JP6607430B2

JP6607430B2 - 蓄電装置

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Publication number: JP6607430B2
Application number: JP2014252278A
Authority: JP
Inventors: 太郎山福; 丈佐々木
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2019-11-20
Anticipated expiration: 2034-12-12
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Description

本発明は、蓄電素子を備える蓄電装置に関する。

従来から、複数の角形電池を備える組電池が知られている（特許文献１参照）。具体的に、前記組電池は、一方向に整列する複数の角形電池と、前記角形電池間に配置されるスペーサと、を備える。前記角形電池は、箔状の正極及び負極が積層された発電要素と、前記発電要素を収容する角形のケースとを有する。

前記組電池の角形電池では、充放電が繰り返されると、前記発電要素が膨張、収縮を繰り返す。また、前記発電要素は、充放電が繰り返されることによって前記正極及び前記負極が劣化し、この劣化に伴って前記正極及び前記負極の表面上に蓄積される反応副生成物（被膜、ガス等）によって、膨張する。

前記角形のケースは、前記角形電池を積層する方向を向いた面（即ち、前記スペーサと対向する面）のうち、特に中央部の剛性が小さい。このため、前記角形電池では、充放電が繰り返されて前記発電要素の膨張、収縮が繰り返されたときに、該発電要素の膨張に対する前記ケースからの反力が小さい。これにより、前記発電要素の膨張に対する前記ケースからの反力が不均一となるため、前記発電要素では、該発電要素を構成する前記正極及び前記負極の一部がずれ、その結果、該発電要素において積層されている前記正極と前記負極との間隔が局所的に不均一になる。

前記発電要素において、前記正極と前記負極との間隔が局所的に不均一になると、充放電が繰り返されたときの該正極及び該負極の劣化の進み具合が局所的に不均一になる。この場合、前記発電要素において充放電時の反応が不均一となって該発電要素の容量及び出力の低下が大きくなる。

特開２０１１−３４７７５号公報

そこで、本発明は、電極体において充放電が繰り返されたときに該電極体を構成する電極がずれ難い蓄電装置を提供することを課題とする。

本発明に係る蓄電素子は、
電極が積層された扁平な電極体、及び該電極体が収容される角形のケースを有する蓄電素子と、
前記蓄電素子と第一方向において隣接するスペーサと、
前記蓄電素子と前記スペーサとを第一方向に締め込むように保持する保持部材と、を備え、
前記スペーサは、第一方向と直交する方向であって前記ケースにおいて略平行な一対の壁部同士を結ぶ方向である第二方向における該スペーサの中央部の第一方向の厚さ寸法が、該スペーサの前記中央部と第二方向において隣接する他の部位の第一方向の厚さ寸法より大きく、且つ、前記スペーサの中央部の前記蓄電素子との当接部における第一方向及び第二方向と直交する第三方向の幅が前記ケースの第三方向における幅より小さくなるように形成されている。

このように、スペーサにおいて、他の部位より厚さ寸法を大きくした中央部における蓄電素子との当接部の幅をケースより小さくし、これにより、該ケースにおける強度の大きな側部近傍を避けた部位を該中央部によって押圧可能とすることで、蓄電素子とスペーサとが第一方向に締め込まれた状態で保持部材に保持されることにより、電極体が膨張したときの該電極体の中央部に対し、反力を効果的に加え続けることができる。これにより、充放電の繰り返し及び電極の劣化による電極体の膨張等に起因する電極体での電極のずれを抑えることができる。

前記蓄電装置では、
前記電極体を構成する電極は、活物質層を有し、
前記スペーサの中央部の前記当接部における第三方向の幅は、前記電極における前記活物質層の第三方向における幅と同じ又は大きいことが好ましい。

かかる構成によれば、電極体の膨張等の度合いが大きい活物質層部分全体に、スペーサの中央部による押圧力（反力）が加えられるため、電極体が膨張等したときの電極のずれがより生じ難くなる。

前記蓄電装置では、
前記電極体を構成する電極は、活物質層を有し、
前記スペーサの中央部の前記当接部における第三方向の幅は、前記電極における前記活物質層の第三方向における幅より小さくてもよい。

かかる構成によれば、ケースとスペーサの中央部との接触面積が小さくなるため、スペーサからケースに加わる押圧力（反力）の単位面積当たりの値が大きくなる。これにより、電極体が膨張したときの該電極体の中央部に対し、反力をより効果的に加え続けることができる。

前記蓄電装置では、
前記スペーサは、前記蓄電素子と隣接し且つ該蓄電素子に沿って拡がるベースを有し、
第二方向における前記ベースの中央部の第三方向の幅は、前記ケースの第三方向における幅より小さく、
前記ベースにおける第一方向及び第二方向を含む断面の形状は、矩形波形状であり、
第二方向における前記ベースの中央部の第一方向の振幅は、該ベースの前記中央部と第二方向において隣接する他の部位の第一方向の振幅より大きくてもよい。

かかる構成によれば、蓄電素子とベースとの間に、蓄電素子を冷却するための流体が第三方向に流通可能な通風路が形成される。即ち、上記構成によれば、通風路を形成する構成（断面が矩形波形状となる構成）を利用して、電極体の第二方向における中央部に対し、反力を効果的に加えることができる。

また、前記蓄電装置では、
前記スペーサは、前記蓄電素子と隣接し且つ該蓄電素子に沿って拡がるベースと、前記ベースから該ベースに隣接する蓄電素子に向けて延びる凸部であって、第二方向に間隔をおいて複数設けられる凸部とを有し、
前記複数の凸部は、前記ケースにおける第三方向の両端部を除く部位と当接し、
第二方向における前記ベースの中央部に設けられた前記凸部の延出量が、該ベースの前記中央部と第二方向において隣接する他の部位に設けられた前記凸部の延出量より大きくてもよい。

かかる構成によれば、蓄電素子とベースとの間に、蓄電素子を冷却するための流体が流通可能な空間が形成される。即ち、上記構成によれば、前記空間を形成する構成（ベースから蓄電素子に向かって凸部が延びる構成）を利用して、電極体の第二方向における中央部に対し、反力を効果的に加えることができる。

この場合、
前記複数の凸部のそれぞれは、第一方向に延び且つ第三方向に延びるリブであってもよい。

かかる構成によれば、蓄電素子とベースとの間に、蓄電素子を冷却するための流体が第三方向に流通可能な通風路が形成される。

以上より、本発明によれば、電極体において充放電が繰り返されたときに該電極体を構成する電極がずれ難い蓄電装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電装置の斜視図である。図２は、前記蓄電装置の蓄電素子の斜視図である。図３は、前記蓄電素子の正面図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ位置における断面図である。図５は、前記蓄電素子の電極体の斜視図である。図６は、前記蓄電装置の構成を一部省略した状態の分解斜視図である。図７は、前記蓄電装置の構成を一部省略した状態の分解斜視図である。図８は、前記蓄電装置の内部スペーサの斜視図である。図９は、図８のＩＸ−ＩＸ位置における断面図である。図１０は、内部スペーサから蓄電素子に加わる力の大きさを説明するための模式図である。図１１は、他実施形態に係る内部スペーサの斜視図である。図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ位置における断面の模式図である。図１３は、他実施形態に係る内部スペーサの斜視図である。図１４は、前記内部スペーサによって大きな押圧力が加わる領域を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図１０を参照しつつ説明する。尚、本実施形態の各構成部材（各構成要素）の名称は、本実施形態におけるものであり、背景技術における各構成部材（各構成要素）の名称と異なる場合がある。

蓄電装置は、図１に示すように、蓄電素子１と、該蓄電素子１に隣り合うスペーサ２と、蓄電素子１及びスペーサ２をひとまとめに保持する保持部材３とを備える。保持部材３は、導電材料により成形される。これに伴い、蓄電装置は、蓄電素子１と保持部材３との間に配置されるインシュレータ４を備える。

蓄電素子１は、図２〜図５に示すように、正極５３及び負極５４を含む電極体５と、電極体５が収容される角形のケース１０と、ケース１０の外面上に配置された一対の外部端子１１とを備える。

電極体５は、電極５３，５４が巻回され、短径（図４における左右方向の径）及び長径（図４における上下方向）を有する。即ち、本実施形態の電極体５は、扁平な筒形状を有する。具体的には以下の通りである。

電極体５は、巻芯５１と、正極（正の極性を有する電極）５３と負極（負の極性を有する電極）５４とが互いに絶縁された状態で積層された積層体であって、巻芯５１の周囲に巻回された積層体５２と、を備える。電極体５においてリチウムイオンが正極５３と負極５４との間を移動することにより、蓄電素子１が充放電する。

巻芯５１は、通常、絶縁材料によって形成される。巻芯５１は、筒形状である。本実施形態の巻芯５１は、偏平な筒形状である。本実施形態の巻芯５１は、可撓性又は熱可塑性を有するシートを巻回することによって形成される。前記シートは、例えば、合成樹脂によって形成される。

積層体５２は、正極５３及び負極５４が積層された（重ねられた）ものであり、巻芯５１の周囲に巻回される。

正極５３は、金属箔と、金属箔の上に形成された正極活物質層と、を有する。金属箔は帯状である。本実施形態の金属箔は、例えば、アルミニウム箔である。正極５３は、帯形状の短手方向である幅方向の一方の端縁部に、正極活物質層の非被覆部（正極活物質層が形成されていない部位）５３１を有する。正極５３において正極活物質層が形成される部位を被覆部５３２と称する。正極５３における被覆部（正極活物質層が設けられた部位）５３２の厚さ寸法は、該正極５３における非被覆部（他の部位）５３１の厚さ寸法より大きい。本実施形態の正極活物質層を構成する正極活物質は、例えば、リチウム金属酸化物である。

負極５４は、金属箔と、金属箔の上に形成された負極活物質層と、を有する。金属箔は帯状である。本実施形態の金属箔は、例えば、銅箔である。負極５４は、帯形状の短手方向である幅方向の他方（正極５３の非被覆部５３１と反対側）の端縁部に、負極活物質層の非被覆部（負極活物質層が形成されていない部位）５４１を有する。負極５４の被覆部（負極活物質層が形成される部位）５４２の幅は、正極５３の被覆部５３２の幅よりも大きい。負極５４における被覆部５４２の厚さ寸法は、該負極５４における非被覆部（他の部位）５４１の厚さ寸法より大きい。本実施形態の負極活物質層を構成する負極活物質は、例えば、難黒鉛化炭素である。

本実施形態の電極体５では、以上のように構成される正極５３と負極５４とがセパレータ５５によって絶縁された状態で巻回される。即ち、本実施形態の電極体５では、正極５３、負極５４、及びセパレータ５５の積層体５２が巻芯５１の周囲に巻回される。セパレータ５５は、絶縁性を有する部材である。セパレータ５５は、正極５３と負極５４との間に配置される。これにより、電極体５（詳しくは、積層体５２）において、正極５３と負極５４とが互いに絶縁される。また、セパレータ５５は、ケース１０内において、電解液を保持する。これにより、蓄電素子１の充放電時において、リチウムイオンが、セパレータ５５を挟んで交互に積層される正極５３と負極５４との間を移動する。

セパレータ５５は、帯状である。セパレータ５５は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、ポリアミドなどの多孔質膜によって構成される。セパレータの幅（帯形状の短手方向の寸法）は、負極５４の被覆部５４２の幅より僅かに大きい。セパレータ５５は、被覆部５３２，５４２同士が重なるように幅方向に位置ずれした状態で重ね合わされた正極５３と負極５４との間に配置される。このように積層された状態の正極５３、負極５４、及びセパレータ５５（即ち、積層体５２）が巻芯５１の周囲に巻回されることによって、電極体５が形成される。

ケース１０は、開口を有するケース本体１００と、ケース本体１００の開口を閉じる蓋板１０１であって、外面上に一対の外部端子１１が配置される蓋板１０１とを有する。

ケース本体１００は、閉塞部１００ａと（図３及び図４参照）、該閉塞部１００ａを取り囲むように、該閉塞部１００ａの周縁に接続された筒状の胴部１００ｂとを備える。

胴部１００ｂは、間隔をあけて互いに対向する一対の第一壁１００ｃと、一対の第一壁１００ｃを挟んで互いに対向する一対の第二壁１００ｄとを備える。

第一壁１００ｃ及び第二壁１００ｄのそれぞれは、矩形状に形成される。第一壁１００ｃ及び第二壁１００ｄは、互いの端縁を突き合わせた状態で隣り合って配置される。隣り合う第一壁１００ｃの端縁及び第二壁１００ｄの端縁同士は、全長に亘って接続される。これにより、胴部１００ｂは、角筒状に形成されている。胴部１００ｂの一端は、閉塞部１００ａによって閉塞されている。これに対し、ケース本体１００における胴部１００ｂの他端は、開口している。この開口は、蓋板１０１によって閉塞される。本実施形態において、第一壁１００ｃの表面積は、第二壁１００ｄの表面積よりも広くなっている。このため、胴部１００ｂは、扁平な角筒状である。

本実施形態に係る蓄電装置は、複数の蓄電素子１を備える。複数の蓄電素子１のそれぞれは、一方向（第一方向）に整列する。本実施形態において、複数の蓄電素子１のそれぞれは、ケース１０の第一壁１００ｃを一方向（第一方向）に向けて整列している。蓄電装置は、隣り合う二つの蓄電素子１の外部端子１１同士を電気的に接続する図略のバスバーを備える。

尚、以下の説明において、便宜上、蓄電素子１の整列する方向（第一方向：電極体５の短径方向）をＸ軸方向という。また、三軸が互いに直交する座標系（直交座標系）において、蓄電素子１の整列する方向（Ｘ軸方向）と直交する二軸方向のうちの一つの方向（第二方向：電極体５の長径方向）をＺ軸方向といい、残りの一つの方向（第三方向：電極体５の巻回中心方向）をＹ軸方向ということとする。換言すれば、Ｚ軸方向（第二方向）は、ケース１０において略平行な壁部同士である蓋板１０１と閉塞部１００ａとを結ぶ方向である。これに伴い、各図面には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のそれぞれに対応する直交三軸（座標軸）が補助的に図示されている。

スペーサ２は、絶縁性を有し、Ｘ軸方向において蓄電素子１と隣接する。スペーサ２は、蓄電素子１（詳しくは、ケース１０、より詳しくは、胴部１００ｂの第一壁１００ｃ）と隣接するベースと、該ベースに隣接する蓄電素子１の位置ずれを防止する規制部とを有する。

スペーサ２について、より具体的に説明する。蓄電装置は、上述のように、複数の蓄電素子１を備える。これに伴い、蓄電装置は、図６及び図７に示すように、２種類のスペーサ２（２Ａ，２Ｂ）を備える。即ち、蓄電装置は、二つの蓄電素子１間に配置されるスペーサ（以下、内部スペーサという）２Ａと、複数の蓄電素子１のうちの最も端にある蓄電素子１に隣り合うスペーサ（以下、外部スペーサという）２Ｂとを備える。

まず、図８及び図９も参照しつつ、内部スペーサ２Ａについて説明する。内部スペーサ２Ａは、Ｚ軸方向における該内部スペーサ２Ａの中央部２５ＡのＸ軸方向の厚さ寸法が、該内部スペーサ２Ａの中央部２５ＡとＺ軸方向において隣接する他の部位２６ＡのＸ軸方向の厚さ寸法より大きくなるように形成されている（図９参照）。また、内部スペーサ２Ａは、内部スペーサ２Ａの中央部２５Ａの蓄電素子１との当接部おけるＹ軸方向の幅（寸法）が、ケース１０（詳しくは、第一壁１００ｃ）のＹ軸方向における幅（寸法）より小さくなるように形成されている。詳しくは、以下の通りである。

内部スペーサ２Ａは、該蓄電素子１を冷却するための流体（冷却流体）がＹ軸方向（第二方向）に流通可能な通風路２０３を隣接する蓄電素子１との間に形成する（図１参照）。この内部スペーサ２Ａは、蓄電素子１（ケース本体１００の第一壁１００ｃ）に隣り合うベース２０Ａと、ベース２０Ａに隣接する蓄電素子１の該ベース２０Ａに対するＹ軸方向及びＺ軸方向の移動（位置ずれ）を規制する規制部２１Ａと、を有する。また、内部スペーサ２Ａは、ベース２０Ａから突出した弁カバー部２２Ａであって、蓄電素子１の蓋板１０１（ガス排出弁１０１ａ）上に配置される弁カバー部２２Ａを有する。

内部スペーサ２Ａのベース２０Ａは、隣り合う二つの蓄電素子１に挟み込まれる。即ち、内部スペーサ２Ａのベース２０ＡのＸ軸方向の両側に、蓄電素子１がそれぞれ配置されている。このベース２０Ａは、該ベース２０ＡのＺ軸方向と隣接する蓄電素子１（詳しくは、第一壁１００ｃ）に沿って拡がる。本実施形態のベース２０Ａは、Ｘ軸方向と直交する方向（Ｙ−Ｚ平面（Ｙ軸とＺ軸を含む平面）方向）に拡がる。そして、内部スペーサ２Ａのベース２０Ａは、隣り合う二つの蓄電素子１のうちの一方の蓄電素子１と対向する第一面と、該第一面とは反対側の第二面であって、二つの蓄電素子１のうちの他方の蓄電素子１と対向する第二面とを有する。この内部スペーサ２Ａのベース２０Ａは、Ｙ軸方向に長い矩形状においてＹ軸方向の両端部を切り欠いた形状である。このベース２０Ａは、蓄電素子１の第一壁１００ｃと対応する大きさである。

内部スペーサ２Ａのベース２０Ａは、蓄電素子１の蓋板１０１に対応する位置に配置される第一端２０５Ａと、該第一端２０５Ａとは反対側の第二端であって、蓄電素子１の閉塞部１００ａに対応する位置に配置される第二端２０６Ａとを有する（図８参照）。また、内部スペーサ２Ａのベース２０Ａは、蓄電素子１の一方の第二壁１００ｄに対応する位置に配置される第三端２０７Ａと、該第三端２０７Ａとは反対側の第四端であって、蓄電素子１の他方の第二壁１００ｄに対応する位置に配置される第四端２０８Ａとを有する（図８参照）。

第三端２０７Ａ及び第四端２０８Ａは、ベース２０Ａの四隅から延びる規制部２１Ａを残して、Ｙ軸方向の内側に向けてそれぞれ切り欠かれている。本実施形態の第三端２０７Ａ及び第四端２０８Ａは、矩形状に切り欠かれている。これにより、内部スペーサ２Ａのベース２０Ａの前記切り欠かれた部位におけるＹ軸方向の幅は、蓄電素子１のＹ軸方向の幅より小さくなっている。即ち、内部スペーサ２Ａのベース２０ＡのＺ軸方向における中央部のＹ軸方向の幅が、ケース１０のＹ軸方向の幅より小さくなっている。本実施形態の内部スペーサ２Ａのベース２０ＡのＹ軸方向における幅は、例えば、該ベース２０Ａと隣接する蓄電素子１のケース１０に収容されている電極体５を構成する電極２３，２４の活物質層（正極活物質層及び負極活物質層の少なくとも一方）のＹ軸方向の幅と同じ又は僅かに大きい。尚、内部スペーサ２Ａのベース２０ＡのＺ軸方向における前記中央部と、上述の内部スペーサ２Ａの中央部２５Ａとは、同じ部位である。よって、以下では、いずれも同じ符号を用いて中央部２５Ａと称する。また、内部スペーサ２Ａのベース２０Ａの中央部２５ＡとＺ軸方向に隣接する他の部位と、上述の内部スペーサ２Ａの他の部位２６Ａとは、同じ部位である。よって、以下では、いずれも同じ符号を用いて他の部位２６Ａと称する。

本実施形態の内部スペーサ２Ａのベース２０Ａは、該ベース２０Ａの第一面と蓄電素子１との間、及び該ベース２０Ａの第二面と蓄電素子１との間の少なくとも何れか一方に、冷却流体（冷却用の流体）を通過させるための通風路２０３を形成する。

内部スペーサ２Ａのベース２０Ａの断面（Ｘ−Ｚ平面（Ｘ軸とＺ軸とを含む平面）方向の断面）は、矩形波形状である。より詳しく説明する。内部スペーサ２Ａのベース２０Ａは、隣り合う二つの蓄電素子１のうちの一方の蓄電素子１のみに当接する第一当接部２００Ａと、隣り合う二つの蓄電素子１のうちの他方の蓄電素子１のみに当接する第二当接部２０１Ａと、第一当接部２００Ａと第二当接部２０１Ａとを繋げる連接部２０２Ａと、を有する。第一当接部２００Ａは、Ｙ軸方向に長い。また、第二当接部２０１Ａは、Ｙ軸方向に長い。

本実施形態の内部スペーサ２Ａのベース２０Ａは、複数の第一当接部２００Ａと、複数の第二当接部２０１Ａとを有する。各第一当接部２００Ａと各第二当接部２０１Ａとは、Ｚ軸方向において、交互に配置される。

これにより、蓄電装置では、第一当接部２００Ａにおける蓄電素子１と当接する面とは反対側の面と、該第一当接部２００Ａに繋がる一対の連接部２０２Ａとによって、通風路２０３が形成される。この通風路２０３には、蓄電素子１を冷却するための冷却流体（例えば、空気）が供給される。即ち、通風路２０３は、Ｙ軸方向に延び、冷却流体を蓄電素子１の第一壁１００ｃに接触させつつＹ軸方向に流通させる。また、蓄電装置では、第二当接部２０１Ａにおける蓄電素子１と当接する面とは反対側の面と、該第二当接部２０１Ａに繋がる一対の連接部２０２Ａとによって、通風路２０３が形成される。この通風路２０３も、Ｙ軸方向に延び、冷却流体を蓄電素子１の第一壁１００ｃに接触させつつＹ軸方向に流通させる。以上のように、本実施形態の蓄電装置では、内部スペーサ２Ａのベース２０Ａの第一面と蓄電素子１との間、及び内部スペーサ２Ａのベース２０Ａの第二面と蓄電素子１との間のそれぞれに通風路２０３が形成される。そして、内部スペーサ２Ａのベース２０Ａの第一面側の通風路２０３と、内部スペーサ２Ａのベース２０Ａの第二面側の通風路２０３とは、共通の蓄電素子１間においてＺ軸方向に交互に形成される（図１０参照）。

また、本実施形態のベース２０Ａでは、図９に示すように、中央部２５ＡのＸ軸方向の振幅αが、他の部位２６ＡのＸ軸方向の振幅βより大きい。但し、振幅α，βの大きさは、保持部材３によって蓄電素子１とスペーサ２とがＸ軸方向に締め込まれた状態で保持されることにより、内部スペーサ２Ａのベース２０の各第一当接部２００Ａと各第二当接部２０１Ａとが、該内部スペーサ２Ａと隣接する二つの蓄電素子１とそれぞれ当接する（図１０参照）ように設定されている。尚、図９では、中央部２５Ａと他の部位２６Ａとの振幅α、βの違いを分かり易くするために、中央部２５Ａの振幅を誇張して表している。

規制部２１Ａは、Ｘ軸方向の両側にある蓄電素子１の内部スペーサ２Ａ（ベース２０Ａ）に対するＹ−Ｚ平面方向の位置ずれを抑える（規制する）。これにより、規制部２１Ａは、内部スペーサ２Ａに隣接する二つの蓄電素子１同士の相対移動を規制できる。具体的に、規制部２１Ａは、ベース２０からＸ軸方向の両側にそれぞれ延びる。即ち、規制部２１Ａは、内部スペーサ２Ａのベース２０Ａの第一面に隣り合う蓄電素子１に向かってベース２０Ａから延びると共に、内部スペーサ２Ａのベース２０Ａの第二面に隣り合う蓄電素子１とに向かって内部スペーサ２Ａのベース２０Ａから延びる。これらの規制部２１Ａが蓄電素子１の四隅を保持する（拘束する）ことによって、蓄電素子１の内部スペーサ２Ａ（ベース２０Ａ）に対するＹ−Ｚ平面方向の位置ずれが規制される。

本実施形態の蓄電装置は、上述のように、複数の蓄電素子１を備え、内部スペーサ２Ａは、隣り合う蓄電素子１同士の間のそれぞれに配置されている。このため、本実施形態の蓄電装置は、複数の内部スペーサ２Ａを備える。

次に、外部スペーサ２Ｂについて説明する。外部スペーサ２Ｂは、図６及び図７に示すように、Ｚ軸方向における該外部スペーサ２Ｂの中央部２５ＢのＸ軸方向の厚さ寸法が、該外部スペーサ２Ｂの中央部２５ＢとＺ軸方向において隣接する他の部位２６ＢのＸ軸方向の厚さ寸法より大きくなるように形成されている。また、外部スペーサ２Ｂは、外部スペーサ２Ｂの中央部２５Ｂの蓄電素子１との当接部（本実施形態では、後述する内部接触部２０１Ｂの先端）おけるＹ軸方向の幅（寸法）が、ケース１０（詳しくは、第一壁１００ｃ）のＹ軸方向における幅（寸法）より小さくなるように形成されている。詳しくは、以下の通りである。

外部スペーサ２Ｂは、蓄電素子１とＸ軸方向に隣接するベース２０Ｂと、ベース２０Ｂから該ベース２０Ｂと隣接する蓄電素子１に向かって延びる内部接触部２０１Ｂと、を有する。外部スペーサ２Ｂは、該ベース２０Ｂに隣接する蓄電素子１の該ベース２０Ｂに対する位置ずれを抑える規制部２１Ｂも有する。また、外部スペーサ２Ｂは、ベース２０Ｂから終端部材３０（図６参照）に向けて突出する外部接触部２４Ｂを有する。本実施形態の外部スペーサ２Ｂでは、内部接触部２０１Ｂが、該外部スペーサ２Ｂのベース２０Ｂの第一面と蓄電素子１との間に、冷却用の流体を通過させるための通風路２０３を形成する。

外部スペーサ２Ｂのベース２０Ｂは、該ベース２０ＢのＸ軸方向と隣接する蓄電素子１（詳しくは、第一壁１００ｃ）に沿って拡がる。本実施形態のベース２０Ｂは、Ｙ−Ｚ平面方向に拡がる板状の部位である。そして、外部スペーサ２Ｂのベース２０Ｂは、隣接する蓄電素子１と対向する第一面と、該第一面とは反対側の第二面であって、保持部材３の終端部材３０と対向する第二面とを有する。本実施形態の外部スペーサ２Ｂのベース２０Ｂは、略矩形の板状の部位である。また、外部スペーサ２Ｂのベース２０Ｂは、蓄電素子１の第一壁１００ｃと略同等の大きさである。

内部接触部２０１Ｂは、外部スペーサ２Ｂのベース２０ＢからＸ軸方向に延びる（突出する）と共に、Ｙ軸方向に延びる。即ち、本実施形態の内部接触部２０１Ｂは、リブ形状を有する。この内部接触部２０１Ｂは、外部スペーサ２Ｂのベース２０Ｂに複数設けられる。そして、複数の内部接触部２０１Ｂのそれぞれは、Ｚ軸方向（長手方向と直交する方向）に互いに間隔をあけて平行に配置される。複数の内部接触部２０１ＢのそれぞれのＹ軸方向の長さは、外部スペーサ２Ｂのベース２０Ｂと隣接する蓄電素子１（詳しくは、第一壁１００ｃ）のＹ軸方向における長さより小さい。本実施形態では、複数の内部接触部２０１ＢのＹ軸方向の長さは、全て同じである。この外部スペーサ２Ｂの内部接触部２０１ＢのＹ軸方向の幅は、例えば、外部スペーサ２Ｂと隣接する蓄電素子１のケース１０に収容されている電極体５における活物質層（正極活物質層及び負極活物質層の少なくとも一方）のＹ軸方向の幅と同じ又は僅かに大きい。また、外部スペーサ２Ｂのベース２０ＢのＺ軸方向における中央部に設けられる内部接触部２０１ＢのＸ軸方向の延出量（突出量）は、該ベース２０Ｂの中央部とＺ軸方向において隣接する他の部位に設けられる内部接触部２０１ＢのＸ軸方向の延出量（突出量）より大きい。尚、外部スペーサ２Ｂのベース２０ＢのＺ軸方向における前記中央部と、上述の外部スペーサ２Ｂの中央部２５Ｂとは、同じ部位である。よって、以下では、いずれも同じ符号を用いて中央部２５Ｂと称する。また、外部スペーサ２Ｂのベース２０Ｂの中央部２５ＢとＺ軸方向に隣接する他の部位と、上述の外部スペーサ２Ｂの他の部位２６Ｂとは、同じ部位である。よって、以下では、いずれも同じ符号を用いて他の部位２６Ｂと称する。

規制部２１Ｂは、外部スペーサ２Ｂの第一面に隣り合う蓄電素子１のベース２０Ｂに対する位置ずれ（相対移動）を規制する。この規制部２１Ｂは、外部スペーサ２Ｂのベース２０Ｂから、該ベース２０Ｂの第一面と隣り合う蓄電素子１に向かって延びる。これらの規制部２１Ｂが蓄電素子１の四隅を保持する（拘束する）ことによって、蓄電素子１の外部スペーサ２Ｂ（ベース２０Ｂ）に対するＹ−Ｚ平面方向の位置ずれが規制される。

外部接触部２４Ｂは、外部スペーサ２Ｂのベース２０Ｂから終端部材３０に向けて突出し、終端部材３０に当接している。そのため、蓄電装置では、外部スペーサ２Ｂと、終端部材３０との間に隙間が形成されている。

本実施形態の外部スペーサ２Ｂのベース２０Ｂと、保持部材３の終端部材３０とが対向する。即ち、外部スペーサ２Ｂは、蓄電素子１と終端部材３０との間に配置される。これに伴い、外部スペーサ２Ｂは、ベース２０Ｂの終端部材３０と対向する位置に、終端部材３０と嵌合する嵌合部２２Ｂを有する。即ち、外部スペーサ２Ｂは、ベース２０Ｂに対する終端部材３０の位置を決定するための嵌合部２２Ｂであって、ベース２０Ｂの第二面に形成される嵌合部２２Ｂを有する。また、外部スペーサ２Ｂは、ベース２０Ｂに対する終端部材３０の位置を決定するための軸部２３Ｂであって、ベース２０Ｂの第二面から突出した軸部２３Ｂを有する。

本実施形態の蓄電装置は、以上のように構成される外部スペーサ２Ｂを一対備える。外部スペーサ２Ｂは、複数の蓄電素子１のうちの最も端にある蓄電素子１に隣り合う。即ち、外部スペーサ２Ｂは、整列する複数の蓄電素子１をＸ軸方向において挟み込むように一対設けられる。

保持部材３は、蓄電素子１とスペーサ２とをＸ軸方向に締め込むように保持する。具体的に、保持部材３は、図１及び図６に示すように、整列する複数の蓄電素子１のＸ軸方向における外側に配置される一対の終端部材３０と、該一対の終端部材３０のそれぞれを接続するフレーム３１とを備える。

一対の終端部材３０のそれぞれは、蓄電素子１（詳しくは、第一壁１００ｃ）に沿って拡がる。本実施形態の終端部材３０は、Ｙ−Ｚ平面方向に拡がる。終端部材３０は、外部スペーサ２Ｂと対向する第一面と、該第一面とは反対側の第二面とを有する。本実施形態の終端部材３０は、Ｘ軸方向視において略矩形状（蓄電素子１と対応する形状）である。また、終端部材３０は、外部スペーサ２Ｂのベース２０Ｂから延びる外部接触部２４Ｂに当接する圧接部３００を有する。圧接部３００は、外部スペーサ２Ｂの軸部２３Ｂに対応する位置に形成される挿入穴３００ａを有する。この挿入穴３００ａには、外部スペーサ２Ｂの軸部２３Ｂが挿入される。

フレーム３１は、一対の終端部材３０同士を接続する接続部であって内部スペーサ２Ａを介して整列する複数の蓄電素子１のそれぞれの角部に沿って延びる複数（本実施形態の例では二つ）の接続部３１０，３１１と、接続部３１０，３１１を補強する少なくとも一つの補強部３１４と、を有する。本実施形態の保持部材３は、Ｙ軸方向の一端と他端とにそれぞれフレーム３１を有する。一対のフレーム３１のそれぞれは、蓄電素子１の蓋板１０１と対応する位置に配置される第一接続部３１０と、蓄電素子１の閉塞部１００ａと対応する位置に配置される第二接続部３１１とを有する。第一接続部３１０は、Ｘ軸方向に延びる。第二接続部３１１も、第一接続部３１０と同様に、Ｘ軸方向に延びる。また、フレーム３１は、第一接続部３１０と第二接続部３１１とを接続する支持部３１２を有する。支持部３１２は、Ｙ軸方向において蓄電素子１に対して同じ側にある一対の接続部（第一接続部３１０及び第二接続部３１１）の対応する端部同士を接続する。また、フレーム３１は、Ｚ軸方向に隣り合う第一接続部３１０と第二接続部３１１との中間部同士を接続する補強部３１４を有する。

以上のように構成されるフレーム３１のＸ軸方向の両端部（詳しくは、第一接続部３１０と第二接続部３１１の両端部）が一対の終端部材３０に固定される。これにより、一対の終端部材３０が、蓄電素子１及びスペーサ２をＸ軸方向に締め込む。

インシュレータ４は、絶縁性を有する材料で構成され、蓄電素子１と保持部材３とを絶縁する。本実施形態の蓄電装置は、図１及び図６に示すように、一対のインシュレータ４を備える。一対のインシュレータ４のそれぞれは、第一接続部３１０とスペーサ２（内部スペーサ２Ａ及び外部スペーサ２Ｂ）との間に配置される第一絶縁部４０と、第二接続部３１１とスペーサ２（内部スペーサ２Ａ及び外部スペーサ２Ｂ）との間に配置される第二絶縁部４１とを有する。

また、インシュレータ４は、第一絶縁部４０と第二絶縁部４１とを接続する第三絶縁部であって、外部スペーサ２Ｂと、フレーム３１の支持部３１２との間に配置される第三絶縁部４２を有する。さらに、インシュレータ４は、第一絶縁部４０の途中位置と第二絶縁部４１の途中位置とを接続する第四絶縁部４３であって、蓄電素子１とフレーム３１の補強部３１４との間に配置される第四絶縁部４３を有する。

以上の蓄電装置では、スペーサ２（内部スペーサ２Ａ、外部スペーサ２Ｂ）において、他の部位２６Ａ，２６ＢよりＸ軸方向の厚さ寸法（内部スペーサ２Ａにおいては矩形波形状の断面における振幅、外部スペーサ２Ｂにおいては内部接触部２０１Ｂの延出量）の大きな中央部２５Ａ，２５Ｂにおける蓄電素子１との当接部の幅をケース１０より小さくし、これにより、該ケース１０の第一壁１００ｃ（スペーサ２との対向面）における強度の大きな側部（第二壁１００ｄとの接続部）近傍を避けた部位を該中央部２５Ａ，２５Ｂによって押圧可能としている（図１０参照）。このため、蓄電素子１とスペーサ２とがＸ軸方向に締め込まれた状態で保持部材３に保持されることにより、電極体５が膨張したときの該電極体５のＺ軸方向における中央部に対し、反力が効果的に加えられる。その結果、充放電の繰り返し及び電極５３，５４の劣化による電極体５の膨張、収縮等に起因する電極体５での電極５３，５４の巻回方向へのずれが抑えられる。

本実施形態の蓄電装置では、スペーサ２の中央部２５Ａ，２５Ｂの蓄電素子１との当接部位におけるＹ軸方向の幅は、電極５３，５４における活物質層のＹ軸方向における幅と同じ又は僅かに大きい。このため、電極５３，５４の膨張等の度合いが大きい活物質層部分全体に、スペーサ２の中央部２５Ａ，２５Ｂによる押圧力（反力）が加えられるため、電極体５が膨張、収縮等したときの電極５３，５４の巻回方向へのずれがより生じ難くなる。

本実施形態の蓄電装置では、内部スペーサ２Ａのベース２０ＡにおけるＸ―Ｚ平面方向の断面の形状が矩形波形状である。そして、内部スペーサ２Ａのベース２０Ａの中央部２５ＡのＸ軸方向の振幅αが、該ベース２０Ａの他の部位２６ＡのＸ軸方向の振幅βより大きい（図９参照）。この構成によれば、通風路２０３を形成する構成（断面が矩形波形状となる構成）を利用して、電極体５の長径方向（Ｚ軸方向）における中央部に対し、反力を効果的に加えることができる。

尚、本発明の蓄電装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

上記実施形態の蓄電装置の蓄電素子１は、帯状の電極（正極５３及び負極５４）が巻回された、いわゆる巻回型の電極体５を備えるが、この構成に限定されない。蓄電素子１は、枚葉状の電極（正極５３及び負極５４）が積層された、いわゆる積層型の電極体５を備える構成でもよい。かかる構成によっても、電極体５が膨張したときの該電極体５の中央部に対し、反力が効果的に加え続けられる。これにより、充放電の繰り返し及び電極５３，５４の劣化による電極体５の膨張等に起因する電極体５での電極５３，５４のずれが抑えられる。

尚、巻回型の電極体５においては、長径方向（Ｚ軸方向）の中央部が膨れ易いため、充放電の繰り返し及び電極５３，５４の劣化による電極体５の膨張等に起因する電極体５での電極５３，５４のずれがより効果的に抑えられる。即ち、巻回型の電極体５を備えた蓄電素子１において、より顕著なずれの抑制効果が得られる。また、図４及び図１０で示すような中空の巻回型の電極体５の方が、中実の巻回型の電極体(図示せず)よりも、電極体５における電極５３，５４のずれ抑制効果が大きい。即ち、中空の巻回型の電極体５では、電極体５の直線部（図４においては、Ｚ軸方向に延びて第一壁１００ｃと対向する部分）が中空部側に撓む（逃げる）ため、電極５３，５４に加わる反力が十分でなく、これにより、中実の巻回型の電極体より電極５３，５４がずれ易い（ずれ量が大きい）が、上記実施形態のようにスペーサ２によってケース１０（詳しくは、第一壁１００ｃ）の中央部分に十分な押圧力が積極的に加わる構成とすることで、電極５３，５４に十分な反力（押圧力）が加わり、その結果、中実の巻回型の電極体に比べ、電極体５における電極５３，５４のずれ量が大幅に抑えられる。

上記実施形態の内部スペーサ２Ａの断面は、矩形波形状であるが、この構成に限定されない。内部スペーサ２Ａは、外部スペーサ２Ｂと同様に、図１１及び図１２に示すような板状のベース２０Ａに、Ｘ軸方向に延び且つＹ軸方向に延びる複数のリブ２７Ａが設けられる構成であってもよい。この構成においても、内部スペーサ２Ａの中央部２５Ａに設けられるリブ２７ＡのＸ軸方向の延出量（突出量）は、内部スペーサ２Ａの他の部位２６Ａに設けられるリブ２７ＡのＸ軸方向の延出量（突出量）より大きくなっている。また、内部スペーサ２Ａの中央部２５Ａに設けられたリブ２７ＡのＹ軸方向の長さは、蓄電素子１のＹ軸方向の幅さより小さい（短い）。

この構成の場合、内部スペーサ２Ａのベース２０ＡのＹ軸方向の幅全体が、該ベース２０Ａと隣接する蓄電素子１（詳しくは、第一壁１００ｃ）のＹ軸方向の幅と同じでもよく、また、中央部２５ＡのＹ軸方向の幅をリブ２７Ａと同じ幅（寸法）にしてもよい。また、内部スペーサ２Ａの他の部位２６Ａに設けられるリブ２７ＡのＹ軸方向の長さは、限定されない。内部スペーサ２Ａの他の部位２６Ａに設けられるリブ２７ＡのＹ軸方向の長さは、例えば、該内部スペーサ２Ａに隣接する蓄電素子１のＹ軸方向の幅より小さくてもよく、また、同じでもよい。図１２では、リブ２７Ａの延出量の違いを分かりやすくするために、内部スペーサ２Ａの中央部２５Ａに設けられたリブ２７ＡのＸ軸方向の延出量を誇張している。

上記実施形態では、内部スペーサ２Ａの断面が矩形波形状であり、外部スペーサ２Ｂが、ベース２０Ｂと、該ベース２０Ｂから延びる内部接触部（リブ）２０１Ｂとを有するが、スペーサ２（内部スペーサ２Ａ、外部スペーサ２Ｂ）は、これらの構成に限定されない。スペーサ２は、蓄電素子１と隣接し且つ該蓄電素子１に沿って拡がるベース２０Ａ，２０Ｂと、ベース２０Ａ，２０Ｂから該ベース２０Ａ，２０Ｂに隣接する蓄電素子１に向けて延びる凸部であって、Ｚ軸方向に間隔をおいて複数設けられる凸部とを有していればよい。これら複数の凸部は、ケース１０の第一壁１００ｃにおけるＹ軸方向の両端部（第二壁１００ｄとの接合部位近傍）を除く部位と当接する。この場合も、スペーサ２の中央部２５Ａ，２５Ｂに設けられた凸部の延出量が、スペーサ２他の部位２６Ａ，２６Ｂに設けられた凸部の延出量より大きい。

かかる構成によれば、蓄電素子１とベース２０Ａ，２０Ｂとの間に、蓄電素子１を冷却するための冷却流体が流通可能な空間が形成されるため、前記空間を形成する構成（ベース２０Ａ，２０Ｂから凸部が延びる構成）を利用して、電極体５の長径方向（Ｚ軸方向）における中央部に対し、反力を効果的に加えることができる。

上記実施形態の内部スペーサ２Ａでは、他の部位２６Ａにおいても、Ｙ軸方向の幅が、内部スペーサ２Ａと隣接する蓄電素子１のＹ軸方向の幅より小さいが、この構成に限定されない。例えば、図１３に示すように、内部スペーサ２Ａのベース２０Ａにおいて、中央部２５ＡのＹ軸方向の幅のみをケース１０（蓄電素子１）のＹ軸方向の幅より小さくしてもよい。かかる構成によっても、内部スペーサ２Ａは、図１４に示すような第一壁１００ｃにおける硬い部位（第二壁近傍１００ｄとの接合部及び閉塞部１００ａとの接合部近傍）を避けた部位で且つ電極体５の長径方向（Ｚ軸方向）の中央部と対向する部位γを、該部位γの周辺の部位に対する押圧力よりも大きな力で押圧できる。

上記実施形態のスペーサ２の中央部２５Ａ，２５Ｂに設けられた凸部のＹ軸方向の幅（上記実施形態の例では、内部スペーサ２Ａの中央部２５Ａにおける蓄電素子１との当接部のＹ軸方向の幅（寸法）と、外部スペーサ２Ｂの中央部２５Ｂにける蓄電素子１との当接部（リブ形状の内部接触部２０１Ｂの先端）のＹ軸方向の幅（寸法））は、蓄電素子１の電極体５における活物質層のＹ軸方向の幅と同じ又は僅かに大きいが、この構成に限定されない。前記凸部のＹ軸方向の幅は、前記活物質層のＹ軸方向の幅より小さくてもよい。かかる構成によれば、ケース１０とスペーサ２Ａの中央部２５Ａとの接触面積が小さくなるため、スペーサ２Ａからケース１０に加わる圧力（反力）の単位面積当たりの値が大きくなる。これにより、電極体５が膨張したときの該電極体５のＺ軸方向における中央部に対し、反力がより効果的に加え続けられる。

１…蓄電素子、１０…ケース、１００…ケース本体、１００ａ…閉塞部、１００ｂ…胴部、１００ｃ…第一壁、１００ｄ…第二壁、１０１…蓋板、１０１ａ…ガス排出弁、１１…外部端子、２…スペーサ、２０…ベース、２０３…通風路、２Ａ…内部スペーサ、２０Ａ…ベース、２００Ａ…第一当接部、２０１Ａ…第二当接部、２０２Ａ…連接部、２０５Ａ…第一端、２０６Ａ…第二端、２０７Ａ…第三端、２０８Ａ…第四端、２１Ａ…規制部、２２Ａ…弁カバー部、２５Ａ…中央部、２６Ａ…他の部位、２７Ａ…リブ、２Ｂ…外部スペーサ、２０Ｂ…ベース、２０１Ｂ…内部接触部、２１Ｂ…規制部、２２Ｂ…嵌合部、２３Ｂ…軸部、２４Ｂ…外部接触部、２５Ｂ…中央部、２６Ｂ…他の部位、３…保持部材、３０…終端部材、３００…圧接部、３００ａ…挿入穴、３１…フレーム、３１０…第一接続部、３１１…第二接続部、３１２…支持部、３１４…補強部、４…インシュレータ、４０…第一絶縁部、４１…第二絶縁部、４２…第三絶縁部、４３…第四絶縁部、５…電極体、５１…巻芯、５２…積層体、５３…正極（正の極性を有する電極）、５３１…非被覆部、５３２…被覆部、５４…負極（負の極性を有する電極）、５４１…非被覆部、５４２…被覆部、５５…セパレータ

Claims

電極が積層された扁平な電極体、及び該電極体が収容される角形のケースを有する蓄電素子と、
前記蓄電素子と隣接するスペーサと、を備え、
前記ケースは、間隔をあけて互いに対向する一対の第一壁及び該一対の第一壁を挟んで互いに対向する一対の第二壁を有する角筒状の胴部、並びに該角筒状の胴部の一端を閉塞する閉塞部を有するケース本体と、前記角筒状の胴部の他端を閉塞する蓋板と、を備え、
前記第一壁の表面積は、前記第二壁の表面積より広く、
前記スペーサは、前記蓄電素子と隣接し且つ該蓄電素子の前記第一壁に沿って拡がるベースを有し、
前記ベースにおける前記蓄電素子と前記スペーサとを結ぶ方向である第一方向、及び第一方向と直交する方向であって前記ケースにおいて前記蓋板と前記閉塞部とが並ぶ方向である第二方向を含む断面の形状は、矩形波形状であり、
第二方向における前記ベースの中央部の第一方向の振幅は、該ベースの前記中央部と第二方向において隣接する他の部位の第一方向の振幅より大きく、
第二方向における前記ベースの中央部の前記蓄電素子との当接部における第一方向及び第二方向と直交する第三方向の幅が前記第一壁の第三方向における幅より小さくなるように形成されている、蓄電装置。
電極が積層された扁平な電極体、及び該電極体が収容される角形のケースを有する蓄電素子と、
前記蓄電素子と隣接するスペーサと、を備え、
前記ケースは、間隔をあけて互いに対向する一対の第一壁及び該一対の第一壁を挟んで互いに対向する一対の第二壁を有する角筒状の胴部、並びに該角筒状の胴部の一端を閉塞する閉塞部を有するケース本体と、前記角筒状の胴部の他端を閉塞する蓋板と、を備え、
前記第一壁の表面積は、前記第二壁の表面積より広く、
前記スペーサは、前記蓄電素子と隣接し且つ該蓄電素子の前記第一壁に沿って拡がるベースと、前記ベースから該ベースに隣接する蓄電素子に向けて延びる凸部であって、前記蓄電素子と前記スペーサとが並ぶ方向である第一方向と直交する方向であって前記ケースにおいて前記蓋板と前記閉塞部とを結ぶ方向である第二方向に間隔をおいて複数設けられる凸部とを有し、
前記複数の凸部は、前記ケースの前記第一壁における第一方向及び第二方向と直交する第三方向の両端部を除く部位と当接し、
第二方向における前記ベースの中央部に設けられた前記凸部の延出量は、該ベースの前記中央部と第二方向において隣接する他の部位に設けられた前記凸部の延出量より大きく、
前記ベースの中央部に設けられた前記凸部における第三方向の幅は、前記第一壁の第三方向における幅より小さい、蓄電装置。
前記複数の凸部のそれぞれは、第一方向に延び且つ第三方向に延びるリブである、請求項２に記載の蓄電装置。