JP7448499B2 - 蓄電装置 - Google Patents
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Description
(蓄電装置100)
図1は、実施の形態1に係る蓄電装置100を示す斜視図である。蓄電装置100は、典型的にはリチウムイオン電池である。蓄電装置100は、複数の蓄電セル10、複数のスペーサ60、および拘束部材80を備える。
図2は、蓄電セル10を示す斜視図である。図3は、蓄電セル10を示す分解斜視図である。図2,図3に示すように、蓄電セル10は、いわゆる角型の二次電池であり、全体として扁平な直方体形状を有している。蓄電セル10は、ケース20、電極体30および蓋体40を含む。
ケース20は、上方に向けて開口する上側開口26を有し、全体として有底筒状に形成されている。電極体30は、電解液28とともにケース20内に収容される。電解液28はたとえば、リチウム塩および溶媒を含む。蓋体40は、ケース20の上縁部に溶接され、ケース20の上側開口26を閉塞する。
蓋体40は、板状に形成されている。蓋体40の上面には、正極外部端子41および負極外部端子42が幅方向Wに間隔をあけて配置されている。蓋体40の下面には、正極集電板43および負極集電板44が配置される。正極集電板43は正極外部端子41に接続され、負極集電板44は負極外部端子42に接続される。正極集電板43および負極集電板44は、図3では模式的に図示されているが、電極体30における正極31および負極32にそれぞれ電気的に接続される。
ケース20と蓋体40との間には、ケース20と蓋体40とが溶接されることによって封口部50(図4)が形成されている。ここでは、蓋体40はケース20の上縁部の内側に配置される。封口部50は、ケース20のうちの上側開口26を形成している内周面部分と、蓋体40の外周面部分との間に形成され、所定の深さを有して、蓋体40の外周縁部分に沿って全体として環状に延在している。
図3に示すように、電極体30は積層型の発電要素である。図14,図15を参照して後述するが、本開示の技術的思想は積層型に限られず、巻回型の発電要素(電極体30A)にも適用可能である。図3に示す電極体30はたとえば、正極31および負極32が、その間にセパレータ38を挟みつつ交互に積層されることにより形成されている。電極体30は全体として、ケース20と同様に、扁平直方体の外形形状を有する。電極体30は、扁平直方体の長手方向がケース20の長手方向に一致するようにケース20内に収容される。
電極体30は、自身の外表面上に、主面領域30Sを有している。電極体30がケース20内に収容された際、電極体30の主面領域30Sは、ケース20のうちの端面部21を構成している部位の内表面21N(図4)に隣接する。
一方向D1に沿って主面領域30Sをケース20の端面部21に対して投影することにより、ケース20の端面部21上に主面領域投影像30P(図5)が形成される。主面領域投影像30Pは、幅方向Wに対して平行に延びる上端P1および下端P2を有している。
一方向D1に沿って封口部50をケース20の端面部21に対して投影することにより、ケース20の端面部21上に封口部投影像50Qが形成される。封口部投影像50Qも、幅方向Wに対して平行に延びる上端Q1および下端Q2を有している。
ケース20の端面部21は、封口部投影像50Qの下端Q2と主面領域投影像30Pの上端P1との間に形成される第1領域R1と、主面領域投影像30Pの上端P1と主面領域投影像30Pの下端P2との間に形成される第2領域R2と、を含む。第1領域R1は、封口部投影像50Qの下端Q2と主面領域投影像30Pの上端P1との間のすべての領域であってもよいし、封口部投影像50Qの下端Q2と主面領域投影像30Pの上端P1との間の一部の領域であってもよい。同様に、第2領域R2は、主面領域投影像30Pの上端P1と主面領域投影像30Pの下端P2との間のすべての領域であってもよいし、主面領域投影像30Pの上端P1と主面領域投影像30Pの下端P2との間の一部の領域であってもよい。
図4,図5に示すように、幅方向Wにおいて、スペーサ60は電極体30の幅よりも大きな幅寸法を有する。高さ方向Hにおいて、スペーサ60は電極体30の高さよりも大きな高さ寸法を有する。
蓄電装置100において充放電が繰り返されたとき、電極体30の温度が高くなり、電極体30の内圧も高くなる。特段の対策が施されていない場合には、電極体30が大きく膨らむように変形し得る。電極体30が大きく膨らんだ場合には、電極体30とケース20との間に作用する面圧が高くなる。ケース20のうちの端面部21を構成している部位の内表面21N(特に、内表面21Nのうちの電極体30に面している部分)は、電極体30の主面領域30Sに押される。その結果、ケース20のうちの端面部21を構成している部位は膨らむように変形し、ケース20が破断することにも繋がり得る。
第1面圧と第2面圧との差は0.5MPa以上であり、第2面圧は0.01MPa以上であってもよい。
図8は、実施の形態1に関する比較例1の蓄電装置に含まれる蓄電セルおよびスペーサを分解して示す断面図であり、実施の形態1における図4に対応している。この比較例1は、スペーサ60の代わりにスペーサ60Yが用いられるという点で実施の形態1と相違する。
図11は、実施の形態1に関する比較例2の蓄電装置に含まれる蓄電セルおよびスペーサを分解して示す断面図であり、実施の形態1における図4に対応している。この比較例2は、スペーサ60の代わりにスペーサ60Zが用いられるという点で実施の形態1と相違する。
図14は、実施の形態2の蓄電装置に含まれる蓄電セル10Aを示す斜視図である。図15は、実施の形態2の蓄電装置に含まれる蓄電セル10Aおよびスペーサ60を分解して示す断面図であり、実施の形態1における図4に対応している。この実施の形態2における蓄電セル10Aは、電極体30の代わりに電極体30Aが用いられるという点で実施の形態1と相違する。
図16は、実施の形態3の蓄電装置に含まれるスペーサ60Aを示す断面図であり、一方向D1に対して平行な方向に沿った断面形状を表している。図17は、実施の形態3の蓄電装置に含まれるスペーサ60Aを示す図であり、一方向D1に沿う方向から見たスペーサ60Aの外観構造を表している。
図18は、実施の形態4の蓄電装置に含まれるスペーサ60Bを示す断面図であり、一方向D1に対して平行な方向に沿った断面形状を表している。図19は、実施の形態4の蓄電装置に含まれるスペーサ60Bを示す図であり、一方向D1に沿う方向から見たスペーサ60Bの外観構造を表している。
図20および図21を参照して、本開示に関連する実施例および比較例について説明する。図20および図21中のサンプル番号1~8,11~62に示されるように、第1面圧の大きさ、第1面圧を作用させる高さ、第2面圧の大きさ、および端面部21のアスペクト比が異なる蓄電装置を準備して、疲労試験およびサイクル試験を行なった。以下、サンプル番号1~8,11~62を、実施例または比較例という文言と組み合わせて呼称する。
Claims (3)
- 一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セルと、
複数のうちの隣り合う2つの前記蓄電セルの間に配置されたスペーサと、
複数の前記蓄電セルおよび前記スペーサに前記一方向に沿った荷重をかけてこれらを拘束する拘束部材と、を備え、
複数の前記蓄電セルの各々は、有底筒状に形成されたケースと、前記ケースに収容された電極体と、前記ケースの上縁部に溶接され前記ケースの上側開口を閉塞する蓋体と、を含み、
前記ケースと前記蓋体との間には、前記ケースと前記蓋体とが溶接されることによって封口部が形成されており、
前記ケースの外表面は、前記一方向に対して直交する面方向に延びる端面部を含み、
前記端面部は、幅方向に延びる長辺と高さ方向に延びる短辺とを有する長方形状に形成されており、前記短辺の長さに対する前記長辺の長さで示されるアスペクト比は1.4以上であり、
前記電極体は、前記ケースのうちの前記端面部を構成している部位の内表面に隣接する主面領域を有し、
前記一方向に沿って前記主面領域を前記端面部に対して投影することにより、前記端面部上に主面領域投影像が形成され、
前記一方向に沿って前記封口部を前記端面部に対して投影することにより、前記端面部上に封口部投影像が形成され、
前記端面部は、前記封口部投影像の下端と前記主面領域投影像の上端との間に形成される第1領域と、前記主面領域投影像の前記上端と前記主面領域投影像の下端との間に形成される第2領域と、を含み、
複数の前記蓄電セルおよび前記スペーサが前記拘束部材によって拘束された状態では、前記第1領域の少なくとも一部が前記スペーサから第1面圧の圧力を受けるとともに、前記第2領域の少なくとも一部が前記スペーサから第2面圧の圧力を受けており、
前記第1面圧は、前記第2面圧よりも高く、かつ、1.5MPa以上3.5MPa以下の範囲内であり、
前記第1領域において、前記スペーサから前記第1面圧の圧力を受けている前記少なくとも一部の高さは、1mm以上であり、
前記スペーサは、前記第1領域に接触する第1部分と、前記第2領域に接触する第2部分と、を有し、
前記第1部分は、前記第2部分よりも硬質な部材から形成され、
前記一方向において、前記第1部分は、前記第2部分と同じ厚みを有し、
前記第1部分は、前記一方向に対して直交する面方向に延びる形状を有し、
前記第2部分は、前記一方向に対して直交する面方向に延びる形状を有し、
前記第1部分および前記第2部分は、前記端面部に接触し、かつ、前記封口部および前記蓋体には接触しないように配置されている、
蓄電装置。 - 前記第1面圧と前記第2面圧との差は、0.5MPa以上であり、
前記第2面圧は、0.01MPa以上である、
請求項1に記載の蓄電装置。 - 前記第1領域は、前記封口部投影像の上端と前記主面領域投影像の上端との間の領域を含むように形成される、
請求項1または2に記載の蓄電装置。
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