JP2019140100A - 蓄電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】反転膜をスムーズに反転可能とすることで、電気経路の遮断の確実性を高める。【解決手段】蓄電素子１０は、正極集束部４１５（タブ）を有する電極体４００と、電極体４００を収容する容器１００の蓋体１１０と、蓋体１１０の内圧変動に伴って反転し、当該正極集束部４１５に対する電気的導通を解除する反転膜１４１を有する正極集電体１４０（導電部材）と、正極集電体１４０と蓋体１１０との間に介在する下ガスケット１２０（第一絶縁部材）と、反転膜１４１に対向する位置に配置されて、蓋体１１０及び下ガスケット１２０を貫通した通気孔８１０を形成するカシメ部材８００（第二絶縁部材）とを備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、反転膜を備えた蓄電素子に関する。

蓄電素子においては、例えば過充電時等の安全性を確保するために電流遮断機構を備えた蓄電素子が開発されている。具体的には、蓄電素子に大きな電流が流れると、蓄電素子内の温度が上昇するために、電極体の活物質や、電解液が分解されてガスが発生する。これにより、容器の内圧が高まった際に電気経路を物理的に遮断することで、それ以上に電流が流れることを停止させている。遮断機構としては、容器の内圧変動によって反転する反転膜を用いて、電気経路を遮断する構造が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１４−２３５９４３号公報

ところで、電気経路の遮断の確実性を高めるべく、反転膜をスムーズに反転させることが望まれている。

このため、本発明は、反転膜をスムーズに反転可能とすることで、電気経路の遮断の確実性を高めることである。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子は、タブを有する電極体と、電極体を収容する容器と、容器の内圧変動に伴って反転し、タブに対する電気的導通を解除する反転膜を有する導電部材と、導電部材と容器との間に介在する第一絶縁部材と、反転膜に対向する位置に配置されて、容器及び第一絶縁部材を貫通した通気孔を形成する第二絶縁部材とを備えている。

これによれば、反転膜に対向する位置に通気孔が設けられているので、反転膜をスムーズに反転させることができる。したがって、反転膜を起因とした電気遮断の確実性を高めることができる。

ところで、通気孔を単に容器及び第一絶縁部材に対して設けただけでは、容器と第一絶縁部材との境界が露出するために、気密性が阻害されるおそれがある。このため、上記の蓄電素子では、第二絶縁部材が容器及び第一絶縁部材を貫通した通気孔を形成しているので、容器と第一絶縁部材との境界が第二絶縁部材で封止される。これにより、通気孔内の絶縁性及び気密性を確保することができる。

また、導電部材は、反転膜に重畳する重畳部を有しており、第二絶縁部材は、重畳部を貫通しており、通気孔は、容器、第一絶縁部材及び導電部材を貫通している。

これによれば、第二絶縁部材が容器、第一絶縁部材及び導電部材を貫通した通気孔を形成しているので、容器と第一絶縁部材との境界及び導電部材と第一絶縁部材との境界が第二絶縁部材で封止される。これにより、通気孔内の絶縁性及び気密性をより確実に確保することができる。

また、蓄電素子は、容器と接合された状態で、導電部材と接続された電極端子を備え、反転膜は、電極端子の軸部に対して、当該軸部の軸方向視で離れた位置に配置されている。

例えば、電極端子の軸部と、反転膜とが軸方向視で同じ位置にある場合には、軸部と、反転膜だけでなく、反転膜が反転するためのスペースも同軸上に設けなければならない。このため、容器内部のスペースを消費することになる。

しかし、反転膜が電極端子の軸部に対して軸方向視で離れた位置に配置されていれば、反転膜が反転するためのスペースを、軸方向に直交した方向から見た場合に電極端子の軸部に対して重ねることができる。したがって、容器内部のスペース消費を抑制することができる。これにより、より大きさの大きい電極体を容器に収容することができ、電池容量の増大化を図ることができる。

また、軸方向に直交した方向から見た場合に電極端子の軸部に対して、反転膜が反転するためのスペースが重なることで、その重なった分だけ当該スペースの自由度も高まる。つまり、反転膜が反転するためのスペースを大きくすることができ、反転膜をスムーズに反転させることができる。

また、導電部材は、電極端子と電極体のタブとを電気的に接続する集電体である。

これによれば、導電部材が集電体であるので、反転膜専用の導電部材を設けなくてもよい。このため、部品点数を抑えることができ、容器内部のスペース消費も抑制することができる。容器内部のスペース消費が抑制されれば、それだけ反転膜が反転するためのスペースを大きくすることができ、反転膜をスムーズに反転させることができる。

また、蓄電素子は、導電部材と電極体との間に介在する第三絶縁部材を備え、反転膜は、第三絶縁部材を貫通して、電極体のタブに接合されている。

電極体のタブは、比較的剛性が低いために反転膜の反転に追従してしまうおそれがある。しかし、上記した構成であると、導電部材と電極体との間に介在する第三絶縁部材を貫通した状態で、反転膜がタブに接合されているので、第三絶縁部材がタブの移動を規制することになる。したがって、タブは反転膜の反転に追従しにくくなり、電気遮断の確実性を高めることができる。

また、反転膜と通気孔との間には、反転した反転膜を収容する反転空間が設けられている。

これによれば、反転膜と通気孔との間に、反転した反転膜を収容する反転空間が設けられているので、反転中の反転膜に他の部材が接触することがない。つまり、反転膜の反転は他の部材によって阻害されにくくなり、反転膜の反転をスムーズに行うことができる。したがって、電気遮断の確実性を高めることができる。

また、反転空間は、容器が外方に向けて突出することにより形成されている。

これによれば、容器が外方に向けて突出することにより反転空間が形成されているので、容器内部のスペース消費を極力抑制しつつ、反転空間を大きく形成することができる。これにより、極力大きさの大きい電極体を容器に収容することができる。

本発明によれば、反転膜をスムーズに反転可能とすることで、電気経路の遮断の確実性を高めることである。

図１は、実施の形態に係る蓄電素子の外観を示す斜視図である。 図２は、実施の形態に係る蓄電素子の分解斜視図である。 図３は、実施の形態に係る蓄電素子から、容器本体と絶縁シートとを除いた部位の分解斜視図である。 図４は、実施の形態に係る反転膜の周囲の構造を示す断面図である。 図５は、実施の形態に係る反転膜が反転した状態を示す断面図である。 図６は、変形例１に係る反転膜の周囲の構造を示す断面図である。 図７は、変形例２に係る反転膜の周囲の構造を示す断面図である。 図８は、変形例３に係る反転膜の周囲の構造を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態及びその変形例に係る蓄電素子について説明する。なお、以下で説明する実施の形態及びその変形例は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態及びその変形例で示される数値、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。また、以下の実施の形態及びその変形例における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、模式図であり、寸法等は必ずしも厳密に図示したものではない。

また、以下の説明及び図面中において、蓄電素子が有する一対の電極端子の並び方向、電極体の一対の集束部の並び方向、または、容器の短側面の対向方向をＸ軸方向と定義する。また、容器の長側面の対向方向、容器の短側面の短手方向、容器の厚さ方向、または、電極体の極板の積層方向をＹ軸方向と定義する。また、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、電極端子の軸部の軸方向、または、上下方向を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。なお、使用態様によってはＺ軸方向が上下方向にならない場合も考えられるが、以下では説明の便宜のため、Ｚ軸方向を上下方向として説明する。また、以下の説明において、例えば、Ｘ軸方向プラス側とは、Ｘ軸の矢印方向側を示し、Ｘ軸方向マイナス側とは、Ｘ軸方向プラス側とは反対側を示す。Ｙ軸方向及びＺ軸方向についても同様である。

［１．蓄電素子の構成］
まず、図１〜図３を用いて、本実施の形態における蓄電素子１０の全般的な説明を行う。図１は、実施の形態に係る蓄電素子１０の外観を示す斜視図である。また、図２は、実施の形態に係る蓄電素子１０の分解斜視図である。図３は、実施の形態に係る蓄電素子１０から、容器本体１０１と絶縁シート５００とを除いた部位の分解斜視図である。

蓄電素子１０は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池であり、具体的には、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。蓄電素子１０は、例えば、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）またはプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）等の自動車用（または移動体用）電源、電子機器用電源、または電力貯蔵用電源などに適用される。なお、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、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。また、蓄電素子１０は全固体電池であってもよい。

これらの図に示すように、蓄電素子１０は、容器１００と、電極体４００と、絶縁シート５００と、一対のサイドスペーサ７００とを備える。なお、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。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することができる。

本実施の形態では、容器１００の蓋体１１０に各種の要素が配置されることで構成された蓋構造体１８０が、電極体４００の上方に配置されている。容器１００内においては、電極体４００一端部が蓋構造体１８０に対向している。

容器１００は、矩形筒状で底を備える容器本体１０１と、容器本体１０１の開口を閉塞する蓋体１１０とで構成されている。容器１００には、電極体４００と、絶縁シート５００と、一対のサイドスペーサ７００とが収容されている。容器１００は、電極体４００等を内部に収容後、蓋体１１０と容器本体１０１とが溶接等されることにより、内部を密封する構造を有している。また、容器１００（蓋体１１０及び容器本体１０１）は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、またはアルミニウム合金などの溶接可能な金属で形成されている。なお、蓋体１１０と容器本体１０１とは、同じ材質で形成されているのが好ましいが、異なる材質で形成されていてもかまわない。また、蓋体１１０には、容器１００内部に電解液を注入するための注液口１２４が設けられている。注液口１２４は、注液栓１２６によって塞がれている。また、蓋体１１０には、容器１００の内圧が上昇したときに容器１００内部のガスを排出するガス排出弁等が配置されていてもよい。

蓋構造体１８０は、容器１００の蓋体１１０、カシメ部材８００、正極端子２００、負極端子３００、上ガスケット１２５、１３５、下ガスケット１２０、１３０、正極集電体１４０、負極集電体１５０及び絶縁板１７０を有する。

蓋体１１０は、板状部材であり、図３に示すように、注液口１２４及び貫通孔１１０ａ、１１０ｂが形成されている。注液口１２４は、蓄電素子１０の製造時に電解液を注液するための貫通孔である。

また、蓋体１１０には、貫通孔１１０ａと、注液口１２４との間に貫通孔１２７が形成されている。貫通孔１２７には、カシメ部材８００が取り付けられる。なお、図３においては、カシメ部材８００は、カシメ前の状態を表現している。具体的には、カシメ部材８００は、カシメ前においては円筒状に形成されている。カシメ部材８００は、第二絶縁部材の一例である。カシメ部材８００は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、または、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、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）等の絶縁性の樹脂などによって形成されている。

上ガスケット１２５、１３５、並びに、下ガスケット１２０、１３０は、例えばＰＰ、ＰＥ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＢＴ、ＰＥＳ等の絶縁性の樹脂などによって形成されている。

上ガスケット１２５は、正極端子２００と蓋体１１０とを電気的に絶縁する部材である。上ガスケット１２５には、正極端子２００の軸部２１０（図４参照）が貫通する貫通孔１２５ａが形成されている。下ガスケット１２０は、正極集電体１４０と蓋体１１０とを電気的に絶縁する部材であり、第一絶縁部材の一例である。下ガスケット１２０には、正極端子２００の軸部２１０が貫通する第一貫通孔１２０ａが形成されている。また、下ガスケット１２０には、第一貫通孔１２０ａとＸ軸方向で並んで第二貫通孔１２１ａが形成されている。第二貫通孔１２１ａには、カシメ部材８００が貫通する。

上ガスケット１３５は、負極端子３００と蓋体１１０とを電気的に絶縁する部材である。上ガスケット１３５には、負極端子３００の軸部（図示省略）が貫通する貫通孔１３５ａが形成されている。下ガスケット１３０は、負極集電体１５０と蓋体１１０とを電気的に絶縁する部材である。下ガスケット１３０には、負極端子３００の軸部が貫通する貫通孔１３０ａが形成されている。

上ガスケット１２５、１３５は、例えば上パッキンと呼ばれる場合もあり、下ガスケット１２０、１３０は、例えば下パッキンと呼ばれる場合もある。つまり、本実施の形態では、上ガスケット１２５、１３５並びに下ガスケット１２０、１３０は、電極端子（２００または３００）と容器１００との間を封止する機能も有している。

図１〜図３に示すように、正極端子２００は、正極集電体１４０を介して、電極体４００の正極に電気的に接続された電極端子である。負極端子３００は、負極集電体１５０を介して、電極体４００の負極に電気的に接続された電極端子である。つまり、正極端子２００及び負極端子３００は、電極体４００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、また、電極体４００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電極端子である。正極端子２００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、負極端子３００は、銅または銅合金などで形成されている。

また、正極端子２００には、容器１００と正極集電体１４０とを締結する軸部２１０（図４参照）が設けられている。負極端子３００には、容器１００と負極集電体１５０とを締結する軸部（図示省略）が設けられている。

正極端子２００の軸部２１０は、正極端子２００の本体部から下方に延設された部位（リベット）であり、正極集電体１４０の貫通孔１４０ａに挿入されてかしめられる。具体的には、正極端子２００の軸部２１０は、上ガスケット１２５の貫通孔１２５ａ、蓋体１１０の貫通孔１１０ａ、下ガスケット１２０の第一貫通孔１２０ａ、及び、正極集電体１４０の貫通孔１４０ａに挿入されてかしめられる。これにより、正極端子２００と正極集電体１４０とが電気的に接続され、正極集電体１４０は、正極端子２００、上ガスケット１２５及び下ガスケット１２０とともに、蓋体１１０に固定される。

負極端子３００の軸部は、負極端子３００の本体部から下方に延設された部位（リベット）であり、負極集電体１５０の貫通孔１５０ａに挿入されてかしめられる。具体的には、負極端子３００の軸部は、上ガスケット１３５の貫通孔１３５ａ、蓋体１１０の貫通孔１１０ｂ、下ガスケット１３０の貫通孔１３０ａ、及び、負極集電体１５０の貫通孔１５０ａに挿入されてかしめられる。これにより、負極端子３００と負極集電体１５０とが電気的に接続され、負極集電体１５０は、負極端子３００、上ガスケット１３５及び下ガスケット１３０とともに、蓋体１１０に固定される。

なお、正極端子２００の軸部２１０は、正極端子２００の本体部との一体物として形成されていてもよく、当該本体部とは別部品として作製された軸部２１０が、かしめまたは溶接などの手法によって正極端子の本体部に固定されていてもかまわない。負極端子３００と、その軸部との関係についても同様である。

図３に示すように、正極集電体１４０は、電極体４００と蓋体１１０との間に配置され、電極体４００の正極集束部４１５と正極端子２００とを電気的に接続する導電部材の一例である。正極集電体１４０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いる。正極集電体１４０には、正極端子２００の軸部２１０が貫通する貫通孔１４０ａが形成されている。また、正極集電体１４０には、電極体４００の正極集束部４１５に接合される反転膜１４１が設けられている。

負極集電体１５０は、電極体４００と蓋体１１０との間に配置され、電極体４００の負極集束部４２５と負極端子３００とを電気的に接続する部材である。負極集電体１５０は、銅または銅合金などで形成されている。負極集電体１５０は、負極端子３００の軸部が貫通する貫通孔１５０ａが形成されている。

絶縁板１７０は、正極集電体１４０と電極体４００との間に介在する第三絶縁部材の一例である。絶縁板１７０は、略矩形板状に形成されている。絶縁板１７０における正極集電体１４０の反転膜１４１に対応する位置には、当該反転膜１４１を露出させる貫通孔１７０ａが形成されている。絶縁板１７０は、例えばＰＰ、ＰＥ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＢＴ、ＰＥＳ等の絶縁性の樹脂などによって形成されている。絶縁板１７０は、電極体４００の正極集束部４１５よりも剛性が高いことが好ましい。

一対のサイドスペーサ７００は、電極体４００の一対の短側面のそれぞれに重ねて配置されている。サイドスペーサ７００は、例えば、ＰＰ、ＰＥ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＢＴ、ＰＥＳ等の絶縁性の樹脂によって形成された絶縁部材である。サイドスペーサ７００は、接着テープ７００によって電極体４００に固定されている（図２参照）。

電極体４００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）であり、容器１００の内方に配置される。具体的には、電極体４００は、正極板と負極板とがセパレータを挟んで交互に並べられた積層型の電極体である。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層が形成された極板である。なお、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もできる。また、正極活物質層及び負極活物質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。また、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。

電極体４００は、発電及び蓄電する部分である電極体本体４０１と、電極体本体４０１と外部との電力のやり取りを行う部分である正極集束部４１５及び負極集束部４２５とを有する。

電極体本体４０１は、全体として略直方体状に形成されている。電極体本体４０１における上部には、正極集束部４１５及び負極集束部４２５を避けるように接着テープ３７０が取り付けられている。また、電極体本体４０１における下部には、３箇所に接着テープ３７０が取り付けられている。これらの接着テープ３７０によって、正極板と負極板とセパレータとの位置ズレが防止されている。

正極集束部４１５は、電極体本体４０１の天面において、Ｘ軸方向マイナス側から突出している。正極集束部４１５は、反転膜１４１に接合されるタブの一例である。正極集束部４１５は、各正極板において、正極活物質が塗工されておらず正極基材層が露出した部位を束ねることで形成されている。負極集束部４２５は、電極体本体４０１の天面において、Ｘ軸方向プラス側から突出している。負極集束部４２５は、各負極板において、負極活物質が塗工されておらず負極基材層が露出した部位を束ねることで形成されている。

正極集束部４１５は正極集電体１４０の反転膜１４１に接合され、負極集束部４２５は負極集電体１５０の平面部に接合されている。つまり、正極集束部４１５は、正極集電体１４０を介して正極端子２００に電気的に接続され、負極集束部４２５は、負極集電体１５０を介して負極端子３００に電気的に接続される。これにより、電極体４００は、正極端子２００及び負極端子３００を介して、外部の装置等との間で電力のやり取りを行うことができる。

なお、正極集束部４１５と反転膜１４１との接合には、反転膜１４１が反転した際に当該反転膜１４１が正極集束部４１５から剥離することができる接合方法が採用されている。具体的には、正極集束部４１５と反転膜１４１との接合には、例えば超音波溶接、レーザ溶接などの溶接や、接着が採用されている。一方、負極集束部４２５と負極集電体１５０との接合には、上述した溶接、接着に加えて、カシメまたはネジ止めなどの締結を採用することが可能である。

次に、正極集電体１４０の反転膜１４１と、その周囲の構造について詳細に説明する。図４は、実施の形態に係る反転膜１４１の周囲の構造を示す断面図である。具体的には、図４は、図１におけるＩＶ−ＩＶ線を含む切断面を見た断面図である。

図４に示すように、反転膜１４１は、平面視円形状であり、容器１００の内方に向けて窪んだ凹形状となっている。この反転膜１４１は、絶縁板１７０の貫通孔１７０ａを貫通して電極体４００の正極集束部４１５に接合されている。具体的には、反転膜１４１の少なくとも頂点部分が正極集束部４１５に接合されている。

下ガスケット１２０の下面（正極集電体１４０側の面）には、第二貫通孔１２１ａの全周を囲む環状の凹部１２８が形成されている。凹部１２８においては、下ガスケット１２０の他の部分と比べて薄肉となっている。この凹部１２８の内部空間が、反転した反転膜１４１を収容する反転空間１２９である。

また、反転膜１４１は、正極端子２００の軸部２１０に対して、当該軸部２１０の軸方向視で離れた位置に配置されている。具体的には、反転膜１４１は、軸部２１０に対して重ならないように、Ｘ軸方向プラス側に離れて配置されている。これにより、軸方向に直交した方向（Ｙ軸方向）から見た場合に正極端子２００の軸部２１０に対して、反転膜１４１や反転空間１２９を重ねることができる。したがって、容器１００内部のスペース消費を抑制することができる。

また、凹部１２８内には、下ガスケット１２０の第二貫通孔１２１ａと、蓋体１１０の貫通孔１２７とを貫通したカシメ部材８００が設けられている。カシメ部材８００は、組み立てられる前の状態では、円筒状である（図３参照）。カシメ部材８００は、組立時に例えば、機械的なカシメや、熱カシメなどによってカシメられることで、下ガスケット１２０及び蓋体１１０に取り付けられている。つまり、カシメ部材８００の通気孔８１０は、下ガスケット１２０及び蓋体１１０を貫通し、空気の流路をなす。

カシメ部材８００は、カシメ後においては、下ガスケット１２０の第二貫通孔１２１ａをなす内周面と、蓋体１１０の貫通孔１２７をなす内周面とに密着し、下ガスケット１２０と蓋体１１０との境界を封止する。この封止によって、下ガスケット１２０と蓋体１１０との境界での気密性を確保している。また、カシメ部材８００の中心には、貫通孔が形成されており、当該貫通孔が、蓋体１１０及び下ガスケット１２０を貫通した通気孔８１０をなす。通気孔８１０は、反転膜１４１に対向する位置に設けられているので、反転膜１４１が反転する際に当該通気孔８１０から空気を逃がすことができ、反転膜１４１をスムーズに反転させることができる。

［２．遮断動作］
次に、蓄電素子１０の電気的な遮断動作について説明する。

正常時においては、図４に示すように、反転膜１４１は、正極集束部４１５と接合された状態となっている。例えば蓄電素子１０が過充電されて異常になると、容器１００の内圧が正常時よりも高くなる。容器１００の内圧が上昇すると、反転膜１４１は容器１００の内圧変動を受けて反転する。反転膜１４１の反転中においては、反転空間１２９内の空気は通気孔８１０から容器１００の外方へと排出される。

図５は、実施の形態に係る反転膜１４１が反転した状態を示す断面図である。具体的には、図５は図４に対応した図である。図４及び図５に示すように、正極集束部４１５は、絶縁板１７０によって、蓋体１１０側への移動が規制された状態となっている。このため、反転膜１４１が反転する際においても、正極集束部４１５は反転膜１４１の反転に追従しにくいため、反転膜１４１は正極集束部４１５から離間する。これにより、反転膜１４１と正極集束部４１５との電気的な導通が遮断される。また、反転後の反転膜１４１は、反転空間１２９内に収容される。

［３．効果等］
以上説明したように、本実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、正極集束部４１５（タブ）を有する電極体４００と、電極体４００を収容する容器１００の蓋体１１０と、容器１００の内圧変動に伴って反転し、当該正極集束部４１５に対する電気的導通を解除する反転膜１４１を有する正極集電体１４０（導電部材）と、正極集電体１４０と蓋体１１０との間に介在する下ガスケット１２０（第一絶縁部材）と、反転膜１４１に対向する位置に配置されて、蓋体１１０及び下ガスケット１２０を貫通した通気孔８１０を形成するカシメ部材８００（第二絶縁部材）とを備えている。

これによれば、反転膜１４１に対向する位置に通気孔８１０が設けられているので、反転膜１４１をスムーズに反転させることができる。したがって、反転膜１４１を起因とした電気遮断の確実性を高めることができる。

ところで、通気孔を単に蓋体１１０及び下ガスケット１２０に対して設けただけでは、蓋体１１０と下ガスケット１２０との境界が露出するために、気密性が阻害されるおそれがある。このため、上記の蓄電素子１０では、カシメ部材８００が蓋体１１０及び下ガスケット１２０を貫通した通気孔８１０を形成しているので、蓋体１１０と下ガスケット１２０との境界がカシメ部材８００で封止される。これにより、通気孔８１０内の絶縁性及び気密性を確保することができる。

また、蓄電素子１０は、蓋体１１０と接合された状態で、正極集電体１４０と接続された正極端子２００（電極端子）を備え、反転膜１４１は、正極端子２００の軸部２１０に対して、当該軸部２１０の軸方向視で離れた位置に配置されている。

例えば、正極端子の軸部と、反転膜とが軸方向視で同じ位置にある場合には、軸部と、反転膜だけでなく、反転膜が反転するためのスペースも同軸上に設けなければならない。このため、容器内部のスペースを消費することになる。

しかし、本実施の形態のように、反転膜１４１が正極端子２００の軸部２１０に対して軸方向視で離れた位置に配置されていれば、反転膜１４１が反転するためのスペースを、軸方向に直交した方向から見た場合に正極端子２００の軸部２１０に対して重ねることができる。したがって、容器１００内部のスペース消費を抑制することができる。これにより、より大きさの大きい電極体４００を容器１００に収容することができ、電池容量の増大化を図ることができる。

また、軸方向に直交した方向から見た場合に正極端子２００の軸部２１０に対して、反転膜１４１が反転するためのスペース（反転空間１２９）が重なることで、その重なった分だけ当該スペースの自由度も高まる。つまり、反転膜１４１が反転するためのスペースを大きくすることができ、反転膜１４１をスムーズに反転させることができる。

また、導電部材は、正極端子２００と電極体４００の正極集束部４１５とを電気的に接続する正極集電体１４０（集電体）である。

これによれば、導電部材が正極集電体１４０であるので、反転膜専用の導電部材を設けなくてもよい。このため、部品点数を抑えることができ、容器１００内部のスペース消費も抑制することができる。容器１００内部のスペース消費が抑制されれば、それだけ反転膜１４１が反転するためのスペースを大きくすることができ、反転膜１４１をスムーズに反転させることができる。

また、蓄電素子１０は、正極集電体１４０と電極体４００との間に介在する絶縁板１７０（第三絶縁部材）を備え、反転膜１４１は、絶縁板１７０を貫通して、電極体４００の正極集束部４１５に接合されている。

正極集束部４１５は、比較的剛性が低いために反転膜１４１の反転に追従してしまうおそれがある。しかし、上記した構成であると、正極集電体１４０と電極体４００との間に介在する絶縁板１７０を貫通した状態で、反転膜１４１が正極集束部４１５に接合されているので、絶縁板１７０が正極集束部４１５の移動を規制することになる。したがって、正極集束部４１５は反転膜１４１の反転に追従しにくくなり、電気遮断の確実性を高めることができる。

また、反転膜１４１と通気孔８１０との間には、反転した反転膜１４１を収容する反転空間１２９が設けられている。

これによれば、反転膜１４１と通気孔８１０との間に、反転した反転膜１４１を収容する反転空間１２９が設けられているので、反転中の反転膜１４１に他の部材が接触することがない。つまり、反転膜１４１の反転は他の部材によって阻害されにくくなり、反転膜１４１の反転をスムーズに行うことができる。したがって、電気遮断の確実性を高めることができる。

［４．変形例］
（変形例１）
以上、上記実施の形態に係る蓄電素子１０について説明したが、蓄電素子１０は、上述した態様とは異なる正極集電体を備えてもよい。そこで、以下に、蓄電素子１０が備える正極集電体についての変形例を、上記実施の形態との差分を中心に説明する。なお、以降の説明において、上記実施の形態と同一部分については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

図６は、変形例１に係る反転膜１４１の周囲の構造を示す断面図である。具体的には、図６は、図４に対応する図である。図６に示すように、変形例１に示す正極集電体１４０Ａには、反転膜１４１に重畳する重畳部１４２が設けられている。重畳部１４２は、下ガスケット１２０の凹部１２８に嵌合する部位であり、正極集電体１４０Ａの上面から上方に向けて突出している。重畳部１４２と反転膜１４１との間には空間が形成されており、当該空間が反転空間１２９ａとなる。また、重畳部１４２には、貫通孔１４３が形成されている。この貫通孔１４３は、下ガスケット１２０の第二貫通孔１２１ａと、蓋体１１０の貫通孔１２７とに連通している。

カシメ部材８００Ａは、正極集電体１４０、下ガスケット１２０及び蓋体１１０に取り付けられている。具体的には、カシメ部材８００Ａは、正極集電体１４０の貫通孔１４３、下ガスケット１２０の第二貫通孔１２１ａ及び蓋体１１０の貫通孔１２７を貫通した状態で、正極集電体１４０、下ガスケット１２０及び蓋体１１０にカシメられている。つまり、カシメ部材８００Ａの通気孔８１０は、正極集電体１４０、下ガスケット１２０及び蓋体１１０を貫通し、空気の流路をなす。

なお、反転膜１４１は、正極集電体１４０Ａとは元々別体である。例えば、カシメ部材８００が正極集電体１４０、下ガスケット１２０及び蓋体１１０に組み付けられた後に、反転膜１４１は、正極集電体１４０Ａに溶接または接着されることで、当該正極集電体１４０Ａに一体化される。

カシメ部材８００Ａは、正極集電体１４０の貫通孔１４３をなす内周面と、下ガスケット１２０の第二貫通孔１２１ａをなす内周面と、蓋体１１０の貫通孔１２７をなす内周面とに密着している。これにより、カシメ部材８００Ａは、正極集電体１４０Ａと下ガスケット１２０との境界及び下ガスケット１２０と蓋体１１０との境界を封止する。この封止によって、正極集電体１４０Ａと下ガスケット１２０との境界及び下ガスケット１２０と蓋体１１０との境界での気密性を確保している。

このように、カシメ部材８００Ａが蓋体１１０、下ガスケット１２０及び正極集電体１４０Ａを貫通した通気孔８１０を形成しているので、正極集電体１４０Ａと下ガスケット１２０との境界及び下ガスケット１２０と蓋体１１０との境界がカシメ部材８００で封止される。これにより、通気孔８１０内の絶縁性及び気密性をより確実に確保することができる。

（変形例２）
図７は、変形例２に係る反転膜１４１の周囲の構造を示す断面図である。具体的には、図７は、図４に対応する図である。図７に示すように、変形例２に係る蓋体１１０Ｂには、反転空間１２９ｂに対応する位置に、容器１００の外方に向けて突出した突部１１８が設けられている。蓋体１１０Ｂにおいて、突部１１８の反対側の面には凹部１１９が形成されている。この凹部１１９に嵌合するように、下ガスケット１２０Ｂにおける凹部１２８ｂの反対側の部分が突出している。これにより、凹部１２８ｂをより深くすることができ、反転空間１２９ｂの大きさも大きくすることができる。

このように、蓋体１１０が外方に向けて突出することにより反転空間１２９ｂが形成されているので、容器１００内部のスペース消費を極力抑制しつつ、反転空間１２９ｂを大きく形成することができる。これにより、極力大きさの大きい電極体４００を容器に収容することができる。

（変形例３）
図８は、変形例３に係る反転膜１４１の周囲の構造を示す断面図である。具体的には、図８は、図６に対応する図である。なお、以降の説明において、上記変形例１と同一部分については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。図８に示すように、変形例３に係る正極集電体１４０Ａには、絶縁板１７０に替えて、導電板１９０が接合されている。導電板１９０は、正極集電体１４０と正極集束部４１５との間に配置されている。また、導電板１９０と、正極集電体１４０との間には、板状の絶縁体１９５が介在されている。

導電板１９０における正極集電体１４０Ａ側の主面には、反転膜１４１を収容するための凹部１９１が形成されている。また、絶縁体１９５における凹部１９１に対応する部分には、貫通孔１９６が形成されている。この貫通孔１９６を介して、反転膜１４１が凹部１９１内に収容されている。これにより、容器１００の内方に向けて窪んだ凹形状の反転膜１４１をこの凹部１９１内に収容することができるので、容器１００内部のスペース消費を抑制することができる。したがって、より大きさの大きい電極体４００を容器１００に収容することができ、電池容量の増大化を図ることができる。

凹部１９１の底部は、導電板１９０における他の部分よりも肉厚が薄く形成されている。凹部１９１の底部の剛性は、正極集束部４１５の剛性よりも高い。この凹部１９１の底部に対して、反転膜１４１が接合されている。凹部１９１の底部と反転膜１４１との接合には、例えば超音波溶接、レーザ溶接などの溶接や、接着が採用されている。上述したように、導電板１９０と正極集電体１４０との間には絶縁体１９５が介在しているので、導電板１９０における反転膜１４１との接合部以外の部分は、正極集電体１４０と絶縁されている。

また、導電板１９０における正極集電体１４０ａ側とは反対側の主面には、正極集束部４１５が接合されている。具体的には、正極集束部４１５は、導電板１９０において、平面視で凹部１９１から離れた位置に接合されている。これにより、正極集電体１４０Ａと、正極集束部４１５とが、導電板１９０を介することで間接的に電気的に導通している。

なお、変形例３では、正極集束部４１４は、導電板１９０における凹部１９１よりも外方側（Ｘ軸方向プラス側）に配置されている場合を例示しているが、導電板１９０における凹部１９１よりも内方側（Ｘ軸方向マイナス側）に配置されていてもよい。また、正極集束部４１５と、導電板１９０との接合には、上述した溶接、接着に加えて、カシメまたはネジ止めなどの締結を採用することが可能である。

反転膜１４１が反転すると、当該反転膜１４１は、導電板１９０の凹部１９１の底部から離間する。これにより、導電板１９０と正極集電体１４０ａとの電気的導通が解除される。つまり、正極集束部４１５と、正極集電体１４０ａとの電気的導通が解除される。

なお、反転膜１４１が反転する際においては、反転膜１４１が凹部１９１の底部の一部を残りの部分から取り除いて離間させることで、電気的導通を解除してもよい。また、導電板１９０は、凹部１９１が形成されていない平板形状であってもよい。

このように、変形例３によれば、正極集電体１４０ａと正極集束部４１５とが導電板１９０を介して間接的に導通している場合においても、変形例１と同等の作用、効果を奏することができる。

また、反転膜１４１は、比較的剛性の低い正極集束部４１５に接合されておらず、導電板１９０の凹部１９１に対して接合されている。つまり、反転膜１４１は、反転時においては導電板１９０の凹部１９１から離間するが、当該凹部１９１は、正極集束部４１５のように追従しにくい。このため、電気遮断の確実性を高めることができる。

［５．その他］
以上、本発明に係る蓄電素子について、実施の形態及びその変形例に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態または変形例に施したものも、あるいは、上記説明された複数の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。

例えば、上記実施の形態では、正極板と負極板とがセパレータを挟んで交互に並べられた積層型の電極体４００を例示した。しかし、電極体は、正極板と負極板とがセパレータを挟んで蛇腹状に折り畳まれた積層型の電極体であってもよい。また、電極体は、正極板と負極板とがセパレータを挟んで巻回された巻回型の電極体であってもよい。

また、上記実施の形態では、反転膜１４１、絶縁板１７０及びカシメ部材８００が正極側に設けられている場合を例示した。しかし、反転膜、絶縁板及びカシメ部材を負極側に設けることも可能である。また、正極側、負極側のそれぞれに反転膜、絶縁板及びカシメ部材を設けてもよい。

また、上記実施の形態では、反転膜１４１と通気孔８１０との間に反転空間１２９が設けられている場合を例示した。しかし、反転膜が容器の内圧変動に伴って平坦になることで、当該反転膜と正極集束部との接合が解除されるのであれば、反転空間は不要となる。なお、この場合においては、反転膜が平坦に変形することについても「反転」に含まれるものとする。

また、上記実施の形態では、第二絶縁部材の一例としてカシメ部材８００を例示した。しかしながら、第二絶縁部材は、容器及び第一絶縁部材を貫通した通気孔を有しているのであれば如何様でもよい。第二絶縁部材のその他の例としては、ブラインドリベットやポップリベットなどが挙げられる。

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 蓄電素子
１００ 容器
１０１ 容器本体
１１０、１１０Ｂ 蓋体
１１０ａ、１１０ｂ、１２５ａ、１２７、１３０ａ、１３５ａ、１４０ａ、１４３、１５０ａ、１７０ａ、１９６ 貫通孔
１１８ 突部
１１９、１２８、１２８ｂ 凹部
１２０、１２０Ｂ 下ガスケット（第一絶縁部材）
１２０ａ 第一貫通孔
１２１ａ 第二貫通孔
１２４ 注液口
１２５、１３５ 上ガスケット
１２６ 注液栓
１２９、１２９ａ、１２９ｂ 反転空間
１３０ 下ガスケット
１４０、１４０Ａ 正極集電体（導電部材）
１４１ 反転膜
１４２ 重畳部
１５０ 負極集電体
１７０ 絶縁板（第三絶縁部材）
１８０ 蓋構造体
１９０ 導電板
１９１ 凹部
１９５ 絶縁体
２００ 正極端子（電極端子）
２１０ 軸部
３００ 負極端子
３７０、３８０ 接着テープ
４００ 電極体
４０１ 電極体本体
４１５ 正極集束部（タブ）
４２５ 負極集束部
５００ 絶縁シート
７００ サイドスペーサ
８００、８００Ａ カシメ部材（第二絶縁部材）
８１０ 通気孔

Claims (7)

1. ダブを有する電極体と、
   前記電極体を収容する容器と、
   前記容器の内圧変動に伴って反転し、前記タブに対する電気的導通を解除する反転膜を有する導電部材と、
   前記導電部材と前記容器との間に介在する第一絶縁部材と、
   前記反転膜に対向する位置に配置されて、前記容器及び前記第一絶縁部材を貫通した通気孔を形成する第二絶縁部材とを備える
   蓄電素子。
2. 前記導電部材は、前記反転膜に重畳する重畳部を有しており、
   前記第二絶縁部材は、前記重畳部を貫通しており、
   前記通気孔は、前記容器、前記第一絶縁部材及び前記導電部材を貫通している
   請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記容器と接合された状態で、前記導電部材と接続された電極端子を備え、
   前記反転膜は、前記電極端子の軸部に対して、当該軸部の軸方向視で離れた位置に配置されている
   請求項１または２に記載の蓄電素子。
4. 前記導電部材は、前記電極端子と前記電極体のタブとを電気的に接続する集電体である
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電素子。
5. 前記導電部材と前記電極体との間に介在する第三絶縁部材を備え、
   前記反転膜は、前記第三絶縁部材を貫通して、前記電極体のタブに接合されている
   請求項４に記載の蓄電素子。
6. 前記反転膜と前記通気孔との間には、反転した前記反転膜を収容する反転空間が設けられている
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電素子。
7. 前記反転空間は、前記容器が外方に向けて突出することにより形成されている
   請求項６に記載の蓄電素子。

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