JPWO2017110548A1 - 蓄電装置 - Google Patents

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Abstract

蓄電装置は、電極組立体と、電極組立体を収容したケースと、第1及び第2の電極端子と、第1の電極端子に電気的に接続される電流遮断機構とを備える。電流遮断機構は、ケースの内部圧力が設定圧力に達すると、電極端子と電極組立体との間の電気的な通電経路の電流を遮断する構造を有する。電流遮断機構は、電流遮断機構を含めた第1の電極端子と電極組立体の端面とを絶縁する機構絶縁部と、第2の電極端子と電極組立体の端面とを絶縁する端子絶縁部とを備える。壁部から第1の電極端子を含む機構絶縁部までの突出寸法と、壁部から第2の電極端子を含む端子絶縁部までの突出寸法とが同じである。

Description

本発明は、ケースの内部圧力が設定圧力に達すると、変形板の変形によって通電経路の電流を遮断する電流遮断機構を備える蓄電装置に関する。
従来から、EV(Electric Vehicle)やPHV(Plug in Hybrid Vehicle)などの車両には、としてリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などの蓄電装置が搭載されている。蓄電装置は、電動機などの電装品への供給電力を蓄える。一般的に、二次電池は、活物質層を有する正極電極及び負極電極が層状に重なった電極組立体と、該電極組立体を収容するケースとを備えている。ケースとしては、電極組立体を挿入するための開口部を有するケース部材と、ケース部材の開口部を閉塞する蓋部材とを有するものがある。正極電極及び負極電極の一辺からはタブが突設され、各タブには各極用の導電部材が接合されている。さらに、各導電部材には各極の電極端子が電気的に接続され、各電極端子は蓋部材に固定されている。
また、二次電池は、ケースの内部圧力の上昇に対応して電流を遮断する電流遮断機構を備えたものがある。電流遮断機構は、一方の極性の電極端子と電極組立体とを電気的に接続している通電経路上に設けられている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1の二次電池では、電流遮断機構は正極の電極端子と一体化されるとともに、蓋部材の内面と、この内面に対向した電極組立体の端面との間に画定された空間に配置されている。このような電流遮断機構は、タブを有する電極組立体を備えた二次電池においても電極端子と電極組立体との通電経路に設けることで適用可能である。
特開2012−119183号公報
正極の電極端子及び負極の電極端子は互いに異なる材料からなる。そのため、正極の電極端子及び負極の電極端子は、互いに異なる電気抵抗及び強度を有する。したがって、両電極端子における電気抵抗及び強度の差を小さくしようとすると、両電極端子は互いに異なる形状や寸法を有するように形成される。その結果、正極の電極端子から電極組立体までの距離は、負極の電極端子から電極組立体までの距離と異なることになる。
また、電流遮断装置を二次電池に適用する場合、何れか一方の電極端子に配置される。例えば、電流遮断装置が正極の電極端子に配置される場合、通電経路を構成する部材が電極組立体と正極の電極端子との間に位置する。該部材は、電極組立体に向かって突出する部分を有する。該部材における電極組立体に最も近接する部分から電極組立体までの距離は、負極の電極端子から電極組立体までの距離と異なる場合がある。電流遮断装置が負極の電極端子に配置される場合でも、電流遮断装置における電極組立体に最も近接する部分から電極組立体までの距離は、正極の電極端子から電極組立体までの距離と異なる場合がある。
このため、二次電池が振動し、タブの変形によって電極組立体が蓋部材に近付いたときには、電極組立体の端面の一部が電流遮断機構に対し局所的に接触してしまう。
本発明の目的は、電極組立体への局所的な接触を抑制できる蓄電装置を提供することにある。
上記目的を達成するための蓄電装置は、異なる極性の電極が互いに絶縁されて積層された状態の電極組立体と、前記電極組立体を収容したケースと、同じ極性の前記電極と電気的にそれぞれ接続され、前記ケースの壁部に固定された第1及び第2の電極端子と、前記第1の電極端子と電気的に接続される電流遮断機構と、を備える。前記電流遮断機構は、前記ケースの内部圧力が設定圧力に達すると、前記電極端子と前記電極組立体との間の電気的な通電経路の電流を遮断する構造を有する。前記電流遮断機構は、前記電流遮断機構を含めた前記第1の電極端子と前記電極組立体の前記端面とを絶縁する機構絶縁部と、前記第2の電極端子と前記電極組立体の前記端面とを絶縁する端子絶縁部とを備える。前記壁部から前記第1の電極端子を含む前記機構絶縁部までの突出寸法と、前記壁部から前記第2の電極端子を含む前記端子絶縁部までの突出寸法とが同じである。
これによれば、機構絶縁部により、電流遮断機構と電極組立体とを絶縁することができ、端子絶縁部により、電流遮断機構の存在しない第2の電極端子と電極組立体とを絶縁することができる。そして、壁部から機構絶縁部に至るまでの突出寸法と、壁部から端子絶縁部に至るまでの突出寸法が同じであることから、蓄電装置が外力を受けたり、振動したりして、電極組立体が壁部に近付いても、電極組立体の端面には、機構絶縁部及び端子絶縁部が同じように接触し、しかも接触面積を広く確保でき、電極組立体の端面に対し電流遮断機構が局所的に接触してしまうことを抑制できる。
また、蓄電装置について、同じ極性の前記電極と前記電極端子とを接続し、前記壁部と前記端面との間に配置された一対の導電部材を備えるとともに、一対の前記導電部材と前記壁部とを絶縁する導電部材絶縁部を備え、前記端子絶縁部及び前記機構絶縁部は、前記導電部材絶縁部と一体であってもよい。
これによれば、導電部材絶縁部と端子絶縁部と機構絶縁部が一体化されているため、導電部材の絶縁用の部品と、電流遮断機構の絶縁用の部品と、電極端子の絶縁用の部品とを別体とする場合と比べると、蓄電装置の部品点数を減らし、組立を容易にすることができる。
また、前記電流遮断機構は、一面に前記ケースの内部圧力が作用し、他面に前記ケースの外部圧力が作用する変形板を備え、かつ前記第1の電極端子と前記電極組立体との電気的な通電経路の一部を構成するとともに、前記電極組立体の端面と前記第1の電極端子との間に配置されてもよい。
蓄電装置は二次電池である。
本発明によれば、電極組立体への局所的な接触を抑制できる。
実施形態の二次電池を示す斜視図。 実施形態の二次電池を示す部分破断正面図。 実施形態の二次電池を示す分解斜視図。 実施形態の二次電池を示す部分断面図。 絶縁カバーを示す斜視図。 (a)は絶縁カバーの装着状態を示す図4の6a−6a線断面図、(b)は絶縁カバーの装着状態を示す図4の6b−6b線断面図。 絶縁カバーの装着状態を示す斜視図。 外部接続端子付近を示す図4の8−8線断面図。 電極組立体と絶縁カバーとの接触状態を示す断面図。
以下、蓄電装置を二次電池に具体化した一実施形態を図1〜図9にしたがって説明する。
図1又は図3に示すように、蓄電装置としての二次電池10はケース11を備え、ケース11には電極組立体12が収容されている。ケース11は、四角箱状のケース部材14と、このケース部材14の開口部14aを閉塞する矩形平板状の壁部としての蓋部材15とを有している。なお、本実施形態の二次電池10はリチウムイオン電池である。
電極組立体12は、シート状の複数の正極電極21とシート状の複数の負極電極31とを備え、正極電極21と負極電極31とは異なる極性の電極である。詳細に図示しないが、正極電極21は、正極金属箔(本実施形態ではアルミニウム箔)と、その正極金属箔の両面に存在する正極活物質層とを有する。負極電極31は、負極金属箔(本実施形態では銅箔)と、その負極金属箔の両面に存在する負極活物質層とを有する。そして、電極組立体12は、複数の正極電極21と複数の負極電極31の間にこれらを絶縁するセパレータ24を介在させて層状とした積層型である。
正極電極21は、正極電極21の一辺21aの一部から突出した形状のタブ25を有する。負極電極31は、負極電極31の一辺31aの一部から突出した形状のタブ35を有する。複数の正極のタブ25、及び複数の負極のタブ35は、正極電極21及び負極電極31が積層された状態で、正極のタブ25と負極のタブ35とが重ならない位置にそれぞれ設けられている。電極組立体12は、正極電極21の一辺21a、負極電極31の一辺31a、及びセパレータ24の一辺を寄せ集めて形成されたタブ側端面12bを有する。電極組立体12を構成する各正極電極21は、それぞれのタブ25が積層方向に沿って列状に配置されるように積層される。同様に、電極組立体12を構成する各負極電極31は、それぞれのタブ35が積層方向に沿って列状に配置されるように積層される。
二次電池10は、タブ側端面12bから突出した正極のタブ群36を有し、このタブ群36は、全ての正極のタブ25を電極組立体12における積層方向の一側に寄せ集め、積層して構成されている。また、二次電池10は、タブ側端面12bから突出した負極のタブ群36を有し、このタブ群36は、全ての負極のタブ35を電極組立体12における積層方向の一側に寄せ集め、積層して構成されている。そして、二次電池10では、ケース11に収容された各タブ群36、及び電極組立体12のタブ側端面12bに対し、ケース11の壁部としての蓋部材15の内面が対峙している。蓋部材15の内面と、電極組立体12のタブ側端面12bとを最短距離で結ぶ方向を対向方向Zとする。
図3又は図4に示すように、正極のタブ群36には、電極組立体12と、後述の正極端子構造16とを電気的に接続するための正極導電部材51が接合されている。また、負極のタブ群36には、電極組立体12と、後述の負極端子構造17とを電気的に接続するための負極導電部材52が接合されている。蓋部材15の内面と電極組立体12のタブ側端面12bとの間には、正極導電部材51及び負極導電部材52が配置されている。
正極導電部材51は、タブ群36と接合され略U字状のタブ接合部51aを長手方向一側に備える。また、正極導電部材51は、後述の正極引出端子60と接続される平板状の端子接続部51bを長手方向他側に備え、タブ接合部51aと端子接続部51bは長手方向に連続している。
負極導電部材52は、タブ群36と電気的に接合された略U字状のタブ接合部52aを長手方向一側に備える。また、負極導電部材52は、後述の負極引出端子61と電気的に接合された端子接続部52bを長手方向他側に備え、タブ接合部52aと端子接続部52bは長手方向に連続している。
次に、正極端子構造16及び負極端子構造17を説明する。なお、正極端子構造16と負極端子構造17は、電流遮断機構を除いて基本的に同じ構成であるため、共通の部材については、同じ部材番号を使用して説明する。
まず、正極端子構造16及び負極端子構造17を設けるための蓋部材15の構成について説明する。蓋部材15は、ケース11の外側に臨む外面15c及びケース11の内側に臨む内面15dを有し、蓋部材15において、外面15cと内面15dを最短距離で結ぶ方向を厚み方向とする。
蓋部材15は、長手方向における両側に係止凹部18を備える。各係止凹部18は、外面15cから厚み方向に沿って凹んだ形状である。蓋部材15を外面15cから見て、係止凹部18の外形は四角形状である。蓋部材15は、内面15dから突出した突部19を備える。突部19は、係止凹部18を凹ませることで内面15dから突出した形状となっており、突部19の外形は四角形状である。蓋部材15は、長手方向における各係止凹部18より外側に挿通孔15eを備える。
正極端子構造16及び負極端子構造17は、蓋部材15の外面15cに配置された外側絶縁部材57を備える。この外側絶縁部材57は、正極の外部接続端子66及び正極引出端子60と蓋部材15を絶縁し、負極の外部接続端子66及び負極引出端子61と蓋部材15とを絶縁する。外側絶縁部材57は合成樹脂製である。外側絶縁部材57は、蓋部材15の外面15cから見て矩形状である。外側絶縁部材57の表面57cと裏面57aとを結ぶ方向を厚み方向とする。
外側絶縁部材57は、長手方向の一端寄りに、裏面57aから厚み方向に突出した回り止め部58を備える。回り止め部58は、表面57cから裏面57aに向けて四角孔状に突出した形状である。回り止め部58の四つの外側面を結んで形成される四角形状は、蓋部材15の係止凹部18の四つの内側面を結んで形成される四角形状と相似である。そして、外側絶縁部材57は、回り止め部58が係止凹部18に挿入された状態で蓋部材15に設置されている。回り止め部58の四つの外側面は、係止凹部18の四つの内側面に接触し、係止している。この接触により、外側絶縁部材57は、蓋部材15の外面15cに沿う方向への移動が規制され、特に、外面15c上での回転が規制されている。外側絶縁部材57は、長手方向において回り止め部58と反対側の端部寄りに挿通孔57dを備える。挿通孔57dは、蓋部材15の挿通孔15eと一致した位置にある。
正極端子構造16及び負極端子構造17は、蓋部材15の外側に配置された外部接続端子66を備え、この外部接続端子66は蓋部材15の外側でバスバーを固定可能とする。外部接続端子66は金属製である。この外部接続端子66は、角柱状のボルト頭部67と、外部接続端子66の軸方向に沿ってボルト頭部67の一端面から突出した形状の軸部68と、ボルト頭部67の他端面から突出した形状の係合凸部69とを、備える。軸部68には、バスバー締結用のナットが螺合可能である。
係合凸部69は軸方向に見て四角形状である。係合凸部69の四つの外側面を結んで形成される四角形状は、外側絶縁部材57の回り止め部58の四つの内側面を結んで形成される四角形状と相似である。そして、外部接続端子66の係合凸部69は、外側絶縁部材57の回り止め部58内に挿入されている。係合凸部69の四つの外側面は、回り止め部58の四つの内側面に接触している。この接触により、外部接続端子66は、外側絶縁部材57の表面57cに沿う方向への移動が規制され、特に、外側絶縁部材57の表面57cでの回転が規制されている。
正極端子構造16は、電極組立体12の正極のタブ群36と正極導電部材51を介して電気的に接続された電極端子としての正極引出端子60を備える。負極端子構造17は、電極組立体12の負極のタブ群36と負極導電部材52を介して電気的に接続された電極端子としての負極引出端子61を備える。
正極引出端子60は、後述の端子接続部材44と電気的に接続される接続用軸部60aと、正極導電部材51の端子接続部51bと電気的に接続される基部60bとを軸方向に連続して備える。なお、端子接続部材44は、長手方向の一側に、外部接続端子66と接続される接続片46を備え、長手方向の他側に固定片47を備える。端子接続部材44は、接続片46を厚み方向に貫通する貫通孔46aを備え、この貫通孔46aには外部接続端子66の軸部68が挿通されている。また、端子接続部材44は、固定片47を厚み方向に貫通する挿通孔47aを備える。
そして、正極引出端子60の基部60bは、蓋部材15の内面15dからケース11内に突出して配置されているとともに、接続用軸部60aは、正極導電部材51の挿通孔51c、後述する内側絶縁部材40の挿通孔40a、蓋部材15の挿通孔15e、外側絶縁部材57の挿通孔57d及び端子接続部材44の挿通孔47aを貫通している。
正極端子構造16は、Oリング73を備え、このOリング73には、正極引出端子60の接続用軸部60aが挿通されているとともに、Oリング73は正極導電部材51の端子接続部51bに支持されている。また、正極端子構造16は、接続用軸部60aが挿通された前述の内側絶縁部材40を有する。内側絶縁部材40は、四角板状である。蓋部材15の短手方向に沿う内側絶縁部材40の寸法は、同じく蓋部材15の短手方向に沿う正極導電部材51の寸法より大きい。このため、内側絶縁部材40は、蓋部材15の短手方向に沿って正極導電部材51よりも突出している。
図4に示すように、内側絶縁部材40の内側には、端子接続部51bに支持されたOリング73が配置されている。そして、内側絶縁部材40は、蓋部材15と、端子接続部51bとの間に介在し、蓋部材15と端子接続部51bの接触を規制するとともに、蓋部材15と正極導電部材51とを絶縁する。
端子接続部材44の挿通孔47aを貫通した接続用軸部60aの先端部が軸方向にかしめられることにより、接続用軸部60aと基部60bによって、正極導電部材51、内側絶縁部材40、蓋部材15、外側絶縁部材57、及び端子接続部材44の固定片47が挟持されている。この挟持により、正極引出端子60が蓋部材15に固定されている。Oリング73は、蓋部材15の内面15dのうち挿通孔15eの周囲に密接し、蓋部材15の挿通孔15eをシールしている。
また、正極引出端子60の接続用軸部60aの先端部は、端子接続部材44における固定片47の表面に係止するとともに、この係止によって正極引出端子60と端子接続部材44が電気的に接続されている。また、正極引出端子60の基部60bは、正極導電部材51の端子接続部51bに接触し、この接触によって、正極引出端子60と正極導電部材51が電気的に接続されている。
負極端子構造17において、負極引出端子61は、負極の端子接続部材44と電気的に接続される接続用軸部62と、負極導電部材52の端子接続部52bと電気的に接続される基部63とを軸方向に連続して備える。負極引出端子61の接続用軸部62は、内側絶縁部材40の挿通孔40a、蓋部材15の挿通孔15e、外側絶縁部材57の挿通孔57d及び端子接続部材44の挿通孔47aに挿通されている。
負極引出端子61の基部63は、四角柱状である。基部63の外形形状は、負極引出端子61を軸方向から見て四角形状である。負極引出端子61は、軸方向に貫通する軸孔64を備え、軸孔64は、接続用軸部62及び基部63を貫通している。また、負極引出端子61は、その基部63における電極組立体12のタブ側端面12bに対峙する端面に端子端面63bを備えるとともに、端子端面63bよりも接続用軸部62に向けて凹む凹部63cを備える。凹部63cは、軸孔64に連通している。また、端子端面63bは、凹部63cを取り囲む環状である。
負極端子構造17は、Oリング73を有し、このOリング73には接続用軸部62が挿通されるとともに、Oリング73は基部63に支持されている。負極端子構造17は、接続用軸部62が挿通された筒状の内側絶縁部材40を有する。内側絶縁部材40の内側には、基部63に支持されたOリング73が配置されている。そして、内側絶縁部材40は、蓋部材15と、負極引出端子61の基部63との間に介在し、蓋部材15と基部63との接触を規制するとともに、蓋部材15と負極引出端子61とを絶縁する。また、負極の内側絶縁部材40は、基部63の外周面を覆い、ケース11から負極引出端子61を絶縁する。
負極端子構造17において、端子接続部材44の挿通孔47aを貫通した接続用軸部62の先端部が軸方向にかしめられることにより、接続用軸部62と基部63によって、内側絶縁部材40、蓋部材15、外側絶縁部材57、及び端子接続部材44が挟持されている。この挟持により、負極引出端子61が蓋部材15に固定されている。Oリング73は、蓋部材15の内面15dのうち挿通孔15eの周囲に密接し、蓋部材15の挿通孔15eをシールしている。
また、負極引出端子61の接続用軸部62の先端部は、端子接続部材44における固定片47の表面に係止するとともに、この係止によって負極引出端子61と端子接続部材44が電気的に接続されている。
二次電池10は、第1の電極端子としての負極引出端子61に電気的に接続された電流遮断機構80を備える。なお、上記の正極引出端子60は第2の電極端子となる。電流遮断機構80は、ケース11の内部に配置されており、ケース11の内部圧力が所定の設定圧力に達すると、電極組立体12と、負極引出端子61とを電気的に接続している通電経路の電流を遮断する。電流遮断機構80は、負極引出端子61の基部63と、負極導電部材52の端子接続部52bの接続部に位置している。電流遮断機構80は、負極引出端子61に一体に組み込まれている。
この実施形態では、負極引出端子61の基部63が電流遮断機構80を介して負極導電部材52に電気的に接続されるとともに、負極導電部材52が負極のタブ群36に電気的に接続されることにより、電極組立体12と、負極引出端子61との間の通電経路が構成されている。
電流遮断機構80は、ケース11の内部に発生したガスによって作動すると、負極引出端子61の基部63と負極導電部材52との電気的な接続を遮断する。つまり、電流遮断機構80は、作動していないときには上記通電経路の一部を構成し、ケース11の内部に発生したガスの圧力を受けて作動したときに上記通電経路を遮断する。
電流遮断機構80は、負極導電部材52の端子接続部52bと基部63とに接合された接点板81を有する。接点板81は、導電性の材料製であり、電極組立体12に向けて凸となる碗状である。そして、接点板81は、基部63の凹部63cを電極組立体12側から覆っている。接点板81における凹部63cからはみ出している外周部と、基部63の端子端面63bとは、溶接により固定されている。
接点板81における凹部63cと対向する部分は、通常状態において電極組立体12(下方)に向けて凸となっており、この電極組立体12に向けて凸となった部分と、負極導電部材52の端子接続部52bとが溶接されている。接点板81と端子接続部52bとの溶接部分である負極溶接部分Pを、負極引出端子61と負極導電部材52とを導通する導通部とする。よって、負極導電部材52と負極引出端子61とは、接点板81を介して電気的に接続されている。電流遮断機構80は、基部63と負極導電部材52との間に配置された絶縁リング82、及び絶縁リング82の外周側に配置されたシールリング83を有する。
負極導電部材52は、端子接続部52bの電極組立体12と対向する面に変形用凹部53aを有する。変形用凹部53aは、電極組立体12から蓋部材15に向けてすり鉢状に凹んでいる。変形用凹部53aの底面に負極溶接部分Pが位置している。端子接続部52bは、変形用凹部53aの底面となる部位に図示しない破断溝を有する。破断溝は負極溶接部分Pを取り囲む円環状である。
電流遮断機構80は、ケース11の内部圧力を受圧して変形する変形板85を有する。変形板85は、弾性材料、例えば金属板で構成されたダイヤフラムであり、端子接続部52bより電極組立体12に近い位置に配置されている。変形板85は、円板形状であって変形用凹部53aを電極組立体12側から覆っている。変形板85の外周部と端子接続部52bとが変形板85の外周部の全周にわたって溶接固定されている。変形板85は、ケース11内部をケース11外部に対して気密に隔てている。
変形板85は、通常状態において蓋部材15側から電極組立体12側(下方)に向けて凸となっており、この凸部分における負極溶接部分Pと対向する箇所には、蓋部材15に向けて突出した突起85aを有する。突起85aは、絶縁性の材料により構成されており、破断溝で囲まれた負極溶接部分Pと対向している。
変形板85の一面(電極組立体12と対向する面)には、ケース11の内部圧力が作用している。また、変形板85の他面(蓋部材15と対向する面)には、負極引出端子61の軸孔64を介してケース11の外部圧力(略大気圧)が作用している。そして、変形板85は、電極組立体12と対向する面に、設定圧力に達した内部圧力が付与された場合に、圧力によって変形して蓋部材15に向けて凸となるように構成されている。
そして、上記構成の電流遮断機構80においては、ケース11の内部圧力が所定の設定圧力に達すると、変形板85が蓋部材15に向けて変形し、突起85aが、端子接続部52bと接点板81との負極溶接部分Pを破断する。その結果、負極引出端子61と負極導電部材52との電気的な接続が遮断され、上記通電経路の電流が遮断される。
次に、ケース11内の絶縁カバー90について説明する。
図4に示すように、絶縁カバー90は、対向方向Zにおいて正極導電部材51及び負極導電部材52と蓋部材15との間に介在する導電部材絶縁部91を備える。また、絶縁カバー90は、電流遮断機構80を含めた負極引出端子61と、電極組立体12のタブ側端面12bとを絶縁する機構絶縁部93と、正極引出端子60と電極組立体12のタブ側端面12bとを絶縁する端子絶縁部92とを備える。そして、絶縁カバー90は長手方向に沿う側面視略U字状である。
図5に示すように、機構絶縁部93は、矩形状の導電部材絶縁部91の長手方向の一端部に一体であり、端子絶縁部92は、導電部材絶縁部91の長手方向の他端部に一体である。即ち、導電部材絶縁部91、端子絶縁部92及び機構絶縁部93は単一の部材からなる。導電部材絶縁部91は、長手方向に沿って見た側面視でL字状であり、絶縁部本体91aと、絶縁部本体91aの一つの長縁部から電極組立体12に向けて突出した形状の側壁部91bを備える。
図4に示すように、二次電池10において、正極導電部材51と負極導電部材52が並ぶ方向を並設方向とすると、絶縁カバー90の長手方向が並設方向に沿う。並設方向に沿って一対の内側絶縁部材40の対向面同士を結ぶ直線の寸法を寸法Nとする。絶縁カバー90において、導電部材絶縁部91の長手方向への寸法は、上記寸法Nより僅かに長い。このため、導電部材絶縁部91の長手方向の両端面のうち、一端面は正極の内側絶縁部材40の内側面に当接可能であり、他端面は負極の内側絶縁部材40の内側面に当接可能な位置にある。導電部材絶縁部91の短手方向への寸法は、タブ接合部51a,52aの短手方向への寸法より若干長い。
そして、導電部材絶縁部91の絶縁部本体91aは、対向方向Zにおける正極及び負極のタブ接合部51a,52aと、蓋部材15との間に介在し、タブ接合部51a,52aと蓋部材15とを絶縁する。また、導電部材絶縁部91の側壁部91bは、各タブ群36とケース部材14の長側壁の内面との間に介在し、各タブ群36とケース部材14とを絶縁する。
図8に示すように、絶縁カバー90は、絶縁部本体91aの長手方向両端部に収容凹部91fを備える。収容凹部91fは、絶縁部本体91aの外面91cから電極組立体12に向けて四角形状に凹む形状である。そして、各収容凹部91fには、蓋部材15の突部19が入り込んでおり、突部19の外側面と収容凹部91fの内側面との接触により、絶縁カバー90の長手方向及び短手方向に沿った絶縁カバー90の移動が規制されている。
図5に示すように、絶縁カバー90は、導電部材絶縁部91における側壁部91bの長手方向両端部で、かつ短手方向の一端部に一体の連結部94を備える。そして、長手方向一端の連結部94に機構絶縁部93が連結され、側壁部91bの長手方向他端の連結部94に端子絶縁部92が連結されている。長手方向に沿う側面視では、絶縁部本体91aと端子絶縁部92、及び絶縁部本体91aと機構絶縁部93とは、連結部94によって、対向方向Zに離間している。
図4に示すように、絶縁カバー90において、絶縁部本体91aは、電極組立体12のタブ側端面12bに対峙する面に内面91dを備える。端子絶縁部92は、蓋部材15の外面15cから見た平面視が四角形状である。端子絶縁部92の平面視サイズは、正極引出端子60の基部60bの平面視サイズより大きく、基部60bの全体を電極組立体12側から覆うことができる。
端子絶縁部92は、正極引出端子60の基部60bに対峙する内面92bを備えるとともに、電極組立体12のタブ側端面12bに対峙する外面92dを備え、外面92dは平坦面状である。端子絶縁部92は、内面92bのうち、絶縁部本体91a寄りに突条部92eを備え、突条部92eは絶縁カバー90の短手方向全体に亘って存在する。また、突条部92eは、絶縁部本体91aよりも端子絶縁部92寄りに位置し、対向方向Zにおいて絶縁部本体91aと突条部92eは重なり合っておらず、長手方向に位置ずれしている。
ただし、長手方向に沿う側面視では、絶縁部本体91aと突条部92eとは対向方向Zに対向した位置にある。よって、絶縁カバー90は、対向方向Zにおいて絶縁部本体91aと突条部92eとの間に正極側隙間95aを備え、この正極側隙間95aは、絶縁カバー90の短手方向における連結部94と反対側の端部に開口する。対向方向Zに沿う正極側隙間95aの寸法は、正極導電部材51の厚みより大きく、正極側隙間95aには、端子接続部51bが挿入されている。また、端子絶縁部92は、絶縁カバー90の長手方向の先端部となる位置にリブ92gを備える。リブ92gは絶縁カバー90の短手方向全体に亘って存在する。
そして、正極導電部材51のタブ接合部51aに絶縁カバー90の絶縁部本体91aが支持されるとともに、対向方向Zに沿うタブ接合部51aと蓋部材15との間に絶縁部本体91aが挟まれている。
絶縁カバー90の短手方向に沿う両端部のうち、突条部92eの一端部に連結部94が位置し、他端部に係止爪92aが存在する。端子絶縁部92の係止爪92aは、突条部92eから対向方向Zに突出している。絶縁カバー90の短手方向に沿う連結部94と突条部92eの対向面間の寸法は、短手方向に沿う正極導電部材51の寸法より大きく、正極の内側絶縁部材40の寸法より僅かに長い。そして、正極側隙間95a内に端子接続部51bが入り込んだ状態では、絶縁カバー90の短手方向に対向した内側絶縁部材40の縁部の一方に連結部94が当接するとともに、図6(b)に示すように、他方の縁部に係止爪92aが係止している。加えて、図2に示すように、対向方向Zに沿うリブ92gの先端面は、内側絶縁部材40における電極組立体12と対向する面に当接している。
また、機構絶縁部93は、蓋部材15の外面15cから見た平面視が四角形状である。機構絶縁部93の平面視サイズは、負極引出端子61の基部63及び電流遮断機構80の平面視サイズとほぼ同じであり、電流遮断機構80の全体を電極組立体12側から覆うことができる。
図4に示すように、機構絶縁部93は、電流遮断機構80の変形板85に対峙する内面93bを備えるとともに、電極組立体12に対峙する外面93dを備え、外面93dは平坦面状である。機構絶縁部93は、内面93bのうち、絶縁部本体91a寄りに突条部93eを備え、突条部93eは絶縁カバー90の短手方向全体に亘って存在する。対向方向Zにおいて絶縁部本体91aと突条部93eは重なり合った位置にある。
絶縁カバー90は、対向方向Zにおいて絶縁部本体91aと突条部93eとの間に負極側隙間95bを備え、この負極側隙間95bは、絶縁カバー90の短手方向における連結部94と反対側の端部に開口する。対向方向Zに沿う負極側隙間95bの寸法は、負極導電部材52のタブ接合部52aの厚みより大きく、負極側隙間95bには、負極のタブ接合部52aが挿入されている。そして、タブ接合部52aに絶縁カバー90の絶縁部本体91aが支持されるとともに、対向方向Zに沿うタブ接合部52aと蓋部材15との間に絶縁部本体91aが挟まれている。
また、図5に示すように、機構絶縁部93は、内面93bの縁部に沿ってリブ93gを備え、このリブ93gは平面視L字状である。
ここで、図2に示すように、端子絶縁部92の外面92dからリブ92gの先端面に至るまでの寸法を高さH1とし、機構絶縁部93の外面93dからリブ93gの先端面に至るまでの寸法を高さH2とする。端子絶縁部92のリブ92gの高さH1は、機構絶縁部93のリブ93gの高さH2より高い。
図6(a)に示すように、絶縁カバー90の短手方向に沿う両端部のうち、負極側の突条部93eの一端部に連結部94が位置し、他端部に係止爪93aが存在する。機構絶縁部93の係止爪93aは、突条部93eから対向方向Zに突出している。絶縁カバー90の短手方向に沿う連結部94と突条部93eの対向面間の寸法は、タブ接合部52aの短手方向に沿う寸法より僅かに大きい。そして、負極側隙間95b内にタブ接合部52aが入り込んだ状態では、絶縁カバー90の短手方向に対向したタブ接合部52aの縁部の一方に連結部94が当接するとともに、他方の縁部に係止爪93aが係止している。加えて、図2に示すように、対向方向Zに沿うリブ93gの先端面は、端子接続部52bにおける電極組立体12と対向する面に当接している。
また、図4又は図5に示すように、機構絶縁部93は、中央部に厚み方向に貫通した逃がし凹部93fを備え、この逃がし凹部93fには、電流遮断機構80の変形板85が入り込んでいる。そして、変形板85の下面(電極組立体12と対向する面)には、逃がし凹部93fを介してケース11の内部圧力が作用している。
図2に示すように、機構絶縁部93において、外面93dからリブ93gの先端面までの高さH2は、端子絶縁部92において、外面92dからリブ92gの先端面までの高さH1より低い。これに対し、対向方向Zに沿って、蓋部材15の内面15dから正極引出端子60の基部60bまでの寸法L1は、蓋部材15の内面15dから電流遮断機構80を含む端子接続部52bまでの寸法L2よりは小さい。そして、機構絶縁部93のリブ93gは、端子接続部52bに当接し、端子絶縁部92のリブ92gは、正極導電部材51の端子接続部51bに当接している。
蓋部材15の内面15dから端子絶縁部92の外面92dまでの寸法を正極端子構造16の突出寸法M1とする。蓋部材15の内面15dから機構絶縁部93の外面93dまでの寸法を負極端子構造17の突出寸法M2とする。この場合、負極端子構造17での突出寸法M2と、正極端子構造16での突出寸法M1は同じである。また、端子絶縁部92の外面92dと電極組立体12のタブ側端面12bとの間の間隔は、機構絶縁部93の外面93dと電極組立体12のタブ側端面12bとの間の間隔と同じである。端子絶縁部92の外面92dは、機構絶縁部93の外面93dと面一である。
正極端子構造16では、電流遮断機構80が正極引出端子60の基部60bには一体化されていないが、負極端子構造17では、電流遮断機構80が負極引出端子61の基部63に一体化されている。このため、負極端子構造17の方が、蓋部材15から電極組立体12に向けて突出し、負極端子構造17の寸法L2が、正極端子構造16の寸法L1より大きい。しかし、絶縁カバー90では、機構絶縁部93の高さH2を端子絶縁部92の高さH1より低くし、蓋部材15からの正極端子構造16及び負極端子構造17の突出寸法の差を絶縁カバー90の形状により補っている。その結果、絶縁カバー90により、電流遮断機構80を電極組立体12側から覆いつつも、機構絶縁部93の外面93dと、端子絶縁部92の外面92dとが面一になっている。
次に、二次電池10の製造方法を記載する。
なお、負極の負極引出端子61の端子端面63bには接点板81が接合され、接点板81、絶縁リング82、シールリング83、及び負極導電部材52(端子接続部52b)がユニット化されているものとする。また、負極導電部材52の端子接続部52bには変形板85が接合されており、負極引出端子61と電流遮断機構80と負極導電部材52が予め一体化されているとする。
まず、蓋部材15の各係止凹部18に外側絶縁部材57の回り止め部58を挿入した状態で蓋部材15の外面15cに外側絶縁部材57を配置する。その外側絶縁部材57の回り止め部58内に外部接続端子66の係合凸部69が挿入される。端子接続部材44の貫通孔46aに外部接続端子66の軸部68を挿入する。
次に、正極側において、蓋部材15の内面15d側にOリング73、内側絶縁部材40を配置するとともに正極導電部材51を配置し、正極引出端子60の接続用軸部62を正極導電部材51の挿通孔51c、内側絶縁部材40の挿通孔40a、Oリング73、蓋部材15の挿通孔15e及び端子接続部材44の挿通孔47aに挿入する。そして、正極引出端子60の接続用軸部60aのかしめにより、基部60bと接続用軸部60aの先端部との間に、正極導電部材51、内側絶縁部材40、蓋部材15、外側絶縁部材57、及び端子接続部材44が一体化される。
負極側において、蓋部材15の内面15d側にOリング73、内側絶縁部材40を配置し、内側絶縁部材40の挿通孔40a、Oリング73、蓋部材15の挿通孔15e及び端子接続部材44の挿通孔47aに、負極引出端子61の接続用軸部62を挿入する。そして、接続用軸部62のかしめにより、基部63と接続用軸部62の先端部との間に、内側絶縁部材40、蓋部材15、外側絶縁部材57、及び端子接続部材44が一体化されるとともに、電流遮断機構80も一体化される。
すると、蓋部材15に正極端子構造16及び負極端子構造17が形成され、蓋端子組立体20が形成される。蓋端子組立体20では、外側絶縁部材57の回り止め部58の外側面と、蓋部材15の係止凹部18の内側面との係止により、外側絶縁部材57の蓋部材15上での回転が規制される。この回転の規制された外側絶縁部材57の回り止め部58の内側面と外部接続端子66の係合凸部69の外側面との係止により、外部接続端子66の回転が規制される。
蓋端子組立体20では、対向方向Zにおける蓋部材15とタブ接合部51a,52aとの間に隙間が存在している。また、タブ接合部51a,52aはL字状にあり、タブ接合部51a,52aは蓋部材15から突出する部分が存在する。
そして、正極導電部材51のタブ接合部51aに対し、電極組立体12の正極のタブ群36がレーザ溶接によって接合され、負極導電部材52のタブ接合部52aに対し、負極のタブ群36がレーザ溶接によって接合される。すると、蓋端子組立体20と電極組立体12が一体化される。
次に、各タブ接合部51a,52aを略U字状に折り曲げ、タブ群36を折り曲げる。そして、図7に示すように、対向方向Zにおける蓋部材15とタブ接合部51a,52aとの間に、絶縁カバー90の絶縁部本体91aを差し込むとともに、正極側隙間95aに正極導電部材51を、負極側隙間95bに負極導電部材52を差し込むように、絶縁カバー90をスライド移動させる。
そして、正極側において、連結部94が内側絶縁部材40の一縁部に当接すると、端子絶縁部92の係止爪92aが内側絶縁部材40の縁部に係止する。また、負極側において、連結部94がタブ接合部52aの一長縁部に当接すると、機構絶縁部93の係止爪93aがタブ接合部52aの他長縁部に係止する。その結果、絶縁カバー90が正極導電部材51及び負極導電部材52に一体に組付けられるとともに、タブ接合部51a,52aが絶縁部本体91aによって、蓋部材15から絶縁された状態となる。
また、端子絶縁部92が正極引出端子60の基部60bを電極組立体12から絶縁し、機構絶縁部93が電流遮断機構80を電極組立体12から絶縁しつつ、変形板85を保護した状態となる。
そして、電極組立体12をケース部材14の開口部14aからケース部材14内に挿入する。このとき、電極組立体12をケース部材14内に押し込むため、蓋端子組立体20をケース部材14に向けて押し込む。すると、図9に示すように、絶縁カバー90の端子絶縁部92の外面92d及び、機構絶縁部93の外面93dが電極組立体12のタブ側端面12bに同時に接触しながら、電極組立体12が押圧される。
そして、電極組立体12がケース部材14内に挿入された後、蓋部材15をケース部材14の開口端に接合すると、二次電池10が組み立てられる。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)正極端子構造16における、蓋部材15の内面15dから端子絶縁部92の外面92dまでの突出寸法M1と、負極端子構造17における、蓋部材15の内面15dから機構絶縁部93の外面93dまでの突出寸法M2を同じにした。このため、二次電池10の初期充電時や、二次電池10の使用時に、二次電池10に外力が作用したり、振動を受けたりし、電極組立体12が蓋部材15に向けて移動したとき、端子絶縁部92と機構絶縁部93の両方に電極組立体12のタブ側端面12bが接触する。そして、端子絶縁部92及び機構絶縁部93は共に板状であり、かつ外面92d,93dが平坦面状であるため、タブ側端面12bとの接触面積を広く確保できる。したがって、例えば、二次電池10の振動時に、電極組立体12のタブ側端面12bに電流遮断機構80が局所的に接触することを抑制でき、タブ側端面12bが損傷を受けにくい。
また、蓋端子組立体20と電極組立体12を一体化し、その電極組立体12をケース部材14に挿入する際に、タブ側端面12bに対し、端子絶縁部92及び機構絶縁部93の外面92d,93dが共当たりし、電極組立体12に掛かる荷重が分散される。このため、電極組立体12をケース部材14に挿入する際に、タブ側端面12bに端子絶縁部92及び機構絶縁部93が局所的に接触せず、タブ側端面12bが損傷を受けにくい。
(2)正極端子構造16では、端子絶縁部92のリブ92gが内側絶縁部材40に当接し、負極端子構造17では、機構絶縁部93のリブ93gが端子接続部52bに当接している。そして、端子絶縁部92のリブ92gでの高さH1を、機構絶縁部93のリブ93gでの高さH2より高くし、この高さの違いにより、正極端子構造16の突出寸法M1と負極端子構造17の突出寸法M2を同じにできる。
(3)電流遮断機構80の変形板85は、絶縁カバー90の機構絶縁部93によって電極組立体12側から覆われている。このため、二次電池10の初期充電時や、二次電池10の使用時に、二次電池10に外力が作用したり、振動を受けたりしても、電極組立体12のタブ側端面12bが、変形板85に接触することを規制し、変形板85が変形することを抑制することができ、電流遮断機構80の誤作動を抑制することができる。
(4)絶縁カバー90は、タブ接合部51a,52aと蓋部材15とを絶縁する導電部材絶縁部91と、正極引出端子60を電極組立体12から絶縁する端子絶縁部92、及び電流遮断機構80を電極組立体12から絶縁する機構絶縁部93とを一体に備える。このため、タブ接合部51a,52aと蓋部材15の絶縁部材、正極引出端子60と電極組立体12の絶縁部材、電流遮断機構80と電極組立体12の絶縁部材をそれぞれ別々に設ける場合と比べると、二次電池10の部品点数を減らすことができ、二次電池10の組立作業が容易になる。
(5)絶縁カバー90は、絶縁部本体91aの長手方向両端部に収容凹部91fを備え、各収容凹部91fには、蓋部材15の突部19が入り込んでいる。突部19は、蓋部材15上での外側絶縁部材57の回転を規制するために、外側絶縁部材57の回り止め部58が入り込む部位である。よって、二次電池10は、外側絶縁部材57の回り止めを規制する突部19を蓋部材15に備えつつも、その突部19が絶縁カバー90の装着状態での邪魔になることがない。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 絶縁カバー90が導電部材絶縁部91と、端子絶縁部92と、機構絶縁部93とを一体に備える構成であったが、導電部材絶縁部91と、端子絶縁部92と、機構絶縁部93とを別体としてもよい。
○ 端子絶縁部92のリブ92gや、機構絶縁部93のリブ93gを無くし、端子絶縁部92や機構絶縁部93の厚みそのもので突出寸法M1と突出寸法M2が同じになるようにしてもよい。
○ 絶縁カバー90を、導電部材絶縁部91が存在せず、端子絶縁部92と機構絶縁部93が一体化された構造としてもよい。
○ 絶縁カバー90において、電流遮断機構80の変形板85に接触しないように機構絶縁部93を対向方向Zに沿って離間させれば、逃がし凹部93fは無くてもよい。
○ 蓄電装置は、正極引出端子60と一体の電流遮断機構80を有する二次電池にも適用することができる。この場合、正極引出端子60と電極組立体12のタブ側端面12bとの間に機構絶縁部93が配置され、負極引出端子61と電極組立体12のタブ側端面12bとの間に端子絶縁部92が配置される。正極引出端子60が第1の電極端子に対応し、負極引出端子61が第2の電極端子に対応する。
○ 壁部は蓋部材15ではなく、ケース部材14の側壁であってもよい。
○ 電極端子は、正極引出端子60や負極引出端子61のように、外部接続端子66と端子接続部材44を介して接続されるものでなくてもよく、正極導電部材51や負極導電部材52に直接接続されたものでもよい。
○ 蓄電装置は、例えばキャパシタなど、二次電池以外の蓄電装置にも適用可能である。
○ 正極電極21及び負極電極31は、金属箔の片面に活物質層が存在する構造でもよい。
○ 二次電池10は、リチウムイオン二次電池でもよいし、他の二次電池であってもよい。要は、正極用の活物質と負極用の活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
(1)異なる極性の電極が互いに絶縁されて積層された状態の電極組立体と、前記電極から突出した形状のタブが積層され、前記電極組立体の端面から突出した各極性のタブ群と、前記電極組立体及び前記タブ群を収容したケースと、前記ケースの壁部の外側に配置された外部接続端子と、前記電極組立体の端面と前記壁部との間に配置され、前記タブ群と電気的に接続された導電部材と、前記タブ群の並設方向において該タブ群よりも外側で前記導電部材に接続され、前記壁部から外部に突出した状態の引出端子と、前記壁部の外側に配置され、かつ前記引出端子と前記外部接続端子とを接続した端子接続部材と、一対の前記導電部材と前記壁部との間に介在する絶縁カバーと、を備える蓄電装置であって、前記壁部における前記外部接続端子と重なる部分に、前記外部接続端子の係合凸部を回り止めする係止凹部を前記絶縁カバーに向けて突出して備え、前記絶縁カバーは、前記係止凹部によって前記壁部から突出した部分を収容する収容凹部を備えることを特徴とする蓄電装置。
これによれば、壁部から突出した部分は、壁部上での外部接続端子の回転を規制するための部位である。よって、蓄電装置は、外部接続端子の回り止めを規制する構造を壁部に備えつつも、その部分が絶縁カバーの装着状態での邪魔になることがない。
(2)前記端子絶縁部の高さは、前記機構絶縁部の高さより高い蓄電装置。
M1,M2…突出寸法、10…蓄電装置としての二次電池、11…ケース、12…電極組立体、12b…タブ側端面、15…壁部としての蓋部材、21…正極電極、31…負極電極、51…正極導電部材、52…負極導電部材、60…第2の電極端子としての正極引出端子、61…第1の電極端子としての負極引出端子、80…電流遮断機構、85…変形板、91…導電部材絶縁部、92…端子絶縁部、93…機構絶縁部。

Claims (4)

  1. 異なる極性の電極が互いに絶縁されて積層された状態の電極組立体と、
    前記電極組立体を収容したケースと、
    同じ極性の前記電極と電気的にそれぞれ接続され、前記ケースの壁部に固定された第1及び第2の電極端子と、
    前記第1の電極端子と電気的に接続される電流遮断機構と、を備える蓄電装置であって、
    前記電流遮断機構は、前記ケースの内部圧力が設定圧力に達すると、前記電極端子と前記電極組立体との間の電気的な通電経路の電流を遮断する構造を有し、
    前記電流遮断機構を含めた前記第1の電極端子と前記電極組立体の前記端面とを絶縁する機構絶縁部と、
    前記第2の電極端子と前記電極組立体の前記端面とを絶縁する端子絶縁部と、を備え、
    前記壁部から前記第1の電極端子を含む前記機構絶縁部までの突出寸法と、
    前記壁部から前記第2の電極端子を含む前記端子絶縁部までの突出寸法とが同じである蓄電装置。
  2. 同じ極性の前記電極と前記電極端子とを接続し、前記壁部と前記端面との間に配置された一対の導電部材を備えるとともに、一対の前記導電部材と前記壁部とを絶縁する導電部材絶縁部を備え、前記端子絶縁部及び前記機構絶縁部は、前記導電部材絶縁部と一体である、請求項1に記載の蓄電装置。
  3. 前記電流遮断機構は、一面に前記ケースの内部圧力が作用し、他面に前記ケースの外部圧力が作用する変形板を備え、かつ前記第1の電極端子と前記電極組立体との電気的な通電経路の一部を構成するとともに、前記電極組立体の端面と前記第1の電極端子との間に配置されている、請求項1又は請求項2に記載の蓄電装置。
  4. 前記蓄電装置は二次電池である、請求項1〜3の何れか一項に記載の蓄電装置。
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