JP2020107473A - 蓄電素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】端子本体と軸体とを有する電極端子を備える蓄電素子であって、簡易な構成で信頼性の高い蓄電素子を提供すること。【解決手段】蓄電素子10は、容器100と、互いに異なる素材で形成された端子本体201及び軸体210を有する電極端子200と、端子本体201及び容器100の蓋板110の間に配置され、かつ、軸体210が貫通する上絶縁部材250とを備える。軸体210は、端子本体201の上絶縁部材250の側に設けられた開口部203に埋設され、かつ、上絶縁部材250の側に露出する接続部211を有する。上絶縁部材250及び端子本体201の一方には、軸体210の軸方向から見た場合における開口部203の外側の位置に、他方に向けて突出する第一凸部253が設けられている。【選択図】図4
Description
本発明は、端子本体と軸体とを有する電極端子を備える蓄電素子に関する。
従来、電極体を収容する容器と、容器に配置された電極端子とを備える蓄電素子が広く知られている。例えば、特許文献1には、外部電極と外装ケースとを備えるリチウムイオン二次電池が開示されている。このリチウムイオン二次電池において、外部電極は、板状体とリベットとを備える。リベットの鍔部は板状体を貫通する態様で板状体に圧入されている。鍔部は環状溝と上側及び下側円板部とを備える。下側円板部の下端面は、板状体の下面に露出している。外部電極と蓋との間に上側パッキンが配置されている。上側パッキンの上側環状突起は、下側円板部の下端面と板状体の下面との境界よりも内側で、下側円板部の下端面に当接している。
特許文献1には、上記構成により、境界を含むリベットと板状体との間の界面を通る漏れ経路は上側環状突起によって遮断され、外部電極が外装ケースを貫通する部分の密封性を向上できる旨、記載されている。
上記従来の技術におけるリチウムイオン二次電池のように、電極端子が、互いに別体である端子本体と軸体とで構成される場合、端子本体及び軸体の素材が互いに異なる場合がある。例えば、端子本体の素材としてアルミニウムまたはアルミニウム合金が採用され、軸体の素材として銅または銅合金が採用される。この場合、例えば軸体にはニッケルメッキが施される。
ここで、上記メッキを施すための加工(メッキ加工)を省略できれば、蓄電素子の製造コストの低減または製造効率の向上の観点から有利である。しかしながら、端子本体と軸体との界面は、イオン化傾向の差が大きな異種金属同士が接触する部分であるため、軸体にメッキ加工を施さない場合、界面に浸入する湿気を含む外気または水によって界面に電食が生じやすくなる。つまり、電極端子が劣化しやすくなる。従って、端子本体と軸体とで構成される電極端子を備える蓄電素子を製造する場合、メッキ加工を省略することは困難である。
本発明は、本願発明者が上記課題に新たに着目することによってなされたものであり、端子本体と軸体とを有する電極端子を備える蓄電素子であって、簡易な構成で信頼性の高い蓄電素子を提供することを目的とする。
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、容器と、互いに異なる素材で形成された端子本体及び軸体を有する電極端子と、前記端子本体及び前記容器の壁部の間に配置され、かつ、前記軸体が貫通する絶縁部材とを備え、前記軸体は、前記端子本体の前記絶縁部材の側に設けられた開口部に埋設され、かつ、前記絶縁部材の側に露出する接続部を有し、前記端子本体及び前記絶縁部材の一方には、前記軸体の軸方向から見た場合における前記開口部の外側の位置に、他方に向けて突出する第一凸部が設けられている。
この構成によれば、端子本体の、軸体の接続部が埋設された開口部より外側の位置において、端子本体と絶縁部材との間を、第一凸部によって封止することができる。そのため、容器の外方から、端子本体と絶縁部材の間に水分(湿気を含む気体または水)が浸入した場合であっても、水分の開口部への到達は困難である。つまり、端子本体と軸体との界面に水分が到達する可能性が低減される。その結果、端子本体と軸体との素材の違いに起因する電食の発生が抑制される。従って、例えば、軸体に対する、電食を防ぐためのメッキ加工等は不要となる。このように、本態様に係る蓄電素子は、簡易な構成で、かつ、信頼性の高い蓄電素子である。
また、本発明の一態様に係る蓄電素子は、さらに、前記接続部及び前記絶縁部材の一方には、前記軸体の軸方向から見た場合における前記開口部の内側の位置に、他方に向けて突出する第二凸部が設けられている、としてもよい。
この構成によれば、端子本体の、軸体の接続部が埋設された開口部より内側の位置において、接続部と絶縁部材との間を、第二凸部によって封止することができる。そのため、例えば、容器の内部の電解液が、軸体と絶縁部材との隙間に浸入した場合であっても、電解液は、接続部の外側の部分、つまり、端子本体には到達し難い。これにより、例えば、電解液が端子本体に付着することによる腐食の発生可能性が低減される。また、電解液が、端子本体と軸体との界面に到達することによる電食の発生可能性が低減される。
また、本発明の一態様に係る蓄電素子は、さらに、前記絶縁部材及び前記壁部の一方には、他方に向けて突出する第三凸部であって、前記軸方向において、前記第一凸部と並ぶ位置に配置された第三凸部が設けられている、としてもよい。
この構成によれば、絶縁部材の、第一凸部とは反対側の位置に第三凸部が設けられるため、例えば、軸体のかしめ時において、第一凸部が端子本体によって圧縮される際、その裏に、第三凸部が存在することで、第一凸部がより確実に圧縮され、これにより、第一凸部による封止性能が向上される。
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記端子本体は、前記容器の側に突出する、前記開口部が形成された突出部を有し、前記絶縁部材には、前記突出部を収容する凹部が形成されており、前記第一凸部は、前記突出部及び前記凹部の底面の一方に設けられている、としてもよい。
この構成によれば、軸方向から見た場合における軸体に比較的に近い位置に第一凸部が配置される。従って、例えば、軸体の先端がかしめられた場合におけるかしめ力が、効率よく第一凸部を圧縮する力として作用する。その結果、第一凸部がより確実に圧縮され、これにより、第一凸部による封止性能が向上される。
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記接続部は、前記絶縁部材の側に露出する部分以外は、前記端子本体に覆われている、としてもよい。
この構成によれば、端子本体の上面(絶縁部材とは反対側の面)に、軸体の頭部(容器の外側の端部)が露出しない。そのため、例えば、端子本体と軸体の頭部との境界を、端子本体に接合されるバスバー等の別部材によって密閉することなく、外部の水分から保護することができる。従って、例えば、端子本体の上面にバスバー等の別部材が配置されない場合であっても、軸体の全域において、電食を防ぐためのメッキ加工等は不要となる。
本発明によれば、端子本体と軸体とを有する電極端子を備える蓄電素子であって、簡易な構成で信頼性の高い蓄電素子を提供することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態及び変形例に係る蓄電素子について説明する。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
また、以下で説明する実施の形態及び変形例のそれぞれは、本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態及び変形例で示される形状、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、以下の実施の形態及び特許請求の範囲において、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が用いられる場合があるが、これらの表現は、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つの方向が直交する、とは、当該2つの方向がなす角が90°であることを意味するだけでなく、実質的に直交すること、すなわち、例えば数%程度の差異を含むことも意味する。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。
(実施の形態)
[1.蓄電素子の全般的な説明]
まず、図1及び図2を用いて、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、実施の形態に係る蓄電素子10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10の容器100内に配置されている構成要素を示す斜視図である。具体的には、図2は、蓄電素子10を、容器100の蓋板110と容器本体101とを分離して示す斜視図である。
[1.蓄電素子の全般的な説明]
まず、図1及び図2を用いて、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、実施の形態に係る蓄電素子10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10の容器100内に配置されている構成要素を示す斜視図である。具体的には、図2は、蓄電素子10を、容器100の蓋板110と容器本体101とを分離して示す斜視図である。
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、より具体的には、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。例えば、蓄電素子10は、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。また、蓄電素子10は、ガソリン車及びディーゼル車等の車両に、エンジンの始動用バッテリーとして搭載される場合もある。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。また、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、固体電解質を用いた電池であってもよい。
図1に示すように、蓄電素子10は、容器100と、負極側の電極端子200及び正極側の電極端子300とを備えている。また、図2に示すように、容器100の内部には、負極側の集電体120と、正極側の集電体130と、電極体400とが収容されている。
なお、蓄電素子10は、上記の構成要素の他、集電体120及び130の側方に配置されるスペーサ、または、電極体400等を包み込む絶縁フィルムなどを備えてもよい。また、蓄電素子10の容器100の内部には電解液(非水電解質)などが封入されているが、その図示は省略する。容器100に封入される電解液としては、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。
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の開口を閉塞する板状部材である蓋板110とで構成されている。容器100は、電極体400等を内部に収容後、蓋板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。なお、蓋板110及び容器本体101の材質は、特に限定されないが、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溶接可能な金属であるのが好ましい。
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)である。正極板は、アルミニウムまたは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、銅または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。セパレータは、樹脂等からなる微多孔性のシートである。そして、電極体400は、正極板と負極板との間にセパレータが配置され巻回されて形成されている。
電極体400は、巻回軸方向(本実施の形態ではX軸方向)の一端(図2ではX軸方向マイナス側の端部)に、正極板の基材層が積層されて形成された正極側端部411aを有する。また、電極体400は、巻回軸方向の他端(図2ではX軸方向プラス側の端部)に、負極板の基材層が積層されて形成された負極側端部421aを有する。正極側端部411aは、集電体130と接合され、負極側端部421aは、集電体120と接合される。
なお、本実施の形態では、電極体400の断面形状として長円形状を図示しているが、楕円形状、円形状、多角形状などでもよい。また、電極体400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積層したつづら折り構造を有する電極体が、蓄電素子10に備えられてもよい。
電極端子200は、集電体120を介して電極体400の負極と電気的に接続された負極端子である。電極端子300は、集電体130を介して電極体400の正極と電気的に接続された正極端子である。電極端子200及び300は、電極体400の上方に配置された蓋板110に、上絶縁部材250及び350を介して取り付けられている。
なお、集電体130の材質は限定されないが、例えば、電極体400の正極基材層と同様に、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。また、集電体120についても、材質は限定されないが、例えば、電極体400の負極基材層と同様に、銅または銅合金などで形成されている。
[2.電極端子の容器への取り付け構造]
次に、本実施の形態に係る蓄電素子10における、電極端子の蓋板110への取り付け構造について、図3〜図6を用いて説明する。なお、本実施の形態では、電極端子200及び300それぞれの蓋板110への取り付け構造は共通している。そのため、以下では、負極の電極端子200の蓋板110への取り付け構造について説明し、正極側の電極端子300の蓋板110への取り付け構造についての図示及び説明は省略する。
次に、本実施の形態に係る蓄電素子10における、電極端子の蓋板110への取り付け構造について、図3〜図6を用いて説明する。なお、本実施の形態では、電極端子200及び300それぞれの蓋板110への取り付け構造は共通している。そのため、以下では、負極の電極端子200の蓋板110への取り付け構造について説明し、正極側の電極端子300の蓋板110への取り付け構造についての図示及び説明は省略する。
図3は、実施の形態に係る電極端子200の蓋板110への取り付け構造を示す分解斜視図である。図4は、図3のIV−IV線を通るXZ平面における電極端子200及びその周辺の構造を示す分解断面図である。なお、図3及び図4において、軸体210は、かしめられる前の状態が図示されている。図5は、実施の形態に係る蓄電素子10の電極端子200及びその周辺の構造を示す断面図である。なお、図5における断面の位置は、図4における断面の位置に準ずる。また、図5では、第一凸部253の位置を明確にするために、第一凸部253を端子本体201の側に突出させて記載している。しかし、実際には、軸体210のかしめ後には、第一凸部253は、金属製の部材(図5では端子本体201)に圧縮されて、ほぼ平坦な形状となる。この補足事項は、後述する図8及び図10に記載される第二凸部254及び第三凸部255についても適用される。
図3〜図5に示すように、本実施の形態において、電極端子200は、端子本体201と軸体210とを有する。端子本体201と軸体210とは互いに異なる素材で形成されている。具体的には、軸体210は、電極体400の負極側端部421aに接合される集電体120と同じく、例えば銅または銅合金で形成されている。端子本体201は、例えばレーザ光を用いた接合の容易さの観点から、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。
電極端子200は、上絶縁部材250及び下絶縁部材280によって容器100と絶縁されている。具体的には、端子本体201と容器100の蓋板110との間に上絶縁部材250が配置される。蓋板110は、容器100が有する壁部の一例である。端子本体201に固定された軸体210は、上絶縁部材250の貫通孔252、蓋板110の貫通孔112、下絶縁部材280の貫通孔282、及び、集電体120の端子接続部121に形成された貫通孔123を貫通し、図5に示すようにかしめられる。これにより、上絶縁部材250、下絶縁部材280、及び集電体120は、電極端子200とともに、蓋板110に固定される。
なお、本実施の形態に係る上絶縁部材250は、貫通孔252を形成する筒状部259(図4参照)を有している。筒状部259は、軸体210と蓋板110の貫通孔112との間の気密を維持する役割を有している。つまり、上絶縁部材250は、いわゆるガスケットとしての役割も有している。また、上絶縁部材250は、図3〜図5に示すように、端子本体201の厚み方向(Z軸方向)と直交する方向の端面を囲む側壁部258を有している。側壁部258は、例えば、電極端子200と、蓄電素子10の近くに配置された外部の部材との導通を防止する部材として機能する。また、側壁部258は、例えば、蓄電素子10の製造時及び使用時において、電極端子200の回り止めとして機能する。
なお、上絶縁部材250及び下絶縁部材280のそれぞれは、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)、または、ポリエーテルサルフォン(PES)等の絶縁性を有する素材で形成されている。
このように、上絶縁部材250を介して蓋板110に固定される電極端子200において、端子本体201と軸体210とは図4に示す状態で接合されている。具体的には、軸体210は接続部211を有し、接続部211は、端子本体201の上絶縁部材250の側に設けられた開口部203に埋設されている。また、軸体210は、接続部211から延設された軸本体部212を有し、軸本体部212が、集電体120の端子接続部121の下方でかしめられることで、かしめ部212a(図5参照)が形成される。このような構成の電極端子200は、例えば、端子本体201に設けられた開口部203に軸体210を圧入し、軸体210における開口部203の内部に位置する部分を塑性変形させることで作製される。
ここで、上述のように、端子本体201はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成され、軸体210は銅または銅合金で形成されている。そのため、端子本体201の開口部203の内面と、軸体210の接続部211の外面とが接触する部分(端子本体201と軸体210との界面)は、異種金属同士の接触部分である。従って、従来であれば、端子本体201と軸体210との界面における電食を抑制するために、例えば、軸体210の少なくとも開口部203の内面と接触する部分に、ニッケルメッキを施す必要があった。しかしながら、本実施の形態では、端子本体201と軸体210との界面に外部の水分が到達しないように構造上の工夫がなされており、これにより、軸体210にニッケルメッキ等のメッキ加工を施すことは不要である。
具体的には、上絶縁部材250に第一凸部253が設けられており、第一凸部253によって蓄電素子10の外部から当該界面への水分の到達が抑制されている。すなわち、本実施の形態に係る蓄電素子10は、容器100と、互いに異なる素材で形成された端子本体201及び軸体210を有する電極端子200と、端子本体201及び容器100の壁部(蓋板110)の間に配置され、かつ、軸体210が貫通する上絶縁部材250とを備える。軸体210は、端子本体201の上絶縁部材250の側に設けられた開口部203に埋設され、かつ、上絶縁部材250の側に露出する接続部211を有する。上絶縁部材250には、軸体210の軸方向(本実施の形態におけるZ軸方向)から見た場合における開口部203の外側の位置に、端子本体201に向けて突出する第一凸部253が設けられている。
このように、本実施の形態では、端子本体201の、軸体210の接続部211が埋設された開口部203より外側の位置において、端子本体201と上絶縁部材250との間を、第一凸部253によって封止することができる。そのため、仮に、上絶縁部材250の側壁部258の上端から端子本体201と上絶縁部材250との間に水分が浸入した場合であっても、水分の開口部203への到達は困難である。つまり、端子本体201と軸体210との界面に水分が到達する可能性が低減される。その結果、端子本体201と軸体210との素材の違いに起因する電食の発生が抑制される。従って、軸体210に、電食を防ぐためのメッキ加工等は不要となる。従って、本実施の形態に係る蓄電素子10は、簡易な構成で、かつ、信頼性の高い蓄電素子である。
なお、本実施の形態では、第一凸部253は、開口部203の外周に沿う環状に形成されている(図3及び図5参照)。そのため、第一凸部253は、開口部203の全周において、水分の浸入を抑制することができる。
また、第一凸部253は、例えば、端子本体201の開口部203と、軸体210の接続部211との界面(軸方向からみ見た場合における境界線)における気密性の維持の観点からは、当該界面に接触しない位置及び形状に形成されていることが好ましい。
また、本実施の形態において、端子本体201は、例えば図4に示すように、容器100の側に突出する、開口部203が形成された突出部202を有し、上絶縁部材250には、突出部202を収容する凹部251が形成されており、第一凸部253は、凹部251の底面251aに設けられている。
この構成によれば、軸体210の軸方向から見た場合において、軸体210に比較的に近い位置に第一凸部253が配置される。従って、軸体210の先端がかしめられた場合におけるかしめ力が、効率よく第一凸部253を圧縮する力として作用する。その結果、第一凸部253が、端子本体201の突出部202の端面202a(図5参照)によって、より確実に圧縮され、これにより、第一凸部253による封止性能が向上される。また、端子本体201に突出部202が設けられることで、端子本体201の肉厚が増加し、これにより、端子本体201の剛性が向上する。
また、本実施の形態において、軸体210の接続部211は、上絶縁部材250の側に露出する部分以外は、端子本体201に覆われている。具体的には、例えば図4に示すように、軸体210における、接続部211の下面(露出面)より上の部分が、端子本体201に覆われている。
このように、本実施の形態では、端子本体201の上面(上絶縁部材250とは反対側の面)に、軸体210の頭部が露出しない。そのため、例えば、端子本体201と軸体210の頭部との境界を、端子本体201に接合されるバスバー等の別の部材によって密閉することなく、外部の水分から保護することができる。従って、例えば、端子本体201の上面にバスバー等の別部材が配置されない場合であっても、軸体210の全域において、電食を防ぐためのメッキ加工等は不要である。
以上、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、図3〜図5に示す態様とは異なる態様の上絶縁部材250及び電極端子200を備えてもよい。そこで、以下に、蓄電素子10における上絶縁部材250または電極端子200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。
(変形例1)
図6は、実施の形態の変形例1に係る蓄電素子10aが備える上絶縁部材250a及び電極端子200aの断面図である。なお、図6における断面の位置は、図4における断面の位置に準ずる。
図6は、実施の形態の変形例1に係る蓄電素子10aが備える上絶縁部材250a及び電極端子200aの断面図である。なお、図6における断面の位置は、図4における断面の位置に準ずる。
図6に示す、本変形例に係る上絶縁部材250aは、実施の形態に係る上絶縁部材250とは異なり、第一凸部253を有していない。しかし、本変形例に係る蓄電素子10aにおいて、端子本体201には、軸体210の軸方向(図Z軸方向)から見た場合における開口部203の外側の位置に、上絶縁部材250aに向けて突出する第一凸部205が設けられている。
このように、本変形例では、端子本体201の開口部203より外側の位置において、端子本体201と上絶縁部材250aとの間を、端子本体201に設けられた第一凸部205によって封止することができる。そのため、仮に、上絶縁部材250aの側壁部258の上端から端子本体201と上絶縁部材250aとの間に水分が浸入した場合であっても、水分の開口部203への到達は困難である。つまり、端子本体201と軸体210との界面に水分が到達する可能性が低減される。その結果、端子本体201と軸体210との素材の違いに起因する電食の発生が抑制され、これにより、軸体210に、電食を防ぐためのメッキ加工等は不要となる。従って、本変形例に係る蓄電素子10aは、実施の形態に係る蓄電素子10と同じく、簡易な構成で、かつ、信頼性の高い蓄電素子である。
より具体的には、本変形例において、端子本体201は、容器100の側に突出する、開口部203が形成された突出部202を有している。上絶縁部材250aには、突出部202を収容する凹部251が形成されており、第一凸部205は、突出部202に設けられている。
この構成によれば、軸体210の軸方向から見た場合において、軸体210に比較的に近い位置に第一凸部205が配置される。従って、軸体210の先端がかしめられた場合(図5参照)におけるかしめ力が、効率よく第一凸部205を凹部251の底面251aに押し当てる力として作用する。その結果、第一凸部205が、凹部251の底面251aに、より確実にめり込み、これにより、第一凸部205による封止性能が向上される。
なお、第一凸部205は、例えば、端子本体201の開口部203と、軸体210の接続部211との界面における気密性の維持の観点からは、当該界面から離間した位置及び形状に形成されていることが好ましい。
(変形例2)
図7は、実施の形態の変形例2に係る電極端子200及びその周辺の構造を示す分解断面図である。図8は、実施の形態の変形例2に係る蓄電素子10bの電極端子200及びその周辺の構造を示す断面図である。なお、図7及び図8における断面の位置は、図4における断面の位置に準ずる。
図7は、実施の形態の変形例2に係る電極端子200及びその周辺の構造を示す分解断面図である。図8は、実施の形態の変形例2に係る蓄電素子10bの電極端子200及びその周辺の構造を示す断面図である。なお、図7及び図8における断面の位置は、図4における断面の位置に準ずる。
図7及び図8に示す、本変形例に係る上絶縁部材250bは、第一凸部253に加えて第二凸部254を有している。つまり、本変形例に係る蓄電素子10bにおいて、上絶縁部材250bには、軸体210の軸方向(Z軸方向)から見た場合における開口部203の内側の位置に、接続部211に向けて突出する第二凸部254が設けられている。
この構成によれば、端子本体201の、軸体210の接続部211が埋設された開口部203より内側の位置において、接続部211と上絶縁部材250bとの間を、第二凸部254によって封止することができる。具体的には、第二凸部254は、接続部211の露出面211a(図7参照)から受ける押圧力によって、接続部211と上絶縁部材250bとの間の隙間を埋めるように変形する。そのため、例えば、容器100の内部の電解液が、軸体210と上絶縁部材250bとの隙間に浸入した場合であっても、電解液は、接続部211よりも外側の部分、つまり、端子本体201には到達し難い。これにより、例えば、電解液が端子本体201に付着することによる腐食の発生可能性が低減される。また、電解液が、端子本体201と軸体210との界面に到達することによる電食の発生可能性が低減される。
ここで、第二凸部254は、水分だけでなく電解液及び気体に対する気密性も含み、蓄電素子10bにおける気密性の要となる部位である。従って、第二凸部254付近に圧力を集中させることができるように、第一凸部253よりも大きな第二凸部254を配置することで、第二凸部254がより圧縮される形態とすることが好ましい。すなわち、第二凸部254の幅(X軸方向の幅、以下同じ)を、第一凸部253の幅より大きくし、かつ/または、第二凸部254の高さ(Z軸方向の高さ、以下同じ)を、第一凸部253の高さよりも大きくしてもよい。
なお、この場合、第一凸部253に掛かる圧力が小さく場合も考えられるため、例えば、第一凸部253は、第二凸部254よりも圧縮されやすい形状であることが好ましい。また、第一凸部253は、第二凸部254よりも圧縮されやすい素材で形成されてもよい。また、変形例3において後述する、第一凸部253の裏側に配置された第三凸部によって、第一凸部253に対する圧縮補助効果を得ることも可能である。この場合、第三凸部の幅は第一凸部253より大きく、かつ/または、第三凸部の高さは第一凸部253の高さよりも大きいことが好ましい。
また、第二凸部は、上絶縁部材250bに替えて、または加えて、接続部211に設けられていてもよい。つまり、接続部211が、上絶縁部材250bに向けて突出する第二凸部を有してもよい。この場合であっても、接続部211が有する第二凸部は、例えば、容器100の内部の電解液の端子本体201への到達を抑制する部位として機能することができる。すなわち、第二凸部は、上絶縁部材250b及び接続部211の一方において、他方に向けて突出して配置されていればよい。
(変形例3)
図9は、実施の形態の変形例3に係る電極端子200及びその周辺の構造を示す分解断面図である。図10は、実施の形態の変形例3に係る蓄電素子10cの電極端子200及びその周辺の構造を示す断面図である。なお、図9及び図10における断面の位置は、図4における断面の位置に準ずる。
図9は、実施の形態の変形例3に係る電極端子200及びその周辺の構造を示す分解断面図である。図10は、実施の形態の変形例3に係る蓄電素子10cの電極端子200及びその周辺の構造を示す断面図である。なお、図9及び図10における断面の位置は、図4における断面の位置に準ずる。
図9及び図10に示す、本変形例に係る上絶縁部材250cは、第一凸部253に加えて第三凸部255を有している。つまり、本変形例に係る蓄電素子10cにおいて、上絶縁部材250cには、容器100の蓋板110に向けて突出する第三凸部255であって、軸体210の軸方向(Z軸方向)において、第一凸部253と並ぶ位置に配置された第三凸部255が設けられている。
この構成によれば、例えば、軸体210のかしめ時において、第一凸部253が端子本体201によって圧縮される際、その裏に、第三凸部255が存在することで、第一凸部253がより確実に圧縮され、これにより、第一凸部253による封止性能が向上される。
なお、第三凸部255は、第一凸部253に満遍なく圧力を付与するために、第三凸部255の幅を第一凸部253の幅よりも大きくすること、すなわち、軸方向から見た場合に、第三凸部255の幅の中に、第一凸部253の幅が含まれることが好ましい。
また、第三凸部255の位置についても、第一凸部253に満遍なく圧力を付与するために、軸方向から見た場合に、第三凸部255の幅の中心と、第一凸部253の幅の中心とが一致する位置に配置されていることが好ましい。
また、上記変形例2のように、第一凸部253及び第二凸部254が、上絶縁部材250cに並んで配置されている場合、軸方向から見た場合に、第一凸部253及び第二凸部254の中間位置に、第三凸部255が配置されていてもよい。これにより、第一凸部253及び第二凸部254の両方について、第三凸部255による圧力補助効果を得ることができる。なお、この場合、第三凸部255の幅は、例えば、軸方向から見た場合に、第一凸部253及び第二凸部254を含む程度の大きさであることが、第一凸部253及び第二凸部254への圧力補助の観点から有利である。
また、第一凸部253及び第二凸部254のそれぞれの裏側に凸部が設けられてもよい。つまり、例えば上絶縁部材250cは、軸方向において第一凸部253と並ぶ位置に配置された第三凸部255と、軸方向において第二凸部254と並ぶ位置に配置された第四凸部とを有してもよい。この場合、第四凸部は、第二凸部254に満遍なく圧力を付与するために、第四凸部の幅を第二凸部254の幅よりも大きくすることが好ましい。また、同じ理由で、軸方向から見た場合に、第四凸部の幅の中心と、第二凸部254の幅の中心とが一致する位置に配置されていることが好ましい。
また、第三凸部は、上絶縁部材250cに替えて、または加えて、蓋板110に設けられていてもよい。つまり、蓋板110が、上絶縁部材250cに向けて突出する第三凸部であって、軸体210の軸方向(Z軸方向)において第一凸部253と並ぶ位置に、第三凸部を有してもよい。この場合であっても、第一凸部253が端子本体201によって圧縮される際、その裏に、蓋板110が有する第三凸部が存在することで、第一凸部253がより確実に圧縮され、これにより、第一凸部253による封止性能が向上される。つまり、第三凸部は、上絶縁部材250c及び蓋板110の一方における、第一凸部253の裏の位置(軸体210の軸方向(Z軸方向)において第一凸部253と並ぶ位置)に、他方に向けて突出して配置されていればよい。
(他の実施の形態)
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。
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、電極端子200及び上絶縁部材250のいずれか一方のみが第一凸部を有することは必須ではなく、電極端子200及び上絶縁部材250の両方が第一凸部を有してもよい。例えば、端子本体201の開口部203の外側の位置に、電極端子200及び上絶縁部材250のそれぞれが、他方に向けて突出する第一凸部を有してもよい。この場合、2つの第一凸部が、軸体210における径方向に並ぶこと(一方の第一凸部が他方の第一凸部の内側に位置すること)で、端子本体201と接続部211との界面は、外部の水分から2重に保護される。
また、端子本体201は突出部202を有することは必須ではない。つまり、電極端子200は、軸体210の軸本体部212(例えば図4参照)の根本の位置に段差を有しなくてもよい。この場合であっても、軸体210が、上絶縁部材250の側に露出する大きさの接続部211を有することで、例えば、軸体210と端子本体201との接合強度の向上、または、軸体210と端子本体201との接触面積の拡大が図られる。これらのことは電極端子200の信頼性の向上につながる。また、第一凸部253が、端子本体201の開口部203の外側に配置されていることで、容器100の外方から浸入する水分の、端子本体201と上絶縁部材250との界面への到達は抑制される。つまり、当該界面における電食の発生は抑制される。
また、軸体210の頭部は、端子本体201の上面において露出していてもよい。つまり軸体210は、端子本体201を貫通した状態で、端子本体201に固定されていてもよい。この場合であっても、例えば、端子本体201の上面において、軸体210の頭部を覆うように配置されたバスバーが、端子本体201の上面と接合されることで、軸体210の頭部と端子本体201との界面への水分の浸入は抑制される。
また、図4及び図5等を用いて説明した、負極側の電極端子200及びその周辺の構造は、正極側の電極端子300及びその周辺に採用されなくてもよい。例えば、単一の金属材料から端子本体と軸体とを一体に有する電極端子300が作製される場合、つまり、端子本体と軸体とが同一素材で形成される場合、電極端子200のような異種金属同士が接触することによる電食は生じない。従って、例えば、正極側の上絶縁部材350は、第一凸部253に相当する凸部を有しなくてもよい。
なお、以上記載された上絶縁部材250または電極端子200に関する補足事項は、上記変形例1〜3に係る蓄電素子10a〜10cに適用されてもよい。また、上記実施の形態及び変形例に記載された構成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。
また、本発明は、上記説明された蓄電素子として実現することができるだけでなく、当該蓄電素子を複数備える蓄電装置としても実現することができる。
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、10b、10c 蓄電素子
100 容器
110 蓋板
200、200a、300 電極端子
201 端子本体
202 突出部
203 開口部
205、253 第一凸部
210 軸体
211 接続部
211a 露出面
250、250a、250b、250c、350 上絶縁部材
251 凹部
251a 底面
254 第二凸部
255 第三凸部
100 容器
110 蓋板
200、200a、300 電極端子
201 端子本体
202 突出部
203 開口部
205、253 第一凸部
210 軸体
211 接続部
211a 露出面
250、250a、250b、250c、350 上絶縁部材
251 凹部
251a 底面
254 第二凸部
255 第三凸部
Claims (5)
- 容器と、
互いに異なる素材で形成された端子本体及び軸体を有する電極端子と、
前記端子本体及び前記容器の壁部の間に配置され、かつ、前記軸体が貫通する絶縁部材とを備え、
前記軸体は、前記端子本体の前記絶縁部材の側に設けられた開口部に埋設され、かつ、前記絶縁部材の側に露出する接続部を有し、
前記端子本体及び前記絶縁部材の一方には、前記軸体の軸方向から見た場合における前記開口部の外側の位置に、他方に向けて突出する第一凸部が設けられている、
蓄電素子。 - さらに、前記接続部及び前記絶縁部材の一方には、前記軸体の軸方向から見た場合における前記開口部の内側の位置に、他方に向けて突出する第二凸部が設けられている、
請求項1記載の蓄電素子。 - さらに、前記絶縁部材及び前記壁部の一方には、他方に向けて突出する第三凸部であって、前記軸方向において、前記第一凸部と並ぶ位置に配置された第三凸部が設けられている、
請求項1または2記載の蓄電素子。 - 前記端子本体は、前記容器の側に突出する、前記開口部が形成された突出部を有し、
前記絶縁部材には、前記突出部を収容する凹部が形成されており、
前記第一凸部は、前記突出部及び前記凹部の底面の一方に設けられている、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の蓄電素子。 - 前記接続部は、前記絶縁部材の側に露出する部分以外は、前記端子本体に覆われている、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の蓄電素子。
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-
2018
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