孔と蓋体110の貫通孔110aと下部絶縁部材150の開口部150aと正極集電体120の開口部120aとに挿入されて、かしめられることにより、上部絶縁部材240、下部絶縁部材150及び正極集電体120とともに蓋体110に固定される。
ここで、正極端子200は、接続部220と蓋体110との間に、絶縁性の樹脂などで形成された矩形状のパッキンである上部絶縁部材240を有しているため、蓋体110と絶縁される。また、正極端子200は、例えばボルト形状の端子本体210が接続部220に形成された貫通孔に挿入されるため、端子本体210と正極集電体120とが電気的に接続される。
なお、接続部220とリベット部230とは、一体に形成されていてもよいし、別体で構成されていてもよい。また、負極端子300についても正極端子200と同様の構成を有するため、負極端子300についての詳細な説明は、省略する。
側面スペーサ400、500は、電極体の第一方向側(X軸方向側)に配置され、当該第一方向と交差する第二方向(Z軸方向)に延びるスペーサである。つまり、側面スペーサ400、500は、電極体141、142、正極集電体120及び負極集電体130と容器100との間のスペースを埋めることにより、電極体141、142、正極集電体120及び負極集電体130が容器100に対して振動しないように支持する。
具体的には、側面スペーサ400は、正極集電体120と容器100の底面との間に挟まれるように配置され、正極集電体120を下方から支持する。つまり、側面スペーサ400は、正極集電体120の上部と底面スペーサ112との間に挟まれるように配置され、正極集電体120を下方から支持する。同様に、側面スペーサ500は、負極集電体130の上部と底面スペーサ112との間に挟まれるように配置され、負極集電体130を下方から支持する。
これにより、側面スペーサ400は、第二方向(Z軸方向)において正極集電体120の一部と当接することで、正極集電体120の第二方向への移動を規制し、正極集電体120の下部が第一方向(X軸方向)マイナス側に変形するのを抑制する。また、同様に、側面スペーサ500は、第二方向(Z軸方向)において負極集電体130の一部と当接することで、負極集電体130の第二方向への移動を規制し、負極集電体130の下部が第一方向(X軸方向)プラス側に変形するのを抑制する。
また、側面スペーサ400の一部は、正極集電体120のX軸方向プラス側に、正極集電体120と容器100の側壁111aとで挟まれ、かつ側壁111aに沿って延びるように配置されている。また、側面スペーサ500の一部は、負極集電体130のX軸方向マイナス側に、負極集電体130と容器100の側壁111bとで挟まれ、かつ側壁111bに沿って延びるように配置されている。
つまり、側面スペーサ400と側面スペーサ500とは、電極体141及び142をX軸方向の両端から挟み込むように、電極体141及び142の両端と容器100の2つの側壁111a及び111bとの間に配置されている。
ここで、側面スペーサ400、500は、例えばポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエチレンテレフタラート(PET)、セラミックなどの耐熱性の材料、及びそれらの複合材料などの絶縁性の材料で形成されている。つまり、側面スペーサ400、500は、電極体141、142、正極集電体120及び負極集電体130と容器100とを絶縁する機能も有している。
なお、側面スペーサ400、500は、正極集電体120及び負極集電体130と容器100とを絶縁することができるのであれば、金属製のスペーサでもよい。例えば、側面スペーサ400、500は、金属製の基材を樹脂でコーティングしたスペーサであってもかまわない。
底面スペーサ112は、容器本体111の底部に配置される平板状のスペーサである。底面スペーサ112は、電極体141、142及び側面スペーサ400、500と容器100の底面との間のスペースを埋めることにより、電極体141、142及び側面スペーサ400、500が容器100に対して振動しないように支持する。なお、底面スペーサ112は、側面スペーサ400、500と同様の絶縁性の材質で形成されており、電極体141、142と容器100とを絶縁する機能も有している。
次に、正極集電体120及び負極集電体130の構成について、詳細に説明する。なお、正極集電体120と負極集電体130とは、同様の構成を有するため、以下では正極集電体120についての説明を行い、負極集電体130についての説明は省略する。
図4は、本発明の実施の形態に係る正極集電体120の構成を示す斜視図である。
同図に示すように、正極集電体120は、端子接続部121と、電極体接続部122と、連結部123とを有している。また、電極体接続部122は、複数の電極体接続部(本実施の形態では、4つの電極体接続部122a〜122d)から構成されている。
端子接続部121は、正極端子200と電気的に接続される矩形状かつ平板状の部位である。具体的には、端子接続部121は、正極端子200側(Z軸方向プラス側)に配置され、開口部120aに正極端子200のリベット部230が挿入されてリベット部230に接続されることで、正極端子200と接続される。
ここで、開口部120aは、端子接続部121に形成された円形状の貫通孔であり、具体的には、リベット部230の外形状に対応した形状を有している。なお、開口部120aの形状は、円形状には限定されず、楕円形状や四角形状などであってもかまわないが、リベット部230の外形状に対応した形状であるのが好ましい。また、開口部120aは、リベット部230が挿入される開口部であれば貫通孔でなくともよく、半円形状や矩形状に切り欠いた切り欠き部などであってもかまわない。
電極体接続部122a〜122dは、端子接続部121の端部に接続され、端子接続部121から下方(Z軸マイナス方向)に延びるように配置される長尺状かつ平板状(棒状)の部材である。具体的には、電極体接続部122a〜122dは、電極体141及び142側(Z軸方向マイナス側)に配置され、電極体141及び142に接続される。
具体的には、電極体接続部122a〜122dは、端子接続部121の側面(X軸方向プラス側の側面)から、90度に捻られて、電極体141及び142に向けて垂れ下がるように配置されている。つまり、電極体接続部122a〜122dは、Z軸方向に延びる部材であり、XZ平面に平行な面を対向して有している。
そして、電極体接続部122a及び122bは、電極体141に接続され、電極体接続部122c及び122dは、電極体142に接続される。具体的には、電極体接続部122aは、超音波溶接や抵抗溶接などの溶接等によって、電極体141の正極側の端部141aに接合され、電極体接続部122bは、当該溶接等によって、電極体141の端部141bに接合される。また、電極体接続部122cは、当該溶接等によって電極体142の端部142aに接合され、電極体接続部122dは、当該溶接等によって電極体142の端部142bに接合される。
また、電極体接続部122a〜122dは、容器本体111の底面部には到達しない程度の長さになるように形成されている。本実施の形態では、電極体接続部122a〜122dは、容器本体111の側面の半分程度の高さまで到達する長さになるように形成されている。
なお、本実施の形態では、電極体接続部122a〜122dは、同じ長さになるように形成されているが、異なる長さになるように形成されていてもかまわない。また、電極体接続部122a〜122dは、捻られることなく、折り曲げられることによって形成されていてもかまわない。
連結部123は、端子接続部121と電極体接続部122a〜122dとの間に配置されており、端子接続部121と電極体接続部122a〜122dとを連結する平板状の部位である。また、連結部123には、中央部分に、凹部123aが形成されている。
凹部123aは、電極体接続部122bと電極体接続部122cとの間(電極体141と電極体142との間)に配置される凹みである。つまり、凹部123aは、2つの電極体141及び142を跨ぐ位置に配置されている。凹部123aには、後述の側面スペーサ400の支持部410の先端部が挿入される。
次に、側面スペーサ400及び500の構成について、詳細に説明する。なお、側面スペーサ400と側面スペーサ500とは、同様の構成を有するため、以下では側面スペーサ400についての説明を行い、側面スペーサ500についての説明は省略する。
図5及び図6は、本発明の実施の形態に係る側面スペーサ400の構成を示す斜視図である。なお、図6は、図5を奥側の斜め上方から見た場合の斜視図である。また、図7は、本発明の実施の形態に係る側面スペーサ400の構成を示す平面図及び断面図である。具体的には、同図の(a)は、側面スペーサ400を正面から見た場合の平面図であり、同図の(b)は、側面スペーサ400を同図の(a)におけるA−A断面で切断した場合の構成を示す断面図である。
これらの図に示すように、側面スペーサ400は、支持部410と、突出部420と、嵌合部430とを有している。
支持部410は、第二方向(Z軸方向)に延びる長尺状の部位であり、側面部411と、中央部412と、上端部413と、下端部414とを有している。側面部411は、支持部410の第一方向(X軸方向)プラス側に配置される平板状の部位であり、第一方向に貫通した開口部411a〜411cが形成されている。
開口部411a〜411cは、第二方向(Z軸方向)に延びる長円形状の貫通孔である。なお、開口部411a〜411cの形状は、長円形状には限定されず、楕円形状や四角形状などであってもかまわない。また、開口部411a〜411cは、貫通孔でなくともよく、半円形状や矩形状に切り欠いた切り欠き部などであってもかまわない。また、側面部411には1つの長尺状の開口部が形成されるなど、側面部411に形成される開口部は3つ以外の個数であってもよい。
中央部412は、支持部410の第二方向(Z軸方向)の中央部分に配置され、側面部411から第一方向(X軸方向)マイナス側に突起した第二方向に延びる一対の平板状の部位で構成されている。また、中央部412は、第一方向マイナス側の先端に、第二方向に延び第三方向(Y軸方向)に突起した突起部412a及び412bを有している。
突起部412aは、第三方向マイナス側に突起した部位であり、突起部412bは、第三方向プラス側に突起した部位である。つまり、突起部412a及び412bは、中央部412の外方に向けて突起している。
上端部413は、支持部410の第二方向プラス側の上端部分に配置され、側面部411から第一方向マイナス側に突起した第二方向に延びる板状の部位で構成されている。上端部413は、第二方向において、先端に近付くほど幅(Y軸方向の幅)が狭くなるように形成されており、第二方向プラス側の先端に、先端部413aを有している。先端部413aは、正極集電体120に形成された凹部123aに挿入される部位である。
下端部414は、支持部410の第二方向マイナス側の下端部分に配置され、側面部411から第一方向マイナス側に突起した第二方向に延びる板状の部位で構成されている。下端部414は、中央部412よりも幅(Y軸方向の幅)が狭くなるように形成されている。これにより、下端部414の両側方には、空間414a及び414bが形成される。
このように、支持部410は、第二方向において、端部の方が中央部よりも幅が狭くなるように形成されている。具体的には、中央部412のY軸方向の幅は、正極集電体120の電極体接続部122b及び122cの対向面間の幅とほぼ同じになるように形成されており、下端部414のY軸方向の幅は、中央部412のY軸方向の幅よりも狭くなるように形成されている。
突出部420は、支持部410から、第一方向及び第二方向と交差する第三方向(Y軸方向)に突出した部位であり、第三方向マイナス側に突出した突出部420aと、第三方向プラス側に突出した突出部420bとからなる。
突出部420a及び420bは、支持部410の第一方向プラス側の端部から、第二方向及び第三方向に広がる矩形状かつ平板状の部位である。つまり、支持部410の側面部411と突出部420a及び420bとが繋がって形成され、1枚の平板状の部位を構成している。
また、突出部420a及び420bは、支持部410よりも第二方向における長さが短くなるように形成されている。これにより、突出部420a及び420bの下方の下端部414の両側方には、空間421a及び421bが形成される。
嵌合部430は、突出部420の第三方向(Y軸方向)の端部から第一方向(X軸方向)マイナス側に突起した第二方向(Z軸方向)に延びる平板状の部位である。つまり、嵌合部430は、突出部420aの第三方向マイナス側の端部から第一方向マイナス側に突起した平板状の嵌合部430aと、突出部420bの第三方向プラス側の端部から第一方向マイナス側に突起した平板状の嵌合部430bとからなる。
また、嵌合部430は、第一方向マイナス側の先端に、第二方向に延び第三方向(Y軸方向)に突起した突起部431(突起部431a及び431b)を有している。つまり、突起部431aは、嵌合部430aの先端から第三方向プラス側に突起した部位であり、突起部431bは、嵌合部430bの先端から第三方向マイナス側に突起した部位である。つまり、突起部431a及び431bは、側面スペーサ400の内方に向けて突起している。
言い換えれば、突起部431a及び431bは、互いの方向に向けて(対向方向に向けて)突起している。また、突起部431a及び412aは互いの方向に向けて突起しており、突起部431b及び412bは互いの方向に向けて突起している。
次に、側面スペーサ400が容器100内に配置されている状態の構成について、詳細説明する。なお、側面スペーサ500が容器100内に配置されている状態の構成も同様の構成を有するため、側面スペーサ500側についての説明は省略する。
図8は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子10をYZ平面に平行な面で切断した場合の蓄電素子10の内部の構成を示す断面図である。なお、同図は、蓄電素子10を側面スペーサ400の位置で切断したものであり、説明の便宜のため、側面スペーサ400の突出部420a及び420bは点線で示している。
また、図9は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子10をXY平面に平行な面で切断した場合の蓄電素子10の内部の構成を示す断面図である。なお、同図は、蓄電素子10をZ軸方向の中央位置で切断したものである。
これらの図に示すように、側面スペーサ400の支持部410は、第一方向と交差する第二方向(Z軸方向)において、正極集電体120と容器100との間に挟まれるように配置され、正極集電体120を支持している。具体的には、支持部410は、正極集電体120と容器100の底面に配置された底面スペーサ112との間に挟まれて配置されている。
つまり、底面スペーサ112上に支持部410の下端部414が載置されることで、底面スペーサ112が支持部410を支持する。また、支持部410の上端部413上に正極集電体120が載置されることで、支持部410が正極集電体120を支持する。
ここで、正極集電体120は、2つの電極体141及び142を跨ぐ位置に、支持部410の先端部が挿入される凹部123aを有している。つまり、正極集電体120の連結部123に形成された凹部123aに、支持部410の上端部413の先端部413aが挿入されることで、支持部410上に正極集電体120が載置される。なお、凹部123aは、正極集電体120に対して支持部410を位置決めする役割も有している。
なお、底面スペーサ112と支持部410の下端部414とは、当接しているのが好ましいが、多少の隙間が生じていてもかまわない。また、支持部410の上端部413の先端部413aと正極集電体120の凹部123aとは、当接しているのが好ましいが、多少の隙間が生じていてもかまわない。
また、容器100の底面に底面スペーサ112が配置されていない構成でもかまわない。この場合は、支持部410の下端部414が容器100の底面に載置されることで、支持部410が正極集電体120を支持する。
また、支持部410は、2つの電極体141及び142の間に配置されている。具体的には、支持部410は、電極体141の正極側の端部141bと電極体142の正極側の端部142aとの間に配置されている。さらに具体的には、支持部410は、正極集電体120の電極体接続部122bと電極体接続部122cとの間に配置されている。
また、支持部410の中央部412の突起部412a及び412bは、正極集電体120の電極体接続部122b及び122cと対応する位置に、電極体接続部122b及び122cをそれぞれ第一方向に挟み込むように配置されている。
つまり、突起部412a及び412bは、電極体接続部122b及び122cの第一方向マイナス側に配置されており、また、電極体接続部122b及び122cはそれぞれ、突起部412a及び412bと突出部420a及び420bとの間に配置されている。このように、中央部412は、突起部412a及び412bによって、正極集電体120の電極体接続部122b及び122cと嵌合する嵌合部の機能を有している。
ここで、側面部411の開口部411a〜411cは、電解液を電極体141及び142へ効率良く浸透させるための開口として活用されるが、開口部411a及び411bは、突起部412a及び412bが電極体接続部122b及び122cと係合していることを目視で確認するための開口としても活用することができる。なお、上記の確認のために、開口部411aまたは411bの大きさは、適宜に設定され得る。
また、支持部410の下端部414の両側方に形成された空間414a及び414bは、電極体141及び142を巻回することで広がった部分を逃がすための空間として活用される。つまり、当該広がった部分が空間414a及び414b内に入り込む。これにより、電極体141及び142の端部の金属箔と側面スペーサ400との干渉が抑制され、電極体141及び142の端部の金属箔が損傷するのを抑制することができる。
突出部420は、正極集電体120の第一方向側に配置されており、正極集電体120の第一方向側の面を覆うように形成されている。また、突出部420aは、電極体141の正極側の端部141a及び141bの大部分を覆い、突出部420bは、電極体142の正極側の端部142a及び142bの大部分を覆うように形成されている。
また、突出部420a及び420bの下方の下端部414の両側方に形成された空間421a及び421bは、電極体141及び142を巻回することで広がった部分を逃がすための空間として活用される。つまり、当該広がった部分が空間421a及び421b内に入り込む。これにより、電極体141及び142の端部の金属箔と側面スペーサ400との干渉が抑制され、電極体141及び142の端部の金属箔が損傷するのを抑制することができる。
また、この空間421a及び421bは、電解液を電極体141及び142へ効率良く浸透させるための空間としても活用される。
嵌合部430は、正極集電体120の電極体接続部122a及び122dと嵌合する。具体的には、嵌合部430aの突起部431aは、正極集電体120の電極体接続部122aと対応する位置に、電極体接続部122aを第一方向に挟み込むように配置されている。また、嵌合部430bの突起部431bは、正極集電体120の電極体接続部122dと対応する位置に、電極体接続部122dを第一方向に挟み込むように配置されている。
つまり、突起部431a及び431bは、電極体接続部122a及び122dの第一方向マイナス側に配置され、突出部420a及び420bとで電極体接続部122a及び122dをそれぞれ挟み込む。
なお、突起部412a、412b、431a及び431bの形状は特に限定されないが、電極体141及び142を損傷させないように、X軸方向マイナス側の面が曲面で形成されているのが好ましい。
以上のように、本発明の実施の形態に係る蓄電素子10によれば、電極体141及び142の第一方向側に側面スペーサ400を備えている。そして、側面スペーサ400は、当該第一方向と交差する第二方向において、正極集電体120と容器100との間に挟まれるように配置され、正極集電体120を支持する支持部410を有している。
ここで、正極集電体120で電極体141及び142を吊り下げた場合には、振動や衝撃などによって正極集電体120に過大な負荷がかかると、正極集電体120が変形したり、正極集電体120と電極体141及び142との接続箇所が損傷したりしてしまう虞がある。
しかしながら、図10に示すように、蓄電素子10が有する正極集電体120は、支持部410で支持されているため、正極集電体120が振動や衝突時の衝撃などによって揺れるのを抑制することができる。図10は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子10が奏する効果を説明するための図である。
具体的には、同図に示すように、側面スペーサ400の支持部410は、第二方向(Z軸方向)において、正極集電体120と容器100との間に挟まれるように配置されているため、正極集電体120が電極体141及び142側に入り込むのを抑制することができる。つまり、支持部410が正極集電体120と容器100との間で突っ張るため、正極集電体120が斜めに傾いて下部がX軸方向マイナス側へ移動するのを抑制することができる。
このように、側面スペーサ400によって、正極集電体120が変形したり正極集電体120と電極体141及び142との接続箇所が損傷したりするのを抑制することができる。負極集電体130及び側面スペーサ500についても同様である。このため、蓄電素子10によれば、電極体を集電体で吊り下げる構成において、耐振動性または耐衝撃性を向上させることができる。
また、支持部410は、2つの電極体141及び142の間に配置されるため、電極体141及び142の端部の金属箔を損傷させることなく、容易に支持部410を配置することができる。
また、正極集電体120は、2つの電極体141及び142を跨ぐ位置に凹部123aを有しており、凹部123aに支持部410の先端部が挿入されて支持部410が配置されるため、さらに容易に支持部410を配置することができる。
また、支持部410には開口部411a〜411cが形成されているため、電解液注入時に開口部411a〜411cから電解液が入り込むことができ、当該電解液を電極体141及び142へ効率良く浸透させることができる。
また、電極を積層して電極体141及び142を形成すると、電極体141及び142の端部において、厚みが広がる箇所が出てくる。つまり、正極集電体120の電極体接続部122に固定されていない電極体141及び142の端部が広がりやすくなる。このため、この広がった箇所を逃がさないと、電極体141及び142の端部の金属箔と側面スペーサ400とが干渉して、電極体141及び142の端部の金属箔が損傷してしまう虞がある。したがって、支持部410を、端部の方が中央部よりも幅が狭くなるように形成することで、支持部410の幅が狭い端部によって、電極体141及び142の広がった箇所を逃がす空間を形成することができるため、電極体141及び142の端部の金属箔が損傷するのを抑制し、容易に支持部410を配置することができる。
また、側面スペーサ400は、電極体141及び142とは反対側(短側面側)に突出部420を有している。このため、突出部420によって、側面スペーサ400が電極体141及び142側へ移動して電極体141及び142を損傷させたりするのを抑制することができる。
また、突出部420は、絶縁性を有し、正極集電体120の第一方向側の面、つまり容器100の内面と対向する面を覆うように形成されている。つまり、突出部420は、正極集電体120と容器100との間に配置される絶縁板の役割も兼用している。このため、正極集電体120と容器100との間に絶縁板を設ける必要が無く、簡易な構成で蓄電素子10を構成することができる。
また、突出部420は、支持部410よりも長さが短くなるように形成されているため、この突出部420の長さを短くすることによって形成された空間に、電極体141及び142の積層によって厚みが広がった箇所を逃がすことができる。また、電解液注入時に、この突出部420の長さを短くすることによって形成された空間から電解液が入り込むことができるため、当該電解液を電極体141及び142へ効率良く浸透させることができる。
また、側面スペーサ400は、正極集電体120の電極体接続部と嵌合する嵌合部を有しているため、側面スペーサ400で電極体接続部を支持することができる。これにより、正極集電体120が、振動や衝突時の衝撃などによって折れ曲がるような変形を抑制することができるため、蓄電素子10の耐振動性または耐衝撃性を向上させることができる。
なお、正極集電体120及び側面スペーサ400と、負極集電体130及び側面スペーサ500とは、同様の構成を有するため、負極集電体130及び側面スペーサ500についても、上記の正極集電体120及び側面スペーサ400についての効果と同様の効果を奏する。
(変形例1)
次に、上記実施の形態の変形例1について、説明する。図11及び図12は、本発明の実施の形態の変形例1に係る側面スペーサ600の構成を示す斜視図である。なお、図11は、上記実施の形態における図5に対応した図であり、図12は、上記実施の形態における図6に対応した図である。
これらの図に示すように、側面スペーサ600は、支持部610と、突出部620(突出部620a及び620b)とを有している。つまり、側面スペーサ600は、上記実施の形態における側面スペーサ400が有する嵌合部430を有していない。また、支持部610は、側面部611と、中央部612と、上端部613と、下端部614とを有している。
側面部611は、上記実施の形態における側面部411と同様に、第一方向に貫通した開口部611a〜611cが形成されているが、上記実施の形態における側面部411と異なり、支持部610の第一方向(X軸方向)マイナス側に配置されている。
また、中央部612は、上記実施の形態における中央部412と異なり、突起部412a及び412bを有していない。また、中央部612と下端部614とは、同じ幅(Y軸方向の幅)になるように形成されている。つまり、中央部612のY軸方向の幅は、下端部614のY軸方向の幅と同様に、電極体接続部122b及び122cの対向面間の幅よりも狭くなるように形成されている。
なお、その他の構成については、上記実施の形態における側面スペーサ400と同様の構成を有するため、説明な説明は省略する。
以上のように、本発明の実施の形態の変形例1に係る蓄電素子によれば、耐振動性または耐衝撃性を向上させることができるなど、上記実施の形態における嵌合部を有することによる効果以外の効果と同様の効果を奏することができる。また、負極側の側面スペーサについても、同様の構成にすることができる。
(変形例2)
次に、上記実施の形態の変形例2について、説明する。図13及び図14は、本発明の実施の形態の変形例2に係る側面スペーサ700の構成を示す斜視図である。なお、図13は、上記実施の形態における図5に対応した図であり、図14は、上記実施の形態における図6に対応した図である。
これらの図に示すように、側面スペーサ700は、支持部710と、突出部720(突出部720a〜720d)とを有している。つまり、側面スペーサ700は、上記変形例1における側面スペーサ600が有する突出部620に代えて、突出部720を有している。つまり、突出部720は、正極集電体120の第一方向側の面を覆っていない。
具体的には、突出部720aは、支持部710の第一方向プラス側の端部の上部から、第三方向(Y軸方向)マイナス側に突出した矩形状かつ平板状の部位である。突出部720bは、支持部710の第一方向プラス側の端部の上部から、第三方向プラス側に突出した矩形状かつ平板状の部位である。突出部720cは、支持部710の第一方向プラス側の端部の下部から、第三方向マイナス側に突出した矩形状かつ平板状の部位である。突出部720dは、支持部710の第一方向プラス側の端部の下部から、第三方向プラス側に突出した矩形状かつ平板状の部位である。
また、支持部710は、上記変形例1における側面スペーサ600が有する支持部610と同様に、第一方向に貫通した開口部711a〜711cが形成された側面部711と、中央部712と、上端部713と、下端部714とを有している。また、その他の構成についても、上記変形例1における側面スペーサ600と同様の構成を有するため、詳細な説明は省略する。
以上のように、本発明の実施の形態の変形例2に係る蓄電素子によれば、耐振動性または耐衝撃性を向上させることができるなど、上記変形例1における正極集電体120の第一方向側の面を覆っていることによる効果以外の効果と同様の効果を奏することができる。また、負極側の側面スペーサについても、同様の構成にすることができる。なお、本変形例においては、側面スペーサと容器100との間に、絶縁板等の絶縁部材を設けることが好ましい。
(変形例3)
次に、上記実施の形態の変形例3について、説明する。図15及び図16は、本発明の実施の形態の変形例3に係る側面スペーサ800の構成を示す斜視図である。なお、図15は、上記実施の形態における図5に対応した図であり、図16は、上記実施の形態における図6に対応した図である。
これらの図に示すように、側面スペーサ800は、上記変形例2における側面スペーサ700が有する突出部720を有していない。つまり、側面スペーサ800は、側面部811と、中央部812と、上端部813と、下端部814とを有している。
また、側面スペーサ800は、突出部720を有していないため、注液性がよく、上記変形例2における側面スペーサ700の支持部710が有する開口部711a〜711cが形成されていないが、側面スペーサ800にも、電解液の注液性を更に良くするための開口部711a〜711cが形成されていてもよい。
以上のように、本発明の実施の形態の変形例3に係る蓄電素子によれば、耐振動性または耐衝撃性を向上させることができるなど、上記変形例2における突出部720を有していることによる効果以外の効果と同様の効果を奏することができる。また、負極側の側面スペーサについても、同様の構成にすることができる。なお、本変形例においても、側面スペーサと容器100との間に、絶縁板を設けることが好ましい。
以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係る蓄電素子について説明したが、本発明は、上記実施の形態及びその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その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。本発明の範囲は上記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。
例えば、上記実施の形態及びその変形例では、支持部は、内方に空間が形成された凹形状の部位であることとしたが、支持部は、内方に空間が形成されていない中実の部位であってもかまわない。
また、上記実施の形態では、嵌合部は突起部によって、電極体接続部を挟み込んでいることとした。しかし、嵌合部を電極体接続部に嵌合する構成は、上記の構成に限定されず、電極体接続部の凹部に突起部を嵌め込む構成や、電極体接続部の先端部を抱え込む構成などどのような構成であってもかまわない。
また、上記実施の形態及びその変形例では、蓄電素子は2つの電極体141及び142を備えていることとした。しかし、蓄電素子は1つの電極体しか備えておらず、支持部は当該1つの電極体の側方に配置される構成でもかまわない。また、蓄電素子は3つ以上の電極体を備えており、当該3つ以上の電極体のうちのいずれか2つの電極体間に1つの支持部が配置される、または2つ以上の支持部が配置される構成でもかまわない。
また、上記実施の形態及びその変形例では、集電体の凹部に支持部の先端部が挿入されることとした。しかし、集電体には凹部は形成されておらず、集電体が支持部に載置される構成でもかまわない。
また、上記実施の形態及びその変形例では、集電体と電極端子とはリベット部によるかしめによって接続されていることとしたが、接続方法はかしめには限定されず、どのような方法によって接続されていてもよい。
また、上記実施の形態及びその変形例では、集電体の2つの電極体接続部が1つの電極体に接続されることとしたが、1つの電極体に接続される電極体接続部の数は限定されず、1つであってもよいし、3つ以上であってもかまわない。
また、上記実施の形態及びその変形例では、第二方向はZ軸方向であることとしたが、第二方向は第一方向(X軸方向)と交差する方向であればよく、Z軸方向から少し傾いた方向であってもかまわない。また、第三方向はY軸方向であることとしたが、第三方向は第一方向及び第二方向と交差する方向であればよく、Y軸方向から少し傾いた方向であってもかまわない。
また、上記実施の形態及びその変形例では、負極集電体及び側面スペーサは、正極集電体及び側面スペーサと同様の構成を有していることとしたが、上記の構成を有するのは正極集電体及び側面スペーサのみであってもよい。または、負極集電体及び側面スペーサのみが上記の構成を有することにしてもかまわない。
また、上記実施の形態及び上記変形例を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。また、本発明は、上記のような蓄電素子として実現することができるだけでなく、蓄電素子が備える側面スペーサとしても実現することができる。