JP2017220324A - 蓄電素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の巻回型の電極体を収容するケースの内部温度の上昇を抑えた蓄電素子を提供する。【解決手段】電極が巻回される複数の電極体2と、巻回中心軸が互いに平行となる状態で複数の電極体2を収容するケース3と、を備え、ケース3は、隣り合う電極体2の間に向かって凹む凹部3110を有することで、隣り合う電極体2の各外周面とケース3との間に形成される空間の容積が抑えられ、電極体2で生じた熱のケース3から外部への放熱性が向上し、ケース3の内部温度の上昇が抑えられる蓄電素子1。【選択図】図4
Description
本発明は、巻回型の複数の電極体を備える蓄電素子に関する。
従来から複数の電極組立体を備えた二次電池が知られている(特許文献1参照)。この二次電池は、図18に示すように、複数の電極組立体101、第一集電板102、ケース103、及びキャップ組立体104を含む。
複数の電極組立体101のそれぞれは、薄い板型或いは膜型に形成された第一電極板、セパレータ、及び第二電極板を積層して巻回することで形成される。このため、複数の電極組立体101の各外周面は、円柱面状である。これら複数の電極組立体101は、ケース103内において一方向に並列して配置される。
前記一方向に配置される複数の電極組立体101の一側端部には、前記第一電極板と電気的に連結されるための第一集電板102が結合される。また、複数の電極組立体101の他側端部には、前記第二電極板と電気的に連結されるために極性を有するケース103が接触する。このとき、第一集電板102と電極組立体101の一側端部(前記第一電極板)とは、溶接によって結合されている。また、ケース103と電極組立体101の他側端部(前記第二集電板)とも、溶接によって結合されている。
ケース103は、電解液、複数の電極組立体101、及び第一集電板102が収納されるように、底部105と、底部105から延長された側壁部106と、を含んでいる。このケース103は、導電性金属で形成され、一つの極性を有する電極の役割をする。即ち、ケース103は、複数の電極組立体101の他側端部(前記第二電極板)と電気的に連結され、第二集電板としての役割をする。
キャップ組立体104は、ケース103を密封するキャッププレート107と、キャッププレート107を貫通して第一集電板102と連結される第一電極端子108と、第一電極端子108に形成されたねじ山に沿って締結されて、第一電極端子108をキャッププレート107に固定する第一ナット109と、を含む。
以上の二次電池100では、ケース103及びキャップ組立体104の内部に、円柱面状の外周面を有する複数の電極組立体101が配置されているため、電極組立体101とケース103との間の空間が、ケース103及びキャップ組立体104の内部いっぱいに一つの電極組立体が配置される二次電池に比べて大きくなる。二次電池100において、前記空間には、熱伝導性の低い気体(空気や気化した電解液等)が存在するため、前記空間が大きくなると、電極組立体101の内部で生じた熱がケース103の外部に放出され難くなり、ケース103及びキャップ組立体104の内部温度が上昇しやすくなる。
そこで、本実施形態は、複数の巻回型の電極体を収容するケースの内部温度の上昇を抑えた蓄電素子を提供することを目的とする。
本実施形態の蓄電素子は、
電極が巻回される複数の電極体と、
巻回中心軸が互いに平行となる状態で前記複数の電極体を収容するケースと、を備え、
前記ケースは、隣り合う電極体の間に向かって凹む凹部を有する。
電極が巻回される複数の電極体と、
巻回中心軸が互いに平行となる状態で前記複数の電極体を収容するケースと、を備え、
前記ケースは、隣り合う電極体の間に向かって凹む凹部を有する。
かかる構成によれば、隣り合う電極体の間に向けて凹む凹部をケースが有することで、隣り合う電極体の各外周面とケースとの間に形成される空間の容積が抑えられ、これにより、該空間に充満する熱伝導性の低い気体による断熱作用(電極体からケースに向かう熱に対する断熱作用)が抑えられる。その結果、電極体で生じた熱のケースから外部への放熱性が向上し、ケースの内部温度の上昇が抑えられる。
前記蓄電素子では、
前記凹部は、巻回中心軸方向に延びると共に、該凹部の両端を巻回中心軸方向に開放してもよい。
前記凹部は、巻回中心軸方向に延びると共に、該凹部の両端を巻回中心軸方向に開放してもよい。
このように、ケースにおいて凹部が巻回中心軸方向に延び且つ凹部の両端を巻回中心軸方向に開放していることで、該凹部に蓄電素子の温度調整用の流体を流し易くなる、若しくは、前記流体を流すための配管等を設置し易くなる。
また、前記蓄電素子では、
前記隣り合う電極体は、互いに間隔をあけて配置され、
前記ケースにおける前記隣り合う電極体の間と対応する部位では、対向する内面同士が互いに接続されてもよい。
前記隣り合う電極体は、互いに間隔をあけて配置され、
前記ケースにおける前記隣り合う電極体の間と対応する部位では、対向する内面同士が互いに接続されてもよい。
かかる構成によれば、ケースの内面において接続されている部位同士の間隔が維持されるため、ガスの発生等によるケース内圧の上昇や、電極体が膨張しようとしたときの該ケースの膨らみが効果的に抑えられる。
また、前記蓄電素子では、
前記複数の電極体と共に前記ケースに収容される電解液と、
前記ケースの収容空間において前記隣り合う電極体の間に配置される介装部材と、を備え、
前記介装部材は、断熱性及び絶縁性の少なくとも一方を有し、且つ、前記収容空間における前記隣り合う電極体のうちの一方の電極体が収容されている領域と、前記収容空間における前記隣り合う電極体のうちの他方の電極体が収容されている領域との間の前記電解液の移動が許容された状態で配置されてもよい。
前記複数の電極体と共に前記ケースに収容される電解液と、
前記ケースの収容空間において前記隣り合う電極体の間に配置される介装部材と、を備え、
前記介装部材は、断熱性及び絶縁性の少なくとも一方を有し、且つ、前記収容空間における前記隣り合う電極体のうちの一方の電極体が収容されている領域と、前記収容空間における前記隣り合う電極体のうちの他方の電極体が収容されている領域との間の前記電解液の移動が許容された状態で配置されてもよい。
かかる構成によれば、隣り合う電極体同士の熱的な絶縁及び電気的な絶縁のうちの少なくとも一方の絶縁を図ることにより、前記隣り合う電極体のうちの一方の電極体の温度が大きく上昇したときの熱影響が前記隣り合う電極体のうちの他方の電極体に及ぶこと、及び、前記隣り合う電極体同士の短絡、の少なくとも一方を防ぎつつ、一部の電極体で電解液不足が生じるのを防ぐことができる。
以上より、本実施形態によれば、複数の巻回型の電極体を収容するケースの放熱性を向上させた蓄電素子を提供することができる。
以下、本発明に係る蓄電素子の一実施形態について、図1〜図6を参照しつつ説明する。蓄電素子には、一次電池、二次電池、キャパシタ等がある。本実施形態では、蓄電素子の一例として、充放電可能な二次電池について説明する。尚、本実施形態の各構成部材(各構成要素)の名称は、本実施形態におけるものであり、背景技術における各構成部材(各構成要素)の名称と異なる場合がある。
本実施形態の蓄電素子は、非水電解質二次電池である。より詳しくは、蓄電素子は、リチウムイオンの移動に伴って生じる電子移動を利用したリチウムイオン二次電池である。この種の蓄電素子は、電気エネルギーを供給する。蓄電素子は、単一又は複数で使用される。具体的に、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧が小さいときには、単一で使用される。一方、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧の少なくとも一方が大きいときには、他の蓄電素子と組み合わされて蓄電装置に用いられる。前記蓄電装置では、該蓄電装置に用いられる蓄電素子が電気エネルギーを供給する。
蓄電素子は、図1〜図5に示すように、電極23、24が巻回される電極体2と、電極体2を収容するケース3と、を備える。また、蓄電素子1は、ケース3の外面に配置される外部端子4と、電極体2と外部端子4とを導通させる集電体(内部部材)5と、を備える。本実施形態の蓄電素子1は、電極体2とケース3との間に配置される絶縁部材(絶縁材)6等も、備える。
電極体2は、積層された状態で巻回されている電極(正極23及び負極24)を有する、いわゆる巻回型の電極体である。具体的に、電極体2は、巻芯21と、正極23と負極24とが互いに絶縁された状態で積層され、且つ巻芯21の周囲に巻回された積層体22と、を備える(図3〜図5参照)。電極体2においてリチウムイオンが正極23と負極24との間を移動することにより、蓄電素子1が充放電する。本実施形態の蓄電素子1は、複数(図2〜図5では、三つ)の電極体2を備える。
巻芯21は、通常、絶縁材料によって形成される。本実施形態の巻芯21は、筒状である。この巻芯21は、可撓性又は熱可塑性を有するシートを巻回することによって形成される。本実施形態の前記シートは、合成樹脂によって形成されている。
正極23は、帯状の金属箔231と、金属箔231に重ねられる正極活物質層232と、を有する。この正極活物質層232は、金属箔231における幅方向の一方の端縁部(非被覆部)を露出させた状態で、該金属箔231に重ねられている。本実施形態の金属箔231は、例えば、アルミニウム箔である。
負極24は、帯状の金属箔241と、金属箔241に重ねられる負極活物質層242と、を有する。この負極活物質層242は、金属箔241における幅方向の他方(正極23の金属箔231の非被覆部と反対側)の端縁部(非被覆部)を露出させた状態で、該金属箔241に重ねられている。本実施形態の金属箔241は、例えば、銅箔である。
本実施形態の電極体2では、以上のように構成される正極23と負極24とがセパレータ25によって絶縁された状態で巻回される。即ち、本実施形態の電極体2では、正極23、負極24、及びセパレータ25の積層体22が巻回されている。
セパレータ25は、絶縁性を有する部材であり、正極23と負極24との間に配置される。これにより、電極体2(詳しくは、積層体22)において、正極23と負極24とが互いに絶縁される。また、セパレータ25は、ケース3内において、電解液を保持する。これにより、蓄電素子1の充放電時において、セパレータ25を挟んで交互に積層される正極23と負極24との間を、リチウムイオンが移動可能となる。
このセパレータ25は、帯状であり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、ポリアミドなどの多孔質膜によって構成される。本実施形態のセパレータ25は、SiO2粒子、Al2O3粒子、ベーマイト(アルミナ水和物)、カオリン(アルミノシリケート)等の無機粒子を含んだ無機層を、多孔質膜によって形成された基材の上に設けることで形成されている。本実施形態のセパレータ25の基材は、例えば、ポリエチレンによって形成される。
セパレータ25の幅方向の寸法は、負極活物質層242の幅より大きい。セパレータ25は、正極活物質層232と負極活物質層242とが厚さ方向(積層方向)に重なるように幅方向に位置ずれした状態で重ね合わされた正極23と負極24との間に配置される。このとき、正極23の非被覆部と、負極24の非被覆部とは重なっていない。即ち、正極23の非被覆部が、正極23と負極24との重なる領域から幅方向(積層方向と直交する方向)に突出し、且つ、負極24の非被覆部が、正極23と負極24との重なる領域から幅方向(正極23の非被覆部の突出方向と反対の方向)に突出する。このような状態で積層された正極23、負極24、及びセパレータ25(即ち、積層体22)が巻回されることによって、電極体2が形成される。また、本実施形態の電極体2では、正極23の非被覆部又は負極24の非被覆部のみが積層された部位によって、電極体2における非被覆積層部26が構成される。
この非被覆積層部26は、電極体2の各極に設けられる。即ち、正極23の非被覆部のみが積層された非被覆積層部26が電極体2における正極の非被覆積層部を構成し、負極24の非被覆部のみが積層された非被覆積層部26が電極体2における負極の非被覆積層部を構成する。
ケース3は、巻回中心軸Cが互いに平行となる状態で複数の電極体2を収容する。本実施形態のケース3は、複数の電極体2を、巻回中心軸Cが互いに平行で且つ巻回中心軸Cと直交する方向に一列に並んだ状態で収容する。このとき、ケース3は、巻回中心軸Cの方向の一方側に正極の非被覆積層部26が位置し、巻回中心軸Cの方向の他方側に負極の非被覆積層部26が位置するように、各電極体2を収容している。
このケース3は、隣り合う電極体2の間に向かって凹む凹部3110を有する。本実施形態のケース3は、少なくとも一つ(図1及び図4では、四つ)の凹部3110を有する。凹部3110は、巻回中心軸Cの方向に延びると共に、凹部3110の両端を巻回中心軸Cの方向に開放している。尚、以下では、巻回中心軸Cの延びる方向をX軸方向とし、複数の電極体2が並ぶ方向をZ軸方向とし、X軸方向とZ軸方向とに直交する方向をY軸方向とする。また、Z軸方向に並ぶ複数の電極体2において、一方の端(図4では上端)から順に、第一電極体2A、第二電極体2B、第三電極体2Cと称することもある。
具体的に、ケース3は、開口を有するケース本体31と、ケース本体31の開口を塞ぐ(閉じる)蓋板32と、を有する。ケース3は、複数の電極体2及び集電体5等と共に、電解液を内部空間(収容空間)33(図3参照)に収容する。このため、ケース3は、電解液に耐性を有する金属によって形成される。本実施形態のケース3は、例えば、アルミニウム、又は、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料によって形成される。
電解液は、非水溶液系電解液である。電解液は、有機溶媒に電解質塩を溶解させることによって得られる。有機溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類である。電解質塩は、LiClO4、LiBF4、及びLiPF6等である。本実施形態の電解液は、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートを、プロピレンカーボネート:ジメチルカーボネート:エチルメチルカーボネート=3:2:5の割合で調整した混合溶媒に、1mol/LのLiPF6を溶解させたものである。
ケース3は、図1〜図4に示すように、ケース本体31の開口周縁部34と、蓋板32の周縁部とを重ね合わせた状態で接合することによって形成される。また、ケース3では、ケース本体31と蓋板32とによって内部空間33が画定されている。本実施形態のケース3では、ケース本体31の開口周縁部34と蓋板32の周縁部とが溶接によって接合されている。
ケース本体31は、一対の主壁部311と、一対の側壁部312と、を有する。本実施形態のケース本体31では、一対の主壁部311が、Y軸方向の両側から複数の電極体2を覆い、一対の側壁部312が、X軸方向の両側から複数の電極体2を覆う。即ち、一対の主壁部311がY軸方向に対向し、一対の側壁部312がX軸方向に対向する。そして、ケース本体31の開口周縁部34が、各主壁部311のZ軸方向の端縁部と、各側壁部312のZ軸方向の端縁部と、によって構成されている。本実施形態の開口周縁部34は、Z軸方向視において、X軸方向に長い矩形である(図2参照)。尚、本実施形態のケース本体31では、電極体2を収容するときには、図2の二点鎖線で示す状態で集電体5、蓋板32等が接続された複数の電極体2が配置され、ケース本体31の二分割されている部位(二点鎖線で示す部位)が矢印αの方向に起された後、側壁部312の中央部が溶接される。
一対の主壁部311のそれぞれは、Z軸方向に並ぶ複数の電極体2の周面に沿った板状の部位であり、少なくとも一つの凹部3110(図1では、第一凹部3110Aと第二凹部3110Bとの二つの凹部)を有する。凹部3110は、ケース3の一部が互いに隣り合う二つの電極体2の間に向けて凹むことにより形成される。本実施形態の凹部3110は、主壁部311が互いに隣り合う二つの電極体2の周面(外周面)に沿うことによって形成されている。即ち、第一凹部3110Aは、主壁部311が第一電極体2Aと第二電極体2Bとの周面に沿うことによって形成され、第二凹部3110Bは、主壁部311が第二電極体2Bと第三電極体2Cとの周面に沿うことによって形成されている。
詳しくは、主壁部311は、図4に示すようなX軸方向視において、第一電極体2AのY軸方向の頂部位置から第二電極体2B側と反対側に向けてZ軸方向に延びる第一部位3111を有する。また、主壁部311は、第一電極体2AのY軸方向の頂部位置から第二電極体2B側に向けて第一電極体2Aの周面を覆うように円弧状に延びる第二部位3112と、第二電極体2BのY軸方向の頂部位置から第一電極体2A側に向けて第二電極体2Bの周面を覆うように円弧状に延びる第三部位3113とを有する。これら円弧状に延びる第二部位3112と第三部位3113との先端同士が接続されていることで、第一凹部3110Aが形成されている。また、主壁部311は、X軸方向視において、第二電極体2BのY軸方向の頂部位置から第三電極体2C側に向けて第二電極体2Bの周面を覆うように円弧状に延びる第四部位3114と、第三電極体2CのY軸方向の頂部位置から第二電極体2B側に向けて第三電極体2Cの周面を覆うように円弧状に延びる第五部位3115とを有する。これら円弧状に延びる第四部位3114と第五部位3115との先端同士が接続されていることで、第二凹部3110Bが形成されている。さらに、主壁部311は、X軸方向視において、第三電極体2CのY軸方向の頂部位置から第二電極体2B側と反対側に向けて第三電極体2Cの周面を覆うように円弧状に延びる第六部位3116を有する。この円弧状に延びる第六部位3116の先端は、当該第六部位3116を含む主壁部311(一対の主壁部311のうちの一方の主壁部311)と異なる主壁部311(一対の主壁部311のうちの他方の主壁部311)の第六部位3116の先端と接続されている。
一対の側壁部312のそれぞれは、Y軸方向に対向する一対の主壁部311の端縁間を塞ぐ板状の部位である。即ち、側壁部312のY軸方向の端縁と、主壁部311のX軸方向の端縁とが接続されている。
以上のように構成されるケース本体31の電極体2間と対応する部位では、Y軸方向に対向する一対の主壁部311の内面間に、内部空間33において隣り合う電極体2のうちの一方の電極体2が収容されている領域と、内部空間33において隣り合う電極体2のうちの他方の電極体2が収容されている領域との間の電解液の移動を許容する隙間313が、形成されている。この隙間313により、ケース本体31では、内部空間33において第一電極体2Aが配置される第一領域331と、内部空間33において第二電極体2Bが配置される第二領域332と、の間の電解液の移動が許容されると共に、第二領域332と、内部空間33において第三電極体2Cが配置される第三領域333と、の間の電解液の移動が許容されている。
尚、ケース3(ケース本体31)内において、電極体2が配置される領域間の電解液の移動を許容する構成は、隙間313に限定されない。隙間313と対応する位置に、前記領域間の電解液の移動を許容する液絡部材が配置される構成でもよい。
例えば、液絡部材は、柔軟性や耐電解液性の観点から、多孔質ポリオレフィン樹脂(低密度又は高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリプロピレンの混合)、多孔質PEEK樹脂、多孔質ラテックス樹脂、多孔質フッ素樹脂によって形成される。また、液絡部材は、これらの樹脂と、無機粒子又は多孔質無機粒子と、の混合物によって形成されてもよい。また、液絡部材は、表面を親液化した部材、又は表面にスリット(細い複数の溝等)を有する部材でもよい。この表面を親液化した部材、又は表面にスリットを有する部材は、例えば、ポリオレフィン、フッ素樹脂等の有機材料、又はセラミック、ガラス等の無機材料の表面に、微細加工処理(レーザ、サンドブラスト、ナノインプリント等)、表面官能基付与処理(コロナ放電処理、プラズマ処理等)等を施して親液性を向上させたブロック状又はシート状の部材である。
蓋板32は、ケース本体31の開口を塞ぐ板状の部材である。この蓋板32の輪郭は、Z軸方向から見て、ケース本体31の開口周縁部34に対応した形状である。即ち、蓋板32の輪郭は、Z軸方向から見て、X軸方向に長い矩形状である。この蓋板32は、ケース本体31の開口を塞ぐように該ケース本体31に当接する。より具体的には、蓋板32が開口を塞ぐように、蓋板32の周縁部がケース本体31の開口周縁部34に重ねられる。開口周縁部34と蓋板32とが重ねられた状態で、蓋板32とケース本体31との境界部が溶接される。これにより、ケース3が構成される。
外部端子4は、他の蓄電素子の外部端子又は外部機器等と電気的に接続される部位である。外部端子4は、導電性を有する部材によって形成される。例えば、外部端子4は、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料、銅又は銅合金等の銅系金属材料等の溶接性の高い金属材料によって形成される。本実施形態の外部端子4は、図1〜図4に示す通り、バスバ等が溶接可能な面41を有する。
集電体5は、ケース3内に配置され、複数の電極体2のそれぞれと通電可能に直接又は間接に接続される。集電体5は、導電性を有する部材によって形成され、ケース3の内面に沿って配置される。本実施形態の集電体5は、複数の電極体2を並列に接続する。この集電体5は、外部端子4と通電可能に接続される第一接続部51と、複数の電極体2のそれぞれと通電可能に接続される第二接続部52と、第一接続部51と第二接続部52とを接続する屈曲部53と、を有する。本実施形態の集電体5では、屈曲部53がケース3内の蓋板32と側壁部312との境界近傍に配置され、第一接続部51が屈曲部53から蓋板32に沿って延びると共に、第二接続部52が屈曲部53から側壁部312に沿って延びる(図3参照)。
以上のように構成される集電体5は、蓄電素子1の正極と負極とにそれぞれ配置される。本実施形態の蓄電素子1では、ケース3内において、各電極体2の正極の非被覆積層部26側と、負極の非被覆積層部26側とにそれぞれ配置される。正極の集電体5と負極の集電体5とは、異なる素材によって形成される。具体的に、正極の集電体5は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成され、負極の集電体5は、例えば、銅又は銅合金によって形成される。
絶縁部材6は、図3及び図4に示すように、ケース3(詳しくはケース本体31)と電極体2との間に配置される。この絶縁部材6は、絶縁性を有する樹脂によって形成されている。本実施形態の絶縁部材6は、所定の形状に裁断された絶縁性を有するシート状の部材である。
以上の蓄電素子1によれば、隣り合う電極体2の間に向けて凹む凹部3110をケース3が有することで、隣り合う電極体2の外周面とケース3との間に形成される空間の容積が抑えられ、これにより、該空間に充満する熱伝導性の低い気体(空気や、気化した電解液等)による断熱作用(電極体2からケース3に向かう熱に対する断熱作用)が抑えられる。その結果、電極体2で生じた熱のケース3から外部への放熱性が向上し、ケース3の内部温度の上昇が抑えられる。
しかも、隣り合う電極体2の間に向けて凹む凹部3110をケース3が有することで、該ケース3の内部空間(複数の電極体2が収容される空間)33と外部空間とを隔てるケース3の内面と外面との面積がそれぞれ大きくなる。このため、ケース3が内部(電極体2等)から受け取ることができる熱量、及び該ケース3から外部空間に放出できる熱量がそれぞれ大きくなる。その結果、蓄電素子1では、凹部3110のない(例えば、直方体状の)ケースに比べて放熱性が向上する。
さらに、上記実施形態の蓄電素子1では、各電極体2の外周面における多くの領域が、薄いシート状の絶縁部材6を介してケース3と接触している。このため、各電極体2は、内部で発生した熱を、該接触している領域からケース3を通じて外部へ効率よく放出できる。これにより、蓄電素子1のケース3の内部温度の上昇が、より効果的に抑えられる。
また、本実施形態の蓄電素子1では、凹部3110が、X軸方向に延びると共に、該凹部3110の両端をX軸方向に開放している。これにより、蓄電素子1を、例えば自動車のような該蓄電素子1を電源とする装置等に設置したときに、凹部3110に蓄電素子1の温度調整用の流体を流し易くなる、若しくは、図6に示すように前記流体を流すための配管7等を設置し易くなる。
尚、本発明の蓄電素子は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。
上記実施形態の蓄電素子1では、複数の電極体2のそれぞれが円筒状であるが、この構成に限定されない。電極体2は、扁平な筒状であってもよい。この場合、複数の電極体2は、巻回中心軸Cが各電極体の長径方向に並ぶように配置されてもよく、例えば図7及び図8に示すように、巻回中心軸Cが各電極体2の短径方向に並ぶように配置されてもよい。
上記実施形態の蓄電素子1では、複数の電極体2が並列に接続されているが、この構成に限定されない。複数の電極体2が直列に接続されてもよい。
上記実施形態の蓄電素子1では、複数の電極体2が互いの巻回中心軸Cが平行な状態でZ軸方向に一列に配置されているが、この構成に限定されない。複数の電極体2は、例えば図9に示すように複数列となるように配置されてもよく、図10に示すように所定の仮想軸8を囲むように配置されていてもよい。即ち、複数の電極体2は、巻回中心軸Cを平行にした状態で互いに隣り合う二つの電極体2の間にケース3の一部が入り込んで凹部3110が形成されるような部位が生じるような配置であればよい。
上記蓄電素子1では、凹部3110は、主壁部311を横切るように一方の端から他方の端まで連続して延びているが、この構成に限定されない。凹部3110は、断続していてもよく、図11に示すようにケース3の一部のみに形成されていてもよい。
また、上記実施形態の蓄電素子1では、凹部3110は、互いに隣り合う電極体2の周面に沿った断面形状を有しているが、この構成に限定されない。凹部3110は、ケース3の一部(板状の部位)が互いに隣り合う電極体2の間に向けて凹んでいればよく、例えば図12に示すような互いに隣り合う電極体2の周面に沿っていない(周面と平行でない)断面形状でもよい。
上記実施形態の蓄電素子1では、隣り合う電極体2の周面(外周面)同士が接しているが、この構成に限定されない。例えば、図13〜図15に示すように、隣り合う電極体2の周面同士が接していない、即ち、隣り合う電極体2が互いに間隔をあけて配置されてもよい。この場合、ケース3における互いに隣り合う電極体2の間と対応する部位314では、ケース3の対向する内面同士が互いに接続されている(図13では、溶接されて溶接部315が形成されている)ことが好ましい。かかる構成によれば、ケース3の内面において接続されている部位同士の間隔が維持されるため、ガスの発生等によるケース3の内圧の上昇や、電極体2が膨張しようとしたときの該ケース3の膨らみが効果的に抑えられる。この場合、溶接部315がZ軸方向の一部に形成されることで、ケース3の内部空間33における電極体2が収容されている領域間の電解液の移動が許容される。
上記実施形態の蓄電素子1では、隣り合う電極体2の間に、部材等が配置されていないが、この構成に限定されない。蓄電素子1は、図16に示すように、互いに隣り合う電極体2の間に、介装部材316が配置されてもよい。この介装部材316は、断熱性及び絶縁性の少なくとも一方を有し、且つ、内部空間33における互いに隣り合う電極体2のうちの一方の電極体2が収容されている領域(例えば、図16に示す第一領域331)と、内部空間33における互いに隣り合う電極体2のうちの他方の電極体2が収容されている領域(例えば、図16に示す第二領域332)との間の電解液の移動が許容された状態で配置されていることが好ましい。かかる構成によれば、隣り合う電極体2同士の熱的な絶縁及び電気的な絶縁のうちの少なくとも一方の絶縁を図ることにより、隣り合う電極体2のうちの一方の電極体2の温度が大きく上昇したときの熱影響が前記隣り合う電極体2のうちの他方の電極体2に及ぶこと、及び、前記隣り合う電極体2同士の短絡、の少なくとも一方を防ぎつつ、一部の電極体2で電解液不足が生じるのを防ぐことができる。
また、上記実施形態の蓄電素子1では、図4に示すように、各電極体2と絶縁部材6、及び、絶縁部材6とケース3とが接触しているが、この構成に限定されない。例えば、蓄電素子1において、各電極体2と絶縁部材6との間に隙間(空間)があってもよく、絶縁部材6とケース3との間に隙間(空間)があってもよい。
また、上記実施形態においては、蓄電素子が充放電可能な非水電解質二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)として用いられる場合について説明したが、蓄電素子の種類や大きさ(容量)は任意である。また、上記実施形態において、蓄電素子の一例として、リチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明は、種々の二次電池、その他、一次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタの蓄電素子にも適用可能である。
蓄電素子(例えば電池)1は、図17に示すような蓄電装置(蓄電素子が電池の場合は電池モジュール)11に用いられてもよい。蓄電装置11は、少なくとも二つの蓄電素子1と、二つの(異なる)蓄電素子1同士を電気的に接続するバスバ部材12と、を有する。この場合、本発明の技術が少なくとも一つの蓄電素子1に適用されていればよい。
1…蓄電素子、2…電極体、2A…第一電極体、2B…第二電極体、2C…第三電極体、21…巻芯、22…積層体、23…正極(電極)、231…金属箔、232…正極活物質層、24…負極(電極)、241…金属箔、242…負極活物質層、25…セパレータ、26…非被覆積層部、3…ケース、31…ケース本体、311…主壁部、3110…凹部、3110A…第一凹部、3110B…第二凹部、3111…第一部位、3112…第二部位、3113…第三部位、3114…第四部位、3115…第五部位、3116…第六部位、312…側壁部、313…隙間、314…隣り合う電極体の間と対応する部位、315…溶接部、316…介装部材、32…蓋板、33…内部空間、331…第一領域、332…第二領域、333…第三領域、34…開口周縁部、4…外部端子、41…面、5…集電体、51…第一接続部、52…第二接続部、53…屈曲部、6…絶縁部材、7…配管、8…仮想軸、11…蓄電装置、12…バスバ部材、100…二次電池、101…電極組立体、102…第一集電板、103…ケース、104…キャップ組立体、105…底部、106…側壁部、107…キャッププレート、108…第一電極端子、109…第一ナット、C…巻回中心軸、α…矢印
Claims (4)
- 電極が巻回される複数の電極体と、
巻回中心軸が互いに平行となる状態で前記複数の電極体を収容するケースと、を備え、
前記ケースは、隣り合う電極体の間に向かって凹む凹部を有する、蓄電素子。 - 前記凹部は、巻回中心軸方向に延びると共に、該凹部の両端を巻回中心軸方向に開放している、請求項1に記載の蓄電素子。
- 前記隣り合う電極体は、互いに間隔をあけて配置され、
前記ケースにおける前記隣り合う電極体の間と対応する部位では、対向する内面同士が互いに接続されている、請求項1又は2に記載の蓄電素子。 - 前記複数の電極体と共に前記ケースに収容される電解液と、
前記ケースの収容空間において前記隣り合う電極体の間に配置される介装部材と、を備え、
前記介装部材は、断熱性及び絶縁性の少なくとも一方を有し、且つ、前記収容空間における前記隣り合う電極体のうちの一方の電極体が収容されている領域と、前記収容空間における前記隣り合う電極体のうちの他方の電極体が収容されている領域との間の前記電解液の移動が許容された状態で配置されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電素子。
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JP2022045560A (ja) * | 2020-09-09 | 2022-03-22 | プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社 | 電池ケースおよび該電池ケースを備えた二次電池 |
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