JP7214637B2 - 蓄電モジュール及び蓄電素子 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電モジュール及び蓄電素子に関する。

携帯電話、自動車等の様々な機器に、充放電可能な蓄電素子が使用されている。電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）等の電気エネルギーを動力源とする車両は、大きなエネルギーを必要とするため、複数の蓄電素子を備える大容量の蓄電モジュールを搭載している。

このような蓄電モジュールでは、通常の使用状態ではないが何らかの原因によりいずれか１つの蓄電素子の温度が過度に上昇した場合、この蓄電素子の熱が伝導することにより隣接する蓄電素子が加熱される。これにより、隣接する蓄電素子の電極の活物質が自己発熱温度以上に加熱されると、この隣接する蓄電素子も発熱してさらにその隣の蓄電素子を加熱し、連鎖的に多数の蓄電素子が発熱する可能性がある。

金属製のケースを樹脂フィルムで被覆した蓄電素子を用いる場合、蓄電素子が発熱した場合、樹脂フィルムが溶融して隣接する金属製のケース同士が接触し、発熱の連鎖が生じやすい。

特開２０１５－１９５１４９号公報には、蓄電素子の熱が隣り合う蓄電素子に伝導することを抑制する技術が開示されている。この技術においては、マイカ集積材から形成される仕切部材によって、蓄電素子間の熱の伝導を抑制している。

特開２０１５－１９５１４９号公報

前記公報に記載の蓄電モジュールは、エネルギー密度の観点から、改善の余地がある。

本発明は、エネルギー密度が大きく、蓄電素子間の発熱の連鎖を防止できる蓄電モジュール及びこの蓄電モジュールの主要構成要素である蓄電素子を提供することを課題とする。

従来の蓄電モジュールは、複数の蓄電素子の間に、１０ｍｍ程度の空気層や、数ｍｍ程度の厚みの仕切部材（例えばマイカ集積材）を設けることで、断熱を行っていた。最近、蓄電素子及び蓄電モジュールの更なる容量の増大と、エネルギー密度（例えば、単位体積当たりの蓄電量）の更なる増大が望まれている。

個々の蓄電素子において、容量及びエネルギー密度を増大すると、ある蓄電素子が発熱したときにその蓄電素子から放出されるエネルギー及び熱も大きい。蓄電素子間の空気層や仕切部材の厚みを増せば、断熱性を高めることができるが、それらの手法では、蓄電モジュールとしてのエネルギー密度が低下する。そのため、エネルギー密度を低下させることなく発熱の連鎖を防止できる新しい対策が求められている。

本発明の一態様に係る蓄電モジュールは、それぞれがケースを有する複数の蓄電素子と、前記蓄電素子の間に設けられて前記ケースに接する、ガラス繊維を主体とするガラス紙シートと、前記複数の蓄電素子及び前記ガラス紙シートを保持する保持部材とを備え、前記ガラス紙シートは、前記蓄電素子の間で圧迫されている。

本発明の一態様に係る蓄電モジュールは、前記ガラス紙シートを備えることによって、発熱の連鎖を防止することができる。

本発明の一実施形態の蓄電素子を示す模式的斜視図である。 図１の蓄電素子の長側面に平行に切断した模式的断面図である。 図１の蓄電素子の短側面に平行に切断した模式的断面図である。 図１の蓄電素子を備える蓄電モジュールの模式図である。

本発明の一態様に係る蓄電モジュールは、それぞれがケースを有する複数の蓄電素子と、前記蓄電素子の間に設けられて前記ケースに接する、ガラス繊維を主体とするガラス紙シートと、前記複数の蓄電素子及び前記ガラス紙シートを保持する保持部材とを備え、前記ガラス紙シートは、前記蓄電素子の間で圧迫されている。

本発明の一態様に係る蓄電モジュールは、ガラス繊維を主体とするガラス紙シートを備えるため、何らかの原因により蓄電素子が発熱した場合に、前記ガラス紙シートが断熱効果を発揮する。そのため、隣接する蓄電素子への熱伝導を抑制して、発熱の連鎖を防止できる。蓄電モジュールは、使用に伴い個々の蓄電素子のケースが膨張することを抑制するために、複数の蓄電素子を圧迫した状態で組み立てられる場合がある。このような場合にも、ガラス紙シートはその所定の剛性により、蓄電素子間の空隙を確保して、熱伝導抑制効果を保つことができる。

前記ケースが、短側面と、前記短側面と直交し前記短側面より面積が大きい長側面とを有し、前記ガラス紙シートが少なくとも前記長側面に接することが好ましい。長側面とは、例えば角形ケース（ｐｒｉｓｍａｔｉｃ ｃａｓｅ）の壁面のうち、最も面積の大きい壁面を意味する。前記ガラス紙シートが少なくとも前記長側面に接することによって、隣接する蓄電素子への熱伝導を効果的に抑制できる。

前記ガラス紙シートが、前記短側面と前記長側面とにわたって前記ケースを覆うことが好ましい。前記ガラス紙シートが、前記短側面と前記長側面とにわたって前記ケースを覆うことによって、熱伝導抑制効果を向上できる。

前記ガラス紙シートの平均厚さが、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。前記ガラス紙シートの平均厚さが上記範囲内であることによって、蓄電モジュールは、蓄電素子間の間隔を狭めてエネルギー密度を大きくしつつ、十分な熱伝導抑制効果を得ることができる。

前記ガラス紙シートの空隙率が、７０％以上９７％以下であることが好ましい。前記ガラス紙シートの空隙率が上記範囲内であることによって、前記ガラス紙シートが十分な強度と断熱性とを確保できる。

前記ガラス紙シートの空隙率が、前記蓄電素子に２０Ｎ／ｃｍ^２の圧力をかけた状態で、４５％以上８０％以下であることが好ましい。通常、蓄電素子を蓄電モジュールに組み立てる際には、モジュールのエンドプレート等によって、蓄電素子や蓄電素子間に挟んだガラス紙シートに圧迫力が加えられる。２０Ｎ／ｃｍ^２の圧力をかけた状態で、前記ガラス紙シートの空隙率が上記範囲内であることによって、蓄電モジュールに組み立てられた状態で前記ガラス紙シートの十分な強度と断熱性とを確保できる。

前記ガラス紙シートに接する樹脂フィルムをさらに備えることが好ましい。前記ガラス紙シートに接する樹脂フィルムをさらに備えることによって、ガラス紙シートの強度を確保できると共にケース間の絶縁を確実にすることができる。

本発明の別の態様に係る蓄電素子は、ケースと、前記ケースに接する、ガラス繊維を主体とするガラス紙シートとを備え、前記ガラス紙シートの空隙率が、７０％以上９７％以下である。

本発明の別の態様に係る蓄電素子は、蓄電モジュールに組み立てられた際に、ガラス紙シートにより、隣接する蓄電素子への熱伝導を抑制して発熱の連鎖を防止できる。前記ガラス紙シートは、空隙率が上記範囲内であることにより、十分な強度と断熱性とを確保できる。

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。

図１乃至図３に、本発明の一実施形態に係る蓄電素子１を示す。蓄電素子１は、電極体２と、この電極体２を収容するケース３と、このケース３の外面に設けられたガラス繊維を主体とするガラス紙シート４と、ガラス紙シート４の外面に積層される樹脂フィルム５とを備える。ケース３の中には、電極体２と共に電解液が封入されている。

前記ケース３は、方形状の底面と、この底面に対向する方形状の天面と、方形状の一対の短側面と、前記一対の短側面と直交し、前記短側面より面積が大きい方形状の一対の長側面と、を有する直方体形状（ｐｒｉｓｍａｔｉｃ ｓｈａｐｅ）であってもよい。前記ガラス紙シート４は、前記一対の長側面を覆うよう設けられることが好ましい。前記ガラス紙シート４は、一つの短側面と一つの長側面とを覆うように設けられてもよいし、一対の短側面と一つの長側面とを覆うように設けられてもよい。前記ガラス紙シート４は、前記一対の短側面と前記一対の長側面とにわたってケース３に設けられること、つまりケース３の４つの側面全体を覆うよう（全周を覆うよう）設けられることがより好ましい。

蓄電素子１は、電極体２を電気的に外部回路に接続するために一対の外部端子（正外部端子６及び負外部端子７）を有する。外部端子６，７は、ケース３の天面を貫通するよう設けられる。

蓄電素子１は、電極体２とケース３との間に、絶縁フィルム、クッションシート、スペーサー等の部材が適宜配置されてもよい。

蓄電素子１は、電極体２を収容するケース３の外面に、ガラス繊維を主体とするガラス紙シート４を備える。そのため、複数の蓄電素子１を並べて配置して使用する際、通常の使用状態ではないが何らかの原因により発熱した場合にも、前記ガラス紙シート４が断熱効果を発揮するので、隣接する蓄電素子１への熱伝導を抑制できる。こうして、発熱の連鎖を防止することができる。

ガラス紙シート４は、ガラス繊維の間に空気を含むことによって熱伝導率が小さいため、蓄電素子１の外形寸法を大きく増大することなく、高い断熱効果を発揮できる。そのため、蓄電素子１、及び、蓄電素子１を複数含む蓄電モジュール（後述）のエネルギー密度を向上できる。

以下、蓄電素子１の各構成要素について詳述する。

電極体２としては、巻回型電極体を用いてもよいし、図示するようにエネルギー密度をより大きくできる積層型電極体を用いてもよい。

積層型電極体２は、積層された方形板状の複数の正極板８、負極板９及びセパレータ１０、並びに正極板８及び負極板９からケース３の天面に向けて延出する正極タブ１１及び負極タブ１２を有する。

より詳しくは、電極体２は、複数の正極板８及び負極板９がセパレータ１０を介して交互に積層されて概略直方体形状に形成される本体と、この本体から延びる正極タブ１１及び負極タブ１２とを有する。積層される正極板８の枚数は、蓄電素子１を高容量化するために、例えば４０乃至６０枚であってもよい。負極板９の枚数も同様とすることができる。

電極体２の正極タブ１１は正外部端子６に電気的に接続され、負極タブ１２は負外部端子７に電気的に接続される。具体的には、正極タブ１１は、ケース３の内側で正外部端子６からケース３の天面に沿って延びる板状の正極集電部材１３に接続されている。負極タブ１２は、ケース３の内側で負外部端子７からケース３の天面に沿って延びる板状の負極集電部材１４に接続されている。

正極板８は、導電性を有する箔状乃至シート状の正極基材と、この正極基材の両面に積層される正極活物質層とを有する。

正極板８の正極基材の材質としては、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル等の金属又はそれらの合金が用いられる。これらの中でも、導電性の高さとコストとのバランスからアルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金が好ましく、アルミニウム及びアルミニウム合金がより好ましい。正極基材の例としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、正極基材としてはアルミニウム箔が好ましい。アルミニウム又はアルミニウム合金としては、ＪＩＳ－Ｈ４０００（２０１４）に規定されるＡ１０８５Ｐ、Ａ３００３Ｐ等が例示できる。

正極板８の正極活物質層は、正極活物質を含むいわゆる合材から形成される多孔性の層である。正極活物質層を形成する合材は、必要に応じて導電剤、結着剤（バインダ）、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。

前記正極活物質としては、例えばＬｉ_ｘＭＯ_ｙ（Ｍは少なくとも一種の遷移金属を表す）で表される複合酸化物（Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_ｘＭｎＯ_３、Ｌｉ_ｘＮｉ_αＣｏ_{（１－α）}Ｏ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_αＭｎ_βＣｏ_{（１－α－β）}Ｏ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_αＭｎ_{（２－α）}Ｏ_４等）、Ｌｉ_ｗＭｅ_ｘ（ＸＯ_ｙ）_ｚ（Ｍｅは少なくとも一種の遷移金属を表し、Ｘは例えばＰ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖ等を表す）で表されるポリアニオン化合物（ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＭｎＰＯ_４、ＬｉＮｉＰＯ_４、ＬｉＣｏＰＯ_４、Ｌｉ_３Ｖ_２（ＰＯ_４）_３、Ｌｉ_２ＭｎＳｉＯ_４、Ｌｉ_２ＣｏＰＯ_４Ｆ等）が挙げられる。これらの化合物中の元素又はポリアニオンは他の元素又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。正極活物質層においては、これら化合物の一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。正極活物質の結晶構造は、層状構造又はスピネル構造であることが好ましい。

負極板９は、導電性を有する箔状乃至シート状の負極基材と、この負極基材の両面に積層される多孔性の負極活物質層とを有する。

負極板９の負極基材の材質としては、銅又は銅合金が好ましい。負極基材の例としては、箔が好ましい。つまり、負極板９の負極基材としては銅箔が好ましい。負極基材として用いられる銅箔としては、圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。

負極活物質層は、負極活物質を含むいわゆる合材から形成される多孔性の層である。負極活物質層を形成する合材は、必要に応じて導電剤、結着剤（バインダ）、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。

負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材質が好適に用いられる。具体的な負極活物質としては、例えばリチウム、リチウム合金等の金属、金属酸化物、ポリリン酸化合物、例えば黒鉛、非晶質炭素（易黒鉛化炭素又は難黒鉛化性炭素）等の炭素材料などが挙げられる。

前記負極活物質の中でも、正極板８と負極板９との単位対向面積当たりの放電容量を好適な範囲とする観点から、Ｓｉ、Ｓｉ酸化物、Ｓｎ、Ｓｎ酸化物又はこれらの組み合わせを用いることが好ましく、Ｓｉ酸化物を用いることが特に好ましい。ＳｉとＳｎとは、酸化物にした際に、黒鉛の３倍程度の放電容量を持つことができる。

セパレータ１０は、電解液が浸潤するシート状乃至フィルム状の材料から形成される。セパレータ１０を形成する材料としては、例えば織布、不織布等を用いることもできるが、典型的には多孔性を有するシート状乃至フィルム状の樹脂が用いられる。このセパレータ１０は、正極板８と負極板９とを隔離すると共に、正極板８と負極板９との間に電解液を保持する。

セパレータ１０の主成分としては、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン－酢酸ビニル共重合体、エチレン－メチルアクリレート共重合体、エチレン－エチルアクリレート共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリオレフィン誘導体、エチレン－プロピレン共重合体等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートや共重合ポリエステル等のポリエステルなどを採用することができる。中でも、セパレータ１０の主成分としては、耐電解液性、耐久性及び溶着性に優れるポリエチレン及びポリプロピレンが好適に用いられる。

セパレータ１０は、両面又は片面（好ましくは正極板８に対向する面）に耐熱層又は耐酸化層を有することが好ましい。耐熱層は、セパレータ１０の熱による破損を防止して、正極板８と負極板９との短絡をより確実に防止するものを意味する。一方、耐酸化層は、高電圧環境下でセパレータを保護するが、セパレータに十分な耐熱性を与えないものを意味する。

セパレータ１０の耐熱層又は対酸化層は、多数の無機粒子と、この無機粒子間を接続するバインダとを含む構成とすることができる。

無機粒子の主成分としては、例えばアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄等の酸化物、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物、シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレイ、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウムなどが挙げられる。中でも、耐熱層又は耐酸化層の無機粒子の主成分としては、アルミナ、シリカ及びチタニアが特に好ましい。

正極タブ１１及び負極タブ１２は、正極板８及び負極板９の正極基材及び負極基材を、活物質層が積層されている方形状の領域からそれぞれ帯状に突出するよう延長して形成することができる。

正極板８と負極板９とが積層される方向に見て（図２参照）、正極タブ１１と負極タブ１２とは、電極体２の本体の一辺から、互いに重ならないよう突出する。各正極板８及び負極板９から延びた正極タブ１１及び負極タブ１２は、それぞれ積層され束ねられて、正極集電部材１３及び負極集電部材１４に接続される。

正極タブ１１及び負極タブ１２は、正極集電部材１３及び負極集電部材１４の正外部端子６及び負外部端子７との接続構造を避けて、正極集電部材１３及び負極集電部材１４のケース３の天面と略平行に延びる部分に接続されてもよい。

ケース３の天面と平行に延びる板状の正極集電部材１３及び負極集電部材１４を用いることによって、正極タブ１１及び負極タブ１２との接続面積を大きくすることが容易であり、正外部端子６及び負外部端子７と正極タブ１１及び負極タブ１２との間の電気抵抗を小さくすることができる。

正極集電部材１３及び負極集電部材１４の正外部端子６及び負外部端子７への接続は、例えば正極集電部材１３及び負極集電部材１４を貫通する正外部端子６及び負外部端子７の端部を押し広げるかしめ等によって、正外部端子６及び負外部端子７のケース３の天面への固定と兼ねて行うことができる。

正極集電部材１３及び負極集電部材１４に対する正極タブ１１及び負極タブ１２の接続は、例えば超音波溶接、レーザー溶接、かしめ等によって行うことができる。

正極集電部材１３は、正極基材と同種の金属から形成されることが好ましく、負極集電部材１４は、負極基材と同種の金属から形成されることが好ましい。

電極体２と共にケース３に封入される電解液としては、蓄電素子に通常用いられる公知の電解液が使用でき、例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）等の環状カーボネート、又はジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等の鎖状カーボネートを含有する溶媒に、リチウムヘキサフルオロホスフェート（ＬｉＰＦ_６）等を溶解した溶液を用いることができる。

ケース３は、電極体２を電解液に浸漬した状態で保持すると共に、電極体２を保護するものである。

ケース３は、底面、一対の短側面及び一対の長側面を形成する有底筒状のケース本体と、ケース３の天面を形成し、ケース本体の開口を封止する蓋板とを有する構成とすることが好ましい。このように、有底筒状のケース本体によって底面、一対の短側面及び一対の長側面を一体に形成することで、ケース３の強度を向上できる。外部端子６，７が配設される天面をケース本体と別体の蓋体によって形成することで、蓄電素子１の組立てを容易にできる。

ケース３の天面には、正外部端子６及び負外部端子７間に破裂弁（Ｒｕｐｔｕｒｅ Ｖａｌｖｅ）１５が設けられている。この破裂弁１５は、通常の使用状態ではないが、ケース３の内圧が一定の圧力以上に上昇した場合に、開放することによって開口を形成し、ケース３内のガスを外部に放出して圧力を低下させる。

ケース３の材質としては、例えばアルミニウムやアルミニウム合金、ステンレス等の金属、樹脂などを用いることができる。ケースの材質は、金属であることが好ましい。

ケース３の天面（蓋板）の厚さとしては、材質や大きさにもよるが、例えば０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であってもよい。これに対して、ケース３の底面の厚さとしては、例えば０．５ｍｍ以上１．８ｍｍ以下であってもよい。ケース３の一対の短側面及び一対の長側面の厚さとしては例えば０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であってもよい。ケース３は、四角筒状に一体に形成される一対の短側面及び一対の長側面の厚さよりもケース３の底面及び天面の厚さを大きくすることが好ましい。一対の短側面及び一対の長側面と一体に形成することができる底面の厚さよりも最後に接合される天面の厚さを大きくすることがより好ましい。

ガラス紙シート４は、ガラス繊維を抄造したシートであり、ガラス繊維の間に空気を含むことによって熱伝導率が比較的小さくなる。このガラス紙シート４がケース３の外周を被覆することにより、ガラス紙シート４を介して蓄電素子１に隣接する物体（例えば並んで配置される蓄電素子１）に、ケース３から伝導する熱量が抑制される。

ガラス繊維を抄造して得られるガラス紙シート４は、折り曲げ可能であるため、ケース３の外周に巻き付けるようにしてケース３を覆うことができる。このため、蓄電素子１は、製造が比較的容易である。

ガラス紙シート４の平均厚さの下限としては、０．２ｍｍが好ましく、０．３ｍｍがより好ましい。一方、ガラス紙シート４の平均厚さの上限としては、１．０ｍｍが好ましく、０．８ｍｍがより好ましい。ガラス紙シート４の平均厚さを上記下限以上とすることによって、ガラス紙シート４が十分な断熱性を有するものとなる。ガラス紙シート４の平均厚さを上記上限以下とすることによって、蓄電素子１におけるガラス紙シート４の占有体積を小さくして、エネルギー密度を向上できる。

ガラス紙シート４の空隙率（常圧時）の下限としては７０％が好ましく、８０％がより好ましい。一方、ガラス紙シート４の空隙率の上限としては、９７％が好ましく、９５％がより好ましい。ガラス紙シート４の空隙率を大きくすると断熱性が向上するものの、シートとしての引っ張り強度が低下して製造性が低下する。一方、ガラス紙シート４の空隙率を小さくするとシートとしての引っ張り強度は向上するものの断熱性が低下する。上記下限以上とすることによって、ガラス紙シート４が十分な断熱性と強度を有するものとなる。ガラス紙シート４の空隙率を上記上限以下とすることによって、ガラス紙シート４が十分な強度を有するものとなる。「空隙率」は、シクネスゲージで測定した厚みを用いてガラス紙シートの単位面積当たりの体積を算出し、ガラス繊維の比重とガラス紙シートの単位面積当たりに使用したガラス繊維の重量とからガラス紙シートの単位面積当たりのガラス繊維の体積を算出し、これらの体積の差分のガラス紙シートの単位面積当たりの体積に対する比率として算出される値である。

蓄電素子１に２０Ｎ／ｃｍ^２の圧力をかけた状態でのガラス紙シート４の空隙率の下限としては、４５％が好ましく、５０％がより好ましい。一方、蓄電素子１に２０Ｎ／ｃｍ^２の圧力をかけた状態でのガラス紙シート４の空隙率の上限としては、８０％が好ましく、７５％がより好ましい。通常、蓄電素子１を蓄電モジュールに組み立てる際には、隣接する蓄電素子１が互いを圧迫し合うよう例えば２０Ｎ／ｃｍ^２程度の圧力がかけられる。このため、蓄電素子１に２０Ｎ／ｃｍ^２の圧力をかけた状態でのガラス紙シート４の空隙率を上記下限以上とすることによって、ガラス紙シート４が十分な断熱性を有するものとなる。蓄電素子１に２０Ｎ／ｃｍ^２の圧力をかけた状態でのガラス紙シート４の空隙率を上記上限以下とすることによって、ガラス紙シート４の強度を確保できる。

ガラス紙シート４を形成するガラス繊維の平均径の下限としては、０．２μｍが好ましく、０．３μｍがより好ましい。一方、ガラス紙シート４を形成するガラス繊維の平均径の上限としては、１．５μｍが好ましく、１．０μｍがより好ましい。ガラス紙シート４を形成するガラス繊維の平均径を上記下限以上とすることによって、ガラス紙シート４を十分な強度を有するものにできる。ガラス紙シート４を形成するガラス繊維の平均径を上記上限以下とすることによって、ガラス紙シート４を十分な断熱性を有するものにできる。

ガラス紙シート４は、バインダを含むことができる。ガラス紙シート４に含まれるバインダとしては、例えばアクリル、ポリエステル、ポリプロピレン、フッ素樹脂等の高分子バインダ、例えば珪酸ナトリウム等の無機バインダなどを用いることができる。

ガラス紙シート４は、接着剤を用いてケース３の外面に接着できる。接着剤は、接着時及び蓄電素子１が発熱したときにガラス紙シート４の深部まで含浸しないように材質及び厚さが選択される。ガラス紙シート４のケース３への接着を容易にするために、ガラス紙シート４の裏面（ケース３に対向する面）に内側樹脂フィルムが積層された多層シートを用いてもよい。この内側樹脂フィルムの材質としては、内側樹脂フィルムが十分に薄い場合には例えばポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド等の蓄電素子１の発熱時に溶融するものであってもよい。代替的に、内側樹脂フィルムを、例えばポリイミド等の十分な耐熱性を有するものとすることによって、蓄電素子１の発熱時に樹脂がガラス紙シート４に含浸して熱伝導率を増大させることを防止できる。

樹脂フィルム５は、ガラス紙シート４の表面を被覆し、蓄電素子１においてガラス紙シート４が引っ掻き等で損傷することを防止して、蓄電素子１の取り扱い性を向上する。予め樹脂フィルム５とガラス紙シート４とが一体化された積層シートを用いることによって、蓄電素子１の製造時にケース３に接着するまでのガラス紙シート４の取り扱いを容易にすることができる。

樹脂フィルム５の材質としては、例えばポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート等を挙げることができる。

樹脂フィルム５の平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、１５μｍがより好ましい。一方、樹脂フィルム５の平均厚さの上限としては、１００μｍが好ましく、５０μｍがより好ましい。樹脂フィルム５の平均厚さを上記下限以上とすることによって、樹脂フィルム５の強度が十分となり、ガラス紙シート４の保護が担保される。樹脂フィルム５の平均厚さを上記上限以下とすることにより、蓄電素子１が不必要に大きくなることを防止できる。

正外部端子６及び負外部端子７は、ケース３の天面の外側に配置され、バスバーや配線が接続される板状の端子部と、この端子部から延び、ケース３の天面を貫通する軸部とを有する。正外部端子６及び負外部端子７は、ケース３に電気的に接触せず、かつ電解液を漏出させないよう、絶縁性のガスケットを挟んでケース３に気密に固定される。

破裂弁１５は、通常予見される使用形態ではない特異な状況ではあるが、例えば外力によって破損して電極体２の内部短絡が発生し、短絡電流によりケース３の内部にガスが発生したとき等、ケース３の内圧が一定の圧力に達したときに、開口を形成してケース３内のガスを放出して内圧を低下させる。

破裂弁１５は、板厚を部分的に減じて形成される溝を有する。蓄電素子１の内圧上昇時に、破裂弁１５はこの溝に沿って破断して、フラップ状（舌片状）の部分を形成し、このフラップ状の部分が内圧によって外側に跳ね上げられることでケースに開口を形成する。

以上のように、蓄電素子１は、例えば蓄電素子１を搭載する車両の衝突時等に発熱しても、ガラス紙シート４が隣接する部材に熱が伝導することを抑制すると共に、破裂弁１５が内圧を低減する。そのため、隣接して配設される他の蓄電素子１に発熱が連鎖することを防止できる。

続いて、図４に、本発明の別の実施形態に係る蓄電モジュールを示す。

蓄電モジュールは、複数の上述の蓄電素子１と、複数の蓄電素子１を前記ガラス紙シート４が隣接する蓄電素子１に対向するよう並べて保持する保持部材２１とを備える。より詳しくは、蓄電モジュールでは、複数の蓄電素子１が、ケース３の長側面同士が対向し、樹脂フィルム５同士が密着するよう並べて保持される。

保持部材２１は、複数の蓄電素子１を保持できるよう、堅固な部材から形成され、例えば枠形状、箱形状等に形成される。

蓄電モジュールは、複数の蓄電素子１を電気的に直列に接続するよう、正外部端子６及び負外部端子７に取り付けられる複数のバスバー２２をさらに備える。

蓄電モジュールは、保持部材２１に保持され、複数の蓄電素子１の底面に密接する板状の冷却部材２３をさらに備える。つまり、蓄電モジュールでは、水平に配置される冷却部材２３の上面に複数の蓄電素子１が並べて配置される。蓄電素子１は、ケース３の底面には、ガラス紙シート４が積層されていないので、ケース３、ひいてはケース３の中の電極体２及び電解液の熱を冷却部材２３に対して効率よく放出できる。

冷却部材２３は、水冷タイプのものでもよいし、空冷タイプのものでもよい。冷却効果を高める視点からは、水冷タイプ（内部に液体冷媒が通るタイプ）のものが好ましい。

さらに、蓄電モジュールは、蓄電素子１のケース３と冷却部材２３との間に隙間が生じて熱伝導率が小さくなることを防止するために、蓄電素子１と冷却部材２３との間に例えば樹脂シート、ゲルシート等から形成される伝熱部材を備えてもよい。

蓄電モジュールは、例えば蓄電素子１を搭載する車両の衝突時等に、いずれかの蓄電素子１が発熱しても、蓄電素子１の熱が隣接する蓄電素子１に伝導することをガラス紙シート４によって抑制できる。そのため、隣接する蓄電素子が連鎖的に発熱することを防止できる。

［その他の実施形態］
前記実施形態は、本発明を限定するものではない。前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属すると解釈されるべきである。

蓄電素子において、ガラス紙シートは、ケースの１以上の外面に接していればよく、例えば一対の長側面のみに配置されてもよいし、一対の長側面及び１方の短側の３面に配置されてもよい。

蓄電素子は、ケースの短側面に外部電極が配設されてもよい。この場合、ケースの一対の長側面及び天面にガラス紙シートが配設されてもよい。

蓄電素子は、樹脂フィルムを有しないものであってもよい。

蓄電モジュールは、冷却部材を有しないものであってもよいし、蓄電素子の側面に冷却部材を当接させるものであってもよい。

蓄電モジュールは、それぞれがガラス紙シート４を有する複数の蓄電素子１を備えてもよいし、ガラス紙シートを有しない複数の蓄電素子の間にガラス紙シートが配設されてもよい。ガラス紙シートは、隣接する蓄電素子のケースに接する。ガラス紙シートは、前述の樹脂フィルムを備えてもよい。

本発明に係る蓄電モジュール及び蓄電素子は、車両用の動力源として特に好適に利用できる。

１ 蓄電素子
２ 電極体
３ ケース
４ ガラス紙シート
５ 樹脂フィルム
６ 正外部端子
７ 負外部端子
８ 正極板
９ 負極板
１０ セパレータ
１１ 正極タブ
１２ 負極タブ
１３ 正極集電部材
１４ 負極集電部材
１５ 破裂弁
２１ 保持部材
２２ バスバー
２３ 冷却部材

Claims (9)

1. それぞれがケースを有する複数の蓄電素子と、
   前記蓄電素子の間に設けられて前記ケースに接する、ガラス繊維を主体とするガラス紙
   シートと、
   前記複数の蓄電素子及び前記ガラス紙シートを保持する保持部材とを備え、
   前記ガラス紙シートは、前記蓄電素子の間で圧迫されており、
   前記ガラス紙シートの空隙率が、前記蓄電素子に２０Ｎ／ｃｍ ^２ の圧力をかけた状態で
   、４５％以上８０％以下である
   蓄電モジュール。
2. 前記ケースが、短側面と、前記短側面と直交し前記短側面より面積が大きい長側面とを
   有し、
   前記ガラス紙シートが少なくとも前記長側面に接する、請求項１に記載の蓄電モジュー
   ル。
3. 前記ガラス紙シートが、前記短側面と前記長側面とにわたって前記ケースを覆う、請求
   項２に記載の蓄電モジュール。
4. 前記ガラス紙シートの平均厚さが、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である、請求項１、
   請求項２又は請求項３に記載の蓄電モジュール。
5. 前記ガラス紙シートの空隙率が、７０％以上９７％以下である、請求項１から請求項４
   のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
6. 前記ガラス紙シートに接する樹脂フィルムをさらに備える、請求項１から請求項５のい
   ずれか１項に記載の蓄電モジュール。
7. ケースと、
   前記ケースに接する、ガラス繊維を主体とするガラス紙シートとを備え、
   前記ガラス紙シートの空隙率が、７０％以上９７％以下であり、
   前記ガラス紙シートの空隙率が、２０Ｎ／ｃｍ ^２ の圧力をかけた状態で、４５％以上８０％以下である
   蓄電素子。
8. 前記樹脂フィルムは、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド又はポリエチレン
   テレフタレートを含む
   請求項６に記載の蓄電モジュール。
9. 前記樹脂フィルムの平均厚さは、１０μｍ以上である
   請求項６又は請求項８に記載の蓄電モジュール。
   

Images