JP2020155249A - 蓄電素子及び蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常発熱時における電極体の短絡の発生を抑制する。【解決手段】蓄電素子１０は、電極体４００と、電極体４００を収容する金属製の箱状の容器１００と、電極体４００の外側面と容器１００との間に配置され、電解液共存下において熱により膨張する熱膨張シート６００と、を備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、蓄電素子及び蓄電装置に関する。

従来、蓄電素子においては、極板が巻回されて形成された電極体が、矩形状の容器内に収容されたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−７３５８０号公報

ここで、蓄電素子が異常発熱すると、容器内部で発生したガスによって容器が膨張する場合がある。この場合、電極体が容器によって拘束されないために、電極体をなすセパレータの周囲に隙間が生じる。これによりセパレータが熱の影響を受けて熱収縮してしまい、電極体が短絡してしまうおそれがある。

このため、本発明の課題は、電極体の短絡の発生を抑制することである。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子は、電極体と、電極体を収容する金属製の箱状の容器と、電極体の外側面と容器との間に配置され、電解液共存下において熱により膨張する熱膨張シートと、を備えている。

これによれば、電極体の外側面と金属製の容器との間に熱膨張シートが配置されているので、異常発熱によって容器が、万が一膨張したとしても、熱膨張シートもその熱によって膨張する。したがって、熱膨張シートで電極体を拘束することができ、セパレータが熱収縮しにくくなる。つまり、異常発熱時における短絡の発生を抑制することができる。

また、容器は、略直方体形状であり、熱膨張シートは、容器の長側面に対向する位置に配置されている。

略直方体状の容器は、膨張する際においては長側面が膨らみやすい。熱膨張シートを容器の長側面に対向する位置に配置すれば、容器における膨らみやすい部分での拘束力低下を、熱膨張シートで確実に補うことができる。したがって、異常発熱時における短絡の発生をより確実に抑制することができる。

また、蓄電素子は、電極体の外側面と、容器との間に介在された絶縁シートを備え、熱膨張シートは、絶縁シートに対して一体化されている。

これによれば、熱膨張シートが、絶縁シートに対して一体的に設けられているので、絶縁シートを基材として熱膨張シートの形状の自由度を高めることができる。したがって、熱膨張シートを適切な形状に形成することができ、より短絡の発生を抑制することができる。

また、熱膨張シートは、絶縁シートにおける電極体側の主面に対して一体化されている。

これによれば、絶縁シートにおける電極体側の主面に対して熱膨張シートが一体化されているので、電極体からの熱が絶縁シートで遮られることなく熱膨張シートに伝わることになる。したがって、異常発熱時においては熱膨張シートが迅速に膨張することとなり、容器が膨張したとしても、電極体を確実に拘束することができる。したがって、短絡の発生をより確実に抑制することができる。

また、蓄電素子は、容器に収容されて、電極体に接続される集電体を備え、熱膨張シートは、電極体における集電体に接続される端部に対して重なる位置に配置されている。

これによれば、電極体における集電体に接続される端部に対して重なる位置に熱膨張シートが配置されているので、セパレータが熱収縮した際に短絡しやすい箇所である前記端部を熱膨張シートで確実に拘束することができる。したがって、短絡しやすい箇所でのセパレータの熱収縮を確実に抑制することができ、結果的に短絡の発生をより確実に抑制することができる。

また、本発明の一態様に係る蓄電装置は、上記の複数の蓄電素子と、複数の蓄電素子を収容する外装体とを備え、少なくとも１つの蓄電素子は、外装体内において当該蓄電素子と対向部材に対して所定の間隔をあけた状態で配置されている。

これによれば、少なくとも１つの蓄電素子は対向部材に対して隙間をあけて配置されているので、蓄電素子が外装体内で拘束されていない。つまり、異常発熱によって蓄電素子の容器が膨張しやすい状態である。しかしながら、蓄電素子においては、電極体の外側面と容器との間に熱膨張シートが配置されているので、異常発熱によって容器が、万が一膨張したとしても、熱膨張シートもその熱によって膨張する。したがって、熱膨張シートで電極体を拘束することができ、セパレータが熱収縮しにくくなり、異常発熱時における短絡の発生を抑制することができる。このように、本態様の蓄電素子は、外装体内で蓄電素子を拘束しない蓄電装置にとって特に有効である。

本発明によれば、電極体の短絡の発生を抑制することができる。

実施の形態に係る蓄電素子の外観を示す斜視図である。 実施の形態に係る蓄電素子の分解斜視図である。 実施の形態に係る電極体の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る蓄電素子の内部構造を示す断面図である。 実施の形態に係る蓄電素子が異常発熱した場合の蓄電素子の内部構造を示す断面図である。 変形例１に係る蓄電素子の内部構造を示す断面図である。 変形例２に係る蓄電装置の要部構成を示す分解斜視図である。 変形例２に係る仕切部材と蓄電素子との位置関係を示す側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態における蓄電素子について説明する。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。

また、以下で説明する実施の形態は、本発明の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。

また、以下の説明及び図面中において、蓄電素子における電極端子（つまり、正極端子及び負極端子）の並び方向、蓄電素子の容器の短側面の対向方向をＸ軸方向と定義する。また、蓄電素子の容器の長側面の対向方向、当該容器の厚さ方向をＹ軸方向と定義する。また、容器の本体と蓋体との並び方向、容器の短側面の長手方向、または、上下方向をＺ軸方向と定義する。これらＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに交差（本実施の形態では直交）する方向である。なお、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が、以下では説明の便宜のため、Ｚ軸方向を上下方向として説明する。また、以下の説明において、例えば、Ｘ軸方向プラス側とは、Ｘ軸の矢印方向側を示し、Ｘ軸方向マイナス側とは、Ｘ軸方向プラス側とは反対側を示す。Ｙ軸方向及びＺ軸方向についても同様である。

［１．蓄電素子の構造］
まず、図１及び図２を用いて、実施の形態における蓄電素子１０の全般的な説明を行う。

図１は、実施の形態に係る蓄電素子１０の外観を示す斜視図である。図２は、実施の形態に係る蓄電素子１０の分解斜視図である。

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る。具体的には、蓄電素子１０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。蓄電素子１０は、例えば、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）若しくはガソリン自動車等の自動車、自動二輪車、ウォータークラフト、スノーモービル、農業機械、建設機械、または、電車、モノレール若しくはリニアモーターカー等の電気鉄道用の鉄道車両等の移動体の駆動用若しくはエンジン始動用、または、家庭用若しくは発電機用に使用される定置用のバッテリ等として用いられる。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。蓄電素子１０は、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い。また、蓄電素子１０の形状に関しては、角形に限定されることなく、例えば円筒形などの他の形状であってもよい。

図１及び図２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、正極集電体２５０と、負極集電体３５０と、電極体４００と、絶縁シート５００と、熱膨張シート６００（図４参照）とを備えている。また、蓄電素子１０の容器１００の内部には、電解液（非水電解質）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、角形ケースであり、本体１１１と、蓋体１１０とを備える。本体１１１及び蓋体１１０の材質は、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、鉄、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。

本体１１１は、上面視矩形状の筒体であり、一端部に開口１１２を備えるとともに、他端部に底１１３を備える。組み立て時において、容器１００の本体１１１には、開口１１２を介して、電極体４００などが挿入される。この開口１１２に対して電極体４００などが挿入される方向を挿入方向（Ｚ軸方向）とする。本体１１１は、電極体４００などを内部に収容後、蓋体１１０が溶接等されることにより、内部が密封されている。

蓋体１１０は、本体１１１の開口１１２を閉塞する板状部材である。蓋体１１０には、図示は省略するが、ガス排出弁及び注液口が形成されている。ガス排出弁は、容器１００の内圧が上昇した場合に開放されることで、容器１００の内部のガスを放出する。注液口は容器１００内に電解液を注液するための開口であり、注液後には塞がれている。

電極体４００は、正極板と負極板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。電極体４００の詳細な構成については、図３等を用いて後述する。

正極端子２００は、正極集電体２５０を介して電極体４００の正極側のタブ束４１０と電気的に接続された電極端子である。負極端子３００は、負極集電体３５０を介して電極体４００の負極側のタブ束４２０と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４００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４００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導電性を持つ金属等の電極端子である。また、正極端子２００及び負極端子３００は、電極体４００の上方に配置された蓋体１１０に、電気的な絶縁性を有する第一ガスケット７０１を介して取り付けられている。

正極集電体２５０は、電極体４００と蓋体１１０との間に配置され、電極体４００の正極側のタブ束４１０と、正極端子２００とを電気的に接続する部材である。正極集電体２５０は、電気的な絶縁性を有する第二ガスケット７０２（図４参照）を介して蓋体１１０に取り付けられている。正極集電体２５０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属で形成されている。正極集電体２５０は、長尺な平板状の金属板である。正極集電体２５０における長手方向（Ｘ軸方向）の一端部（Ｘ軸方向マイナス側の端部）には、正極端子２００が固定される貫通孔２５１が形成されている。当該貫通孔２５１に対して、正極端子２００の軸部（図示省略）が貫通されて、カシメられることで、正極集電体２５０の一端部に正極端子２００が固定されている。ここで、正極端子２００の軸部は、蓋体１１０、第一ガスケット７０１及び第二ガスケット７０２のそれぞれを貫通した状態でカシメられている。また、正極集電体２５０の他端部（Ｘ軸方向プラス側の端部）には、例えばレーザー溶接などによって、電極体４００の正極側のタブ束４１０が接合されている。

負極集電体３５０は、電極体４００と蓋体１１０との間に配置され、電極体４００の負極側のタブ束４２０と、負極端子３００とを電気的に接続する部材である。負極集電体３５０は、絶縁性を有する第二ガスケット７０２（図４参照）を介して蓋体１１０に取り付けられている。負極集電体３５０は、銅または銅合金などの金属で形成されている。負極集電体３５０は、長尺な平板状の金属板である。負極集電体３５０における長手方向（Ｘ軸方向）の他端部（Ｘ軸方向プラス側の端部）には、負極端子３００が固定される貫通孔３５１が形成されている。当該貫通孔３５１に対して、負極端子３００の軸部（図示省略）が貫通されて、カシメられることで、負極集電体３５０の他端部に負極端子３００が固定されている。ここで、負極端子３００の軸部は、蓋体１１０、第一ガスケット７０１及び第二ガスケット７０２のそれぞれを貫通した状態で、負極集電体３５０にカシメられている。また、負極集電体３５０の一端部（Ｘ軸方向マイナス側の端部）には、例えばレーザー溶接などによって、電極体４００の負極側のタブ束４２０が接合されている。

次に、電極体４００の構成について、図３を用いて説明する。図３は、実施の形態に係る電極体４００の構成を示す斜視図である。なお、図３では、電極体４００の巻回状態を一部展開して図示している。

電極体４００は、電気を蓄えることができる発電要素（蓄電要素）である。電極体４００は、正極板４５０及び負極板４６０と、セパレータ４７０ａ、４７０ｂとが交互に積層されかつ巻回されることで形成されている。つまり、電極体４００は、正極板４５０と、セパレータ４７０ａと、負極板４６０と、セパレータ４７０ｂとがこの順に積層され、かつ、断面が長円形状になるように巻回されることで形成されている。また、電極体４００の最外周には、セパレータ４７０ｂが配置されている。

正極板４５０は、アルミニウムまたは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の表面に、正極活物質層が形成された極板である。なお、正極活物質層に用いられる正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。

負極板４６０は、銅または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の表面に、負極活物質層が形成された極板である。なお、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４７０ａ、４７０ｂは、樹脂からなる微多孔性のシートである。なお、蓄電素子１０に用いられるセパレータ４７０ａ、４７０ｂの素材としては、蓄電素子１０の性能を損なうものでなければ適宜公知の材料を使用できる。

正極板４５０は、巻回軸方向の一端において外方に突出する複数のタブ４１１を有する。負極板４６０も同様に、巻回軸方向の一端において外方に突出する複数のタブ４２１を有する。これら、複数のタブ４１１及び複数のタブ４２１は、活物質が塗工されず基材層が露出した部分（活物質未塗工部）である。

なお、巻回軸とは、正極板４５０及び負極板４６０等を巻回する際の中心軸となる仮想的な軸であり、本実施の形態では、電極体４００の中心を通るＺ軸方向に平行な直線である。

複数のタブ４１１と複数のタブ４２１とは、巻回軸方向の同一側の端（図３におけるＺ軸方向プラス側の端）に配置され、正極板４５０及び負極板４６０が積層されることにより、電極体４００の所定の位置で積層される。具体的には、複数のタブ４１１は、正極板４５０が巻回によって積層されることにより、巻回軸方向の一端において周方向の所定の位置で積層される。また、複数のタブ４２１は、負極板４６０が巻回によって積層されることにより、巻回軸方向の一端において、複数のタブ４１１が積層される位置とは異なる周方向の所定の位置で積層される。

その結果、電極体４００には、複数のタブ４１１が積層されることで形成されたタブ束４１０と、複数のタブ４２１が積層されることで形成されたタブ束４２０とが形成される。タブ束４１０は、例えば積層方向の中央に向かって寄せ集められて、例えば超音波溶接によって正極集電体に接合される。また、タブ束４２０は、例えば積層方向の中央に向かって寄せ集められて、例えば超音波接合によって負極集電体に接合される。なお、タブ束４１０、４２０は、電極体４００において、電気の導入及び導出を行う部分であり、「リード（部）」、「集電部」等の他の名称が付される場合もある。

ここで、タブ束４１０は、基材層が露出した部分であるタブ４１１が積層されることで形成されている。同様に、タブ束４２０は、基材層が露出した部分であるタブ４２１が積層されることで形成されている。一方、電極体４００のタブ束４１０、４２０と異なる部分は、基材層に活物質が塗工された部分が積層されることで形成されているため、発電に寄与する部分となる。以降、当該部分を本体部４３０と称する。本体部４３０のＸ軸方向における両端部は、その外周面が湾曲した湾曲部４３１、４３２となる。また、電極体４００における湾曲部４３１、４３２の間の部分は、外側面が平坦な平坦部４３３となる。このように、電極体４００は、２つの湾曲部４３１、４３２の間に平坦部４３３が配置された長円状に形成されている。

次に、絶縁シート５００について説明する。図４は、実施の形態に係る蓄電素子１０の内部構造を示す断面図である。図４では、蓄電素子１０において、正極側の断面を示しているが、負極側においても概ね同様の構成である。

絶縁シート５００は、図２及び図４に示すように、本体１１１の一対の長側面に対応した内側面１１５と、本体１１１の内底面１１６とに重なるように配置されている。具体的には、絶縁シート５００は、本体１１１内において、電極体４００の平坦部４３３の一対の外側面を覆うとともに、電極体４００の外底面を覆っている。絶縁シート５００は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ（変性ＰＰＥを含む））、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ＡＢＳ樹脂、または、それらの複合材料等の電気的な絶縁部材等により形成されている。つまり、絶縁シート５００は、平坦部４３３の外側面と本体１１１との間に介在しており、平坦部４３３と本体１１１とを絶縁している。

なお、図示は省略するが、本体１１１内には、絶縁性の一対のスペーサが収容されており、各スペーサは、電極体４００の湾曲部４３１、４３２と、本体１１１の一対の短側面に対応した内側面との間に配置されている。スペーサは、電極体４００の湾曲部４３１、４３２に対して対向するように、容器１００の本体１１１内に収容されている。スペーサは、例えば、電極体４００の位置を規制するとともに、湾曲部４３１、４３２と本体１１１とを絶縁している。

熱膨張シート６００は、絶縁シート５００における電極体４００側の主面に対して一体化されている。具体的には、熱膨張シート６００は、絶縁シート５００における電極体４００側の主面であって、電極体４００の平坦部４３３に対向する箇所にのみ積層されている。また、絶縁シート５００における電極体４００の外底面を覆う部分には、熱膨張シート６００は設けられていないため、熱膨張シート６００は絶縁シート５００上において分断されている。つまり、一つの絶縁シート５００に対しては、２つの熱膨張シート６００が異なる箇所に積層されている。２つの熱膨張シート６００は、それぞれ電極体４００の平坦部４３３の外側面の全体に対して重なっている。これにより、熱膨張シート６００は、電極体４００における集電体（正極集電体２５０及び負極集電体３５０）に接続される端部（上端部）に対して重なる位置に配置されている。

熱膨張シート６００は、電解液共存下において所定の温度以上に加熱されると膨張する性質を有している。具体的には、熱膨張シート６００は、電極体４００が異常発熱した場合の温度（例えば９０度）よりも大きい温度であり、かつ電極体４００のセパレータ４７０ａ、４７０ｂが熱変形する温度（例えば１２０度〜１３０度）よりも低い温度で膨張する性質を有している。熱膨張シート６００をなす材料としては、シート状に形成された状態で上述した性質を発揮できる材料であれば如何様でもよい。熱膨張シート６００をなす材料の一例としては、例えばポリフッ化ビリニデン（ＰＶｄＦ）等が挙げられる。ポリフッ化ビリニデンを採用する場合には、分子量が６０００００以下かつＨＦＰとの共重合体のポリフッ化ビリニデンをシート状にすることで熱膨張シート６００が形成される。ポリフッ化ビリニデンは、分子量が低く、共重合体であるほど電解液を吸収して膨潤しやすい傾向があり、この傾向は高温時に顕著である。つまり、ポリフッ化ビリニデンからなる熱膨張シート６００は、正常時には膨張せずに、高温時に電解液を吸収して膨張することとなる。なお、ポリフッ化ビリニデン以外の材料としては、例えば、溶媒の溶解度パラメータとの差が、０．５以上１．０以下となる材料が挙げられる。

熱膨張シート６００の膨張率は、１５０％以上２００％以下であることがよい。具体的には、熱膨張シート６００の肉厚が、正常時には０．１〜０．３ｍｍで、膨張時には０．１５〜０．６ｍｍとなることが望ましい。

［２．熱膨張シート６００の作用］
次に、熱膨張シート６００の作用について説明する。図４に示すように、正常時においては、蓄電素子１０の内部温度は、９０度以下で安定しているために、容器１００の本体１１１の膨張量は小さく、電極体４００に対して一定の拘束力を付与した状態となっている。

図５は、実施の形態に係る蓄電素子１０が異常発熱した場合の蓄電素子１０の内部構造を示す断面図である。具体的には、図５は、図４に対応する図である。図５に示すように、異常発熱時においては、蓄電素子１０内部の電解液が蒸発してガスが発生することにより、本体１１１が膨張する。この膨張は、本体１１１の長側面で顕著である。このとき、異常発熱時の熱によって２つの熱膨張シート６００も膨張するために、電極体４００の平坦部４３３を拘束することとなる。上述したように、熱膨張シート６００は、セパレータ４７０ａ、４７０ｂが熱変形する温度よりも低い温度で膨張するために、セパレータ４７０ａ、４７０ｂが熱変形する前に電極体４００の平坦部４３３を確実に拘束することができる。これにより、電極体４００のセパレータ４７０ａ、４７０ｂは熱収縮しにくくなる。

［３．効果など］
以上のように、本実施の形態に係る蓄電素子１０は、電極体４００と、電極体４００を収容する金属製の箱状の容器１００と、電極体４００の外側面と容器１００との間に配置され、熱により膨張する熱膨張シート６００と、を備えている。

これによれば、金属製の箱状の容器１００内に電極体４００が収容されているので、当該容器１００によって電極体４００を強固に拘束することができる。さらに、電極体４００の外側面と容器１００との間に熱膨張シート６００が配置されているので、異常発熱によって容器１００が、万が一膨張したとしても、熱膨張シート６００もその熱によって膨張する。したがって、熱膨張シート６００で電極体４００を拘束することができ、セパレータ４７０ａ、４７０ｂが熱収縮しにくくなる。つまり、異常発熱時における短絡の発生を抑制することができる。

また、容器１００は、略直方体形状であり、熱膨張シート６００は、容器１００の長側面に対向する位置に配置されている。

ここで、略直方体状の容器１００は、膨張する際においては長側面が膨らみやすい。熱膨張シート６００を容器１００の長側面に対向する位置に配置すれば、容器１００における膨らみやすい部分での拘束力低下を、熱膨張シート６００で確実に補うことができる。したがって、異常発熱時における短絡の発生をより確実に抑制することができる。

また、蓄電素子１０は、電極体４００の外側面と、容器１００との間に介在された絶縁シート５００を備え、熱膨張シート６００は、絶縁シート５００に対して一体化されている。

これによれば、熱膨張シート６００が、絶縁シート５００に対して一体的に設けられているので、絶縁シート５００を基材として熱膨張シート６００の形状の自由度を高めることができる。したがって、熱膨張シート６００を適切な形状に形成することができ、より短絡の発生を抑制することができる。

また、熱膨張シート６００は、絶縁シート５００における電極体４００側の主面に対して一体化されている。

これによれば、絶縁シート５００における電極体４００側の主面に対して熱膨張シート６００が一体化されているので、電極体４００からの熱が絶縁シート５００で遮られることなく熱膨張シート６００に直接的に伝わることになる。したがって、異常発熱時においては熱膨張シート６００が迅速に膨張することとなり、容器１００が膨張したとしても、電極体４００を確実に拘束することができる。したがって、短絡の発生をより確実に抑制することができる。

また、蓄電素子１０は、容器１００に収容されて、電極体４００に接続される集電体（正極集電体２５０及び負極集電体３５０）を備え、熱膨張シート６００は、電極体４００における集電体に接続される端部に対して重なる位置に配置されている。

これによれば、電極体４００における集電体に接続される端部に対して重なる位置に熱膨張シート６００が配置されているので、セパレータ４７０ａ、４７０ｂが熱収縮した際に短絡しやすい箇所である電極体４００の前記端部を熱膨張シート６００で確実に拘束することができる。したがって、短絡しやすい箇所でのセパレータ４７０ａ、４７０ｂの熱収縮を確実に抑制することができ、結果的に短絡の発生をより確実に抑制することができる。

［４．変形例１］
次に、変形例１について説明する。上記実施の形態では、一つの絶縁シート５００に積層された２つの熱膨張シート６００が、それぞれ電極体４００の平坦部４３３の外側面の全体に対して重なっている場合を例示した。この変形例１では、一つの絶縁シート５００に積層された２つの熱膨張シート６００ａが、それぞれ平坦部４３３の外側面の一部に対してのみ重なっている場合を例示する。なお、以降の説明において上記実施の形態と同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

図６は、変形例１に係る蓄電素子１０Ａの内部構造を示す断面図である。図６は、図４に対応する図面である。図６に示すように、２つの熱膨張シート６００ａは、電極体４００における集電体（正極集電体２５０及び負極集電体３５０）に接続される端部に対してのみ重なる位置に配置されている。この場合においても、セパレータ４７０ａ、４７０ｂが熱収縮した際に短絡しやすい箇所である電極体４００の前記端部を熱膨張シート６００ａで確実に拘束することができる。したがって、熱膨張シート６００ａの使用量を削減しつつも、短絡しやすい箇所でのセパレータ４７０ａ、４７０ｂの熱収縮を確実に抑制することができる。

［５．変形例２］
上記実施の形態では、蓄電素子１０について説明した。この変形例２では、蓄電素子１０を複数備えた蓄電装置５０について説明する。図７は、変形例２に係る蓄電装置５０の要部構成を示す分解斜視図である。なお、以降の説明において上記実施の形態と同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

蓄電装置５０は、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電することができる装置である。例えば、蓄電装置５０は、電力貯蔵用途や電源用途等に使用される電池モジュール（組電池）である。具体的には、蓄電装置５０は、例えば、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）若しくはガソリン自動車等の自動車、自動二輪車、ウォータークラフト、スノーモービル、農業機械、建設機械、または、電車、モノレール若しくはリニアモーターカー等の電気鉄道用の鉄道車両等の移動体の駆動用若しくはエンジン始動用、または、家庭用若しくは発電機用に使用される定置用のバッテリ等として用いられる。

蓄電装置５０は、外装体５１を備えており、当該外装体５１内には複数の蓄電素子１０が収容されている。

外装体５１は、外装体本体５２と内蓋５３と蓋部５４とを備える矩形状（箱状）の容器である。外装体５１は、複数の蓄電素子１０及び基板５７などを所定の位置に配置し、複数の蓄電素子２００及び基板５７などを衝撃などから保護する。また、外装体５１は、例えばポリカーボネートやポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂などの絶縁性の材料により構成されており、蓄電素子２００や基板５７などが外部の金属部材などに接触することを回避する。

外装体５１は、外装体本体５２と内蓋５３と蓋部５４とを有している。外装体本体５２は、外装体５１の本体を構成する有底矩形筒状の部材である。また、外装体本体５２の内方には、仕切部材５５と、仕切部材５５を支持する支持部材５６とが配置されている。

仕切部材５５は、複数の蓄電素子１０のうちのいずれかの蓄電素子１０の側方に配置される部材である。仕切部材５５は、ＸＺ平面に平行な板体であり、Ｙ軸方向に所定の間隔をあけて配列されている。本実施の形態では、仕切部材５５は、隣り合う２つの蓄電素子１０の間に配置され、当該２つの蓄電素子１０の間の空間を仕切る板状部材である。つまり、仕切部材５５は、蓄電素子１０に対向する対向部材の一例である。本実施の形態では、４つの蓄電素子１０を仕切るように３つの仕切部材５５が配置されている。

図８は、変形例２に係る仕切部材５５と蓄電素子１０との位置関係を示す側面図である。図８に示すように、複数の仕切部材５５は、各蓄電素子１０に対して所定の間隔をあけて挟む板体である。このように、複数の蓄電素子１０のうち、最外端部に配置されていない各蓄電素子１０は、一対の仕切部材５５によって拘束されない状態で挟まれている。この場合、複数の仕切部材５５が、少なくとも１つの蓄電素子１０に対して所定の間隔をあけて挟む複数の板体の一例である。

一方、複数の蓄電素子１０のうち、最外端に配置された一対の蓄電素子１０は、仕切部材５５と、外装体本体５２におけるＹ軸方向両端部の壁部５２１とによって挟まれている。この場合、壁部５２１は対向部材の一例である。このように、複数の蓄電素子１０のうち、最外端部に配置されている各蓄電素子１０は、仕切部材５５と外装体本体５２の壁部５２１とによって挟まれている。この場合、仕切部材５５と外装体本体５２の壁部５２１とが、少なくとも１つの蓄電素子１０に対して所定の間隔をあけて挟む複数の板体の一例である。

このように、少なくとも１つの蓄電素子１０は、外装体５１内において当該蓄電素子１０と対向する対向部材（仕切部材５５、壁部５２１）に対して所定の間隔をあけた状態で配置されているため、蓄電素子１０が外装体５１内においては拘束されていない。つまり、異常発熱によって蓄電素子１０の容器１００が膨張しやすい状態である。しかしながら、蓄電素子１０においては、電極体４００の外側面と容器１００との間に熱膨張シート６００が配置されているので、異常発熱によって容器１００が、万が一膨張したとしても、熱膨張シート６００もその熱によって膨張する。したがって、熱膨張シート６００で電極体４００を拘束することができ、セパレータ４７０ａ、４７０ｂが熱収縮しにくくなり、異常発熱時における短絡の発生を抑制することができる。このように、蓄電素子１０は、外装体５１内で蓄電素子１０を拘束しない蓄電装置５０にとって特に有効である。

なお、変形例２では、複数の蓄電素子１０が拘束されない蓄電装置５０を例示したが、複数の蓄電素子１０が、例えば一対のエンドプレート（挟持部材）によって拘束される蓄電装置であってもよい。

また、変形例２では、外装体本体５２の壁部５２１と、仕切部材５５との間で、蓄電素子１０が間隔を開けた状態で収容されている場合を例示したが、外装体には仕切部材が設けられていなくてもよい。この場合、複数の蓄電素子のうち、少なくとも１つの蓄電素子が隣り合う蓄電素子に対して間隔をあけて配置されてもよい。この場合、隣り合う一対の蓄電素子のうち、一方の蓄電素子が他方の蓄電素子に対する対向部材となる。

［６．他の実施の形態］
以上、本発明に係る蓄電素子について、実施の形態及び各変形例に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、上記実施の形態及び各変形例に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態及び各変形例に施したものも、あるいは、上記説明された複数の構成要素を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。

例えば、上記実施の形態及び変形例では、Ｚ軸方向に平行な巻回軸を有する電極体４００を例示したが、Ｘ軸方向に平行な巻回軸を有する電極体であってもよい。また、電極体は、正極板と負極板とがセパレータを挟んで交互に並べられた積層型の電極体であってもよいし、正極板と負極板とがセパレータを挟んで蛇腹状に折り畳まれた蛇腹型の電極体であってもよい。

また、電極体４００が有する正極側のタブ束４１０と負極側のタブ束４２０との位置関係は特に限定されない。例えば、巻回型の電極体４００において、タブ束４１０とタブ束４２０とが巻回軸方向の互いに反対側に配置されていてもよい。

また、上記実施の形態では、絶縁シート５００が、電極体４００の平坦部４３３の一対の外側面を覆うとともに、電極体４００の外底面を覆っている場合を例示した。しかし、絶縁シートは、電極体４００と同様の巻回軸で、電極体４００の全周に巻きつけられていてもよい。

また、上記実施の形態では、絶縁シート５００の一部に熱膨張シート６００が積層されていない場合を例示した。しかし、絶縁シートの全面に対して熱膨張シートが積層されていてもよい。

また、上記実施の形態では、絶縁シート５００における電極体４００側の主面に対して熱膨張シート６００が一体化されている場合を例示した。しかし、熱膨張シートは、絶縁シートにおける電極体とは反対側の主面に対して一体化されていてもよい。さらに、熱膨張シートは、絶縁シートの両面に対して一体化されていてもよい。また、熱膨張シートは、絶縁シートと別体であってもよい。また、蓄電素子に絶縁シートが設けられていなくてもよい。

本発明は、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、１０Ａ 蓄電素子
５０ 蓄電装置
５１ 外装体
５２ 外装体本体
５３ 内蓋
５４ 蓋部
５５ 仕切部材（対向部材）
５６ 支持部材
５７ 基板
１００ 容器
１１０ 蓋体
１１１ 本体
１１２ 開口
１１３ 底
１１５ 内側面
１１６ 内底面
２００ 正極端子
２５０ 正極集電体
２５１、３５１ 貫通孔
３００ 負極端子
３５０ 負極集電体
３５１ 貫通孔
４００ 電極体
４１０、４２０ タブ束
４１１、４２１ タブ
４３０ 本体部
４３１、４３２ 湾曲部
４３３ 平坦部
４５０ 正極板
４６０ 負極板
４７０ａ、４７０ｂ セパレータ
５００ 絶縁シート
５２１ 壁部（対向部材）
６００、６００ａ 熱膨張シート
７０１ 第一ガスケット
７０２ 第二ガスケット

Claims (6)

1. 電極体と、
   前記電極体を収容する金属製の箱状の容器と、
   前記電極体の外側面と前記容器との間に配置され、電解液共存下において熱により膨張する熱膨張シートと、
   を備える蓄電素子。
2. 前記容器は、略直方体形状であり、
   前記熱膨張シートは、前記容器の長側面に対向する位置に配置されている
   請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記電極体の外側面と、前記容器との間に介在された絶縁シートを備え、
   前記熱膨張シートは、前記絶縁シートに対して一体化されている
   請求項１または２に記載の蓄電素子。
4. 前記熱膨張シートは、前記絶縁シートにおける前記電極体側の主面に対して一体化されている
   請求項３に記載の蓄電素子。
5. 前記容器に収容されて、前記電極体に接続される集電体を備え、
   前記熱膨張シートは、前記電極体における前記集電体に接続される端部に対して重なる位置に配置されている
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電素子。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の複数の蓄電素子と、
   前記複数の蓄電素子を収容する外装体とを備え、
   少なくとも１つの前記蓄電素子は、前記外装体内において当該蓄電素子と対向する対向部材に対して所定の間隔をあけた状態で配置されている
   蓄電装置。

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