JP6040554B2 - 蓄電素子 - Google Patents
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Description
本発明は、容器と電極体との間に配置されるスペーサを有する蓄電素子に関する。
従来、容器と容器に内蔵する電極群（以下、「電極体」という。）との間の空間に、スペーサを配置している二次電池が公開されている（特許文献１参照）。特許文献１の二次電池では、スペーサの形状を電極体の曲面に沿った形状とすることにより、電解液が注入される空間を最小化し電解液が浪費されることを防いでいる。また、容器の内部で電極体が振動しないようにするという観点からも有効な形状であると考えられる。
しかしながら、特許文献１のようなスペーサでは、電極体の捲回軸方向のすべての領域において、電極体の曲面に沿った形状であるため、二次電池などの蓄電素子が充放電を繰り返すことによって起こる膨張を許容することができないという問題が生じる恐れがある。このように電極体が膨張することにより電極体が容器から圧迫されるため、電極体を構成するセパレータの目つぶれが起こり、電池の内部抵抗が上昇するなどして、電池性能が低下する。
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、容器と電極体との間にスペーサを備える蓄電素子において、電極体が容器の内部で振動することを防ぎ、かつ、電極体が膨張することによる蓄電素子の性能低下が起こらないようなスペーサを備え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、本発明の一形態に係る蓄電素子は、正極及び負極と、セパレータとが積層される電極体と、前記電極体を収容する容器と、前記電極体と前記容器との間に配置されるスペーサとを備え、前記スペーサは、前記容器に収容された状態において前記電極体により押圧された場合に、前記容器と共に形成する空間を小さくするように変形する。
これによれば、スペーサが電極体から押圧された場合に、スペーサが押圧されたことによりその一部が移動するための空間が、容器とスペーサとの間に形成されている。このため、電極体が例えば充放電を繰り返すことにより膨張してスペーサを押圧した場合に、スペーサの一部は、スペーサと容器との間に形成されている空間に向けて移動できる。このように、電極体が膨張したとしてもスペーサの一部が移動できる空間が形成されているため、スペーサは、電極体の膨張を吸収することができる。よって、電極体が過度に圧迫されることにより、蓄電素子の性能が低下することを防ぐことができる。
また、前記スペーサは、前記容器の内面と対向する第一面が、前記電極体側に向けて凹んでいてもよい。
これによれば、スペーサは、容器の内面と対向する第一面が、電極体側に凸であるため、電極体とは反対側において容器の内面と共に空間を形成することができる。
また、上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る蓄電素子は、正極及び負極と、セパレータとが積層される電極体と、前記電極体を収容する容器と、前記電極体と前記容器との間に配置されるスペーサとを備え、前記スペーサは、前記容器の内面と対向する第一面が、前記電極体側に向けて凹んでいてもよい。
これによれば、スペーサは、容器の内面と対向する第一面が、電極体側に凸であるため、電極体とは反対側において容器の内面と共に空間を形成することができる。つまり、スペーサが電極体から押圧された場合に、スペーサが押圧されたことによりその一部が移動するための空間が、容器とスペーサとの間に形成されている。このため、電極体が例えば充放電を繰り返すことにより膨張してスペーサを押圧した場合に、スペーサの一部は、スペーサと容器との間に形成されている空間に移動できる。このように、電極体が膨張したとしてもスペーサの一部が移動できる空間が形成されているため、スペーサは、電極体の膨張を吸収することができる。よって、電極体が過度に圧迫されることにより、蓄電素子の性能が低下することを防ぐことができる。
また、前記スペーサは、押圧方向に交差する方向において、中央部の厚みの方が両端部の厚みよりも薄くてもよい。
これによれば、スペーサは、押圧方向に交差する方向において、中央部の厚みが両端部の厚みよりも薄いため、中央部がたわみやすい構造となっている。このため、短手方向の中央部は、電極体が膨張した場合に、電極体とは反対側に形成される空間に移動しやすい。
また、前記スペーサは、前記容器の内面と対向する第一面と、前記電極体と対向する第二面とが対称であってもよい。
これによれば、スペーサは、容器の内面と対向する第一面と、第一面の反対側の第二面とが対称であるため、第一面と第二面とが反対になっても、電極体及び容器との関係は変わらない。このため、蓄電素子を組み立てる工程において、スペーサの電極体との並び方向の向きを気にしなくても良いため、組立効率を向上させることができる。
また、前記スペーサは、長尺形状であり、短手方向における一端側の第三面と、他端側の第四面とが対称であってもよい。
これによれば、スペーサは、短手方向における一端側の第三面と、他端側の第四面とが対称であるため、電極体の短手方向の両端に対して、例えば接触する位置関係が同様の関係となる。このため、電極体とスペーサとの間の応力を均一にすることができ、電極体の性能が極端に悪化する部位が生じることを防ぐことができる。
また、前記スペーサは、前記容器の内面と対向する第一面と、前記電極体と対向する第二面とが曲面により接続されてもよい。
これによれば、スペーサは、短手方向の両端が曲面により形成されている。このため、スペーサを容易に製造することができる。また、容器、電極体、及びスペーサを組み立てる際に、電極体を傷つけることを防ぐことができる。
また、前記スペーサは、前記容器に収容された状態において前記電極体により押圧された場合に、前記容器と共に形成する空間を小さくするように弾性変形してもよい。
これによれば、スペーサは電極体に押圧されることにより弾性変形するため、電極体からの押圧が解消されれば元の形状に戻る。つまり、スペーサは、電極体から押圧を受けている場合には、電極体に対して押圧している。したがって、電極体が充放電を繰り返すことにより膨張及び収縮を繰り返す場合に、スペーサは、電極体の膨張及び収縮に対して追従できる。このため、スペーサは、電極体が膨張と吸収を繰り返す場合であっても、電極体が容器の内部で振動することを防ぐことができる。
また、前記電極体は、前記正極及び前記負極と、前記セパレータとが積層され、かつ、捲回されることにより成り、前記正極及び前記負極と前記セパレータとが平面で積層されている平面部と、曲面で積層されている曲面部とが形成されており、前記スペーサは、前記曲面部と前記容器との間に配置され、前記電極体が膨張した場合に、前記電極体の膨張に伴って変形してもよい。
これによれば、電極体は捲回型の電極体であり、スペーサは電極体の曲面部にと容器との間に配置される。つまり、スペーサは、電極体の曲面部と対向している。捲回型の電極体では、曲面部も、正極及び負極とセパレータとが積層されているため、平面部と同様に膨張しやすい。スペーサは、曲面部とは反対側に空間を有しているため、電極体の曲面部が膨張しても移動部が空間に移動することができる。これにより、スペーサは、電極体の膨張を吸収することができる。
また、前記スペーサは、絶縁体であってもよい。
これによれば、スペーサは絶縁体であるため、スペーサが配置されている容器と電極体との間における絶縁を確保することができる。
また、さらに、前記電極体の側面を覆う絶縁材を備え、前記スペーサは、前記絶縁材と前記電極体との間に配置されてもよい。
これによれば、蓄電素子は、電極体の側面を覆う絶縁材をさらに備えており、スペーサは、電極体と共に絶縁材に覆われる。つまり、スペーサは、絶縁材と電極体との間に挟まれた状態で、電極体に固定される。そして、スペーサが絶縁材と電極体との間で固定された状態で容器に挿入されることで、蓄電素子が構成される。このように、スペーサが絶縁材で電極体に固定されて容器に挿入されるため、容器内でのスペーサの位置ずれを低減しつつ、スペーサを円滑に容器に挿入することができる。
本発明に係る蓄電素子によれば、電極体が容器の内部で振動することを防ぎ、かつ、電極体が膨張することによる蓄電素子の性能低下が防ぐことができる。
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の製造方法について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい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。本発明は、特許請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の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、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
まず、蓄電素子１０の構成について、説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０の外観を模式的に示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０の容器１００を除いた分解斜視図である。つまり、図２は、蓄電素子１０の容器１００内方に配置されている構成要素を示す図である。
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電池である。
これらの図に示すように、蓄電素子１０は、容器１００と、容器１００の上方に設けられるふた板１１０と、正極端子２００と、負極端子３００とを備えている。また、容器１００内方には、電極体１２０と、正極集電体１３０と、負極集電体１４０と、側面スペーサ１５０、１６０と、底面スペーサ１７０と、絶縁材１８０とが配置されている。
なお、蓄電素子１０の容器１００の内部には電解液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、蓄電素子１０は、非水電解質電池には限定されず、非水電解質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。
容器１００は、金属からなる矩形筒状で底を備える容器本体であり、金属製のふた板１１０で当該容器本体の開口が閉塞されている。つまり、容器１００は、電極体１２０等を内部に収容後、ふた板１１０と溶接等されることにより、内部を密封することができるものとなっている。なお、本実施の形態では、容器１００の開口とは反対側の面を容器１００の底面と定義する。
電極体１２０は、詳細な図示は省略するが、正極と負極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。正極は、アルミニウム箔からなる長尺帯状の正極基材の表面に正極活物質層が形成されたものである。負極は、銅箔からなる長尺帯状の負極基材の表面に負極活物質層が形成されたものである。セパレータは、樹脂からなる微多孔性のシートである。そして、電極体１２０は、負極と正極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を全体が長円形状となるように巻き回されて形成されている。
さらに詳しくは、上記正極と上記負極は、上記セパレータを介し、長尺帯状の幅方向に互いにずらして、当該幅方向に沿う回転軸を中心に長円形状に捲回されている。そして、上記正極及び上記負極は、それぞれのずらす方向の端縁部を活物質の非形成部とすることにより、捲回軸の一端部には、活物質が形成されていない正極基材であるアルミニウム箔が露出し、捲回軸の他端部には、活物質が形成されていない負極基材である銅箔が露出している。また、電極体１２０の捲回軸方向の両端部には正極集電体１３０及び負極集電体１４０が上記捲回軸方向と垂直方向に延びて配置されている。
また、電極体１２０は、正極及び負極とセパレータとが平面で積層されている平面部と、曲面で積層されている曲面部とが形成されている。そして、電極体１２０は、容器１００の底面に対して曲面部が対向するように、容器１００に収容される。
ここで、正極活物質としては、ＬｉＭＰＯ４、ＬｉＭＳｉＯ４、ＬｉＭＢＯ３（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、マンガン酸リチウム等のスピネル化合物、ＬｉＭＯ２（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。
また、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。例えば、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（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等）、ポリリン酸化合物などが挙げられる。
なお、同図では、電極体１２０の形状としては長円形状を示したが、円形状または楕円形状でもよい。
正極端子２００は、電極体１２０の正極に電気的に接続された電極端子であり、負極端子３００は、電極体１２０の負極に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１２０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１２０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１２０の上方に配置されたふた板１１０に取り付けられている。
正極集電体１３０は、電極体１２０の正極と容器１００の側壁との間に配置され、正極端子２００と電極体１２０の正極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、正極集電体１３０は、電極体１２０の正極と同様、アルミニウムで形成されている。
負極集電体１４０は、電極体１２０の負極と容器１００の側壁との間に配置され、負極端子３００と電極体１２０の負極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、負極集電体１４０は、電極体１２０の負極と同様、銅で形成されている。
側面スペーサ１５０、１６０は、正極集電体１３０及び負極集電体１４０と容器１００の側壁との間に配置され、正極集電体１３０及び負極集電体１４０に沿って延びる長尺状の絶縁性を有する部材である。例えば、側面スペーサ１５０、１６０は、ポリプロピレン（ＰＰ）などの樹脂である。つまり、側面スペーサ１５０、１６０は、正極集電体１３０及び負極集電体１４０と容器１００とを絶縁する。また、側面スペーサ１５０、１６０は、正極集電体１３０及び負極集電体１４０と容器１００との間のスペースを埋めることにより、正極集電体１３０及び負極集電体１４０を介して電極体１２０が容器１００に対して振動しないように支持する。
底面スペーサ１７０は、電極体１２０と容器１００の底面との間に配置され、電極体１２０の捲回軸方向に沿って延びる長尺状の絶縁性を有する部材である。例えば、底面スペーサ１７０は、ポリプロピレン（ＰＰ）などの樹脂である。より具体的には、底面スペーサ１７０は、容器１００の底面と電極体１２０の曲面部との間に配置される。つまり、底面スペーサ１７０は、電極体１２０と容器１００とを絶縁する。また、底面スペーサ１７０は、電極体１２０と容器１００との間のスペースを埋めることにより、電極体１２０が容器１００に対して振動しないように支持する。底面スペーサ１７０の詳細な構成の説明については、後述する。
絶縁材１８０は、電極体１２０と容器１００とを絶縁する絶縁材である。具体的には、絶縁材１８０は、絶縁性を有するシート状の部材であり、底面スペーサ１７０と電極体１２０とを覆うように配置される。つまり、絶縁材１８０は、袋を展開したような形状となっており、底面スペーサ１７０の下方から、底面スペーサ１７０と、側面スペーサ１５０及び１６０と、正極集電体１３０及び負極集電体１４０と、電極体１２０の側面とを包み込む。これにより、底面スペーサ１７０と側面スペーサ１５０及び１６０とは、絶縁材１８０と電極体１２０との間に配置される。
このように、絶縁材１８０は、底面スペーサ１７０と側面スペーサ１５０及び１６０と電極体１２０とを包み込むように、大きさが調整されて成形されている。なお、絶縁材１８０は、電極体１２０の全てを包み込まなくてもよく、電極体１２０の一部のみを覆うように成形されていることにしてもよい。また、絶縁材１８０は、袋状に形成できる形状であれば、どのような形状であってもよい。
図３は、本発明の実施の形態に係る底面スペーサ１７０と電極体１２０とが絶縁材１８０で覆われた状態で容器１００に挿入されるのを示す図である。
同図に示すように、絶縁材１８０は、底面スペーサ１７０と、側面スペーサ１５０及び１６０と、正極集電体１３０及び負極集電体１４０と、電極体１２０とを、底面スペーサ１７０の下方から包み込むように覆う。そして、絶縁材１８０で覆われた集合体は、容器１００に挿入される。
次に、底面スペーサ１７０の詳細な構成及び機能について、図４〜７を用いて説明する。
図４は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０の内部における電極体１２０と底面スペーサ１７０との位置関係を示す図である。図５は、図４に示す蓄電素子１０のＶ−Ｖ断面図である。なお、図４は、正極集電体１３０、負極集電体１４０、側面スペーサ１５０、１６０、及び絶縁材１８０は省略して示している。図６は、（ａ）が本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０の電極体１２０が膨張する前における、図５のＢ１の部分の部分拡大図であり、（ｂ）が本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０の電極体１２０が膨張した後における、図５のＢ１の部分の部分拡大図である。具体的には、図６は、図５の蓄電素子１０の断面図のうちの底部における部分拡大図であり、電極体１２０が膨張することにより底面スペーサ１７０を押圧したときに底面スペーサ１７０がどのように変形するかを説明するための図である。図７は、本発明の実施の形態に係る底面スペーサ１７０の断面図である。なお、図６及び図７の断面は、図５の断面と同様の平面における断面である。
図４及び図５に示すように、蓄電素子１０の容器１００の内部では、容器１００の底面と電極体１２０との間に底面スペーサ１７０が配置されており、底面スペーサ１７０が電極体１２０を支持している。また、電極体１２０及び底面スペーサ１７０と容器１００との間には、電極体１２０と容器１００とを絶縁するための絶縁材１８０が設けられている。図６（ａ）に示すように、底面スペーサ１７０は、例えば製造直後のような電極体１２０が膨張することによる押圧を受けていない場合に、容器１００の内面と対向する第一面Ａ１が、電極体１２０側に向けて凹んでいる。つまり、底面スペーサ１７０と容器１００との間には、半円筒形の空間Ｓ１が形成されている。底面スペーサ１７０は、電極体１２０から上記押圧を受けていない場合において、電極体１２０の膨張による押圧を受ける方向である押圧方向に交差する方向であって、底面スペーサ１７０の短手方向において、中央部の厚みΔｔ１の方が両端部の厚みΔｔ２よりも薄い。
また、図６（ａ）及び図７に示すように、底面スペーサ１７０は、容器１００の内面と対向する第一面Ａ１と、電極体１２０と対向する第二面Ａ２とが対称である。つまり、底面スペーサ１７０は、対称軸Ｌ２を軸として線対称である。なお、底面スペーサ１７０の第一面Ａ１は、対称軸Ｌ２を境界として上側（電極体１２０側）の面であり、第二面Ａ２は、対称軸Ｌ２を境界として下側（容器１００側）の面である。対称軸Ｌ２は、水平方向（短手方向）に伸びる仮想的な線である。
また、底面スペーサ１７０は、短手方向における一端側の第三面Ａ３と、他端側の第四面Ａ４とが対称である。つまり、底面スペーサ１７０は、対称軸Ｌ１を軸として線対称である。なお、底面スペーサ１７０の第三面Ａ３は、対称軸Ｌ１を境界として図７の左側の面であり、第四面Ａ４は、対称軸Ｌ１を境界として図７の右側の面である。対称軸Ｌ１は、鉛直方向に延びる仮想的な線である。
つまり、底面スペーサ１７０の長手方向の端面を除く外表面は、第一面Ａ１及び第二面Ａ２、または、第三面Ａ３及び第四面Ａ４により形成される。なお、底面スペーサ１７０は、第一面Ａ１と第二面Ａ２とが上記のように線対称でなくてもよく、点対称であってもよい。また、底面スペーサ１７０は、容器１００の内面と対向する第一面Ａ１と、電極体１２０と対向する第二面Ａ２とが曲面により接続される。つまり、第一面Ａ１と第二面Ａ２との境界は、緩やかな面である。
以下に、図６に基づいて電極体１２０が膨張した時に起こる底面スペーサ１７０の変形について説明する。
底面スペーサ１７０は、電極体１２０が膨張することにより、図６（ａ）の黒矢印に示すような押圧を電極体１２０から受けた場合、短手方向の中央部が白抜き矢印の方向に移動する。つまり、底面スペーサ１７０は、容器１００に収容された状態において電極体１２０により押圧された場合に、図６（ｂ）に示すように、容器１００と共に形成する空間Ｓ１を小さくするように弾性変形する。つまり、底面スペーサ１７０は、電極体１２０が膨張した場合に、電極体１２０の膨張に伴って変形する。図６（ａ）に示す空間Ｓ１は、底面スペーサ１７０が上記のように弾性変形することにより、図６（ｂ）に示す空間Ｓ２のように小さく変形する。
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、底面スペーサ１７０が電極体１２０から押圧された場合に、底面スペーサ１７０が押圧されたことによりその一部（短手方向の中央部）が移動するための空間Ｓ１が、容器１００と底面スペーサ１７０との間に形成されている。このため、電極体１２０が例えば充放電を繰り返すことにより膨張して底面スペーサ１７０を押圧した場合に、底面スペーサ１７０の一部（短手方向の中央部）は、底面スペーサ１７０と容器１００との間に形成されている空間Ｓ１に向けて移動できる。このように、電極体１２０が膨張したとしても底面スペーサ１７０の一部（短手方向の中央部）が移動できる空間Ｓ１が形成されているため、底面スペーサ１７０は、電極体１２０の膨張を吸収することができる。よって、電極体１２０が過度に圧迫されることにより、蓄電素子１０の性能が低下することを防ぐことができる。
また、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、底面スペーサ１７０は、容器１００の内面と対向する第一面Ａ１が、電極体１２０側に凸であるため、電極体１２０とは反対側において容器１００の内面と共に空間Ｓ１を形成することができる。
また、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、底面スペーサ１７０は、押圧方向に交差する方向である底面スペーサ１７０の短手方向において、中央部の厚みΔｔ１が両端部の厚みΔｔ２よりも薄いため、中央部がたわみやすい構造となっている。このため、短手方向の中央部は、電極体１２０が膨張した場合に、電極体１２０とは反対側に形成されている空間Ｓ１に移動しやすい。
また、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、底面スペーサ１７０は、容器１００の内面と対向する第一面Ａ１と、第一面Ａ１の反対側の第二面Ａ２とが対称であるため、第一面Ａ１第二面Ａ２とが反対になっても、電極体１２０及び容器１００との関係は変わらない。このため、蓄電素子１０を組み立てる工程において、底面スペーサ１７０の電極体１２０との並び方向の向きを気にしなくても良いため、組立効率を向上させることができる。
また、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、底面スペーサ１７０は、短手方向における一端側の第三面Ａ３と、他端側の第四面Ａ４とが対称であるため、電極体１２０の短手方向の両端に対して、例えば接触する位置関係が同様の関係となる。このため、電極体１２０と底面スペーサ１７０との間の応力を均一にすることができ、電極体１２０の性能が極端に悪化する部位が生じることを防ぐことができる。
また、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、底面スペーサ１７０は、短手方向の両端が曲面により形成されている。このため、底面スペーサ１７０を容易に製造することができる。また、容器１００、電極体１２０、及び底面スペーサ１７０を組み立てる際に、電極体１２０を傷つけることを防ぐことができる。
また、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、底面スペーサ１７０は、電極体１２０に押圧されることにより弾性変形するため、電極体１２０からの押圧が解消されれば元の形状に戻る。つまり、底面スペーサ１７０は、電極体１２０から押圧を受けている場合には、電極体１２０に対して押圧している。したがって、電極体１２０が充放電を繰り返すことにより膨張及び収縮を繰り返す場合に、底面スペーサ１７０は、電極体１２０の膨張及び収縮に対して追従できる。このため、底面スペーサ１７０は、電極体１２０が膨張と吸収を繰り返す場合であっても、電極体１２０が容器１００の内部で振動することを防ぐことができる。
また、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、底面スペーサ１７０は、絶縁体であるため、底面スペーサ１７０が配置されている容器１００と電極体１２０との間における絶縁を確保することができる。
また、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、蓄電素子１０は、電極体１２０の側面を覆う絶縁材１８０をさらに備えており、底面スペーサ１７０は、電極体１２０と共に絶縁材１８０に覆われる。つまり、底面スペーサ１７０は、絶縁材１８０と電極体１２０との間に挟まれた状態で、電極体１２０に固定される。そして、底面スペーサ１７０が絶縁材１８０と電極体１２０との間で固定された状態で容器１００に挿入されることで、蓄電素子１０が構成される。このように、底面スペーサ１７０が絶縁材１８０で電極体１２０に固定されて容器１００に挿入されるため、容器１００内での底面スペーサ１７０の位置ずれを低減しつつ、底面スペーサ１７０を円滑に容器１００に挿入することができる。
なお、上記実施の形態に係る蓄電素子１０では、底面スペーサ１７０は、容器１００の内面と対向する第一面Ａ１と、電極体１２０と対向する第二面Ａ２とが対称であるが、図８に示す底面スペーサ２７０のように、第一面Ａ１１と第二面Ａ１２とが対称でなくてもよい。図８は、本発明の他の実施の形態に係る底面スペーサ２７０の断面図である。
また、上記実施の形態に係る蓄電素子１０では、容器１００の底面の形状は平面であり、かつ、底面スペーサ１７０の第一面Ａ１が電極体１２０側に向けて凹んでいる形状であることから、容器１００と底面スペーサ１７０との間に空間Ｓ１を形成しているがこれに限らない。例えば、図９に示すように、底面の形状が外側に向かって凸の曲面である容器１００ａに平板から成る底面スペーサ３７０を配置することにより、容器１００と底面スペーサ３７０との間に空間Ｓ１１を形成してもよい。図９は、本発明の他の実施の形態に係る蓄電素子の底部における断面の部分拡大図である。上記のような容器１００ａ及び底面スペーサ３７０を採用しても、本実施の形態の蓄電素子１０と同様に、底面スペーサ３７０の一部（短手方向の中央部）が移動できる空間Ｓ１１が形成されているため、電極体１２０の膨張を吸収することができるという効果はある。
また、上記実施の形態に係る蓄電素子１０では、電極体１２０と底面スペーサ１７０とは共に絶縁材１８０により覆われているが、これに限らずに、例えば図１０に示すように、電極体１２０と底面スペーサ１７０とのうちで電極体１２０のみが絶縁材１８０により覆われて、絶縁材１８０に覆われた電極体１２０の外側（容器１００内部の底面側）に底面スペーサ１７０が配置されるような形態としてもよい。つまり、底面スペーサ１７０は、絶縁材１８０と容器１００との間に配置される。なお、図１０は、本発明の他の実施の形態に係る蓄電素子の底部における断面の部分拡大図である。
また、上記実施の形態に係る蓄電素子１０では、底面スペーサ１７０は、電極体１２０が膨張することによる押圧を受けて、空間Ｓ１に向けて弾性変形しているが、弾性変形しなくてもよい。つまり、底面スペーサ１７０は、電極体１２０が膨張することによる押圧を受けて、塑性変形するような材質から成るものであっても、電極体１２０の膨張が起こるまでは電極体１２０を支持し、電極体１２０の膨張が起こってからは電極体１２０の膨張を吸収することができるという点では効果がある。
また、上記実施の形態１に係る蓄電素子１０では、容器１００の底面と電極体１２０との間に底面スペーサ１７０が配置されているが、スペーサが配置される箇所は、容器１００の底面と電極体１２０との間に限らずに容器１００の側面と電極体１２０との間であってもよい。
また、上記実施の形態に係る蓄電素子１０では、電極体１２０の構造は捲回型であるが、捲回型に限らずに積層型であってもよい。
以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係る蓄電素子について説明したが、本発明は、この実施の形態及びその変形例に限定されるものではない。
つまり、今回開示された実施の形態及びその変形例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。また、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、電極体が容器の内部で振動することを防ぎ、かつ、電極体が膨張することによる蓄電素子の性能低下が防ぐことができる蓄電素子等に適用できる。
１０ 蓄電素子
１００、１００ａ 容器
１１０ ふた板
１２０ 電極体
１３０ 正極集電体
１４０ 負極集電体
１５０、１６０ 側面スペーサ
１７０、２７０、３７０ 底面スペーサ
１８０ 絶縁材
２００ 正極端子
３００ 負極端子
Ａ１、Ａ１１ 第一面
Ａ２、Ａ１２ 第二面
Ａ３ 第三面
Ａ４ 第四面
Ｌ１ 対称軸
Ｌ２ 対称軸
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ１１ 空間
Δｔ１ 中央部の厚み
Δｔ２ 端部の厚み
１００、１００ａ 容器
１１０ ふた板
１２０ 電極体
１３０ 正極集電体
１４０ 負極集電体
１５０、１６０ 側面スペーサ
１７０、２７０、３７０ 底面スペーサ
１８０ 絶縁材
２００ 正極端子
３００ 負極端子
Ａ１、Ａ１１ 第一面
Ａ２、Ａ１２ 第二面
Ａ３ 第三面
Ａ４ 第四面
Ｌ１ 対称軸
Ｌ２ 対称軸
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ１１ 空間
Δｔ１ 中央部の厚み
Δｔ２ 端部の厚み
Claims (11)
- 正極及び負極と、セパレータとが積層される電極体と、
前記電極体を収容する容器と、
前記電極体と前記容器との間に配置され、前記容器の内面と対向する第一面と、前記電極体と対向する第二面とが対称である形状の外表面を有するスペーサと
を備え、
前記スペーサは、（ｉ）前記電極体との並び方向および前記スペーサの長手方向に交差する方向において、中央部の厚みの方が両端部の厚みよりも薄く、（ｉｉ）前記容器に収容された状態において前記電極体が充放電により前記スペーサが位置している空間に膨張した場合に、膨張した前記電極体を受けることで前記中央部と前記容器との間に形成する空間を小さくするように変形する
蓄電素子。 - 正極及び負極と、セパレータとが積層される電極体と、
前記電極体を収容する容器と、
前記電極体の側面を覆う絶縁材と、
前記電極体と前記容器との間に配置され、かつ、前記絶縁材と前記電極体との間に配置されるスペーサと
を備え、
前記スペーサは、（ｉ）前記電極体との並び方向および前記スペーサの長手方向に交差する方向において、中央部の厚みの方が両端部の厚みよりも薄く、（ｉｉ）前記容器に収容された状態において前記電極体が充放電により前記スペーサが位置している空間に膨張した場合に、膨張した前記電極体を受けることで前記中央部と前記容器との間に形成する空間を小さくするように変形する
蓄電素子。 - 前記スペーサは、前記容器の内面と対向する第一面が、前記電極体側に向けて凹んでいる
請求項１または２に記載の蓄電素子。 - 正極及び負極と、セパレータとが積層される電極体と、
前記電極体を収容する容器と、
前記電極体と前記容器との間に配置され、前記容器の内面と対向する第一面と、前記電極体と対向する第二面とが対称である形状の外表面を有するスペーサと
を備え、
前記スペーサは、（ｉ）前記容器の内面と対向する第一面が、前記電極体側に向けて凹んでおり、（ｉｉ）前記電極体との並び方向および前記スペーサの長手方向に交差する方向において、中央部の厚みの方が両端部の厚みよりも薄く、（ｉｉｉ）前記電極体からの膨張による押圧を受けて前記中央部において変形する材質により構成される
蓄電素子。 - 正極及び負極と、セパレータとが積層される電極体と、
前記電極体を収容する容器と、
前記電極体の側面を覆う絶縁材と、
前記電極体と前記容器との間に配置され、かつ、前記絶縁材と前記電極体との間に配置されるスペーサと
を備え、
前記スペーサは、（ｉ）前記容器の内面と対向する第一面が、前記電極体側に向けて凹んでおり、（ｉｉ）前記電極体との並び方向および前記スペーサの長手方向に交差する方向において、中央部の厚みの方が両端部の厚みよりも薄く、（ｉｉｉ）前記電極体からの膨張による押圧を受けて前記中央部において変形する材質により構成される
蓄電素子。 - 前記スペーサは、前記長手方向の少なくとも一部が中実な部材により構成されている
請求項１から５のいずれか１項に記載の蓄電素子。 - 前記スペーサは、（ｉ）長尺形状であり、（ｉｉ）短手方向における一端側の第三面と、他端側の第四面とが対称である形状の外表面を有する
請求項１から６のいずれか１項に記載の蓄電素子。 - 前記スペーサは、前記容器の内面と対向する第一面と、前記電極体と対向する第二面とが曲面により接続された形状の外表面を有する
請求項１から７のいずれか１項に記載の蓄電素子。 - 前記スペーサは、前記容器に収容された状態において前記電極体が充放電により前記スペーサが位置している空間に膨張した場合に、膨張した前記電極体を受けることで前記容器と共に形成する空間を小さくするように弾性変形する
請求項１から８のいずれか１項に記載の蓄電素子。 - 前記電極体は、前記正極及び前記負極と、前記セパレータとが積層され、かつ、捲回されることにより成り、前記正極及び前記負極と前記セパレータとが平面で積層されている平面部と、曲面で積層されている曲面部とが形成されており、
前記スペーサは、前記曲面部と前記容器との間に配置され、前記電極体が充放電により前記スペーサが位置している空間に膨張した場合に、膨張した前記電極体を受けることで前記電極体の膨張に伴って変形する
請求項１から９のいずれか１項に記載の蓄電素子。 - 前記スペーサは、絶縁体である
請求項１から１０のいずれか１項に記載の蓄電素子。
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