JP2022068882A - 蓄電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】極板が巻回されて形成された電極体と、電極体を収容する容器とを備える蓄電素子であって、信頼性の高い蓄電素子を提供すること。【解決手段】蓄電素子１０は、電極体４００と、容器１００と、容器１００の内面と電極体４００との間に配置された補助部材５０とを備える。補助部材５０は、電極体４００の巻回軸Ｗの方向に直交する断面の短手方向の側方に配置された第三支持部６３と、第三支持部６３に設けられ、電極体４００の平坦部４０５を押圧する凸部８１であって、凸部８１の突出方向から見た場合に、凸部８１の全周に第三支持部６３の平坦な部分が位置する状態で配置された凸部８１と、電極体４００の巻回軸Ｗの方向に直交する断面の長手方向の側方に配置された規制部７０とを備える。第三支持部６３の当該平坦な部分は、凸部８１の突出方向から見た場合に、凸部８１の全周において凸部８１から第三支持部６３の端縁まで連続して設けられている。【選択図】図５

Description

本発明は、極板が巻回されて形成された電極体及び電極体を収容する容器を備える蓄電素子に関する。

蓄電素子が備える電極体は、例えば、正極板及び負極板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回されて形成されている。このような巻回型の電極体を備える蓄電素子の、衝撃等に対する耐性を向上させる技術が開示されている。例えば、特許文献１に記載の蓄電素子では、一対の集電体の並び方向に延び、かつ、一対の集電体から突出して設けられた補強部材によって、衝撃等に対する耐性が向上されている。

特開２０１５－１６２３８７号公報

上記従来の技術のように、耐衝撃性または耐振動性等を向上させるための部材（例えば「補助部材」という。）を容器内に配置する場合、補助部材は、例えば電極体に直接的に作用するように、電極体に接触して配置されることが好ましい。しかし、このことは、例えば補助部材による電極体の損傷を回避するという観点からは不利である。つまり、蓄電素子の容器内において補助部材をどのように配置するかについては、振動等に対する耐性の向上効果との兼ね合いもあり、容易な問題ではない。

本発明は、本願発明者が上記課題に新たに着目することによってなされたものであり、極板が巻回されて形成された電極体と、電極体を収容する容器とを備える蓄電素子であって、信頼性の高い蓄電素子を提供することを目的とする。

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、極板が巻回されて形成された電極体と、前記電極体を収容する容器と、前記容器の内面と前記電極体との間に配置された補助部材とを備え、前記電極体は平坦部を有し、前記補助部材は、前記電極体の巻回軸方向に直交する断面の短手方向の側方に配置された、平板状の支持部と、前記支持部に設けられ、前記電極体の前記平坦部を押圧する凸部であって、当該凸部の突出方向から見た場合に、当該凸部の全周に前記支持部の平坦な部分が位置する状態で配置された凸部と、前記支持部に接続され、前記電極体の前記巻回軸方向に直交する前記断面の長手方向の側方に配置された規制部と、を備え、前記支持部の前記平坦な部分は、前記凸部の前記突出方向から見た場合に、前記凸部の全周において、前記凸部から前記支持部の端縁まで連続して設けられている。

本発明の一態様に係る蓄電素子は、極板が巻回されて形成された電極体と、前記電極体を収容する容器と、前記容器の内面と前記電極体との間に配置された補助部材とを備え、前記電極体は平坦部を有し、前記補助部材は、前記電極体の巻回軸方向に直交する断面の短手方向の側方に配置された、平板状の支持部と、前記支持部に設けられ、前記電極体の前記平坦部を押圧する凸部と、前記支持部に接続され、前記電極体の前記巻回軸方向に直交する前記断面の長手方向の側方に配置された規制部と、を備え、前記凸部は、前記支持部において、前記平坦部と対向する位置に１つのみ配置されている。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子は、極板が巻回されて形成された電極体と、前記電極体を収容する容器と、前記容器の内面と前記電極体との間に配置された補助部材とを備え、前記電極体は平坦部を有し、前記補助部材は、前記電極体の巻回軸方向に直交する断面の短手方向の側方に配置された支持部と、前記支持部に設けられ、前記電極体の前記平坦部を押圧する凸部と、前記支持部に接続され、前記電極体の前記巻回軸方向に直交する前記断面の長手方向の側方に配置された規制部と、を備え、前記凸部は、前記凸部の内部の空洞を形成する凹部を有し、前記凹部には、埋設部材が埋設されている、としてもよい。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子は、極板が巻回されて形成された電極体と、前記電極体を収容する容器と、前記容器の内面と前記電極体との間に配置された補助部材とを備え、前記補助部材は、前記電極体の巻回軸方向の一方の側方に配置された第一支持部と、前記第一支持部に設けられ、前記電極体の巻回中心部に挿入された第一突出部と、前記第一支持部が前記電極体の巻回軸方向に直交する断面の長手方向に移動するのを規制する規制部と、を備える、としてもよい。

この構成によれば、第一突出部が電極体の巻回中心部（例えば、巻回装置の軸が挿入されていた空洞を形成する部分）に挿入されることで、電極体は巻回中心部から外方に向かう方向に第一突出部によって押される。これにより、容器の内面と電極体との間の摩擦力を増加させることができ、その結果、電極体の容器の内部における移動が抑制される。さらに、第一突出部を有する第一支持部は、規制部によって、電極体断面における長手方向への移動が規制されるため、例えば、第一突出部と電極体の巻回中心部の内面とがこすれ合うこと（位置ずれ）による電極体の損傷が抑制される。

具体的には、例えば、扁平な巻回型の電極体において内側に凹みやすい平坦が、第一突出部によって外側に押し出され、これにより、電極体と容器の内面との摩擦力が増加される。また、補助部材が規制部を有することで、外形と同じく扁平な形状となる電極体の巻回中心部において、長手方向への第一突出部の移動が規制される。そのため、当該長手方向において、巻回中心部に対して第一突出部を短くした場合であっても、第一突出部の当該長手方向における位置ずれが抑制される。つまり、第一突出部は、電極体に不要なストレスを与えない状態で配置される。従って、本態用に係る蓄電素子は、信頼性の高い蓄電素子である。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記規制部は、前記第一支持部と接続されており、前記電極体の前記長手方向の側面に配置されている、としてもよい。

この構成によれば、規制部を、電極体の、断面の長手方向の側面に配置する、という簡易な構成で、第一突出部の当該長手方向の位置ずれが抑制される。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記容器の一つの面には電極端子が設けられており、前記規制部は、前記電極体と、前記容器の前記電極端子が設けられた前記一つの面に対向する面との間に配置されている、としてもよい。

この構成によれば、規制部を、電極体の側面と容器の内面との間に配置する、という簡易な構成で、第一突出部の、電極体断面の長手方向に平行な双方向の位置ずれが抑制される。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記第一突出部は、前記電極体の前記断面の短手方向における幅が、前記第一支持部から離れるにしたがって狭くなるようにテーパを有する、としてもよい。

この構成によれば、第一突出部がテーパを有することで、例えば、第一突出部の、巻回中心部への挿入をスムースに行うことができる。つまり、第一突出部を電極体の巻回中心部に挿入することによる、巻回中心部の内面の変形（皺の発生）等を抑制しつつ、第一突出部をより確実に電極体の内方まで挿入することができる。また、横幅（電極体断面の短手方向における幅）が狭くなるように、第一突出部にテーパが形成されているため、電極体の平坦部を、効率よく外側に押すことができる。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記第一突出部は、前記第一突出部の内部の空洞を形成する凹部を有し、前記凹部には、埋設部材が埋設されている、としてもよい。

この構成によれば、例えば、補助部材を、比較的に薄いシート状の材料で形成した場合であっても、第一突出部の凹部に埋設部材が配置されることで、第一突出部の硬さを、電極体を巻回中心部から外方に向けて押すために十分な硬さにすることができる。つまり、本態様の補助部材によれば、例えば、補助部材として比較的薄いシートを用いることによって容器の内部容積の消費を抑えながら、電極体の容器内での移動の抑制効果を向上させることができる。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記電極体は、前記電極体の前記巻回中心部を形成する芯材を有し、前記第一突出部は、前記芯材に挿入されている、としてもよい。

この構成によれば、例えば、電極体が、芯材を中心として極板が巻回されることで形成されている場合であっても、芯材が有する空間を、第一突出部を挿入する巻回中心部として利用することができる。つまり、補助部材は、芯材の空洞部分を利用して、電極体を巻回中心部から外方に向かう方向に押すことができる。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記補助部材はさらに、前記電極体の巻回軸方向の他方の端面に配置された第二支持部と、前記第二支持部に設けられ、前記電極体の前記巻回中心部に挿入された第二突出部と、を有し、前記第一支持部と前記第二支持部とが前記規制部に接続されている、としてもよい。

この構成によれば、電極体の巻回中心部には、巻回軸方向に平行な両方向から突出部が挿入される。そのため、容器の内面と電極体との間の摩擦力のさらなる増加、または、当該摩擦力によるバランスのよい電極体の移動の抑制が図られる。また、１つの規制部に第一支持部及び第二支持部が接続されるため、簡易な構成で、２つの突出部（第一突出部及び第二突出部）の、電極体断面における長手方向への位置ずれを抑制することができる。つまり、２つの突出部が当該長手方向にずれることに起因する電極体の損傷を、簡易な構成によって抑制することができる。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記電極体は平坦部を有し、前記補助部材はさらに、前記規制部に接続された第三支持部を有し、前記第三支持部には、前記電極体の前記平坦部を押圧する凸部が設けられている、としてもよい。

この構成によれば、第一突出部によって内側から外側に向けて押される電極体の平坦部を、第三支持部が有する凸部によって、外側から内側に向けて押すことができる。つまり、容器の内面と電極体との間の摩擦力をさらに増加させることができ、その結果、電極体の容器内での移動の抑制がより確実化される。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記補助部材は、１枚のシート状の材料によって形成されている、としてもよい。

この構成によれば、補助部材は、例えば、樹脂製の１枚のシートに対する押圧成形または真空成形等により作製することができるため、量産が容易である。また、電極体と容器とを絶縁する絶縁シートによって、補助部材を実現することもできる。言い換えると、補助部材に、電極体と容器とを絶縁する絶縁シートとしての機能を担わせることもできる。

本発明によれば、極板が巻回されて形成された電極体と、電極体を収容する容器とを備える蓄電素子であって、電極体の容器の内部における移動が抑制された蓄電素子を提供することができる。すなわち、本発明によれば、信頼性が高められた蓄電素子を提供することができる。

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容器内に配置されている構成要素を示す斜視図である。 実施の形態に係る電極体の構成概要を示す斜視図である。 実施の形態に係る電極体を巻回軸の方向から見た場合の構成概要を示す図である。 実施の形態に係る補助部材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第１の部分断面図である。 実施の形態に係る蓄電素子の第２の部分断面図である。 実施の形態に係る補助部材と埋設部材との構造上の関係を示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係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、製造工程の順序などは、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。

まず、図１及び図２を用いて、実施の形態に係る蓄電素子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の容器１００内に配置されている構成要素を示す斜視図である。具体的には、図２は、容器１００の蓋体１１０と本体１１１とを分離し、かつ、電極体４００から補助部材５０を取り外した状態の蓄電素子１０を示す斜視図である。

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。例えば、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）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）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、建設機械などの移動体の駆動用またはエンジン始動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。また、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。

図１に示すように、蓄電素子１０は、容器１００と、負極端子２００と、正極端子３００とを備えている。また、図２に示すように、容器１００の内部には、負極側の集電体１２０と、正極側の集電体１３０と、電極体４００とが収容されている。

なお、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。また、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本体１１１と、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４００等を内部に収容後、蓋体１１０と本体１１１とが溶接等されることにより、内部を密封する構造を有している。なお、蓋体１１０及び本体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、または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。

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。

負極端子２００は、集電体１２０を介して電極体４００の負極と電気的に接続された電極端子である。正極端子３００は、集電体１３０を介して電極体４００の正極と電気的に接続された電極端子である。負極端子２００及び正極端子３００は、電極体４００の上方に配置された蓋体１１０に、絶縁性を有するガスケット（図示せず）を介して取り付けられている。

集電体１２０は、負極端子２００と電極体４００の負極とに電気的に接続される部材である。集電体１３０は、正極端子３００と電極体４００の正極とに電気的に接続される部材である。

具体的には、集電体１２０及び１３０は、蓋体１１０に固定されている。また、集電体１２０は、電極体４００の負極側端部に接合され、集電体１３０は、電極体４００の正極側端部に接合されている。電極体４００は、容器１００の内部において、集電体１２０及び１３０により、蓋体１１０から吊り下げられた状態で保持される。本実施の形態では、集電体１２０及び１３０のそれぞれは、電極体４００と、例えば、超音波接合によって接合されている。なお、集電体１２０及び１３０と電極体４００との接合の手法に特に限定はなく、抵抗溶接またはクリンチかしめ等によって、集電体１２０及び１３０と電極体４００とが接合されてもよい。

また、図２に示すように、本実施の形態に係る蓄電素子１０はさらに、補助部材５０を備えている。補助部材５０は、集電体１２０及び１３０が接合された状態の電極体４００に取り付けられる部材である。補助部材５０は、電極体４００の巻回軸の方向の一方の側方に配置された第一支持部６１と、第一支持部６１に設けられ、電極体４００の巻回中心部４０１に挿入された第一突出部５１とを有している。補助部材５０は、電極体４００を、巻回中心部４０１から外方に向かう方向に押すことで、容器１００の内面１１１ａと、電極体４００との間の摩擦力（静止摩擦力）を増加させる部材である。補助部材５０の詳細については、図５及び図６を用いて後述する。

次に、以上のように構成された蓄電素子１０が備える電極体４００の構成について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、実施の形態に係る電極体４００の構成概要を示す斜視図である。なお、図３では、積層されて巻回された極板等の要素を一部展開して図示している。また、図３において符号Ｗが付された一点鎖線は、電極体４００の巻回軸を表している。巻回軸Ｗは、極板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Ｘ軸に平行な直線である。つまり、本実施の形態において、「巻回軸Ｗの方向」は、「Ｘ軸方向」と同義である。図４は、実施の形態に係る電極体４００を巻回軸Ｗの方向から見た場合の構成概要を示す図である。

電極体４００は、極板が巻回されて形成された電極体の一例である。本実施の形態では、図３に示すように、電極体４００は、セパレータ４５０と、負極板４２０と、セパレータ４３０と、正極板４１０とがこの順に積層され、かつ、巻回されることで形成されている。また、図４に示すように、電極体４００は、巻回軸Ｗと直交する方向（本実施の形態ではＹ軸方向）に扁平な形状である。つまり、電極体４００は、巻回軸Ｗの方向から見た場合に、全体として長円形状であり、長円形状の直線部分が平坦な形状となり、長円形状の曲線部分が湾曲した形状となる。このため、電極体４００は、対向する一対の湾曲部４０７（巻回軸Ｗを挟んでＺ軸方向で対向する部分）と、一対の湾曲部４０７の間の部分である平坦部４０５とを有している。

本実施の形態において、正極板４１０は、アルミニウムからなる長尺帯状の金属箔（正極基材層４１１）の表面に、正極活物質を含む正極合材層が形成された合材層形成部４１４を含む。負極板４２０は、銅からなる長尺帯状の金属箔（負極基材層４２１）の表面に、負極活物質を含む負極合材層が形成された合材層形成部４２４を含む。電極体４００に用いられる正極活物質及び負極活物質としては、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。

また、本実施の形態では、セパレータ４３０及び４５０は、樹脂からなる微多孔性のシートを基材として有している。

このように構成された電極体４００において、より具体的には、正極板４１０と負極板４２０とは、セパレータ４３０または４５０を介し、巻回軸Ｗの方向に互いにずらして巻回されている。そして、正極板４１０及び負極板４２０は、それぞれのずらされた方向の端部に、基材層の、合材層が形成されていない部分である合材層非形成部を有する。

具体的には、正極板４１０は、巻回軸Ｗの方向の一端（図３ではＸ軸方向マイナス側の端部）に、正極合材層が形成されていない合材層非形成部４１１ａを有している。また、負極板４２０は、巻回軸Ｗの方向の他端（図３ではＸ軸方向プラス側の端部）に、負極合材層が形成されていない合材層非形成部４２１ａを有している。

つまり、正極板４１０の露出した金属箔（合材層非形成部４１１ａ）の層によって正極側端部が形成され、負極板４２０の露出した金属箔（合材層非形成部４２１ａ）の層によって負極側端部が形成されている。正極側端部は集電体１３０と接合され、負極側端部は集電体１２０と接合される。

図４に示すように、電極体４００は巻回軸Ｗの方向から見た場合にＹ軸方向に扁平な長円形状であり、かつ、巻回中心部４０１も、同じくＹ軸方向に扁平な長円形状に形成されている。

ここで、巻回中心部４０１は、例えば、負極板４２０等の、電極体４００を構成する要素（以下、「電極体要素」ともいう。）を巻回装置で巻回する際に、軸が挿入されていた空洞を形成する部分である。つまり、巻回中心部４０１は、図４に示す電極体４００の中央部分に存在する空間を形成する部分であり、本実施の形態では、電極体４００の最内周を形成する部分である。より詳細には、本実施の形態では、電極体４００は芯材４８０を有しており、芯材４８０によって巻回中心部４０１が形成されている。

上記構成を有する電極体４００は、芯材４８０を中心に電極体要素を巻回した後に、Ｙ軸方向に圧縮されることで形成される。なお、芯材４８０は、ポリプロピレンまたはポリエチレンなどの樹脂製の部材である。

なお、芯材４８０は、樹脂シートを巻くことにより形成される部材であってもよいし、扁平な形状に成形された部材であってもよい。また、芯材４８０は、一体に形成された部材であってもよいし、複数の部材から形成されていてもよい。また、芯材４８０の材料は特に限定されない。例えば、最も芯材４８０に近い位置にセパレータを配置する場合、及び、正極または負極のいずれか一方の電位を芯材４８０に落とす場合は、芯材４８０の材料として、導電性の材料を用いてもよい。また、芯材４８０は、電極体４００に必須の要素ではなく、芯材４８０なしで、セパレータ４５０及び負極板４２０等の電極体要素を巻回することで、電極体４００が形成されてもよい。この場合、巻回中心部４０１は、例えばセパレータ４３０によって形成される。

本実施の形態では、上記のように構成された電極体４００に対し、集電体１２０及び１３０が超音波接合等によって接合された後に、電極体４００に補助部材５０が取り付けられる。補助部材５０が取り付けられた状態の電極体４００は、本体１１１に収容される。

次に、本実施の形態に係る補助部材５０の構成について、図５～図７を用いて説明する。図５は、実施の形態に係る補助部材５０の構成を示す斜視図である。なお、図５では、補助部材５０の構成が視認しやすいように、規制部７０に接続された第一支持部６１等の要素を広げて補助部材５０を図示している。つまり、図５は、補助部材５０の展開図である。また、図５では、補助部材５０が有する各要素と電極体４００との構造上の関係を示すために、電極体４００が簡易的に図示されている。

図６は、実施の形態に係る蓄電素子１０の第１の部分断面図であり、図７は、実施の形態に係る蓄電素子１０の第２の部分断面図である。なお、図６では、図２に示すＶＩ－ＶＩ線を通るＸＺ平面における蓄電素子１０の断面の一部が簡易的に図示されている。図７では、図２に示すＶＩＩ－ＶＩＩ線を通るＸＹ平面における蓄電素子１０の断面の一部が簡易的に図示されている。また、図６及び図７では、補助部材５０の第一突出部５１と、電極体４００との構造上の関係を示すために、集電体１２０等の図示は省略されている。

図５～図７に示すように、本実施の形態に係る蓄電素子１０は、極板（４１０、４２０）が巻回されて形成された電極体４００と、電極体４００を収容する容器１００と、容器１００の内面と電極体４００との間に配置された補助部材５０とを備える。

補助部材５０は、電極体４００の巻回軸Ｗの方向の一方の側方に配置された第一支持部６１と、第一支持部６１に設けられ、電極体４００の巻回中心部４０１に挿入された第一突出部５１と、第一支持部６１が、電極体４００の巻回軸Ｗの方向に直交する断面（以下、「縦断面」という。）の長手方向（本実施の形態ではＺ軸方向）に移動するのを規制する規制部７０とを備える。

このように、本実施の形態では、補助部材５０の第一突出部５１が、電極体４００の巻回中心部４０１に挿入されることで、例えば図７に示すように、電極体４００は、巻回中心部４０１から外方に向かう方向に第一突出部５１によって押される。これにより、容器１００の本体１１１の内面１１１ａと電極体４００との間の摩擦力が増加し、その結果、電極体４００の容器１００内部における移動が抑制される。具体的には、例えば、扁平な巻回型の電極体４００において内側に凹みやすい平坦部４０５（図４参照）が、第一突出部５１によって外側に押し出され、これにより、電極体４００と容器１００の内面１１１ａとの間の摩擦力が増加される。

さらに、第一突出部５１を有する第一支持部６１は、規制部７０によって、電極体４００の縦断面における長手方向（Ｚ軸方向）への移動が規制される。そのため、例えば、第一突出部５１が、巻回中心部４０１に対して長手方向（Ｚ軸方向）に位置ずれすることによる電極体４００の損傷が抑制される。つまり、補助部材５０が規制部７０を有することで、電極体４００の外形と同じく扁平な形状となる巻回中心部４０１（図４参照）において、長手方向（Ｚ軸方向）への第一突出部５１の移動が規制される。

そのため、例えば図６に示すように、Ｚ軸方向おいて、第一突出部５１の幅を、巻回中心部４０１に対して短くした場合であっても、第一突出部５１と電極体４００とがＺ軸方向でこすれ合う可能性が低減される。

ここで、仮に、補助部材５０が規制部７０を有しない場合であっても、第一突出部５１のＺ軸方向の幅を、巻回中心部４０１のＺ軸方向の幅と略同一にすることで、規制部７０に依存せずに、第一突出部５１のＺ軸方向の移動を抑制することは可能である。つまり、第一突出部５１のＺ軸方向の両端を、巻回中心部４０１のＺ軸方向の内面に当接させることで、第一突出部５１のＺ軸方向の移動を抑制することは可能である。しかしながら、この場合、第一突出部５１が電極体４００に対してＺ軸方向に移動しようとする場合、必ず、第一突出部５１が、巻回中心部４０１のＺ軸方向の内面を外側に押圧する状態となる。また、本実施の形態のように、第一突出部５１が、巻回中心部４０１と同じく、Ｚ軸方向に長尺状で、かつ、Ｙ軸方向に扁平な（薄い）形状である場合、Ｚ軸方向における、第一突出部５１との巻回中心部４０１の内面との接触面積は比較的に小さい。そのため、第一突出部５１がＺ軸方向に移動しようとする場合に、第一突出部５１が巻回中心部４０１の内面に与える圧力（単位面積当たりの押圧力）は比較的に大きくなる。その結果、例えば、巻回中心部４０１の巻回軸Ｗの方向の端部がＺ軸方向に押し広げられ、当該端部の外側の負極板４２０等の要素に損傷が生じる可能性も考えられる。

この点に関し、本実施の形態に係る補助部材５０は、第一突出部５１が電極体４００に対してＺ軸方向に移動するのを規制する規制部７０を有している。そのため、第一突出部５１のＺ軸方向の幅が、巻回中心部４０１のＺ軸方向の幅と略同一であっても、第一突出部５１が、巻回中心部４０１の端部をＺ軸方向に押し広げるような事態は発生し難い。

また、本実施の形態では、上記の第一突出部５１と巻回中心部４０１との関係について、さらに有利な構造を有している。具体的には、本実施の形態に係る第一突出部５１は、図６に示すように、Ｚ軸方向において、巻回中心部４０１の内面から離れて配置される。つまり、第一突出部５１が、Ｚ軸方向において巻回中心部４０１の内面に作用する可能性は低い。さらに、例えば図６に示すように、補助部材５０が規制部７０を有することで、第一突出部５１を有する第一支持部６１のＺ軸方向への移動が規制される。

以上説明したように、本実施の形態に係る補助部材５０によれば、第一突出部５１のＺ軸方向の位置ずれを、巻回中心部４０１のＺ軸方向の内面に依存することなく抑制することができる。すなわち、第一突出部５１は、電極体４００に不要なストレスを与えない状態で配置される。従って、本実施の形態に係る蓄電素子１０は、信頼性の高い蓄電素子１０である。

なお、本実施の形態では、例えば図６に示すように、巻回軸Ｗと直交する方向から見た場合において、負極側に配置された第一突出部５１は、合材層形成部４２４と重なる長さ（合材層形成部４２４に届く長さ）を有している。言い換えると、第一突出部５１は、負極基材層４２１が露出した部分である合材層非形成部４２１ａを越える長さを有している。つまり、第一突出部５１は、巻回中心部４０１の比較的に深い位置まで挿入されており、これにより、電極体４００を巻回中心部４０１から外方に向かう方向に押すことによる、電極体４００の移動抑制の実効性が向上されている。

また、本実施の形態において、規制部７０は、第一支持部６１と接続されており、電極体４００の縦断面における長手方向（Ｚ軸方向）の側面に配置されている。つまり、例えば、規制部７０が電極体４００の当該側面と当接すること、または、当接していることで、第一突出部５１の当該長手方向の移動が規制される。このように、規制部７０を、電極体４００の、縦断面の長手方向の側面に配置する、という簡易な構成で、第一突出部５１の当該長手方向の位置ずれを抑制することができる。

なお、本実施の形態では、規制部７０と第一支持部６１とは、直接的に接続されているが、規制部７０と第一支持部６１との間に、例えば、規制部７０及び第一支持部６１とは別部材である接続部が介在していてもよい。つまり、規制部７０と第一支持部６１とは間接的に接続されていてもよい。この場合であっても、規制部７０の移動が規制されることで、第一支持部６１及び第一支持部６１が有する第一突出部５１の移動が規制される。

また、本実施の形態において、容器１００の一つの面（本実施の形態では蓋体１１０の上面）には電極端子（２００、３００）が設けられており、規制部７０は、例えば図６に示すように、電極体４００と、容器１００の当該一つの面に対向する面（本実施の形態では容器１００の底面１１１ｂ）との間に配置されている。

この構成によれば、規制部７０を、電極体４００の側面と容器１００の内面（底面１１１ｂ）との間に配置する、という簡易な構成で、第一突出部５１の、電極体４００の縦断面の長手方向に平行な双方向の位置ずれが抑制される。

また、本実施の形態において、第一突出部５１は、例えば、図５及び図７に示すように、電極体４００の縦断面の短手方向（本実施の形態ではＹ軸方向）における幅が、第一支持部６１から離れるにしたがって狭くなるようにテーパ５１ａを有している。

第一突出部５１がテーパ５１ａを有することで、例えば、第一突出部５１の、巻回中心部４０１への挿入をスムースに行うことができる。この場合、第一突出部５１を電極体４００の巻回中心部４０１に挿入することによる、巻回中心部４０１の内面の変形（皺の発生）等を抑制しつつ、第一突出部５１を、より確実に電極体４００の内方まで挿入することができる。また、横幅（Ｙ軸方向の幅）が狭くなるようにテーパ５１ａが形成されているため、電極体４００の平坦部４０５を、効率よく外側に押すことができる。

なお、本実施の形態では、第一突出部５１において、Ｘ軸方向の先端から根本（第一支持部６１との接続部分）まで連続的にテーパ５１ａが形成されているが、Ｘ軸方向の先端から根本までの一部のみにテーパ５１ａが形成されていてもよい。例えば第一突出部５１において、先端から所定の位置までＹ軸方向の両面がＸ軸方向に平行に形成され、かつ、当該所定の位置から根本までテーパ５１ａが形成されていてもよい。この場合であっても、第一突出部５１の先端が比較的に薄いことで、巻回中心部４０１への挿入のしやすさが確保される。また、第一突出部５１に、テーパ５１ａによって徐々に厚くなる部分が形成されていることで、電極体４００の平坦部４０５を効率よく外側に押すことができる、という効果も奏される。

また、本実施の形態において、電極体４００は、電極体４００の巻回中心部４０１を形成する芯材４８０を有し、第一突出部５１は、芯材４８０に挿入されている。

巻回型の電極体４００の芯材４８０は、上述のように、樹脂シート等の可撓性を有する部材で形成される。また、芯材４８０には、巻回装置の軸を通すために、巻回軸方向の少なくとも一方の端部から内部まで連通する空間（空洞）が存在する。すなわち、第一突出部５１の挿入が可能な巻回中心部４０１が、可撓性を有する芯材４８０によって形成されている。

従って、芯材４８０が有する空間を、第一突出部５１を挿入する巻回中心部４０１として利用することができ、これにより、電極体４００を巻回中心部４０１から外方に向かう方向に押すことができる。

なお、図６及び図７では、補助部材５０の、負極側（Ｘ軸方向プラス側）の構成を図示し、その説明を行ったが、本実施の形態に係る補助部材５０は、例えば図５に示されるように、正極側（Ｘ軸方向マイナス側）にも、突出部等を有している。

具体的には、本実施の形態に係る蓄電素子１０において、補助部材５０はさらに、電極体４００の巻回軸Ｗの方向の他方の端面（Ｘ軸方向マイナス側の端面）に配置された第二支持部６２と、第二支持部６２に設けられ、電極体４００の巻回中心部４０１に挿入された第二突出部５２と有する。第一支持部６１と第二支持部６２とは規制部７０に接続されている。本実施の形態では、規制部７０の長手方向（Ｘ軸方向）の一端に第一支持部６１が接続され、他端に第二支持部６２が接続されている。

この構成によれば、電極体４００の巻回中心部４０１には、巻回軸Ｗに平行な両方向から突出部（第一突出部５１及び第二突出部５２）が挿入される。そのため、容器１００の内面１１１ａと電極体４００との間の摩擦力のさらなる増加、または、当該摩擦力によるバランスのよい電極体４００の移動の抑制が図られる。

また、１つの規制部７０に第一支持部６１及び第二支持部６２が接続されるため、簡易な構成で、２つの突出部（第一突出部５１及び第二突出部５２）の、電極体４００の縦断面における長手方向（Ｚ軸方向）への位置ずれを抑制することができる。つまり、２つの突出部（第一突出部５１及び第二突出部５２）が当該長手方向にずれることに起因する電極体４００の損傷を、簡易な構成によって抑制することができる。

また、本実施の形態において、第二突出部５２は、電極体４００の縦断面の短手方向における幅が第二支持部６２から離れるにしたがって狭くなるようにテーパ５２ａを有している。これにより、第二突出部５２の巻回中心部４０１への挿入をスムースに行うことができること、及び、電極体４００の平坦部４０５を効率よく外側に押すことができること等の効果が奏される。

また、本実施の形態において、電極体４００は、例えば図４に示すように、平坦部４０５を有し、補助部材５０はさらに、例えば図５に示すように、規制部７０に接続された第三支持部６３を有する。第三支持部６３には、電極体４００の平坦部４０５を押圧する凸部８１が設けられている。

この構成によれば、例えば、第一突出部５１によって内側から外側に向けて押される電極体４００の平坦部４０５を、第三支持部６３が有する凸部８１によって、外側から内側に向けて押すことができる（図５及び図７参照）。つまり、容器１００の内面１１１ａと電極体４００との間の摩擦力をさらに増加させることができ、その結果、電極体４００の容器１００内での移動の抑制がより確実化される。

なお、本実施の形態では、補助部材５０は、電極体４００の縦断面の短手方向（Ｙ軸方向）で対向するように配置される一対の第三支持部６３を有している。そのため、例えば、電極体４００の平坦部４０５を、Ｙ軸方向の両側から一対の凸部８１で支持することができる。このことは、電極体４００の移動の抑制の観点から有利である。

なお、本実施の形態において、平坦部４０５は、一対の湾曲部４０７の間の部分と表現できるほか、例えば、電極体４００を、縦断面の短手方向（Ｙ軸方向）から透視した場合に、巻回中心部４０１が存在する部分、と表現することもできる。

また、本実施の形態において、補助部材５０は、１枚のシート状の材料によって形成されている。例えば、ポリプロピレンまたはポリエチレンなどの樹脂製のシートに対して押圧成形または真空成形等を行うことで、第一突出部５１等の立体的な要素を含む補助部材５０を作製することができる。

このように、補助部材５０は、例えば樹脂製の１枚のシートに対する押圧成形等の加工によって作製することができるため、量産が容易である。また、電極体４００と容器１００とを絶縁する絶縁シートによって、補助部材５０を実現することもできる。言い換えると、補助部材５０に、電極体４００と容器１００とを絶縁する絶縁シートとしての機能を担わせることもできる。つまり、本実施の形態に係る補助部材５０は、電極体４００の正極電位または負極電位に落とされていない容器１００を有する蓄電素子１０における、電極体４００の移動を抑制する部材として好適である。

なお、補助部材５０を１枚のシート状の材料で形成する場合、図２、図６及び図７に示すように、第一突出部５１の内部には空洞が形成される。つまり、第一突出部５１は、空洞を形成する凹部７１を有している。この凹部７１を利用して、第一突出部５１による、電極体４００の移動抑制効果を向上させてもよい。

図８は、実施の形態に係る補助部材５０と埋設部材９０との構造上の関係を示す斜視図である。例えば、図８に示すように、第一突出部５１は、第一突出部５１の内部の空洞を形成する凹部７１を有しており、この凹部７１に、埋設部材９０が埋設されてもよい。埋設部材９０は、例えば、樹脂製の中実または中空の部材であり、凹部７１に挿入された場合、Ｙ軸方向の両側面が、凹部７１のＹ軸方向の両側の内面に沿う形状及びサイズに成形されている。

このように、第一突出部５１の凹部７１の内部に埋設部材９０が配置されることで、補助部材５０を、比較的に薄いシート状の材料で形成した場合であっても、第一突出部５１の硬さを、電極体４００を外方に押すために十分な硬さにすることができる。

つまり、補助部材５０を、比較的に薄いシート状の材料で形成することで、補助部材５０による、容器１００の内部容積の消費を抑制し、かつ、電極体４００の容器１００内での移動の抑制効果を向上させることができる。

なお、図８では、第一突出部５１の凹部７１に埋設部材９０が配置される構成が図示されているが、第二突出部５２の凹部に、埋設部材９０が配置されてもよい。これにより、第二突出部５２の硬さの向上等の効果を得ることができる。

また、本実施の形態において、補助部材５０の第三支持部６３に設けられた凸部８１は、第一突出部５１と同じく、押圧成形等によって形成される部分であり、突出方向とは反対側には凹部が形成される（例えば図７参照）。そこで、この凹部に埋設部材を配置してもよい。これにより、凸部８１を硬くすることができ、その結果、凸部８１が電極体４００を押圧することによる、電極体４００の移動抑制効果が向上する。

（他の実施の形態）
以上、本発明に係る蓄電素子及びその製造方法について、実施の形態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、補助部材５０は、１枚のシート状の材料によって形成されていなくてもよい。例えば、規制部７０及び第一支持部６１等の平板状の部分を形成する１枚のシート状のベース部材に、ベース部材とは別体の第一突出部５１等の立体的な部材が接着または溶着されることで、補助部材５０が形成されてもよい。この場合、例えば第一突出部５１を中実の部材として作製することが可能であり、これにより、比較的に硬い部材として第一突出部５１を作製することができる。

また、例えば、蓄電素子１０が備える容器１００の形状は、図１に示すような直方体形状でなくてもよい。例えば、巻回型の電極体４００を収容し、かつ、巻回軸Ｗの方向から見た場合に、楕円形または長円形の形状を有する容器１００を備える蓄電素子１０に、補助部材５０が配置されてもよい。

つまり、容器１００の形状が直方体形状でない場合であっても、規制部７０が電極体４００の、巻回軸Ｗと直交する方向の側面に配置されることで、規制部７０は、少なくとも電極体４００と当接することによって移動が規制される。その結果、規制部７０と接続された第一支持部６１が備える第一突出部５１の移動が規制される。従って、上記実施の形態で説明したように、電極体４００に不要なストレスを与えない態様で、電極体４００の容器１００内における移動を抑制することができる、という効果が得られる。

また、本実施の形態では、蓄電素子１０は、電極体４００を１つのみ備えているが、蓄電素子１０が備える電極体４００の数は２以上であってもよい。例えば、蓄電素子１０が電極体４００を２つ備える場合、集電体１２０は、２つの電極体４００と接合される４つの脚部を有してもよい。また、この場合、補助部材５０は、第一支持部６１における、２つの電極体４００それぞれの巻回中心部４０１に対応する位置に、第一突出部５１を有してもよい。この場合であっても、２つの電極体４００それぞれについて、容器１００内における移動の抑制効果を得ることができる。

また、本発明は、上記説明された蓄電素子として実現することができるだけでなく、当該蓄電素子が備える補助部材としても実現することができる。また、本発明は、当該蓄電素子を複数備える蓄電装置としても実現することができる。

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 蓄電素子
５０ 補助部材
５１ 第一突出部
５１ａ、５２ａ テーパ
５２ 第二突出部
６１ 第一支持部
６２ 第二支持部
６３ 第三支持部
７０ 規制部
７１ 凹部
８１ 凸部
９０ 埋設部材
１００ 容器
１１１ａ 内面
１１１ｂ 底面
２００ 負極端子
３００ 正極端子
４００ 電極体
４０１ 巻回中心部
４０５ 平坦部
４１０ 正極板
４２０ 負極板
４８０ 芯材

Claims (7)

1. 極板が巻回されて形成された電極体と、
   前記電極体を収容する容器と、
   前記容器の内面と前記電極体との間に配置された補助部材とを備え、
   前記電極体は平坦部を有し、
   前記補助部材は、
   前記電極体の巻回軸方向に直交する断面の短手方向の側方に配置された、平板状の支持部と、
   前記支持部に設けられ、前記電極体の前記平坦部を押圧する凸部であって、当該凸部の突出方向から見た場合に、当該凸部の全周に前記支持部の平坦な部分が位置する状態で配置された凸部と、
   前記支持部に接続され、前記電極体の前記巻回軸方向に直交する前記断面の長手方向の側方に配置された規制部と、を備え、
   前記支持部の前記平坦な部分は、前記凸部の前記突出方向から見た場合に、前記凸部の全周において、前記凸部から前記支持部の端縁まで連続して設けられている、
   蓄電素子。
2. 前記補助部材は、前記支持部を含む一対の支持部であって、前記電極体を前記短手方向で挟む位置に配置された一対の支持部を有し、
   前記凸部は、前記一対の支持部のそれぞれに設けられている、
   請求項１記載の蓄電素子。
3. 一対の前記凸部は、前記短手方向から見た場合に互いに重なる位置に配置されている、
   請求項２記載の蓄電素子。
4. 前記電極体の、前記平坦部における前記凸部に対向する部分は、前記凸部に押圧されることで前記短手方向に凹んでいる、
   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、前記凸部の内部の空洞を形成する凹部を有する、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の蓄電素子。
6. 前記凹部には、埋設部材が埋設されており、前記電極体から、前記容器の、前記支持部に対向する内面に向かう方向において、前記電極体、前記支持部、前記埋設部材、及び前記内面の順に並ぶ、
   請求項５記載の蓄電素子。
7. 極板が巻回されて形成された電極体と、
   前記電極体を収容する容器と、
   前記容器の内面と前記電極体との間に配置された補助部材とを備え、
   前記電極体は平坦部を有し、
   前記補助部材は、
   前記電極体の巻回軸方向に直交する断面の短手方向の側方に配置された、平板状の支持部と、
   前記支持部に設けられ、前記電極体の前記平坦部を押圧する凸部と、
   前記支持部に接続され、前記電極体の前記巻回軸方向に直交する前記断面の長手方向の側方に配置された規制部と、を備え、
   前記凸部は、前記支持部において、前記平坦部と対向する位置に１つのみ配置されている、
   蓄電素子。

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