WO2022071298A1 - 蓄電素子 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a power storage element including a container and an electrode terminal.
- Patent Document 1 discloses a battery including a metal housing as a container.
- the metal housing has a housing outer wall in which a through hole is formed, and a housing panel having an electrode terminal is fixed so as to block the through hole.
- the electrode terminals are attached to the housing panel in a state of penetrating the metal housing panel and via an electrically insulating annular support element.
- Patent Document 2 discloses a battery cell including a housing and a pin-shaped conductor arranged so as to penetrate the opening of the housing.
- a pin-shaped conductor is surrounded by glass, and a metal support is arranged around the glass. The support is welded to the peripheral edge of the opening of the housing by laser welding or the like.
- Patent Document 3 discloses a sealed battery including a battery case which is a container and an electrode terminal fixed to the battery case while penetrating the opening of the battery case.
- a cylindrical terminal fixing portion is attached to the peripheral edge of the opening of the container, and the terminal fixing portion has a fixing ring fitted and attached to the peripheral edge of the opening.
- the electrode terminal is inserted into the insertion hole of the fixing ring with a resin sealing material attached to the outer peripheral surface.
- a housing panel (sealing member) having conductivity is arranged at a position close to the axial end (outer end of the container) of the electrode terminal. Will be. Therefore, when a conductive member such as a bus bar is connected to the end of the electrode terminal, the conductive member and the sealing member are directly or foreign matter due to vibration or impact given to the power storage element.
- the present inventors have found that the problem of facilitating conduction through the above occurs (first problem).
- the power storage element includes a container, an electrode terminal arranged through an opening provided in a wall portion of the container, and the electrode terminal.
- a sealing member that seals between the surface and the peripheral edge of the opening, the sealing member that is electrically insulated from the electrode terminal and has conductivity, and the wall of the sealing member. It includes an insulating member located on the opposite side of the portion and having a portion arranged on the side of the electrode terminal.
- FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the power storage element according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a first exploded perspective view of the power storage element according to the first embodiment.
- FIG. 3 is a second exploded perspective view of the power storage element according to the first embodiment.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the electrode terminal and its periphery according to the first embodiment.
- FIG. 5 is a perspective view showing the appearance of the insulating member according to the modified example of the first embodiment.
- FIG. 6 is a perspective view showing the appearance of the power storage element according to the second embodiment.
- FIG. 7 is a first exploded perspective view of the power storage element according to the second embodiment.
- FIG. 8 is a second exploded perspective view of the power storage element according to the second embodiment.
- FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the power storage element according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a first exploded perspective view of the power storage element according to the first embodiment.
- FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the electrode terminal and its periphery according to the second embodiment.
- FIG. 10 is a cross-sectional view of the sealing structure according to the second embodiment.
- FIG. 11 is an external perspective view of the sealing structure according to the second embodiment.
- FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining an example of the process of forming the first insulating member and the second insulating member according to the second embodiment.
- FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining an example of the process of assembling the electrode terminals according to the second embodiment.
- FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of the electrode terminal and its periphery according to the modified example of the second embodiment.
- FIG. 15 is a perspective view showing the appearance of the power storage element according to the third embodiment.
- FIG. 16 is a first exploded perspective view of the power storage element according to the third embodiment.
- FIG. 17 is a second exploded perspective view of the power storage element according to the third embodiment.
- FIG. 18 is a cross-sectional view showing the configuration of the electrode terminal and its periphery according to the third embodiment.
- FIG. 19 is an exploded cross-sectional view of the electrode terminal according to the third embodiment.
- FIG. 20 is an external perspective view of the sealing structure according to the third embodiment.
- FIG. 21 is an external perspective view of the first insulating member according to the third embodiment.
- FIG. 22 is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the first insulating member according to the modified example of the third embodiment.
- FIG. 23 is a perspective view showing the configuration of the first insulating member according to the modified example of the third embodiment.
- the power storage element includes a container, an electrode terminal arranged through an opening provided in a wall portion of the container, and the electrode terminal.
- a sealing member that seals between the opening and the peripheral edge of the opening, which is electrically insulated from the electrode terminal and has conductivity, and the sealing.
- the member includes an insulating member located on the opposite side of the wall portion and having a portion arranged on the side of the electrode terminal.
- the power storage element according to this aspect is a power storage element with improved reliability.
- the insulating member may be larger than the sealing member when viewed from the axial direction of the electrode terminal.
- the insulating member is arranged so as to cover the sealing member. Therefore, the conductive member and the sealing member can be more reliably insulated.
- the sealing member is arranged in contact with the electrode terminal, has insulating properties, and has a first sealing member that is separate from the insulating member, and the first sealing member and the opening peripheral portion. It may have a second sealing member having conductivity, which is arranged between them.
- the insulating member is separate from the first sealing member, the shape, size, and material of the insulating member can be determined independently of the sealing member. Therefore, it is easy to manufacture an insulating member according to the size or shape of the conductive member connected to the electrode terminal.
- the insulating member may have a through hole through which the electrode terminal is penetrated.
- the insulating member when the electrode terminal is viewed from the axial direction, the insulating member is arranged all around the electrode terminal, so that the possibility that the conductive member and the sealing member are electrically connected is further reduced. Since the power storage element can be transported with the electrode terminal inserted through the through hole of the insulating member, the insulating member is unlikely to come off from the electrode terminal before the connection with the conductive member such as a bus bar. This facilitates the handling of the power storage element provided with the insulating member, and as a result, it becomes possible to improve the efficiency of manufacturing the power storage element with improved reliability.
- the sealing member may have a protruding portion which is a portion protruding from the wall portion toward the outside of the container.
- the sealing member functions as a member that keeps the conductive member away from the wall portion in a state where the conductive member such as a bus bar is connected to the electrode terminal. Therefore, the possibility of direct conduction between the conductive member and the container is reduced. Since the sealing member has a protruding portion, even when the sealing member and the conductive member connected to the electrode terminal are close to each other, the insulating member is arranged, so that the conductive member and the sealing member are arranged. Electrical insulation with and is ensured.
- the insulating member may have an engaging portion that engages with a conductive member connected to the electrode terminal outside the container.
- the insulating member and the conductive member are arranged with respect to the electrode terminals in a state where the insulating member is engaged with the conductive member such as a bus bar, and then the bonding work (welding, etc.) between the conductive member and the electrode terminal is performed. )It can be performed.
- This makes it possible to position the conductive member with respect to the electrode terminals via the insulating member. It is also possible to integrate an insulating member into a conductive member such as a bus bar by insert molding or the like, which simplifies the manufacturing process.
- it is formed of a glass sealing portion and a metal support. This reduces the possibility that the sealing member will be damaged by the heat generated when the bus bar or the like is joined to the electrode terminals.
- the support has a protruding portion protruding from the glass sealing portion in the axial direction of the electrode terminal. Therefore, when a conductive member such as a bus bar is joined to the electrode terminal, the conductive member and the metal support are arranged at positions close to each other in the axial direction.
- the protrusion of the support and the electrode terminal are arranged at positions close to each other in the radial direction of the electrode terminal. In this way, when a conductive member is used for a part of the sealing member around the electrode terminal, the electrode terminal and the container are sealed as compared with the case where the entire sealing member is made of an insulating material. The possibility of conduction through the stop member is increased, which reduces the reliability of the power storage device (second problem).
- the electrode terminals are arranged so as to penetrate the opening provided in the wall portion in the first direction of the container.
- the insulating member is exposed to the outside, and the insulating member is arranged in the first direction of the sealing member in a state where the electrode terminal penetrates, and the sealing member is the first of the electrode terminal. It seals between the first sealing member having insulation and the first sealing member and the peripheral edge of the opening arranged in contact with the peripheral surface in the second direction intersecting with one direction, and is conductive.
- the first end surface of the first sealing member in the first direction may be joined to the insulating member.
- the second sealing member located on the outside when viewed from the axial direction of the electrode terminal is formed of a conductive metal or the like, whereby the second sealing member is formed.
- the peripheral edge of the opening of the container can be joined by welding or the like.
- high airtightness can be obtained between the sealing member and the opening peripheral edge of the container.
- the second sealing member and the electrode terminal are sealed and electrically insulated by the first sealing member, and the insulating member is provided in the first direction of the sealing member including the second sealing member having conductivity. Be placed. Therefore, even when a conductive member such as a bus bar is joined to the electrode terminal, the possibility that the conductive member and the container conduct with each other via the second sealing member is reduced.
- the power storage element according to this aspect is a power storage element with improved reliability.
- the second end surface of the second sealing member in the first direction may be joined to the insulating member.
- the second end surface of the second sealing member facing the insulating member is joined to the insulating member. Therefore, the insulating property between the electrode terminal and the second sealing member at the portion of the second sealing member facing the insulating member is further improved. For example, water adhering to the vicinity of the electrode terminal due to dew condensation or the like is less likely to enter the interface between the insulating member and the second end surface, so that a slight short circuit due to moisture or deterioration of the sealing member or the like is suppressed.
- the first end surface which is a part of the end surface of the sealing member in the first direction, is located closer to the wall portion in the first direction than other parts of the end surface.
- a step portion may be formed at a position facing the insulating member on the first end surface, and a part of the insulating member may be filled in the step portion.
- the first sealing member and the electrode terminal and the second sealing member can be separated from each other.
- the airtightness between them can be improved.
- glass or ceramics are highly brittle, they may be damaged by the action of an external force.
- the first end surface of the first sealing member is located closer to the wall portion than the second end surface of the second sealing member. It becomes difficult for an external force to act on the sealing member.
- the gap between the first end surface and the insulating member is filled. That is, the airtight function (sealing function) by the sealing member and the electrical insulation function can be improved.
- the insulating member may have a container joint portion joined to the opening peripheral portion of the opening portion.
- the insulating member is continuously arranged at least from the portion facing the sealing member to the peripheral edge of the opening in the first direction. Therefore, the insulating member can improve the electrical insulating property in a wider range with respect to the second sealing member. Further, since the insulating member can cover the interface between the second sealing member and the peripheral edge of the opening, corrosion or deterioration due to the ingress of moisture into the interface is suppressed. When an external force is applied to the electrode terminals, the external force is dispersed on the wall portion of the container via the insulating member, so that the impact resistance of the power storage element is improved.
- the electrode terminals are arranged in the first direction of the insulating member and the shaft portion arranged through the opening, and the size when viewed from the first direction is larger than that of the shaft portion. It may have the terminal main body integrally.
- the first sealing member is formed by sintering to improve airtightness
- sintering is performed in a state where the electrode terminal and the second sealing member are combined. Due to its presence, it is not possible to attach an insulating member.
- the insulating member by forming the insulating member by insert molding, it is possible to form the insulating member bonded to the first end surface or the like of the first sealing member. Since the electrode terminal has a terminal body portion having an outer diameter larger than that of the shaft portion, the joint area between the electrode terminal and the conductive member such as a bus bar can be increased. This also contributes to the improvement of the reliability of the power storage element.
- the sealing material is made of resin, and when a conductive member such as a bus bar or a current collector is joined to an electrode terminal, the sealing material is formed by the heat generated in the joining work (welding or the like). May be damaged.
- an inorganic material having electrical insulating properties such as glass, which has higher heat resistance than resin.
- the sealing portion in the process of forming the sealing portion (sintering, etc.), the length of the sealing portion in the axial direction of the electrode terminal becomes short, and as a result, the electrical insulation between the electrode terminal and the container is insufficient. There is a possibility that the reliability of the power storage element may be impaired.
- the sealing portion is formed long in the axial direction, the problem of insulating property can be solved, but in this case, the sealing portion made of glass or the like protrudes from the surrounding members, so that the sealing portion is formed. Another problem arises, such as chipping of the glass or interference with other members (insulating members, etc.) (third problem).
- the electrode terminals are arranged so as to penetrate the opening provided in the wall portion in the first direction of the container.
- the insulating member is arranged in the first direction of the sealing member in a state of being exposed to the outside and penetrating the electrode terminal, and the sealing member is of the electrode terminal.
- the first sealing member having an insulating property arranged in contact with the peripheral surface in the second direction intersecting the first direction is sealed between the first sealing member and the opening peripheral portion, and is sealed. It has a second sealing member having conductivity, and the sealing member has a first end surface of the first sealing member in the first direction from the second end surface of the second sealing member.
- the first step portion is formed in the first direction of the first end surface, and the first insulating member, which is the insulating member, is the first step. It may have a first convex portion housed in the portion.
- the second sealing member located on the outside when viewed from the axial direction of the electrode terminal is made of a conductive metal or the like, it can be joined to the wall portion of the container by welding or the like. Therefore, high airtightness can be obtained between the sealing member and the opening peripheral edge of the container.
- the second sealing member and the electrode terminal are electrically insulated by the first sealing member.
- the first step of the first sealing member is recessed from the second end surface of the second sealing member. Even when the portion is formed, the first convex portion of the first insulating member is arranged so as to fill the first step portion. Therefore, the discharge through the first step portion between the electrode terminal and the second sealing member is suppressed. That is, the electrical insulation between the electrode terminal and the second sealing member is more reliably ensured.
- the power storage element according to this aspect is a power storage element with improved reliability.
- the first convex portion may be more flexible than the insulating main body portion which is a portion other than the first convex portion of the first insulating member.
- the insulation between the electrode terminal and the second sealing member is made more reliable, and the insulating main body portion in the insulating member is provided. It is possible to maintain or improve the mechanical strength of the.
- the first convex portion may be formed by an auxiliary member that is separate from the insulating main body portion.
- the auxiliary member forming the first convex portion is formed of a highly flexible material such as rubber.
- Members can be adopted. That is, since the material of the insulating main body portion and the first convex portion has a high degree of freedom, it is possible to obtain the first insulating member that meets the specifications required for the power storage element and has improved electrical insulation performance.
- the first sealing member may be made of a material having higher brittleness than the first insulating member.
- the first sealing member is formed by sintering, the first sealing member, the electrode terminal, and the like. High airtightness can be obtained with the second sealing member. That is, the airtight function (sealing function) by the sealing member and the electrical insulating function can be improved.
- the first end surface of the first sealing member is at a position retracted from the second sealing member around the sealing member, so that an external force acts on the first sealing member. hard. This reduces the possibility of damage to the highly brittle first sealing member.
- the power storage element further includes a second insulating member arranged in a third direction opposite to the first direction of the sealing member with the electrode terminal penetrating the sealing member.
- the third end surface of the first sealing member is arranged at a position closer to the wall portion than the fourth end surface of the second sealing member, so that the third end surface is said.
- a second step portion may be formed in the third direction, and the second insulating member may have a second convex portion accommodated in the second step portion.
- a step portion (second step portion) is formed on the opposite side of the first step portion in the sealing member. Even so, the second convex portion of the second insulating member is arranged so as to fill the step. Therefore, the discharge through the second step portion between the electrode terminal and the second sealing member is suppressed, which further improves the reliability of the power storage element.
- the facing direction of the side surfaces is defined as the X-axis direction.
- the direction opposite to the long side surface of the container, the short side direction of the short side surface of the container, or the thickness direction of the container is defined as the Y-axis direction.
- the alignment direction between the container body and the lid of the current collector element, the longitudinal direction of the short side surface of the container, or the extension direction of the legs of the current collector is defined as the Z-axis direction.
- the X-axis plus direction indicates the arrow direction of the X-axis
- the X-axis minus direction indicates the direction opposite to the X-axis plus direction.
- Representations that indicate a relative direction or orientation, such as parallel and orthogonal also include cases that are not strictly that direction or orientation.
- the fact that two directions are parallel not only means that the two directions are completely parallel, but also that they are substantially parallel, that is, that they include a difference of, for example, about several percent. Also means.
- FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the power storage element 10 according to the first embodiment.
- the insulating member 160 arranged in the minus direction of the X-axis is not shown.
- FIG. 2 is a first exploded perspective view of the power storage element 10 according to the first embodiment. Specifically, FIG. 2 shows a state in which the container body 110 and the insulating member 160 are separated from the power storage element 10.
- the power storage element 10 is a secondary battery (single battery) capable of charging electricity and discharging electricity, and more specifically, a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery.
- the power storage element 10 is, for example, a battery for driving a moving body such as an automobile, a motorcycle, a watercraft, a ship, a snowmobile, an agricultural machine, a construction machine, or a railroad vehicle for an electric railway, or for starting an engine. Used. Examples of the above-mentioned vehicle include an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and a gasoline vehicle. Examples of the railcars for electric railways include trains, monorails, maglev trains, and hybrid trains equipped with both diesel engines and electric motors.
- the power storage element 10 can also be used as a stationary battery or the like used for home use or business use.
- the power storage element 10 is not limited to the non-aqueous electrolyte secondary battery, and may be a secondary battery other than the non-aqueous electrolyte secondary battery, or may be a capacitor.
- the power storage element 10 may be a primary battery that can use the stored electricity without being charged by the user, instead of the secondary battery. Further, the power storage element 10 may be a battery using a solid electrolyte.
- the storage element 10 having a rectangular parallelepiped shape (square shape) is shown, but the shape of the power storage element 10 is not limited to the rectangular parallelepiped shape, and is a cylindrical shape, an oblong columnar shape, or a polygonal column shape other than the rectangular parallelepiped shape. And so on.
- the power storage element 10 includes a container 100, positive and negative electrode terminals 130, and a sealing member 140 that seals a mounting portion of the electrode terminal 130 in the container 100.
- the electrode body 200 and the positive electrode and negative electrode current collectors 300 are housed inside the container 100.
- An electrolytic solution (non-aqueous electrolyte) is sealed inside the container 100, but the illustration is omitted.
- the type of the electrolytic solution is not particularly limited as long as it does not impair the performance of the power storage element 10, and various types can be selected.
- a spacer (not shown), an insulating film, or the like may be arranged inside the container 100.
- the container 100 is a rectangular parallelepiped (square) container having a container body 110 in which an opening is formed and a lid body 120 that closes the opening of the container body 110.
- the container main body 110 is a rectangular cylindrical member having a bottom constituting the main body portion of the container 100, has short side surface portions 111 on both sides in the X-axis direction, and has long side surface portions 112 on both sides in the Y-axis direction. However, it has a bottom wall portion 113 in the minus direction of the Z axis.
- the short side surface portion 111 is a rectangular and plate-shaped wall portion forming the short side surface of the container 100
- the long side surface portion 112 is a wall portion forming the long side surface of the container 100.
- the lid body 120 is a rectangular plate-shaped member constituting the lid portion of the container 100, and is arranged in the Z-axis plus direction of the container body 110. That is, the lid 120 is a wall portion facing the bottom wall portion 113 and adjacent to the short side surface portion 111 and the long side surface portion 112.
- the electrode terminals 130 of the positive electrode and the negative electrode are fixed to the lid 120. Even if the lid 120 is further provided with a gas discharge valve that releases the pressure inside the container 100 when the pressure inside the container 100 rises, a liquid injection hole for injecting the electrolytic solution into the inside of the container 100, and the like. good.
- the electrode body 200 in a state where the pair of current collectors 300 are connected is housed inside the container body 110, and then the container body 110 and the lid body 120 are joined by welding or the like. As a result, the inside is sealed.
- the container body 110 and the lid 120 are made of a weldable metal such as stainless steel, aluminum, or an aluminum alloy.
- the electrode body 200 includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator, and is a power storage element (power generation element) capable of storing electricity.
- the positive electrode plate is an electrode plate in which a mixture layer containing a positive electrode active material is formed on a positive electrode base material layer which is a long strip-shaped current collecting foil made of aluminum, an aluminum alloy, or the like.
- the negative electrode plate is an electrode plate in which a mixture layer containing a negative electrode active material is formed on a negative electrode base material layer which is a long strip-shaped current collecting foil made of copper, a copper alloy, or the like.
- the current collector foil known materials such as nickel, iron, stainless steel, titanium, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, and Al—Cd alloy can be appropriately used.
- the positive electrode active material and the negative electrode active material used for the mixture layer known materials can be appropriately used as long as they are active materials that can occlude and release lithium ions.
- the separator for example, a microporous sheet made of resin or a non-woven fabric can be used.
- the electrode body 200 is a winding type electrode body formed by arranging a separator between the positive electrode plate and the negative electrode plate and winding the separator body. Specifically, in the electrode body 200, the positive electrode plate and the negative electrode plate are wound so as to be displaced from each other in the direction of the winding axis (virtual axis parallel to the X-axis direction in the present embodiment) via the separator. ing. Then, in the positive electrode plate and the negative electrode plate, a portion (mixture material) in which the base material layer is exposed without coating the mixture material containing the active material (the mixture material layer is not formed) at the end portions in the shifted directions. It has a layer non-forming portion).
- the electrode body 200 includes an electrode body main body 210, which is a main body on which a composite material layer is formed, and an electrode body end 220 projecting from the electrode body main body 210 in the X-axis positive direction or the X-axis negative direction.
- the electrode body end 220 of one of these two electrode body end portions 220 is provided with a positive electrode focusing portion in which a mixture layer non-forming portion of the positive electrode plate is laminated and bundled.
- the other electrode body end portion 220 is provided with a negative electrode focusing portion in which a mixture layer non-forming portion of the negative electrode plate is laminated and bundled.
- the electrode body 200 having an oval cross-sectional shape is shown, but the cross-sectional shape of the electrode body 200 may be circular, elliptical, or the like.
- the electrode terminal 130 is a terminal (positive electrode terminal and negative electrode terminal) electrically connected to the positive electrode plate or the negative electrode plate of the electrode body 200 via the current collector 300. That is, the electrode terminal 130 is a metal for leading the electricity stored in the electrode body 200 to the external space of the power storage element 10 and introducing electricity into the internal space of the power storage element 10 in order to store electricity in the electrode body 200. It is a member made of.
- the electrode terminal 130 is fixed to a wall portion (a lid body 120 in the present embodiment) arranged above the electrode body 200.
- the electrode terminal 130 is fixed to the lid body 120 via the sealing member 140 in a state of penetrating the lid body 120.
- the end of the container 100 of the electrode terminal 130 in the internal direction (Z-axis minus direction) is joined to the current collector 300.
- a conductive member (not shown in FIG. 2) such as a bus bar is joined to the end of the container 100 of the electrode terminal 130 in the external direction (Z-axis plus direction).
- the electrode terminal 130 of the positive electrode is formed of aluminum or an aluminum alloy
- the electrode terminal 130 of the negative electrode is formed of copper or a copper alloy. The configuration of the electrode terminal 130 and its surroundings will be described later with reference to FIGS. 3 and 4.
- the current collector 300 is a member (positive electrode current collector and negative electrode current collector) arranged on both sides of the electrode body 200 in the X-axis direction and connected to the electrode body end portion 220.
- the current collector 300 has a pair of legs 320.
- the pair of legs 320 of the positive electrode collector 300 are joined to the electrode body end 220 of the positive electrode, and the pair of legs 320 of the negative electrode current collector 300 are joined to the electrode body end 220 of the negative electrode.
- Ultrasonic welding, caulking, or the like is adopted as a method for joining the current collector 300 and the electrode body end 220. With this configuration, the electrode body 200 is held (supported) in a state of being suspended from the lid body 120 by two current collectors 300.
- the material of the current collector 300 is not limited, but the positive electrode current collector 300 is made of a metal such as aluminum or an aluminum alloy, like the positive electrode base material layer of the electrode body 200.
- the negative electrode current collector 300 is made of a metal such as copper or a copper alloy, like the negative electrode base material layer of the electrode body 200.
- FIG. 3 is a second exploded perspective view of the power storage element 10 according to the first embodiment.
- the electrode terminal 130 in the power storage element 10 and its peripheral components are shown separately.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the electrode terminal 130 and its periphery according to the first embodiment.
- a partial cross section of the power storage element 10 in the XZ plane passing through the IV-IV line of FIG. 3 is shown, and the electrode body 200 and the container body 110 are not shown.
- the configuration around the pair of electrode terminals 130 included in the power storage element 10 is common. Therefore, in the drawings after FIG. 3, among the pair of electrode terminals 130, the electrode terminal 130 in the plus direction of the X-axis and its periphery are illustrated. The matters relating to the one electrode terminal 130 described below may be applied to the other electrode terminal 130.
- the electrode terminal 130 according to the present embodiment is fixed to the sealing member 140 in a state of penetrating the sealing member 140.
- the sealing member 140 is fixed to the lid 120 in a state of being inserted into the opening 121 of the lid 120, so that the electrode terminal 130 is fixed to the container 100 in a state of penetrating the opening 121 of the lid 120. Will be done.
- the sealing member 140 covers the outer peripheral surface of the electrode terminal 130 and is arranged along the outer peripheral surface of the first sealing member 141 having electrical insulation and the first sealing member 141, and is conductive. It has a second sealing member 142 having the above. That is, the conductive sealing member 140 holds the electrode terminal 130 in a state of being electrically insulated from the electrode terminal 130.
- the first sealing member 141 is a member made of glass or crystallized glass (also referred to as glass ceramic), and has electrical insulation and high heat resistance.
- the second sealing member 142 is a member made of the same material as the container 100, such as aluminum or an aluminum alloy, and is welded to the opening peripheral edge portion 121a which is the peripheral edge portion of the opening portion 121 of the lid body 120. It is fixed to the lid body 120 with.
- the first sealing member 141 is formed by, for example, sintering glass powder. As a result, a sealing member 140 having an electrode terminal 130 integrally can be obtained.
- the outer peripheral surface of the electrode terminal 130 and the sealing member 140 are firmly sealed by the first sealing member 141 integrated with the electrode terminal 130, and the sealing member 140 and the container 100 are firmly sealed.
- the space between the opening peripheral portion 121a and the peripheral portion 121a is firmly sealed by welding the metals to each other.
- this joining method laser welding, caulking joining, fastening with screws, or the like is used. It is not essential to provide the through hole 311 in the terminal connection portion 310, and the terminal connection portion 310 and the electrode terminal 130 are joined by welding with the end face of the electrode terminal 130 abutting against the upper surface of the terminal connection portion 310. May be good.
- the internal insulating plate 150 is a member that is arranged between the lid 120 of the container 100 and the current collector 300 and insulates between the lid 120 and the current collector 300.
- the internal insulating plate 150 is formed in a substantially rectangular shape having a size covering the terminal connection portion 310 of the current collector 300 in a plan view (when viewed from the Z-axis direction).
- the internal insulating plate 150 is, for example, polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyphenylene sulfide resin (PPS), polyethylene terephthalate (PET), polyetheretherketone (PEEK), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether (PFA). ), Polytetrafluoroethylene (PTFE), polybutylene terephthalate (PBT), poly ether sulfone (PES), and the like, which are formed of an electrically insulating resin material.
- PP polypropylene
- PE polyethylene
- PPS polypheny
- a conductive member 400 which is a bus bar, is joined to the end of the container 100 of the electrode terminal 130 in the external direction (Z-axis plus direction).
- the conductive member 400 is joined to the end face of the electrode terminal 130 by, for example, laser welding.
- the method of joining the electrode terminal 130 and the conductive member 400 is not particularly limited, and may be joined by another welding method such as resistance welding, or may be joined by a mechanical method such as fastening or caulking. ..
- the power storage element 10 is further located between the conductive member 400 and the sealing member 140 when the conductive member 400 is joined to the electrode terminal 130. It includes an insulating member 160. Like the internal insulating plate 150, the insulating member 160 is formed of an electrically insulating resin material such as PP, PE, PPS, PET, or PEEK so as to cover the sealing member 140. Have been placed.
- an electrically insulating resin material such as PP, PE, PPS, PET, or PEEK
- the power storage element 10 includes the container 100, the electrode terminal 130 arranged so as to penetrate the opening 121 provided in the wall portion (cover body 120) of the container 100, and the electrode terminal 130.
- a sealing member 140 for sealing between the opening peripheral edge portion 121a is provided.
- the sealing member 140 is electrically insulated from the electrode terminal 130 and has conductivity.
- the power storage element 10 further includes an insulating member 160 having a portion of the sealing member 140 that is located on the opposite side of the lid 120 and that is arranged on the side (diametrically outer side) of the electrode terminal 130. As can be seen from FIG. 3, the insulating member 160 is larger than the sealing member 140 when viewed from the axial direction (Z-axis direction) of the electrode terminal 130.
- the sealing member 140 made of a metal such as aluminum can be welded to the opening peripheral edge portion 121a of the container 100, whereby high airtightness can be obtained at the position of the opening portion 121.
- the sealing member 140 made of a metal such as aluminum can be welded to the opening peripheral edge portion 121a of the container 100, whereby high airtightness can be obtained at the position of the opening portion 121.
- the periphery of the electrode terminal 130 is sealed with a resin member, the possibility that the sealed portion of the opening 121 is destroyed by the heat during welding is reduced.
- a conductive member 400 such as a bus bar
- the conductive member 400 and the sealing member 140 are electrically connected to each other due to deformation of the conductive member 400 due to vibration or the like, or the presence of a metal foreign substance between the conductive member 400 and the sealing member 140. The possibility of doing so is reduced. Further, when the insulating member 160 is viewed from the conductive member 400 in a state where the conductive member 400 such as a bus bar is connected to the electrode terminal 130, the insulating member 160 is arranged so as to cover the sealing member 140. Therefore, regardless of the size and shape of the conductive member 400, the conductive member 400 and the sealing member 140 can be more reliably insulated. Therefore, the power storage element 10 according to this aspect is a power storage element with improved reliability.
- the insulating member 160 does not have to be larger than the sealing member 140 at the time before being sandwiched between the sealing member 140 and the conductive member 400. It is assumed that the insulating member 160 has the same size as the sealing member 140 or is smaller than the sealing member 140 when viewed from the Z-axis direction. Even in this case, the insulating member 160 may be expanded by the pressing force from the conductive member 400 joined to the electrode terminal 130, so that the insulating member 160 may be larger than the sealing member 140 in the Z-axis direction. As a result, the insulating member 160 can more reliably insulate the sealing member 140 and the conductive member 400.
- the conductive member 400 can be physically separated from the sealing member 140 around the electrode terminal 130, whereby the conductive member 400 and the sealing member can be physically separated. It is also possible to reduce the possibility of continuity with 140. However, in this case, another problem such as an increase in the size of the power storage element 10 or an increase in the wasted space outside the container 100 arises.
- the power storage element 10 according to the present embodiment as shown in FIG. 4, even when the conductive member 400 is arranged at a position close to the sealing member 140 in the axial direction of the electrode terminal 130. By interposing the insulating member 160 between them, the possibility of conduction between the conductive member 400 and the sealing member 140 is reduced.
- the insulating member 160 is formed to have a size larger than that of the sealing member 140 when viewed from the axial direction (Z-axis direction). Therefore, the creepage distance between the conductive member 400 and the sealing member 140 can be secured to be relatively long, which also reduces the possibility of conduction between the conductive member 400 and the sealing member 140. As described above, in the present embodiment, the amount of protrusion of the electrode terminal 130 from the container 100 can be made relatively small, which is advantageous for miniaturization of the power storage element 10 and the like.
- the sealing member 140 has a first sealing member 141 and a second sealing member 142.
- the first sealing member 141 is arranged in contact with the electrode terminal 130, has an insulating property, and is a member separate from the insulating member 160.
- the second sealing member 142 is a conductive member arranged between the first sealing member 141 and the opening peripheral edge portion 121a.
- the shape, size, and material of the insulating member 160 can be determined independently of the sealing member 140. That is, although it is possible to integrate the first sealing member 141 having electrical insulation like the insulating member 160 and the insulating member 160, the power storage element 10 according to the present embodiment is the first.
- An insulating member 160 is provided as a separate body (separate part) from the sealing member 141. Therefore, it is easy to manufacture the insulating member 160 according to the size or shape of the conductive member 400 connected to the electrode terminal 130.
- the insulating member 160 has a through hole 161 through which the electrode terminal 130 is penetrated, as shown in FIGS. 3 and 4.
- the insulating member 160 When viewed from the axial direction of the electrode terminal 130, the insulating member 160 is formed in an annular shape surrounding the electrode terminal 130, whereby the insulating member 160 is arranged all around the electrode terminal 130. Therefore, the possibility that the conductive member 400 and the sealing member 140 are electrically connected is further reduced. Since the power storage element 10 can be transported with the electrode terminal 130 inserted through the through hole 161 of the insulating member 160, the insulating member 160 is connected from the electrode terminal 130 at a time before the connection with the conductive member 400 such as a bus bar. It's hard to come off. This facilitates the handling of the power storage element 10 provided with the insulating member 160, and as a result, it becomes possible to improve the efficiency of manufacturing the power storage element 10 with improved reliability.
- the sealing member 140 has a protruding portion 145 which is a portion protruding from the lid 120 toward the outside of the container 100.
- the sealing member 140 when the conductive member 400 such as a bus bar is connected to the electrode terminal 130, the sealing member 140 functions as a member that keeps the conductive member 400 away from the container 100 (cover body 120). Therefore, the possibility of direct conduction between the conductive member 400 and the container 100 is reduced.
- the sealing member 140 has a protruding portion 145 protruding from the lid 120 and the amount of protrusion of the electrode terminal 130 from the lid 120 is reduced, the amount of protrusion of the electrode terminal 130 from the sealing member 140 becomes larger. As a result, the conductive member 400 is placed closer to the sealing member 140. Even in this case, since the insulating member 160 is arranged between the sealing member 140 and the conductive member 400, the electrical insulation between the conductive member 400 and the sealing member 140 is ensured.
- the power storage element 10 may have a configuration different from that shown in FIGS. 2 to 4 as a configuration around the electrode terminal 130. good. Therefore, a modified example of the configuration around the electrode terminal 130 will be described with reference to FIG. 5, focusing on the difference from the first embodiment.
- FIG. 5 is a perspective view showing the appearance of the insulating member 160a according to the modified example of the first embodiment.
- the insulating member 160a according to this modification has a portion of the sealing member 140 that is arranged on the opposite side of the lid 120 and is arranged on the side (diameter outside) of the electrode terminal 130. There is.
- the insulating member 160a is formed to have a size larger than that of the sealing member 140 when viewed from the axial direction (Z-axis direction) of the electrode terminal 130.
- the insulating member 160a according to the modified example is common to the insulating member 160 according to the first embodiment.
- the insulating member 160a according to the present modification has an engaging portion 164 that engages with the conductive member 400 connected to the electrode terminal 130 outside the container 100, and in this respect, the insulating member according to the first embodiment. Different from member 160. More specifically, the insulating member 160a is formed with a recess on the side facing the conductive member 400 to accommodate at least a part of the conductive member 400 in the thickness direction, and this recess functions as an engaging portion 164. do.
- the insulating member 160 and the conductive member 400 are arranged with respect to the electrode terminal 130 in a state where the insulating member 160 is engaged with the conductive member 400 such as a bus bar, and then the conductive member 400 and the electrode terminal 130 are arranged. Can perform joining work (welding, etc.) with.
- the conductive member 400 can be positioned with respect to the electrode terminal 130 via the insulating member 160.
- the material of the insulating member 160 does not have to be a resin such as PP, PE, PPS, or PET, and is insulated by, for example, a material other than resin such as glass fiber or ceramic, or a combination of a material other than these resins and a resin material.
- the member 160 may be formed. Thereby, for example, the heat resistance or the mechanical strength of the insulating member 160 can be improved.
- the insulating member 160 may be fixed to the sealing member 140 holding the electrode terminal 130 by a predetermined method such as adhesion or welding.
- a predetermined method such as adhesion or welding.
- the insulating member 160, the electrode terminal 130, and the sealing member 140 can be treated as one integrated component.
- the insulating member 160 does not have to be formed in a size larger than the sealing member 140 in all directions parallel to the XY plane (see FIG. 3). For example, it is assumed that the width of the conductive member 400 joined to the electrode terminal 130 in the X-axis direction is smaller than the width of the sealing member 140. In this case, the insulating member 160 may be formed in a size including a range in which the conductive member 400 and the sealing member 140 overlap when viewed from the Z-axis direction, that is, the insulating member 160 may be formed in the X-axis direction. The width of 160 may be smaller than the width of the sealing member 140.
- the shape of the insulating member 160 is also not particularly limited, and in addition to the rectangular shape as shown in FIG.
- the conductive member 400 may be a member such as the main body portion of the electrode terminal 530 described in the second embodiment (terminal main body portion 531, see FIGS. 8 and 9 described later).
- the insulating member 160 may be composed of a plurality of members, and these plurality of members may be formed of different materials from each other.
- a member in which a member made of resin and a member made of an inorganic material such as glass are laminated in the Z-axis direction may be adopted as the insulating member 160.
- the power storage element 10 may include a plurality of electrode bodies 200.
- the current collector 300 may have four legs 320 for connecting to the two electrode body end portions 220. good.
- the type of the electrode body included in the power storage element 10 is not limited to the winding type.
- the power storage element 10 is provided with a laminated electrode body in which flat plate-shaped electrode plates are laminated, or an electrode body having a structure in which long strip-shaped electrode plates are laminated in a bellows shape by repeating mountain folds and valley folds. May be done.
- FIG. 6 is a perspective view showing the appearance of the power storage element 20 according to the second embodiment.
- FIG. 7 is a first exploded perspective view of the power storage element 20 according to the second embodiment. Specifically, FIG. 7 shows a state in which the container body 110 is separated from the power storage element 20.
- the power storage element 20 is a secondary battery (single battery) capable of charging electricity and discharging electricity, like the power storage element 10 according to the first embodiment, and more specifically, a lithium ion secondary battery. It is a non-aqueous electrolyte secondary battery such as.
- the power storage element 20 is used as a battery or the like for driving a moving body or starting an engine, like the power storage element 10 according to the first embodiment.
- the power storage element 20 can also be used as a stationary battery or the like used for home use or business use.
- the power storage element 20 is a secondary battery other than the non-aqueous electrolyte secondary battery, a capacitor, and a primary that can use the stored electricity without being charged by the user. It may be a battery or a battery using a solid electrolyte.
- the storage element 20 having a rectangular parallelepiped shape square shape
- the shape of the power storage element 20 is not limited to the rectangular parallelepiped shape, and is a cylindrical shape, an oblong columnar shape, or a polygonal column shape other than the rectangular parallelepiped shape. And so on.
- the power storage element 20 includes a container 100, positive and negative electrode terminals 530, and a sealing member 140 that seals a mounting portion of the electrode terminal 530 in the container 100.
- a container 100 Inside the container 100, an electrode body 200 and a positive electrode and a negative electrode current collector 300 are housed.
- An electrolytic solution (non-aqueous electrolyte) is sealed inside the container 100, but the illustration is omitted.
- the type of the electrolytic solution is not particularly limited as long as it does not impair the performance of the power storage element 20, and various types can be selected.
- a spacer not shown
- an insulating film, or the like may be arranged inside the container 100.
- the electrode terminal 530 is a terminal (positive electrode terminal and negative electrode terminal) electrically connected to the positive electrode plate or the negative electrode plate of the electrode body 200 via the current collector 300. That is, the electrode terminal 530 is a metal for leading the electricity stored in the electrode body 200 to the external space of the power storage element 20 and introducing electricity into the internal space of the power storage element 20 in order to store electricity in the electrode body 200. It is a member made of.
- the electrode terminal 530 is fixed to the wall portion of the container 100 in the plus direction of the Z axis (the lid body 120 in the present embodiment).
- the electrode terminal 530 is fixed to the lid body 120 via the sealing member 140 in a state of penetrating the lid body 120.
- the end portion of the electrode terminal 530 in the container 100 in the internal direction (Z-axis minus direction) is joined to the current collector 300.
- a conductive member (not shown) such as a bus bar is joined to the end of the container 100 of the electrode terminal 530 in the external direction (Z-axis plus direction).
- the positive electrode terminal 530 is made of aluminum or an aluminum alloy
- the negative electrode terminal 530 is made of copper or a copper alloy.
- a part of the sealing member 140 is formed of a conductive member (aluminum or the like), and the first insulating member 560 is arranged between the sealing member 140 and the electrode terminal 530. ing.
- the configuration of the electrode terminal 530 and its surroundings will be described below with reference to FIGS. 8 to 13.
- FIG. 8 is a second exploded perspective view of the power storage element 20 according to the second embodiment.
- the electrode terminal 530 and the components around the electrode terminal 530 in the power storage element 20 are shown separately, and the electrode body 200 and the container body 110 are not shown.
- FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the electrode terminal 530 and its periphery according to the second embodiment. 9 shows a partial cross section of the power storage element 20 in the XZ plane passing through the IX-IX line of FIG.
- FIG. 10 is a cross-sectional view of the sealing structure 535 according to the second embodiment.
- FIG. 11 is an external perspective view of the sealing structure 535 according to the second embodiment.
- FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining an example of a process of forming the first insulating member 560 and the second insulating member 550 according to the second embodiment.
- FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining an example of an assembly process of the electrode terminal 530 according to the embodiment. The position of the cross section in each of FIGS. 10, 12, and 13 conforms to the position of the cross section in FIG.
- the peripheral configuration of the pair of electrode terminals 530 included in the power storage element 20 is common. Therefore, in the drawings after FIG. 8, among the pair of electrode terminals 530, the electrode terminal 530 in the plus direction of the X-axis and its periphery are illustrated. The matters relating to the one electrode terminal 530 described below may be applied to the other electrode terminal 530.
- the electrode terminal 530 is fixed to the sealing member 140 in a state of penetrating the sealing member 140.
- the electrode terminal 530 has a terminal body portion 531 joined to an external bus bar or the like, a shaft portion 532 penetrating the sealing member 140, and current collection inside the container 100. It has an internal connection portion 533 to be joined to the body 300.
- the terminal body portion 531 and the internal connection portion 533 are disk-shaped conductive members having an outer diameter larger than the outer diameter of the columnar shaft portion 532.
- a first insulating member 560 is arranged between the sealing member 140 and the terminal main body portion 531 and a second insulating member 550 is arranged between the sealing member 140 and the internal connection portion 533.
- the sealing member 140 holding the electrode terminal 530 in such a state is fixed to the lid 120 in a state of being inserted into the opening 121 of the lid 120.
- the electrode terminal 530 is fixed to the container 100 in a state of penetrating the opening 121 of the lid 120.
- the first insulating member 560 and the second insulating member 550 are formed of a resin material having electrical insulating properties.
- this resin material include PP, PE, PPS, PET, PEEK, and the like, as in the case of the internal insulating plate 150 according to the first embodiment.
- the sealing member 140 has a first sealing member 141 and a second sealing member 142.
- the first sealing member 141 is a member that covers the outer peripheral surface of the shaft portion 532 of the electrode terminal 530 and has electrical insulation.
- the second sealing member 142 is a member that is arranged along the outer circumference of the first sealing member 141 and has conductivity.
- the first insulating member 560 is formed in a size that covers the first sealing member 141 and the second sealing member 142 when viewed from the Z-axis plus direction.
- the second insulating member 550 is formed in a size that covers the first sealing member 141 and the second sealing member 142 when viewed from the negative direction of the Z axis. That is, the conductive sealing member 140 has the electrode terminal 530 in a state of being electrically insulated from the electrode terminal 530 by the first sealing member 141, the first insulating member 560, and the second insulating member 550. keeping.
- the first sealing member 141 is, for example, a member made of glass or crystallized glass (also referred to as glass-ceramic), and is a member having electrical insulation and high heat resistance.
- the second sealing member 142 is a member made of the same material as the container 100, such as aluminum or an aluminum alloy, and is fixed to the lid body 120 by being welded to the opening peripheral edge portion 121a of the lid body 120. ing.
- the first sealing member 141 is formed by, for example, sintering a glass material. As a result, the sealing member 140 integrally including the electrode terminal 530 can be obtained.
- the first sealing member 141 is formed in a state of being in contact with the peripheral surface (outer peripheral surface) of the shaft portion 532 in the radial direction (direction parallel to the XY plane).
- a sealing structure 535 (see FIGS. 10 and 11) having the shaft portion 532 and the sealing member 140 integrally is formed.
- the radial direction of the shaft portion 532 or the direction parallel to the XY plane is an example of the second direction.
- the first sealing member 141 is retracted from the second sealing member 142 in the axial direction (Z-axis direction, hereinafter also simply referred to as “axial direction”) of the shaft portion 532. Formed in a state.
- the first sealing member 141 is formed by sintering a glass material.
- the second sealing member 142 due to the linear expansion difference between the first sealing member 141 and the second sealing member 142 when the glass material is sintered and cooled. Compresses the inner first sealing member 141 and the shaft portion 532 radially inward. As a result, the shaft portion 532 and the first sealing member 141 are surely brought into close contact with each other, and the first sealing member 141 and the second sealing member 142 are surely brought into close contact with each other. Further, as shown in FIGS.
- the first sealing member 141 is axially closer to the center (closer to the lid 120) than the end face of the second sealing member 142 at both ends in the axial direction. It will be in the placed state. It is practically difficult to control the amount of glass material, sintering conditions, etc. so that the positions of the end of the first sealing member 141 and the end of the second sealing member 142 in the axial direction always match. Is. In order for the second sealing member 142 to reliably compress the first sealing member 141 during the above cooling, the second sealing member 142 needs to be larger than the first sealing member 141 in the axial direction. be. Due to such factors, the first sealing member 141 is formed in a retracted state with respect to the second sealing member 142.
- an annular recess surrounding the shaft portion 532 is formed on the end surface 144a of the sealing member 140 in the Z-axis plus direction.
- the Z-axis plus direction, the direction in which the terminal body portion is arranged in the axial direction of the shaft portion, or the external direction of the container 100 of the electrode terminal 530 is an example of the first direction.
- the Z-axis minus direction, the direction in which the current collector is arranged in the axial direction of the shaft portion, or the internal direction of the container 100 of the electrode terminal 530 is an example of the third direction.
- the first end surface 141a of the first sealing member 141 is arranged at a position closer to the lid 120 than the second end surface 142a of the second sealing member 142, whereby the Z of the first end surface 141a is arranged.
- the first step portion 145a is formed in the axis plus direction (position facing the first end surface 141a in the Z axis plus direction).
- the third end surface 141b of the first sealing member 141 is arranged at a position closer to the lid 120 than the fourth end surface 142b of the second sealing member 142, whereby the Z-axis minus direction (Z) of the third end surface 141b is arranged.
- the second step portion 145b is formed at a position facing the third end surface 141b in the minus direction of the axis).
- the insulating member is arranged in a state where these step portions are filled and joined to the step portion.
- the above-mentioned sealing structure 535 is loaded into a predetermined mold, and the above-mentioned resin material containing PP or PE is poured into the mold to solidify the resin material.
- a terminal structure 536 (see FIGS. 8 and 9) having a sealing structure 535 mainly made of metal and a first insulating member 560 and a second insulating member 550 made of resin integrally is formed. That is, the first insulating member 560 and the second insulating member 550 are formed in a state of being arranged on the sealing structure 535 by insert molding. As a result, as shown in FIG.
- the electrode terminal 530 having the terminal body portion 531 and the internal connection portion 533 having an outer diameter larger than that of the shaft portion 532 is first located between the terminal body portion 531 and the sealing member 140.
- the insulating member 560 can be arranged.
- a second insulating member 550 can be arranged between the internal connection portion 533 and the sealing member 140.
- the resin material flows into the first step portion 145a of the sealing member 140 and solidifies, and as a result, a part of the first insulating member 560 is accommodated in the first step portion 145a. In this state, it is joined to the first end surface 141a. That is, the first insulating member 560 is formed with a first convex portion 562 having a shape and a size corresponding to the first step portion 145a.
- the second step portion 145b of the sealing member 140 and a part of the second insulating member 550 is joined to the third end surface 141b while being housed in the second step portion 145b. That is, the second insulating member 550 is formed with a second convex portion 552 having a shape and a size corresponding to the second step portion 145b.
- the first insulating member 560 and the second insulating member 550 are formed and arranged by insert molding after the terminal body portion 531 and the internal connection portion 533 are joined to the shaft portion 532. not.
- the first insulating member 560 and the second insulating member 550 are formed and arranged by insert molding with respect to the sealing structure 535 before the terminal body portion 531 and the internal connection portion 533 are joined. .. After that, the terminal main body portion 531 and the internal connection portion 533 may be joined to the shaft portion 532.
- the shaft portion 532 and the terminal main body portion 531 are joined in a state where the end portion of the shaft portion 532 is inserted into the through hole provided in the terminal main body portion 531. Is not limited to this. With the end surface of the shaft portion 532 in the axial direction and the lower surface of the terminal body portion 531 having no through hole (the surface in the minus direction of the Z axis) butted, the shaft portion 532 and the terminal body portion 531 are welded or the like. It may be joined. The shaft portion 532 and the terminal main body portion 531 may be joined by press-fitting the end portion of the shaft portion 532 into the bottomed hole provided in the terminal main body portion 531. These supplementary items also apply to the joining mode of the shaft portion 532 and the internal connecting portion 533.
- the electrode terminal 530 and the sealing member 140 are integrated. That is, the electrode terminal 530 and the sealing member 140 are firmly sealed by the first sealing member 141 integrated with the shaft portion 532. Further, the sealing member 140 and the opening peripheral edge portion 121a of the container 100 are firmly sealed by welding the metals to each other by the second sealing member 142 and the opening peripheral edge portion 121a. In this way, the electrode terminal 530 is fixed to the lid 120, and then the internal connection portion 533 of the electrode terminal 530 and the terminal connection portion 310 of the current collector 300 (see FIG. 8) are joined by laser welding or the like. Will be done. The heat generated by this joining operation is applied to the sealing portion around the electrode terminal 530.
- the shaft portion 532 and the second sealing member 142 are sealed by the glass first sealing member 141, and both are sealed with the metal second sealing member 142 and the opening. It is welded to the peripheral edge portion 121a. Therefore, unlike the case where the sealing member is made of a resin material, the possibility that the sealing member is damaged by heat is low.
- the joining between the internal connection portion 533 and the terminal connection portion 310 is not limited to welding, and other methods such as caulking or screwing may be adopted.
- the power storage element 20 is arranged so as to penetrate the container 100 and the opening 121 provided in the lid 120 in the first direction (Z-axis plus direction) of the container 100.
- the electrode terminal 530 exposed to the outside, the sealing member 140, and the first insulating member 560 are provided.
- the sealing member 140 seals between the electrode terminal 530 and the opening peripheral edge portion 121a which is the peripheral edge portion of the opening portion 121.
- the first insulating member 560 is arranged in the first direction (Z-axis plus direction) (position facing the sealing member 140 in the first direction) of the sealing member 140 in a state where the electrode terminal 530 penetrates.
- the sealing member 140 has a first sealing member 141 and a second sealing member 142.
- the first sealing member 141 is an insulator arranged in contact with the peripheral surface (outer peripheral surface) of the electrode terminal 530 in the second direction (direction parallel to the XY plane) intersecting the first direction (Z-axis plus direction). It is a member having a property.
- the second sealing member 142 is a member that seals between the first sealing member 141 and the opening peripheral edge portion 121a and has conductivity.
- the first end surface 141a of the first sealing member 141 in the plus direction of the Z axis is joined to the first insulating member 560.
- the second sealing member 142 located on the outside when viewed from the axial direction of the electrode terminal 530 is formed of a conductive metal. .. Therefore, the second sealing member 142 and the opening peripheral edge portion 121a of the container 100 can be joined by welding or the like. As a result, high airtightness can be obtained between the sealing member 140 and the opening peripheral edge portion 121a of the container 100.
- the Z-axis plus of the sealing member 140 including the second sealing member 142 which is sealed and electrically insulated from the second sealing member 142 and the electrode terminal 530 by the first sealing member 141 and has conductivity.
- the first insulating member 560 is arranged in the direction.
- the first end surface 141a of the first sealing member 141 facing the first insulating member 560 is joined to the first insulating member 560.
- the first insulating member 560 is formed by insert molding. Therefore, in the process of forming the first insulating member 560, the resin material is solidified along the fine irregularities of the first end surface 141a of the first sealing member 141. As a result, a part of the first insulating member 560 is joined to the first end surface 141a.
- the power storage element 20 is a power storage element with improved reliability.
- the first sealing member 141 is made of glass or ceramic, if the molded insulating member is pressed against the first end surface 141a of the first sealing member 141, the first There is a possibility that the sealing member 141 may be damaged. However, in the present embodiment, since the first insulating member 560 is formed by insert molding, the first insulating member 560 to be joined to the first end surface 141a is reasonably formed.
- the second end surface 142a of the second sealing member 142 in the plus direction of the Z axis is joined to the first insulating member 560. That is, substantially the entire area of the end surface 144a (see FIGS. 10 and 11) facing the first insulating member 560 of the sealing member 140 is joined to the first insulating member 560. Specifically, similarly to the first end surface 141a, the resin material is solidified along the fine irregularities of the second end surface 142a, so that a part of the first insulating member 560 is joined to the second end surface 142a. Will be done.
- the second end surface 142a of the second sealing member 142 facing the first insulating member 560 is joined to the first insulating member 560. Therefore, the insulating property between the electrode terminal 530 and the second sealing member 142 at the portion of the second sealing member 142 facing the first insulating member 560 is further improved. Since water adhering to the vicinity of the electrode terminal 530 due to dew condensation or the like does not easily enter the interface between the first insulating member 560 and the second end surface 142a, a slight short circuit due to moisture or deterioration of the sealing member 140 or the like is suppressed. To.
- the first end surface 141a which is a part of the end surface 144a in the Z-axis plus direction of the sealing member 140, is larger than the other portion of the end surface 144a in the Z-axis plus direction. It is arranged at a position close to the lid 120.
- the first step portion 145a is formed at a position of the first end surface 141a facing the first insulating member 560. A part of the first insulating member 560 is filled in the first step portion 145a. Specifically, as shown in FIGS.
- the first end surface 141a is closer to the lid 120.
- the first step portion 145a is formed on the end surface 144a of the sealing member 140.
- the first sealing member 141 is a sintered body such as glass or ceramic, whereby the first sealing member 141 is airtight between the electrode terminal 530 and the second sealing member 142.
- the sex can be improved.
- glass or ceramics are highly brittle, they may be damaged by the action of an external force.
- the first end surface 141a of the first sealing member 141 is closer to the lid 120 than the second end surface 142a of the second sealing member 142. Since it is in the position, it is difficult for an external force to act on the first sealing member 141.
- the first step portion 145a formed by the difference in position between the first end surface 141a and the second end surface 142a in the Z-axis direction is filled with a part of the first insulating member 560, the first end surface 141a and the second end surface 142a are filled.
- the gap with the insulating member 560 is filled. That is, the airtight function (sealing function) of the sealing member 140 and the electrical insulating function can be improved.
- the electrode terminal 530 is arranged in the Z-axis plus direction of the first insulating member 560 and the shaft portion 532 arranged through the opening 121, and the size when viewed from the Z-axis plus direction is larger than that of the shaft portion 532. It is also possible to integrally have a large terminal body portion 531. That is, the shaft portion 532 and the terminal main body portion 531 may be integrally formed.
- an electrode terminal 530 that integrally includes a shaft portion 532 and a terminal body portion 531 may be manufactured by means such as press working, cutting, or casting. The same applies to the internal connection portion 533, and the shaft portion 532 and the internal connection portion 533 may be integrally formed.
- the first insulating member 560 and the second insulating member 550 can be arranged at appropriate positions by forming each of the first insulating member 560 and the second insulating member 550 by insert molding.
- the electrode terminal 530 having the terminal body portion 531 and the second sealing member 142 are sintered in a combined state. Cannot attach the first insulating member 560 due to the presence of the terminal body portion 531.
- the first insulating member 560 by forming the first insulating member 560 by insert molding, it is possible to form the first insulating member 560 in a state of being joined to the first end surface 141a or the like of the first sealing member 141. .. Since the electrode terminal 530 has a terminal body portion 531 having an outer diameter larger than that of the shaft portion 532, the joint area between the electrode terminal 530 and a conductive member such as a bus bar can be increased. This also contributes to the improvement of the reliability of the power storage element 20.
- the power storage element 20 may have a configuration different from that shown in FIGS. 7 to 12 as a configuration around the electrode terminal 530. good. Therefore, a modified example of the configuration around the electrode terminal 530 will be described with reference to FIG. 14, focusing on the difference from the above embodiment.
- FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of the electrode terminal 530 and its surroundings according to the modified example of the embodiment.
- the position of the cross section in FIG. 14 conforms to the position of the cross section in FIG.
- the first insulating member 560a is arranged in the Z-axis plus direction of the sealing member 140 with the electrode terminal 530 penetrating.
- the sealing member 140 includes a first sealing member 141 having insulation and a second sealing member 142 having conductivity.
- the first end surface 141a of the first sealing member 141 in the plus direction of the Z axis is joined to the first insulating member 560a.
- the power storage element 20a according to the present modification and the power storage element 20 according to the second embodiment are common.
- the first insulating member 560a has a container joint portion 565 joined to the opening peripheral edge portion 121a of the opening 121, and in this respect, the power storage according to the second embodiment. It is different from the element 20. Specifically, the terminal structure 536 (see FIG. 12) at the stage before the first insulating member 560a and the second insulating member 550 are formed is fixed to the opening peripheral edge portion 121a of the lid body 120, and then insert molding is performed. The first insulating member 560a and the second insulating member 550 are formed.
- the first insulating member 560a is continuously arranged at least from the portion facing the sealing member 140 in the Z-axis direction to the opening peripheral edge portion 121a. .. Therefore, the first insulating member 560a can improve the electrical insulating property in a wider range with respect to the second sealing member 142. Further, since the first insulating member 560a can cover the interface between the second sealing member 142 and the opening peripheral edge portion 121a, corrosion or deterioration due to the ingress of moisture into the interface is suppressed. When an external force is applied to the electrode terminal 530, the external force is distributed to the lid 120 of the container 100 via the first insulating member 560a, so that the impact resistance of the power storage element 20a is improved.
- both the first insulating member 560 and the second insulating member 550 are formed by insert molding.
- the second insulating member 550 may be incorporated into the power storage element 20 as a preformed component.
- the second insulating member 550 is arranged inside the container 100. Therefore, for example, the second insulating member 550 may be manufactured as a component made of a resin material that is different from the resin material that forms the first insulating member 560 and has high resistance to the electrolytic solution. In this case, before the internal connection portion 533 is joined to the shaft portion 532, the second insulating member 550, which should be located between the sealing member 140 and the internal connection portion 533 in the axial direction, is sealed. It can be attached to the structure 535.
- each of the terminal body portion 531 and the internal connection portion 533 joined to both ends in the axial direction of the shaft portion 532 does not need to be circular when viewed from the axial direction.
- a rectangular metal plate when viewed from the axial direction may be adopted as the terminal body portion 531 and the internal connection portion 533.
- the first insulating member 560 and the second insulating member 550 may be formed in a shape corresponding to the outer shape of the terminal main body portion 531 and the internal connection portion 533. This makes it possible to increase the bonding area of the terminal body 531 with a conductive member such as a bus bar.
- the joint area of the current collector 300 with the terminal connection portion 310 in the internal connection portion 533 can be increased.
- the electrode terminal 530 does not have to have the terminal body portion 531.
- the upper end portion of the shaft portion 532 may serve as a terminal body portion. That is, a conductive member such as a bus bar may be directly joined to the upper end portion of the shaft portion 532.
- the electrode terminal 530 does not have to have an internal connection portion 533.
- the lower end of the shaft portion 532 (see FIG. 13) may serve as an internal connection portion. That is, the current collector 300 may be directly joined to the lower end portion of the shaft portion 532.
- the first insulating member 560 does not need to have a wall portion erected in the Z-axis direction along the end surface of the terminal body portion 531.
- the first insulating member 560 may be formed in a simple flat plate shape having a through hole through which the shaft portion 532 penetrates.
- the same applies to the second insulating member 550, and the second insulating member 550 may be formed in a simple flat plate shape having a through hole through which the shaft portion 532 penetrates.
- the power storage element 20 may include a plurality of electrode bodies 200.
- the current collector 300 may have four legs 320 for connecting to the two electrode body end portions 220.
- the type of electrode body included in the power storage element 20 is not limited to the winding type.
- the power storage element 20 is provided with a laminated electrode body in which flat plate-shaped electrode plates are laminated, or an electrode body having a structure in which long strip-shaped electrode plates are laminated in a bellows shape by repeating mountain folds and valley folds. May be done.
- the shape and size of the current collector 300 need not be the shape and size shown in FIG. 8 and the like.
- the current collector 300 has a leg portion 320, and the current collector 300 has an electrode body end portion which is a connection partner of the electrode body connection portion as a connection portion (electrode body connection portion) with the electrode body.
- an electrode body connecting portion having an embodiment corresponding to the shape, position, size, etc. of the above.
- the electrode body included in the power storage element 20 has a tab portion (a laminated body of tabs of an electrode plate) at an end portion in the plus direction of the Z axis.
- the current collector included in the power storage element 20 is a terminal connection portion joined to the internal connection portion 533 of the electrode terminal 530 and a flat plate-shaped electrode body connection portion joined to the tab portion, and is oriented in the thickness direction.
- the electrode body connecting portion may be provided in the same posture as the terminal connecting portion in the Z-axis direction.
- the various supplementary items regarding the power storage element 20 according to the second embodiment described above may be applied to the power storage element 20 provided with the first insulating member 560a according to the modified example. Also included within the scope of the present invention is a form constructed by arbitrarily combining the components included in the second embodiment and its modifications.
- FIG. 15 is a perspective view showing the appearance of the power storage element 30 according to the third embodiment.
- FIG. 16 is a first exploded perspective view of the power storage element 30 according to the third embodiment. Specifically, FIG. 16 shows a state in which the container body 110 is separated from the power storage element 30.
- the power storage element 30 is a secondary battery (single battery) capable of charging electricity and discharging electricity, like the power storage element 10 according to the first embodiment, and more specifically, a lithium ion secondary battery. It is a non-aqueous electrolyte secondary battery such as.
- the power storage element 30 is used as a battery or the like for driving a moving body or starting an engine, like the power storage element 10 according to the first embodiment.
- the power storage element 30 can also be used as a stationary battery or the like used for home use or business use.
- the power storage element 30 is a secondary battery other than the non-aqueous electrolyte secondary battery, a capacitor, and a primary battery that can use the stored electricity without being charged by the user. , Or a battery using a solid electrolyte.
- the storage element 30 having a rectangular parallelepiped shape (square shape) is shown, but the shape of the power storage element 30 is not limited to the rectangular parallelepiped shape, and is a cylindrical shape, an oblong columnar shape, or a polygonal column shape other than the rectangular parallelepiped shape. And so on.
- the power storage element 30 includes a container 100, positive and negative electrode terminals 630, and a sealing member 140 that seals a mounting portion of the electrode terminal 630 in the container 100.
- the electrode body 200 and the positive electrode and negative electrode current collectors 300 are housed inside the container 100.
- An electrolytic solution (non-aqueous electrolyte) is sealed inside the container 100, but the illustration is omitted.
- the type of the electrolytic solution is not particularly limited as long as it does not impair the performance of the power storage element 30, and various types can be selected.
- a spacer not shown
- an insulating film, or the like may be arranged inside the container 100.
- the electrode terminal 630 is a terminal (positive electrode terminal and negative electrode terminal) electrically connected to the positive electrode plate or the negative electrode plate of the electrode body 200 via the current collector 300. That is, the electrode terminal 630 is a metal for leading the electricity stored in the electrode body 200 to the external space of the power storage element 30 and introducing electricity into the internal space of the power storage element 30 in order to store electricity in the electrode body 200. It is a member made of.
- the electrode terminal 630 is fixed to the wall portion of the container 100 in the plus direction of the Z axis (the lid body 120 in the present embodiment).
- the electrode terminal 630 is fixed to the lid body 120 via the sealing member 140 in a state of penetrating the lid body 120.
- the end portion of the electrode terminal 630 in the internal direction (Z-axis minus direction) of the container 100 is joined to the current collector 300.
- a conductive member (not shown) such as a bus bar is joined to the end of the container 100 of the electrode terminal 630 in the external direction (Z-axis plus direction).
- the positive electrode terminal 630 is made of aluminum or an aluminum alloy, and the negative electrode terminal 630 is made of copper or a copper alloy. The configuration of the electrode terminal 630 and its surroundings will be described below with reference to FIGS. 17 to 21.
- FIG. 17 is a second exploded perspective view of the power storage element 30 according to the third embodiment.
- the electrode terminal 630 of the power storage element 30 and its peripheral components are shown separately.
- FIG. 18 is a cross-sectional view showing the configuration of the electrode terminal 630 and its periphery according to the third embodiment.
- a partial cross section of the power storage element 30 in the XZ plane passing through the line XVIII-XVIII of FIG. 17 is shown, and the electrode body 200 and the container body 110 are not shown.
- FIG. 19 is an exploded cross-sectional view of the electrode terminal 630 according to the third embodiment.
- FIG. 20 is an external perspective view of the sealing structure 635 according to the third embodiment.
- FIG. 21 is an external perspective view of the first insulating member 660 according to the third embodiment.
- the peripheral configuration of the pair of electrode terminals 630 included in the power storage element 30 is common. Therefore, in the drawings after FIG. 17, among the pair of electrode terminals 630, the electrode terminal 630 in the plus direction of the X-axis and its periphery are illustrated. The matters relating to the one electrode terminal 630 described below may be applied to the other electrode terminal 630.
- the electrode terminal 630 As shown in FIGS. 17 and 18, the electrode terminal 630 according to the present embodiment is fixed to the sealing member 140 in a state of penetrating the sealing member 140.
- the electrode terminal 630 has an external connection portion 631 joined to an external bus bar or the like, a shaft portion 632 penetrating the sealing member 140, and current collection inside the container 100. It has an internal connection portion 633 to be joined to the body 300.
- the external connection portion 631 and the internal connection portion 633 are disk-shaped conductive members having an outer diameter larger than the outer diameter of the columnar shaft portion 632.
- a first insulating member 660 is arranged between the sealing member 140 and the external connecting portion 631, and a second insulating member 650 is arranged between the sealing member 140 and the internal connecting portion 633.
- the sealing member 140 holding the electrode terminal 630 in such a state is fixed to the lid 120 in a state of being inserted into the opening 121 of the lid 120.
- the electrode terminal 630 is fixed to the container 100 in a state of penetrating the opening 121 of the lid 120.
- the first insulating member 660 and the second insulating member 650 are made of a resin material having electrical insulating properties.
- this resin material include PP, PE, PPS, PET, PEEK, and the like, as in the case of the internal insulating plate 150 according to the first embodiment.
- the sealing member 140 is arranged along the outer peripheral surface of the shaft portion 632 of the electrode terminal 630, the first sealing member 141 having electrical insulation, and the outer peripheral surface of the first sealing member 141. Moreover, it has a second sealing member 142 having conductivity. That is, the conductive sealing member 140 has the electrode terminal 630 in a state of being electrically insulated from the electrode terminal 630 by the first sealing member 141, the first insulating member 660, and the second insulating member 650. keeping.
- the first sealing member 141 is, for example, a member made of glass or crystallized glass (also referred to as glass-ceramic), and is a member having electrical insulation and high heat resistance.
- the second sealing member 142 is a member made of the same material as the container 100, such as aluminum or an aluminum alloy, and is fixed to the lid body 120 by being welded to the opening peripheral edge portion 121a of the lid body 120. ing.
- the first sealing member 141 is formed by, for example, sintering a glass material. As a result, the sealing member 140 integrally including the electrode terminal 630 can be obtained.
- the first sealing member 141 is formed in a state of being in contact with the peripheral surface (outer peripheral surface) of the shaft portion 632 in the radial direction (direction parallel to the XY plane).
- a sealing structure 635 (see FIGS. 19 and 20) having the shaft portion 632 and the sealing member 140 integrally is formed.
- the radial direction of the shaft portion 632 and the direction parallel to the XY plane are examples of the second direction.
- the first sealing member 141 is more than the second sealing member 142 in the axial direction of the shaft portion 632 (same as the Z-axis direction, hereinafter simply referred to as "axial direction"). Formed in a retracted state.
- the first sealing member 141 is formed by sintering a glass material.
- the second sealing member 142 due to the linear expansion difference between the first sealing member 141 and the second sealing member 142 when the glass material is sintered and cooled. Compresses the inner first sealing member 141 and the shaft portion 632 inward in the radial direction. As a result, the shaft portion 632 and the first sealing member 141 are surely brought into close contact with each other, and the first sealing member 141 and the second sealing member 142 are surely brought into close contact with each other. Further, as shown in FIGS.
- the first sealing member 141 is axially closer to the center (closer to the lid 120) than the end face of the second sealing member 142 at both ends in the axial direction. It will be in the placed state. It is practically difficult to control the amount of glass material, sintering conditions, etc. so that the positions of the end of the first sealing member 141 and the end of the second sealing member 142 in the axial direction always match. Is. In order for the second sealing member 142 to reliably compress the first sealing member 141 during the above cooling, the second sealing member 142 needs to be larger than the first sealing member 141 in the axial direction. be. Due to such factors, the first sealing member 141 is formed in a retracted state with respect to the second sealing member 142.
- the Z-axis plus direction, the direction in which the terminal body portion is arranged in the axial direction of the shaft portion, or the external direction of the container 100 of the electrode terminal 530 is an example of the first direction.
- the Z-axis minus direction, the direction in which the current collector is arranged in the axial direction of the shaft portion, or the internal direction of the container 100 of the electrode terminal 530 is an example of the third direction.
- the first end surface 141a of the first sealing member 141 is arranged at a position closer to the lid 120 than the second end surface 142a of the second sealing member 142, whereby the Z of the first end surface 141a is arranged.
- the first step portion 145a is formed in the axis plus direction (position facing the first end surface 141a in the Z axis plus direction).
- the third end surface 141b of the first sealing member 141 is arranged at a position closer to the lid 120 than the fourth end surface 142b of the second sealing member 142, whereby the Z-axis minus direction (Z) of the third end surface 141b is arranged.
- the second step portion 145b is formed at a position facing the first end surface 141a in the minus direction of the axis).
- the Z-axis minus direction is an example of the third direction.
- the insulating member is arranged so as to fill the first step portion 145a and the second step portion 145b with respect to the sealing member 140 having the first step portion 145a and the second step portion 145b.
- the upper end portion (Z-axis plus direction end portion) of the shaft portion 632 is passed through the through hole 661 (see FIG. 19) of the first insulating member 660 through the above-mentioned sealing structure 635.
- the upper end portion and the external connection portion 631 are joined by welding, pressure welding, or the like.
- the lower end portion (end portion in the negative direction of the Z axis) of the shaft portion 632 is passed through the through hole 651 of the second insulating member 650, and the lower end portion and the internal connection portion 633 are joined by welding or pressure welding or the like.
- each of the external connection portion 631 and the internal connection portion 633 is joined in a state of being pressed toward the shaft portion 632.
- the external connection portion 631 and the internal connection portion 633 and the shaft portion 632 are satisfactorily joined, and the step portion of the sealing member 140 is filled with a part of the insulating member.
- the first insulating member 660 has a first convex portion 662 arranged at a position facing the first step portion 145a of the sealing member 140.
- the first convex portion 662 is expanded in the first step portion 145a by receiving a pressing force from the external connection portion 631 when the external connection portion 631 is joined to the shaft portion 632, and as a result, the first step portion 662 is expanded.
- the portion 145a is embedded in the first convex portion 662.
- the second convex portion 652 of the second insulating member 650 receives a pressing force from the internal connecting portion 633 when the internal connecting portion 633 is joined to the shaft portion 632. Then, it is expanded at the second step portion 145b. As a result, the second step portion 145b is buried in the second convex portion 652.
- the electrode terminal 630 and the sealing member 140 are integrated. That is, the electrode terminal 630 and the sealing member 140 are firmly sealed by the first sealing member 141 integrated with the shaft portion 632. Further, the sealing member 140 and the opening peripheral edge portion 121a of the container 100 are firmly sealed by welding the metals to each other by the second sealing member 142 and the opening peripheral edge portion 121a. In this way, the electrode terminal 630 is fixed to the lid 120, and then the internal connection portion 633 of the electrode terminal 630 and the terminal connection portion 310 (see FIG. 17) of the current collector 300 are joined by laser welding or the like. Will be done. The heat generated by this joining operation is applied to the sealing portion around the electrode terminal 630.
- the shaft portion 632 and the second sealing member 142 are sealed by the glass first sealing member 141, and both are sealed with the metal second sealing member 142 and the opening. It is welded to the peripheral edge portion 121a. Therefore, unlike the case where the sealed portion is made of a resin material, the possibility that the sealed portion is damaged by heat is low.
- the joining between the internal connection portion 633 and the terminal connection portion 310 is not limited to welding, and other methods such as caulking or screwing may be adopted.
- the electrode terminal 630 integrated with the sealing member 140 is inserted into the opening 121 from below the lid 120 and fixed to the lid 120. Therefore, before the electrode terminal 630 is fixed to the lid 120, the terminal connection portion 310 of the current collector 300 may be joined to the internal connection portion 633 of the electrode terminal 630.
- the power storage element 30 penetrates the container 100 and the opening 121 provided in the lid 120 which is the wall portion in the first direction (Z-axis plus direction) of the container 100. It is provided with an electrode terminal 630 exposed to the outside, a sealing member 140, and a first insulating member 660.
- the sealing member 140 seals between the electrode terminal 630 and the opening peripheral edge portion 121a which is the peripheral edge portion of the opening portion 121.
- the first insulating member 660 is arranged in the first direction (Z-axis plus direction) (position facing the sealing member 140 in the first direction) of the sealing member 140 in a state where the electrode terminal 630 penetrates.
- the sealing member 140 has a first sealing member 141 and a second sealing member 142.
- the first sealing member 141 is an insulator arranged in contact with the peripheral surface (outer peripheral surface) of the electrode terminal 630 in the second direction (direction parallel to the XY plane) intersecting the first direction (Z-axis plus direction). It is a member having a property.
- the second sealing member 142 is a member that seals between the first sealing member 141 and the opening peripheral edge portion 121a and has conductivity.
- the first end surface 141a of the first sealing member 141 is arranged at a position closer to the lid 120 than the second end surface 142a of the second sealing member 142 in the Z-axis plus direction.
- the first step portion 145a is formed in the Z-axis plus direction of the first end surface 141a.
- the first insulating member 660 has a first convex portion 662 accommodated in the first step portion 145a.
- the second sealing member 142 located on the outside when viewed from the axial direction of the electrode terminal 630 is made of a conductive metal or the like, and therefore is formed by welding or the like to the wall portion of the container 100. Can be joined. Therefore, high airtightness can be obtained between the sealing member 140 and the opening peripheral edge portion 121a of the container 100.
- the second sealing member 142 and the electrode terminal 630 are electrically insulated by the first sealing member 141.
- the first step portion 145a is formed in a state where the first end surface 141a is recessed from the second end surface 142a.
- the first convex portion 662 is arranged so as to fill the first step portion 145a.
- the first step portion 145a is empty (when it is not filled in the first convex portion 662).
- the shaft portion 632 and the conductive second sealing member 142 face each other via the empty first step portion 145a.
- a discharge may occur via the first step portion 145a. That is, there is a possibility that the electrode terminal 630 and the container 100 are electrically connected to each other via the second sealing member 142.
- the first convex portion 662 of the first insulating member 660 is provided at a position facing the first step portion 145a in the axial direction, and the first step portion 145a is the first convex portion. It is buried in 662. Therefore, the discharge via the first step portion 145a between the electrode terminal 630 and the second sealing member 142 is suppressed. That is, the electrical insulation between the electrode terminal 630 and the second sealing member 142 is more reliably ensured.
- the power storage element 30 according to the present embodiment is a power storage element with improved reliability.
- the first convex portion 662 may be more flexible than the insulating main body portion 663 (see FIG. 21), which is a portion of the first insulating member 660 other than the first convex portion 662. ..
- first insulating member 660 can be manufactured by two-color molding in which two types of resins having different rigidity after curing are integrally molded. It is also possible to manufacture the first convex portion 662 as a separate body (separate part) from the insulating main body portion 663. The case where the first convex portion 662 is separate from the insulating main body portion 663 will be described later as a modified example. These supplementary matters regarding the first insulating member 660 can also be applied to the second insulating member 650.
- the first sealing member 141 is made of a material having higher brittleness than the first insulating member 660.
- the first insulating member 660 is made of a resin such as PP, PE, PPS, PET, or PEEK, and the first sealing member 141 is made of glass or crystallized glass.
- the first sealing member 141 is formed by sintering, high airtightness can be obtained between the first sealing member 141 and the electrode terminal 630 and the second sealing member 142. That is, the airtight function (sealing function) of the sealing member 140 and the electrical insulating function can be improved.
- the first end surface 141a of the first sealing member 141 is at a position retracted from the second sealing member 142 around the first sealing member 141. It is difficult for an external force to act on the stop member 141. This reduces the possibility of damage to the highly brittle first sealing member 141.
- the power storage element 30 is further arranged on the side of the sealing member 140 in the third direction (Z-axis minus direction) opposite to the Z-axis plus direction in a state where the electrode terminal 630 penetrates.
- the second insulating member 650 is provided. As shown in FIGS. 18 and 19, the sealing member 140 has a lid on the third end surface 141b of the first sealing member 141 with respect to the fourth end surface 142b of the second sealing member 142 in the negative direction of the Z axis. By arranging the third end surface 141b at a position close to the body 120, the second step portion 145b is formed in the negative direction of the Z axis of the third end surface 141b.
- the second insulating member 650 has a second convex portion 652 housed in the second step portion 145b.
- the second step portion 145b is formed on the opposite side of the first step portion 145a in the sealing member 140. Even in this case, the second convex portion 652 of the second insulating member 650 is arranged so as to fill the second step portion 145b. Therefore, the discharge via the second step portion 145b between the electrode terminal 630 and the second sealing member 142 is suppressed, which further improves the reliability of the power storage element 30.
- the power storage element 30 may have a configuration different from that shown in FIGS. 16 to 21 as a configuration around the electrode terminal 630. good. Therefore, a modified example of the configuration around the electrode terminal 630 will be described with reference to FIGS. 22 and 23, focusing on the difference from the third embodiment.
- FIG. 22 is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the first insulating member 660a according to the modified example of the third embodiment.
- a partial cross section of the first convex portion 662a and its periphery of the first insulating member 660a is shown, and the position of the cross section conforms to the position of the cross section in FIG.
- FIG. 23 is a perspective view showing the configuration of the first insulating member 660a according to the modified example of the third embodiment.
- the first insulating member 660a is shown with the first convex portion 662 separated from the insulating main body portion 663a.
- the first insulating member 660a according to the present modification is housed in the through hole 661a through which the shaft portion 632 of the electrode terminal 630 penetrates and the first stepped portion 145a, similarly to the first insulating member 660 according to the third embodiment. It has a first convex portion 662a. However, the first insulating member 660a is different from the first insulating member 660 in that the first convex portion 662a is separate from the insulating main body portion 663a. Specifically, in the first insulating member 660a, the first convex portion 662a is formed by an auxiliary member 664 which is a separate body from the insulating main body portion 663a.
- the material of the insulating main body portion 663a for example, a resin having high mechanical strength is used as the material of the insulating main body portion 663a, and the auxiliary member 664 forming the first convex portion 662a is made of a highly flexible material such as rubber.
- the formed member can be adopted. That is, since the material of the insulating main body portion 663a and the first convex portion 662a has a high degree of freedom, it is possible to obtain the first insulating member 660a that meets the specifications required for the power storage element 30 and has improved electrical insulation performance. Can be done.
- the first convex portion 662 is the insulating main body portion by two-color molding using different types of resins. It is possible to form a first insulating member 660 that is more flexible than 663. In this case, it is advantageous that the first insulating member 660 can be handled as a single component.
- the degree of freedom in the specifications (material, shape, etc.) of the first convex portion 662a and the insulating main body portion 663a is increased. It is advantageous in that it becomes large.
- the second insulating member in which the insulating main body portion and the second convex portion are separate bodies may be arranged in the negative direction of the Z axis of the sealing member 140.
- the material of the first insulating member 660 and the second insulating member 650 does not have to be a resin such as PP, PE, PPS, or PET.
- the first insulating member 660 or the second insulating member 650 may be formed by combining a material other than the resin such as glass fiber or ceramic with the resin material.
- the insulating main body portion 663 (663a) is formed of a resin material reinforced with glass fiber, and the first convex portion 662 (662a) is made of a resin material having high heat resistance and high flexibility such as silicon resin. It may be formed.
- each of the external connection portion 631 and the internal connection portion 633 joined to both ends of the shaft portion 632 in the axial direction does not have to be circular when viewed from the axial direction.
- a rectangular metal plate when viewed from the axial direction may be adopted as the external connection portion 631 and the internal connection portion 633.
- the first insulating member 660 and the second insulating member 650 may be formed in a shape corresponding to the outer shape of the external connection portion 631 and the internal connection portion 633. This makes it possible to increase the joint area of the external connection portion 631 with a conductive member such as a bus bar.
- the joining area of the current collector 300 with the terminal connecting portion 310 in the internal connecting portion 633 can be increased.
- the electrode terminal 630 may have an external connection portion 631 and a shaft portion 632 made of an aluminum alloy, and an internal connection portion 633 made of a copper alloy.
- the bus bar made of aluminum or an aluminum alloy and the external connection portion 631 can be satisfactorily bonded
- the negative electrode current collector 300 made of copper or a copper alloy and the internal connection portion 633 can be satisfactorily bonded.
- the shaft portion 632 and the internal connection portion 633 may be joined by a method of firmly joining dissimilar metals such as rolling joining. This applies not only to the joints between the shaft portion 632 and the internal connection portion 633, but also to the external connection portion 631, the shaft portion 632, and the internal connection portion 633 where dissimilar metals need to be joined. ..
- the first insulating member 660 does not need to have a wall portion erected in the Z-axis direction along the end face of the external connecting portion 631.
- the first insulating member 660 may be a simple flat plate-shaped member having a through hole 661 through which the shaft portion 632 penetrates.
- the power storage element 30 may include a plurality of electrode bodies 200.
- the current collector 300 may have four legs 320 for connecting to the two electrode body end portions 220.
- the type of the electrode body included in the power storage element 30 is not limited to the winding type.
- the power storage element 30 is provided with a laminated electrode body in which flat plate-shaped electrode plates are laminated, or an electrode body having a structure in which long strip-shaped electrode plates are laminated in a bellows shape by repeating mountain folds and valley folds. May be done.
- the shape and size of the current collector 300 need not be the shape and size shown in FIG. 17 and the like.
- the current collector 300 has a leg portion 320, and the current collector 300 has an electrode body end portion which is a connection partner of the electrode body connection portion as a connection portion (electrode body connection portion) with the electrode body.
- an electrode body connecting portion having an embodiment corresponding to the shape, position, size, etc. of the above.
- the electrode body included in the power storage element 30 has a tab portion (a laminated body of tabs of an electrode plate) at an end portion in the plus direction of the Z axis.
- the current collector included in the power storage element 30 is a terminal connection portion joined to the internal connection portion 633 of the electrode terminal 630 and a flat plate-shaped electrode body connection portion joined to the tab portion, and is oriented in the thickness direction.
- the electrode body connecting portion may be provided in the same posture as the terminal connecting portion in the Z-axis direction.
- the various supplementary items regarding the power storage element 30 according to the third embodiment described above may be applied to the power storage element 30 provided with the first insulating member 660a according to the modified example.
- a form constructed by arbitrarily combining the components included in the third embodiment and its modifications is also included in the scope of the present invention.
- the embodiment described above which is constructed by combining the components included in the first to third embodiments and the modifications thereof, is also included in the scope of the present invention.
- the insulating member may be larger than the sealing member as described in the first embodiment.
- the external connection portion of the third embodiment can also be handled as the terminal main body portion of the second embodiment.
- the present invention can be applied to a power storage element such as a lithium ion secondary battery.
- Electrode terminal 140 Sealing member 141 First sealing member 141a First end surface 141b Third end surface 142 First (Ii) Sealing member 142a Second end face 142b Fourth end face 144a End face 145 Protruding part 145a First step part 145b Second step part 151, 161, 311, 651, 661, 661a Through hole 160, 160a Insulation member 164 Engaging part 200 Electrode body 300 current collector (positive electrode current collector, negative electrode current collector) 400 Conductive member 531 Terminal body 532, 632 Shaft 533, 633 Internal connection 535, 635 Sealing structure 536 Terminal structure 550, 650 Second insulating member 552, 652 Second convex part 560, 560a, 660, 660a First Insulation Member 562, 662, 662a First Convex Part 565 Container Joint 663, 663a Insulation Main Body 664 Auxiliary Member
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Abstract
蓄電素子(10)は、容器(100)と、容器(100)の蓋体(120)に設けられた開口部(121)を貫通して配置された電極端子(130)と、電極端子(130)と開口部(121)の周縁部との間を封止する封止部材(140)とを備える。封止部材(140)は、電極端子(130)と電気的に絶縁され、かつ、導電性を有している。蓄電素子(10)はさらに、封止部材(140)の、蓋体(120)と反対側に位置し、かつ、電極端子(130)の側方に配置された部分を有する絶縁部材(160)を備えている。
Description
本発明は、容器と電極端子とを備える蓄電素子に関する。
特許文献1には、容器として金属ハウジングを備える電池が開示されている。この電池において、金属ハウジングは、貫通孔が形成されたハウジング外部壁を有し、この貫通孔を封鎖するように、電極端子を有するハウジングパネルが固定される。電極端子は、金属製のハウジングパネルを貫通した状態で、かつ、電気絶縁性の環状支持要素を介してハウジングパネルに取り付けられている。
特許文献2には、ハウジングとハウジングの開口部を貫通した状態で配置されたピン形の導体とを備えるバッテリーセルが開示されている。このバッテリーセルにおいて、ピン形の導体の周囲はガラスで覆われ、そのガラスの周囲には金属製の支持体が配置されている。支持体はハウジングの開口部の周縁部とレーザー溶接等で溶接されている。
特許文献3には、容器である電池ケースと、電池ケースの開口部を貫通した状態で電池ケースに固定された電極端子とを備える密閉型電池が開示されている。この密閉型電池では、容器の開口部の周縁に筒状の端子固定部が取り付けられており、端子固定部は、開口部周縁に嵌合して取り付けられた固定リングを有する。電極端子は、外周面に樹脂製のシール材が装着された状態で固定リングの挿通孔に挿通されている。
上記特許文献1に開示された電池(蓄電素子)では、電極端子の軸方向における端部(容器の外側の端部)から近い位置に、導電性を有するハウジングパネル(封止部材)が配置されることになる。従って、電極端子の当該端部にバスバー等の導電部材が接続された場合、蓄電素子に与えられる振動または衝撃等に起因し、その導電部材と封止部材とが、直接的に、または、異物を介して導通しやすくなるという問題が生じることを本発明者らは見出した(第1の課題)。
本発明は、容器と電極端子とを備える蓄電素子であって、信頼性が向上された蓄電素子を提供することを目的とする。
上記第1の課題を解決するために、本発明の一態様に係る蓄電素子は、容器と、前記容器の壁部に設けられた開口部を貫通して配置された電極端子と、前記電極端子と前記開口部の周縁部との間を封止する封止部材であって、前記電極端子と電気的に絶縁され、かつ、導電性を有する封止部材と、前記封止部材の、前記壁部と反対側に位置し、かつ、前記電極端子の側方に配置された部分を有する絶縁部材と、を備える。
本発明によれば、容器と電極端子とを備える蓄電素子であって、信頼性が向上された蓄電素子を提供できる。
上記第1の課題を解決するために、本発明の一態様に係る蓄電素子は、容器と、前記容器の壁部に設けられた開口部を貫通して配置された電極端子と、前記電極端子と前記開口部の周縁部である開口周縁部との間を封止する封止部材であって、前記電極端子と電気的に絶縁され、かつ、導電性を有する封止部材と、前記封止部材の、前記壁部と反対側に位置し、かつ、前記電極端子の側方に配置された部分を有する絶縁部材と、を備える。
この構成によれば、電極端子に、バスバー等の導電部材が接続された場合において、封止部材と導電部材との間に絶縁部材を位置させることができる。そのため、振動または衝撃等によって導電部材が変形すること、または、導電部材と封止部材との間に金属製の異物が介在すること等により、導電部材と封止部材とが導通する可能性が低減される。このように、本態様に係る蓄電素子は、信頼性が向上された蓄電素子である。
前記絶縁部材は、前記電極端子の軸方向から見た場合において、前記封止部材よりも大きい、としてもよい。
この構成によれば、電極端子にバスバー等の導電部材が接続された状態において、導電部材から絶縁部材を見た場合に、封止部材を覆うように絶縁部材が配置される。従って、導電部材と封止部材とをより確実に絶縁できる。
前記封止部材は、前記電極端子に接して配置され、絶縁性を有し、かつ、前記絶縁部材とは別体の第一封止部材と、前記第一封止部材及び前記開口周縁部の間に配置された、導電性を有する第二封止部材と、を有する、としてもよい。
この構成によれば、絶縁部材は、第一封止部材とは別体であるため、絶縁部材の形状、大きさ、及び材料を、封止部材とは独立して決定できる。従って、電極端子に接続される導電部材の大きさまたは形状等に応じた絶縁部材の作製が容易である。
前記絶縁部材は、前記電極端子を貫通させる貫通孔を有する、としてもよい。
この構成によれば、電極端子の軸方向から見た場合において、電極端子の全周囲に絶縁部材が配置されるため、導電部材と封止部材とが導通する可能性がさらに低減される。絶縁部材の貫通孔に電極端子を挿し通した状態で蓄電素子の運搬等ができるため、バスバー等の導電部材との接続の前の時点において、絶縁部材が電極端子から外れ難い。このことは、絶縁部材を備える蓄電素子の扱いを容易にし、その結果、信頼性が向上された蓄電素子の製造の効率化が可能となる。
前記封止部材は、前記壁部から前記容器の外側に向けて突出した部分である突出部を有する、としてもよい。
この構成によれば、電極端子にバスバー等の導電部材が接続された状態において封止部材が、導電部材を壁部から遠ざける部材として機能する。従って、導電部材と容器との直接的な導通の可能性が低減される。封止部材が突出部を有することにより、封止部材と、電極端子に接続された導電部材とが近づいた場合であっても、絶縁部材が配置されていることで、導電部材と封止部材との電気的な絶縁性は確保される。
前記絶縁部材は、前記容器の外部において前記電極端子に接続される導電部材と係合する係合部を有する、としてもよい。
この構成によれば、バスバー等の導電部材に絶縁部材を係合させた状態で、絶縁部材及び導電部材を電極端子に対して配置し、その後、導電部材と電極端子との接合作業(溶接等)を行うことができる。これにより、絶縁部材を介して導電部材の電極端子に対する位置決めを行うことができる。インサート成形等によって、バスバー等の導電部材に絶縁部材を一体化させることも可能であり、これにより、製造工程を簡素化できる。
上記特許文献2に開示された従来の技術におけるバッテリーセル(蓄電素子)では、ピン形の導体(電極端子)の外周面と、ハウジング(容器)の開口部の周縁部との間の封止部材が、ガラス製の封止部分と金属製の支持体とで形成されている。これにより、電極端子にバスバー等を接合する際の熱によって、封止部材が損傷する可能性が低減される。しかしながら、上記従来の蓄電素子において、支持体は、電極端子の軸方向において、ガラス製の封止部分よりも突出した突出部を有している。そのため、電極端子にバスバー等の導電部材を接合した場合、導電部材と金属製の支持体とが当該軸方向において近い位置に配置される。さらに、支持体が有する突出部と電極端子とが、電極端子の径方向において近い位置に配置される。このように、電極端子まわりの封止部材の一部に導電性を有する部材を採用した場合、封止部材の全体が絶縁性材料で形成された場合と比較すると、電極端子と容器とが封止部材を介して導通する可能性が向上し、このことは、蓄電装置の信頼性を低下させる(第2の課題)。
上記第2の課題を解決するために、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記電極端子は、前記容器の第一方向の前記壁部に設けられた前記開口部を貫通して配置され、かつ、外部に露出し、前記絶縁部材は、前記電極端子が貫通した状態で、前記封止部材の前記第一方向に配置されており、前記封止部材は、前記電極端子の、前記第一方向と交差する第二方向の周面に接して配置された絶縁性を有する第一封止部材と、前記第一封止部材及び前記開口周縁部の間を封止し、かつ、導電性を有する第二封止部材とを有し、前記第一封止部材の前記第一方向の第一端面は、前記絶縁部材と接合されている、としてもよい。
この構成によれば、封止部材において、電極端子の軸方向から見た場合に外側に位置する第二封止部材が、導電性を有する金属等で形成されることで、第二封止部材と容器の開口周縁部とを溶接等によって接合できる。これにより、封止部材と容器の開口周縁部との間において高い気密性が得られる。第二封止部材と電極端子との間は第一封止部材によって封止かつ電気的に絶縁され、導電性を有する第二封止部材を含む封止部材の第一方向には絶縁部材が配置される。従って、電極端子にバスバー等の導電部材が接合された場合であっても、導電部材と容器とが第二封止部材を介して導通する可能性が低減される。さらに、第一封止部材の、絶縁部材に対向する第一端面が、絶縁部材と接合されているため、第一端面と絶縁部材との間の隙間を介した放電が抑制される。つまり、電極端子と第二封止部材との電気的な絶縁性が向上される。従って、電極端子と容器とをより確実に電気的に絶縁できる。このように、本態様に係る蓄電素子は、信頼性が向上された蓄電素子である。
前記第二封止部材の前記第一方向の第二端面は、前記絶縁部材と接合されている、としてもよい。
この構成によれば、第二封止部材の絶縁部材に対向する第二端面が、絶縁部材と接合されている。そのため、第二封止部材の絶縁部材と対向する部分における、電極端子と第二封止部材との絶縁性がさらに向上される。例えば結露等によって電極端子付近に付着した水が、絶縁部材と第二端面との界面に進入し難くなるため、水分に起因する微短絡または封止部材等の劣化が抑制される。
前記封止部材には、前記封止部材の前記第一方向の端面の一部である前記第一端面が、前記第一方向において、前記端面の他の部分よりも前記壁部に近い位置に配置されていることで、前記第一端面の前記絶縁部材と対向する位置に段差部が形成されており、前記絶縁部材の一部は、前記段差部に充填されている、としてもよい。
例えば、第一封止部材の素材としてガラスまたはセラミック等の、例えば焼結によって第一封止部材を形成できる素材を用いることで、第一封止部材と電極端子及び第二封止部材との間の気密性を向上できる。しかし、ガラスまたはセラミック等は脆性が高いため、外力が作用することで損傷する可能性がある。この点に関し、本態様に係る蓄電素子では、封止部材において、第一封止部材の第一端面は、第二封止部材の第二端面よりも壁部に近い位置にあるため、第一封止部材に外力が作用し難くなる。第一方向における第一端面と第二端面との位置の違いにより形成された段差部には、絶縁部材の一部が充填されるため、第一端面と絶縁部材との隙間は埋められる。つまり、封止部材による気密機能(封止機能)と、電気的な絶縁機能とを向上できる。
前記絶縁部材は、前記開口部の前記開口周縁部と接合された容器接合部を有する、としてもよい。
この構成によれば、絶縁部材は、少なくとも、第一方向において封止部材と対向する部分から開口周縁部に至るまでの間に連続して配置される。そのため、絶縁部材は、第二封止部材に対してより広い範囲で電気的な絶縁性を向上させることができる。さらに、絶縁部材は、第二封止部材と開口周縁部との界面を覆うことができるため、当該界面に水分が進入することによる腐食または劣化等が抑制される。電極端子に外力が与えられた場合、その外力は、絶縁部材を介して容器の壁部に分散されるため、蓄電素子の耐衝撃性が向上される。
前記電極端子は、前記開口部を貫通して配置された軸部と、前記絶縁部材の前記第一方向に配置され、前記第一方向から見た場合の大きさが、前記軸部よりも大きい端子本体部とを一体に有する、としてもよい。
例えば第一封止部材を、気密性向上のために焼結によって形成した場合、電極端子と第二封止部材とを組み合わせた状態で焼結がなされるため、その後には、端子本体部の存在により絶縁部材を取り付けることはできない。しかし、例えば、インサート成形によって絶縁部材を形成することで、第一封止部材の第一端面等と接合された絶縁部材を形成できる。電極端子が、軸部よりも外径の大きい端子本体部を有することで、電極端子と、バスバー等の導電部材との接合面積を大きくできる。このことも、蓄電素子の信頼性の向上に寄与する。
上記特許文献3に開示された従来の技術における密閉型電池(蓄電素子)のように、容器を貫通して配置する電極端子の外周面にシール材を配置することで、電極端子まわりの気密性が維持される。しかし、上記従来の技術では、シール材は樹脂で形成されており、電極端子にバスバーまたは集電体などの導電部材を接合する際に、その接合作業(溶接など)で生じる熱によってシール材が損傷する可能性がある。このような問題に対し、電極端子の外周面に接触する封止部分を、樹脂よりも耐熱性が高いガラスなどの電気的な絶縁性を有する無機材料で形成することが考えられる。しかしながら、この場合、封止部分の形成工程(焼結等)において、電極端子の軸方向における封止部分の長さが短くなり、これにより、電極端子と容器との電気的な絶縁が不十分となる、という蓄電素子の信頼性を損ねる事態が生じる可能性がある。もちろん、当該軸方向において封止部分を長く形成すれば、絶縁性の問題は解消するが、この場合は、ガラス等で形成された封止部分がその周囲の部材からはみ出すことで、封止部分の欠けまたは他の部材(絶縁部材等)との干渉などの別の問題が生じる(第3の課題)。
上記第3の課題を解決するために、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記電極端子は、前記容器の第一方向の前記壁部に設けられた前記開口部を貫通して配置されており、かつ、外部に露出し、前記絶縁部材は、前記電極端子が貫通した状態で、前記封止部材の前記第一方向に配置されており、前記封止部材は、前記電極端子の、前記第一方向と交差する第二方向の周面に接して配置された絶縁性を有する第一封止部材と、前記第一封止部材及び前記開口周縁部の間を封止し、かつ、導電性を有する第二封止部材とを有し、前記封止部材には、前記第一方向において、前記第一封止部材の第一端面が、前記第二封止部材の第二端面よりも前記壁部に近い位置に配置されていることで、前記第一端面の前記第一方向に第一段差部が形成されており、前記絶縁部材である第一絶縁部材は、前記第一段差部に収容される第一凸部を有する、としてもよい。
この構成によれば、電極端子の軸方向から見た場合に外側に位置する第二封止部材は、導電性を有する金属等で形成されるため、容器の壁部と溶接等によって接合できる。そのため封止部材と容器の開口周縁部との間において高い気密性を得ることができる。第二封止部材と電極端子との間は第一封止部材によって電気的に絶縁される。さらに、第一封止部材と第二封止部材とで材料が異なることで、第一封止部材の第一端面が、第二封止部材の第二端面よりも引っ込んだ状態で第一段差部が形成された場合であっても、第一絶縁部材の第一凸部がその第一段差部を埋めるように配置される。従って、電極端子と第二封止部材との間の第一段差部を介した放電が抑制される。つまり、電極端子と第二封止部材との電気的な絶縁性がより確実に確保される。このように、本態様に係る蓄電素子は、信頼性が向上された蓄電素子である。
前記第一凸部は、前記第一絶縁部材の前記第一凸部以外の部分である絶縁本体部よりも柔軟性が高い、としてもよい。
この構成によれば、第一段差部の表面と第一凸部との密着度を向上させることで、電極端子と第二封止部材との絶縁をより確実にしつつ、絶縁部材における絶縁本体部の機械的な強度の維持または向上を図ることができる。
前記第一絶縁部材において、前記第一凸部は、前記絶縁本体部とは別体である補助部材により形成されている、としてもよい。
この構成によれば、例えば、絶縁本体部の素材として機械的な強度の高い樹脂を採用し、かつ、第一凸部を形成する補助部材として、ゴム等の柔軟性が高い素材で形成された部材を採用できる。つまり、絶縁本体部及び第一凸部の素材の自由度が高いため、蓄電素子に求められる仕様に応じ、かつ、電気的な絶縁性能が向上された第一絶縁部材を得ることができる。
前記第一封止部材は、前記第一絶縁部材よりも脆性が高い素材で形成されている、としてもよい。
この構成によれば、第一封止部材の素材として、ガラスまたはセラミック等を採用でき、この場合、例えば焼結によって第一封止部材が形成されるため、第一封止部材と電極端子及び第二封止部材との間において高い気密性を得ることができる。つまり、封止部材による気密機能(封止機能)と、電気的な絶縁機能とを向上させることができる。本態様に係る蓄電素子では、封止部材において、第一封止部材の第一端面は、その周囲の第二封止部材から引っ込んだ位置にあるため、第一封止部材に外力が作用し難い。これにより、脆性が高い第一封止部材の損傷の可能性は低減される。
蓄電素子はさらに、前記電極端子が貫通した状態で、前記封止部材の前記第一方向とは反対方向である第三方向に配置された第二絶縁部材を備え、前記封止部材には、前記第三方向において、前記第一封止部材の第三端面が、前記第二封止部材の第四端面よりも前記壁部に近い位置に配置されていることで、前記第三端面の前記第三方向に第二段差部が形成されており、前記第二絶縁部材は、前記第二段差部に収容される第二凸部を有する、としてもよい。
この構成によれば、第一封止部材と第二封止部材との材料が異なることにより、封止部材において、第一段差部の反対側に段差部(第二段差部)ができた場合であっても、第二絶縁部材の第二凸部がその段差を埋めるように配置される。従って、電極端子と第二封止部材との間の第二段差部を介した放電が抑制され、これにより、蓄電素子の信頼性がより向上される。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態(その変形例も含む)に係る蓄電素子について説明する。以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、製造工程、製造工程の順序などは一例であり、本発明を限定する主旨ではない。各図において、寸法等は厳密に図示したものではない。さらに、各図において、同一または同様な構成要素については同じ符号を付している。
以下の説明及び図面中において、蓄電素子が有する一対(正極及び負極、以下同様)の電極端子の並び方向、一対の集電体の並び方向、電極体の巻回軸方向、または、容器の短側面の対向方向をX軸方向と定義する。容器の長側面の対向方向、容器の短側面の短手方向、または、容器の厚さ方向をY軸方向と定義する。蓄電素子の容器本体と蓋体との並び方向、容器の短側面の長手方向、または、集電体の脚部の延設方向をZ軸方向と定義する。これらX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向は、互いに交差(本実施の形態では直交)する方向である。
以下の説明において、X軸プラス方向とは、X軸の矢印方向を示し、X軸マイナス方向とは、X軸プラス方向とは反対方向を示す。Y軸方向及びZ軸方向についても同様である。平行及び直交などの、相対的な方向または姿勢を示す表現は、厳密には、その方向または姿勢ではない場合も含む。例えば、2つの方向が平行である、とは、当該2つの方向が完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行であること、すなわち、例えば数%程度の差異を含むことも意味する。
(実施の形態1)
[1.蓄電素子の全般的な説明]
まず、図1及び図2を用いて、本実施の形態に係る蓄電素子10の全般的な説明を行う。図1は、実施の形態1に係る蓄電素子10の外観を示す斜視図である。図1では、X軸マイナス方向に配置される絶縁部材160の図示は省略されている。図2は、実施の形態1に係る蓄電素子10の第1の分解斜視図である。具体的には、図2では、蓄電素子10から容器本体110及び絶縁部材160を分離した状態が示されている。
[1.蓄電素子の全般的な説明]
まず、図1及び図2を用いて、本実施の形態に係る蓄電素子10の全般的な説明を行う。図1は、実施の形態1に係る蓄電素子10の外観を示す斜視図である。図1では、X軸マイナス方向に配置される絶縁部材160の図示は省略されている。図2は、実施の形態1に係る蓄電素子10の第1の分解斜視図である。具体的には、図2では、蓄電素子10から容器本体110及び絶縁部材160を分離した状態が示されている。
蓄電素子10は、電気を充電し、電気を放電することのできる二次電池(単電池)であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。蓄電素子10は、例えば、自動車、自動二輪車、ウォータークラフト、船舶、スノーモービル、農業機械、建設機械、または、電気鉄道用の鉄道車両等の移動体の駆動用またはエンジン始動用等のバッテリ等として用いられる。上記の自動車としては、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)及びガソリン自動車が例示される。上記の電気鉄道用の鉄道車両としては、電車、モノレール、リニアモーターカー、並びに、ディーゼル機関及び電気モーターの両方を備えるハイブリッド電車が例示される。蓄電素子10は、家庭用または事業用等に使用される定置用のバッテリ等としても用いることができる。
蓄電素子10は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。蓄電素子10は、二次電池ではなく、使用者が充電をしなくても蓄えられている電気を使用できる一次電池であってもよい。さらに、蓄電素子10は、固体電解質を用いた電池であってもよい。本実施の形態では、直方体形状(角形)の蓄電素子10を図示しているが、蓄電素子10の形状は、直方体形状には限定されず、円柱形状、長円柱形状または直方体以外の多角柱形状等であってもよい。
図1に示すように、蓄電素子10は、容器100と、正極及び負極の電極端子130と、容器100における電極端子130の取り付け部分を封止する封止部材140とを備えている。容器100の内方には、電極体200と、正極及び負極の集電体300とが収容されている。容器100の内部には、電解液(非水電解質)が封入されているが、図示は省略する。当該電解液としては、蓄電素子10の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく、様々なものを選択できる。さらに容器100の内部に、図示しないスペーサ及び絶縁フィルム等が配置されていてもよい。
容器100は、開口が形成された容器本体110と、容器本体110の開口を閉塞する蓋体120とを有する直方体形状(角形)の容器である。容器本体110は、容器100の本体部を構成する矩形筒状で底を備える部材であり、X軸方向の両側に短側面部111を有し、Y軸方向の両側に長側面部112を有し、Z軸マイナス方向に底壁部113を有している。短側面部111は、容器100の短側面を形成する矩形状かつ板状の壁部であり、長側面部112は、容器100の長側面を形成する壁部である。
蓋体120は、容器100の蓋部を構成する矩形状の板状部材であり、容器本体110のZ軸プラス方向に配置されている。つまり、蓋体120は、底壁部113に対向し、かつ、短側面部111及び長側面部112に隣接する壁部である。本実施の形態では、蓋体120には、正極及び負極の電極端子130が固定されている。蓋体120には、さらに、容器100内部の圧力が上昇した場合に当該圧力を開放するガス排出弁、及び、容器100の内部に電解液を注入するための注液孔等が設けられてもよい。
このような構成により、容器100は、一対の集電体300が接続された状態の電極体200を容器本体110の内部に収容後、容器本体110と蓋体120とが溶接等によって接合されることにより、内部が密封される構造となっている。容器本体110及び蓋体120は、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金など溶接可能な金属によって形成されている。
電極体200は、正極板と負極板とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる蓄電要素(発電要素)である。正極板は、アルミニウムやアルミニウム合金などからなる長尺帯状の集電箔である正極基材層上に正極活物質を含む合材層が形成された極板である。負極板は、銅や銅合金などからなる長尺帯状の集電箔である負極基材層上に負極活物質を含む合材層が形成された極板である。上記集電箔として、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Al-Cd合金など、適宜公知の材料を用いることができる。合材層に用いられる正極活物質及び負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。セパレータは、例えば樹脂からなる微多孔性のシートや、不織布を用いることができる。
本実施の形態では、電極体200は、正極板と負極板との間にセパレータが配置され、かつ、巻回されて形成された巻回型の電極体である。具体的には、電極体200は、正極板と負極板とが、セパレータを介して、巻回軸(本実施の形態ではX軸方向に平行な仮想軸)の方向に互いにずらして巻回されている。そして、正極板及び負極板は、それぞれのずらされた方向の端部に、活物質を含む合材が塗工されず(合材層が形成されず)基材層が露出した部分(合材層非形成部)を有している。
つまり、電極体200は、合材層が形成された本体部である電極体本体部210と、電極体本体部210からX軸プラス方向またはX軸マイナス方向に突出する電極体端部220とを有している。これら2つの電極体端部220のうちの一方の電極体端部220に、正極板の合材層非形成部が積層されて束ねられた正極集束部が設けられている。他方の電極体端部220に、負極板の合材層非形成部が積層されて束ねられた負極集束部が設けられている。本実施の形態では、断面形状が長円形状である電極体200を図示しているが、電極体200の断面形状は円形状または楕円形状等でもよい。
電極端子130は、集電体300を介して、電極体200の正極板または負極板に電気的に接続される端子(正極端子及び負極端子)である。つまり、電極端子130は、電極体200に蓄えられている電気を蓄電素子10の外部空間に導出し、電極体200に電気を蓄えるために蓄電素子10の内部空間に電気を導入するための金属製の部材である。電極端子130は、電極体200の上方に配置された壁部(本実施の形態では蓋体120)に固定されている。
具体的には、本実施の形態では、電極端子130は、蓋体120を貫通した状態で、封止部材140を介して蓋体120に固定されている。電極端子130の容器100の内部方向(Z軸マイナス方向)の端部は、集電体300に接合されている。電極端子130の容器100の外部方向(Z軸プラス方向)の端部には、バスバー等の導電部材(図2に図示せず)が接合される。正極の電極端子130は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などで形成されており、負極の電極端子130は、銅または銅合金などで形成されている。電極端子130及びその周辺の構成については、図3及び4を用いて後述する。
集電体300は、電極体200のX軸方向両側に配置され、電極体端部220に接続される部材(正極集電体及び負極集電体)である。集電体300は、一対の脚部320を有する。正極集電体300の一対の脚部320は、正極の電極体端部220に接合され、負極集電体300の一対の脚部320は、負極の電極体端部220に接合される。
集電体300と電極体端部220との接合の手法としては、超音波溶接またはかしめ接合等が採用される。この構成により、電極体200が、2つの集電体300によって蓋体120から吊り下げられた状態で保持(支持)される。集電体300の材質は限定されないが、正極集電体300は、電極体200の正極基材層と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属で形成されている。負極集電体300は、電極体200の負極基材層と同様、銅または銅合金などの金属で形成されている。
[2.電極端子及びその周辺の構成]
次に、実施の形態1に係る蓄電素子10における電極端子130及びその周辺の構成について、図2に加え、図3及び図4を参照しながら説明する。図3は、実施の形態1に係る蓄電素子10の第2の分解斜視図である。図3では、蓄電素子10における電極端子130及びその周辺の構成要素が分離して示されている。図4は、実施の形態1に係る電極端子130及びその周辺の構成を示す断面図である。図4では、蓄電素子10の部分断面であって、図3のIV-IV線を通るXZ平面における部分断面が図示されており、電極体200及び容器本体110の図示は省略されている。本実施の形態では、蓄電素子10が備える一対の電極端子130の周辺の構成は共通している。そのため、図3以降の図では、一対の電極端子130のうちの、X軸プラス方向の電極端子130及びその周辺について図示する。以下で説明される当該一方の電極端子130に関する事項は、他方の電極端子130に適用されてもよい。
次に、実施の形態1に係る蓄電素子10における電極端子130及びその周辺の構成について、図2に加え、図3及び図4を参照しながら説明する。図3は、実施の形態1に係る蓄電素子10の第2の分解斜視図である。図3では、蓄電素子10における電極端子130及びその周辺の構成要素が分離して示されている。図4は、実施の形態1に係る電極端子130及びその周辺の構成を示す断面図である。図4では、蓄電素子10の部分断面であって、図3のIV-IV線を通るXZ平面における部分断面が図示されており、電極体200及び容器本体110の図示は省略されている。本実施の形態では、蓄電素子10が備える一対の電極端子130の周辺の構成は共通している。そのため、図3以降の図では、一対の電極端子130のうちの、X軸プラス方向の電極端子130及びその周辺について図示する。以下で説明される当該一方の電極端子130に関する事項は、他方の電極端子130に適用されてもよい。
本実施の形態に係る電極端子130は、図3及び図4に示すように、封止部材140を貫通した状態で封止部材140に固定されている。この封止部材140が、蓋体120の開口部121に挿入された状態で蓋体120に固定されることで、電極端子130は蓋体120の開口部121を貫通した状態で容器100に固定される。封止部材140は、電極端子130の外周面を覆い、かつ、電気的な絶縁性を有する第一封止部材141と、第一封止部材141の外周に沿って配置され、かつ、導電性を有する第二封止部材142とを有する。つまり、導電性を有する封止部材140は、電極端子130とは電気的に絶縁された状態で、電極端子130を保持している。
第一封止部材141は、ガラスまたは結晶化ガラス(ガラスセラミックとも呼ばれる)で形成された部材であり、電気的な絶縁性及び高い耐熱性を有する部材である。第二封止部材142は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の、容器100と同種の材料で形成された部材であり、蓋体120の開口部121の周縁部である開口周縁部121aに溶接されることで蓋体120に固定されている。このような構成で電極端子130を保持する封止部材140において、第一封止部材141は、例えばガラスの粉体を焼結することで形成される。これにより、電極端子130を一体に備える封止部材140が得られる。つまり、電極端子130の外周面と封止部材140との間は、電極端子130に一体化された第一封止部材141によって強固に封止され、かつ、封止部材140と、容器100の開口周縁部121aとの間は、金属同士の溶接によって強固に封止される。
このように配置された電極端子130の、容器100の内部方向(Z軸マイナス方向)の端部は、内部絶縁板150の貫通孔151を貫通し、集電体300の端子接続部310に設けられた貫通孔311に挿入された状態で、端子接続部310に接合される。この接合の手法としては、レーザー溶接、かしめ接合、またはネジによる締結等が用いられる。端子接続部310に貫通孔311を設けることは必須ではなく、端子接続部310の上面に電極端子130の端面を突き合せた状態で、端子接続部310と電極端子130とが溶接によって接合されてもよい。
内部絶縁板150は、容器100の蓋体120と集電体300との間に配置され、蓋体120と集電体300との間を絶縁する部材である。内部絶縁板150は、平面視(Z軸方向から見た場合)において、集電体300の端子接続部310を覆う大きさの略矩形状に形成されている。内部絶縁板150は、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリ・エーテル・サルフォン(PES)等の、電気的な絶縁性を有する樹脂材料によって形成されている。
電極端子130の容器100の外部方向(Z軸プラス方向)の端部には、図3及び図4に示すように、例えばバスバーである導電部材400が接合される。本実施の形態では、電極端子130の端面に、導電部材400が例えばレーザー溶接によって接合される。電極端子130と導電部材400との接合の手法に特に限定はなく、抵抗溶接等の他の溶接手法によって接合されてもよく、または、締結またはかしめ等の機械的な手法で接合されてもよい。
本実施の形態に係る蓄電素子10はさらに、図3及び図4に示すように、導電部材400が電極端子130に接合された場合において、導電部材400と封止部材140との間に位置する絶縁部材160を備えている。絶縁部材160は、内部絶縁板150と同じく、例えば、PP、PE、PPS、PET、または、PEEK等の電気的な絶縁性を有する樹脂材料によって形成されており、封止部材140を覆うように配置されている。
すなわち、本実施の形態に係る蓄電素子10は、容器100と、容器100の壁部(蓋体120)に設けられた開口部121を貫通して配置された電極端子130と、電極端子130と開口周縁部121aとの間を封止する封止部材140とを備える。封止部材140は、電極端子130と電気的に絶縁され、かつ、導電性を有している。蓄電素子10はさらに、封止部材140の、蓋体120と反対側に位置し、かつ、電極端子130の側方(径方向外側)に配置された部分を有する絶縁部材160を備えている。絶縁部材160は、図3から分かるように、電極端子130の軸方向(Z軸方向)から見た場合において、封止部材140よりも大きい。
この構成によれば、アルミニウム等の金属で形成された封止部材140を、容器100の開口周縁部121aに溶接でき、これにより、開口部121の位置において高い気密性を得ることができる。電極端子130の周囲を樹脂製の部材で封止する場合とは異なり、溶接時の熱により、開口部121の封止部分が破壊される可能性が低減される。電極端子130に、バスバー等の導電部材400が接続された場合において、封止部材140と導電部材400との間に絶縁部材160を位置させることができる。そのため、例えば振動等によって導電部材400が変形すること、または、導電部材400と封止部材140との間に金属製の異物が介在すること等により、導電部材400と封止部材140とが導通する可能性が低減される。さらに、電極端子130にバスバー等の導電部材400が接続された状態において、導電部材400から絶縁部材160を見た場合に、封止部材140を覆うように絶縁部材160が配置される。従って、導電部材400の大きさ及び形状の如何にかかわらず、導電部材400と封止部材140とをより確実に絶縁できる。従って、本態様に係る蓄電素子10は、信頼性が向上された蓄電素子である。
絶縁部材160は、封止部材140と導電部材400とに挟まれて配置される前の時点では封止部材140より大きくなくてもよい。Z軸方向から見た場合に、絶縁部材160が、封止部材140と同じ大きさ、または、封止部材140よりも小さい場合を想定する。この場合であっても、絶縁部材160が、電極端子130に接合される導電部材400からの押圧力により押し広げられることで、Z軸方向視において封止部材140より大きくなればよい。これにより、絶縁部材160は、封止部材140と導電部材400とをより確実に絶縁できる。
電極端子130の容器100からの突出量を大きくすることで、導電部材400を、電極端子130の周囲の封止部材140から物理的に遠ざけることができ、これにより、導電部材400と封止部材140との導通の可能性を低減することも可能である。しかしながらこの場合は、蓄電素子10のサイズの増加、または、容器100の外側の無駄な空間の増加等の別の問題が生じる。この点に関し、本実施の形態に係る蓄電素子10では、図4に示すように、電極端子130の軸方向において、導電部材400が封止部材140に近い位置に配置された場合であっても、絶縁部材160が間に介在していることで導電部材400と封止部材140との導通の可能性が低減される。さらに、絶縁部材160は、当該軸方向(Z軸方向)から見た場合において、封止部材140よりも大きいサイズに形成されている。そのため、導電部材400と封止部材140との間の沿面距離を比較的に長く確保でき、このことによっても、導電部材400と封止部材140との導通の可能性が低減される。このように、本実施の形態では、電極端子130の容器100からの突出量を比較的に小さくでき、このことは、蓄電素子10の小型化等に有利である。
本実施の形態において、封止部材140は、第一封止部材141と第二封止部材142とを有している。第一封止部材141は、電極端子130に接して配置され、絶縁性を有し、かつ、絶縁部材160とは別体の部材である。第二封止部材142は、第一封止部材141及び開口周縁部121aの間に配置された、導電性を有する部材である。
この構成によれば、絶縁部材160の形状、大きさ、及び材料を、封止部材140とは独立して決定できる。つまり、絶縁部材160と同じく電気的な絶縁性を有する第一封止部材141と、絶縁部材160とを一体化することも可能であるが、本実施の形態に係る蓄電素子10は、第一封止部材141とは別体(別部品)として、絶縁部材160を備えている。そのため、電極端子130に接続される導電部材400の大きさまたは形状等に応じた絶縁部材160の作製が容易である。
本実施の形態において、絶縁部材160は、図3及び図4に示すように、電極端子130を貫通させる貫通孔161を有している。
電極端子130の軸方向から見た場合において、絶縁部材160は、電極端子130を囲む環状に形成されており、これにより、電極端子130の全周囲に絶縁部材160が配置される。そのため、導電部材400と封止部材140とが導通する可能性がさらに低減される。絶縁部材160の貫通孔161に電極端子130を挿し通した状態で蓄電素子10の運搬等ができるため、バスバー等の導電部材400との接続の前の時点において、絶縁部材160が電極端子130から外れ難い。このことは、絶縁部材160を備える蓄電素子10の扱いを容易にし、その結果、信頼性が向上された蓄電素子10の製造の効率化が可能となる。
本実施の形態において、封止部材140は、図4に示すように、蓋体120から容器100の外側に向けて突出した部分である突出部145を有している。
この構成によれば、電極端子130にバスバー等の導電部材400が接続された状態において、封止部材140が、導電部材400を容器100(蓋体120)から遠ざける部材として機能する。従って、導電部材400と容器100との直接的な導通の可能性が低減される。封止部材140が蓋体120から突出した突出部145を有し、かつ、電極端子130の蓋体120からの突出量を小さくした場合、電極端子130の封止部材140からの突出量はより小さくなり、その結果、導電部材400が封止部材140により近い位置に配置される。この場合であっても、封止部材140と導電部材400との間に絶縁部材160が配置されているため、導電部材400と封止部材140との電気的な絶縁性は確保される。
以上、本発明の実施の形態1に係る蓄電素子10について説明したが、蓄電素子10は、電極端子130の周辺の構成として、図2~図4に示す構成とは異なる構成を有してもよい。そこで、電極端子130の周辺の構成についての変形例を、上記実施の形態1との差分を中心に、図5を用いて説明する。
[3.実施の形態1の変形例]
図5は、実施の形態1の変形例に係る絶縁部材160aの外観を示す斜視図である。本変形例に係る絶縁部材160aは、封止部材140の、蓋体120と反対側に配置されており、かつ、電極端子130の側方(径方向外側)に配置された部分を有している。絶縁部材160aは、図5から分かるように、電極端子130の軸方向(Z軸方向)から見た場合において、封止部材140よりも大きいサイズに形成されている。これらの構成については、変形例に係る絶縁部材160aは、実施の形態1に係る絶縁部材160と共通している。
図5は、実施の形態1の変形例に係る絶縁部材160aの外観を示す斜視図である。本変形例に係る絶縁部材160aは、封止部材140の、蓋体120と反対側に配置されており、かつ、電極端子130の側方(径方向外側)に配置された部分を有している。絶縁部材160aは、図5から分かるように、電極端子130の軸方向(Z軸方向)から見た場合において、封止部材140よりも大きいサイズに形成されている。これらの構成については、変形例に係る絶縁部材160aは、実施の形態1に係る絶縁部材160と共通している。
本変形例に係る絶縁部材160aは、容器100の外部において電極端子130に接続される導電部材400と係合する係合部164を有しており、この点において、実施の形態1に係る絶縁部材160と異なる。より具体的には、絶縁部材160aは、導電部材400と対向する側に、導電部材400の厚み方向の少なくとも一部を収容する凹部が形成されており、この凹部が、係合部164として機能する。
この構成によれば、バスバー等の導電部材400に絶縁部材160を係合させた状態で、絶縁部材160及び導電部材400を電極端子130に対して配置し、その後、導電部材400と電極端子130との接合作業(溶接等)を行うことができる。これにより、絶縁部材160を介して導電部材400の電極端子130に対する位置決めを行うことができる。例えば、インサート成形等によって、バスバー等の導電部材400に絶縁部材160を一体化させることも可能であり、これにより、製造工程を簡素化できる。
[4.他の変形例]
以上、本発明の実施の形態1及びその変形例に係る蓄電素子について説明したが、本発明は、この実施の形態1及びその変形例に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態1及びその変形例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
以上、本発明の実施の形態1及びその変形例に係る蓄電素子について説明したが、本発明は、この実施の形態1及びその変形例に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態1及びその変形例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
絶縁部材160の素材は、PP、PE、PPS、または、PET等の樹脂である必要はなく、例えばガラス繊維もしくはセラミック等の樹脂以外の材料またはこれら樹脂以外の材料と樹脂材料との組み合わせによって絶縁部材160が形成されてもよい。これにより、例えば絶縁部材160の耐熱性または機械的な強度を向上させることができる。
絶縁部材160は、電極端子130を保持する封止部材140に接着または溶着などの所定の手法によって固定されてもよい。この場合、絶縁部材160、電極端子130、及び封止部材140を、これらが一体化された1つの部品として扱うことができる。
絶縁部材160は、XY平面(図3参照)に平行な全ての方向で、封止部材140よりも大きいサイズに形成されていなくてもよい。例えば、X軸方向において、電極端子130に接合される導電部材400の幅が、封止部材140の幅より小さい場合を想定する。この場合、絶縁部材160は、Z軸方向から見た場合における導電部材400と封止部材140とが重複する範囲を含む大きさに形成されていればよく、つまり、X軸方向において、絶縁部材160の幅は、封止部材140の幅より小さくてもよい。絶縁部材160の形状についても特に限定はなく、図3に示すような矩形状の他、矩形以外の多角形状、円形状、Oリング、または、直線と曲線とで構成される形状など、各種の形状を採用し得る。導電部材400の形状及びサイズについても特に限定はない。導電部材400は、実施の形態2で説明する電極端子530の本体部(端子本体部531、後述する図8及び図9参照)のような部材であってもよい。
さらに絶縁部材160は、複数の部材で構成されていてもよく、これら複数の部材は互いに異なる材料で形成されていてもよい。樹脂で形成された部材と、ガラス等の無機材料で形成された部材とがZ軸方向に積層されたものが、絶縁部材160として採用されてもよい。
蓄電素子10は複数の電極体200を備えてもよい。例えば、蓄電素子10が、Y軸方向に並べられた2つの電極体200を備える場合、集電体300は、2つの電極体端部220と接続するため4つの脚部320を有してもよい。
蓄電素子10が備える電極体の種類は巻回型に限定されない。例えば、平板状極板を積層した積層型の電極体、または、長尺帯状の極板を山折りと谷折りとの繰り返しによって蛇腹状に積層した構造を有する電極体が、蓄電素子10に備えられてもよい。
上記で説明された、実施の形態1に係る蓄電素子10に関する各種の補足事項は、変形例に係る蓄電素子10aに適用されてもよい。上記実施の形態1及びその変形例に含まれる構成要素を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
(実施の形態2)
[1.蓄電素子の全般的な説明]
まず、図6及び図7を用いて、本実施の形態に係る蓄電素子20の全般的な説明を行う。実施の形態1に係る蓄電素子10と共通する事項については、適宜省略する。図6は、実施の形態2に係る蓄電素子20の外観を示す斜視図である。図7は、実施の形態2に係る蓄電素子20の第1の分解斜視図である。具体的には、図7では、蓄電素子20から容器本体110を分離した状態が示されている。
[1.蓄電素子の全般的な説明]
まず、図6及び図7を用いて、本実施の形態に係る蓄電素子20の全般的な説明を行う。実施の形態1に係る蓄電素子10と共通する事項については、適宜省略する。図6は、実施の形態2に係る蓄電素子20の外観を示す斜視図である。図7は、実施の形態2に係る蓄電素子20の第1の分解斜視図である。具体的には、図7では、蓄電素子20から容器本体110を分離した状態が示されている。
蓄電素子20は、実施の形態1に係る蓄電素子10と同じく、電気を充電し、電気を放電することのできる二次電池(単電池)であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。蓄電素子20は、実施の形態1に係る蓄電素子10と同じく、移動体の駆動用またはエンジン始動用等のバッテリ等として用いられる。蓄電素子20は、家庭用または事業用等に使用される定置用のバッテリ等としても用いることができる。
蓄電素子20は、実施の形態1に係る蓄電素子10と同じく、非水電解質二次電池以外の二次電池、キャパシタ、、使用者が充電をしなくても蓄えられている電気を使用できる一次電池、または、固体電解質を用いた電池であってもよい。本実施の形態では、直方体形状(角形)の蓄電素子20を図示しているが、蓄電素子20の形状は、直方体形状には限定されず、円柱形状、長円柱形状または直方体以外の多角柱形状等であってもよい。
図6に示すように、蓄電素子20は、容器100と、正極及び負極の電極端子530と、容器100における電極端子530の取り付け部分を封止する封止部材140とを備えている。容器100の内部には、電極体200と、正極及び負極の集電体300とが収容されている。容器100の内部には、電解液(非水電解質)が封入されているが、図示は省略する。当該電解液としては、蓄電素子20の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく、様々なものを選択できる。さらに容器100の内部に、図示しないスペーサ及び絶縁フィルム等が配置されていてもよい。
本実施の形態に係る容器100、容器100に収容されている電極体200及び集電体300の構成等については、実施の形態1で既に説明されているため、ここでの説明は省略する。
電極端子530は、集電体300を介して、電極体200の正極板または負極板に電気的に接続される端子(正極端子及び負極端子)である。つまり、電極端子530は、電極体200に蓄えられている電気を蓄電素子20の外部空間に導出し、電極体200に電気を蓄えるために蓄電素子20の内部空間に電気を導入するための金属製の部材である。電極端子530は、容器100のZ軸プラス方向の壁部(本実施の形態では蓋体120)に固定されている。
電極端子530は、蓋体120を貫通した状態で、封止部材140を介して蓋体120に固定されている。電極端子530の容器100の内部方向(Z軸マイナス方向)の端部は、集電体300に接合されている。電極端子530の容器100の外部方向(Z軸プラス方向)の端部には、バスバー等の導電部材(図示せず)が接合される。正極の電極端子530は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などで形成されており、負極の電極端子530は、銅または銅合金などで形成されている。本実施の形態では、封止部材140の一部は導電性を有する部材(アルミニウムなど)で形成されており、封止部材140と電極端子530との間には第一絶縁部材560が配置されている。電極端子530及びその周辺の構成については、図8~図13を用いて以下に説明する。
[2.電極端子及びその周辺の構成]
次に、実施の形態2に係る蓄電素子20における電極端子530及びその周辺の構成について、図7に加え、図8~図13を参照しながら説明する。図8は、実施の形態2に係る蓄電素子20の第2の分解斜視図である。図8では、蓄電素子20における電極端子530及びその周辺の構成要素が分離して示されており、電極体200及び容器本体110の図示は省略されている。図9は、実施の形態2に係る電極端子530及びその周辺の構成を示す断面図である。図9では、蓄電素子20の部分断面であって、図8のIX-IX線を通るXZ平面における部分断面が図示されており、電極体200及び容器本体110の図示は省略されている。図10は、実施の形態2に係る封止構造体535の断面図である。図11は、実施の形態2に係る封止構造体535の外観斜視図である。図12は、実施の形態2に係る第一絶縁部材560及び第二絶縁部材550の形成工程の一例を説明するための断面図である。図13は、実施の形態に係る電極端子530の組み立て工程の一例を説明するための断面図である。図10、図12、及び図13のそれぞれにおける断面の位置は、図9における断面の位置に準じている。
次に、実施の形態2に係る蓄電素子20における電極端子530及びその周辺の構成について、図7に加え、図8~図13を参照しながら説明する。図8は、実施の形態2に係る蓄電素子20の第2の分解斜視図である。図8では、蓄電素子20における電極端子530及びその周辺の構成要素が分離して示されており、電極体200及び容器本体110の図示は省略されている。図9は、実施の形態2に係る電極端子530及びその周辺の構成を示す断面図である。図9では、蓄電素子20の部分断面であって、図8のIX-IX線を通るXZ平面における部分断面が図示されており、電極体200及び容器本体110の図示は省略されている。図10は、実施の形態2に係る封止構造体535の断面図である。図11は、実施の形態2に係る封止構造体535の外観斜視図である。図12は、実施の形態2に係る第一絶縁部材560及び第二絶縁部材550の形成工程の一例を説明するための断面図である。図13は、実施の形態に係る電極端子530の組み立て工程の一例を説明するための断面図である。図10、図12、及び図13のそれぞれにおける断面の位置は、図9における断面の位置に準じている。
本実施の形態では、蓄電素子20が備える一対の電極端子530の周辺の構成は共通している。そのため、図8以降の図では、一対の電極端子530のうちの、X軸プラス方向の電極端子530及びその周辺について図示する。以下で説明される当該一方の電極端子530に関する事項は、他方の電極端子530に適用されてもよい。
本実施の形態に係る電極端子530は、図8及び図9に示すように、封止部材140を貫通した状態で封止部材140に固定されている。具体的には、電極端子530は、図9に示すように、外部のバスバー等と接合される端子本体部531と、封止部材140を貫通する軸部532と、容器100の内部の集電体300と接合される内部接続部533とを有している。端子本体部531及び内部接続部533は、円柱状の軸部532の外径よりも大きい外径を有する円盤状の導電部材である。封止部材140と端子本体部531との間には、第一絶縁部材560が配置され、封止部材140と内部接続部533との間には第二絶縁部材550が配置されている。このような状態で電極端子530を保持する封止部材140が、蓋体120の開口部121に挿入された状態で蓋体120に固定される。これにより、電極端子530は蓋体120の開口部121を貫通した状態で容器100に固定される。
第一絶縁部材560及び第二絶縁部材550は、電気的な絶縁性を有する樹脂材料によって形成されている。この樹脂材料としては、実施の形態1に係る内部絶縁板150と同じく、PP、PE、PPS、及びPET、PEEK等が例示される。
封止部材140は、第一封止部材141と第二封止部材142とを有する。第一封止部材141は、電極端子530の軸部532の外周面を覆い、かつ、電気的な絶縁性を有する部材である。第二封止部材142は、第一封止部材141の外周に沿って配置され、かつ、導電性を有する部材である。第一絶縁部材560は、Z軸プラス方向から見た場合において、第一封止部材141及び第二封止部材142を覆う大きさに形成されている。第二絶縁部材550は、Z軸マイナス方向から見た場合において、第一封止部材141及び第二封止部材142を覆う大きさに形成されている。つまり、導電性を有する封止部材140は、第一封止部材141、第一絶縁部材560及び第二絶縁部材550によって、電極端子530とは電気的に絶縁された状態で、電極端子530を保持している。
第一封止部材141は、例えば、ガラスまたは結晶化ガラス(ガラスセラミックとも呼ばれる)で形成された部材であり、電気的な絶縁性及び高い耐熱性を有する部材である。第二封止部材142は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金等の、容器100と同種の材料で形成された部材であり、蓋体120の開口周縁部121aに溶接されることで蓋体120に固定されている。このような構成で電極端子530を保持する封止部材140において、第一封止部材141は、例えばガラス材料を焼結することで形成される。これにより、電極端子530を一体に備える封止部材140が得られる。
より詳細には、第一封止部材141は、軸部532の径方向(XY平面に平行な方向)の周面(外周面)に接した状態で形成される。その結果、軸部532及び封止部材140を一体に有する封止構造体535(図10及び図11参照)が形成される。軸部532の径方向、または、XY平面に平行な方向は第二方向の一例である。この封止構造体535において、第一封止部材141は、軸部532の軸方向(Z軸方向、以下、単に「軸方向」ともいう。)において、第二封止部材142よりも引っ込んだ状態で形成される。具体的には、第一封止部材141は、ガラス材料を焼結することで形成される。この第一封止部材141の形成の過程において、ガラス材料を焼結し、冷却するときの第一封止部材141と第二封止部材142との線膨張差により、第二封止部材142は、内側の第一封止部材141と軸部532とを径方向内側に圧縮する。その結果、軸部532と第一封止部材141とが確実に密着し、かつ、第一封止部材141と第二封止部材142とが確実に密着する。さらに、図9~図11に示すように、第一封止部材141は、軸方向の両端において、第二封止部材142の端面よりも軸方向の中央寄り(蓋体120に近い位置)に配置された状態となる。軸方向における第一封止部材141の端部と第二封止部材142の端部との位置が常に一致するように、ガラス材料の量及び焼結条件等を制御するのは実質的に困難である。上記の冷却の際に、第二封止部材142が第一封止部材141を確実に圧縮するために、第二封止部材142は、軸方向において第一封止部材141よりも大きい必要がある。このような要因により、第一封止部材141が第二封止部材142に対して引っ込んだ状態に形成される。これにより、図10及び図11に示すように、封止部材140のZ軸プラス方向の端面144aには、軸部532を囲む環状の凹部が形成される。Z軸プラス方向、軸部の軸方向において端子本体部が配置される方向、または、電極端子530の容器100の外部方向は第一方向の例である。Z軸マイナス方向、軸部の軸方向において集電体が配置される方向、または、電極端子530の容器100の内部方向は第三方向の例である。
具体的には、第一封止部材141の第一端面141aは、第二封止部材142の第二端面142aよりも蓋体120に近い位置に配置され、これにより、第一端面141aのZ軸プラス方向(Z軸プラス方向において第一端面141aと対向する位置)に第一段差部145aが形成される。第一封止部材141の第三端面141bは、第二封止部材142の第四端面142bよりも蓋体120に近い位置に配置され、これにより、第三端面141bのZ軸マイナス方向(Z軸マイナス方向において第三端面141bと対向する位置)に第二段差部145bが形成される。このように第一段差部145a及び第二段差部145bを有する封止部材140に対し、本実施の形態では、これら段差部を埋め、かつ、段差部と接合された状態で絶縁部材が配置される。
具体的には、上記の封止構造体535を所定の金型内に装填し、上述のPPまたはPE等を含む樹脂材料を金型内に流し込み、その樹脂材料を固化させる。これにより、主として金属製の封止構造体535と、樹脂製の第一絶縁部材560及び第二絶縁部材550とを一体に有する端子構造体536(図8、図9参照)が形成される。つまり、インサート成形によって、封止構造体535に配置された状態で第一絶縁部材560及び第二絶縁部材550が形成される。これにより、図12に示すように、軸部532より外径の大きな端子本体部531及び内部接続部533を備える電極端子530に対し、端子本体部531と封止部材140との間に第一絶縁部材560を配置できる。内部接続部533と封止部材140との間に第二絶縁部材550を配置できる。
第一絶縁部材560の形成過程において、封止部材140の第一段差部145aに樹脂材料が流れ込んで固化し、その結果、第一絶縁部材560の一部は、第一段差部145aに収容された状態で第一端面141aと接合される。つまり、第一絶縁部材560には、第一段差部145aに応じた形状及び大きさの第一凸部562が形成される。封止部材140の第二段差部145bについても同様であり、第二絶縁部材550の一部は、第二段差部145bに収容された状態で第三端面141bと接合される。つまり、第二絶縁部材550には、第二段差部145bに応じた形状及び大きさの第二凸部552が形成される。
図12に示すように、軸部532に端子本体部531及び内部接続部533が接合された後に、インサート成形によって第一絶縁部材560及び第二絶縁部材550が形成及び配置されることは必須ではない。図13に示すように、端子本体部531及び内部接続部533が接合される前の封止構造体535に対して、インサート成形によって第一絶縁部材560及び第二絶縁部材550を形成及び配置する。その後、軸部532に端子本体部531及び内部接続部533が接合されてもよい。
本実施の形態では、軸部532の端部が、端子本体部531に設けられた貫通孔に挿入された状態で、軸部532と端子本体部531とが接合されているが、接合の態様はこれに限定されない。軸部532の軸方向の端面と、貫通孔を有しない端子本体部531の下面(Z軸マイナス方向の面)とが突き合わされた状態で、軸部532と端子本体部531とが溶接等によって接合されてもよい。端子本体部531に設けられた有底穴に、軸部532の端部が圧入されることで、軸部532と端子本体部531とが接合されてもよい。これらの補足事項は、軸部532と内部接続部533との接合態様についても適用される。
上記のように、本実施の形態では、電極端子530と封止部材140とは一体化される。つまり、電極端子530と封止部材140との間は、軸部532に一体化された第一封止部材141によって強固に封止される。さらに、封止部材140と、容器100の開口周縁部121aとの間は、第二封止部材142及び開口周縁部121aによる金属同士の溶接によって強固に封止される。このようにして電極端子530は蓋体120に固定され、その後に、電極端子530の内部接続部533と、集電体300の端子接続部310(図8参照)とが、レーザー溶接等によって接合される。この接合作業で生じる熱は、電極端子530まわりの封止部分に与えられる。しかし、本実施の形態では、軸部532と第二封止部材142との間はガラス製の第一封止部材141で封止され、かつ、ともに金属製の第二封止部材142と開口周縁部121aとは溶接されている。そのため、封止部材が樹脂材料で形成されている場合とは異なり、封止部材が熱によって損傷する可能性は低い。内部接続部533と端子接続部310との接合は溶接には限定されず、かしめまたはネジ留め等の他の手法が採用されてもよい。
以上説明したように、本実施の形態に係る蓄電素子20は、容器100と、容器100の第一方向(Z軸プラス方向)の蓋体120に設けられた開口部121を貫通して配置され、外部に露出する電極端子530と、封止部材140と、第一絶縁部材560とを備える。封止部材140は、電極端子530及び開口部121の周縁部である開口周縁部121aの間を封止する。第一絶縁部材560は、電極端子530が貫通した状態で、封止部材140の第一方向(Z軸プラス方向)(第一方向において封止部材140と対向する位置)に配置されている。封止部材140は、第一封止部材141と第二封止部材142とを有する。第一封止部材141は、電極端子530の、第一方向(Z軸プラス方向)と交差する第二方向(XY平面に平行な方向)の周面(外周面)に接して配置された絶縁性を有する部材である。第二封止部材142は、第一封止部材141及び開口周縁部121aの間を封止し、かつ、導電性を有する部材である。第一封止部材141のZ軸プラス方向の第一端面141aは、第一絶縁部材560と接合されている。
具体的には、本実施の形態では、封止部材140において、電極端子530の軸方向から見た場合に外側に位置する第二封止部材142が、導電性を有する金属で形成されている。従って、第二封止部材142と容器100の開口周縁部121aとを溶接等によって接合できる。これにより、封止部材140と容器100の開口周縁部121aとの間において高い気密性が得られる。第二封止部材142と電極端子530との間は第一封止部材141によって封止かつ電気的に絶縁され、導電性を有する第二封止部材142を含む封止部材140のZ軸プラス方向には第一絶縁部材560が配置される。従って、電極端子530にバスバー等の導電部材が接合された場合であっても、導電部材と容器100とが第二封止部材142を介して導通する可能性が低減される。さらに、第一封止部材141の、第一絶縁部材560に対向する第一端面141aが、第一絶縁部材560と接合されている。具体的には、本実施の形態では、上述のように、第一絶縁部材560はインサート成形によって形成される。そのため、第一絶縁部材560の形成過程において、樹脂材料は、第一封止部材141の第一端面141aの微細な凹凸に沿った状態で固化する。これにより、第一絶縁部材560の一部が第一端面141aに接合される。そのため、第一端面141aと第一絶縁部材560との間の隙間を介した放電が抑制される。つまり、電極端子530と第二封止部材142との電気的な絶縁性が向上される。従って、電極端子530と容器100とをより確実に電気的に絶縁できる。このように、本態様に係る蓄電素子20は、信頼性が向上された蓄電素子である。
第一封止部材141がガラスまたはセラミックで形成されている場合、仮に、成形済みの絶縁部材が、第一封止部材141の第一端面141aに押し当てられた状態になった場合、第一封止部材141の破損の可能性が生じる。しかしながら、本実施の形態では、インサート成形で第一絶縁部材560を形成するため、第一端面141aに接合する第一絶縁部材560が無理なく形成される。
本実施の形態では、第二封止部材142のZ軸プラス方向の第二端面142aは、第一絶縁部材560と接合されている。つまり、実質的に、封止部材140の第一絶縁部材560と対向する端面144a(図10及び図11参照)の全域が、第一絶縁部材560と接合されている。具体的には、第一端面141aと同様に、樹脂材料が、第二端面142aの微細な凹凸に沿った状態で固化することで、第一絶縁部材560の一部が第二端面142aに接合される。
この構成によれば、第二封止部材142の第一絶縁部材560に対向する第二端面142aが、第一絶縁部材560と接合されている。そのため、第二封止部材142の第一絶縁部材560と対向する部分における、電極端子530と第二封止部材142との絶縁性がさらに向上される。結露等によって電極端子530付近に付着した水が、第一絶縁部材560と第二端面142aとの界面に進入し難くなるため、水分に起因する微短絡または封止部材140等の劣化が抑制される。
本実施の形態では、封止部材140には、封止部材140のZ軸プラス方向の端面144aの一部である第一端面141aが、Z軸プラス方向において、端面144aの他の部分よりも蓋体120に近い位置に配置されている。これにより、第一端面141aの第一絶縁部材560と対向する位置に第一段差部145aが形成されている。第一絶縁部材560の一部は、第一段差部145aに充填されている。具体的には、図10及び図11に示すように、封止部材140の端面144aにおける、第一端面141aではない部分(第二端面142a)と、第一端面141aとのZ軸方向の位置を比較すると、第一端面141aの方が、蓋体120に近い位置にある。その結果、封止部材140の端面144aに第一段差部145aが生じている。
これは、第一封止部材141が、ガラスまたはセラミック等の焼結体であるためであり、これにより、第一封止部材141と電極端子530及び第二封止部材142との間の気密性を向上させることができる。しかし、ガラスまたはセラミック等は脆性が高いため、外力が作用することで損傷する可能性がある。この点に関し、本態様に係る蓄電素子20では、封止部材140において、第一封止部材141の第一端面141aは、第二封止部材142の第二端面142aよりも蓋体120に近い位置にあるため、第一封止部材141に外力が作用し難くなる。Z軸方向における第一端面141aと第二端面142aとの位置の違いにより形成された第一段差部145aには、第一絶縁部材560の一部が充填されるため、第一端面141aと第一絶縁部材560との隙間は埋められる。つまり、封止部材140による気密機能(封止機能)と、電気的な絶縁機能とを向上させることができる。
電極端子530は、開口部121を貫通して配置された軸部532と、第一絶縁部材560のZ軸プラス方向に配置され、Z軸プラス方向から見た場合の大きさが軸部532よりも大きい端子本体部531とを一体に有する、とすることもできる。つまり、軸部532と端子本体部531とは一体に形成されていてもよい。例えば、プレス加工、切削加工、または鋳造などの手段を用いて、軸部532と端子本体部531とを一体に備える電極端子530が作製されてもよい。内部接続部533についても同じであり、軸部532と内部接続部533とは一体に形成されていてもよい。いずれの場合であっても、第一絶縁部材560及び第二絶縁部材550のそれぞれを、インサート成形によって形成することで、適切な位置に配置可能である。
具体的には、第一封止部材141を焼結によって形成する場合、端子本体部531を有する電極端子530と第二封止部材142とを組み合わせた状態で焼結がなされるため、その後には、端子本体部531の存在により、第一絶縁部材560を取り付けることはできない。しかし、本実施の形態のように、インサート成形によって第一絶縁部材560を形成することで、第一封止部材141の第一端面141a等と接合された状態の第一絶縁部材560を形成できる。電極端子530が、軸部532よりも外径が大きい端子本体部531を有することで、電極端子530とバスバー等の導電部材との接合面積を大きくできる。このことも、蓄電素子20の信頼性の向上に寄与する。
以上、本発明の実施の形態2に係る蓄電素子20について説明したが、蓄電素子20は、電極端子530の周辺の構成として、図7~図12に示す構成とは異なる構成を有してもよい。そこで、電極端子530の周辺の構成についての変形例を、上記実施の形態との差分を中心に、図14を用いて説明する。
[3.実施の形態2の変形例]
図14は、実施の形態の変形例に係る電極端子530及びその周辺の構成を示す断面図である。図14における断面の位置は、図9における断面の位置に準じている。本変形例に係る蓄電素子20aにおいて、第一絶縁部材560aは、電極端子530が貫通した状態で、封止部材140のZ軸プラス方向に配置されている。封止部材140は、絶縁性を有する第一封止部材141と導電性を有する第二封止部材142とを備える。第一封止部材141のZ軸プラス方向の第一端面141aは、第一絶縁部材560aと接合されている。このように、基本的な構成において、本変形例に係る蓄電素子20aと、実施の形態2に係る蓄電素子20とは共通する。
図14は、実施の形態の変形例に係る電極端子530及びその周辺の構成を示す断面図である。図14における断面の位置は、図9における断面の位置に準じている。本変形例に係る蓄電素子20aにおいて、第一絶縁部材560aは、電極端子530が貫通した状態で、封止部材140のZ軸プラス方向に配置されている。封止部材140は、絶縁性を有する第一封止部材141と導電性を有する第二封止部材142とを備える。第一封止部材141のZ軸プラス方向の第一端面141aは、第一絶縁部材560aと接合されている。このように、基本的な構成において、本変形例に係る蓄電素子20aと、実施の形態2に係る蓄電素子20とは共通する。
本変形例に係る蓄電素子20aでは、第一絶縁部材560aは、開口部121の開口周縁部121aと接合された容器接合部565を有しており、この点で、実施の形態2に係る蓄電素子20とは異なる。具体的には、第一絶縁部材560a及び第二絶縁部材550が形成される前の段階の端子構造体536(図12参照)を蓋体120の開口周縁部121aに固定し、その後、インサート成形で、第一絶縁部材560a及び第二絶縁部材550を形成する。
この構成によれば、図14示すように、第一絶縁部材560aは、少なくとも、Z軸方向において封止部材140に対向する部分から開口周縁部121aに至るまでの間に連続して配置される。そのため、第一絶縁部材560aは、第二封止部材142に対してより広い範囲で電気的な絶縁性を向上させることができる。さらに、第一絶縁部材560aは、第二封止部材142と開口周縁部121aとの界面を覆うことができるため、当該界面に水分が進入することによる腐食または劣化等が抑制される。電極端子530に外力が与えられた場合、その外力は、第一絶縁部材560aを介して容器100の蓋体120に分散されるため、蓄電素子20aの耐衝撃性が向上される。
[4.実施の形態2の他の変形例]
以上、本発明の実施の形態2及びその変形例に係る蓄電素子について説明したが、本発明は、この実施の形態及びその変形例に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態及びその変形例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
以上、本発明の実施の形態2及びその変形例に係る蓄電素子について説明したが、本発明は、この実施の形態及びその変形例に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態及びその変形例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
第一絶縁部材560及び第二絶縁部材550の両方がインサート成形によって形成されることは必須ではない。第二絶縁部材550が、予め成形された部品として蓄電素子20に組み込まれてもよい。第二絶縁部材550は、容器100の内部に配置される。そのため、例えば第一絶縁部材560を形成する樹脂材料とは異なる種類の樹脂材料であって、電解液に対する耐性が高い樹脂材料で形成された部品として第二絶縁部材550を作製してもよい。この場合、内部接続部533が軸部532と接合される前であれば、軸方向において封止部材140と内部接続部533の間に位置すべき部材である第二絶縁部材550を、封止構造体535に取り付けることができる。
電極端子530において、軸部532の軸方向の両端に接合される端子本体部531及び内部接続部533のそれぞれは、軸方向から見た場合に円形である必要はない。軸方向から見た場合に矩形の金属板が、端子本体部531及び内部接続部533として採用されてもよい。この場合、第一絶縁部材560及び第二絶縁部材550は、端子本体部531及び内部接続部533の外形に応じた形状に形成されればよい。これにより、端子本体部531における、バスバー等の導電部材との接合面積を増加させることができる。内部接続部533における、集電体300の端子接続部310との接合面積を増加させることができる。
電極端子530は、端子本体部531を有しなくてもよい。軸部532の上端部(図13参照)が、端子本体部としての役割を果たしてもよい。つまり、軸部532の上端部にバスバー等の導電部材が直接接合されてもよい。電極端子530は、内部接続部533を有しなくてもよい。軸部532の下端部(図13参照)が、内部接続部としての役割を果たしてもよい。つまり、軸部532の下端部に集電体300が直接接合されてもよい。
第一絶縁部材560は、端子本体部531の端面に沿う、Z軸方向に立設された壁部を有する必要はない。第一絶縁部材560は、軸部532を貫通させる貫通孔を有する単純な平板形状に形成されてもよい。第二絶縁部材550についても同じであり、第二絶縁部材550は、軸部532を貫通させる貫通孔を有する単純な平板形状に形成されてもよい。
蓄電素子20は複数の電極体200を備えてもよい。蓄電素子20が、Y軸方向に並べられた2つの電極体200を備える場合、集電体300は、2つの電極体端部220と接続するため4つの脚部320を有してもよい。
蓄電素子20が備える電極体の種類は巻回型に限定されない。例えば、平板状極板を積層した積層型の電極体、または、長尺帯状の極板を山折りと谷折りとの繰り返しによって蛇腹状に積層した構造を有する電極体が、蓄電素子20に備えられてもよい。
集電体300の形状及びサイズは、図8等に示される形状及びサイズである必要はない。例えば集電体300が脚部320を有することは必須ではなく、集電体300は、電極体との接続部分(電極体接続部)として、電極体接続部の接続相手である電極体端部の形状、位置及び大きさ等に応じた態様の電極体接続部を有すればよい。蓄電素子20が備える電極体が、Z軸プラス方向の端部にタブ部(極板のタブの積層体)を有する場合を想定する。この場合、蓄電素子20が備える集電体は、電極端子530の内部接続部533と接合される端子接続部と、タブ部と接合される平板状の電極体接続部であって、厚み方向を、端子接続部と同じくZ軸方向に向けた姿勢で配置された電極体接続部とを有してもよい。
上記で説明された、実施の形態2に係る蓄電素子20に関する各種の補足事項は、変形例に係る第一絶縁部材560aを備える蓄電素子20に適用されてもよい。上記実施の形態2及びその変形例に含まれる構成要素を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
(実施の形態3)
[1.蓄電素子の全般的な説明]
まず、図15及び図16を用いて、本実施の形態に係る蓄電素子30の全般的な説明を行う。実施の形態1に係る蓄電素子10と共通する事項については、適宜省略する。図15は、実施の形態3に係る蓄電素子30の外観を示す斜視図である。図16は、実施の形態3に係る蓄電素子30の第1の分解斜視図である。具体的には、図16では、蓄電素子30から容器本体110を分離した状態が示されている。
[1.蓄電素子の全般的な説明]
まず、図15及び図16を用いて、本実施の形態に係る蓄電素子30の全般的な説明を行う。実施の形態1に係る蓄電素子10と共通する事項については、適宜省略する。図15は、実施の形態3に係る蓄電素子30の外観を示す斜視図である。図16は、実施の形態3に係る蓄電素子30の第1の分解斜視図である。具体的には、図16では、蓄電素子30から容器本体110を分離した状態が示されている。
蓄電素子30は、実施の形態1に係る蓄電素子10と同じく、電気を充電し、電気を放電することのできる二次電池(単電池)であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。蓄電素子30は、実施の形態1に係る蓄電素子10と同じく、移動体の駆動用またはエンジン始動用等のバッテリ等として用いられる。蓄電素子30は、家庭用または事業用等に使用される定置用のバッテリ等としても用いることができる。
蓄電素子30は、実施の形態1に係る蓄電素子10と同じく、非水電解質二次電池以外の二次電池、キャパシタ、使用者が充電をしなくても蓄えられている電気を使用できる一次電池、または、固体電解質を用いた電池であってもよい。本実施の形態では、直方体形状(角形)の蓄電素子30を図示しているが、蓄電素子30の形状は、直方体形状には限定されず、円柱形状、長円柱形状または直方体以外の多角柱形状等であってもよい。
図15に示すように、蓄電素子30は、容器100と、正極及び負極の電極端子630と、容器100における電極端子630の取り付け部分を封止する封止部材140とを備えている。容器100の内方には、電極体200と、正極及び負極の集電体300とが収容されている。容器100の内部には、電解液(非水電解質)が封入されているが、図示は省略する。当該電解液としては、蓄電素子30の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく、様々なものを選択できる。さらに容器100の内部に、図示しないスペーサ及び絶縁フィルム等が配置されていてもよい。
本実施の形態に係る容器100、容器100に収容されている電極体200及び集電体300の構成等については、実施の形態1で既に説明されているため、ここでの説明は省略する。
電極端子630は、集電体300を介して、電極体200の正極板または負極板に電気的に接続される端子(正極端子及び負極端子)である。つまり、電極端子630は、電極体200に蓄えられている電気を蓄電素子30の外部空間に導出し、電極体200に電気を蓄えるために蓄電素子30の内部空間に電気を導入するための金属製の部材である。電極端子630は、容器100のZ軸プラス方向の壁部(本実施の形態では蓋体120)に固定されている。
電極端子630は、蓋体120を貫通した状態で、封止部材140を介して蓋体120に固定されている。電極端子630の容器100の内部方向(Z軸マイナス方向)の端部は、集電体300に接合されている。電極端子630の容器100の外部方向(Z軸プラス方向)の端部には、バスバー等の導電部材(図示せず)が接合される。正極の電極端子630は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などで形成されており、負極の電極端子630は、銅または銅合金などで形成されている。電極端子630及びその周辺の構成については、図17~図21を用いて以下に説明する。
[2.電極端子及びその周辺の構成]
次に、実施の形態3に係る蓄電素子30における電極端子630及びその周辺の構成について、図16に加え、図17~図21を参照しながら説明する。図17は、実施の形態3に係る蓄電素子30の第2の分解斜視図である。図17では、蓄電素子30における電極端子630及びその周辺の構成要素が分離して示されている。図18は、実施の形態3に係る電極端子630及びその周辺の構成を示す断面図である。図18では、蓄電素子30の部分断面であって、図17のXVIII-XVIII線を通るXZ平面における部分断面が図示されており、電極体200及び容器本体110の図示は省略されている。図19は、実施の形態3に係る電極端子630の分解断面図である。図20は、実施の形態3に係る封止構造体635の外観斜視図である。図21は、実施の形態3に係る第一絶縁部材660の外観斜視図である。
次に、実施の形態3に係る蓄電素子30における電極端子630及びその周辺の構成について、図16に加え、図17~図21を参照しながら説明する。図17は、実施の形態3に係る蓄電素子30の第2の分解斜視図である。図17では、蓄電素子30における電極端子630及びその周辺の構成要素が分離して示されている。図18は、実施の形態3に係る電極端子630及びその周辺の構成を示す断面図である。図18では、蓄電素子30の部分断面であって、図17のXVIII-XVIII線を通るXZ平面における部分断面が図示されており、電極体200及び容器本体110の図示は省略されている。図19は、実施の形態3に係る電極端子630の分解断面図である。図20は、実施の形態3に係る封止構造体635の外観斜視図である。図21は、実施の形態3に係る第一絶縁部材660の外観斜視図である。
本実施の形態では、蓄電素子30が備える一対の電極端子630の周辺の構成は共通している。そのため、図17以降の図では、一対の電極端子630のうちの、X軸プラス方向の電極端子630及びその周辺について図示する。以下で説明される当該一方の電極端子630に関する事項は、他方の電極端子630に適用されてもよい。
本実施の形態に係る電極端子630は、図17及び図18に示すように、封止部材140を貫通した状態で封止部材140に固定されている。具体的には、電極端子630は、図18に示すように、外部のバスバー等と接合される外部接続部631と、封止部材140を貫通する軸部632と、容器100の内部の集電体300と接合される内部接続部633とを有している。外部接続部631及び内部接続部633は、円柱状の軸部632の外径よりも大きい外径を有する円盤状の導電部材である。封止部材140と外部接続部631との間には、第一絶縁部材660が配置され、封止部材140と内部接続部633との間には第二絶縁部材650が配置されている。このような状態で電極端子630を保持する封止部材140が、蓋体120の開口部121に挿入された状態で蓋体120に固定される。これにより、電極端子630は蓋体120の開口部121を貫通した状態で容器100に固定される。
第一絶縁部材660及び第二絶縁部材650は、電気的な絶縁性を有する樹脂材料によって形成されている。この樹脂材料としては、実施の形態1に係る内部絶縁板150と同じく、PP、PE、PPS、及びPET、PEEK等が例示される。
封止部材140は、電極端子630の軸部632の外周面を覆い、かつ、電気的な絶縁性を有する第一封止部材141と、第一封止部材141の外周に沿って配置され、かつ、導電性を有する第二封止部材142とを有する。つまり、導電性を有する封止部材140は、第一封止部材141、第一絶縁部材660及び第二絶縁部材650によって、電極端子630とは電気的に絶縁された状態で、電極端子630を保持している。
第一封止部材141は、例えば、ガラスまたは結晶化ガラス(ガラスセラミックとも呼ばれる)で形成された部材であり、電気的な絶縁性及び高い耐熱性を有する部材である。第二封止部材142は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金等の、容器100と同種の材料で形成された部材であり、蓋体120の開口周縁部121aに溶接されることで蓋体120に固定されている。このような構成で電極端子630を保持する封止部材140において、第一封止部材141は、例えばガラス材料を焼結することで形成される。これにより、電極端子630を一体に備える封止部材140が得られる。
より詳細には、第一封止部材141は、軸部632の径方向(XY平面に平行な方向)の周面(外周面)に接した状態で形成される。その結果、軸部632及び封止部材140を一体に有する封止構造体635(図19及び図20参照)が形成される。軸部632の径方向、XY平面に平行な方向は第二方向の一例である。この封止構造体635において、第一封止部材141は、軸部632の軸方向(Z軸方向と同じ、以下、単に「軸方向」ともいう。)において、第二封止部材142よりも引っ込んだ状態で形成される。具体的には、第一封止部材141は、ガラス材料を焼結することで形成される。この第一封止部材141の形成の過程において、ガラス材料を焼結し、冷却するときの第一封止部材141と第二封止部材142との線膨張差により、第二封止部材142は、内側の第一封止部材141と軸部632とを径方向内側に圧縮する。その結果、軸部632と第一封止部材141とが確実に密着し、かつ、第一封止部材141と第二封止部材142とが確実に密着する。さらに、図18~図20に示すように、第一封止部材141は、軸方向の両端において、第二封止部材142の端面よりも軸方向の中央寄り(蓋体120に近い位置)に配置された状態となる。軸方向における第一封止部材141の端部と第二封止部材142の端部との位置が常に一致するように、ガラス材料の量及び焼結条件等を制御するのは実質的に困難である。上記の冷却の際に、第二封止部材142が第一封止部材141を確実に圧縮するために、第二封止部材142は、軸方向において第一封止部材141よりも大きい必要がある。このような要因により、第一封止部材141は第二封止部材142に対して引っ込んだ状態に形成される。Z軸プラス方向、軸部の軸方向において端子本体部が配置される方向、または、電極端子530の容器100の外部方向は第一方向の例である。Z軸マイナス方向、軸部の軸方向において集電体が配置される方向、または、電極端子530の容器100の内部方向は第三方向の例である。
具体的には、第一封止部材141の第一端面141aは、第二封止部材142の第二端面142aよりも蓋体120に近い位置に配置され、これにより、第一端面141aのZ軸プラス方向(Z軸プラス方向において第一端面141aと対向する位置)に第一段差部145aが形成される。第一封止部材141の第三端面141bは、第二封止部材142の第四端面142bよりも蓋体120に近い位置に配置され、これにより、第三端面141bのZ軸マイナス方向(Z軸マイナス方向において第一端面141aと対向する位置)に第二段差部145bが形成される。Z軸マイナス方向は、第三方向の一例である。このように第一段差部145a及び第二段差部145bを有する封止部材140に対し、本実施の形態では、これら段差部を埋めるように絶縁部材が配置される。
具体的には、上記の封止構造体635に対し、第一絶縁部材660の貫通孔661(図19参照)に、軸部632の上端部(Z軸プラス方向の端部)を貫通させ、その上端部と外部接続部631とを溶接または圧接等によって接合する。第二絶縁部材650の貫通孔651に、軸部632の下端部(Z軸マイナス方向の端部)を貫通させ、その下端部と内部接続部633とを溶接または圧接等によって接合する。これら外部接続部631及び内部接続部633と、軸部632との接合の際、外部接続部631及び内部接続部633のそれぞれは、軸部632に向けて押圧された状態で接合される。これにより、外部接続部631及び内部接続部633と軸部632とが良好に接合されるとともに、封止部材140が有する段差部が、絶縁部材の一部によって埋められる。
より詳細には、第一絶縁部材660は、図18~図21に示すように、封止部材140の第一段差部145aに対向する位置に配置された第一凸部662を有する。第一凸部662は、外部接続部631が軸部632に接合される際に、外部接続部631から押圧力を受けることで、第一段差部145aにおいて押し広げられ、その結果、第一段差部145aは第一凸部662に埋められる。第二段差部145bについても同様であり、第二絶縁部材650が有する第二凸部652は、内部接続部633が軸部632に接合される際に、内部接続部633から押圧力を受けることで、第二段差部145bにおいて押し広げられる。その結果、第二段差部145bは第二凸部652に埋められる。
上記の工程を経ることで電極端子630と封止部材140とは一体化される。つまり、電極端子630と封止部材140との間は、軸部632に一体化された第一封止部材141によって強固に封止される。さらに、封止部材140と、容器100の開口周縁部121aとの間は、第二封止部材142及び開口周縁部121aによる金属同士の溶接によって強固に封止される。このようにして電極端子630は蓋体120に固定され、その後に、電極端子630の内部接続部633と、集電体300の端子接続部310(図17参照)とが、レーザー溶接等によって接合される。この接合作業で生じる熱は、電極端子630まわりの封止部分に与えられる。しかし、本実施の形態では、軸部632と第二封止部材142との間はガラス製の第一封止部材141で封止され、かつ、ともに金属製の第二封止部材142と開口周縁部121aとは溶接されている。そのため、封止部分が樹脂材料で形成されている場合とは異なり、封止部分が熱によって損傷する可能性は低い。内部接続部633と端子接続部310との接合は溶接には限定されず、かしめまたはネジ留め等の他の手法が採用されてもよい。
本実施の形態では、封止部材140に一体化された電極端子630は、図17に示すように、蓋体120の下方から、開口部121に挿入されて蓋体120に固定される。そのため、電極端子630が蓋体120に固定される前に、電極端子630の内部接続部633に、集電体300の端子接続部310が接合されてもよい。
以上説明したように、本実施の形態に係る蓄電素子30は、容器100と、容器100の第一方向(Z軸プラス方向)の壁部である蓋体120に設けられた開口部121を貫通して配置され、外部に露出する電極端子630と、封止部材140と、第一絶縁部材660とを備える。封止部材140は、電極端子630及び開口部121の周縁部である開口周縁部121aの間を封止している。第一絶縁部材660は、電極端子630が貫通した状態で、封止部材140の第一方向(Z軸プラス方向)(第一方向において封止部材140と対向する位置)に配置されている。封止部材140は、第一封止部材141と第二封止部材142とを有する。第一封止部材141は、電極端子630の、第一方向(Z軸プラス方向)と交差する第二方向(XY平面に平行な方向)の周面(外周面)に接して配置された絶縁性を有する部材である。第二封止部材142は、第一封止部材141及び開口周縁部121aの間を封止し、かつ、導電性を有する部材である。封止部材140には、Z軸プラス方向において、第一封止部材141の第一端面141aが、第二封止部材142の第二端面142aよりも蓋体120に近い位置に配置されていることで、第一端面141aのZ軸プラス方向に第一段差部145aが形成されている。第一絶縁部材660は、第一段差部145aに収容される第一凸部662を有する。
この構成によれば、電極端子630の軸方向から見た場合に外側に位置する第二封止部材142は、導電性を有する金属等で形成されるため、容器100の壁部と溶接等によって接合できる。そのため封止部材140と容器100の開口周縁部121aとの間における高い気密性を得ることができる。第二封止部材142と電極端子630との間は第一封止部材141によって電気的に絶縁される。さらに、第一封止部材141と第二封止部材142とで材料が異なることで、第一端面141aが第二端面142aよりも引っ込んだ状態で第一段差部145aが形成された場合であっても、第一凸部662がその第一段差部145aを埋めるように配置される。
ここで、第一段差部145aが空であるとした場合(第一凸部662に埋められていない場合)を想定する。この場合、軸部632の径方向において、軸部632と、導電性を有する第二封止部材142とが、空の第一段差部145aを介して対向することになる。この場合、軸部632と第二封止部材142とは近い位置にあるため、電極端子630に大きな電流が流れた場合、第一段差部145aを介した放電が生じる可能性がある。つまり、電極端子630と容器100とが第二封止部材142を介して導通する可能性がある。しかしながら、本実施の形態では、軸方向において第一段差部145aと対向する位置に、第一絶縁部材660の第一凸部662が設けられており、第一段差部145aは、第一凸部662に埋められる。従って、電極端子630と第二封止部材142との間の第一段差部145aを介した放電が抑制される。つまり、電極端子630と第二封止部材142との電気的な絶縁性がより確実に確保される。このように、本実施の形態に係る蓄電素子30は、信頼性が向上された蓄電素子である。
本実施の形態において、第一凸部662は、第一絶縁部材660の第一凸部662以外の部分である絶縁本体部663(図21参照)よりも柔軟性が高い、とすることもできる。
この構成によれば、第一段差部145aの表面と第一凸部662との密着度を向上させることで、電極端子630と第二封止部材142との絶縁をより確実にしつつ、絶縁本体部663の機械的な強度を維持または向上を図ることができる。このような第一絶縁部材660は、硬化後の剛性が互いに異なる2種類の樹脂を一体に成形する2色成形によって作製できる。第一凸部662を、絶縁本体部663とは別体(別部品)として作製することも可能である。第一凸部662が、絶縁本体部663とは別体である場合については、変形例として後述する。これらの第一絶縁部材660についての補足事項は、第二絶縁部材650についても適用できる。
本実施の形態では、第一封止部材141は、第一絶縁部材660よりも脆性が高い素材で形成されている。具体的には、第一絶縁部材660は、PP、PE、PPS、PET、またはPEEK等の樹脂で形成されており、第一封止部材141はガラスまたは結晶化ガラスによって形成されている。この場合、例えば焼結によって第一封止部材141が形成されるため、第一封止部材141と電極端子630及び第二封止部材142との間において高い気密性を得ることができる。つまり、封止部材140による気密機能(封止機能)と、電気的な絶縁機能とを向上させることができる。本実施の形態に係る蓄電素子30では、封止部材140において、第一封止部材141の第一端面141aは、その周囲の第二封止部材142から引っ込んだ位置にあるため、第一封止部材141に外力が作用し難い。これにより、脆性が高い第一封止部材141の損傷の可能性は低減される。
本実施の形態において、蓄電素子30はさらに、電極端子630が貫通した状態で、封止部材140のZ軸プラス方向とは反対方向である第三方向(Z軸マイナス方向)の側方に配置された第二絶縁部材650を備える。封止部材140には、図18及び図19に示すように、Z軸マイナス方向において、第一封止部材141の第三端面141bが、第二封止部材142の第四端面142bよりも蓋体120に近い位置に配置されていることで、第三端面141bのZ軸マイナス方向に第二段差部145bが形成されている。第二絶縁部材650は、第二段差部145bに収容される第二凸部652を有する。
この構成によれば、第一封止部材141と第二封止部材142との材料が異なることにより、封止部材140において、第一段差部145aの反対側に第二段差部145bが形成された場合であっても、第二絶縁部材650の第二凸部652が第二段差部145bを埋めるように配置される。従って、電極端子630と第二封止部材142との間の第二段差部145bを介した放電が抑制され、これにより、蓄電素子30の信頼性がより向上される。
以上、本発明の実施の形態3に係る蓄電素子30について説明したが、蓄電素子30は、電極端子630の周辺の構成として、図16~図21に示す構成とは異なる構成を有してもよい。そこで、電極端子630の周辺の構成についての変形例を、上記実施の形態3との差分を中心に、図22及び図23を用いて説明する。
[3.実施の形態3の変形例]
図22は、実施の形態3の変形例に係る第一絶縁部材660aの構成を示す拡大断面図である。図22では、第一絶縁部材660aの、第一凸部662a及びその周辺の部分断面が図示されており、その断面の位置は、図18における断面の位置に準じている。図23は、実施の形態3の変形例に係る第一絶縁部材660aの構成を示す斜視図である。図23では、第一凸部662が絶縁本体部663aから離された状態で、第一絶縁部材660aが図示されている。
図22は、実施の形態3の変形例に係る第一絶縁部材660aの構成を示す拡大断面図である。図22では、第一絶縁部材660aの、第一凸部662a及びその周辺の部分断面が図示されており、その断面の位置は、図18における断面の位置に準じている。図23は、実施の形態3の変形例に係る第一絶縁部材660aの構成を示す斜視図である。図23では、第一凸部662が絶縁本体部663aから離された状態で、第一絶縁部材660aが図示されている。
本変形例に係る第一絶縁部材660aは、実施の形態3に係る第一絶縁部材660と同じく、電極端子630の軸部632が貫通する貫通孔661aと、第一段差部145aに収容される第一凸部662aを有している。しかし、第一絶縁部材660aにおいて、第一凸部662aが絶縁本体部663aとは別体である点で、第一絶縁部材660とは異なる。具体的には、第一絶縁部材660aにおいて、第一凸部662aは、絶縁本体部663aとは別体である補助部材664により形成されている。
この構成によれば、例えば、絶縁本体部663aの素材として機械的な強度の高い樹脂を採用し、かつ、第一凸部662aを形成する補助部材664として、ゴム等の柔軟性が高い素材で形成された部材を採用できる。つまり、絶縁本体部663a及び第一凸部662aの素材の自由度が高いため、蓄電素子30に求められる仕様に応じ、かつ、電気的な絶縁性能が向上された第一絶縁部材660aを得ることができる。
上述のように、第一凸部662と絶縁本体部663とが一体である場合であっても、互いに異なる種類の樹脂を用いた2色成形によって、第一凸部662の方が絶縁本体部663よりも柔軟性が高い第一絶縁部材660を形成することは可能である。この場合は、第一絶縁部材660を単一の部品として扱える点で有利である。一方、本変形例のように、第一凸部662aと絶縁本体部663aとを別体とした場合、第一凸部662a及び絶縁本体部663aそれぞれの仕様(素材及び形状等)の自由度が大きくなる点で有利である。
封止部材140のZ軸マイナス方向に、第一絶縁部材660aと同様に、絶縁本体部と第二凸部とが別体である第二絶縁部材が配置されてもよい。
[4.実施の形態3の他の変形例]
以上、本発明の実施の形態3及びその変形例に係る蓄電素子について説明したが、本発明は、この実施の形態3及びその変形例に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態3及びその変形例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
以上、本発明の実施の形態3及びその変形例に係る蓄電素子について説明したが、本発明は、この実施の形態3及びその変形例に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態3及びその変形例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
第一絶縁部材660及び第二絶縁部材650の素材は、PP、PE、PPS、または、PET等の樹脂である必要はない。例えばガラス繊維もしくはセラミック等の樹脂以外の材料と、樹脂材料との組み合わせによって第一絶縁部材660または第二絶縁部材650が形成されてもよい。例えば、絶縁本体部663(663a)を、ガラス繊維で強化された樹脂材料で形成し、第一凸部662(662a)を、シリコン樹脂のような耐熱性が高くかつ柔軟性が高い樹脂材料で形成してもよい。
電極端子630において、軸部632の軸方向の両端に接合される外部接続部631及び内部接続部633のそれぞれは、軸方向から見た場合に円形である必要はない。軸方向から見た場合に矩形の金属板が、外部接続部631及び内部接続部633として採用されてもよい。この場合、第一絶縁部材660及び第二絶縁部材650は、外部接続部631及び内部接続部633の外形に応じた形状に形成されればよい。これにより、外部接続部631における、バスバー等の導電部材との接合面積を増加させることができる。内部接続部633における、集電体300の端子接続部310との接合面積を増加させることができる。
電極端子630を構成する外部接続部631、軸部632、及び内部接続部633の全てが同一の材料で形成されている必要はない。電極端子630は、アルミニウム合金製の外部接続部631及び軸部632と、銅合金製の内部接続部633とを有してもよい。これにより、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されたバスバーと外部接続部631とを良好に接合でき、かつ、銅または銅合金で形成された負極の集電体300と内部接続部633とを良好に接合できる。この場合、軸部632と内部接続部633とは、圧延接合等の、異種金属同士を強固に接合する手法によって接合されてもよい。このことは、軸部632と内部接続部633との接合箇所だけでなく、外部接続部631、軸部632、及び内部接続部633のうちの異種金属同士の接合が必要な箇所に適用される。
第一絶縁部材660は、外部接続部631の端面に沿う、Z軸方向に立設された壁部を有する必要はない。第一絶縁部材660は、軸部632を貫通させる貫通孔661を有する単純な平板状の部材であってもよい。第二絶縁部材650についても同じであり、第二絶縁部材650は、軸部632を貫通させる貫通孔651を有する単純な平板状の部材であってもよい。
蓄電素子30は複数の電極体200を備えてもよい。蓄電素子30が、Y軸方向に並べられた2つの電極体200を備える場合、集電体300は、2つの電極体端部220と接続するため4つの脚部320を有してもよい。
蓄電素子30が備える電極体の種類は巻回型に限定されない。例えば、平板状極板を積層した積層型の電極体、または、長尺帯状の極板を山折りと谷折りとの繰り返しによって蛇腹状に積層した構造を有する電極体が、蓄電素子30に備えられてもよい。
集電体300の形状及びサイズは、図17等に示される形状及びサイズである必要はない。例えば集電体300が脚部320を有することは必須ではなく、集電体300は、電極体との接続部分(電極体接続部)として、電極体接続部の接続相手である電極体端部の形状、位置及び大きさ等に応じた態様の電極体接続部を有すればよい。蓄電素子30が備える電極体が、Z軸プラス方向の端部にタブ部(極板のタブの積層体)を有する場合を想定する。この場合、蓄電素子30が備える集電体は、電極端子630の内部接続部633と接合される端子接続部と、タブ部と接合される平板状の電極体接続部であって、厚み方向を、端子接続部と同じくZ軸方向に向けた姿勢で配置された電極体接続部とを有してもよい。
上記で説明された、実施の形態3に係る蓄電素子30に関する各種の補足事項は、変形例に係る第一絶縁部材660aを備える蓄電素子30に適用されてもよい。上記実施の形態3及びその変形例に含まれる構成要素を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
上記で説明された、実施の形態1~3及びそれらの変形例に含まれる構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。実施の形態2及び実施の形態3の蓄電素子において、実施の形態1に記載されるように絶縁部材を封止部材より大きくしてもよい。実施の形態3の外部接続部は、実施の形態2の端子本体部として取り扱うこともできる。
本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子等に適用できる。
10、10a、20、20a、30 蓄電素子
100 容器
120 蓋体
121 開口部
121a 開口周縁部
130、530、630 電極端子
140 封止部材
141 第一封止部材
141a 第一端面
141b 第三端面
142 第二封止部材
142a 第二端面
142b 第四端面
144a 端面
145 突出部
145a 第一段差部
145b 第二段差部
151、161、311、651、661、661a 貫通孔
160、160a 絶縁部材
164 係合部
200 電極体
300 集電体(正極集電体、負極集電体)
400 導電部材
531 端子本体部
532、632 軸部
533、633 内部接続部
535、635 封止構造体
536 端子構造体
550、650 第二絶縁部材
552、652 第二凸部
560、560a、660、660a 第一絶縁部材
562、662、662a 第一凸部
565 容器接合部
663、663a 絶縁本体部
664 補助部材
100 容器
120 蓋体
121 開口部
121a 開口周縁部
130、530、630 電極端子
140 封止部材
141 第一封止部材
141a 第一端面
141b 第三端面
142 第二封止部材
142a 第二端面
142b 第四端面
144a 端面
145 突出部
145a 第一段差部
145b 第二段差部
151、161、311、651、661、661a 貫通孔
160、160a 絶縁部材
164 係合部
200 電極体
300 集電体(正極集電体、負極集電体)
400 導電部材
531 端子本体部
532、632 軸部
533、633 内部接続部
535、635 封止構造体
536 端子構造体
550、650 第二絶縁部材
552、652 第二凸部
560、560a、660、660a 第一絶縁部材
562、662、662a 第一凸部
565 容器接合部
663、663a 絶縁本体部
664 補助部材
Claims (16)
- 容器と、
前記容器の壁部に設けられた開口部を貫通して配置された電極端子と、
前記電極端子と前記開口部の周縁部である開口周縁部との間を封止する封止部材であって、前記電極端子と電気的に絶縁され、かつ、導電性を有する封止部材と、
前記封止部材の、前記壁部と反対側に位置し、かつ、前記電極端子の側方に配置された部分を有する絶縁部材と、
を備える蓄電素子。 - 前記絶縁部材は、前記電極端子の軸方向から見た場合において、前記封止部材よりも大きい、
請求項1記載の蓄電素子。 - 前記封止部材は、
前記電極端子に接して配置され、絶縁性を有し、かつ、前記絶縁部材とは別体の第一封止部材と、
前記第一封止部材及び前記開口周縁部の間に配置された、導電性を有する第二封止部材と、を有する、
請求項1または2記載の蓄電素子。 - 前記絶縁部材は、前記電極端子を貫通させる貫通孔を有する、
請求項1~3のいずれか一項に記載の蓄電素子。 - 前記封止部材は、前記壁部から前記容器の外側に向けて突出した部分である突出部を有する、
請求項1~4のいずれか一項に記載の蓄電素子。 - 前記絶縁部材は、前記容器の外部において前記電極端子に接続される導電部材と係合する係合部を有する、
請求項1~5のいずれか一項に記載の蓄電素子。 - 前記電極端子は、前記容器の第一方向の前記壁部に設けられた前記開口部を貫通して配置され、かつ、外部に露出し、
前記絶縁部材は、前記電極端子が貫通した状態で、前記封止部材の前記第一方向に配置されており、
前記封止部材は、前記電極端子の、前記第一方向と交差する第二方向の周面に接して配置された絶縁性を有する第一封止部材と、前記第一封止部材及び前記開口周縁部の間を封止し、かつ、導電性を有する第二封止部材とを有し、
前記第一封止部材の前記第一方向の第一端面は、前記絶縁部材と接合されている、
請求項1記載の蓄電素子。 - 前記第二封止部材の前記第一方向の第二端面は、前記絶縁部材と接合されている、
請求項7記載の蓄電素子。 - 前記封止部材には、前記封止部材の前記第一方向の端面の一部である前記第一端面が、前記第一方向において、前記端面の他の部分よりも前記壁部に近い位置に配置されていることで、前記第一端面の前記絶縁部材と対向する位置に段差部が形成されており、
前記絶縁部材の一部は、前記段差部に充填されている、
請求項7または8記載の蓄電素子。 - 前記絶縁部材は、前記開口部の前記開口周縁部と接合された容器接合部を有する、
請求項7~9のいずれか一項に記載の蓄電素子。 - 前記電極端子は、
前記開口部を貫通して配置された軸部と、
前記絶縁部材の前記第一方向に配置され、前記第一方向から見た場合の大きさが、前記軸部よりも大きい端子本体部とを一体に有する、
請求項7~10のいずれか一項に記載の蓄電素子。 - 前記電極端子は、前記容器の第一方向の前記壁部に設けられた前記開口部を貫通して配置されており、かつ、外部に露出し、
前記絶縁部材は、前記電極端子が貫通した状態で、前記封止部材の前記第一方向に配置されており、
前記封止部材は、前記電極端子の、前記第一方向と交差する第二方向の周面に接して配置された絶縁性を有する第一封止部材と、前記第一封止部材及び前記開口周縁部の間を封止し、かつ、導電性を有する第二封止部材とを有し、
前記封止部材には、前記第一方向において、前記第一封止部材の第一端面が、前記第二封止部材の第二端面よりも前記壁部に近い位置に配置されていることで、前記第一端面の前記第一方向に第一段差部が形成されており、
前記絶縁部材である第一絶縁部材は、前記第一段差部に収容される第一凸部を有する、
請求項1記載の蓄電素子。 - 前記第一凸部は、前記第一絶縁部材の前記第一凸部以外の部分である絶縁本体部よりも柔軟性が高い、
請求項12記載の蓄電素子。 - 前記第一絶縁部材において、前記第一凸部は、前記絶縁本体部とは別体である補助部材により形成されている、
請求項13記載の蓄電素子。 - 前記第一封止部材は、前記第一絶縁部材よりも脆性が高い素材で形成されている、
請求項12~14のいずれか一項に記載の蓄電素子。 - さらに、前記電極端子が貫通した状態で、前記封止部材の前記第一方向とは反対方向である第三方向に配置された第二絶縁部材を備え、
前記封止部材には、前記第三方向において、前記第一封止部材の第三端面が、前記第二封止部材の第四端面よりも前記壁部に近い位置に配置されていることで、前記第三端面の前記第三方向に第二段差部が形成されており、
前記第二絶縁部材は、前記第二段差部に収容される第二凸部を有する、
請求項12~15のいずれか一項に記載の蓄電素子。
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- 2021-09-28 WO PCT/JP2021/035585 patent/WO2022071298A1/ja active Application Filing
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