JP2022149967A - 蓄電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化または高容量化を図ることができる蓄電素子を提供する。【解決手段】第一方向に並ぶ複数の電極体（電極体６００及び７００）と、複数の電極体の第一方向と直交する第二方向の端部に接続される集電体５００と、複数の電極体の第一方向及び第二方向と直交する第三方向に配置され、集電体５００と接続される電極端子２００と、複数の電極体のうちの２つの電極体６００及び７００の間に配置されるスペーサ８００と、を備え、スペーサ８００は、第三方向において、両端部が、複数の電極体のうちの少なくとも１つの電極体から突出しない位置に配置されている。【選択図】図５

Description

本発明は、電極体と集電体と電極端子とを備える蓄電素子に関する。

従来、電極体と集電体と電極端子とを備える蓄電素子において、電極体の側方の端部に集電体が接続され、電極体の上方に電極端子が配置された構成が知られている。例えば、特許文献１には、電極群（電極体）の左右の端部に集電板（集電体）が接続され、電極群の上方に外部端子（電極端子）が配置された二次電池（蓄電素子）が開示されている。

国際公開第２０１７／０５６７３３号

従来の蓄電素子が備える電極体においては、厚みがばらつく場合がある。この場合、何らかの部材を配置して電極体の厚みのばらつきを吸収するのが好ましいが、これによって蓄電素子が大型化してしまうおそれがある。例えば、上記特許文献１に開示された蓄電素子において、電極体の厚みがばらつく場合がある。特に、電極体が複数配置されていると、ばらつきが大きくなる。しかしながら、上記特許文献１に開示された蓄電素子において、電極体の厚みのばらつきを吸収するために、何らかの部材を配置すると、蓄電素子が大型化してしまい、蓄電素子の小型化または高容量化を図ることができないおそれがある。

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、小型化または高容量化を図ることができる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、第一方向に並ぶ複数の電極体と、前記複数の電極体の前記第一方向と直交する第二方向の端部に接続される集電体と、前記複数の電極体の前記第一方向及び前記第二方向と直交する第三方向に配置され、前記集電体と接続される電極端子と、前記複数の電極体のうちの２つの電極体の間に配置されるスペーサと、を備え、前記スペーサは、前記第三方向において、両端部が、前記複数の電極体のうちの少なくとも１つの電極体から突出しない位置に配置されている。

これによれば、蓄電素子において、第一方向に並ぶ複数の電極体の第二方向の端部に集電体が接続され、複数の電極体の第三方向に電極端子が配置され、２つの電極体の間にスペーサが配置され、スペーサは、第三方向の両端部が、少なくとも１つの電極体から突出しない。このように、蓄電素子が第一方向に並ぶ複数の電極体を備えることで、第一方向における厚みがばらつく場合があるが、２つの電極体の間にスペーサを配置することで、当該厚みのばらつきを吸収できる。ここで、電極体の第二方向（例えば左右方向）の端部には集電体が接続されているため、第二方向においては、集電体によってスペーサが電極体から突出するのが抑制される。または、第二方向において、スペーサが電極体から突出しても、集電体よりも突出しなければ、蓄電素子が大型化しない。これに対し、電極端子が配置されている第三方向（例えば上下方向）においては、スペーサが電極体から突出しやすく、スペーサが全ての電極体から突出すると、蓄電素子の第三方向の長さが長く（高さが高く）なり、蓄電素子が大型化してしまうおそれがある。このため、スペーサを、第三方向において、両端部が、少なくとも１つの電極体から突出しない位置に配置する。これにより、蓄電素子が第三方向に大型化してしまうのを抑制できるため、蓄電素子の小型化または高容量化を図ることができる。

さらに、前記２つの電極体の前記第三方向の端部同士を繋ぐシート部材を備えることにしてもよい。

これによれば、蓄電素子において、シート部材で、スペーサを挟む２つの電極体の第三方向の端部同士を繋ぐことで、シート部材によって、スペーサが当該２つの電極体の第三方向の端部から突出するのが規制される。これにより、スペーサが、第三方向において、少なくとも１つの電極体から突出しない構成を容易に実現できるため、蓄電素子の小型化または高容量化を図ることができる。または、スペーサが当該２つの電極体の第三方向の端部から突出しないように構成すれば、スペーサがシート部材と接触するのが抑制されるため、スペーサがシート部材を損傷させるのを抑制できる。シート部材が当該２つの電極体の端部同士を繋ぐことで、スペーサを当該２つの電極体の間に挟んだ状態で固定できるため、複数の電極体に対してスペーサを容易に固定できる。これにより、例えば、スペーサを他の部材に接合して固定するような必要がない。

前記シート部材は、前記複数の電極体の全周を囲うように、前記複数の電極体の周囲に巻き付けられて配置されることにしてもよい。

これによれば、シート部材を、複数の電極体の全周を囲うように巻き付けることで、シート部材によって、スペーサが複数の電極体の第三方向の両側から突出するのが規制される。これにより、スペーサが、第三方向において、両端部が少なくとも１つの電極体から突出しない構成を容易に実現できるため、蓄電素子の小型化または高容量化を図ることができる。シート部材を複数の電極体の全周を囲うように巻き付けることで、スペーサを２つの電極体の間に挟んだ状態で固定できるため、複数の電極体に対してスペーサを容易に固定できる。

前記２つの電極体のそれぞれは、極板が巻回されて形成された、前記第三方向の両端部に位置する一対の湾曲部と、前記一対の湾曲部を繋ぐ平坦部と、を有し、前記スペーサは、前記２つの電極体の平坦部同士の間に配置され、かつ、前記第三方向において、両端部が、前記２つの電極体のうちの少なくとも１つの電極体の一対の湾曲部から突出しない位置に配置されていることにしてもよい。

扁平な巻回型の電極体においては、厚みがばらつきやすく、扁平な巻回型の電極体が複数配置されていると、厚みのばらつきが大きくなるおそれがある。このため、２つの電極体の平坦部同士の間にスペーサを配置して、当該厚みのばらつきを吸収する。また、スペーサを、第三方向において、両端部が、少なくとも１つの電極体の一対の湾曲部から突出しない位置に配置することで、蓄電素子が第三方向に大型化してしまうのを抑制できるため、蓄電素子の小型化または高容量化を図ることができる。

前記スペーサは、前記第三方向において、前記２つの電極体の双方よりも短いことにしてもよい。

これによれば、スペーサを、第三方向において、スペーサを挟む２つの電極体の双方よりも短くすることで、スペーサの両端部が当該２つの電極体から突出しない構成を容易に実現できる。これにより、蓄電素子が第三方向に大型化してしまうのを抑制できるため、蓄電素子の小型化または高容量化を図ることができる。

前記２つの電極体の間には、複数の前記スペーサが配置されることにしてもよい。

これによれば、２つの電極体の間に複数のスペーサを配置することで、複数の電極体の厚みのばらつきが大きい場合でも、当該厚みのばらつきを容易に吸収できる。これにより、複数の電極体の厚みのばらつきを容易に吸収しつつ、蓄電素子の小型化または高容量化を図ることができる。

本発明に係る蓄電素子によれば、小型化または高容量化を図ることができる。

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の容器本体を分離して容器の内方の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る蓄電素子を分解して各構成要素を示す分解斜視図である。 実施の形態に係る電極体、スペーサ、並びに、シート部材の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る電極体、スペーサ、並びに、シート部材の構成を示す断面図である。 実施の形態の変形例に係る複数のスペーサを備える蓄電素子の構成を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態（その変形例も含む）に係る蓄電素子について説明する。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、製造工程、製造工程の順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。各図において、寸法等は厳密に図示したものではない。各図において、同一または同様な構成要素については同じ符号を付している。

以下の説明及び図面中において、蓄電素子が有する一対（正極側及び負極側、以下同様）の電極端子の並び方向、一対の集電体の並び方向、電極体の幅方向、電極体の巻回軸が延びる方向、電極体における集電体と接続される端部が配置される方向、または、容器の短側面の対向方向を、Ｘ軸方向と定義する。複数の電極体の並び方向、電極体が有する極板の積層方向、電極体の厚み方向、電極体とスペーサとの並び方向、容器の長側面の対向方向、または、容器の厚み方向を、Ｙ軸方向と定義する。電極体の高さ方向、電極端子と集電体及び電極体との並び方向、容器の容器本体と蓋体との並び方向、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。

以下の説明において、例えば、Ｘ軸プラス方向とは、Ｘ軸の矢印方向を示し、Ｘ軸マイナス方向とは、Ｘ軸プラス方向とは反対方向を示す。単にＸ軸方向という場合は、Ｘ軸プラス方向及びＸ軸マイナス方向の双方またはいずれか一方の方向を示す。Ｙ軸方向及びＺ軸方向についても同様である。以下では、Ｙ軸方向を第一方向とも呼び、Ｘ軸方向を第二方向とも呼び、Ｚ軸方向を第三方向とも呼ぶ場合がある。平行及び直交などの、相対的な方向または姿勢を示す表現は、厳密には、その方向または姿勢ではない場合も含む。例えば、２つの方向が直交している、とは、当該２つの方向が完全に直交していることを意味するだけでなく、実質的に直交していること、すなわち、例えば数％程度の差異を含むことも意味する。さらに、以下の説明において、「絶縁」と表現する場合、「電気的な絶縁」を意味する。

（実施の形態）
［１ 蓄電素子１０の全般的な説明］
まず、本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、本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、本実施の形態に係る蓄電素子１０の容器１００の容器本体１１０を分離して容器１００の内方の構成を示す斜視図である。図３は、本実施の形態に係る蓄電素子１０を分解して各構成要素を示す分解斜視図である。具体的には、図３は、容器本体１１０の図示を省略し、蓄電素子１０が備える各構成要素を示している。

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（単電池）であり、具体的には、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。蓄電素子１０は、電力貯蔵用途または電源用途等に使用される。蓄電素子１０は、例えば、自動車、自動二輪車、ウォータークラフト、船舶、スノーモービル、農業機械、建設機械、または、電気鉄道用の鉄道車両等の移動体の駆動用またはエンジン始動用等のバッテリ等として用いられる。上記の自動車としては、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）及びガソリン自動車が例示される。上記の電気鉄道用の鉄道車両としては、電車、モノレール、リニアモーターカー、並びに、ディーゼル機関及び電気モーターの両方を備えるハイブリッド電車が例示される。蓄電素子１０は、家庭用または事業用等に使用される定置用のバッテリ等としても用いることができる。

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、二次電池ではなく、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。蓄電素子１０は、固体電解質を用いた電池であってもよい。蓄電素子１０は、パウチタイプの蓄電素子であってもよい。本実施の形態では、扁平な直方体形状（角形）の蓄電素子１０を図示しているが、蓄電素子１０の形状は、直方体形状には限定されず、円柱形状、長円柱形状または直方体以外の多角柱形状等であってもよい。

図１に示すように、蓄電素子１０は、容器１００と、一対（正極側及び負極側）の電極端子２００と、一対（正極側及び負極側）の上部ガスケット３００と、を備えている。図２及び図３に示すように、容器１００の内方には、一対（正極側及び負極側）の下部ガスケット４００と、一対（正極側及び負極側）の集電体５００と、複数の電極体（２つの電極体６００及び７００）と、スペーサ８００と、シート部材９００と、が収容されている。容器１００の内部には、電解液（非水電解質）が封入されているが、図示は省略している。当該電解液としては、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。上記の構成要素の他、電極体６００及び７００の側方または下方等にスペーサ等が配置されていてもよい。

容器１００は、開口が形成された容器本体１１０と、容器本体１１０の当該開口を閉塞する蓋体１２０と、を有する直方体形状（角形または箱形）のケースである。容器本体１１０は、容器１００の本体部を構成する矩形筒状で底を備える部材である。容器本体１１０は、Ｙ軸方向両側の側面（長側面）に一対の平板状かつ矩形状の長側壁部１１１を有し、Ｘ軸方向両側の側面（短側面）に一対の平板状かつ矩形状の短側壁部１１２を有し、Ｚ軸マイナス方向側に平板状かつ矩形状の底壁部１１３を有している。蓋体１２０は、容器１００の蓋部を構成する矩形状の板状部材であり、容器本体１１０のＺ軸プラス方向にＸ軸方向に延設されて配置されている。蓋体１２０には、容器１００内方の圧力が過度に上昇した場合に当該圧力を開放するガス排出弁１２１、及び、容器１００の内方に電解液を注液するための注液部（図示せず）等が設けられている。

このような構成により、容器１００は、集電体５００、電極体６００及び７００、並びに、スペーサ８００等を容器本体１１０の内部に収容後、容器本体１１０と蓋体１２０とが溶接等によって接合されることにより、内部が密封される構造となっている。容器１００（容器本体１１０及び蓋体１２０）の材質は特に限定されず、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、メッキ鋼板等の溶接可能な金属とすることができるが、樹脂を用いることもできる。

電極端子２００は、集電体５００並びに電極体６００及び７００のＺ軸プラス方向（上方）に配置され、集電体５００を介して、電極体６００及び７００に電気的に接続される端子部材（正極端子及び負極端子）である。電極端子２００は、電極体６００及び７００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６００及び７００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部材である。電極端子２００は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金等の金属等の導電部材で形成されている。電極端子２００は、かしめ等によって、集電体５００に接続（接合）され、かつ、蓋体１２０に取り付けられている。

具体的には、電極端子２００は、下方（Ｚ軸マイナス方向）に延びる軸部２０１（リベット部）を有している。そして、軸部２０１が、上部ガスケット３００の貫通孔３０１と、蓋体１２０の貫通孔１２２と、下部ガスケット４００の貫通孔４０１と、集電体５００の貫通孔５０１とに挿入されて、かしめられる。これにより、電極端子２００は、上部ガスケット３００、下部ガスケット４００及び集電体５００とともに、蓋体１２０に固定される。このように、電極端子２００は、複数の電極体（２つの電極体６００及び７００）のＺ軸方向（第一方向及び第二方向と直交する第三方向）に配置され、集電体５００と接続される。なお、電極端子２００と集電体５００とを接続（接合）する手法は、かしめ接合には限定されず、超音波接合、レーザ溶接若しくは抵抗溶接等の溶接、または、ねじ締結等のかしめ以外の機械的接合等が用いられてもよい。

複数の電極体（２つの電極体６００及び７００）は、それぞれ、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蓄電要素（発電要素）である。複数の電極体（２つの電極体６００及び７００）は、Ｙ軸方向（第一方向）に並んで配置されている。電極体６００及び７００は、それぞれ、正極板と負極板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回されて形成された、Ｘ軸方向から見て長円形状のいわゆる縦巻きの扁平な巻回型電極体である。電極体６００及び７００は、同様の構成を有している。

正極板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等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（電極板）である。負極板は、銅または銅合金等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（電極板）である。正極基材層及び負極基材層として、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Ａｌ－Ｃｄ合金など、充放電時の酸化還元反応に対して安定な材料であれば適宜公知の材料を用いることもできる。正極活物質層に用いられる正極活物質、及び、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及び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。

正極活物質としては、ＬｉＭＰＯ_４、ＬｉＭＳｉＯ_４、ＬｉＭＢＯ_３（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種または２種以上の遷移金属元素）等のポリアニオン化合物、チタン酸リチウム、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４やＬｉＭｎ_１．５Ｎｉ_０．５Ｏ_４等のスピネル型リチウムマンガン酸化物、ＬｉＭＯ_２（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種または２種以上の遷移金属元素）等のリチウム遷移金属酸化物等を用いることができる。負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金（リチウム－ケイ素、リチウム－アルミニウム、リチウム－鉛、リチウム－錫、リチウム－アルミニウム－錫、リチウム－ガリウム、及びウッド合金等のリチウム金属含有合金）の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料（例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボン等）、ケイ素酸化物、金属酸化物、リチウム金属酸化物（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２等）、ポリリン酸化合物、あるいは、一般にコンバージョン負極と呼ばれる、Ｃｏ_３Ｏ_４やＦｅ_２Ｐ等の、遷移金属と第１４族乃至第１６族元素との化合物などが挙げられる。セパレータは、樹脂からなる微多孔性のシートであり、有機溶剤に不溶な織布、不織布、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂からなる合成樹脂微多孔膜等を用いることができる。

具体的には、電極体６００は、正極板と負極板とが、セパレータを介して、巻回軸の方向に互いにずらして巻回されている。巻回軸とは、正極板及び負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６００の中心を通る、Ｘ軸方向に平行な直線である。そして、正極板及び負極板は、それぞれのずらされた方向の端部に、活物質が形成（塗工）されず基材層が露出した部分（活物質層非形成部）を有している。

これにより、電極体６００は、巻回軸方向の一端部に、正極板の活物質層非形成部が積層されて束ねられた正極側の積層部６０１を有し、巻回軸方向の他端部に、負極板の活物質層非形成部が積層されて束ねられた負極側の積層部６０１を有している。積層部６０１は、極板（正極板または負極板）が積層方向（Ｙ軸方向）に積層された部位である。つまり、電極体６００は、電極体６００の本体を構成する電極体本体部６１０（図４参照）と、電極体本体部６１０からＸ軸方向両側に突出する一対（正極側及び負極側）の積層部６０１と、を有している。電極体本体部６１０は、正極板及び負極板の活物質層が形成（塗工）された部分とセパレータとが巻回されて形成された長円形状の部位（活物質層形成部）である。同様に、電極体７００は、電極体７００の本体を構成する電極体本体部７１０（図４参照）と、電極体本体部７１０からＸ軸方向両側に突出する一対（正極側及び負極側）の積層部７０１と、を有している。電極体６００及び７００の構成の詳細な説明については、後述する。

スペーサ８００は、２つの電極体６００及び７００の間に配置される平板状かつ矩形状の部材である（図４参照）。スペーサ８００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、若しくは、それらの複合材料等の絶縁性を有する樹脂等によって形成されている。スペーサ８００の材質は特に限定されず、ダンマ材等の断熱材、または、ゴム等の弾性体等で形成されていてもよい。電極体６００及び７００の絶縁性が確保される、または、電極体６００及び７００を絶縁する必要がないのであれば、スペーサ８００は金属材料等の導電部材で形成されていてもよい。スペーサ８００の構成の詳細な説明については、後述する。

シート部材９００は、２つの電極体６００及び７００のＺ軸方向（第三方向）の端部同士を繋ぐシート状の部材（結束シート）である。本実施の形態では、シート部材９００は、電極体６００及び７００のＺ軸方向の両端部同士を繋ぐ。具体的には、シート部材９００は、電極体６００及び７００のＹ軸方向両側及びＺ軸方向両側の周囲を囲う環状の部材である。シート部材９００は、例えば、上記のスペーサ８００に使用可能ないずれかの絶縁性を有する樹脂材料等の絶縁部材で形成できる。なお、他の部材によって電極体６００及び７００の絶縁性が確保される、または、電極体６００及び７００を絶縁する必要がないのであれば、シート部材９００は、金属材料等の導電部材で形成されていてもよい。シート部材９００の構成の詳細な説明については、後述する。

集電体５００は、電極体６００及び７００のＸ軸方向両側に配置され、電極体６００及び７００と電極端子２００とを電気的に接続する集電部材（正極集電体及び負極集電体）である。具体的には、正極側の集電体５００は、電極体６００及び７００の正極側の積層部６０１及び７０１と溶接等により接続（接合）されるとともに、上述の通り、正極側の電極端子２００とかしめ等により接合される。負極側の集電体５００は、電極体６００及び７００の負極側の積層部６０１及び７０１と溶接等により接続（接合）されるとともに、上述の通り、負極側の電極端子２００とかしめ等により接合される。このように、集電体５００は、複数の電極体（２つの電極体６００及び７００）のＸ軸方向（第一方向と直交する第二方向）の端部に接続される。

集電体５００は、容器本体１１０の側壁から蓋体１２０に亘って当該側壁及び蓋体１２０に沿って屈曲状態で配置される板状部材である。集電体５００は、蓋体１２０に固定的に接続（接合）される。この構成により、電極体６００及び７００が、集電体５００によって蓋体１２０から吊り下げられた状態で保持（支持）され、振動や衝撃等による揺れが抑制される。集電体５００の材質は特に限定されないが、例えば、正極側の集電体５００は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属等の導電部材で形成され、負極側の集電体５００は、銅または銅合金等の金属等の導電部材で形成されている。なお、集電体５００と積層部６０１及び７０１とを接続（接合）する手法は、超音波接合、レーザ溶接若しくは抵抗溶接等、どのような溶接が用いられてもよいし、かしめ接合やねじ締結等の機械的接合等が用いられてもよい。

正極側及び負極側の集電体５００は、ＹＺ平面に対して対称な形状を有している。図３に示すように、それぞれの集電体５００は、端子接続部５１０と、端子接続部５１０からＺ軸マイナス方向に向けて延設された４つの電極接続部５２０と、を有している。端子接続部５１０は、電極端子２００に接続（接合）される集電体５００の基部である。端子接続部５１０は、集電体５００の電極端子２００側（上側、Ｚ軸プラス方向）に配置される、上述の貫通孔５０１が形成されたＸＹ平面に平行な平板状の部位である。電極接続部５２０は、電極体６００及び７００に接続（接合）される集電体５００の脚部である。電極接続部５２０は、集電体５００の電極体６００及び７００側（下側、Ｚ軸マイナス方向）に配置される、端子接続部５１０のＸ軸方向の端部からＺ軸マイナス方向に延びる長尺状かつ平板状の部位である。本実施の形態では、４本の電極接続部５２０のうち、２本の電極接続部５２０が、電極体６００の積層部６０１をＹ軸方向で挟む位置に配置されて積層部６０１に接合され、２本の電極接続部５２０が、電極体７００の積層部７０１をＹ軸方向で挟む位置に配置されて積層部７０１に接合される。

上部ガスケット３００は、容器１００の蓋体１２０と電極端子２００との間に配置され、蓋体１２０と電極端子２００との間を絶縁し、かつ封止する板状の部材（正極上部ガスケット及び負極上部ガスケット）である。下部ガスケット４００は、蓋体１２０と集電体５００との間に配置され、蓋体１２０と集電体５００との間を絶縁する板状の部材（正極下部ガスケット及び負極下部ガスケット）である。上部ガスケット３００及び下部ガスケット４００は、例えば、上記のスペーサ８００に使用可能ないずれかの絶縁性を有する樹脂材料等によって形成されている。

［２ 電極体６００及び７００、スペーサ８００、シート部材９００の構成の説明］
次に、電極体６００及び７００、スペーサ８００、並びに、シート部材９００の構成について、詳細に説明する。図４は、本実施の形態に係る電極体６００及び７００、スペーサ８００、並びに、シート部材９００の構成を示す斜視図である。具体的には、図４は、図３に示した電極体６００及び７００、スペーサ８００、並びに、シート部材９００を分解して、各構成要素を示す分解斜視図である。図５は、本実施の形態に係る電極体６００及び７００、スペーサ８００、並びに、シート部材９００の構成を示す断面図である。具体的には、図５は、図１に示した蓄電素子１０の中央部分を、ＹＺ平面に平行な面で切断した場合の構成を示す断面図である。

上述の通り、電極体６００及び７００は、それぞれ、正極板と負極板との間にセパレータが挟み込まれて巻回された、Ｘ軸方向から見て長円形状の扁平な巻回型電極体である。つまり、電極体本体部６１０及び７１０は、それぞれ、正極板及び負極板の活物質層が形成された部分とセパレータとが巻回されて形成された長円柱形状または長円筒形状の部位である。これにより、図４及び図５に示すように、電極体本体部６１０は、Ｙ軸方向（第一方向）の両側に位置する一対の電極体平坦部６１１及び６１２と、Ｚ軸方向（第三方向）の両端部に位置する一対の電極体湾曲部６１３及び６１４と、を有することとなる。電極体本体部７１０は、Ｙ軸方向（第一方向）の両側に位置する一対の電極体平坦部７１１及び７１２と、Ｚ軸方向（第三方向）の両端部に位置する一対の電極体湾曲部７１３及び７１４と、を有することとなる。

電極体平坦部６１１は、Ｙ軸マイナス方向に向いたＸＺ平面に平行に広がる平坦状かつ矩形状の、一対の電極体湾曲部６１３及び６１４を繋ぐ部位であり、容器本体１１０のＹ軸マイナス方向の長側壁部１１１に対向して配置される。電極体平坦部６１２は、Ｙ軸プラス方向に向いたＸＺ平面に平行に広がる平坦状かつ矩形状の、一対の電極体湾曲部６１３及び６１４を繋ぐ部位であり、スペーサ８００に対向して配置される。電極体湾曲部６１３は、Ｘ軸方向から見てＺ軸プラス方向に突出するように半円の円弧形状に湾曲し、Ｘ軸方向に延設された湾曲状の部位であり、蓋体１２０に対向して配置される。電極体湾曲部６１４は、Ｘ軸方向から見てＺ軸マイナス方向に突出するように半円の円弧形状に湾曲し、Ｘ軸方向に延設された湾曲状の部位であり、容器本体１１０の底壁部１１３に対向して配置される。

電極体平坦部７１１は、Ｙ軸マイナス方向に向いたＸＺ平面に平行に広がる平坦状かつ矩形状の、一対の電極体湾曲部７１３及び７１４を繋ぐ部位であり、スペーサ８００に対向して配置される。電極体平坦部７１２は、Ｙ軸プラス方向に向いたＸＺ平面に平行に広がる平坦状かつ矩形状の、一対の電極体湾曲部７１３及び７１４を繋ぐ部位であり、容器本体１１０のＹ軸プラス方向の長側壁部１１１に対向して配置される。電極体湾曲部７１３は、Ｘ軸方向から見てＺ軸プラス方向に突出するように半円の円弧形状に湾曲し、Ｘ軸方向に延設された湾曲状の部位であり、蓋体１２０に対向して配置される。電極体湾曲部７１４は、Ｘ軸方向から見てＺ軸マイナス方向に突出するように半円の円弧形状に湾曲し、Ｘ軸方向に延設された湾曲状の部位であり、容器本体１１０の底壁部１１３に対向して配置される。

シート部材９００は、上述の通り、２つの電極体６００及び７００のＺ軸方向（第三方向）の端部同士（湾曲部同士）を繋ぐ部材である。つまり、シート部材９００は、電極体本体部６１０及び７１０の電極体湾曲部６１３及び７１３を繋ぎ、かつ、電極体湾曲部６１４及び７１４を繋ぐ。具体的には、シート部材９００は、Ｙ軸方向両側の側面に、対向する一対の第一シート部９１０及び９２０を有し、Ｚ軸方向両側の上面及び下面に、対向する一対の第二シート部９３０及び９４０を有している。一対の第一シート部９１０及び９２０のＺ軸方向両端部と、一対の第二シート部９３０及び９４０のＹ軸方向両端部とが接続されて、矩形環状のシート部材９００が構成されている。これにより、シート部材９００は、複数の電極体（２つの電極体６００及び７００）の全周を囲うように、複数の電極体（２つの電極体６００及び７００）の周囲に巻き付けられて配置される。

なお、シート部材９００は、電極体６００及び７００に巻き付けられる前（拘束前）から矩形環状を有していてもよいし、電極体６００及び７００に巻き付けられる前（拘束前）には円環状等の曲面形状を有していてもよい。つまり、シート部材９００は、電極体６００及び７００に巻き付けられる前（拘束前）においては曲面状であり、電極体６００及び７００に巻き付けられた後（拘束後）に電極体６００及び７００に密着することで、平面状の一対の第一シート部９１０及び９２０と一対の第二シート部９３０及び９４０とが形成されることにしてもよい。また、シート部材９００は、電極体６００及び７００に巻き付けられる前には１枚（または複数枚）のシートであり、電極体６００及び７００に巻き付けられた後に、シートの端部同士が接続（接合）されて電極体６００及び７００を拘束することにしてもよい。

第一シート部９１０及び９２０は、ＸＺ平面に平行なシート状かつ矩形状の部位であり、Ｙ軸方向において電極体６００及び７００並びにスペーサ８００を挟む位置に配置される。第一シート部９１０及び９２０は、第二シート部９３０及び９４０に隣接し、かつ、第二シート部９３０及び９４０よりも外面の面積が大きい。第一シート部９１０は、電極体本体部６１０の電極体平坦部６１１のＹ軸マイナス方向に配置され、電極体平坦部６１１と容器本体１１０のＹ軸マイナス方向の長側壁部１１１との間において、電極体平坦部６１１及び当該長側壁部１１１に当接して配置される。第一シート部９２０は、電極体本体部７１０の電極体平坦部７１２のＹ軸プラス方向に配置され、電極体平坦部７１２と容器本体１１０のＹ軸プラス方向の長側壁部１１１との間において、電極体平坦部７１２及び当該長側壁部１１１に当接して配置される。

第二シート部９３０及び９４０は、ＸＹ平面に平行なシート状かつ矩形状の部位であり、Ｚ軸方向において電極体６００及び７００並びにスペーサ８００を挟む位置に、２つの電極体６００及び７００に亘って配置される。第二シート部９３０及び９４０は、第一シート部９１０及び９２０に隣接し、かつ、第一シート部９１０及び９２０よりも外面の面積が小さい。なお、第一シート部９１０及び９２０が第二シート部９３０及び９４０よりも外面の面積が小さくなってもよい。第二シート部９３０は、電極体本体部６１０及び７１０の電極体湾曲部６１３及び７１３のＺ軸プラス方向に配置され、電極体湾曲部６１３及び７１３と蓋体１２０との間において、電極体湾曲部６１３及び７１３に当接して配置される。第二シート部９４０は、電極体本体部６１０及び７１０の電極体湾曲部６１４及び７１４のＺ軸マイナス方向に配置され、電極体湾曲部６１４及び７１４と容器本体１１０の底壁部１１３との間において、電極体湾曲部６１４及び７１４と底壁部１１３とに当接して配置される。

本実施の形態では、シート部材９００（第一シート部９１０及び９２０並びに第二シート部９３０及び９４０）は、熱によって収縮可能なシート状の部材、または、粘着テープ等により形成されている。シート部材９００は、例えば、熱によって収縮可能な樹脂製等の環状のシュリンクシートであり、電極体６００及び７００の周囲に巻かれた後に熱により収縮されて電極体６００及び７００を拘束可能な構成となっている。シート部材９００は、ガラスクロステープ等の粘着テープ（絶縁テープ）であり、電極体６００及び７００のＺ軸方向の両端部同士を繋ぐことにより、電極体６００及び７００を拘束する構成でもよい。この場合、シート部材９００は、電極体６００及び７００のＺ軸プラス方向の端部同士を繋ぐシート部材と、電極体６００及び７００のＺ軸マイナス方向の端部同士を繋ぐシート部材との２つのシート部材を有していてもよい。つまり、第一シート部９１０及び９２０が、Ｚ軸方向において分割されていてもよい。

図５に示すように、スペーサ８００は、２つの電極体６００及び７００の平坦部同士の間に配置されている。具体的には、スペーサ８００は、電極体６００及び７００の電極体本体部６１０及び７１０の電極体平坦部６１２及び７１１の間において、電極体平坦部６１２及び７１１に当接して配置されている。スペーサ８００は、Ｚ軸方向（第三方向）において、両端部が、複数の電極体（電極体６００及び７００）のうちの少なくとも１つの電極体から突出しない位置に配置されている。つまり、スペーサ８００は、Ｚ軸方向（第三方向）において、両端部が、２つの電極体６００及び７００のうちの少なくとも１つの電極体の一対の湾曲部（電極体湾曲部６１３及び６１４、または、電極体湾曲部７１３及び７１４）から突出しない位置に配置されている。

本実施の形態では、スペーサ８００は、Ｚ軸方向（第三方向）において、２つの電極体６００及び７００の双方よりも短い。これにより、スペーサ８００は、Ｚ軸方向において、両端部が、２つの電極体６００及び７００の双方から突出しない位置に配置されている。つまり、スペーサ８００は、Ｚ軸方向において、２つの電極体６００及び７００の双方の一対の湾曲部である電極体湾曲部６１３及び６１４、並びに、電極体湾曲部７１３及び７１４から突出しない位置に配置されている。具体的には、スペーサ８００は、Ｚ軸方向において、電極体６００及び７００の電極体本体部６１０及び７１０の電極体平坦部６１２及び７１１から突出するが、電極体湾曲部６１３及び６１４、並びに、電極体湾曲部７１３及び７１４からは突出しない位置に配置されている。本実施の形態では、電極体６００及び７００の電極体湾曲部６１３及び６１４、並びに、電極体湾曲部７１３及び７１４が、スペーサ８００から突出するように配置されている。これにより、スペーサ８００は、シート部材９００の第二シート部９３０及び９４０には当接していない。

［３ 効果の説明］
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、第一方向（Ｙ軸方向）に並ぶ２つの電極体６００及び７００の第二方向（Ｘ軸方向）の端部に集電体５００が接続され、電極体６００及び７００の第三方向（Ｚ軸方向）に電極端子２００が配置されている。２つの電極体６００及び７００の間にスペーサ８００が配置され、スペーサ８００は、第三方向の両端部が、少なくとも１つの電極体（本実施の形態では、電極体６００及び７００の双方）から突出しない。このように、蓄電素子１０が第一方向に並ぶ２つの電極体６００及び７００を備えることで、第一方向における厚みがばらつく場合があるが、２つの電極体６００及び７００の間にスペーサ８００を配置することで、当該厚みのばらつきを吸収できる。ここで、電極体６００及び７００の第二方向（左右方向）の端部には集電体５００が接続されているため、第二方向においては、集電体５００によってスペーサ８００が電極体６００及び７００から突出するのが抑制される。または、第二方向において、スペーサ８００が電極体６００及び７００から突出しても、集電体５００よりも突出しなければ、蓄電素子１０が大型化しない。これに対し、第三方向（上下方向）においては、スペーサ８００が電極体６００及び７００から突出しやすく、スペーサ８００が電極体６００及び７００から突出すると、蓄電素子１０の第三方向の長さが長く（高さが高く）なり、蓄電素子１０が大型化してしまうおそれがある。このため、スペーサ８００を、第三方向において、両端部が、少なくとも１つの電極体（本実施の形態では、電極体６００及び７００の双方）から突出しない位置に配置する。これにより、蓄電素子１０が第三方向に大型化してしまうのを抑制できるため、蓄電素子１０の小型化または高容量化を図ることができる。

シート部材９００で、スペーサ８００を挟む２つの電極体６００及び７００の第三方向の端部同士を繋ぐことで、シート部材９００によって、スペーサ８００が２つの電極体６００及び７００の第三方向の端部から突出するのが規制される。これにより、スペーサ８００が、第三方向において、少なくとも１つの電極体（本実施の形態では、電極体６００及び７００の双方）から突出しない構成を容易に実現できるため、蓄電素子１０の小型化または高容量化を図ることができる。または、スペーサ８００が２つの電極体６００及び７００の第三方向の端部から突出しないように構成すれば、スペーサ８００がシート部材９００と接触するのが抑制されるため、スペーサ８００がシート部材９００を損傷させるのを抑制できる。シート部材９００が２つの電極体６００及び７００の端部同士を繋ぐことで、スペーサ８００を２つの電極体６００及び７００の間に挟んだ状態で固定できるため、２つの電極体６００及び７００に対してスペーサ８００を容易に固定できる。これにより、例えば、スペーサ８００を他の部材に接合して固定するような必要がない。

シート部材９００を、２つの電極体６００及び７００の全周を囲うように巻き付けることで、シート部材９００によって、スペーサ８００が２つの電極体６００及び７００の第三方向の両側から突出するのが規制される。これにより、スペーサ８００が、第三方向において、両端部が少なくとも１つの電極体（本実施の形態では、電極体６００及び７００の双方）から突出しない構成を容易に実現できるため、蓄電素子１０の小型化または高容量化を図ることができる。シート部材９００を２つの電極体６００及び７００の全周を囲うように巻き付けることで、スペーサ８００を２つの電極体６００及び７００の間に挟んだ状態で固定できるため、２つの電極体６００及び７００に対してスペーサ８００を容易に固定できる。

扁平な巻回型の電極体においては、厚みがばらつきやすく、２つの扁平な巻回型の電極体６００及び７００が配置されていると、厚みのばらつきが大きくなるおそれがある。このため、２つの電極体６００及び７００の電極体平坦部６１２及び７１１同士の間にスペーサ８００を配置して、当該厚みのばらつきを吸収する。また、スペーサ８００を、第三方向において、両端部が、少なくとも１つの電極体の一対の湾曲部（本実施の形態では、電極体湾曲部６１３及び６１４、並びに、電極体湾曲部７１３及び７１４）から突出しない位置に配置する。これにより、蓄電素子１０が第三方向に大型化してしまうのを抑制できるため、蓄電素子１０の小型化または高容量化を図ることができる。

スペーサ８００を、第三方向において、スペーサ８００を挟む２つの電極体６００及び７００の双方よりも短くすることで、スペーサ８００の両端部が２つの電極体６００及び７００から突出しない構成を容易に実現できる。これにより、蓄電素子１０が第三方向に大型化してしまうのを抑制できるため、蓄電素子１０の小型化または高容量化を図ることができる。スペーサ８００を、第三方向において、２つの電極体６００及び７００の双方よりも短くすることで、スペーサ８００が、２つの電極体６００及び７００を繋ぐシート部材９００に接触してシート部材９００を損傷させるのを抑制できる。

［４ 変形例の説明］
以上、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されない。今回開示された実施の形態は全ての点で例示であり、本発明の範囲には、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。

例えば、上記実施の形態において、２つの電極体６００及び７００の間には、１枚のスペーサ８００が配置されることとした。しかし、２つの電極体６００及び７００の間には、複数のスペーサ８００が配置されてもよい。図６は、本実施の形態の変形例に係る複数のスペーサ８００を備える蓄電素子１１の構成を示す断面図である。具体的には、図６は、図５に対応する図である。図６に示すように、蓄電素子１１は、電極体６００及び７００の間に、Ｙ軸方向に重ねられて配置される２枚のスペーサ８００を備えている。具体的には、２枚のスペーサ８００は、電極体６００及び７００の電極体平坦部６１２及び７１１の間に配置されている。なお、スペーサ８００の枚数は特に限定されず、電極体６００及び７００の間に３枚以上のスペーサ８００が配置されてもよい。本変形例のその他の構成については、上記実施の形態と同様である。以上のように、本変形例に係る蓄電素子１１によれば、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。特に、本変形例では、２つの電極体６００及び７００の間に複数のスペーサ８００を配置することで、電極体６００及び７００の厚みのばらつきが大きい場合でも、当該厚みのばらつきを容易に吸収できる。これにより、電極体６００及び７００の厚みのばらつきを容易に吸収しつつ、蓄電素子１１の小型化または高容量化を図ることができる。

上記実施の形態では、スペーサ８００は、シート部材９００の第二シート部９３０及び９４０には当接していないこととした。しかし、スペーサ８００は、第二シート部９３０及び９４０の少なくとも一方に当接していてもよい。つまり、スペーサ８００は、Ｚ軸方向において、電極体６００及び７００と同じ長さであってもよい。

上記実施の形態では、電極体６００及び７００は、Ｚ軸方向から見て長円形状を有していることとしたが、円形状、楕円形状、または、多角形状等を有していてもよく、その形状は特に限定されない。電極体６００及び７００の形状は巻回型に限らず、平板状極板を積層したスタック型、または、極板を蛇腹状に折り畳んだ形状等であってもよい。電極体６００及び７００は、タブを有していてもよい。

上記実施の形態では、電極体６００及び７００の２つの電極体がＹ軸方向に並んで配置されることとしたが、３つ以上の電極体がＹ軸方向に並んで配置されてもよい。この場合、少なくとも２つの電極体の間に、少なくとも１つのスペーサ８００が配置されていればよい。つまり、全ての電極体同士の間にスペーサ８００が配置されてもよいし、いずれか２つの電極体の間にスペーサ８００が配置されてもよい。

上記実施の形態では、電極体６００及び７００は、Ｚ軸方向の長さが同じであることとしたが、Ｚ軸方向の長さが異なっていてもよい。この場合、スペーサ８００は、Ｚ軸方向において、両端部が、２つの電極体のうちの少なくとも１つの電極体から突出しない位置に配置されていればよい。つまり、スペーサ８００は、Ｚ軸方向において、両端部が、長い方の電極体から突出しなければよく、短い方の電極体からが突出していてもよい。Ｚ軸方向の長さが異なる３つ以上の電極体が配置される場合には、スペーサ８００は、Ｚ軸方向において、両端部が、最も長い電極体から突出しなければよい。

上記実施の形態において、シート部材９００は、電極体６００及び７００のＺ軸方向の双方向において端部同士を繋ぐこととしたが、電極体６００及び７００のＺ軸方向の一方向の端部同士しか繋がないことにしてもよい。または、蓄電素子がシート部材９００を備えていない構成でもよい。

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。

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、１１ 蓄電素子
１００ 容器
１１０ 容器本体
１１１ 長側壁部
１１２ 短側壁部
１１３ 底壁部
１２０ 蓋体
１２１ ガス排出弁
１２２、３０１、４０１、５０１ 貫通孔
２００ 電極端子
２０１ 軸部
３００ 上部ガスケット
４００ 下部ガスケット
５００ 集電体
５１０ 端子接続部
５２０ 電極接続部
６００、７００ 電極体
６０１、７０１ 積層部
６１０、７１０ 電極体本体部
６１１、６１２、７１１、７１２ 電極体平坦部
６１３、６１４、７１３、７１４ 電極体湾曲部
８００ スペーサ
９００ シート部材
９１０、９２０ 第一シート部
９３０、９４０ 第二シート部

Claims (6)

1. 第一方向に並ぶ複数の電極体と、
   前記複数の電極体の前記第一方向と直交する第二方向の端部に接続される集電体と、
   前記複数の電極体の前記第一方向及び前記第二方向と直交する第三方向に配置され、前記集電体と接続される電極端子と、
   前記複数の電極体のうちの２つの電極体の間に配置されるスペーサと、を備え、
   前記スペーサは、前記第三方向において、両端部が、前記複数の電極体のうちの少なくとも１つの電極体から突出しない位置に配置されている
   蓄電素子。
2. さらに、
   前記２つの電極体の前記第三方向の端部同士を繋ぐシート部材を備える
   請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記シート部材は、前記複数の電極体の全周を囲うように、前記複数の電極体の周囲に巻き付けられて配置される
   請求項２に記載の蓄電素子。
4. 前記２つの電極体のそれぞれは、極板が巻回されて形成された、前記第三方向の両端部に位置する一対の湾曲部と、前記一対の湾曲部を繋ぐ平坦部と、を有し、
   前記スペーサは、前記２つの電極体の平坦部同士の間に配置され、かつ、前記第三方向において、両端部が、前記２つの電極体のうちの少なくとも１つの電極体の一対の湾曲部から突出しない位置に配置されている
   請求項１～３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
5. 前記スペーサは、前記第三方向において、前記２つの電極体の双方よりも短い
   請求項１～４のいずれか１項に記載の蓄電素子。
6. 前記２つの電極体の間には、複数の前記スペーサが配置される
   請求項１～５のいずれか１項に記載の蓄電素子。

Images