JP6286997B2

JP6286997B2 - 蓄電素子

Info

Publication number: JP6286997B2
Application number: JP2013202320A
Authority: JP
Inventors: 久幸山根
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: JP2015069803A

Description

この発明は、蓄電素子に関する。

従来、蓄電素子としては、特開２００９−２７７６０４号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この蓄電素子は、容器と、上記容器の外部に露出する外部端子と、上記容器内に収容されている電極体と、上記外部端子と上記電極体とを電気的に接続する集電体とを備えている。容器は、開口部を有する容器本体と、容器本体の開口部を閉じる蓋体とを有する。蓋体は、容器内の圧力を減圧する安全弁を有する。

特開２００９−２７７６０４号公報

ところで、上記従来の蓄電素子では、上記容器内の圧力が上昇し、上記蓋体の上記安全弁が開放されたとき、蓋体と電極体との間が負圧になって、電極体が安全弁に押しつけられる。すると、容器内のガスは、安全弁から放出されず、容器内の圧力上昇により、容器本体と蓋体との溶接部に亀裂が生じ、この亀裂からガスが流出するという問題がある。

そこで、この発明の課題は、安全弁が開放したとき、電極体が安全弁を塞ぐことを阻止して、容器の亀裂の発生を防止する蓄電素子を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の蓄電素子は、互いに対向する第１面および第２面と、上記第１面および上記第２面に交差すると共に互いに対向する第３面および第４面とを有する容器と、上記容器の外部に少なくとも一部が配置されている外部端子と、上記容器内に収容されている電極体と、上記外部端子と上記電極体とを電気的に接続する集電体とを備え、上記容器の上記第１面には、上記容器内の圧力を減圧する安全弁が設けられ、上記容器内の上記第１面と上記電極体との間には、上記容器の上記第１面側への上記電極体の移動を規制する規制部材が配置されており、上記規制部材は、上記電極体を上記容器の上記第２面側に付勢する弾性体であり、一部が上記容器の上記第３面に取り付けられ、他部が上記容器の上記第４面に取り付けられ、上記一部と上記他部の間が上記容器の上記第１面に向けて突出していることを特徴としている。

この発明の蓄電素子によれば、上記容器は、容器の第１面に、容器内の圧力を減圧する安全弁を有し、上記規制部材は、容器に取り付けられ、容器の第１面と電極体との間に配置されて、容器の第１面側への電極体の移動を規制する。これにより、容器内の圧力が上昇し、安全弁が開放されたとき、容器の第１面と電極体との間が負圧になって、電極体が容器の第１面側に引き寄せられても、規制部材は、容器の第１面側への電極体の移動を規制することができる。したがって、安全弁が開放したとき、電極体が安全弁を塞ぐことを阻止して、容器の亀裂の発生を防止する。

また、上記規制部材は、電極体を、容器の第１面に対向する第２面側に付勢する。これにより、規制部材は、容器の第１面側への電極体の移動を、一層確実に規制することができる。

さらに、上記規制部材の一部は、容器の第３面に取り付けられ、規制部材の他部は、容器の第４面に取り付けられている。これにより、容器内の圧力の上昇により、容器が膨らんで、容器の第３面と第４面とが離隔すると、規制部材が広げられる。すると、規制部材の湾曲部分は、容器の膨らみに追従して広げられつつ、電極体を第２面側に押しつける。したがって、容器内の圧力が、上昇するほど、規制部材の電極体の移動を規制する規制力が、増大して、電極体が安全弁を塞ぐことを一層確実に阻止できる。

また、一実施形態の蓄電素子では、上記規制部材は、上記容器の上記第１面に向けて湾曲した湾曲部と、上記湾曲部の両端から上記容器の上記第１面に向けて突出し、上記一部と上記他部を構成する一対の折り返し部とを有し、上記容器の上記第３面と上記第４面は、上記規制部材の上記折り返し部が係止し、上記第１面に向けた上記規制部材の移動を規制する段部を有する。

この発明の蓄電素子によれば、上記容器は、容器の第１面に、容器内の圧力を減圧する安全弁を有し、上記規制部材は、容器に取り付けられ、容器の第１面と電極体との間に配置されて、容器の第１面側への電極体の移動を規制する。これにより、安全弁が開放したとき、電極体が安全弁を塞ぐことを阻止して、容器の亀裂の発生を防止する。

本発明の第１実施形態の蓄電素子を示す斜視図である。蓄電素子の電極体の端部方向からみた断面図である。蓄電素子の電極体の外側面方向からみた断面図である。蓄電素子の作用を説明する説明図である。本発明の第２実施形態の蓄電素子を示す端部方向からみた断面図である。本発明の第３実施形態の蓄電素子を示す端部方向からみた断面図である。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、この発明の第１実施形態の蓄電素子を示す斜視図である。図１に示すように、この蓄電素子は、容器１と、この容器１内に収容されている電極体３とを備えている。この蓄電素子は、例えば、リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池である。

上記容器１は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金からなる。容器１は、開口部を有する容器本体１０と、この容器本体１０の開口部を閉じる蓋体１１とを有する。容器１内には、電解液が充填されている。

上記蓋体１１は、平面視矩形状の板部材と、板部材の中央部の開口部に装着された安全弁８とを有する。安全弁８は、略Ｈ字状の薄肉部を有し、容器１内の圧力が異常に上昇した場合に、薄肉部が裂けて容器１内の圧力を減圧する。

上記電極体３は、正極シート３１と負極シート３２とセパレータとを有する。正極シート３１と負極シート３２とセパレータは、正極シート３１と負極シート３２との間にセパレータが介在するように、重ね合わされている。

上記正極シート３１は、正極金属箔と、この正極金属箔の両面に形成された正極活物質層とを有する。正極金属箔は、例えば、アルミニウム箔である。正極シート３１は、幅方向の一端において、正極金属箔が露出した正極リード部３１ａを有する。

上記負極シート３２は、負極金属箔と、この負極金属箔の両面に形成された負極活物質層とを有する。負極金属箔は、例えば、銅箔である。負極シート３２は、幅方向の一端において、負極金属箔が露出した負極リード部３２ａを有する。

上記正極シート３１と上記負極シート３２とは、セパレータに対して幅方向の反対側にそれぞれ位置をずらせた状態で長円形状に巻回されている。つまり、電極体３の幅方向の一方の端部に、正極シート３１の正極リード部３１ａが露出しており、電極体３の幅方向の他方の端部に、負極シート３２の負極リード部３２ａが露出している。ここで、電極体３の幅方向とは、図１の電極体３の左右方向をいう。

上記セパレータは、多孔性の樹脂フィルムからなる。セパレータは、正極シート３１と負極シート３２との間に、両方の活物質層を覆うようにして配置されている。電極体３の両端部では、正極シート３１と負極シート３２との間に、セパレータは、介在していない。

上記電極体３の正極側端部（正極シート３１の正極リード部３１ａ）には、正極側集電体４Ａが接続され、上記電極体３の負極側端部（負極シート３２の負極リード部３２ａ）には、負極側集電体４Ｂが接続されている。正極側集電体４Ａと負極側集電体４Ｂは、容器１内に収容されている。正極側集電体４Ａは、アルミニウムからなり、負極側集電体４Ｂは、銅からなる。

上記正極側集電体４Ａおよび上記負極側集電体４Ｂは、それぞれ、２つの板状の集電部４１を有する。集電部４１は、電極体３の外側面３ａに沿うように、下方向に延在している。正極側集電体４Ａの２つの集電部４１は、正極シート３１の正極リード部３１ａを挟持し、負極側集電体４Ｂの２つの集電部４１は、負極シート３２の負極リード部３２ａを挟持する。集電部４１は、正極リード部３１ａと負極リード部３２ａに、超音波溶接により、接合されている。

上記蓋体１１には、正極側外部端子２Ａおよび負極側外部端子２Ｂが取り付けられている。正極側外部端子２Ａは、電極体３の正極側端部に対応する位置に、配置されている。負極側外部端子２Ｂは、電極体３の負極側端部に対応する位置に、配置されている。正極側外部端子２Ａは、アルミニウムからなり、負極側外部端子２Ｂは、銅からなる。外部端子２Ａ，２Ｂの一部は、容器１の外部に、配置されている。

上記電極体３の正極シート３１の正極リード部３１ａは、正極側集電体４Ａを介して、正極側外部端子２Ａに電気的に接続される。上記電極体３の負極シート３２の負極リード部３２ａは、負極側集電体４Ｂを介して、負極側外部端子２Ｂに電気的に接続される。

上記外部端子２Ａ，２Ｂは、それぞれ、接続杆２１とボルト２２とを有する。接続杆２１は、蓋体１１の外部に位置する。ボルト２２は、接続杆２１に螺合されて、ボルト２２の先端部が、上方に突出している。接続杆２１と蓋体１１との間には、パッキン５が取り付けられている。

上記外部端子２Ａ，２Ｂと上記蓋体１１と上記接続杆２１とは、図示しないリベットなどによって、連結される。このように、集電体４Ａ，４Ｂは、外部端子２Ａ，２Ｂに電気的に接続される。集電体４Ａ，４Ｂと外部端子２Ａ，２Ｂとは、蓋体１１に一体に固定される。

図１と図２に示すように、上記容器１は、上面（第１面）１ａと、底面（第２面）１ｂと、右側面（第３面）１ｃと、左側面（第４面）１ｄとを有する。上面１ａは、安全弁８が取り付けられる面である。底面１ｂは、上面１ａに対向する面である。右側面１ｃおよび左側面１ｄは、上面１ａおよび底面１ｂに交差し互いに対向する面である。右側面１ｃおよび左側面１ｄは、電極体３の外側面３ａに対向する。

上記容器１の上面１ａ（つまり、蓋体１１）と上記電極体３との間に、規制部材６が配置されている。規制部材６は、容器１内に取り付けられ、容器１の上面１ａ側への電極体３の移動を規制する。

上記規制部材６は、弾性体であり、電極体３を、容器１の底面１ｂ側に、弾発的に付勢する。規制部材６は、容器１の上面１ａ側に凸となる湾曲状に形成されている。規制部材６の両端部のうち一端部は、容器１の右側面１ｃに取り付けられ、規制部材６の両端部のうち他端部は、容器１の左側面１ｄに取り付けられている。

具体的に述べると、上記規制部材６は、板バネである。規制部材６は、例えば、絶縁性を有する樹脂や金属からなる。規制部材６は、湾曲部６１と、この湾曲部６１の両端に取り付けられる折り返し部６２とを有する。

上記湾曲部６１は、容器１の上面１ａ側に凸となるように、湾曲している。湾曲部６１は、逆Ｕ字状に形成されている。湾曲部６１は、容器１の上面１ａと電極体３との間に位置している。湾曲部６１は、電極体３の上部を覆っている。

上記折り返し部６２は、湾曲部６１の両下端から上方に折り曲げられて形成される。上記容器１の右側面１ｃおよび左側面１ｄの上部には、段付部１０ａが設けられている。折り返し部６２は、段付部１０ａに係止して、規制部材６は、上方への移動を規制される。折り返し部６２は、右側面１ｃおよび左側面１ｄに、湾曲部６１や折り返し部６２の弾発力により、押しつけられる。なお、折り返し部６２は、右側面１ｃおよび左側面１ｄに、溶接などにより固定されていてもよい。

図３に示すように、上記規制部材６は、２つある。この２つの規制部材６は、電極体３の幅方向の両端部のそれぞれに、配置されている。規制部材６は、電極体３の幅方向において、安全弁８と集電体４Ａ，４Ｂとの間に配置されている。２つの規制部材６の幅Ｌの合計は、正極側集電体４Ａの集電部４１と負極側集電体４Ｂの集電部４１との間の幅Ｈ以下であることが望ましい。また、安全弁８の直下に、規制部材６が配置されないことが望ましい。

上記実施形態によれば、上記容器１は、容器１の上面１ａに，安全弁８を有し、上記規制部材６は、容器１に取り付けられ、容器１の上面１ａと電極体３との間に配置されて、容器１の上面１ａ側への電極体３の移動を規制する。これにより、容器１内の圧力が上昇し、安全弁８が開放されたとき、容器１の上面１ａと電極体３との間が負圧になって、電極体３が容器１の上面１ａ側に引き寄せられても、規制部材６は、容器１の上面１ａ側への電極体３の移動を規制することができる。したがって、安全弁８が開放したとき、電極体３が安全弁８を塞ぐことを阻止して、容器１の亀裂の発生を防止する。

また、上記規制部材６は、電極体３を、容器１の上面１ａに対向する底面１ｂ側に、弾発的に付勢する。これにより、規制部材６は、容器１の上面１ａ側への電極体３の移動を、一層確実に規制することができる。

また、上記規制部材６は、容器１の上面１ａ側に凸となる湾曲状に形成され、規制部材６の一端部は、容器１の右側面１ｃに取り付けられ、規制部材６の他端部は、容器１の左側面１ｄに取り付けられている。これにより、図４に示すように、容器１内の圧力の上昇により、容器１が膨らんで、容器１の右側面１ｃと左側面１ｄとが離隔すると、規制部材６が広げられる。すると、規制部材６の湾曲部６１は、容器１の膨らみに追従して広げられつつ、電極体３を底面１ｂ側に押しつける。したがって、容器１内の圧力が、上昇するほど、規制部材６の電極体３の移動を規制する規制力が、増大して、電極体３が安全弁８を塞ぐことを一層確実に阻止できる。

また、２つの規制部材６の幅Ｌの合計は、正極側集電体４Ａの集電部４１と負極側集電体４Ｂの集電部４１との間の幅Ｈ以下であることが望ましい。これにより、集電体４Ａ，４Ｂと規制部材６とが干渉することを防ぐことができる。また、安全弁８の直下に、規制部材６が配置されないことが望ましい。これにより、ガスの流れを安全弁８の直下で確保することができる。つまり、電極体３の上方を通過して安全弁８から流出するガスの経路を確保できる。

（第２の実施形態）
図５は、この発明の第２実施形態の蓄電素子を示す断面図である。この第２の実施形態は、上記第１の実施形態とは、規制部材の取付位置のみが相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、この第２の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。

図５に示すように、この第２実施形態の蓄電素子では、規制部材６の折り返し部６２は、容器１の上面１ａ（蓋体１１）に係止している。容器１の上面１ａは、規制部材６の上方への移動を規制する。折り返し部６２は、右側面１ｃおよび左側面１ｄに、湾曲部６１や折り返し部６２の弾発力により、押しつけられる。なお、折り返し部６２は、上面１ａ、または、右側面１ｃおよび左側面１ｄに、溶接などにより固定されていてもよい。これにより、規制部材６は、容器１の上面１ａ側への電極体３の移動を規制する。

上記実施形態によれば、安全弁８が開放したとき、電極体３が安全弁８を塞ぐことを阻止して、容器１の亀裂の発生を防止する。

（第３の実施形態）
図６は、この発明の第３実施形態の蓄電素子を示す断面図である。この第３の実施形態は、上記第１の実施形態とは、電極体の数量が相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、この第３の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。

図６に示すように、この第３実施形態の蓄電素子は、２つの電極体３，３を有する。この２つの電極体３，３は、互いの外側面３ａ，３ａが対向するように、並列に配置されている。

規制部材６の湾曲部６１は、容器１の上面１ａと２つの電極体３，３との間に位置している。湾曲部６１は、２つの電極体３，３の上部を覆っている。規制部材６の折り返し部６２は、容器１の段付部１０ａに係止して、規制部材６は、上方への移動を規制される。これにより、規制部材６は、容器１の上面１ａ側への電極体３の移動を規制する。

上記実施形態によれば、複数の電極体３においても、安全弁８が開放したとき、電極体３が安全弁８を塞ぐことを阻止して、容器１の亀裂の発生を防止する。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。例えば、上記第１から上記第３の実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。

上記第１から上記第３実施形態では、規制部材の数量を、２つとしたが、１つ、または、３つ以上としてもよい。

上記第１から上記第３実施形態では、規制部材を、弾性体としたが、剛体としてもよく、容器の上面側への電極体の移動を規制すればよい。

上記第１から上記第３実施形態では、規制部材を、板バネとしたが、ゴムなどの弾性体としてもよい。

上記第１から上記第３実施形態では、規制部材を、電極体の幅方向の端部に配置したが、電極体の幅方向の中央部に配置するようにしてもよい。

上記第１から上記第３実施形態では、安全弁を容器の上面に配置し、規制部材を容器の上面と電極体との間に配置したが、安全弁を容器の上面以外の他の面に配置し、規制部材を容器の他の面と電極体との間に配置して、規制部材により、容器の他の面側への電極体の移動を規制するようにしてもよい。

上記第１から上記第３実施形態では、容器の材質の例として、アルミニウム、アルミニウム合金を例示したが、他の材質、例えばステンレス鋼、鉄、ニッケル、およびニッケル鋼などでも本発明の効果は制限されない。集電体の材質として、アルミニウムおよび銅を例示したが、他の材質であっても本発明の効果は制限されない。また、容器や集電体に、ニッケルメッキ等を実施しても、本発明の効果は制限されない。また、安全弁の形状や構成、あるいは、集電体と電極体の接合方法によっても、本発明の効果は制限されない。

上記第１から上記第３実施形態では、長円形状の巻回型の電極体について説明したが、積層型の電極体であってもよい。また、蓄電素子として、非水電解質二次電池について説明したが、キャパシタ等であっても同様に適用可能である。

１容器
１ａ上面（第１面）
１ｂ底面（第２面）
１ｃ右側面（第３面）
１ｄ左側面（第４面）
１０容器本体
１０ａ段付部（段部）
１１蓋体
２Ａ正極側外部端子
２Ｂ負極側外部端子
３電極体
３ａ外側面
３１正極シート
３１ａ正極リード部
３２負極シート
３２ａ負極リード部
４Ａ正極側集電体
４Ｂ負極側集電体
６規制部材
６１湾曲部
６２折り返し部（一部と他部）
８安全弁

Claims

互いに対向する第１面および第２面と、上記第１面および上記第２面に交差すると共に互いに対向する第３面および第４面とを有する容器と、
上記容器の外部に少なくとも一部が配置されている外部端子と、
上記容器内に収容されている電極体と、
上記外部端子と上記電極体とを電気的に接続する集電体とを備え、
上記容器の上記第１面には、上記容器内の圧力を減圧する安全弁が設けられ、
上記容器内の上記第１面と上記電極体との間には、上記容器の上記第１面側への上記電極体の移動を規制する規制部材が配置されており、
上記規制部材は、上記電極体を上記容器の上記第２面側に付勢する弾性体であり、一部が上記容器の上記第３面に取り付けられ、他部が上記容器の上記第４面に取り付けられ、上記一部と上記他部の間が上記容器の上記第１面に向けて突出していることを特徴とする蓄電素子。
請求項１に記載の蓄電素子において、
上記規制部材は、上記容器の上記第１面に向けて湾曲した湾曲部と、上記湾曲部の両端から上記容器の上記第１面に向けて突出し、上記一部と上記他部を構成する一対の折り返し部とを有し、
上記容器の上記第３面と上記第４面は、上記規制部材の上記折り返し部が係止し、上記第１面に向けた上記規制部材の移動を規制する段部を有することを特徴とする蓄電素子。