JP6827646B2

JP6827646B2 - 蓄電素子

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Publication number: JP6827646B2
Application number: JP2016222480A
Authority: JP
Inventors: 太郎山福
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2036-11-15
Also published as: JP2018081792A

Description

本発明は、巻回型の電極体を備える蓄電素子に関する。

従来から、巻回型の電極体を備えた電池が知られている（特許文献１参照）。具体的に、この電池は、扁平形状の電極体と、前記電極体を内部に収容する電池ケースと、を備える。前記電池ケースは、有底矩形箱形である。前記電極体は、帯状の正極板、負極板及びセパレータを有し、これらを捲回軸の周りに捲回することで形成されている。この電極体は、前記正極板及び前記負極板よりも径方向内側に、軸芯部材を有している。前記軸芯部材は、平体形状であり、一方側に位置する矩形平板状の第１金属板芯部と、この第１金属板芯部とは逆側に位置する矩形平板状の第２金属板芯部と、これら第１金属板芯部と第２金属板芯部との間に位置する矩形平板状の樹脂部と、を有する。この軸芯部材の両端は、前記電池ケース（ケース壁）と結合すると共に熱的に接続している。

この電池では、捲回型の電極体において充放電の際に温度が高くなりやすい径方向内側の部位の熱が、熱伝導率の高い部材（即ち、金属製の前記軸芯部材）を通じて前記電池ケースに伝わることで外部に排熱され、前記電極体の温度が上がり過ぎるのを防ぐことができる。

しかし、上述の電池では、軸芯部材が金属製であるため熱伝導率が高く、これにより、電極体の温度が低温の時にでも、電極体の径方向内側の部位の熱が軸芯部材を通じて電池の外部に排熱され、その結果、電極体の温度が電極自体の反応熱によって温まることでより動作に適した温度（換言すると、予定されている電池性能が発揮される温度）まで上昇せずに期待性能よりも低下する（即ち、予定されていた電池性能が発揮されない）場合があった。

特開２０１３−１０５５２３号公報

そこで、本実施形態は、巻回型の電極体の巻回中心部が高温のときの該電極体からの排熱性が確保されると共に、前記電極体が低温のときの該電極体から外部への排熱が抑えられる蓄電素子を提供することを目的とする。

本実施形態の蓄電素子は、
ケースと、
前記ケースに収容される電極体であって、電極、該電極が外側に巻回されている被巻回部、及び前記被巻回部と前記ケースとを熱伝導可能に接続する伝熱部を有する電極体と、を備え、
前記被巻回部の熱伝導率は、前記伝熱部の熱伝導率より大きい。

このように、巻回された状態の電極（積層体）からケースへの熱伝導の経路を構成する被巻回部及び伝熱部において被巻回部の熱伝導率を伝熱部の熱伝導率より大きくする、即ち、被巻回部と伝熱部との熱伝導率のバランスを調整することで、積層体が高温のときの該積層体からケース外部への排熱が確保されると共に、該積層体が低温のときの該積層体からケース外部への排熱が抑えられる。詳しくは、以下の通りである。

先ず、充放電等によって積層体（巻回された電極）が高温のときには、被巻回部の熱伝導率が伝熱部の熱伝導率より高いため、積層体の巻回中心部の熱が被巻回部を通じて伝熱部に伝達され易く、これにより、伝熱部がこの熱をケースに伝熱（排熱）することで、熱のこもりやすい積層体の巻回中心部からの排熱効率が向上する。その結果、積層体が高温のときの該積層体における排熱性が十分に確保される。

一方、積層体が低温のときには、伝熱部の熱伝導率が被巻回部の熱伝導率より低いため、熱伝導率の高い部材で電極体とケースとを接続する場合に比べて積層体の巻回中心部の熱がケースに逃げ難くなり、これにより、積層体の巻回中心部からケースへの排熱を抑えることができる。即ち、積層体が低温のときには積層体の巻回中心部の熱をあまりケースへ逃がさないようにし、巻回中心部に熱を籠もらせることで、蓄電素子が低温のときの該低温に起因する蓄電素子の性能低下が抑えられる。

前記蓄電素子では、
前記被巻回部は、筒状の部位であり、
前記被巻回部の外周部は、前記巻回されている電極によって構成される積層体の巻回中心部と巻回中心軸方向の全域において接し、
前記伝熱部は、前記筒状の被巻回部に挿通された状態で該被巻回部の内周部と巻回中心軸方向の全域において接してもよい。

かかる構成によれば、巻回中心部での巻回中心軸方向の熱の偏りに起因する蓄電素子の性能低下を抑えると共に、巻回中心部の排熱性を向上させることができる。即ち、巻回中心部において熱の逃げにくい巻回中心軸方向の中央部の熱を熱伝導率の高い被巻回部を通じて端部側（巻回中心軸方向の端部側）に逃がすことで巻回中心部における巻回中心軸方向の熱の偏りを抑えると共に、被巻回部における巻回中心部と伝熱部との各接触面積を十分に確保することで、巻回中心部の熱を伝熱部に効率よく伝達させて（即ち、巻回中心部と伝熱部材とを素早く熱平衡状態に推移させて）巻回中心部の排熱性を向上させることができる。

前記蓄電素子では、
前記伝熱部の熱伝導率は、０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上且つ３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下でもよい。

伝熱部の熱伝導率をかかる範囲にすることで、積層体が高温のときの該積層体からの排熱性能が確保されると共に、該積層体が低温のときの該積層体の温度低下が抑制されるような熱伝導のバランスを実現し易くなる。

以上より、本実施形態によれば、巻回型の電極体の巻回中心部が高温のときの該電極体からの排熱性が確保されると共に、前記電極体が低温のときの該電極体から外部への排熱が抑えられる蓄電素子を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る蓄電素子の斜視図である。図２は、前記蓄電素子の分解斜視図である。図３は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ位置の断面図である。図４は、図１におけるＩＶ−ＩＶ位置の断面図である。図５は、前記蓄電素子の電極体を説明するための図である。図６は、他実施形態に係る電極体の断面図である。図７は、前記蓄電素子を含む蓄電装置の斜視図である。

以下、本発明に係る蓄電素子の一実施形態について、図１〜図５を参照しつつ説明する。蓄電素子には、一次電池、二次電池、キャパシタ等がある。本実施形態では、蓄電素子の一例として、充放電可能な二次電池について説明する。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。

本実施形態の蓄電素子は、非水電解質二次電池である。より詳しくは、蓄電素子は、リチウムイオンの移動に伴って生じる電子移動を利用したリチウムイオン二次電池である。この種の蓄電素子は、電気エネルギーを供給する。蓄電素子は、単一又は複数で使用される。具体的に、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧が小さいときには、単一で使用される。一方、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧の少なくとも一方が大きいときには、他の蓄電素子と組み合わされて蓄電装置に用いられる。前記蓄電装置では、該蓄電装置に用いられる蓄電素子が電気エネルギーを供給する。

蓄電素子は、図１〜図４に示すように、電極体２と、電極体２を収容するケース３と、を備える。また、蓄電素子１は、ケース３の外面に配置される外部端子４と、電極体２と外部端子４とを導通させる集電体５と、電極体２とケース３との間に配置される絶縁部材６等も、備える。

ケース３は、開口を有するケース本体３１と、ケース本体３１の開口を塞ぐ（閉じる）蓋板３２と、を有する。ケース３は、電極体２及び集電体５等と共に、電解液を内部空間３３（図３参照）に収容する。ケース３は、電解液に耐性を有する金属によって形成される。本実施形態のケース３は、例えば、アルミニウム、又は、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料によって形成される。

電解液は、非水溶液系電解液である。電解液は、有機溶媒に電解質塩を溶解させることによって得られる。有機溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類である。電解質塩は、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、及びＬｉＰＦ_６等である。本実施形態の電解液は、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートを、プロピレンカーボネート：ジメチルカーボネート：エチルメチルカーボネート＝３：２：５の割合で調整した混合溶媒に、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ_６を溶解させたものである。

ケース３は、ケース本体３１の開口周縁部３４と、蓋板３２の周縁部とを重ね合わせた状態で互いを接合することによって形成される。また、ケース３では、ケース本体３１と蓋板３２とによって内部空間３３が画定されている。本実施形態のケース３では、ケース本体３１の開口周縁部３４と蓋板３２の周縁部とが溶接によって接合されている。

ケース本体３１は、板状の閉塞部３１１と、閉塞部３１１の周縁に接続される筒状の胴部（周壁）３１２と、を備える。

閉塞部３１１は、ケース本体３１が開口を上に向けた姿勢で配置されたときにケース本体３１の下端に位置する（即ち、前記開口が上を向いたときのケース本体３１の底壁となる）部位である。閉塞部３１１は、該閉塞部３１１の法線方向から見て、矩形状である。

以下では、閉塞部３１１の長辺方向をＸ軸方向とし、閉塞部３１１の短辺方向をＹ軸方向とし、閉塞部３１１の法線方向をＺ軸方向とする。

胴部３１２は、角筒形状、より詳しくは、偏平な角筒形状を有する。胴部３１２は、閉塞部３１１の周縁における長辺から延びる一対の長壁部３１３と、閉塞部３１１の周縁における短辺から延びる一対の短壁部３１４とを有する。即ち、一対の長壁部３１３は、Ｙ軸方向に間隔（詳しくは、閉塞部３１１の周縁における短辺に相当する間隔）を空けて対向し、一対の短壁部３１４は、Ｘ軸方向に間隔（詳しくは、閉塞部３１１の周縁における長辺に相当する間隔）を空けて対向する。短壁部３１４が一対の長壁部３１３の対応（詳しくは、Ｙ軸方向に対向）する端部同士をそれぞれ接続することによって、角筒状の胴部３１２が形成される。また、短壁部３１４は、内面（ケース３の内側を向いた面）に、Ｚ軸方向に延びる溝３１４１を有する。本実施形態の短壁部３１４は、内面におけるＹ軸方向の中央位置に、溝３１４１を有する。この溝３１４１は、Ｚ軸方向において、ケース本体３１の開口位置から閉塞部３１１まで連続して延びている。この溝３１４１は、短壁部３１４の内面にＺ軸方向に延びる凹部によって構成されてもよく、短壁部３１４の内面にＺ軸方向に延び且つＹ軸方向に間隔をあけた一対の凸部を設けることによって構成されてもよい。

以上のように、ケース本体３１は、開口方向（Ｚ軸方向）における一方の端部が塞がれた角筒形状（即ち、有底角筒形状）を有する。このケース本体３１には、電極体２が巻回中心軸Ｃ方向をＸ軸方向に向けた状態で収容される。

蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐ板状の部材である。具体的に、蓋板３２は、Ｚ軸方向から見て、ケース本体３１の開口周縁部３４に対応した輪郭形状を有する。即ち、蓋板３２は、Ｚ軸方向から見て、Ｘ軸方向に長い矩形状の板材である。この蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐように該ケース本体３１に当接する。より具体的には、蓋板３２が開口を塞ぐように、蓋板３２の周縁部がケース本体３１の開口周縁部３４に重ねられる。開口周縁部３４と蓋板３２とが重ねられた状態で、蓋板３２とケース本体３１との境界部が溶接される。これにより、ケース３が構成される。

電極体２は、帯状の電極（本実施形態の例では、正極２１及び負極２２）が積層されている電極積層部（積層体）２０と、電極２１、２２（電極積層部２０）が外側に巻回されている被巻回部２５と、被巻回部２５とケース３とを熱伝導可能に接続する伝熱部２６と、を有する。電極体２においてリチウムイオンが正極２１と負極２２との間を移動することにより、蓄電素子１が充放電する。

伝熱部２６は、一対の短壁部３１４のうちの一方の短壁部３１４から他方の短壁部３１４まで延びる。具体的に、伝熱部２６は、Ｘ−Ｚ面（Ｘ軸とＺ軸とを含む面）方向に広がる部材である。本実施形態の伝熱部２６は、矩形の板状の部材である。この伝熱部２６は、中実である。また、伝熱部２６のＸ軸方向の両端は、短壁部３１４の内面に設けられた溝３１４１に差し込まれ、該溝３１４１の内面（溝３１４１を規定している面）と接触している。この伝熱部２６は、合成樹脂によって形成され、絶縁性を有する。尚、本実施形態の伝熱部２６のＺ軸方向の両端の断面（Ｙ−Ｚ面（Ｙ軸とＺ軸とを含む面）に沿った断面）形状は、外側に膨出する円弧状である。

伝熱部２６の熱伝導率は、０．６Ｗ／ｍ・Ｋ未満が好ましい。例えば具体的に、伝熱部２６は、ポリプロピレン（熱伝導率：約０．１２５Ｗ／ｍ・Ｋ）、高密度ポリエチレン（熱伝導率：約０．４６Ｗ／ｍ・Ｋ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（熱伝導率：約０．４Ｗ／ｍ・Ｋ）によって構成される。ただし、伝熱部２６の熱伝導率は、被巻回部２５の熱伝導率よりも低い値であれば、０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上の値であってもよい。

被巻回部２５は、電極体２において、伝熱部２６と電極積層部２０との間に配置されている。この被巻回部２５は、伝熱部２６のＸ軸方向の両端部を残して該伝熱部２６周囲を囲む。即ち、被巻回部２５は、筒状、より詳しくは、偏平な筒状であり、伝熱部２６は、筒状の被巻回部２５を挿通している。本実施形態の被巻回部２５は、可撓性又は熱可塑性を有するシートが巻回されることによって形成されている。この被巻回部２５のＸ軸方向の寸法（幅）は、後述するセパレータ２３のＸ軸方向の寸法（幅）と略同じである。

被巻回部２５の外周部（外周面）は、電極積層部２０の巻回中心部（内周面）とＸ軸方向（巻回中心軸方向）の全域において接している。また、被巻回部２５の外周部（外周面）は、電極積層部２０の巻回中心部（内周面）と巻回方向の全域においても接している。

被巻回部２５の内周部（内周面）は、該被巻回部２５を挿通している伝熱部２６とＸ軸方向の全域において接している。また、被巻回部２５の内周部（内周面）は、伝熱部２６と巻回方向の全域においても接している。

被巻回部２５の熱伝導率は、伝熱部２６の熱伝導率より大きい。具体的に、被巻回部２５の熱伝導率は、０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上、且つ３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。この被巻回部２５は、合成樹脂によって形成され、絶縁性を有している。具体的に、被巻回部２５は、高熱伝導性ポリカーボネート（例えば、熱伝導率が、約８．３Ｗ／ｍ．Ｋのもの）、高熱伝導性ポリフェニレンサルファイド樹脂（例えば、熱伝導率が、約１．０Ｗ／ｍ・Ｋのもの、約２５以上Ｗ／ｍ・Ｋのもの）、高熱伝導性ナイロン（例えば、熱伝導率が、約１５Ｗ／ｍ・Ｋのもの）によって構成される。

電極積層部２０は、図５にも示すように、正極２１と負極２２とが交互に積層された状態で、被巻回部２５の外側に巻回されている。本実施形態の電極積層部２０では、正極２１と負極２２との間にセパレータ２３が配置されている。詳しくは、以下の通りである。

正極２１は、帯状の金属箔２１１と、金属箔２１１に重ねられる正極活物質層２１２と、を有する。この正極活物質層２１２は、金属箔２１１における幅方向の一方の端縁部（非被覆部）を露出させた状態で、該金属箔２１１に重ねられている。本実施形態の金属箔２１１は、例えば、アルミニウム箔である。

負極２２は、帯状の金属箔２２１と、金属箔２２１に重ねられる負極活物質層２２２と、を有する。この負極活物質層２２２は、金属箔２２１における幅方向の他方（正極２１の金属箔２１１の非被覆部と反対側）の端縁部（非被覆部）を露出させた状態で、該金属箔２２１に重ねられている。本実施形態の金属箔２２１は、例えば、銅箔である。

セパレータ２３は、絶縁性を有する部材であり、正極２１と負極２２との間に配置される。これにより、電極体２（詳しくは、電極積層部２０）において、正極２１と負極２２とが互いに絶縁される。また、セパレータ２３は、ケース３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、セパレータ２３を挟んで交互に積層される正極２１と負極２２との間を、リチウムイオンが移動可能となる。

このセパレータ２３は、帯状であり、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。本実施形態のセパレータ２３は、ＳｉＯ_２粒子、Ａｌ_２Ｏ_３粒子、ベーマイト（アルミナ水和物）等の無機粒子を含んだ無機層を、多孔質膜によって形成された基材の上に設けることで形成されている。本実施形態のセパレータ２３の基材は、例えば、ポリエチレンによって形成される。

セパレータ２３の幅方向の寸法は、負極活物質層２２２の幅より大きい。セパレータ２３は、正極活物質層２１２と負極活物質層２２２とが厚さ方向（積層方向）に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２１と負極２２との間に配置される。このとき、正極２１の非被覆部と、負極２２の非被覆部とは重なっていない。即ち、正極２１の非被覆部が、正極２１と負極２２との重なる領域から幅方向（積層方向と直交する方向）に突出し、且つ、負極２２の非被覆部が、正極２１と負極２２との重なる領域から幅方向（正極２１の非被覆部の突出方向と反対の方向）に突出する。このような状態で積層された正極２１、負極２２、及びセパレータ２３（即ち、電極積層部２０）が巻回されることによって、電極積層部２０が形成される。また、本実施形態の電極体２（電極積層部２０）では、正極２１の非被覆部又は負極２２の非被覆部のみが積層された部位によって、電極体２（電極積層部２０）における非被覆積層部２８が構成される。

非被覆積層部２８は、電極体２における集電体５と導通される部位である。本実施形態の非被覆積層部２８は、巻回された正極２１、負極２２、及びセパレータ２３の巻回中心軸Ｃ方向から見て、被巻回部２５及び伝熱部２６を挟んで二つの部位（二分された非被覆積層部）２８１に区分けされる。

以上のように構成される非被覆積層部２８は、電極体２の各極に設けられる。即ち、正極２１の非被覆部のみが積層された非被覆積層部２８が電極体２における正極の非被覆積層部を構成し、負極２２の非被覆部のみが積層された非被覆積層部２８が電極体２における負極の非被覆積層部を構成する。

外部端子４は、他の蓄電素子の外部端子又は外部機器等と電気的に接続される部位である。外部端子４は、導電性を有する部材によって形成される。例えば、外部端子４は、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料、銅又は銅合金等の銅系金属材料等の溶接性の高い金属材料によって形成される。本実施形態の外部端子４は、バスバ等が溶接可能な面４１を有する。

集電体５は、ケース３内に配置され、電極体２と通電可能に直接又は間接に接続される。本実施形態の集電体５は、クリップ部材５０を介して電極体２と通電可能に接続される。即ち、蓄電素子１は、電極体２と集電体５とを通電可能に接続するクリップ部材５０を備える。

集電体５は、導電性を有する部材によって形成される。集電体５は、ケース３の内面に沿って配置される。本実施形態の集電体５は、外部端子４とクリップ部材５０とを通電可能に接続する。具体的に、集電体５は、外部端子４と通電可能に接続される第一接続部５１と、電極体２と通電可能に接続される一対の第二接続部５２と、を有する。集電体５では、第一接続部５１がケース３内の蓋板３２と短壁部３１４との境界近傍から蓋板３２に沿って延びると共に、一対の第二接続部５２のそれぞれが第一接続部５１のＸ軸方向外側の端部から長壁部３１３に沿って延びる。本実施形態の第二接続部５２は、例えば、超音波溶接によってクリップ部材５０と接合される。

以上のように構成される集電体５は、蓄電素子１の正極と負極とにそれぞれ配置される。本実施形態の蓄電素子１では、ケース３内において、電極体２（電極積層部２０）の正極の非被覆積層部２８と、負極の非被覆積層部２８とにそれぞれ配置される。正極の集電体５と負極の集電体５とは、異なる素材によって形成される。具体的に、正極の集電体５は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成され、負極の集電体５は、例えば、銅又は銅合金によって形成される。

クリップ部材５０は、電極体２の非被覆積層部２８（詳しくは、二分された非被覆積層部２８１）において積層された正極２１又は負極２２を束ねるように挟む。これにより、クリップ部材５０は、非被覆積層部２８において積層される正極２１同士、又は負極２２同士を導通させる。本実施形態のクリップ部材５０は、板状の金属材料を断面がＵ字状となるように曲げ加工することによって形成される。

絶縁部材６は、図２及び図３に示すように、ケース３（詳しくはケース本体３１）と電極体２及び集電体５との間に配置される。この絶縁部材６は、絶縁性を有する樹脂によって形成されている。本実施形態の絶縁部材６は、所定の形状に裁断された絶縁性を有するシート状の部材を折り曲げることによって形成されている。絶縁部材６は、電極体２及び集電体５と、閉塞部３１１及び長壁部３１３との間に配置されている。尚、絶縁部材６が袋状の場合には、伝熱部２６と対応する位置にスリットが設けられる。これにより、伝熱部２６の端部がケース３（短壁部３１４の溝３１４１の内面）に接触できる。

以上の蓄電素子１のように、巻回された状態の電極２１、２２（電極積層部２０）からケース３への熱伝導の経路を構成する被巻回部２５及び伝熱部２６において被巻回部２５の熱伝導率を伝熱部２６の熱伝導率より大きくする、即ち、被巻回部２５と伝熱部２６との熱伝導率のバランスを調整することで、電極積層部２０が高温のときの該電極積層部２０からケース３の外部への十分な排熱が確保されると共に、該電極積層部２０が低温のときの該電極積層部２０からケース３の外部への排熱が抑えられる。詳しくは、以下の通りである。

充放電等によって電極積層部２０（巻回された電極２１、２２）が高温（例えば、４５℃以上）のときには、被巻回部２５の熱伝導率が伝熱部２６の熱伝導率より高いため、電極積層部２０の巻回中心部の熱が被巻回部２５を通じて伝熱部２６に伝達され易い。これにより、伝熱部２６がこの熱をケース３に伝熱（排熱）することで、熱のこもりやすい電極積層部２０の巻回中心部からの排熱効率が向上する。その結果、電極積層部２０が高温のときの該電極積層部２０における排熱性が十分に確保される。

一方、電極積層部２０が低温（例えば、０℃未満）のときには、伝熱部２６の熱伝導率が被巻回部２５の熱伝導率より低いため、熱伝導率の高い部材で電極体２（電極積層部２０）とケース３とを接続する場合に比べて電極積層部２０の巻回中心部の熱がケース３に逃げ難くなる。これにより、電極積層部２０の巻回中心部からケース３への排熱が抑えられる。即ち、電極積層部２０が低温のときには電極積層部２０の巻回中心部の熱をあまりケース３へ逃がさないようにし、これにより、電極積層部２０で生じた熱を巻回中心部にこもらせることで、蓄電素子１が低温のときの該低温に起因する蓄電素子１の性能低下を抑える。

また、本実施形態の蓄電素子１では、筒状の被巻回部２５の外周部（外周面）が、電極積層部２０の巻回中心部（内周面）とＸ軸方向（巻回中心軸方向）の全域において接し、伝熱部２６が、筒状の被巻回部２５に挿通された状態で該被巻回部２５の内周部（内周面）とＸ軸方向の全域において接している。

このため、電極積層部２０の巻回中心部でのＸ軸方向の熱の偏りに起因する蓄電素子１の性能低下が抑えられると共に、電極積層部２０の巻回中心部の排熱性が向上する。即ち、電極積層部２０の巻回中心部において熱の逃げにくいＸ軸方向の中央部の熱を熱伝導率の高い被巻回部２５を通じて端部側（Ｘ軸方向の端部側）に逃がすことで巻回中心部におけるＸ軸方向の熱の偏りが抑えられる。また、被巻回部２５における巻回中心部と伝熱部２６との各接触面積が十分に確保されることで、巻回中心部の熱が伝熱部に効率よく伝達されるため（即ち、巻回中心部と伝熱部材とが素早く熱平衡状態に推移するため）巻回中心部の排熱性が向上する。

本実施形態の蓄電素子１では、伝熱部２６の熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上且つ３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。伝熱部２６の熱伝導率をかかる範囲にすることで、電極積層部２０が高温のときの該電極積層部２０からの排熱性能が確保されると共に、該電極積層部２０が低温のときの該電極積層部２０の温度低下が抑制されるような熱伝導のバランスを実現し易くなる。

尚、本発明の蓄電素子は、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。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。

上記実施形態の蓄電素子１では、被巻回部２５と電極積層部２０とが別部材によって構成されていたが、この構成に限定されない。例えば、セパレータ２３のみが伝熱部２６の周囲に巻回されて被巻回部２５を構成し、該セパレータ２３が電極積層部２０を構成するセパレータ２３（電極積層部２０において正極２１と負極２２との間に配置されているセパレータ２３）と連続する構成、即ち、被巻回部２５と電極積層部２０とが一体でも（連続していても）よい。

また、上記実施形態の蓄電素子１では、被巻回部２５は、樹脂製のシートが巻回されることにより形成されていたが、この構成に限定されない。被巻回部２５は、筒状等の伝熱部２６の周囲を囲い且つ所定の厚さ寸法（電極２１、２２の厚さ方向の寸法）を有する樹脂製の部材であってもよい。

上記実施形態の蓄電素子１では、伝熱部２６は、中実の部材であるが、この構成に限定されない。伝熱部２６は、中空の部材や筒状等であってもよい。また、伝熱部２６は、Ｘ軸方向において、一方の短壁部３１４から他方の短壁部３１４まで連続して延びているが、この構成に限定されない。伝熱部２６は、例えば、図６に示すように、被巻回部２５のＸ軸方向の一方の端部と該端部に近い側の短壁部３１４とを接続する第一部位２６１と、被巻回部２５のＸ軸方向の他方の端部と該端部に近い側の短壁部３１４とを接続する第二部位２６２とを有し、第一部位２６１と第二部位２６２とが熱的に接続されていない（例えば、Ｘ軸方向に離間している）構成でもよい。

また、伝熱部２６は、被巻回部２５とＸ軸方向の全域で接しているが、Ｘ軸方向の一部で接する構成でもよい。また、伝熱部２６は、被巻回部２５と巻回方向（周方向）の全域で接しているが、巻回方向の一部で接する構成でもよい。

また、上記実施形態においては、蓄電素子が充放電可能な非水電解質二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）として用いられる場合について説明したが、蓄電素子の種類や大きさ（容量）は任意である。また、上記実施形態において、蓄電素子の一例として、リチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明は、種々の二次電池、その他、一次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタの蓄電素子にも適用可能である。

上記実施形態の電極体２では、セパレータ２３は、多孔質膜によって形成された基材の上に無機層が形成された、いわゆる無機塗工セパレータであるが、基材のみで構成されてもよい。

蓄電素子（例えば電池）１は、図７に示すような蓄電装置（蓄電素子が電池の場合は電池モジュール）１１に用いられてもよい。蓄電装置１１は、少なくとも二つの蓄電素子１と、二つの（異なる）蓄電素子１同士を電気的に接続するバスバ部材１２と、を有する。この場合、本発明の技術が少なくとも一つの蓄電素子１に適用されていればよい。

１…蓄電素子、２…電極体、２０…電極積層部、２１…正極（電極）、２１１…金属箔、２１２…正極活物質層、２２…負極（電極）、２２１…金属箔、２２２…負極活物質層、２３…セパレータ、２５…被巻回部、２６…伝熱部、２６１…第一部位、２６２…第二部位、２８…非被覆積層部、２８１…二分された非被覆積層部、３…ケース、３１…ケース本体、３１１…閉塞部、３１２…胴部、３１３…長壁部、３１４…短壁部、３１４１…溝、３２…蓋板、３３…内部空間、３４…開口周縁部、４…外部端子、４１…面、５…集電体、５０…クリップ部材、５１…第一接続部、５２…第二接続部、６…絶縁部材、１１…蓄電装置、１２…バスバ部材、Ｃ…巻回中心軸

Claims

ケースと、
前記ケースに収容される電極体であって、電極、該電極が外側に巻回されている被巻回部、及び前記被巻回部と前記ケースとを熱伝導可能に接続する伝熱部を有する電極体と、を備え、
前記被巻回部の熱伝導率は、前記伝熱部の熱伝導率より大きく、
前記被巻回部は、筒状の部位であり、
前記被巻回部の外周部は、前記巻回されている電極によって構成される積層体の巻回中心部と巻回中心軸方向の全域において接し、
前記伝熱部は、前記筒状の被巻回部に挿通された状態で該被巻回部の内周部と巻回中心軸方向の全域において接している、蓄電素子。
前記伝熱部の熱伝導率は、０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上且つ３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である、請求項１に記載の蓄電素子。