JP2020017449A - 蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】水滴等による外的要因が介在することによって、拘束部材を介した外部短絡が発生することを防止できる。【解決手段】蓄電装置1は、蓄電セル11、正極終端電極18、及び負極終端電極19からなる蓄電セル11と、正極集電板12と、負極集電板13とを含むセルスタック2を、一方向における両側から荷重を付加した状態で拘束する一対の拘束部材5,6と、を備える。セルスタック2としての方向Xにおける両端として、電極体21の一方の面にのみ活物質が塗工された終端電極が配置されている。蓄電装置1は、方向Xにおけるセルスタックの両端が、正極層22となる活物質が塗工された正極終端電極18,18が配置されるか、又は負極層23となる活物質が塗工された負極終端電極19,19となるように、蓄電セル11が配列されている。【選択図】図5
Description
本発明は、蓄電装置に関する。
蓄電装置の一種として、全固体電池が挙げられる。下記特許文献1には、複数の積層電池が正極集電箔及び負極集電箔を介して積み重ねられている態様が開示されている。これらの複数の積層電池、正極集電箔及び負極集電箔からなる積層体は、電気絶縁端板によって挟持された状態で、モールド樹脂によって封止されている。
上記従来の蓄電装置のような蓄電装置に対して、積層体を一方向における両側から荷重を付加した状態で拘束する拘束部材によって積層体の全てが一体化された蓄電装置が知られている。この蓄電装置では、拘束部材と積層体との間に絶縁部材を配置することによって拘束部材を介した外部短絡の防止が図られている。しかしながら、この構成であっても、例えば、水滴等、意図しない外的要因によって拘束部材を介した外部短絡が発生するおそれがある。
そこで、本発明の目的は、水滴等による外的要因が介在することによって、拘束部材を介した外部短絡が発生することを防止できる蓄電装置を提供することにある。
本発明の蓄電装置は、電極体の少なくとも一方の面に活物質が塗工された電極がセパレータを介して一方向に積層された電極群を含む積層体と、電極体の縁を保持すると共に積層体の側面を封止する保持部と、を有する蓄電セルと、一方向において少なくとも蓄電セルの一方の端部に接触するように配置され、蓄電セルと電気的に接続される集電板と、複数の蓄電セルと、複数の蓄電セルのそれぞれに接触して配置される集電板とが一方向に配列されてなる配列体を、一方向における両側から荷重を付加した状態で拘束すると共に、配列体を収容する筐体に固定する一対の拘束部材と、を備え、積層体には、一方向における電極群の両端として配置されると共に、電極体の一方の面にのみ活物質が塗工された終端電極が含まれており、一方向における配列体の両端が、正極層となる活物質が塗工された終端電極が配置されるか、又は負極層となる活物質が塗工された終端電極となるように、蓄電セルが配列されている。
この構成の蓄電装置では、一方向における配列体の両端に、正極となる終端電極が配置されるか、又は負極となる終端電極が配置されるように、蓄電セルが配列されている。すなわち、配列体の両端の極性が同じとなるように、蓄電セルが配置されている。これにより、例えば、水滴等が介在することによって、配列体の一方から拘束部材を介して短絡する状態になったとしても、他方の拘束部材に隣接する蓄電セルの極性は、一方の拘束部材に隣接する蓄電セルの極性と同一であるので、配列体の一方の端部、一方の拘束部材、拘束部材が固定された筐体、他方の拘束部材、配列体の他方の端部という経路で、外部短絡が発生することはない。この結果、水滴等による外的要因が介在することによって、拘束部材を介した外部短絡が発生することを防止できる。
本発明の蓄電装置では、一方向における配列体の両端が、負極層となる活物質が塗工された終端電極となるように、蓄電セルが配列されていてもよい。すなわち、本発明の蓄電装置は、配列体の両端の極性が負極である。この蓄電装置では、配列体の両端の極性を正極とする場合と比べて、電位を低くすることができる。これにより、より安全に外部短絡を防止することができる。
本発明の蓄電装置では、一方向において配列体の両端として配置される集電板のそれぞれは、一対の拘束部材のそれぞれに接触して配置されていてもよい。すなわち、一方向において配列体の両端として配置される集電板のそれぞれと拘束部材との間には、絶縁部材等が配置される等の絶縁処理がなされていない。これにより、一方向におけるサイズを小さくすることが可能になると共に部品点数を削減することができる。
本発明の蓄電装置では、集電板は、蓄電セルにおいて正極層となる活物質が塗工された終端電極に接触して配置される正極集電板と、蓄電セルにおいて負極層となる活物質が塗工された終端電極に接触して配置される負極集電板と、を有し、正極集電板及び負極集電板のそれぞれは、一方向において積層体に接触する本体部と、一方向に交差する方向において蓄電セルから突出する突出部と、を有し、正極集電板の突出部と負極集電板の突出部とは、一方向に交差する方向において、蓄電セルから互いに反対方向に突出していてもよい。この構成の蓄電装置では、正極集電板及び負極集電板のそれぞれは、一方向に交差する方向において蓄電セルから突出する突出部が形成されているので、蓄電セルから電流を取り出すことが容易となる。また、一方向に交差する方向において突出部が同方向に突出している場合と比べて、突出部のサイズを大きく確保できるので、蓄電セルから電流を取り出す場合の電気抵抗を小さくすることができる。
本発明の蓄電装置では、筐体は、一方向に交差する方向の一方側に配置されており、負極集電板は、蓄電セルから筐体が配置されている方向に突出していてもよい。この構成では、正極集電板を筐体側に突出させる構成と比べて、より安全に外部短絡を防止することができる。
本発明の蓄電装置では、一対の拘束部材のそれぞれは、金属材料から形成されていてもよい。この構成では、拘束部材を介した短絡がより発生し易い構成であっても、水滴等による外的要因が介在することによって、拘束部材を介した外部短絡が発生することを防止できる。
本発明によれば、水滴等による外的要因が介在することによって、拘束部材を介した外部短絡が発生することを防止できる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
[第一実施形態]
図1に示される蓄電装置1は、例えば、フォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の各種車両のバッテリとして用いられる蓄電モジュールである。蓄電装置1は、セルスタック(配列体)2と、セルスタック2に電気的に接続される接続部材3,4と、セルスタック2を拘束する一対の拘束部材5,6と、セルスタック2と拘束部材5との間に配置される絶縁緩衝部材7と、セルスタック2と拘束部材6との間に配置される絶縁緩衝部材8と、セルスタック2の一部を覆うカバー部材9とを備える。以下では、拘束部材5,6がセルスタック2を拘束する方向を図1に示される方向X(一方向)とし、水平方向において方向Xと交差もしくは直交する方向を方向Yとし、方向X及び方向Yと交差もしくは直交する方向を方向Z(一方向に交差する方向)とする。
図1に示される蓄電装置1は、例えば、フォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の各種車両のバッテリとして用いられる蓄電モジュールである。蓄電装置1は、セルスタック(配列体)2と、セルスタック2に電気的に接続される接続部材3,4と、セルスタック2を拘束する一対の拘束部材5,6と、セルスタック2と拘束部材5との間に配置される絶縁緩衝部材7と、セルスタック2と拘束部材6との間に配置される絶縁緩衝部材8と、セルスタック2の一部を覆うカバー部材9とを備える。以下では、拘束部材5,6がセルスタック2を拘束する方向を図1に示される方向X(一方向)とし、水平方向において方向Xと交差もしくは直交する方向を方向Yとし、方向X及び方向Yと交差もしくは直交する方向を方向Z(一方向に交差する方向)とする。
セルスタック2は、方向Xに沿って配列される複数の蓄電セル11を有する。すなわち、セルスタック2は、複数の蓄電セル11の集合体である。セルスタック2は、例えば、89個以上111個以下の蓄電セル11を含む。蓄電セル11の構成の詳細については、後述する。また、セルスタック2は、図1では示されていないが、複数の正極集電板(集電板)12及び負極集電板(集電板)13も有する。正極集電板12及び負極集電板13の詳細についても、後述する。
接続部材3は、蓄電装置1の正極として機能する導電部材(バスバー)であり、略平板形状を呈している。接続部材3は、方向Yにおけるセルスタック2の一端側に設けられている。接続部材3は、例えば、金属板又は合金板である。金属板は、例えば、銅板、アルミニウム板、チタン板、もしくはニッケル板である。合金板は、例えば、ステンレス鋼板(SUS301、SUS304等)、もしくは上記金属の合金板である。
接続部材3は、方向Xに沿って延在すると共に方向Zにおいてセルスタック2及び絶縁緩衝部材7に重なる主板部3aと、主板部3aにおける拘束部材5側の一端から方向Xに沿って突出する突出板部3bとを有する。接続部材3の主板部3aは、セルスタック2内に含まれる複数の蓄電セル11の各正極端子に電気的に接続されている。接続部材3の突出板部3bは、主板部3aに連続して設けられている。方向Xに沿った突出板部3bの端は、拘束部材5よりも外側に位置する。接続部材3は、拘束部材5,6と離間している。
接続部材4は、蓄電装置1の負極として機能する導電部材(バスバー)であり、略平板形状を呈している。接続部材4は、方向Yにおけるセルスタック2の他端側、かつ方向Zにおけるセルスタック2の一端側に設けられている。すなわち、接続部材4は、方向Zにおいて、接続部材3とセルスタック2を挟んだ反対側に配置されている。接続部材4は、接続部材3と同様に、例えば、金属板又は合金板である。接続部材4は、接続部材3と同一の金属板又は合金板であってもよいし、異なる金属板又は合金板であってもよい。
接続部材4は、方向Xに沿って延在すると共に方向Zにおいてセルスタック2及び絶縁緩衝部材8に重なる主板部4aと、主板部4aにおける拘束部材6側の一端から方向Xに沿って突出する突出板部4bとを有する。突出板部4bは、方向Xにおいて接続部材3の突出板部3bと反対側に設けられている。接続部材4の主板部4aは、セルスタック2内に含まれる複数の蓄電セル11の各負極端子に電気的に接続されている。接続部材4の突出板部4bは、主板部4aに連続して設けられている。方向Xに沿った突出板部4bの端は、拘束部材6よりも外側に位置する。接続部材4は、接続部材3と同様に拘束部材5,6と離間している。
拘束部材5,6のそれぞれは、セルスタック2に対して方向Xに沿った拘束力(荷重)を付加する部材であり、略L字板形状を呈するエンドプレートである。拘束部材5,6のそれぞれは、導電性の金属材料(例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、又はステンレス鋼等の合金)から形成されている。拘束部材5は、方向Xにおけるセルスタック2の一端側に配置されており、セルスタック2に対して荷重を付加する主部5aと、方向Zにおける主部5aの一端から方向Xに沿って延在する延在部5bとを有する。延在部5bは、セルスタック2から離れるように延在している。
拘束部材6は、方向Xにおけるセルスタック2の他端側に配置されており、セルスタック2に対して荷重を付加する主部6aと、方向Zにおける主部6aの一端から方向Xに沿って延在する延在部6bとを有する。延在部6bは、拘束部材5の延在部5bと同様に、セルスタック2から離れるように延在している。
拘束部材5,6のそれぞれは、例えば、金属製又は合金製の板材である。拘束部材5,6は、例えば、締結部材(例えば、ボルト及びナット)等を用いた連結部材を介して互いに連結されてもよい。この場合、拘束部材5,6のそれぞれには、方向Xに沿って延在するボルト等の連結部材が挿通される貫通孔等が設けられてもよい。拘束部材5,6のそれぞれは、蓄電装置1を収容するケース(筐体)10(図5参照)又は図示しない機台等に固定されている。この場合、拘束部材5,6のそれぞれには、ケース10等に締結部材を介して固定されてもよいし、溶接によって固定されてもよい。
拘束部材5,6のうち、一方の拘束部材5には、接続部材4を方向Xに沿って貫通させるための開口部5cが設けられている。これにより、接続部材4は、拘束部材5には直接接触しない状態で、方向Xに沿って拘束部材5から突出するようになっている。
図1及び図5に示される絶縁緩衝部材7,8のそれぞれは、蓄電セル11の膨張を吸収するための絶縁部材であり、略直方体形状を呈している。絶縁緩衝部材7は、方向Xにおいてセルスタック2と拘束部材5との間に配置されている。絶縁緩衝部材7は、後段にて詳述する積層体14の正極端子に接触する負極集電板13に接触する。絶縁緩衝部材8は、方向Xにおいてセルスタック2と拘束部材6との間に配置されている。絶縁緩衝部材8は、後段にて詳述する積層体14の負極端子に接触する負極集電板13に接触する。すなわち、第一実施形態では、方向Xにおけるセルスタック2の両端に、負極層23となる活物質が塗工された負極終端電極19,19が配置されるように、蓄電セル11が配列されている。絶縁緩衝部材7,8のそれぞれにおいて接続部材3,4に対向する端面は、セルスタック2において接続部材3,4に対向する端面に対して揃ってもよい。すなわち、上記端面同士は、面一になっていてもよい。
絶縁緩衝部材7,8のそれぞれを形成する材料の例には、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)、ナイロン66(PA66)が含まれる。絶縁緩衝部材7,8の少なくとも一つは、弾性を示してもよい。絶縁緩衝部材7,8の方向Xに沿った長さは、例えば、1mm以上10mm以下である。
カバー部材9は、蓄電セル11の方向Zにおける移動を規制するための部材であり、略逆U字板形状を呈している。カバー部材9は、方向Yにおいて接続部材3,4の間に設けられており、且つ、接続部材3,4と離間している。カバー部材9は、方向Xに沿って延在するカバー部9aと、方向Xにおけるカバー部9aの一端から方向Zに沿って延在する第1取付部9bと、方向Xにおけるカバー部9aの他端から方向Zに沿って延在する第2取付部9cとを有する。第1取付部9bは、締結部材E等を介して拘束部材5に固定されている。第2取付部9cは、第1取付部9bと同様に、締結部材等を介して拘束部材6に固定されている。このため、カバー部材9は、拘束部材5,6を連結するための連結部材として機能する。カバー部材9は、例えば、金属板又は合金板である。
次に、図2〜図4を参照しながら、セルスタック2に含まれる蓄電セル11と正極集電板12と負極集電板13との詳細について説明する。まず、蓄電セル11の構成の詳細について説明する。
図2に示されるように、蓄電セル11は、略直方体形状を呈する単電池である。蓄電セル11においては、方向Xに沿った辺が最も短く、方向Yに沿った辺が最も長くなっている。蓄電セル11は、例えば、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池である。蓄電セル11は、電気二重層キャパシタでもよい。蓄電セル11は、全固体電池でもよい。
第一実施形態の蓄電セル11は、バイポーラ型のリチウムイオン二次電池である。蓄電セル11は、方向Xにおいて正極集電板12と負極集電板13とによって挟まれており、正極集電板12を介して接続部材3に電気的に接続されると共に、負極集電板13を介して接続部材4に電気的に接続される。
蓄電セル11は、積層体14と、保持部15と、を備える。積層体14は、複数のバイポーラ電極(電極)16と複数のセパレータ17とを含む電極群114と、正極終端電極(終端電極)18と、負極終端電極(終端電極)19と、を有する。複数のバイポーラ電極16と、複数のセパレータ17とは、方向Xに沿って交互に配置されている。
複数のバイポーラ電極16のそれぞれは、電極体21と、正極層22と、負極層23とを備える。電極体21は、方向Xに交差する一対の主面21a,21bを有する。電極体21の主面(一方の面)21a上には正極層22が設けられ、電極体21の主面(他方の面)21b上には負極層23が設けられる。このため、電極体21は、方向Xに沿って正極層22と負極層23とによって挟まれている。
電極体21は、シート状の導電部材であり、略矩形状を呈している。電極体21は、例えば、金属箔又は合金箔である。金属箔は、例えば、銅箔、アルミニウム箔、チタン箔、もしくはニッケル箔である。電極体21が金属箔である場合、機械的強度を確保する観点から、当該金属箔はアルミニウム箔であってもよい。合金箔は、例えば、ステンレス鋼箔(SUS301、SUS304等)、もしくは上記金属の合金箔である。電極体21が合金箔である場合、もしくは電極体21がアルミニウム箔以外の金属箔である場合、電極体21の表面にはアルミニウムが被覆されていてもよい。電極体21の厚みは、例えば、5μm以上20μm以下である。
正極層22は、正極活物質と電解質とを含む層状部材であり、略矩形状を呈している。第一実施形態の正極活物質は、例えば、複合酸化物、金属リチウム、及び硫黄等である。複合酸化物の組成には、例えば、マンガン、チタン、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。電解質は、例えば、固体電解質、固体高分子電解質、もしくはゲル状電解質である。固体電解質は、ジルコニア、もしくはβアルミナを含む。固体高分子電解質は、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)等のアルキレンオキシド系高分子化合物、もしくはこれらの共重合体を含む。加えて、正極層22が固体高分子電解質を含む場合、正極層22は、例えば、イオン伝導性を高めるための支持塩、電子伝導性を高めるための導電助剤、粘度調整溶媒、重合開始剤の少なくともいずれかを含む。
支持塩は、アルキレンオキシド系高分子化合物に容易に溶解可能な観点から、例えばリチウム塩である。リチウム塩は、例えば、LiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、もしくはこれらの混合物である。導電助剤は、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等である。粘度調整溶媒は、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等である。重合開始剤は、例えば、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)等である。ゲル状電解質は、流動性を完全にもしくはほぼ完全に示さない。例えば、20℃におけるゲル状電解質の粘度は、0.1Pa・S以上である。
負極層23は、負極活物質と電解質とを含む層状部材であり、略矩形状を呈している。第一実施形態の負極活物質は、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、リチウムと合金化可能な元素もしくはその化合物、ホウ素添加炭素などである。リチウムと合金化可能な元素の例としては、シリコン(ケイ素)及びスズが挙げられる。負極層23の電解質としては、正極層22に含まれる電解質と同様のものが用いられる。
正極終端電極18は、積層体14の方向Xにおける一方の端部に設けられている。正極終端電極18は、電極体21の一方の主面21aにのみ上記の正極層(活物質)22が塗工されて形成された電極である。すなわち、方向Xにおいて積層体14の一端(図5における紙面右側)に配置される電極体21の主面21b上には、負極層23が配置されていない。このため、当該電極体21は、積層体14における正極端子に相当し、主面21bは、積層体14の主面14aに相当する。
負極終端電極19は、積層体14の方向Xにおける他方の端部に設けられている。負極終端電極19も、正極終端電極18と同様に、電極体21の一方の主面21bにのみ負極層(活物質)23が塗工されて形成された電極である。すなわち、方向Xにおいて積層体14の他端(図5における紙面左側)に配置される電極体21の主面21a上には、正極層22が配置されていない。このため、当該電極体21は、積層体14における負極端子に相当し、主面21aは、積層体14の主面14bに相当する。
セパレータ17は、隣り合うバイポーラ電極16,16の間、バイポーラ電極16と正極終端電極18との間、及びバイポーラ電極16と負極終端電極19との間のそれぞれを隔てる層状部材であり、略矩形状を呈している。セパレータ17は、隣り合うバイポーラ電極16,16の間、バイポーラ電極16と正極終端電極18との間、及びバイポーラ電極16と負極終端電極19との間の短絡を防止する部材である。セパレータ17は、正極層22及び負極層23に含まれる電解質によって構成されている。セパレータ17が固体電解質によって構成される場合、セパレータ17は、略矩形板形状を呈してもよい。セパレータ17の厚みは、例えば、1μm以上10μm以下である。
保持部15は、積層体14に含まれる複数のバイポーラ電極16、複数のセパレータ17、正極終端電極18、及び負極終端電極19を保持する部材であり、絶縁性を有している。積層体14は、方向Xに交差する一対の主面14a,14b及び主面14a,14bをつなぐ外周面14cを有する。保持部15は、積層体14の外周面14c上に設けられる。保持部15は、積層体14の外周面14cを封止するように略矩形枠形状を呈する封止部材、及び、積層体14内のバイポーラ電極16同士の短絡を防止する短絡防止部材としても機能し得る。
保持部15は、積層体14の外周面14cと接触する内周面15aと、内周面15aの反対側に位置する外周面15bと、方向Xに交差する側面15cとを有する。側面15cは、積層体14の主面14a,14bに対して略平行に設けられる。第一実施形態では、方向Xにおける一端(図2における紙面右側)に位置する側面15cは、主面14aと面一になっており、方向Xにおける他端(図2における紙面右側)に位置する側面15cは、主面14bと面一になっている。
保持部15を形成する材料の例には、耐熱性を示す樹脂部材等が含まれる。耐熱性を示す樹脂部材の例には、ポリイミド、PP、PPS、及びPA66等が含まれる。保持部15の厚みは、例えば、1mm以上10mm以下である。保持部15の厚みは、方向Yもしくは方向Zに沿った内周面15aと外周面15bとの距離に相当する。
次に、正極集電板12及び負極集電板13の構成について説明する。なお、図3及び図4に示される正極集電板12及び負極集電板13は、セルスタック2に配置する前の状態である。正極集電板12及び負極集電板13のそれぞれに対しては、セルスタック2に配置される前に、屈曲加工等が施される。屈曲加工等が実施された正極集電板12及び負極集電板13についての詳細は、後述する。
図2〜図4に示されるように、正極集電板12は、積層体14に接触する導電部材であり、板形状を呈している。正極集電板12は、方向Xに沿って蓄電セル11に隣接している。すなわち、正極集電板12は、正極終端電極18の電極体21に接触するように配置される。正極集電板12は、正極端子として機能する電極体21に接触する本体部12aと、方向Zに沿って本体部12aの縁12bの一部から突出する突出部12cとを有する。本体部12aは、方向Xにおいてバイポーラ電極16及びセパレータ17に重なる部分であり、略矩形状を呈している。正極集電板12の厚みは、例えば、50μmである。
負極集電板13は、積層体14に接触する導電部材であり、板形状を呈している。負極集電板13は、正極集電板12と同様に方向Xに沿って蓄電セル11に隣接している。すなわち、負極集電板13は、負極終端電極19の電極体21に接触するように配置される。負極集電板13は、負極端子として機能する電極体21に接触する本体部13aと、方向Zに沿って本体部13aの縁13bの一部から突出する突出部13cとを有する。本体部13aは、方向Xにおいてバイポーラ電極16及びセパレータ17に重なる部分であり、略矩形状を呈している。負極集電板13の厚みは、例えば、50μmである。
上述したように第一実施形態では、正極集電板12は、各蓄電セル11の正極端子にそれぞれ接触する。負極集電板13は、各蓄電セル11の負極端子にそれぞれ接触する。このため第一実施形態では、セルスタック2内の複数の蓄電セル11は、正極集電板12及び負極集電板13を介して並列接続されている。図5に示されるように、セルスタック2内では、複数の蓄電セル11と複数の集電板とが方向Xに沿って交互に配列されている。より具体的には、蓄電セル11、正極集電板12、蓄電セル11、負極集電板13の順に配置されたグループが方向Xに沿って連続して並ぶことによって、セルスタック2が構成されている。なお、図5に示される「正」及び「負」の文字は、積層体14の端部に配置される終端電極が正極であるか負極であるかを示している。
方向X又は方向Yから見たとき、正極集電板12の突出部12c及び負極集電板13の突出部13cは、方向Zにおいて反対方向に突出している。また、正極集電板12の突出部12c及び負極集電板13の突出部13cは、正極集電板12及び負極集電板13のY方向における一部が方向Zに沿って突出するのではなく、Y方向における全部が突出している。なお、突出部12c,13cの突出量は、少なくとも保持部15の厚みよりも大きくなっている。
図5に示されるように、方向Xにおいて最も外側に位置する蓄電セル11に接触する負極集電板13は、当該蓄電セル11と絶縁緩衝部材7との間、及び当該蓄電セル11と絶縁緩衝部材8との間に配置されており、且つ、当該負極集電板13の本体部13aは、絶縁緩衝部材7の主面7a、又は絶縁緩衝部材8の主面8aと接触している。以下では、方向Xにおいて最も外側に位置する一対の負極集電板13を最外負極集電板113と呼称する。なお、絶縁緩衝部材7は、方向Xに交差すると共に本体部13aに接触する主面7aと、主面7aの縁から方向Xに沿って延在する外周面7bとを有し、絶縁緩衝部材8は、方向Xに交差すると共に本体部13aに接触する主面8aと、主面8aの縁から方向Xに沿って延在する外周面8bと、を有する。
セルスタック2内の各負極集電板13の突出部13cには、屈曲加工が施されている。最外負極集電板113を含む負極集電板13の突出部13cは、保持部15の外周面15bに沿うように折り曲げられている。最外負極集電板113を含む負極集電板13の突出部13cは、保持部15の外周面15bと、接続部材4との両方に密着している。溶接部W1は、負極集電板13と接続部材4とを接合する部分であり、突出部13cと接続部材4とが接触している箇所に設けられる。溶接部W1は、例えば、レーザ溶接等によって形成される。
セルスタック2内の各正極集電板12の突出部12cには、屈曲加工が施されている。正極集電板12の突出部12cは、保持部15の外周面15bに沿うように折り曲げられている。正極集電板12の突出部13cは、保持部15の外周面15bに沿うように折り曲げられている。正極集電板12の突出部12cの全体は、保持部15の外周面15bと、接続部材3との両方に密着している。溶接部W3は、正極集電板12と接続部材3とを接合する部分であり、突出部12cと接続部材3とが接触している箇所に設けられる。溶接部W3は、例えば、レーザ溶接等によって形成される。
接続部材3は、方向Xにおいて拘束部材6の外側にまで延びている。絶縁部材41は、方向Zにおいて、接続部材3と拘束部材6との間に配置されている。同様に、接続部材4は、方向Xにおいて拘束部材5の外側にまで延びている。上述したとおり、接続部材4は、拘束部材5の開口部5cを介して、方向Xにおいて拘束部材5の外側にまで延びている。方向Y及び方向Zにおいて、拘束部材5の開口部5cの縁部と接続部材4との間には絶縁部材41が配置されている。絶縁部材41を形成する材料の例には、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)、ナイロン66(PA66)が含まれる。
上記第一実施形態の蓄電装置1における作用効果について説明する。図5に示されるように、上記第一実施形態の蓄電装置1では、方向Xにおけるセルスタック2の両端が負極終端電極19,19となるように、蓄電セル11が配列されている。すなわち、セルスタック2の両端の極性が同じとなるように、蓄電セル11が配置されている。これにより、例えば、水滴等が介在することによって、セルスタック2の一方から一方の拘束部材5を介して短絡する状態になったとしても、他方の拘束部材6に隣接する蓄電セル11の極性は、一方の拘束部材5に隣接する蓄電セル11の極性と同一であるので、セルスタック2の一方の端部、一方の拘束部材5、拘束部材5,6が固定されたケース10、他方の拘束部材6、セルスタック2の他方の端部という経路で、外部短絡が発生することはない。この結果、水滴等による外的要因が介在することによって、拘束部材5,6を介した外部短絡が発生することを防止できる。
上記第一実施形態では、方向Xにおけるセルスタック2の両端が負極終端電極19となるように蓄電セル11が配列されている。すなわち、上記第一実施形態では、セルスタック2の両端の極性が負極である。これにより、セルスタック2の両端の極性を正極とする場合と比べて、電位を低くすることができる。これにより、より安全に外部短絡を防止することができる。
上記第一実施形態では、正極集電板12の突出部12cと負極集電板13の突出部13cとは、方向Zにおいて、蓄電セル11から互いに反対方向に突出している。これにより、正極集電板12及び負極集電板13のそれぞれは、方向Zに交差する方向において蓄電セル11から突出する突出部12c,13cが形成されているので、蓄電セル11から電流を取り出すことが容易となる。また、上記第一実施形態では、方向Zにおいて突出部12c,13cが同方向に突出している場合と比べて、突出部12c,13cの方向Yにおけるサイズを大きく確保できるので、蓄電セル11から電流を取り出す場合の電気抵抗を小さくすることができる。
上記第一実施形態では、負極集電板13は、方向Zにおいて蓄電セル11からケース10が配置されている側に突出し、負極集電板13に接続される接続部材4は、方向Zにおいてケース10とセルスタック2との間に配置されている。この構成では、正極集電板12をケース10側に突出させる構成と比べて、より安全に外部短絡を防止することができる。
上記第一実施形態では、一対の拘束部材5,6のそれぞれは、金属材料から形成されている。これにより、拘束部材5,6を介した短絡がより発生し易い構成であっても、水滴等による外的要因が介在することによって、拘束部材5,6を介した外部短絡が発生することを防止できる。
上記第一実施形態では、方向Xにおけるセルスタック2の両端が負極終端電極19,19となるように、蓄電セル11が配列されている構成に代えて、方向Xにおけるセルスタック2の両端が正極終端電極18,18となるように、蓄電セル11が配列されてもよい。
上記第一実施形態では、図5に示されるように、方向Xにおけるセルスタック2の両端に絶縁緩衝部材7,8が配置されている例を挙げて説明したが、図6に示されるように、これらの絶縁緩衝部材7,8は配置されていなくてもよい。すなわち、方向Xにおいてセルスタック2の両端として配置される正極集電板12及び負極集電板13のそれぞれは、一対の拘束部材5,6のそれぞれに接触して配置されていてもよい。これにより、方向Xにおけるサイズを小さくすることが可能になると共に部品点数を削減することができる。
上記変形例では、方向Xにおけるセルスタック2の両端に配置される絶縁緩衝部材7,8を省略する例を挙げて説明したが、一方の絶縁緩衝部材7,8のみを省略してもよい。
[第二実施形態]
次に、第二実施形態の蓄電装置1Aについて説明する。ここでは、第一実施形態の蓄電装置1と異なる部分について主に説明する。第二実施形態の蓄電装置1Aが第一実施形態の蓄電装置1と大きく異なるのは、第一実施形態の蓄電装置1では、正極集電板12に接続される接続部材3が方向Xにおける上方に配置されていた(図1参照)のに対し、第二実施形態の蓄電装置1Aでは、接続部材3が方向Xにおける下方に配置されている(図7及び図10参照)点である。以下、図7〜図10を用いて相違点について順番に説明する。
次に、第二実施形態の蓄電装置1Aについて説明する。ここでは、第一実施形態の蓄電装置1と異なる部分について主に説明する。第二実施形態の蓄電装置1Aが第一実施形態の蓄電装置1と大きく異なるのは、第一実施形態の蓄電装置1では、正極集電板12に接続される接続部材3が方向Xにおける上方に配置されていた(図1参照)のに対し、第二実施形態の蓄電装置1Aでは、接続部材3が方向Xにおける下方に配置されている(図7及び図10参照)点である。以下、図7〜図10を用いて相違点について順番に説明する。
まず、図8及び図9に示されるように、第二実施形態では、方向Zにおいて、正極集電板12の突出部12cが突出する方向と、負極集電板13の突出部13cが突出する方向と、第一実施形態とは逆となるように、正極集電板12及び負極集電板13が配置されている。
また、図10に示されるように、一方の拘束部材5の開口部5cには、接続部材4が挿通されている。すなわち、接続部材4は、方向Xにおいて拘束部材5の開口部5cを介して外側にまで延びている。拘束部材5と接続部材4との間には、第一実施形態と同様に、絶縁部材41が配置されている。
上記第二実施形態の蓄電装置1Aにおいても、第一実施形態と同様に、セルスタック2の両端の極性が同じとなるように、蓄電セル11が配置されているので、水滴等による外的要因が介在することによって、拘束部材5,6を介した外部短絡が発生することを防止できる。
また、上記第二実施形態においても絶縁緩衝部材7,8は配置されていなくてもよい。すなわち、方向Xにおいてセルスタック2の両端として配置される正極集電板12及び負極集電板13のそれぞれは、一対の拘束部材5,6のそれぞれに接触して配置されていてもよい。これにより、方向Xにおけるサイズを小さくすることが可能になると共に部品点数を削減することができる。また、上記第二実施形態においても一方の絶縁緩衝部材7,8のみを省略してもよい。
以上、第一実施形態及び第二実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られない。発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、第一実施形態及び第二実施形態では、接続部材3及び接続部材4は、方向Zにおけるセルスタック2の一方側と他方側に設けられている例を挙げて説明したが、セルスタック2の一方側又は他方側の同一方向に配置されてもよい。また、接続部材3及び接続部材4は、セルスタック2のケース10側に配置されてもよいし、ケース10とは反対側に配置されてもよい。
上記第二実施形態及び変形例では、拘束部材5に開口部5cを設けることによって、方向Xにおいて接続部材3を拘束部材5の外側にまで延在させる例を挙げて説明したが、開口部5cを設けなくても、例えば、ケース10に接続部材3を配置する空間を設けたり、拘束部材5と重ならないように接続部材3を方向Yにずらしたりすることによって、拘束部材5の外側にまで接続部材3を延在させてもよい。
1,1A…蓄電装置、2…セルスタック、3,4…接続部材、5,6…拘束部材、5c…開口部、7,8…絶縁緩衝部材、10…ケース(筐体)、11…蓄電セル、12…正極集電板(集電板)、12c…突出部、13…負極集電板(集電板)、13c…突出部、14…積層体、15…保持部、16…バイポーラ電極、17…セパレータ、18…正極終端電極(終端電極)、19…負極終端電極(終端電極)、21…電極体、22…正極層、23…負極層、113…最外負極集電板、114…電極群。
Claims (6)
- 電極体の少なくとも一方の面に活物質が塗工された電極がセパレータを介して一方向に積層された電極群を含む積層体と、前記電極体の縁を保持すると共に前記積層体の側面を封止する保持部と、を有する蓄電セルと、
前記一方向において少なくとも前記蓄電セルの一方の端部に接触するように配置され、蓄電セルと電気的に接続される集電板と、
複数の前記蓄電セルと、複数の前記蓄電セルのそれぞれに接触して配置される前記集電板とが前記一方向に配列されてなる配列体を、前記一方向における両側から荷重を付加した状態で拘束すると共に、前記配列体を収容する筐体に固定する一対の拘束部材と、を備え、
前記積層体には、前記一方向における前記電極群の両端として配置されると共に、前記電極体の一方の面にのみ活物質が塗工された終端電極が含まれており、
前記一方向における前記配列体の両端が、正極層となる活物質が塗工された前記終端電極が配置されるか、又は負極層となる活物質が塗工された前記終端電極となるように、前記蓄電セルが配列されている、蓄電装置。 - 前記一方向における前記配列体の両端が、前記負極層となる活物質が塗工された前記終端電極となるように、前記蓄電セルが配列されている、請求項1記載の蓄電装置。
- 前記一方向において前記配列体の両端として配置される前記集電板のそれぞれは、前記一対の拘束部材のそれぞれに接触して配置されている、請求項2記載の蓄電装置。
- 前記集電板は、前記蓄電セルにおいて正極層となる活物質が塗工された前記終端電極に接触して配置される正極集電板と、前記蓄電セルにおいて負極層となる活物質が塗工された前記終端電極に接触して配置される負極集電板と、を有し、
前記正極集電板及び前記負極集電板のそれぞれは、前記一方向において前記積層体に接触する本体部と、前記一方向に交差する方向において前記蓄電セルから突出する突出部と、を有し、
前記正極集電板の前記突出部と前記負極集電板の前記突出部とは、前記一方向に交差する方向において、前記蓄電セルから互いに反対方向に突出している、請求項1〜3の何れか一項記載の蓄電装置。 - 前記筐体は、前記一方向に交差する方向の一方側に配置されており、
前記負極集電板は、前記蓄電セルから前記筐体が配置されている方向に突出している、請求項4記載の蓄電装置。 - 前記一対の拘束部材のそれぞれは、金属材料から形成されている、請求項1〜5の何れか一項記載の蓄電装置。
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