JP6941289B2

JP6941289B2 - 蓄電素子、及び前記蓄電素子を備える蓄電装置

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Publication number: JP6941289B2
Application number: JP2017033403A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　丈; 丈佐々木; 太郎山福; 真規増田
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2017-02-24
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2021-09-29
Anticipated expiration: 2037-02-24
Also published as: JP2018139188A

Description

本発明は、ケースと該ケースの内部に収容される電極体とを備えた蓄電素子、及び前記蓄電素子を備える蓄電装置に関する。

従来から、電極体が外装缶に収容された偏平形二次電池が知られている（特許文献１参照）。この扁平形二次電池は、図１６に示すように、正極と負極がセパレータを介して積層された状態で巻回された扁平状の渦巻き電極体５０２と、この電極体５０２が挿入されると共に電解液が注入される扁平状の外装缶５０３と、外装缶５０３を気密に密閉する封口板５０４と、を備える。

この偏平形二次電池５０１では、外装缶５０３は、底を閉塞し且つ対向する両面を扁平状の幅広平面とする筒状であり、上方を開口している。また、封口板５０４は、外装缶５０３の開口部に溶接されることで該外装缶の開口部を気密に密閉している。

以上の偏平形二次電池５０１は、電池パック５００に用いられる。この電池パック５００は、絶縁材を挟んで積層されることで構成される電池積層体５０５と、電池積層体５０５の両端面に配置されるエンドプレート５０６と、エンドプレート５０６を連結するバインドバーと、を備える。

エンドプレート５０６は、バインドバーに連結されることによって、電池積層体５０５を両端面から加圧して、各偏平形二次電池５０１を圧縮して積層方向に加圧する状態で固定する。これにより、電池積層体５０５の各偏平形二次電池５０１が所定の圧縮圧で加圧状態に固定される。また、絶縁材は、外装缶５０３の対向する幅広平面の全面を均一に圧縮し、あるいは幅広平面の中央部を外周部よりも強く押圧して、膨潤した電極体５０２を圧縮する。

このとき、偏平形二次電池５０１の外装缶５０３の底が平板状で且つ壁（幅広平面）の立設方向に対して直交方向に広がっているため、該底が挟み込みによる力（前記所定の圧縮力：図１６の矢印α参照）に対抗し、その結果、外装缶５０３の幅広平面の底側において電極体５０２に圧縮力が作用し難くなる。

ＷＯ２０１４／０２４４２４号公報

そこで、本実施形態は、ケースの広い範囲において電極体を押圧することのできる蓄電素子、及び前記蓄電素子を備える蓄電装置を提供することを目的とする。

本実施形態の蓄電素子は、
積層された電極を有する電極体と、
前記電極体が収容されたケースと、を備え、
前記ケースは、前記電極の積層方向に並んで前記電極体の外面と対向する一対の対向壁部と、前記対向壁部の対向する端部同士を接続する接続壁部と、を含み、
前記接続壁部は、前記一対の対向壁部の並ぶ方向と交差する方向に延びる稜線を有し且つ該稜線に沿って曲げ変形可能な曲げ部を有する。

かかる構成によれば、接続壁部が一対の壁部の並ぶ方向と交差する方向に延びる稜線に沿って曲げ変形可能な曲げ部を有するため、蓄電素子（ケース）に対して一対の壁部の並ぶ方向に力が加わると、その力によって曲げ部が自身の稜線に沿って曲げ変形し易く、これにより、一対の対向壁部の接続壁部側の端部においてもその間隔が小さくなり易い。その結果、ケースの広い範囲で電極体が押圧される。

前記蓄電素子では、
前記接続壁部は、基端と該基端の反対側の先端とを含み且つ前記対向壁部に対して交差する方向に延出する一対の傾斜部を有し、
前記曲げ部は、前記傾斜部の基端と前記対向壁部とを繋ぐ端部曲げ部を含んでもよい。

かかる構成によれば、傾斜部と対向壁部とを繋ぐ位置に、一対の壁部の並ぶ方向と交差する方向に延びる稜線に沿って曲げ変形可能な端部曲げ部が設けられているため、蓄電素子に対して一対の壁部の並ぶ方向に力が加わると、その力によって端部曲げ部が自身の稜線に沿って曲げ変形し易く、これにより、一対の対向壁部の接続壁部側の端部においてその間隔が小さくなり易い。その結果、ケースの広い範囲で電極体が押圧され易くなる。

また、前記蓄電素子では、
前記接続壁部は、前記一対の傾斜部の先端間に配置され、且つ前記対向壁部と直交又は略直交する方向に広がる平板部を有し、
前記曲げ部は、前記平板部の周縁と前記傾斜部の先端とを繋いでいる一対の中間曲げ部を含んでもよい。

かかる構成によれば、一対の傾斜部の先端間に中間折り曲げ部を介して対向壁部と直交又は略直交する方向に広がる平板部が配置されているため、一対の対向壁部に該対向壁部が並ぶ方向に力が加わったときに、平板部が該力の加わる方向に延びている（広がっている）ため接続壁部の他の部位（中間曲げ部及び端部曲げ部）に力が集中し、これにより、中間曲げ部及び端部曲げ部が曲げ変形し易くなる。このため、一対の対向壁部の接続壁部側の端部においてその間隔がより小さくなり易くなり、その結果、ケースの広い範囲で電極体がさらに押圧され易くなる。

しかも、一対の対向壁部が並ぶ方向に力が加わったときに、平板部が該力の加わる方向に延びている（広がっている）ことで該平板部での変形が抑えられるため、ケースの接続壁部における過度な変形が抑えられる。

前記蓄電素子では、
前記電極は、積層された状態で巻回され、
前記電極体は、巻回中心軸方向の一方の端部を前記接続壁部に向けた状態で前記ケースに収容されてもよい。

かかる構成によれば、電極体が巻回中心軸方向の端部を接続壁部の近くに配置した状態でケースに収容されているため、蓄電素子に対して一対の対向壁部の並ぶ方向に力が加わったときに、巻回中心軸方向の一方の端部にも、前記一対の対向壁部の並ぶ方向の力が加わり易くなる。

また、前記蓄電素子では、
前記電極は、金属箔と該金属箔に積層される活物質層とを有し、
前記活物質層は、前記巻回中心軸方向において前記電極体の前記一方の端部まで配置されてもよい。

かかる構成によれば、蓄電素子に一対の対向壁部の並ぶ方向に力が加わったときに、電極体の一方の端部にも前記力が加わり易く、これにより、一対の対向壁部が並ぶ方向において前記一方の端部において巻回された状態の電極同士の間隔（詳しくは、積層方向に隣り合う電極の活物質層同士の間隔）が広がることが抑えられる。その結果、前記間隔が広がることに起因する性能低下を防ぐことができる。

また、本実施形態の蓄電装置は、
上記いずれかの複数の蓄電素子と、
前記複数の蓄電素子を保持する保持部材と、を備え、
前記複数の蓄電素子は、隣り合う蓄電素子が対向壁部同士を対向させた状態で前記一対の対向壁部の並ぶ方向に積層され、
前記保持部材は、前記一対の対向壁部の並ぶ方向の外側から前記複数の蓄電素子を押圧する。

各蓄電素子において、一対の壁部の並ぶ方向に力が加わったときに、一対の対向壁部の接続壁部側の端部においてその間隔が小さくなり易いため、かかる構成によれば、保持部材によって各蓄電素子が一対の対向壁部の並ぶ方向の外側から押圧されることで、各蓄電素子のケース（対向壁部）の広い範囲で電極体が押圧されている。これにより、電極体の膨張に起因する性能低下が抑えられる。

以上より、本実施形態によれば、ケースの広い範囲において電極体を押圧することのできる蓄電素子、及び前記蓄電素子を備える蓄電装置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のＩＩＩ−ＩＩＩ位置における断面図である。図４は、前記蓄電素子の電極体を説明するための模式図である。図５は、前記蓄電素子のケース本体の断面図である。図６は、前記ケース本体を閉塞部側から見た図である。図７は、前記ケース本体の閉塞部及びその周辺の拡大断面図である。図８は、前記蓄電素子を備える蓄電装置の斜視図である。図９は、前記蓄電装置の分解斜視図である。図１０は、他実施形態に係るケース本体の断面図である。図１１は、他実施形態に係るケース本体の断面図である。図１２は、他実施形態に係るケース本体の断面図である。図１３は、他実施形態に係る電極体の構成を説明するための図である。図１４は、他実施形態に係る電極体の構成を説明するための図である。図１５は、他実施形態に係る電極体の構成を説明するための図である。図１６は、従来の電池パックの断面の模式図である。

本発明に係る蓄電素子の一実施形態について、図１〜図７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、積層された電極（正極２３、負極２４）を有する電極体２と、電極体２が収容されたケース３と、を備える。また、蓄電素子１は、ケース３の外側に配置される外部端子４と、電極体２と外部端子４とを繋ぐ集電体５と、電極体２及び集電体５とケース３との間に配置される絶縁部材６と、を備える。

電極体２は、巻回された電極（正極２３、負極２４）を有する。この電極体２は、偏平な筒状であり、電極２３、２４が湾曲した状態で積層されている湾曲部２０１、２０２と、電極２３、２４が平坦若しくは略平坦な状態で積層されている平坦部２０３と、を有する（図４参照）。詳しくは、以下の通りである。

電極体２は、積層された状態で巻回される電極（正極２３及び負極２４）を有する。具体的に、電極体２は、巻芯２１と、正極２３と負極２４とが互いに絶縁された状態で積層され且つ巻芯２１の周囲に巻回された積層体２２と、を備える（図３参照）。電極体２においてリチウムイオンが正極２３と負極２４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２１は、通常、絶縁材料によって形成される。本実施形態の巻芯２１は、偏平な筒状である。この巻芯２１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。

正極２３は、帯状の金属箔２３１と、金属箔２３１に重ねられる正極活物質層２３２と、を有する。

この金属箔２３１では、幅方向の一方の端縁（図４における上側の端縁）において湾曲部２０１と対応する部位２０１Ａが平坦部２０３と対応する部位２０３Ａより幅方向の一方側に突出している。詳しくは、金属箔２３１の幅方向の他方の端縁（図４における下側の端縁）は、金属箔２３１の長尺方向に真っ直ぐであり、幅方向の一方の端縁は、湾曲部２０１と対応する部位２０１Ａが平坦部２０３と対応する部位２０３Ａより幅方向に突出している。これら湾曲部２０１と対応する部位２０１Ａと、平坦部２０３と対応する部位２０３Ａとは、長尺方向に交互に配置されている。このように構成される正極２３が巻回されている電極体２では、巻回中心軸Ｃ方向の一方の端部（図４における上部）において平坦部２０３より湾曲部２０１が突出している。本実施形態の金属箔２３１は、例えば、アルミニウム箔である。

また、正極活物質層２３２は、金属箔２３１における平坦部２０３と対応する部位２０３Ａより前記幅方向の一方側に突出している部位（湾曲部２０１と対応する部位２０１Ａを含む部位：非被覆部）を露出させた状態で金属箔２３１に重ねられる。

負極２４は、帯状の金属箔２４１と、金属箔２４１に重ねられる負極活物質層２４２と、を有する。

この金属箔２４１では、幅方向の一方の端縁（図４における上側の端縁）において湾曲部２０２と対応する部位２０２Ｂが平坦部２０３と対応する部位２０３Ｂより幅方向の一方側に突出している。詳しくは、金属箔２４１の幅方向の他方の端縁（図４における下側の端縁）は、金属箔２４１の長尺方向に真っ直ぐであり、幅方向の一方の端縁は、湾曲部２０２と対応する部位２０２Ｂが平坦部２０３と対応する部位２０３Ｂより幅方向に突出している。これら湾曲部２０２と対応する部位２０２Ｂと、平坦部２０３と対応する部位２０３Ｂとは、長尺方向に交互に配置されている。このように構成される負極２４が巻回されている電極体２では、巻回中心軸Ｃ方向の一方の端部（図４における上部）において平坦部２０３より湾曲部２０２が突出している。本実施形態の金属箔２４１は、例えば、銅箔である。

また、負極活物質層２４２は、金属箔２４１における平坦部２０３と対応する部位２０３Ｂより前記幅方向の一方側に突出している部位（湾曲部２０２と対応する部位２０２Ｂを含む部位：非被覆部）を露出させた状態で金属箔２４１に重ねられる。

本実施形態の電極体２では、以上のように構成される正極２３と負極２４とがセパレータ２５によって絶縁された状態で巻回されている。即ち、本実施形態の電極体２では、正極２３、負極２４、及びセパレータ２５の積層体２２が巻回されている。

セパレータ２５は、絶縁性を有する部材であり、正極２３と負極２４との間に配置される。これにより、電極体２（詳しくは、積層体２２）において、正極２３と負極２４とが互いに絶縁される。また、セパレータ２５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２５を挟んで交互に積層される正極２３と負極２４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２５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２５の幅方向の寸法は、正極２３（又は負極２４）における非被覆部を除いた部位より僅かに大きい。このセパレータ２５は、前記幅方向の他方の端縁をＺ軸方向において一致させた状態で交互に積層された正極２３と負極２４との間、詳しくは、正極２３における正極活物質層２３２が配置された部位と、負極２４における負極活物質層２４２が配置された部位との間に配置されている（図４参照）。このとき、正極２３の非被覆部と、負極２４の非被覆部とは重なっていない。即ち、正極２３の非被覆部は、湾曲部２０１の位置において重なって非被覆積層部２６Ａを構成し、負極２４の非被覆部は、湾曲部２０２の位置において重なって非被覆積層部２６Ｂを構成している。

ケース３は、電極体２の平坦部２０３における電極２３、２４の積層方向（図３におけるＹ軸方向）に並んで電極体２の外面と対向する一対の長壁部（対向壁部）３１３と、長壁部３１３の対向する端部同士を接続する閉塞部（接続壁部）３１１と、を含む。詳しくは、以下の通りである。

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。

ここで、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、例えば、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、及びＬｉＰＦ_６である。

ケース３の説明に戻り、ケース３は、ケース本体３１の開口周縁部３４と（図２参照）、蓋板３２の周縁部とを重ね合わせた状態で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が画定されている。

ケース本体３１は、図５〜図７にも示すように、少なくとも一つの稜線を有する板状の閉塞部３１１と、閉塞部３１１の周縁に接続される筒状の胴部３１２と、を備える。

胴部３１２は、偏平な角筒状である。この胴部３１２は、互いに平行な一対の長壁部３１３と、一対の長壁部３１３の対向する端縁同士を接続し且つ互いに平行な一対の短壁部３１４と、を有する。

閉塞部３１１は、一対の壁部（本実施形態の例では、長壁部３１３又は短壁部３１４）の並ぶ方向と交差する方向に延びる稜線（本実施形態の例では、第一端部稜線３１１４Ａ、第一中間稜線３１１５Ａ、第二端部稜線３１１６Ａ、第二中間稜線３１１７Ａ）を有し且つ該稜線に沿って曲げ変形可能な曲げ部を有する。本実施形態の閉塞部３１１は、第一端部稜線３１１４Ａに沿って曲げ変形可能な第一端部曲げ部３１１４、第一中間稜線３１１５Ａに沿って曲げ変形可能な第一中間曲げ部３１１５、第二端部稜線３１１６Ａに沿って曲げ変形可能な第二端部曲げ部３１１６、及び第二中間稜線３１１７Ａに沿って曲げ変形可能な第二中間曲げ部３１１７を有する。即ち、本実施形態の閉塞部３１１において、前記曲げ部（稜線に沿って曲げ変形可能な曲げ部）は、第一端部曲げ部３１１４、第一中間曲げ部３１１５、第二端部曲げ部３１１６、及び第二中間曲げ部３１１７を含む。

また、閉塞部３１１は、長壁部３１３及び短壁部３１４の端縁（開口周縁部３４と反対側の端縁）よりもケース３の内側（開口周縁部３４側）に位置する平板部３１１０と、長壁部３１３と平板部３１１０とを接続する第一傾斜部３１１１と、短壁部３１４と平板部３１１０とを接続する第二傾斜部３１１２と、を有する。これら平板部３１１０と第一傾斜部３１１１とは、第一中間曲げ部（中間曲げ部）３１１５を介して接続され、平板部３１１０と第二傾斜部３１１２とは、第二中間曲げ部（中間曲げ部）３１１７を介して接続されている。また、第一傾斜部３１１１と長壁部３１３とは、第一端部曲げ部（端部曲げ部）３１１４を介して接続され、第二傾斜部３１１２と短壁部３１４とは、第二端部曲げ部（端部曲げ部）３１１６を介して接続される。

以上の閉塞部３１１についての詳細は、以下の通りである。

平板部３１１０は、長壁部３１３及び短壁部３１４と直交する方向に広がる矩形平板状の部位である。平板部３１１０の輪郭は、開口周縁部３４と対応した矩形状である。この平板部３１１０は、ケース本体３１の開口方向（平板部３１１０の法線方向）から見て、開口周縁部３４より小さく且つ胴部３１２に囲まれた領域の中央部に配置されている。尚、本実施形態では、平板部３１１０の長辺方向をＸ軸方向とし、平板部３１１０の短辺方向をＹ軸方向とし、平板部３１１０の法線（厚さ）方向をＺ軸方向とする。

第一傾斜部３１１１は、長壁部３１３側の端部である基端と該基端の反対側（平板部３１１０側）の端部である先端とを含み、且つ長壁部３１３に対して交差する方向に延びる。この第一傾斜部３１１１は、長壁部３１３及び平板部３１１０に対して傾斜している（図３及び図７参照）。第一傾斜部３１１１の基端は、第一端部曲げ部３１１４を介して長壁部３１３と接続され（繋がれ）、第一傾斜部３１１１の先端は、第一中間曲げ部３１１５を介して平板部３１１０の周縁（長辺）と接続される（繋がれる）。即ち、本実施形態の閉塞部３１１は、第一端部曲げ部３１１４と第一中間曲げ部３１１５とを有している。また、本実施形態のケース３は、一対の第一傾斜部３１１１を有する。

第一端部曲げ部３１１４は、一対の長壁部３１３の並ぶ方向（Ｙ軸方向）と交差する方向に延びる第一端部稜線３１１４Ａを有し且つ該第一端部稜線３１１４Ａに沿って曲げ変形可能である。本実施形態の第一端部稜線３１１４Ａは、Ｘ軸方向に延びている。

第一中間曲げ部３１１５は、一対の長壁部３１３の並ぶ方向（Ｙ軸方向）と交差する方向に延びる第一中間稜線３１１５Ａを有し且つ該第一中間稜線３１１５Ａに沿って曲げ変形可能である。本実施形態の第一中間稜線３１１５Ａは、第一端部稜線３１１４Ａと同方向（Ｘ軸方向）に延びている。

第二傾斜部３１１２は、短壁部３１４側の端部である基端と該基端の反対側（平板部３１１０側）の端部である先端とを含み、且つ短壁部３１４に対して交差する方向に延びる。この第二傾斜部３１１２は、短壁部３１４及び平板部３１１０に対して傾斜している。第二傾斜部３１１２の基端は、第二端部曲げ部３１１６を介して短壁部３１４と接続され（繋がれ）、第二傾斜部３１１２の先端は、第二中間曲げ部３１１７を介して平板部３１１０の周縁（短辺）と接続される（繋がれる）。即ち、本実施形態の閉塞部３１１は、第二端部曲げ部３１１６と第二中間曲げ部３１１７とも有している。また、本実施形態のケース３は、一対の第二傾斜部３１１２を有する。

第二端部曲げ部３１１６は、一対の短壁部３１４の並ぶ方向（Ｘ軸方向）と交差する方向に延びる第二端部稜線３１１６Ａを有し且つ該第二端部稜線３１１６Ａに沿って曲げ変形可能である。本実施形態の第二端部稜線３１１６Ａは、Ｙ軸方向に延びている。

第二中間曲げ部３１１７は、一対の短壁部３１４の並ぶ方向（Ｘ軸方向）と交差する方向に延びる第二中間稜線３１１７Ａを有し且つ該第二中間稜線３１１７Ａに沿って曲げ変形可能である。本実施形態の第二中間稜線３１１７Ａは、第二端部稜線３１１６Ａと同方向（Ｙ軸方向）に延びている。

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（図３参照）をＺ軸方向と一致させた状態で収容される。詳しくは、電極体２は、平坦部２０３を長壁部３１３と対向させ、且つ、湾曲部２０１、２０２の頂部を短壁部３１４と対向させた状態でケース本体３１に収容されている。また、電極体２は、巻回中心軸Ｃ方向の前記他方の端部（非被覆積層部２６Ａ、２６Ｂが配置された端部とは反対側の端部）を閉塞部３１１と対向させた状態でケース本体３１に収容されている（図３参照）。このとき、電極体２の前記他方の端部は、閉塞部３１１の平板部３１１０と近接した位置（例えば、絶縁部材６を介して平板部３１１０と当接する位置）にある。

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の輪郭形状は、Ｚ軸方向から見て、ケース本体３１の開口周縁部３４に対応している。即ち、蓋板３２は、Ｚ軸方向から見て、Ｘ軸方向に長い矩形板状の部材である。

本実施形態の蓋板３２には、電解液を注入するための注液穴３２５が設けられている（図２参照）。注液穴３２５は、蓋板３２をＺ軸方向（厚さ方向）に貫通する。この注液穴３２５は、注液栓３２６によって密閉（封止）されている。即ち、ケース３は、蓋板３２の注液穴３２５を密閉する注液栓３２６を有する。本実施形態の注液栓３２６は、溶接によって蓋板３２に固定されている。

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、導電性を有する部材によって形成され、電極体２と外部端子４とを通電させる。具体的に、集電体５は、外部端子４に接続される第一接続部５１と、電極体２に接続される第二接続部５２と、を有する。

第一接続部５１は、外部端子４から蓋板３２に沿って短壁部３１４に向けて延びる板状の部位である。第二接続部５２は、第一接続部５１の短壁部３１４側の端部から延び、且つ非被覆積層部２６Ａ、２６Ｂに沿って湾曲状態で広がる板状の部位である。この第二接続部５２は、例えば、溶接によって非被覆積層部２６Ａ、２６Ｂに接続される。

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（図２参照）。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の正極の非被覆積層部２６Ａと、負極の非被覆積層部２６Ｂとに対応する位置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。

絶縁部材６は、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で形成された袋状である。

以上の蓄電素子１は、閉塞部３１１がＹ軸方向と交差する方向に延びる第一中間稜線３１１５Ａに沿って曲げ変形可能な第一中間曲げ部３１１５を有している。このため、蓄電素子１（ケース３）に対してＹ軸方向に力が加わると、その力によって第一中間曲げ部３１１５が自身の稜線（第一中間稜線）３１１５Ａに沿って曲げ変形し易い。これにより、ケース３では、閉塞部３１１が長壁部及び短壁部と直交し且つ平らな板状（即ち、稜線のない平板）である場合に比べ、一対の長壁部３１３の閉塞部３１１側の端部においてもその間隔が小さくなり易い。その結果、ケース３の広い範囲で電極体２が押圧される。

また、本実施形態の蓄電素子１では、閉塞部３１１が、第一傾斜部３１１１の基端と長壁部３１３とを繋ぐと共に、Ｙ軸方向と交差する方向（本実施形態ではＸ軸方向）に延びる第一端部稜線３１１４Ａを有し且つ該第一端部稜線３１１４Ａに沿って曲げ変形可能な第一端部曲げ部３１１４を有している。これにより、蓄電素子１に対してＹ軸方向に力が加わると、その力によって第一中間曲げ部３１１５に加え第一端部曲げ部３１１４も自身の稜線（第一端部稜線）３１１４Ａに沿って曲げ変形し易い。このため、一対の長壁部３１３の閉塞部３１１側の端部においてその間隔がより小さくなり易く、その結果、ケース３の広い範囲で電極体２がより押圧され易くなる。

また、本実施形態の蓄電素子１では、ケース３において、一対の第一中間曲げ部３１１５のそれぞれが、平板部３１１０の周縁と第一傾斜部３１１１の先端とを繋いでいる。この蓄電素子１において、一対の長壁部３１３に対してＹ軸方向の外側から力が加わると、平板部３１１０が該力の加わる方向に延びている（広がっている）ため、閉塞部３１１の他の部位（第一中間曲げ部３１１５、第一端部曲げ部３１１４等）に力が集中する。これにより、第一中間曲げ部３１１５及び第一端部曲げ部３１１４がより曲げ変形し易くなる。このため、一対の長壁部３１３の閉塞部３１１側の端部においてその間隔がより小さくなり易くなり、その結果、ケース３の広い範囲で電極体２がさらに押圧され易くなる。しかも、Ｙ軸方向に力が加わったときに、平板部３１１０が該力の加わる方向に延びている（広がっている）ことで該平板部３１１０での変形が抑えられるため、ケース３の閉塞部３１１における過度な変形が抑えられる。

また、本実施形態の蓄電素子１では、電極体２が、巻回中心軸Ｃ方向の一方の端部を閉塞部３１１に向けた状態でケース３に収容されている。このように、電極体２が巻回中心軸Ｃ方向の前記他方の端部（非被覆積層部２６Ａ、２６Ｂが配置された端部とは反対側の端部）を閉塞部３１１と近接させた状態でケース３に収容されることで、蓄電素子１に対してＹ軸方向に力が加わったときに、巻回中心軸Ｃ方向の前記他方の端部にも、前記Ｙ軸方向の力が加わり易くなる。

本実施形態の電極体２では、活物質層２３２、２４２が、巻回中心軸Ｃ方向における電極体２の前記他方の端部まで配置されている。また、本実施形態の蓄電素子１では、蓄電素子１にＹ軸方向の外側から力が加わったときに、電極体２の前記他方の端部にも前記力が加わり易い。このため、蓄電素子１にＹ軸方向の外側から力が加わったときに、電極体２の前記他方の端部において、巻回された状態の電極２３、２４同士の間隔（詳しくは、積層方向に隣り合う電極２３、２４の活物質層２３２、２４２同士の間隔）が広がることが抑えられる。その結果、蓄電素子１において、前記間隔が広がることに起因する性能低下を防ぐことができる。

次に、本発明に係る蓄電装置の一実施形態について図８及び図９も参照しつつ説明する。尚、以下の説明では、上記実施形態と同じ構成には同じ符号を用いている。

本実施形態の蓄電装置は、上記実施形態の蓄電素子１を備える。具体的に、蓄電装置１０は、複数の蓄電素子１と、複数の蓄電素子１を保持する保持部材１１と、を備える。また、蓄電装置１０は、蓄電素子１と隣り合う隣接部材１２と、複数の蓄電素子１と保持部材１１との間を絶縁するインシュレータ１３と、隣り合う二つの蓄電素子１同士を電気的に接続するバスバ１４等も備える。本実施形態の蓄電装置１０では、複数の蓄電素子１が、ケース３の長壁部３１３同士を対向させた状態で並んでいる。

隣接部材１２は、絶縁性を有し、Ｘ軸方向に隣り合う蓄電素子１の間、及び、蓄電素子１と保持部材１１（詳しくは、終端部材１１１）との間に配置される板状の部材である。この隣接部材１２が配置されることで、Ｘ軸方向に並ぶ蓄電素子１の間、及びＸ軸方向に並ぶ蓄電素子１と保持部材１１との間に、所定の間隔（沿面距離等）が確保される。本実施形態の隣接部材１２は、樹脂製である。

保持部材１１は、複数の蓄電素子１と複数の隣接部材１２との周囲を囲むことで、これら複数の蓄電素子１と複数の隣接部材１２とをひとまとめに保持する。この保持部材１１は、金属等の導電性を有する部材によって構成される。具体的に、保持部材１１は、Ｘ軸方向において複数の蓄電素子１が間に位置するように配置される一対の終端部材１１１と、複数の蓄電素子１とＹ軸方向に対向した状態で一対の終端部材１１１同士を接続する一対の対向部材１１２と、を備える。

一対の終端部材１１１のそれぞれは、Ｙ−Ｚ面（Ｙ軸方向とＺ軸方向とを含む面）方向に広がる板状の部材である。

一対の対向部材１１２のそれぞれは、Ｙ軸方向に延び且つＺ軸方向に間隔をあけて配置される一対の梁部１１２１と、一対の梁部１１２１の端部同士を連結する一対の第一連結部１１２２と、Ｙ軸方向における途中位置において一対の梁部１１２１同士を連結する第二連結部１１２３と、を有する。このように構成される対向部材１１２によって一致の終端部材１１１が接続されることで、保持部材１１は、Ｙ軸方向（一対の長壁部３１３の並ぶ方向）の外側から複数の蓄電素子１を押圧する。即ち、蓄電装置１０において、保持部材１１に保持される複数の蓄電素子１のそれぞれ（詳しくは、各蓄電素子１のケース３）に対し、Ｙ軸方向に挟み込まれる力が加わる。

インシュレータ１３は、絶縁性を有する。このインシュレータ１３は、対向部材１１２と、Ｙ軸方向に並ぶ複数の蓄電素子１との間に配置される。具体的に、インシュレータ１３は、保持部材１１における少なくとも複数の蓄電素子１と対向する領域を覆う。これにより、インシュレータ１３は、保持部材１１と、複数の蓄電素子１との間を絶縁する。

バスバ１４は、金属等の導電性を有する板状の部材によって構成され、蓄電素子１の外部端子４同士を導通させる。バスバ１４は、蓄電装置１０において複数（複数の蓄電素子１と対応する数）設けられる。本実施形態の複数のバスバ１４は、蓄電装置１０に含まれる複数の蓄電素子１の全てを直列に接続する（導通させる）。

以上の蓄電装置１０によれば、各蓄電素子１においてＹ軸方向に力が加わったときに一対の長壁部３１３の閉塞部３１１側の端部においてその間隔が小さくなり易いため、保持部材１１によって各蓄電素子１がＹ軸方向の外側から押圧されることで、各蓄電素子１のケース３（長壁部３１３）の広い範囲で電極体２が押圧されている。これにより、本実施形態の蓄電装置１０では、電極体２の膨張に起因する性能低下が抑えられる。

尚、本発明の蓄電素子及び蓄電装置は、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。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における閉塞部３１１では、平板部３１１０が、胴部３１２の閉塞部３１１側の周縁よりケース３の内側（開口周縁部３４側）に配置されている（図３及び図７参照）が、この構成に限定されない。例えば、図１０に示すように、平板部３１１０は、胴部３１２の前記周縁よりケース３の外側に配置、即ち、第一中間稜線３１１５Ａが胴部３１２の前記周縁より外側に配置されてもよい。

また、上記実施形態の閉塞部３１１の曲げ部は、第一中間曲げ部３１１５と、第一端部曲げ部３１１４とを含んでいるが、この構成に限定されない。例えば、図１１に示すように、閉塞部３１１の曲げ部は、第一端部曲げ部３１１４のみを含む構成（即ち、第一中間曲げ部３１１５のない構成）でもよい。かかる構成によっても、蓄電素子１（ケース３）に対してＹ軸方向の外側から力が加わると、その力によって第一端部曲げ部３１１４が自身の稜線（第一端部稜線）３１１４Ａに沿って曲げ変形し易く、これにより、一対の長壁部３１３の閉塞部３１１側の端部においてその間隔が小さくなり易い。

また、上記実施形態のケース３では、閉塞部３１１が折り曲げられる（屈曲する）ことにより第一中間稜線３１１５Ａ及び第一端部稜線３１１４Ａが形成されているが、この構成に限定されない。例えば、図１２に示すように、閉塞部３１１等が湾曲することによって稜線ｒが形成されてもよい。この場合、湾曲部位の頂部（図１２の例では、Ｙ−Ｚ面方向の断面において、胴部３１２の周縁からＺ軸方向において最も離れた位置）を繋いだ線が稜線（第一中間稜線）ｒである。

また、上記実施形態のケース３では、第一中間曲げ部３１１５及び第一端部曲げ部３１１４は、閉塞部３１１及びその周縁部に形成されているが、この構成に限定されない。例えば、第一中間曲げ部３１１５及び第一端部曲げ部３１１４は、蓋板３２及びその周縁部に形成されてもよい。

上記実施形態の蓄電素子１では、電極体２は、帯状の電極２３、２４が巻回されたいわゆる巻回型の電極体であるが、この構成に限定されない。電極体２は、枚葉状の電極が積層されたいわゆる積層型の電極体であってもよい。また、電極体２は、正極２３、負極２４及びセパレータ２５の少なくとも一つをつづら折り（蛇腹状）にしたものでもよい。例えば具体的に、電極２は、図１３に示すように、長尺なセパレータ２５をつづら折りとし、折り曲げられた部位に枚葉状の正極２３と負極２４とが交互に配置される構成でもよい。また、電極２は、図１４に示すように、長尺な負極２４をつづら折りとし、折り曲げられた部位に枚葉状の正極２３を配置すると共に正極２３と負極２４との間を隔てるようにセパレータ２５が配置される構成でもよい。また、電極２は、図１５に示すように、正極２３、負極２４、及びセパレータ２５の全てが長尺で且つつづら折りされていてもよい。

また、上記実施形態の蓄電素子１では、一つの電極体２が巻回中心軸Ｃ方向をＺ軸と一致させた状態でケース３に収容されているが、この構成に限定されない。複数の電極体２が巻回中心軸Ｃ方向をＺ軸と一致させ且つ互いの巻回中心軸Ｃ同士が平行となるように並んだ状態でケース３に収容される構成でもよい。

また、上記実施形態の蓄電素子１では、第一中間曲げ部３１１５、第一端部曲げ部３１１４、第二端部曲げ部３１１６、及び第二中間曲げ部３１１７等は、閉塞部３１１及びその周縁部に形成されていたが、この構成に限定されない。第一中間曲げ部３１１５、第一端部曲げ部３１１４、第二端部曲げ部３１１６、及び第二中間曲げ部３１１７等は、蓋板３２及びその周縁部や、短壁部３１４及びその周縁部等に形成されてもよい。

上記実施形態の蓄電素子１では、第一中間曲げ部３１１５Ａが、閉塞部３１１に二つ配置されているが、この構成に限定されない。第一中間曲げ部３１１５Ａは、閉塞部３１１に一つ配置されてもよく、三つ以上配置されてもよい。

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。

上記実施形態の蓄電装置１０では、全ての蓄電素子１が第一中間曲げ部３１１５Ａ及び第一端部曲げ部３１１４の少なくとも一方を有しているが、この構成に限定されない。複数の蓄電素子を備える蓄電装置１０において、少なくとも一つの蓄電素子１が第一中間曲げ部３１１５Ａ及び第一端部曲げ部３１１４の少なくとも一方を有していればよい。

１…蓄電素子、２…電極体、２０１、２０２…湾曲部、２０１Ａ、２０２Ｂ…金属箔における湾曲部と対応する部位、２０３…平坦部、２０３Ａ、２０３Ｂ…金属箔における平坦部と対応する部位、２１…巻芯、２２…積層体、２３…正極（電極）、２３１…金属箔、２３２…正極活物質層（活物質層）、２４…負極（電極）、２４１…金属箔、２４２…負極活物質層（活物質層）、２５…セパレータ、２６Ａ…非被覆積層部、２６Ｂ…非被覆積層部、３…ケース、３１…ケース本体、３１１…閉塞部、３１１０…平板部、３１１１…第一傾斜部、３１１２…第二傾斜部、３１１４…第一端部曲げ部、３１１４Ａ…第一端部稜線、３１１５…第一中間曲げ部、３１１５Ａ…第一中間稜線、３１１６…第二端部曲げ部、３１１６Ａ…第二端部稜線、３１１７…第二中間曲げ部、３１１７Ａ…第二中間稜線、３１２…胴部、３１３…長壁部、３１４…短壁部、３２…蓋板、３２５…注液穴、３２６…注液栓、３３…内部空間、３４…開口周縁部、４…外部端子、４１…面、５…集電体、５１…第一接続部、５２…第二接続部、６…絶縁部材、１０…蓄電装置、１１…保持部材、１１１…終端部材、１１２…対向部材、１１２１…梁部、１１２２…第一連結部、１１２３…第二連結部、１２…隣接部材、１３…インシュレータ、１４…バスバ、Ｃ…巻回中心軸

Claims

積層された電極を有する電極体と、
前記電極体が収容されたケースと、を備え、
前記ケースは、前記電極の積層方向に並んで前記電極体の外面と対向する一対の対向壁部と、前記対向壁部の対向する端部同士を接続する接続壁部と、を含み、
前記接続壁部は、前記一対の対向壁部の並ぶ方向と交差する方向に延びる稜線を有し且つ該稜線に沿って曲げ変形可能な曲げ部を有すると共に、基端と該基端の反対側の先端とを含み且つ前記対向壁部に対して交差する方向に延出する一対の傾斜部と、前記一対の傾斜部の先端間に配置され、且つ前記対向壁部と直交又は略直交する方向に広がる平板部と、を有し、
前記曲げ部は、前記傾斜部の基端と前記対向壁部とを繋ぐ端部曲げ部と、前記平板部の周縁と前記傾斜部の先端とを繋いでいる一対の中間曲げ部と、を含む、蓄電素子。
前記電極は、積層された状態で巻回され、
前記電極体は、巻回中心軸方向の一方の端部を前記接続壁部に向けた状態で前記ケースに収容される、請求項１に記載の蓄電素子。
前記電極は、金属箔と該金属箔に積層される活物質層とを有し、
前記活物質層は、前記巻回中心軸方向において前記電極体の前記一方の端部まで配置されている、請求項２に記載の蓄電素子。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の複数の蓄電素子と、
前記複数の蓄電素子を保持する保持部材と、を備え、
前記複数の蓄電素子は、隣り合う蓄電素子が対向壁部同士を対向させた状態で前記一対の対向壁部の並ぶ方向に積層され、
前記保持部材は、前記一対の対向壁部の並ぶ方向の外側から前記複数の蓄電素子を押圧する、蓄電装置。