JP5924236B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電装置に関する。

従来から、蓄電装置の一種である二次電池としては、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などがよく知られている。このような二次電池は、金属箔に活物質を塗布した電極が層状をなす電極組立体と、外部に電力を取り出すための一対の電極端子と、電極組立体と電極端子とを電気的に接続する導電部材とを備えて構成されている。

下記特許文献１に開示された二次電池においては、電極端子が、ケースの蓋の裏面に対面する鍔部と、蓋に設けられた挿通孔に挿通されるねじ部と、ねじ部に一体化されて蓋の表面側に突出する先端部を備え、上記ねじ部に固定ナットを螺合することで、電極端子が蓋に固定される。

さらに、特許文献１に開示された二次電池では、電極端子の先端部を、その軸線方向に沿って見た平面形状が二面幅を有するようにすることで、先端部をスパナ等の市販の工具で挟めるようにし、固定ナットをねじ部に螺合する際に電極端子が一緒に回ってしまう事態（いわゆる供回り）の抑制を図っている。

特開２００３−１９７１７６号公報 特開平１０−３４０７１６号公報 特開平５−１０９３９９号公報 特開２００３−２２９１１６号公報

しかしながら、上述した従来の二次電池においては、以下に示すような問題があった。すなわち、固定ナットをねじ部に螺合する際、スパナ等で先端部を挟む必要があるため、先端部には挟むことができる程度の高さが求められる。そして、ケースの外側にある先端部の高さが高くなると、その分だけ二次電池の外形寸法が増加することとなり、二次電池全体として単位体積当たりの蓄電容量が低下してしまう。

このような問題は、二次電池だけでなく、電気二重層キャパシタ等のその他の蓄電装置においても同様に生じる。

そこで、本発明は、単位体積当たりの蓄電容量を低下させることなく、供回りの抑制が図られた蓄電装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る蓄電装置は、正極および負極が絶縁された構造を有する電極組立体が、蓋部を有するケースに収容され、ケースの内部において電極組立体と電気的に接続されるとともに、蓋部に形成されかつケースの内外を貫通する挿通孔から突出する、柱状の電極端子と、ケースの外側から電極端子に固定される固定ナットとを備え、電極端子は、蓋部からケースの外側に突出する突端部と、ケースの内側に配置される基端部とを有し、突端部の側周面に、固定ナットが螺合するねじ部が形成され、基端部の側周面に、電極端子の軸線に対して平行な平坦面を有する。

このような蓄電装置においては、ケースの内側に存在する電極端子の基端部が、その側周面に、電極端子の軸線に対して平行な平坦面を有するため、この平坦面に治具を当接させることができ、そのような治具の当接により、電極端子の回動を抑制することができる。そのため、蓋部からケース外側に突出する電極端子の突端部に固定ナットを螺合する際、基端部の平坦面に所定の治具を当接させることで、電極端子の供回りが効果的に抑制される。なお、治具が当接される基端部はケースの内側に存在するため、基端部の長さは蓄電装置の外形寸法に影響せず、単位体積当たりの蓄電容量が低下することはない。

また、基端部が平坦面を複数有する態様であってもよく、さらに、複数の平坦面のうち、少なくとも２つの平坦面が互いに平行である態様であってもよい。この場合、複数の当接面を有する治具を用いて、複数の平坦面それぞれに治具を当接させることで、電極端子の基端部が治具に挟まれることとなり、供回りをより確実に抑制することができる。

また、ケースが、電極端子の軸線に直交する断面において、環状の長方形の断面形状を有しており、平坦面が、断面形状の長辺に対応するケースの内側面に対して、平行に対面している態様であってもよい。この場合、締め付け後に固定ナットがゆるんだ場合においても、ケースと端子の平行度は維持される。

また、突端部が、円柱状の第１の円柱部であり、基端部が、第１の円柱部の側周面の径よりも大きい径の側周面を有する円柱状の第２の円柱部である態様であってもよい。この場合、第１の円柱部と第２の円柱部の間の形成される段部を、蓋部の挿通孔の縁部に当接させて、電極端子を蓋部に係止させることができ、それにより電極端子と蓋部との相対位置決めを正確におこなうことができる。

また、電極端子とケースとの間に介在するように電極端子に取り付けられた絶縁部材をさらに備え、絶縁部材が、平坦面をケースに対して露出させる開口部を有する態様であってもよい。この場合、絶縁部材により電極端子とケースとの間の絶縁を図りつつ、上述の平坦面を利用した供回り抑制を実現することができる。

また、蓄電装置が二次電池である態様であってもよい。

本発明に係る蓄電装置の製造方法は、正極および負極が絶縁された構造を有する電極組立体が、蓋部を有するケースに収容され、ケースの内部において電極組立体と電気的に接続されるとともに、蓋部に形成されかつケースの内外を貫通する挿通孔から突出する、柱状の電極端子と、ケースの外側から電極端子に固定される固定ナットとを備える蓄電装置の製造方法であって、固定ナットを電極端子に固定する固定工程を含み、固定工程の際、電極端子の軸線に対して平行な平坦面を側周面に有し、かつ、ケースの内側に配置される電極端子の基端部の平坦面に、治具を当接させた状態で、固定ナットを電極端子に固定する。

このような蓄電装置の製造方法においては、固定工程の際、ケースの内側に存在する電極端子の基端部の平坦面に治具を当接させた状態で、固定ナットを電極端子に固定することで、電極端子の回動が効果的に抑制される。なお、治具が当接される基端部はケースの内側に存在するため、基端部の長さは蓄電装置の外形寸法に影響せず、単位体積当たりの蓄電容量が低下することはない。

また、固定工程の際、治具を、平坦面に加えて、ケースの蓋部の面のうちの電極端子の軸線に対して平行な端面にも当接させた状態で固定する態様であってもよい。この場合、固定ナットを電極端子に固定する際に、蓋部が回動してしまう事態が抑制され、電極端子と蓋部との相対位置を保持することができる。

本発明によれば、単位体積当たりの蓄電容量を低下させることなく、供回りの抑制が図られた蓄電装置およびその製造方法が提供される。

図１は、本発明の実施形態に係る二次電池の端子部分を示したＹ−Ｚ面断面図である。 図２は、図１の二次電池の端子部分の斜視分解図である。 図３は、図１の二次電池の端子部分のＸ−Ｚ面断面図である。 図４は、図１の電極端子および導電部材を示した（ａ）平面図、および、（ｂ）側面図である。 図５は、図１の二次電池を作製する際の、電極端子に固定ナットを固定する工程（固定工程）を示した図である。 図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

まず、本発明の実施形態に係る車両（例えば産業車両や乗用車両）に搭載される蓄電装置としての二次電池１０の構成について、図１〜図３を参照しつつ説明する。

図１に示すように、二次電池１０は、ケース１１を備えている。ケース１１は、蓋部１２とケース本体部１３とからなり、外形および内部空間が扁平な直方体形状をなすケース本体部１３の一端面に設けられた開口を、長方形板状の蓋部１２が封止して、内部に密封空間を形成する構成となっている。

以下では、説明の便宜上、蓋部１２の短辺方向をＸ方向、蓋部１２の長辺方向をＹ方向、蓋部１２の厚さ方向をＺ方向として説明する。

ケース１１は、金属（例えばステンレスやアルミニウムなど）で構成されており、その内部空間には電極組立体１４が収容されている。電極組立体１４は、シート状のセパレータ（隔膜）を間に挟んだ状態（介在させた状態）で、シート状の正極および負極が層状（積層構造）に積層されたものであり、充電により蓄えた電力を供給する。この電極組立体１４は、ケース１１の内部空間に収まるように、その外形は扁平な直方体形状をなしている。なお、電極組立体１４は、図示しない絶縁シートで覆われた状態でケース１１に収容され、この絶縁シートによってケース１１との間の絶縁が図られている。

また、ケース１１内には、例えばリチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池といった、二次電池１０の種類に応じた電解質（電解液）が充填されている。

ケース１１のケース本体部１３は、主に上述した電極組立体１４を収容する部分であり、蓋部１２は、電極組立体１４の電力を外部に取り出す電極端子２２が取り付けられる部分である。

以下、蓋部１２に取り付けられる電極端子２２について説明する。

図１に示すように、蓋部１２には、その長辺方向（Ｙ方向）に関する両端部位置に、一対の電極端子２２（正極端子２２Ａおよび負極端子２２Ｂ）が取り付けられている。正極端子２２Ａおよび負極端子２２Ｂのいずれも、蓋部１２への取付態様は同様であるため、以下では、図１の左側に位置する正極端子２２Ａの蓋部１２への取付態様のみを説明し、図１の右側に位置する負極端子２２Ｂに関する説明は省略する。

図２、図３に示すように、電極端子２２（正極端子２２Ａ）は、蓋部１２の端部に設けられた円形状の挿通孔１２ａを介して蓋部１２を貫通する柱状の導電部材であり、蓋部１２の厚さ方向（Ｚ方向）に沿って延在するように蓋部１２に取り付けられる。

電極端子２２は、蓋部１２からケース１１の外側（図１〜図３の上側）に突出する突端部２３と、ケース１１の内側（図１〜図３の下側）に位置する２４とで構成されている。

突端部２３は、蓋部１２の挿通孔１２ａから突出可能なように、挿通孔１２ａの径よりもわずかに小さい径を有する、上側の円柱状の部分（第１の円柱部）である。この突端部２３の側周面には、後述する固定ナット２６が螺合されるべきねじ部（雄ねじ部）が設けられている。また、突端部２３の上端面には、バスバー２７を締結するためのボルト２８が螺合される孔２３ａが設けられている。バスバー２７は、隣接して設けられる二次電池１０の電極端子同士を電気的に接続するために用いられる。なお、符号２５は、蓋部１２と固定ナット２６との間に介在するワッシャーである。

基端部２４は、突端部２３の側周面の径よりも大きい径の側周面を有する、下側の円柱状の部分（第２の円柱部）である。基端部２４の側周面の径が、突端部２３の側周面の径より大きいため、突端部２３と基端部２４との間には段部が形成される。

このような電極端子２２によれば、突端部２３を蓋部１２の挿通孔１２ａに挿通させたときに、突端部２３と基端部２４との間の形成された段部が、蓋部１２の挿通孔１２ａの縁部に当接して、電極端子２２が蓋部１２に係止される。それにより、電極端子２２と蓋部１２との相対位置決め（蓋部１２の厚さ方向（Ｚ方向）に関する相対位置決め）を正確におこなうことができる。

なお、電極端子２２が蓋部１２に係止される際、基端部２４と蓋部１２とは直接は接触せず、基端部２４と蓋部１２との間にはＯリング３０が介在する。このＯリング３０は、突端部２３の側周面の径よりもわずかに大きい径の環状部材であり、突端部２３下部の周囲に配置される。このＯリング３０を、基端部２４と蓋部１２とで上下方向から挟むことで、蓋部１２の挿通孔１２ａ部分におけるケース内外の気密および液密が確保される。

また、基端部２４の下面には、蓋部１２の長辺方向（Ｙ方向）に延びる長方形薄片状の導電部材１６が溶接されている。この導電部材１６は、図１に示すように、電極組立体１４から蓋部１２の方向に延出するタブ１５（正極および負極の金属箔の活物質未塗工部分）に溶接される導電性の部材である。図１に示すように、正極端子２２Ａには、導電部材１６（１６Ａ）を介して正極シートのタブ１５Ａが電気的に接続され、負極端子２２Ｂには、導電部材１６（１６Ｂ）を介して負極シートのタブ１５Ｂが電気的に接続される。

さらに、基端部２４の側周面には、図２、図３に示すように、その一部に、電極端子２２の軸線（図４（ｂ）の線Ｚ１）に対して平行な一対の平坦面２４ａが形成されている。つまり、基端部２４は、円柱状の部分と平坦面２４ａの部分とを有する。一対の平坦面２４ａは、図４に示すように、いずれもＹ−Ｚ面に平行な面であり、互いに平行である。また、一対の平坦面２４ａの対面方向（Ｘ方向）における離間距離は、上述した導電部材１６の幅ｄ（Ｘ方向長さ）と同一である。そのため、基端部２４の平坦面２４ａと幅方向の端面１６ａとは、同一のＹ−Ｚ面内に存在する。基端部２４の平坦面２４ａと幅方向の端面１６ａとが存在する同一面は、蓋部１２の長辺に対応する部分が当接するケース本体部１３の内側面１３ａ（すなわち、環状の長方形のＸ−Ｙ面断面形状を有するケース本体部１３の長辺に対応する内側面１３ａ）に対して、平行に対面する面である。なお、上記のＸ−Ｙ面断面形状とは、電極端子２２の軸線Ｚ１の方向（すなわち、Ｚ方向）に直交する断面における形状である。基端部２４の平坦面２４ａとケース本体部１３の内側面１３ａとは所定距離だけ離間しており、そのため、基端部２４とケース本体部１３とは絶縁されている。

上述した電極端子２２の基端部２４には、図２に示すように、樹脂で構成された絶縁部材３２が、側方から装着される。

絶縁部材３２は、ケース１１および電極組立体１４と電極端子２２との間の絶縁を図りつつ、ケース１１に対して電極端子２２を保持するための部材である。この絶縁部材３２は、上面部３３、側面部３４および下面部３５によって構成されており、上面部３３と下面部３５とにより基端部２４を上下方向から挟んでいる。

上面部３３は、基端部２４と蓋部１２との間に介在して、電極端子２２と蓋部１２とを絶縁する平板状部分である。上面部３３には、基端部２４と蓋部１２との間に介在する上述したＯリング３０を囲むようにして挟むための切り欠き３３ａが形成されており、この切り欠き３３ａ内にＯリング３０が挟まれることでＯリング３０の位置および形状が保持される。

側面部３４は、蓋部１２の短辺に対応する部分が当接するケース本体部１３の内側面１３ｂ、すなわち、環状の長方形のＸ−Ｙ面断面形状を有するケース本体部１３の短辺に対応する内側面１３ｂに接する平板状部分である。この側面部３４により、電極端子２２とケース本体部１３との絶縁が図られるとともに、ケース本体部１３に対する電極端子２２の相対位置（Ｘ方向に関する相対位置）が保持される。

下面部３５は、基端部２４下面に取り付けられた導電部材１６の下面に接するように配置された平板状部分であり、基端部２４および導電部材１６と電極組立体１４とを絶縁するとともに、基端部２４および導電部材１６を下方から支持している。

なお、絶縁部材３２には、ケース本体部１３の内側面１３ａに対向する部分が存在せず、内側面１３ａの側は開口部３２ａとなっており、この開口部３２ａから基端部２４（の平坦面２４ａ）がケース本体部１３に対して露出している。ただし、上述したとおり、基端部２４の平坦面２４ａとケース本体部１３の内側面１３ａとは所定距離だけ離間しているため、基端部２４とケース本体部１３との絶縁は図られている。

続いて、上述した二次電池１０を作製する際、電極端子２２に固定ナット２６を固定する工程（固定工程）について、図５および図６を参照しつつ説明する。

二次電池１０を作製する際には、固定工程として、図５に示すように、蓋部１２から突出する電極端子２２の突端部２３のねじ部に、固定ナット２６が取り付けられる。それにより、電極端子２２の基端部２４と固定ナット２６との間で蓋部１２を強固に挟み込んで、電極端子２２を蓋部１２に締結する。

この固定工程の際に、蓋部１２および蓋部１２の下側にある全ての要素（すなわち、電極端子２２の基端部２４の部分、Ｏリング３０、絶縁部材３２、導電部材１６）のそれぞれの位置を保持するために、図５に示すような治具４０を用いることができる。

この治具４０は、たとえば金属等の高剛性材料で構成されており、蓋部１２と略同一寸法である長方形状の窪み部４２を有している。この窪み部４２は、その開口に蓋部１２が隙間なく嵌合し、かつ、蓋部１２の下側にある全ての要素が収容される寸法に設計されている。

窪み部４２は、図６に示すように、上述した電極端子２２の基端部２４の一対の平坦面２４ａそれぞれが当接する内側面４２ａと、蓋部１２の長辺に対応する部分の端面それぞれが当接する内側面４２ｂを有する。

そして、治具４０の窪み部４２内に、上述した態様で電極端子２２および蓋部１２が配置された状態で、固定ナット２６の固定がおこなわれる。

固定時には、基端部２４の平坦面２４ａが治具４０の内側面（当接面）４２ａに当接しているため、固定ナット２６の螺合に起因するモーメントが電極端子２２に生じた場合であっても、電極端子２２の軸線周りの回動は生じない。すなわち、固定ナット２６の固定時における電極端子２２の供回りが抑制される。

このとき、蓋部１２の端面も、治具４０の内側面４２ｂに当接しているため、電極端子２２同様、蓋部１２の回動も生じない。そのため、蓋部１２と電極端子２２との位置関係が保持される。

したがって、上述した固定工程の後に、蓋部１２とケース本体部１３とを組み合わせたとき、蓋部１２の端面および電極端子の平坦面２４ａがともにＹ−Ｚ平面に平行な面となり、ケース本体部１３の内側面１３ａとの間で所定の離間距離を保つことができる。なお、蓋部１２と電極端子２２との位置関係が変わり、たとえば電極端子２２に対して蓋部１２が回動した場合には、蓋部１２とケース本体部１３とを組み合わせたときに、ケース本体部１３の内側面１３ａに電極端子２２または導電部材１６が接して、短絡する事態が起こり得る。

その上、固定ナット２６の一方側（下側）に、供回りを抑制するための部分である基端部２４および蓋部１２の両方が位置しているため、その側に治具４０を配置することで、簡素な構成の治具で蓋部１２と電極端子２２の両方の供回りを抑制することができる。一方、引用文献１の図１に示されているように、固定ナットの一方側（下側）に蓋部が位置し、他方側（上側）に供回りを抑制するための部分である先端部が位置する場合には、蓋部と電極端子の両方の供回りを抑制しつつ固定ナットを固定するには、非常に手間がかかる上、治具４０のような簡素な構成の治具では実現できない。

以上で詳細に説明したように、上述した二次電池１０においては、ケース１１の内側に存在する電極端子２２の基端部２４が、その側周面に、電極端子２２の軸線Ｚ１に対して平行な平坦面２４ａを有するため、この平坦面２４ａに治具４０を当接させることができ、そのような治具４０の当接により、電極端子２２の回動を抑制することができる。そのため、蓋部１２からケース外側に突出する電極端子２２の突端部２３に固定ナット２６を螺合する際、基端部２４の平坦面２４ａに治具４０を当接させることで、電極端子２２の供回りが効果的に抑制される。

なお、治具４０が当接される基端部２４はケース１１の内側に存在するため、基端部２４の長さは二次電池１０の外形寸法に影響せず、単位体積当たりの蓄電容量が低下することはない。

特に、基端部２４が、その側周面に、互いに平行な一対の平坦面２４ａを有するため、上述した治具４０やその他の工具（スパナ等）で、平坦面２４ａの部分において基端部２４を挟むことができる。そのため、基端部２４の平坦面２４ａが１つのみである場合よりも、より確実に電極端子の回動を治具等で抑えることができ、より確実に電極端子２２の供回りを抑制することができる。

また、絶縁部材３２が、上面部３３、側面部３４および下面部３５で構成されているため、絶縁部材３２により電極端子２２とケース１１との間の絶縁が図られる。加えて、絶縁部材３２が、基端部２４の平坦面２４ａをケース本体部１３に対して露出させる開口部３２ａを有しているため、絶縁部材３２が装着された状態で電極端子２２が治具４０の窪み部４２に収容されたときに、基端部２４の平坦面２４ａが治具４０の内側面４２ａに接するため、平坦面２４ａを利用した供回り抑制が実現される。特に、平坦面２４ａと内側面４２ａとが直接接することで、平坦面２４ａと内側面４２ａとの間に樹脂等が介在する場合に比べて、より高い精度で、供回りを抑制することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

たとえば、蓄電装置は、二次電池に限らず、その他の蓄電装置（たとえば電気二重層キャパシタ等）であってもよい。また、電極端子の基端部の平坦面の数は、２つに限らず、１つや３つ以上であってもよい。なお、「平坦面」とは一様な面のみを意味するのではなく、「平坦な部分」を意味する。また、平坦面はたとえば平坦面の数を３以上の数（ｎ）にする場合には、基端部の形状をｎ角柱形状にしてもよい。さらに、ケースの外形形状は、円柱状や扁平な楕円柱状に形成してもよい。

１０…二次電池、１１…ケース、１２…蓋部、１２ａ…挿通孔、１３…ケース本体部、１３ａ、１３ｂ…内側面、１４…電極組立体、２２…電極端子、２３…突端部、２４…基端部、２４ａ…平坦面、２６…固定ナット、３２…絶縁部材、３２ａ…開口部、４０…治具、４２…窪み部、４２ａ、４２ｂ…内側面。

Claims (5)

1. 正極および負極が絶縁された構造を有する電極組立体が、蓋部を有するケースに収容され、
   前記ケースの内部において前記電極組立体と電気的に接続されるとともに、前記蓋部に形成されかつ前記ケースの内外を貫通する挿通孔から突出する、柱状の電極端子と、
   前記ケースの外側から前記電極端子に固定される固定ナットとを備え、
   前記電極端子は、
   前記蓋部から前記ケースの外側に突出する突端部と、
   前記ケースの内側に配置される基端部とを有し、
   前記突端部の側周面に、前記固定ナットが螺合するねじ部が形成され、前記基端部の側周面に、前記電極端子の軸線に対して平行な複数の平坦面を有し、
   複数の前記平坦面が、互いに平行な２つの平坦面を含み、
   前記ケースが、前記電極端子の軸線に直交する断面において、環状の長方形の断面形状を有しており、
   前記２つの平坦面それぞれが、前記断面形状の長辺に対応する前記ケースの内側面に対して、平行に対面しており、
   前記電極組立体と前記電極端子とが、前記電極端子の基端部の下面に接続され、前記ケースの長方形環状断面の長辺方向に延びる長方形薄片状の導電部材を介して、電気的に接続されており、
   前記２つの平坦面の対面方向における離間距離が、前記導電部材の幅と同一である、
   蓄電装置。
2. 前記突端部が、円柱状の第１の円柱部であり、
   前記基端部が、前記第１の円柱部の側周面の径よりも大きい径の側周面を有する円柱状の第２の円柱部である、請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記蓄電装置が二次電池である、請求項１または２に記載の蓄電装置。
4. 正極および負極が絶縁された構造を有する電極組立体が、蓋部を有するケースに収容され、
   前記ケースの内部において前記電極組立体と電気的に接続されるとともに、前記蓋部に形成されかつ前記ケースの内外を貫通する挿通孔から突出する、柱状の電極端子と、
   前記ケースの外側から前記電極端子に固定される固定ナットと
   を備える蓄電装置の製造方法であって、
   前記固定ナットを前記電極端子に固定する固定工程を含み、
   前記固定工程の際、前記電極端子の軸線に対して平行な平坦面を側周面に有し、かつ、
   前記ケースの内側に配置される前記電極端子の基端部の前記平坦面に、治具を当接させた状態で、前記固定ナットを前記電極端子に固定する、蓄電装置の製造方法。
5. 前記固定工程の際、前記治具を、前記平坦面に加えて、前記ケースの蓋部の面のうちの前記電極端子の軸線に対して平行な端面にも当接させた状態で固定する、請求項４に記載の蓄電装置の製造方法。

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