JP7261911B2 - storage cell - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電セルに関する。 The present invention relates to storage cells.
ハイブリッドカーや電気自動車等に搭載される蓄電モジュールは、複数の蓄電セルにより構成される。一般に、蓄電セルは、セル缶と呼ばれる金属製の容器の内部に正極及び負極を有する電池要素を電解液と共に収納し、上方の開口部を封口体によって封止することにより構成される。封口体には正負一対の電極端子が突設される。 A power storage module mounted on a hybrid car, an electric vehicle, or the like is composed of a plurality of power storage cells. In general, a storage cell is constructed by housing a battery element having a positive electrode and a negative electrode together with an electrolytic solution inside a metal container called a cell can, and sealing an upper opening with a sealing member. A pair of positive and negative electrode terminals protrude from the sealing member.
ところで、蓄電セル内の電池要素は充放電によって膨張する。電池要素が膨張すると、蓄電セルのセル缶は外側に膨らむように変形する。このため、従来、複数の蓄電セルを積層方向に圧縮してケース内に収納し、蓄電セルを加圧した状態で使用することにより、電池要素の膨張を抑制して電池性能の向上を図ることが知られている(例えば、特許文献1参照)。 By the way, the battery element in the storage cell expands due to charging and discharging. When the battery element expands, the cell can of the storage cell deforms so as to expand outward. For this reason, conventionally, a plurality of storage cells are compressed in the stacking direction and housed in a case, and the storage cells are used in a pressurized state to suppress the expansion of the battery elements and improve the battery performance. is known (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、蓄電セルを加圧しても、電池要素の膨張を完全に抑制することは困難である。電池要素の膨張によりセル缶が変形すると、特にセル缶と封口体との接合部に応力負荷が集中し、場合によっては接合部の破損につながるおそれがある。 However, even if the storage cell is pressurized, it is difficult to completely suppress the expansion of the battery element. When the cell can is deformed due to the expansion of the battery element, the stress load concentrates particularly on the junction between the cell can and the sealing member, which may lead to breakage of the junction in some cases.
そこで、本発明は、電池要素の膨張によるセル缶と封口体との接合部への応力負荷を低
減可能な蓄電セルを提供することを目的とする。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a storage cell capable of reducing the stress load on the junction between the cell can and the sealing body due to expansion of the battery element.
(1) 本発明に係る蓄電セルは、セル缶(例えば、後述のセル缶10)の内部に電池要素(例えば、後述の第1電池要素2A、第2電池要素2B)が収納され、前記セル缶の上方の開口部(例えば、後述の開口部10a)が封口体(例えば、後述の封口体11)によって封止された蓄電セル(例えば、蓄電セル1)であって、前記セル缶の内部に、前記電池要素の膨張を受けて圧縮することにより前記電池要素の膨張力を吸収可能なシート状の膨張力吸収体(例えば、後述の膨張力吸収体4)を有し、前記電池要素は、前記膨張力吸収体と前記セル缶の内壁面(例えば、後述の内壁面10b)との間に配置され、前記膨張力吸収体は、前記電池要素の高さに対応する高さを有すると共に、前記セル缶の高さ方向の中央部よりも前記封口体側の剛性が低い、又は、前記セル缶の高さ方向の中央部よりも前記封口体側の厚さが小さい。
(1) In the storage cell according to the present invention, a battery element (for example, a
上記(1)に記載の蓄電セルによれば、セル缶の内部において電池要素の膨張を膨張力吸収体によって吸収できるため、電池要素がセル缶を外側に膨らませようとする力が低減する。これにより、電池要素が膨張した際のセル缶と封口体との接合部への応力負荷を低減できる。しかも、電池要素は、セル缶の高さ方向の中央部よりも封口体側で膨張力吸収体側に膨張し易くなるため、セル缶と封口体との接合部への応力負荷をより良好に低減できる。 According to the storage cell described in (1) above, the expansion of the battery element can be absorbed by the expansion force absorber inside the cell can, so the force of the battery element to expand the cell can to the outside is reduced. This can reduce the stress load on the junction between the cell can and the sealing member when the battery element expands. Moreover, since the battery element expands more easily toward the expansion force absorber on the side of the sealing member than on the central portion in the height direction of the cell can, the stress load on the junction between the cell can and the sealing member can be reduced more satisfactorily. .
(2) (1)に記載の蓄電セルにおいて、前記膨張力吸収体は、弾性体又は膨潤性を有する構造体からなるものであってもよい。 (2) In the electric storage cell described in (1), the expansion force absorber may be composed of an elastic body or a structure having swelling properties.
上記(2)に記載の蓄電セルによれば、膨張力吸収体は、電池要素に対して密接した状態で、電池要素の膨張を受けて容易に圧縮して電池要素の膨張力を良好に吸収することができる。 According to the storage cell described in (2) above, the expansion force absorber is easily compressed by the expansion of the battery element while being in close contact with the battery element, and absorbs the expansion force of the battery element satisfactorily. can do.
(3) (2)に記載の蓄電セルにおいて、前記弾性体は、発泡体であり、前記膨潤性を有する構造体は、膨潤性樹脂又は樹脂繊維集合体であってもよい。 (3) In the electric storage cell according to (2), the elastic body may be a foam, and the swelling structure may be a swelling resin or a resin fiber assembly.
上記(3)に記載の蓄電セルによれば、軽量化、低コスト化を図ることが可能である。 According to the storage cell described in (3) above, weight reduction and cost reduction can be achieved.
(4) 本発明に係る蓄電セルは、セル缶(例えば、後述のセル缶10)の内部に電池要素(例えば、後述の第1電池要素2A、第2電池要素2B)と電解液とが収納され、前記セル缶の上方の開口部(例えば、後述の開口部10a)が封口体(例えば、後述の封口体11)によって封止された蓄電セル(例えば、後述の蓄電セル1)であって、前記セル缶の内部に、前記電池要素の膨張を受けて圧縮することにより前記電池要素の膨張力を吸収可能なシート状の膨張力吸収体(例えば、後述の膨張力吸収体4)を有し、前記電池要素は、前記膨張力吸収体と前記セル缶の内壁面(例えば、後述の内壁面10b)との間に配置され、前記膨張力吸収体は、不透液性フィルム(例えば、後述の不透液性フィルム5)内に封入されている。
(4) In the storage cell according to the present invention, a battery element (for example, a
上記(4)に記載の蓄電セルによれば、セル缶の内部において電池要素の膨張を膨張力吸収体によって吸収できるため、電池要素がセル缶を外側に膨らませようとする力が低減する。これにより、電池要素が膨張した際のセル缶と封口体との接合部への応力負荷を低減できる。しかも、膨張力吸収体への電解液の接触や滲み込みがなくなり、膨張力吸収体の変質や特性変化が防止されることにより、電池要素の膨張力の吸収作用を長期に安定化させることができる。また、電解液を電池要素の部分に限定して含浸させることができるため、電解液の使用量を削減でき、低コスト化が可能となる。 According to the storage cell described in (4) above, the expansion of the battery element can be absorbed by the expansion force absorber inside the cell can, so the force of the battery element to expand the cell can to the outside is reduced. This can reduce the stress load on the junction between the cell can and the sealing member when the battery element expands. In addition, the electrolyte does not come into contact with or seep into the expansion force absorber, and deterioration and characteristic changes of the expansion force absorber are prevented, so that the expansion force absorbing function of the battery element can be stabilized for a long period of time. can. In addition, since the electrolytic solution can be impregnated only in the portion of the battery element, the amount of electrolytic solution used can be reduced, and the cost can be reduced.
(5) (4)に記載の蓄電セルにおいて、前記膨張力吸収体は、弾性体又は膨潤性を有する構造体からなるものであってもよい。 (5) In the electric storage cell described in (4), the expansion force absorber may be made of an elastic body or a structure having swelling properties.
上記(5)に記載の蓄電セルによれば、膨張力吸収体は、電池要素に対して密接した状態で、電池要素の膨張を受けて容易に圧縮して電池要素の膨張力を良好に吸収することができる。 According to the storage cell described in (5) above, the expansion force absorber is easily compressed by the expansion of the battery element while being in close contact with the battery element, and absorbs the expansion force of the battery element satisfactorily. can do.
(6) (5)に記載の蓄電セルにおいて、前記弾性体は、発泡体であり、前記膨潤性を有する構造体は、膨潤性樹脂又は樹脂繊維集合体であってもよい。 (6) In the electric storage cell according to (5), the elastic body may be a foam, and the swelling structure may be a swelling resin or a resin fiber assembly.
上記(6)に記載の蓄電セルによれば、軽量化、低コスト化を図ることが可能である。 According to the storage cell described in (6) above, weight reduction and cost reduction can be achieved.
(7) (5)又は(6)に記載の蓄電セルにおいて、前記膨潤性を有する構造体は、液体(例えば、後述の液体W)と共に前記不透液性フィルム内に封入されていてもよい。 (7) In the electric storage cell according to (5) or (6), the swelling structure may be enclosed in the liquid-impermeable film together with a liquid (for example, a liquid W described later). .
上記(7)に記載の蓄電セルによれば、樹脂フィルム内の液体によって膨張力吸収体を膨潤させることができるため、初期から電池要素の膨張力の吸収作用を良好に発揮させることができる。 According to the electric storage cell described in (7) above, the liquid in the resin film can swell the expansion force absorber, so that the expansion force absorption function of the battery element can be satisfactorily exhibited from the initial stage.
(8) (7)に記載の蓄電セルにおいて、前記液体は、前記電解液から添加剤を除去した液体、又は、前記電解液とは別の液体であってもよい。 (8) In the electric storage cell according to (7), the liquid may be a liquid obtained by removing additives from the electrolytic solution, or a liquid different from the electrolytic solution.
上記(8)に記載の蓄電セルによれば、電解液よりも安価な液体を使用することができ、低コスト化が可能である。 According to the electric storage cell described in (8) above, it is possible to use a liquid that is cheaper than the electrolytic solution, and it is possible to reduce the cost.
(9) (1)~(8)のいずれかに記載の蓄電セルにおいて、前記膨張力吸収体は、前記セル缶の内部で厚さ方向に膨張することにより、前記電池要素を前記セル缶の内壁面に押し付けて保持するものであってもよい。 (9) In the storage cell according to any one of (1) to (8), the expansion force absorber expands in the thickness direction inside the cell can, thereby moving the battery element inside the cell can. It may be held by being pressed against the inner wall surface.
上記(9)に記載の蓄電セルによれば、電池要素とセル缶の内壁面との接触熱抵抗が低減し、電池要素の温度上昇も抑制できる。また、電池要素が、酸化物負極材等を適用した膨張が小さい電池要素の場合であっても、電池要素をセル缶の内壁面に対して均一に押し付けて保持することができる。 According to the storage cell described in (9) above, the contact thermal resistance between the battery element and the inner wall surface of the cell can is reduced, and the temperature rise of the battery element can be suppressed. In addition, even when the battery element is a battery element made of an oxide negative electrode material or the like and having a small expansion, the battery element can be uniformly pressed against the inner wall surface of the cell can and held.
(10) (1)~(9)のいずれかに記載の蓄電セルにおいて、前記セル缶の内部に、2つの前記電池要素が収納され、前記膨張力吸収体は、2つの前記電池要素の間に挟まれているものであってもよい。 (10) In the storage cell according to any one of (1) to (9), two battery elements are housed inside the cell can, and the expansion force absorber is positioned between the two battery elements. It may be sandwiched between.
上記(10)に記載の蓄電セルによれば、セル缶の両側面を伝熱面として利用することができると共に、膨張力吸収体を2つの電池要素に共通に利用することができるため、セル構造の簡素化及び低コスト化が可能である。 According to the storage cell described in (10) above, both side surfaces of the cell can can be used as heat transfer surfaces, and the expansion force absorber can be commonly used for two battery elements. Simplification of structure and cost reduction are possible.
(11) (10)に記載の蓄電セルにおいて、2つの前記電池要素は、前記セル缶の内部で直列接続されているものであってもよい。 (11) In the storage cell according to (10), the two battery elements may be connected in series inside the cell can.
上記(11)に記載の蓄電セルによれば、膨張力吸収体を2つの電池要素間の絶縁距離として利用することができるため、2つの電池要素間に別途の絶縁部材を設ける必要がなくなり、セル構造の簡素化及び低コスト化が可能である。 According to the storage cell described in (11) above, since the expansion force absorber can be used as an insulating distance between the two battery elements, there is no need to provide a separate insulating member between the two battery elements. It is possible to simplify the cell structure and reduce the cost.
(12) 本発明に係る蓄電セルは、セル缶(例えば、後述のセル缶10)の内部に電池要素(例えば、第1電池要素2A、第2電池要素2B)が収納され、前記セル缶の上方の開口部(例えば、後述の開口部10a)が封口体(例えば、後述の封口体11)によって封止された蓄電セル(例えば、後述の蓄電セル1)の製造方法であって、前記電池要素の膨張を受けて圧縮することにより前記電池要素の膨張力を吸収可能なシート状の膨張力吸収体(例えば、後述の膨張力吸収体4)を、前記電池要素と積層し、前記膨張力吸収体は、前記電池要素の高さに対応する高さを有すると共に、前記セル缶の高さ方向の中央部よりも前記封口体側の剛性が低い、又は、前記セル缶の高さ方向の中央部よりも前記封口体側の厚さが小さいものであり、前記膨張力吸収体を厚さ方向に押し潰した状態で、前記電池要素と共に前記セル缶の内部に挿入し、その後、前記膨張力吸収体の膨張によって、前記電池要素を前記セル缶の内壁面(例えば、後述の内壁面10b)に押し付けて保持する。
(12) In the storage cell according to the present invention, a battery element (for example, a
上記(12)に記載の蓄電セルの製造方法によれば、セル缶の内部の電池要素を、押し潰された膨張力吸収体自体の膨張力によって、セル缶の内壁面に均一に押し付けて保持することができるため、電池要素とセル缶の内壁面との接触熱抵抗が低減し、電池要素の温度上昇も抑制できる。しかも、電池要素が、酸化物負極材等を適用した膨張が小さい電池要素の場合であっても、電池要素をセル缶の内壁面に対して均一に押し付けて保持することができる。更に、電池要素をセル缶の内部に挿入する際に、膨張力吸収体が押し潰されて変形することにより、容易に挿入できるようになり、蓄電セルの組立て性が向上する。 According to the storage cell manufacturing method described in (12) above, the battery element inside the cell can is uniformly pressed against the inner wall surface of the cell can and held by the expansion force of the crushed expansion force absorber itself. Therefore, the contact thermal resistance between the battery element and the inner wall surface of the cell can is reduced, and the temperature rise of the battery element can be suppressed. Moreover, even if the battery element is made of an oxide negative electrode material or the like and has a small expansion, the battery element can be uniformly pressed and held against the inner wall surface of the cell can. Furthermore, when the battery element is inserted into the cell can, the expansive force absorber is crushed and deformed, thereby facilitating insertion and improving the assembling efficiency of the storage cell.
本発明によれば、本発明は、電池要素の膨張によるセル缶と封口体との接合部への応力負荷を低減可能な蓄電セル及び蓄電セルの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a storage cell and a storage cell manufacturing method capable of reducing the stress load on the junction between the cell can and the sealing member due to expansion of the battery element.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
蓄電セル1は、セル缶10の内部に、2つの電池要素(第1電池要素2A、第2電池要素2B)を電解液(図示せず)と共に収納し、封口体11で封止することにより構成される。なお、各図中に示す方向において、D1方向は蓄電セル1の長さ方向を示し、D2方向は蓄電セル1の厚さ方向を示し、D3方向は蓄電セル1の高さ方向を示す。このD3方向の矢印が示す方向は重力方向に沿う上方である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the
セル缶10は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属材により、D1方向に長い略直方体状に成形された有底箱型の容器である。セル缶10の上方は開放され、矩形状の開口部10aを有する。
The cell can 10 is a bottomed box-shaped container made of a metal material such as aluminum or an aluminum alloy and formed into a substantially rectangular parallelepiped shape elongated in the D1 direction. The top of the cell can 10 is open and has a
封口体11は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属材により、セル缶10の開口部10aと同一の矩形状に形成された平板部材からなる。封口体11は、セル缶10の開口部10aの内周面に嵌合され、溶接やかしめ等によって開口部10aの内周面に対して接合される。これにより、セル缶10の開口部10aと封口体11との間には、開口部10aに沿う接合部100が形成される。
The sealing
封口体11は、長さ方向(D1方向)の両端に離れて配置される正極端子12と負極端子13とを有する。正極端子12及び負極端子13は、それぞれ封口体11を貫通して上面に突出している。正極端子12及び負極端子13と封口体11との間は、絶縁材(図示せず)によって電気的に絶縁されている。また、封口体11は、正極端子12と負極端子13との間に、圧力解放弁(安全弁)14と、電解液の注液口15とを有する。
The sealing
セル缶10の内部の第1電池要素2A及び第2電池要素2Bは、図4に示すように、複数の正極板201と複数の負極板202とを、セパレータ203を介して交互に積層した積層構造を有する。正極板201は、正極箔201aと、その正極箔201aの両面に塗布された正極活物質201bとで構成される。負極板202は、負極箔202aと、その負極箔202aの両面に塗布された負極活物質202bとで構成される。
The
第1電池要素2Aは、上部に正極集電部21Aと負極集電部22Aとを有する。正極集電部21Aは、各正極板201の正極箔201aの上端が部分的に帯状に延出され、積層されて1つに束ねられている。また、負極集電部22Aは、各負極板202の負極箔202aの上端が部分的に帯状に延出され、積層されて1つに束ねられている。正極集電部21A及び負極集電部22Aは、それぞれ第1電池要素2Aの上部において横向きに屈曲され、封口体11に対して略平行な矩形状の平面を形成している。
The
第1電池要素2Aの正極集電部21Aは、第1電池要素2Aの上部における長さ方向(D1方向)の一方端部に配置され、各正極板201の正極箔201aの一方端部の上端が部分的に帯状に延出されることにより形成される。また、負極集電部22Aは、第1電池要素2Aの上部における長さ方向(D1方向)の他方端部よりもやや中央寄りにずれて配置され、各負極板202の負極箔202aの他方端部よりもやや中央寄りの上端が部分的に帯状に延出されることにより形成される。
The positive
一方、第2電池要素2Bも、上部に正極集電部21Bと負極集電部22Bとを有する。正極集電部21Bは、各正極板201の正極箔201aの上端が部分的に帯状に延出され、積層されて1つに束ねられている。また、負極集電部22Bは、各負極板202の負極箔202aの上端が部分的に帯状に延出され、積層されて1つに束ねられている。正極集電部21B及び負極集電部22Bは、それぞれ第2電池要素2Bの上部において横向きに屈曲され、封口体11に対して略平行な矩形状の平面を形成している。
On the other hand, the
第2電池要素2Bの正極集電部21Bは、第2電池要素2Bの上部における長さ方向(D1方向)の一方端部よりもやや中央寄りにずれて配置され、各正極板201の正極箔201aの一方端部よりもやや中央寄りの上端が部分的に帯状に延出されることにより形成される。また、負極集電部22Bは、第2電池要素2Bの上部における長さ方向(D1方向)の他方端部に配置され、各負極板202の負極箔202aの他方端部の上端が部分的に帯状に延出されることにより形成される。
The positive electrode
第1電池要素2A及び第2電池要素2Bは、図2、図3に示すように、それぞれ絶縁部材3A、3Bに個別に収容される。絶縁部材3A、3Bは、いずれも絶縁性のシート材により、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bとほぼ同形状で、上部が開口する袋状に形成される。第1電池要素2A及び第2電池要素2Bは、正極集電部21A、21Bと負極集電部22A、22Bとが上方に配向されて、絶縁部材3A、3B内にそれぞれ収容される。なお、以下の説明における第1電池要素2A及び第2電池要素2Bは、絶縁部材3A
、3Bに収容された状態のものを指すものとする。
The
, 3B.
第1電池要素2A及び第2電池要素2Bは、正極板201と負極板202の積層方向に沿う蓄電セル1の厚さ方向(D2方向)に並列される。第1電池要素2Aの正極集電部21Aは、図5、図6に示すように、封口体11の裏面において正極端子12と電気的に接続される。また、第1電池要素2Aの負極集電部22Aは、負極端子13寄りの封口体11の裏面に電気的に接続される。一方、第2電池要素2Bの正極集電部21Bは、正極端子12寄りの封口体11の裏面に電気的に接続される。また、第2電池要素2Bの負極集電部22Bは、封口体11の裏面において負極端子13と電気的に接続される。これにより、セル缶10内の第1電池要素2Aと第2電池要素2Bとは、封口体11を介して直列接続される。
The
セル缶10の内部には、電解液(図示せず)と共に、封口体11を取り付けた第1電池要素2A及び第2電池要素2Bと膨張力吸収体4とが収納される。膨張力吸収体4は、セル缶10内の第1電池要素2A及び第2電池要素2Bが膨張した際にその膨張を受けて圧縮することにより、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bの膨張力を吸収可能なシート状の構造体により構成される。
The cell can 10 accommodates the
膨張力吸収体4は、図2に示すように、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bの側面形状(D2方向に面する側面の形状)と略同一の矩形のシート状に形成されると共に、図3に示すように、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bの高さに対応する高さを有する。なお、本実施形態に示す膨張力吸収体4は、絶縁性材料の適用もしくは絶縁性フィルム内に収納することにより、絶縁体としても利用することが可能である。
As shown in FIG. 2, the
膨張力吸収体4は、図3に示すように、第1電池要素2Aと第2電池要素2Bとの間に挟まれて密接している。第1電池要素2A及び第2電池要素2Bは、膨張力吸収体4と接する側と反対側において、セル缶10の内壁面10b、10bにそれぞれ密接している。
As shown in FIG. 3, the
図2、図3に示す膨張力吸収体4は、高さ方向(D3方向)に2分割されている。即ち、膨張力吸収体4は、高さ方向の上方(封口体11側)に配置される第1吸収体41と、高さ方向の下方(セル缶10の底部10c側)に配置される第2吸収体42とで構成される。第1吸収体41と第2吸収体42とは、高さ方向に積み重ねられている。第1吸収体41は、第2吸収体42に比べて高さが低い。従って、第1吸収体41と第2吸収体42との境界部4aは、セル缶10の高さ方向の中央部よりも封口体11寄りに配置されている。
The
第1吸収体41と第2吸収体42とは、ほぼ同一厚さを有するが、剛性が異なっている。即ち、第1吸収体41の剛性の方が、第2吸収体42の剛性よりも低い。このため、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bの膨張力を受けた際に、第1吸収体41は、第2吸収体42に比較して大きく圧縮可能であり、それだけより多くの膨張力を吸収することができる。
The first
ここで、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bが膨張した場合、その膨張力は、セル缶10の内壁面10b、10bの全面に略均等に作用する。しかし、セル缶10は有底であり、セル缶10の上方は封口体11によって封止されているため、セル缶10を高さ方向に見た場合、セル缶10の高さ方向の中央部が外側に向けて最も大きく膨らむようになる。このとき、セル缶10の下方は、セル缶10の底部10cと側部10dとが一体に成形されているため、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bの膨張力に十分に耐え得る。しかし、セル缶10の上方は、セル缶10が膨らんだ際に、セル缶10の開口部10aと封口体11との接合部100に応力負荷が集中し、接合部100の破損につながるおそれがある。
Here, when the
これに対し、膨張力吸収体4は、セル缶10の内部で第1電池要素2A及び第2電池要素2Bの膨張を受けて圧縮することにより、その膨張力を吸収する。このとき、封口体11に近い側に配置される第1吸収体41は、第2吸収体42に比較して剛性が低いため、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bは、セル缶10の高さ方向の中央部よりも封口体11側で、内壁面10b側よりも膨張力吸収体4側に膨張し易くなり、第2吸収体42よりも大きく圧縮され、より多くの膨張力を吸収する。その結果、図3に示すように、第1吸収体41に対応するセル缶10の上方側の内壁面10b、10bに作用する電池要素の膨張力F1は、第2吸収体42に対応するセル缶10の中央部の内壁面10b、10bに作用する電池要素の膨張力F2よりも小さくなる。これにより、接合部100への応力負荷が低減され、蓄電セル1は耐久性に優れるようになる。
On the other hand, the
膨張力吸収体4としては、シート状に成形可能であり、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bの膨張力を受けた際に圧縮して膨張力を吸収可能なものであれば特に制限なく使用できるが、弾性体又は膨潤性を有する構造体を好ましく使用することができる。
The
弾性体としては、一般的なゴムや樹脂からなる弾性体を使用することができる。中でも、弾性体がゴムや樹脂の発泡体である場合は、蓄電セル1の軽量化及び低コスト化を図ることができる。また、発泡体は、発泡倍率を適宜設定することにより、第1吸収体41と第2吸収体42との剛性の高低差を容易に設けることができる。
As the elastic body, an elastic body made of general rubber or resin can be used. Among others, when the elastic body is a rubber or resin foam, the weight and cost of the
膨潤性を有する構造体としては、液体(電解液を含む。)を含浸することにより膨潤する膨潤性樹脂や樹脂繊維集合体を使用することができる。これにより、発泡体を使用する場合と同様に、蓄電セル1の軽量化及び低コスト化を図ることができる。具体的な膨潤性樹脂としては、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)やシリコーン樹脂が例示される。また、具体的な樹脂繊維集合体としては、ポリオレフィン系樹脂繊維やフェノール樹脂繊維の不織布の積層体が例示される。第1吸収体41と第2吸収体42との剛性の高低差は、樹脂や樹脂繊維の密度、種類、径、長さ、形状を適宜調整することにより設けることができる。
As the structure having swelling properties, a swelling resin or a resin fiber aggregate that swells when impregnated with a liquid (including an electrolytic solution) can be used. This makes it possible to reduce the weight and cost of the
本実施形態に示す第1電池要素2A及び第2電池要素2Bは、セル缶10の内部において、膨張力吸収体4と接する側と反対側の内壁面10b、10bにそれぞれ密接している。これにより、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bの熱は、セル缶10の内壁面10b、10bからセル缶10に伝達される。このため、セル缶10の外側面を伝熱面として利用することができる。また、膨張力吸収体4は第1電池要素2Aと第2電池要素2Bとに共通であるため、セル缶10内の電池要素の数に対する膨張力吸収体4の数を削減でき、セル構造の簡素化及び低コスト化を図ることができる。
The
また、膨張力吸収体4が第1電池要素2Aと第2電池要素2Bとの間に配置されることにより、第1電池要素2Aと第2電池要素2Bとの間に、膨張力吸収体4の厚さに相当する絶縁距離を設けることができる。このため、直列接続される第1電池要素2Aと第2電池要素2Bとの間に、絶縁距離を確保するための別途の絶縁部材を設ける必要がない。従って、更にセル構造の簡素化及び低コスト化を図ることができる。
Further, by arranging the
膨張力吸収体4は、セル缶10の内部において厚さ方向(D2方向)に沿って膨張することにより、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bに対して、セル缶10内壁面10b、10bに向けて押し付けて、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bを膨張力吸収体4とセル缶10の内壁面10b、10bとの間に保持するようにしてもよい。これにより、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bとセル缶10の内壁面10b、10bとの接触熱抵抗が低減し、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bの温度上昇を抑制することができる。また、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bが、LTO(チタン酸リチウム)等の酸化物負極材等を適用した膨張が小さい電池要素の場合であっても、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bをセル缶の内壁面10b、10bに対して均一に押し付けて保持することができる。
The
本実施形態の第1電池要素2A及び第2電池要素2Bのように、正極板201と負極板202とをセパレータ203を挟んで積層した積層構造を有する電池要素は、巻回構造からなる電池要素とは異なり、巻回部による変形効果がないため、セル缶10の内部において内壁面10b、10bへの押し付け荷重を確保することが困難である。しかし、膨張力吸収体4がセル缶10内で膨張することにより、積層構造を有する第1電池要素2A及び第2電池要素2Bを使用する場合でも、セル缶10の内壁面10b、10bへの押し付け荷重を容易に確保することができる。
Like the
膨張力吸収体4の膨張は、例えば、膨張力吸収体4が弾性体である場合の弾性復元力や、膨張力吸収体4が膨潤性を有する構造体である場合の膨潤による膨張を利用することができる。但し、この場合の膨張力吸収体4が第1電池要素2A及び第2電池要素2Bに対して作用させる膨張力は、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bが膨張力吸収体4に対して作用させる膨張力よりも小さいものである。このため、膨張力吸収体4自体の膨張力が、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bの膨張力を吸収する際の障害となることはない。
The expansion of the
このように膨張力吸収体4が第1電池要素2A及び第2電池要素2Bを押し付けて保持する機能を発揮するためには、膨張力吸収体4を押し潰した状態でセル缶10の内部に収納する方法が採用できる。即ち、図7に示すように、先ず、予め封口体11が取り付けられた第1電池要素2Aと第2電池要素2Bとの間に、膨張力吸収体4を挟むように積層させる。次いで、第1電池要素2Aと第2電池要素2Bとを厚さ方向(D2方向)の両側から圧縮することにより、膨張力吸収体4を厚さ方向に押し潰した状態で、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bと共に膨張力吸収体4をセル缶10の内部に挿入する。その後、セル缶10の内部において、膨張力吸収体4が弾性復元力や膨潤によって膨張すると、膨張力吸収体4は、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bをセル缶10の内壁面10b、10bに押し付けて保持する。
In order for the
なお、この場合のセル缶10の厚さ方向(D2方向)の幅は、膨張力吸収体4の膨張による押し付け力を発揮させるため、第1電池要素2A、膨張力吸収体4及び第2電池要素2Bからなる積層体の圧縮前の厚さ方向(D2方向)の幅よりも小さく設定される。しかし、セル缶10の内部に挿入する際に、膨張力吸収体4が押し潰されて変形するため、第1電池要素2A、膨張力吸収体4及び第2電池要素2Bからなる積層体をセル缶10の内部に容易に挿入でき、蓄電セル1の組立て性が向上する効果が得られる。
In this case, the width of the cell can 10 in the thickness direction (D2 direction) is set to the
蓄電セル1における第1電池要素2A及び第2電池要素2Bは、電解液が不要な全固体電池からなる電池要素とすることもできるが、本実施形態のようにセル缶10内に電解液が収納される場合、膨張力吸収体4は、図8に示すように、不透液性フィルム5内に封入されていてもよい。これにより、膨張力吸収体4への電解液の接触や滲み込みがなくなるため、膨張力吸収体4の変質や特性変化が防止され、電池要素の膨張力の吸収作用を長期に安定化させることができる。また、セル缶10内の電解液を第1電池要素2A及び第2電池要素2Bの部分に限定して含浸させることができるため、電解液の使用量を削減でき、低コスト化も可能となる。
The
不透液性フィルム5としては、不透液性で電解液に侵されない性質を有するフィルムであれば特に制限なく使用することができる。一般には、ポリエチレン等の樹脂フィルムが用いられるが、樹脂と金属とが積層一体化されたラミネートフィルムであってもよい。
As the liquid-
膨張力吸収体4が膨潤性を有する構造体である場合は、図9に示すように、膨張力吸収体4を液体Wと共に不透液性フィルム5内に封入してもよい。不透液性フィルム5内の液体Wによって膨張力吸収体4を膨潤させることができるため、電解液の注液を待たずに、初期から電池要素の膨張力の吸収作用を良好に発揮させることができる。また、液体Wの量を適宜調整することにより、膨張力吸収体4の膨潤量を調整することも可能である。なお、液体Wは、膨張力吸収体4を膨潤させ得るだけの量で封入されるものであり、膨張力吸収体4の膨張力吸収作用に影響を与えることはない。
When the
液体Wとしては、電解液から添加剤を除去した液体、又は、電解液とは別の液体を使用することができる。電解液よりも安価な液体(例えば有機溶媒)を使用することにより、低コスト化が可能である。また、液体Wとして不活性溶媒を使用する場合には、安全性を更に向上させることができる。なお、液体Wと共に不透液性フィルム5内に封入された膨潤性を有する膨張力吸収体4は、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bが全固体電池からなる電池要素である場合にも適用可能である。
As the liquid W, a liquid obtained by removing the additive from the electrolytic solution or a liquid different from the electrolytic solution can be used. Cost reduction is possible by using a liquid (for example, an organic solvent) that is cheaper than the electrolytic solution. Moreover, when an inert solvent is used as the liquid W, the safety can be further improved. Note that the
膨張力吸収体4は、上述のように第1吸収体41と第2吸収体42とで剛性を異ならせることに代えて、図10に示す膨張力吸収体4のように、第1吸収体43と第2吸収体44とで厚さを異ならせてもよい。即ち、封口体11側に配置される第1吸収体43の厚さは、第2吸収体44の厚みに比較して小さく形成される。これにより、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bは、セル缶10の高さ方向の中央部よりも封口体11側で、内壁面10b側よりも膨張力吸収体4側に膨張し易くなり、剛性を異ならせる場合と同様の効果が得られる。
In the
第1吸収体43及び第2吸収体44にも、上述した弾性体や膨潤性を有する構造体を使用することができる。第1吸収体43と第2吸収体44とは、厚さが異なるものであれば、同じ材質でも異なる材質でもよいが、厚さを異ならせることによる封口体11側の膨張力吸収効果を損なうことのないように、第1吸収体43と第2吸収体44との剛性は略同一であることが望ましい。
For the first
また、膨張力吸収体4の厚さを異ならせる場合は、図11に示すように、第1電池要素2A及び第2電池要素2Bの高さに対応する高さで一体に形成されたものであってもよい。この場合の膨張力吸収体4は、セル缶10の高さ方向の中央部よりも封口体11寄りの部位4bよりも上方の厚さを、当該部位4bよりも下方の厚さよりも小さく形成される。図11に示す膨張力吸収体4は、上方側が次第に細くなるテーパー状に形成されているが、特にテーパー状とするものに制限されない。また、このように厚さを異ならせた膨張力吸収体4も、図8及び図9に示した膨張力吸収体4と同様に、不透液性フィルム5内に封入されてもよい。更に、厚さを異ならせた膨張力吸収体4も、押し潰してセル缶10内に収納することにより、セル缶10の内部で第1電池要素2A及び第2電池要素2Bをセル缶10の内壁面10b、10bに押し付けて保持するようにしてもよい。
Moreover, when the thickness of the
以上のように構成される蓄電セル1は、通常、厚さ方向(D2方向)に複数積層されることによりモジュール化される。モジュール化された蓄電セル1は、その側面(D1方向に面する側面)又は底面を、ヒートシンクや温調デバイスに押し付けるように設置される。この場合、セル缶10を熱伝導部材として利用できるため、伝熱プレートが不要であり、部品点数を削減できてコストの低減が可能である。
The
分割構造の膨張力吸収体4は、第1吸収体41、43と第2吸収体42、44とに2分割されるものに制限されない。例えば、膨張力吸収体4は、セル缶10の高さ方向の中央部と、中央部よりも上方の封口体11側と、中央部よりも下方の底部10c側と、に3分割されてもよい。この場合、中央部よりも下方の底部10c側の吸収体も、封口体11側の吸収体と同様に、剛性を低く又は厚さを小さくしてもよい。
The
また、セル缶10内に収納される電池要素は1つだけでもよい。この場合、膨張力吸収体4は、セル缶10の一方の内壁面10bと電池要素との間に配置される。
Also, only one battery element may be housed in the cell can 10 . In this case, the
1 蓄電セル
2A 第1電池要素
2B 第2電池要素
4 膨張力吸収体
5 不透液性フィルム
10 セル缶
10a 開口部
10b 内壁面
11 封口体
REFERENCE SIGNS
Claims (7)
前記セル缶の内部に、前記電池要素の膨張を受けて圧縮することにより前記電池要素の膨張力を吸収可能なシート状の膨張力吸収体を有し、
前記電池要素は、正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層した積層構造を有する非巻回構造の電池要素からなり、前記膨張力吸収体を間に挟んで、前記膨張力吸収体と前記セル缶の内壁面との間にそれぞれ配置され、
前記膨張力吸収体は、発泡体である弾性体、又は膨潤性を有する構造体からなり、不透液性フィルム内に封入されている、蓄電セル。 A storage cell in which a battery element and an electrolytic solution are housed inside a cell can, and an upper opening of the cell can is sealed with a sealing member,
a sheet-like expansion force absorber capable of absorbing the expansion force of the battery element by compressing the expansion force of the battery element inside the cell can;
The battery element is a non-wound battery element having a laminated structure in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are alternately laminated via a separator. and the inner wall surface of the cell can, respectively ,
The power storage cell, wherein the expansive force absorber is made of an elastic body, which is a foam, or a structural body having swelling properties, and is enclosed in a liquid-impermeable film.
前記膨張力吸収体は、2つの前記電池要素の間に挟まれている、請求項1~5のいずれか1項に記載の蓄電セル。 Two battery elements are housed inside the cell can,
The storage cell according to any one of claims 1 to 5 , wherein said expansion force absorber is sandwiched between said two battery elements.
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