WO2017115859A1 - 蓄電素子 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a power storage element.
- Patent Literature 1 describes a power storage element that includes a power generation element as an electrode body, a battery can and a lid as a container for the power generation element, and an external terminal as an electrode terminal provided on the lid.
- the external terminal includes a bus bar welded portion and a current collector connecting portion integrally provided in parallel.
- an external insulator as an insulating member is disposed between the external terminal and the lid. The external insulator has a cover wall, and the cover wall covers a side surface of the external terminal disposed inside the cover.
- the present invention provides a power storage element that aims to expand the space around the electrode terminal on the wall of a container such as a lid.
- the electricity storage device includes a container, an electrode terminal having a shaft portion passing through the wall portion of the container and attached to the wall portion, and an insulating member provided between the electrode terminal and the wall portion.
- the first portion is different from the first direction along the wall portion in the first portion of the electrode terminal including the shaft portion, and the second portion of the other electrode terminal is different from the first portion.
- the fourth dimension of the insulating member that accommodates the second part is smaller than the dimension in the first direction at the third part of the insulating member that accommodates the first part, the dimension of the first direction being small. The dimension in the first direction at the part is small.
- the space around the electrode terminal on the wall of the container can be expanded.
- FIG. 1 is a perspective view schematically showing the external appearance of the energy storage device according to the embodiment.
- FIG. 2 is an exploded perspective view of the electricity storage device of FIG. 3 is a front view of the electricity storage device of FIG.
- FIG. 4 is a rear view of the electricity storage device of FIG.
- FIG. 5 is a side view of the electricity storage device of FIG. 1 as viewed from the positive electrode terminal toward the negative electrode terminal.
- FIG. 6 is a side view of the power storage device of FIG. 1 as viewed from the negative electrode terminal toward the positive electrode terminal.
- FIG. 7 is a top view of the electricity storage device of FIG. 1 as viewed from the positive terminal and the negative terminal toward the lid of the container.
- FIG. 8 is a bottom view of the electricity storage device of FIG. FIG.
- FIG. 9 is a cross-sectional side view taken along line IX-IX of the electricity storage device of FIG.
- FIG. 10 is an enlarged plan view of the positive terminal and the first upper insulating member on the lid of FIG.
- FIG. 11 is an enlarged plan view of the negative electrode terminal and the second upper insulating member on the lid of FIG. 12 is a perspective view of the first terminal main body portion of the positive electrode terminal of FIG. 2 as viewed from the first shaft portion toward the first terminal main body portion.
- 13 is an enlarged perspective view of the first upper insulating member of FIG.
- FIG. 14 is a perspective view of the first upper insulating member of FIG. 13 as viewed from the tube portion toward the main body portion.
- 15 is a cross-sectional side view of the first upper insulating member of FIG.
- FIG. 16 is a perspective view of a first terminal body portion of a modification of the positive electrode terminal of FIG. 12 as viewed from the first shaft portion toward the first terminal body portion.
- the present inventor has reached the following knowledge regarding the technology described in the “Background Art” column.
- laser welding is performed so that the lid closes the opening of the battery can.
- the lid is pressed against the battery can during welding.
- the space around the external terminal and the external insulator is small, so there is a possibility that an instrument for pressing the lid cannot be installed. This makes it impossible to obtain a hermetic seal between the lid and the battery can around the external terminal and the external insulator.
- the present inventor has found the following various types of power storage elements in order to expand the space around the electrode terminals in the wall portion of the container such as a lid.
- An electricity storage device is provided between a container, an electrode terminal having a shaft portion passing through the wall portion of the container and attached to the wall portion, and the electrode terminal and the wall portion.
- An insulating member, and a dimension of the first portion of the electrode terminal including the shaft portion in a first direction along the wall portion is a second portion of the electrode terminal other than the first portion.
- the insulating member that accommodates the second portion than the dimension in the first direction at the third portion of the insulating member that accommodates the first portion is smaller in size in the first direction at the portion.
- the dimension in the first direction in the fourth part is small.
- the wall part and the other part of the container are welded in close contact with each other in order to ensure sealing of the container. It is necessary to carry out.
- the wall portion and the container are pressed by pressing the wall portion around the second portion and the fourth portion with a sufficient pressing area and pressing force.
- the other parts can be brought into close contact with each other. Thereby, the joining by the favorable welding around an electrode terminal is attained.
- the insulating member has a peripheral wall portion extending along an outer periphery of the electrode terminal, and the peripheral wall portion has a thickness in the first direction in the third portion of the insulating member, The thickness of the fourth portion of the insulating member may be smaller than the thickness in the first direction.
- the electrode terminal or the insulating member has a ring-shaped protrusion that surrounds the hole of the insulating member through which the shaft portion passes, and the first portion of the electrode terminal extends from the ring-shaped protrusion in the electrode terminal to the shaft. It may include a part extending over the part.
- the electrode terminal and the insulating member can be configured as described above while ensuring the sealing by the ring-shaped protrusion.
- the dimension in the first direction at the second portion of the electrode terminal may be smaller than the dimension in the first direction of the annular protrusion.
- the dimension in the first direction of the second portion of the electrode terminal that is not related to the ring-shaped protrusion is effectively reduced. Thereby, reduction of the dimension of the 4th part of an insulating member in the 1st direction is also attained.
- the power storage device further includes a current collector provided in the container, the insulating member is disposed outside the container, and the shaft portion includes the shaft portion, the current collector, and the current collector. It may also include a caulking joint for connecting the two.
- a current collector provided in the container
- the insulating member is disposed outside the container
- the shaft portion includes the shaft portion, the current collector, and the current collector. It may also include a caulking joint for connecting the two.
- the caulking joint is formed, the shaft portion is pressed toward the wall portion together with the current collector, and the end portion of the shaft portion is plastically deformed so as to expand along the wall portion, and caulking joining is performed. Forming part.
- the current collector is also deformed so as to extend along the wall portion. Therefore, the caulking joint and the current collector can be prevented from reducing the space around the electrode terminal and the insulating member on the outer surface of the wall.
- the dimension of the wall portion in the second direction is not less than five times the dimension of the wall portion in the first direction, and the second direction is along the wall portion and the first direction.
- the direction may intersect with the direction.
- the space around the electrode terminal and the insulating member is not sufficient in the first direction.
- the space can be easily secured by reducing the dimensions of the second part of the electrode terminal and the fourth part of the insulating member in the first direction.
- each figure in the attached drawings is a schematic diagram and is not necessarily illustrated strictly. Furthermore, in each figure, the same code
- expressions with “substantially” such as substantially parallel and substantially orthogonal may be used. For example, “substantially parallel” not only means completely parallel, but also means substantially parallel, that is, including a difference of, for example, several percent. The same applies to expressions involving other “abbreviations”.
- FIG. 1 is a perspective view schematically showing an external appearance of a power storage device 100 according to the embodiment.
- the power storage element 100 has a flat rectangular parallelepiped outer shape.
- the storage element 100 is a chargeable / dischargeable secondary battery.
- the electrical storage element 100 is a nonaqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery.
- the storage element 100 is not limited to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and may be a secondary battery other than the non-aqueous electrolyte secondary battery, and can store the stored electricity without being charged by the user.
- a usable primary battery or a capacitor may be used.
- a power storage device 100 includes a flat rectangular parallelepiped container 10, an electrode body 20 accommodated in the container 10, and a positive electrode terminal 30 and a negative electrode terminal 40 as examples of electrode terminals.
- It has. 2 is an exploded perspective view of the storage element 100 of FIG. 3 is a front view of the electricity storage device 100 of FIG. 1, and FIG. 4 is a rear view of the electricity storage device 100 of FIG. 5 is a side view of the electricity storage device 100 of FIG. 1 as viewed from the positive electrode terminal 30 toward the negative electrode terminal 40.
- FIG. 6 is a view of the energy storage device 100 of FIG. 1 as viewed from the negative electrode terminal 40 toward the positive electrode terminal 30.
- FIG. FIG. 7 is a top view of the electricity storage device 100 of FIG. 1 as viewed from the positive electrode terminal 30 and the negative electrode terminal 40 toward the lid body 12 of the container 10.
- FIG. 8 is a bottom view of the electricity storage device 100 of FIG.
- the container 10 has a bottomed rectangular tube-shaped container body 11 and an elongated rectangular plate-shaped lid body 12 that can close the opening 11a of the container body 11.
- the container main body 11 has a flat rectangular parallelepiped outer shape, and has an elongated rectangular bottom wall 11b and four rectangular side walls 11c, 11d, 11e, and 11f that stand upright from four edges of the bottom wall 11b. And have.
- the side walls 11c and 11e are located opposite to each other, and form long side walls that are wider in the direction along the periphery of the opening 11a (hereinafter, the side walls 11c and 11e are also referred to as long side walls 11c and 11e).
- the side walls 11d and 11f are positioned to face each other and form narrower side walls that are narrower in the direction along the periphery of the opening 11a (hereinafter, the side walls 11d and 11f are also referred to as short side walls 11d and 11f).
- the opening 11a has an elongated rectangular shape similar to the bottom wall 11b.
- the positive terminal 30 and the negative terminal 40 are disposed on the outer surface 12 a of the lid body 12.
- the lid body 12 is an example of a wall portion of the container.
- a thin power storage element is assumed as the power storage element 100 as described above. That is, a thin and flat rectangular parallelepiped container 10 is assumed. As shown in FIG. 7, the thin and flat container 10 is a container in which the width B of the container body 11 and the lid body 12 in the direction from the long side wall 11c to the long side wall 11e is 30 mm or less, preferably 20 mm or less. is assumed. Furthermore, the container in which the relationship between the length L and the width B of the container body 11 and the lid 12 in the direction from the short side wall 11d toward the short side wall 11f is B ⁇ L / 5, preferably B ⁇ L / 8. Is assumed.
- the container body 11 and the lid body 12 are fixed with a joint portion such as welding in an airtight state.
- the container main body 11 and the cover body 12 can be comprised with metals which can be welded, such as stainless steel, aluminum, aluminum alloy, for example.
- an electrolyte such as an electrolytic solution (in this embodiment, a nonaqueous electrolytic solution) is sealed inside the container 10, the illustration of the electrolyte is omitted.
- the electrolyte sealed in the container 10 there is no particular limitation on the type thereof as long as it does not impair the performance of the electricity storage device 100, and various types can be selected.
- the positive electrode terminal 30 and the negative electrode terminal 40 are respectively connected to the positive electrode current collector 50 and the negative electrode current collector 60 having conductivity on the side opposite to the outer surface 12a of the lid body 12.
- the positive electrode current collector 50 and the negative electrode current collector 60 are further connected to the electrode body 20. Therefore, the electrode body 20 is provided so as to be suspended from the lid body 12 via the positive electrode current collector 50 and the negative electrode current collector 60.
- the electrode body 20 is housed in the container body 11 together with the positive electrode current collector 50 and the negative electrode current collector 60.
- the electrode body 20 may be covered with an insulating film etc.
- a buffer material such as a spacer may be provided between the electrode body 20 and the container body 11.
- the electrode body 20 is a power storage element (also referred to as a power generation element) capable of storing electricity.
- the electrode body 20 includes a long belt-like sheet-like positive electrode plate, a long belt-like sheet-like negative electrode plate, and a long belt-like sheet-like separator so as to be layered.
- the electrode body 20 is formed by winding the superimposed positive electrode plate, negative electrode plate, and separator together in a spiral manner around the winding axis A.
- the winding axis A is a virtual axis indicated by a one-dot chain line in FIG. 2, and the electrode body 20 has a substantially symmetric configuration with respect to the winding axis A.
- the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator are laminated in a direction perpendicular to the winding axis A in such a manner that the separator is interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate.
- the electrode body 20 has a flat outer shape having an oblong shape with a flat cross section perpendicular to the winding axis A.
- the cross-sectional shape of the electrode body 20 may be other than an oval shape, and may be a circle, an ellipse, a rectangle, or another polygon.
- the positive electrode plate includes a positive electrode base material and a positive electrode active material layer.
- the positive electrode base material is a long metal foil made of metal such as aluminum or aluminum alloy, and the positive electrode active material layer is laminated on the surface of the positive electrode base material by a method such as coating.
- the negative electrode plate includes a negative electrode substrate and a negative electrode active material layer.
- the negative positive electrode substrate is a long strip-shaped metal foil made of metal such as copper or copper alloy, and the negative electrode active material layer is laminated on the surface of the negative electrode substrate by a method such as coating.
- the separator is a microporous sheet made of an electrically insulating material such as a resin.
- the positive electrode active material used for the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer any known material can be used as long as it is a positive electrode active material or negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions.
- the electrode body 20 has two end portions 20a and 20b along the winding axis A direction.
- a positive electrode active material non-formation part 21 is formed at the end 20a, and a negative electrode active material non-formation part 22 is formed at the end 20b.
- the positive electrode active material non-forming part 21 is formed in a belt shape along the edge of the positive electrode plate along the circumferential direction of the electrode body 20 that is the winding direction.
- the positive electrode active material non-forming portion 21 is an edge portion where the positive electrode active material layer is not formed on the positive electrode base material.
- the positive electrode active material non-formation part 21 is wound in multiple layers to form a state where the positive electrode active material non-formation part 21 is laminated in multiple layers in a direction perpendicular to the winding axis A.
- the negative electrode active material non-forming portion 22 is also formed in a belt shape along the edge of the negative electrode plate along the circumferential direction of the electrode body 20. Specifically, the negative electrode active material non-formation part 22 is an edge part in which the negative electrode active material layer in the negative electrode base material is not formed. The negative electrode active material non-formation part 22 is wound in multiple layers to form a state in which a plurality of layers are stacked in a direction perpendicular to the winding axis A.
- FIG. 9 is a cross-sectional side view of the electricity storage device 100 of FIG. 7, and the cross-sectional side surface of the electricity storage device 100 along the line IX-IX passing through the centers of the positive electrode terminal 30 and the negative electrode terminal 40 is changed from the long side wall 11c to the long side wall 11e.
- the positive electrode terminal 30 integrally includes a rectangular plate-shaped first terminal main body portion 31 and a cylindrical first shaft portion 32 protruding from the wide flat surface of the first terminal main body portion 31.
- the negative electrode terminal 40 integrally includes a rectangular plate-like second terminal main body 41 and a cylindrical second shaft portion 42 protruding from the wide flat surface of the second terminal main body 41.
- the first shaft portion 32 and the second shaft portion 42 are configured to penetrate the lid body 12 and be connected to the positive electrode current collector 50 and the negative electrode current collector 60, respectively.
- through holes 12c and 12d are formed through the lid body 12
- the first shaft portion 32 and the second shaft portion 42 are formed in the through holes 12c and 12d, respectively. Can pass.
- the positive electrode current collector 50 and the negative electrode current collector 60 are disposed on the opposite side of the first terminal main body 31 and the second terminal main body 41 with the lid 12 interposed therebetween.
- the positive electrode current collector 50 is a member having conductivity and rigidity, and is made of a metal such as aluminum or an aluminum alloy, like the positive electrode base material of the electrode body 20.
- the negative electrode current collector 60 is a member having conductivity and rigidity, and is made of a metal such as copper or a copper alloy, like the negative electrode base material of the electrode body 20.
- the positive electrode current collector 50 includes a plate-like fixing portion 51 connected to the first shaft portion 32 and two elongated plate-like protrusions 52 connected to the positive electrode active material non-forming portion 21 of the electrode body 20. It has one.
- the negative electrode current collector 60 includes a plate-like fixing portion 61 connected to the second shaft portion 42 and two elongated plate-like protrusions 62 connected to the negative electrode active material non-forming portion 22 of the electrode body 20.
- the first upper insulating member 70 is disposed between the first terminal body 31 of the positive electrode terminal 30 and the lid body 12. Further, the second upper insulating member 80 is disposed between the second terminal main body 41 of the negative electrode terminal 40 and the lid body 12.
- the first lower insulating member 91 is disposed between the lid body 12 and the positive electrode current collector 50. Further, a second lower insulating member 92 is disposed between the lid body 12 and the negative electrode current collector 60.
- the upper insulating members 70 and 80 and the lower insulating members 91 and 92 are plate-like gaskets made of a resin material having electrical insulation, flexibility, and / or elasticity.
- the resin material examples include polyolefin, PPS (polyphenylene sulfide), PP (polypropylene), PFA (fluorine resin), and phenol resin.
- other resins may be used and fibers such as glass fibers are mixed. It may be a resin.
- the upper insulating members 70 and 80 and the lower insulating members 91 and 92 may have a structure constituted by two or more members made of different resin materials.
- the resin material of the insulating member that ensures airtightness is PFA (fluorine resin) or the like, and the resin material of the portion requiring structural strength is ABS, PBT (polybutylene terephthalate), polyamide (also referred to as nylon). Etc.
- Through holes 71 and 91a are respectively formed in the first upper insulating member 70 and the first lower insulating member 91, and the first shaft portion 32 of the positive electrode terminal 30 can pass through the through holes 71 and 91a. it can.
- Through holes 81 and 92a are formed in the second upper insulating member 80 and the second lower insulating member 92, respectively, and the second shaft portion 42 of the negative electrode terminal 40 can pass through the through holes 81 and 92a.
- the upper insulating members 70 and 80 are examples of insulating members
- the through holes 71 and 81 are examples of holes of insulating members.
- the first shaft portion 32 of the positive electrode terminal 30 includes a through hole 71 of the first upper insulating member 70, a through hole 12 c of the lid body 12, a through hole 91 a of the first lower insulating member 91, and the positive electrode current collector 50. After sequentially passing through the through holes 51a formed in the fixed portion 51, the tip thereof is caulked. Thereby, the positive electrode terminal 30 and the positive electrode current collector 50 are joined to each other, and are attached and fixed to the lid body 12 with the first upper insulating member 70 and the first lower insulating member 91 interposed therebetween. The Note that the joining by caulking is joining using plastic deformation of the first shaft portion 32.
- the tip end of the first shaft portion 32 is subjected to a pressing force so as to be plastically deformed so as to expand in diameter on the fixed portion 51, whereby the positive electrode terminal 30 is plastically deformed with the first terminal main body portion 31.
- the positive electrode current collector 50 is joined to the portion 32a so as to sandwich the fixing portion 51 and the like.
- the plastic deformation portion 32a of the first shaft portion 32 constituting the caulking joint portion between the positive electrode terminal 30 and the positive electrode current collector 50 is located on the opposite side of the lid body 12 with respect to the fixing portion 51, and the container 10. Located inside.
- Such a caulking joining method is also called inner caulking.
- the plastic deformation part 32a of the 1st axial part 32 is located in the exterior of the container 10, such a caulking joining method is also called external caulking.
- the second shaft portion 42 of the negative electrode terminal 40 includes a through hole 81 of the second upper insulating member 80, a through hole 12d of the lid body 12, a through hole 92a of the second lower insulating member 92, and a negative electrode current collector.
- the tip is caulked in the same manner as the first shaft portion 32. Accordingly, the negative electrode terminal 40 and the negative electrode current collector 60 are joined to each other, and are attached and fixed to the lid body 12 with the second upper insulating member 80 and the second lower insulating member 92 interposed therebetween. .
- connection structure between the positive electrode terminal 30 and the positive electrode current collector 50 and the connection structure between the negative electrode terminal 40 and the negative electrode current collector 60 are not limited to the caulking connection structure as described above.
- the connection structure connects the terminal body 31 or 41 and the positive electrode current collector 50 or the negative electrode current collector 60 with the upper insulating member 70 or 80, the lid 12 and the lower insulating member 91 or 92 interposed therebetween.
- Any structure can be used.
- a bolt and a nut may be used instead of the shaft portion 32 or 42, and the shaft portion 32 or 42 may be welded to the positive electrode current collector 50 or the negative electrode current collector 60.
- the two protrusions 52 of the positive electrode current collector 50 attached to the lid body 12 are assembled so as to be sandwiched from both sides of the positive electrode active material non-formation part 21 of the electrode body 20 and joined to the positive electrode active material non-formation part 21.
- the two protrusions 62 of the negative electrode current collector 60 attached to the lid body 12 are assembled so as to be sandwiched from both sides by the negative electrode active material non-formation part 22 of the electrode body 20, and the negative electrode active material non-formation part 22.
- welding such as ultrasonic welding and resistance welding can be used.
- the electrode body 20 is fixed to the lid body 12 with the winding axis A in a direction along the lid body 12.
- the electrode body 20 constitutes a vertically wound electrode body.
- the positive electrode terminal 30 is physically and electrically connected to the positive electrode plate of the electrode body 20 via the positive electrode current collector 50.
- the negative electrode terminal 40 is physically and electrically connected to the negative electrode plate of the electrode body 20 via the negative electrode current collector 60.
- FIG. 10 is an enlarged plan view of the positive terminal 30 and the first upper insulating member 70 on the lid body 12 of FIG.
- FIG. 11 is an enlarged plan view of the negative electrode terminal 40 and the second upper insulating member 80 on the lid body 12 of FIG.
- FIG. 12 is a perspective view of the first terminal body 31 of the positive electrode terminal 30 of FIG. 2 as viewed from the first shaft portion 32 toward the first terminal body 31.
- FIG. 13 is an enlarged perspective view of the first upper insulating member 70 of FIG.
- FIG. 14 is a perspective view of the first upper insulating member 70 of FIG.
- 15 is a cross-sectional side view of the first upper insulating member 70 of FIG. 13, and shows a cross section of the first upper insulating member 70 along the longitudinal direction of the first upper insulating member 70 and passing through the center of the through hole 71 in the direction XV. It is the figure seen in.
- the configuration of the positive electrode terminal 30 and the first upper insulating member 70 and the configuration of the negative electrode terminal 40 and the second upper insulating member 80 are the same, the configuration of the positive electrode terminal 30 and the first upper insulating member 70 will be described below. I will explain it mainly.
- the first terminal body 31 of the positive terminal 30 and the second terminal body 41 of the negative terminal 40 both have a rectangular planar shape.
- the planar shape is a shape when the lid body 12 is viewed from the outside of the container 10 in a direction perpendicular to the outer surface 12a of the lid body 12, that is, the lid body 12 is in a plan view.
- the first terminal main body 31 includes a disk-shaped sealing portion 33, two rectangular plate-shaped side extending portions 34 extending laterally from the sealing portion 33, and 35 integrally.
- the sealing portion 33 and the side extending portions 34 and 35 are integrally formed and are formed of a continuous metal member.
- the sealing portion 33 has a larger thickness than the laterally extending portions 34 and 35 in the axial direction of the first shaft portion 32.
- the sealing portion 33 and the side extending portions 34 and 35 are flush with each other and form one flat surface 31a.
- the laterally extending portion 34 and the laterally extending portion 35 protrude from the sealing portion 33 in opposite directions along the longitudinal direction of the lid body 12.
- the first shaft portion 32 is disposed on the surface 33 a opposite to the surface 31 a in the sealing portion 33.
- the first shaft portion 32 is located at the center of the circular surface 33 a, that is, is arranged coaxially with the sealing portion 33.
- the sealing part 33 is an example of the 1st site
- the side extension parts 34 and 35 are an example of the 2nd site
- the first terminal body 31 has a planar shape that is long in the direction in which the sealing portion 33 and the side extending portions 34 and 35 are arranged, and short in the direction perpendicular to the above direction.
- the first terminal main body 31 is arranged so that the longitudinal direction, which is the direction in which the sealing portion 33 and the laterally extending portions 34 and 35 are arranged, is along the longitudinal direction of the long side walls 11c and 11e of the container main body 11, that is, the lid
- the lid 12 is attached so as to be along the longitudinal direction of the body 12.
- the widths B 2 and B 3 in the lengths or outer dimensions of the side extending parts 34 and 35 are the outer diameters or outer dimensions of the sealing part 33. It is smaller than the width B1.
- the width B2 is equal to the width B3.
- the sealing portion 33 is more isolated than the side surface 34 a of the side extending portion 34 and the side surface 35 a of the side extending portion 35. And a projecting portion 33 c projecting in an isolated surface form from the side surface 34 b of the side extending portion 34 and the side surface 35 b of the side extending portion 35. That is, the sealing portion 33 is configured to protrude from the side surfaces 34 a and 34 b of the side extending portion 34 and to protrude from the side surfaces 35 a and 35 b of the side extending portion 35.
- the side surface 34 a of the side extending portion 34, the side surface 35 a of the side extending portion 35, and the protruding portion 33 b of the sealing portion 33 are along the longitudinal direction of the first terminal main body portion 31.
- the side surface 34a and the side surface 35a are flush with each other.
- the side surface 34 b of the side extending portion 34, the side surface 35 b of the side extending portion 35, and the protruding portion 33 c of the sealing portion 33 are located on the other side portion along the longitudinal direction of the first terminal main body portion 31.
- the side surface 34b and the side surface 35b are flush with each other.
- the sealing portion 33 may have only one of the protruding portions 33b and 33c, that is, the side surfaces 34a and 34b of the side extending portion 34. You may be comprised so that it may protrude rather than one and / or may protrude rather than one of the side surfaces 35a and 35b of the side extension part 35.
- FIG. 1 the protruding portions 33b and 33c, that is, the side surfaces 34a and 34b of the side extending portion 34.
- the second terminal main body portion 41 of the negative electrode terminal 40 also extends to the side from the disk-shaped sealing portion 43 and the sealing portion 43, similarly to the first terminal main body portion 31.
- Two rectangular plate-like side extending portions 44 and 45 are integrally provided.
- the first upper insulating member 70 includes a rectangular plate-shaped main body portion 72, a peripheral wall portion 73, a cylindrical tube portion 74, and a fixing portion 75.
- the main body 72 has a planar shape similar to that of the first terminal main body 31.
- the peripheral wall portion 73 stands upright from the peripheral edge of the main body portion 72.
- the cylinder part 74 protrudes from the main body part 72 in the direction opposite to the peripheral wall part 73.
- the fixing portion 75 protrudes laterally from the peripheral wall portion 73 along the longitudinal direction of the main body portion 72.
- the main body portion 72, the peripheral wall portion 73, the cylindrical portion 74, and the fixing portion 75 are integrally formed and are formed of a continuous resin member.
- the first terminal main body 31 is configured to fit inside the peripheral wall 73 on the main body 72.
- the peripheral wall portion 73 extends so as to follow the shape of the outer peripheral side surface 31 b of the first terminal main body portion 31 and surrounds the outer peripheral side surface 31 b of the first terminal main body portion 31.
- the peripheral wall portion 73 has a shape of a band-like protrusion that forms one continuous ring.
- a through hole 71 passes through the main body portion 72 and the cylindrical portion 74 in the axial direction of the cylindrical portion 74.
- a cylindrical recess 72b is formed on the surface 72a of the main body 72 from which the peripheral wall 73 projects, and the recess 72b has a shape into which the sealing portion 33 of the first terminal main body 31 is fitted. Yes. Further, a through hole 71 is opened on the bottom surface of the recess 72b. An annular protrusion 76 that surrounds the through hole 71 protrudes from the bottom surface of the recess 72b. The protrusion 76 is integrally formed with the main body 72. The protrusion 76 has a larger inner dimension, that is, an inner diameter than the through hole 12 c of the lid body 12.
- an annular protrusion 77 surrounding the cylindrical portion 74 is formed so as to protrude.
- the protrusion 77 is integrally formed with the main body 72.
- the protrusion 77 is formed in the same shape and size as the protrusion 76. Further, the protrusion 77 is disposed at a position symmetrical to the protrusion 76 with respect to the main body portion 72.
- the protrusion 77 only needs to have a larger inner dimension, that is, an inner diameter than the through hole 12 c of the lid 12.
- the protrusions 76 and 77 penetrate the cover body 12 when the first upper insulating member 70 attached to the cover body 12 is viewed in a direction perpendicular to the outer surface 12a of the cover body 12, that is, in the plan view of the cover body 12.
- the holes 12c are arranged and configured so as to surround them.
- a columnar protrusion is formed on the surface 72 c of the main body 72, and this protrusion is configured to fit into a recess formed on the outer surface 12 a of the lid 12.
- the fixing portion 75 is formed with a fitting hole, and this fitting hole is configured to be fitted with a columnar protrusion protruding from the lid body 12.
- the cylindrical portion 74 extends from the surface 72 c of the main body portion 72, and is configured such that the first shaft portion 32 of the positive electrode terminal 30 passes through the through hole 71 of the cylindrical portion 74. When viewed in a direction perpendicular to the surface 72 a of the main body 72, the cylindrical portion 74 is located inside the protrusions 76 and 77.
- the main body portion 72 of the first upper insulating member 70 is connected to the first terminal main body portion 31 of the positive electrode terminal 30 and the lid body 12. They are electrically insulated from each other with a gap in between.
- the first terminal main body 31 is assembled to the first upper insulating member 70 so that the surface 31c opposite to the surface 31a faces the surface 72a of the main body 72 of the first upper insulating member 70. Further, when the first terminal main body 31 is connected to the positive electrode current collector 50, the first terminal main body 31 is attracted toward the lid body 12, whereby the sealing portion 33 of the first terminal main body 31 is formed by the protrusions 76 and 77. Press.
- the protrusion 76 hermetically seals between the first terminal main body 31 and the main body 72, and the protrusion 77 hermetically seals between the main body 72 and the lid 12.
- the outer diameter of the sealing portion 33 is larger than the outer diameter of the protrusion 76.
- the cylindrical portion 74 of the first upper insulating member 70 extends through the through hole 12c of the lid body 12 and is interposed between the first shaft portion 32 and the lid body 12 so that they are electrically connected to each other. Insulate. Further, the fitting hole of the fixing portion 75 is fitted into the protrusion of the lid body 12, and the protrusion of the main body portion 72 is fitted into the concave portion of the lid body 12. By these two fittings, the first upper insulating member 70 is fixed so as not to translate and rotate on the outer surface 12a of the lid 12.
- the thickness of the surrounding wall part 73 is not uniform in the direction along the surface 72a of the main body part 72, that is, the direction perpendicular to the inner peripheral side surface 73a of the surrounding wall part 73.
- the inner peripheral side surface 73 a of the peripheral wall portion 73 is a surface adjacent to the outer peripheral side surface 31 b of the first terminal main body portion 31.
- the peripheral wall portion 73 includes two first wall portions 73b, two second wall portions 73c, and two third wall portions 73d.
- the two first wall portions 73b are adjacent to each other on both sides of the sealing portion 33 of the first terminal main body portion 31 and are opposed to each other in the short direction of the main body portion 72 of the first upper insulating member 70.
- the short direction of the main body 72 is the same as the short direction of the first terminal main body 31 accommodated in the first upper insulating member 70.
- the two second wall portions 73c are adjacent to the laterally extending portion 34 of the first terminal main body portion 31 on both sides in the short direction and extend substantially parallel to each other.
- the two third wall portions 73d are adjacent to the side extending portion 35 of the first terminal main body portion 31 on both sides in the short direction and extend substantially parallel to each other.
- the thickness of the first wall portion 73b is smaller than the thickness of the second wall portion 73c and the thickness of the third wall portion 73d.
- the first wall portion 73b is an example of a third portion of the insulating member
- the second wall portion 73c and the third wall portion 73d are an example of a fourth portion of the insulating member.
- the width B1a is an outer width between the two first wall portions 73b, and is also the entire width of the first upper insulating member 70. Thereby, an increase in the overall width B1a of the first upper insulating member 70 is suppressed. Also in the first upper insulating member 70, the width B2a (see FIG. 10) in the outer dimension of the portion adjacent to the side extending portion 34 in the first upper insulating member 70 is smaller than the width B1a. .
- the width B2a is an outer width between the two second wall portions 73c.
- the width B3a in the outer dimension of the portion adjacent to the side extending portion 35 in the first upper insulating member 70 is smaller than the width B1a.
- the width B3a is an outer width between the two third wall portions 73d.
- the two first wall portions 73b protrude from the side surfaces 73c1 and 73c2 of the two second wall portions 73c, respectively. It is comprised so that it may protrude rather than the side surfaces 73d1 and 73d2 of the wall part 73d.
- the side surface 73c1 and the side surface 73d1 are aligned, and the side surface 73c2 and the side surface 73d2 are aligned.
- At least one of the two first wall portions 73b protrudes from the side surface 73c1 or 73c2 of the second wall portion 73c and / or protrudes from the side surface 73d1 or 73d2 of the third wall portion 73d. May be.
- the first upper insulating member 70 has the outer width B2a between the two second wall portions 73c and the outer width B3a between the two third wall portions 73d of the protrusions 76 and 77. It is configured to be larger than the outer dimension, that is, the outer diameter. However, by changing the widths B2 and B3 of the laterally extending portions 34 and 35 of the first terminal body 31, the first upper insulating member 70 has at least one of the widths B2a and B3a of the protrusions 76 and 77. You may comprise so that it may become below an outer diameter.
- the length in the longitudinal direction is increased without increasing the widths B2 and B3 of the laterally extending portions 34 and 35 of the first terminal body 31.
- the allowable current of the positive terminal 30 can be increased.
- the second upper insulating member 80 similarly to the first upper insulating member 70, also has a rectangular plate-shaped main body portion 82, a peripheral wall portion 83, a cylindrical tube portion 84, and a fixed portion. 85 integrally.
- the main body portion 82 has a planar shape similar to the planar shape of the second terminal main body portion 41.
- the peripheral wall portion 83 stands upright from the peripheral edge of the main body portion 82.
- the cylinder portion 84 protrudes from the main body portion 82 in the direction opposite to the peripheral wall portion 83.
- the fixed portion 85 protrudes laterally from the peripheral wall portion 83 along the longitudinal direction of the main body portion 82. Since the other configuration and operation of the second upper insulating member 80 are the same as those of the first upper insulating member 70, description thereof will be omitted.
- the electrode body 20 is a container in a state where the electrode body 20 is attached to the lid body 12 via current collectors 50 and 60. It is inserted into the main body 11. Thereafter, the periphery of the lid 12 is joined to the periphery of the opening 11a of the container body 11 by welding. At this time, a device such as a jig is applied to the outer surface 12 a of the lid 12, and the lid 12 is pressed against the container body 11.
- the outer width B2a between the second wall portions 73c of the peripheral wall portion 73 and the outer width B3a between the third wall portions 73d can be kept small.
- the outer width between the second wall portions 83c of the peripheral wall portion 83 and the outer width between the third wall portions 83d can be kept small.
- a space where the jig abuts for pressing can be ensured regardless of the outer surface 12a of the elongated rectangular lid body 12. . Therefore, the lid body 12 pressed by the jig is welded in a state where the entire lid body 12 including the periphery of the positive electrode terminal 30 and the negative electrode terminal 40 is in close contact with the container main body 11, and the container over the entire lid body 12. An airtight seal can be formed with the main body 11.
- the power storage device 100 includes the container 10 and the shaft portions 32 and 42 that pass through the lid body 12 of the container 10, respectively, and is attached to the lid body 12. And upper insulating members 70 and 80 provided between the positive electrode terminal 30 and the negative electrode terminal 40 and the lid body 12, respectively.
- the positive and negative electrode terminals 30 and 43 are different from the dimensions in the first direction along the lid 12 in the sealing portions 33 and 43 of the positive electrode terminal 30 and the negative electrode terminal 40 including the shaft portions 32 and 42, respectively. And the dimension of the 1st direction in the side extension parts 34, 35, 44, and 45 of the negative electrode terminal 40 is small.
- the laterally extending portions 34, 35, 44 and 45 are larger than the dimensions in the first direction of the first wall portions 73 b and 83 b (see FIG. 11) of the upper insulating members 70 and 80 that accommodate the sealing portions 33 and 43.
- the dimension in the first direction of the second and third wall portions 73c, 73d, 83c, and 83d of the upper insulating members 70 and 80 that accommodate the housing is small.
- the dimension in the first direction is the outer dimension in the first direction of the sealing portions 33 and 43, and the outer dimension in the first direction of the laterally extending portions 34, 35, 44, and 45.
- the lid 12 of the container 10 When the lid 12 of the container 10 is joined to the container main body 11 which is another part of the container 10 by welding, the lid 12 and the container main body 11 are brought into close contact with each other in order to ensure the sealing of the container 10. It is necessary to perform welding in the state.
- the lid body 12 around the third wall portions 73d and 83d can be pressed to bring the lid body 12 and the container body 11 into close contact with each other. Thereby, the joining by the favorable welding around the positive electrode terminal 30 and the negative electrode terminal 40 is attained.
- the side extending portions 34 and 35 of the positive electrode terminal 30 and the side extending portions 44 of the negative electrode terminal 40 45 and the second wall portions 73c and 83c and the third wall portions 73d and 83d of the upper insulating members 70 and 80 are increased in the direction along the lid 12 that is perpendicular to the first direction. The decrease of is suppressed.
- the upper insulating members 70 and 80 have peripheral wall portions 73 and 83 extending along the outer peripheries of the terminal main body portions 31 and 41 of the positive electrode terminal 30 and the negative electrode terminal 40, respectively.
- the thicknesses in the first direction of the first wall portions 73b and 83b of the upper insulating members 70 and 80 respectively correspond to the second wall portions 73c and 83c of the upper insulating members 70 and 80 and the first wall portions 73b and 83c. It is smaller than the thickness of the three wall portions 73d and 83d in the first direction.
- the size of the upper insulating members 70 and 80 in the first direction increases around the first wall portions 73b and 83b. Can be suppressed. Thereby, it can suppress that the welding cost of the cover body 12 runs short around the 1st wall parts 73b and 83b.
- the size of the upper insulating members 70 and 80 in the first direction is kept small, it is possible to reduce the thickness of the power storage element 100 in the first direction.
- the first upper insulating member 70 includes protrusions 76 and 77 surrounding the through hole 71 of the upper insulating member 70 through which the shaft portion 32 of the positive electrode terminal 30 passes.
- the sealing portion 33 of the positive terminal 30 includes a portion extending from the protrusions 76 and 77 of the positive terminal 30 to the shaft portion 32.
- the positive electrode terminal 30 and the first upper insulating member 70 can be configured as described above while securing the sealing by the protrusions 76 and 77.
- the negative electrode terminal 40 and the second upper insulating member 80 also have the same configuration as the positive electrode terminal 30 and the first upper insulating member 70 described above, and can exhibit the same operational effects.
- the dimension in the first direction of the laterally extending portions 34 and 35 of the positive electrode terminal 30 is smaller than the dimension in the first direction of the protrusions 76 and 77.
- the dimensions in the first direction of the laterally extending portions 34 and 35 of the positive electrode terminal 30 that are not related to the protrusions 76 and 77 are effectively reduced.
- the dimension of the 1st direction of the 2nd wall part 73c and the 3rd wall part 73d of the 1st upper insulation member 70 can also be reduced.
- the negative electrode terminal 40 and the second upper insulating member 80 also have the same configuration as the positive electrode terminal 30 and the first upper insulating member 70 described above, and can exhibit the same operational effects.
- the first upper insulating member 70 is disposed outside the container 10, and the first shaft portion 32 of the positive electrode terminal 30 is connected to the first shaft portion 32 and the positive electrode collector in the container 10. It includes a plastically deformed portion 32a as a caulking joint for connecting the electric body 50.
- the plastic deformation portion 32a is formed by caulking, the first shaft portion 32 is pressed together with the positive electrode current collector 50 toward the lid body 12, and the end portion of the first shaft portion 32 is the lid body. 12 to form a plastically deformed portion 32a.
- the positive electrode current collector 50 is also deformed so as to extend along the lid body 12.
- the plastically deformed portion 32a and the positive electrode current collector 50 increase the occupied area on the inner surface 12b of the lid body 12, so that the positive electrode terminal 30 and the first upper insulating member 70 on the outer surface 12a of the lid body 12 are increased. Reduction of the surrounding space can be suppressed.
- the plastic deformation portion 32a is located outside the container 10
- the first shaft portion 32 and the first terminal main body portion 31 are separate members, and the first shaft portion 32 and the first terminal main body portion 31 are separated from each other. It is caulked and joined.
- the first terminal main body 31 extends in the direction along the lid 12 due to the pressing force at the time of caulking and the space around the positive terminal 30 and the first upper insulating member 70 on the outer surface 12a of the lid 12 is increased. May decrease.
- the negative electrode terminal 40 and the second upper insulating member 80 also have the same configuration as the positive electrode terminal 30 and the first upper insulating member 70 described above, and can exhibit the same operational effects.
- the length L as the dimension in the second direction in the lid 12 is not less than five times the width B as the dimension in the first direction in the lid 12.
- the second direction is a direction along the lid 12 and intersecting the first direction.
- the space around the positive electrode terminal 30 and the first upper insulating member 70 may not be sufficient in the first direction.
- the laterally extending portions 34 and 35 of the positive electrode terminal 30 and the second and third wall portions 73c and 73d of the first upper insulating member 70 are in these first directions. The space can be easily secured by reducing the size.
- the negative electrode terminal 40 and the second upper insulating member 80 also have the same configuration as the positive electrode terminal 30 and the first upper insulating member 70 described above, and can exhibit the same operational effects.
- the stacked electrode body 20 is a wound electrode body formed by winding a stacked positive electrode plate, negative electrode plate, and separator, but is not limited thereto. It is not something.
- the stacked electrode body may be a stack type electrode body formed by stacking a large number of positive electrode plates, negative electrode plates and separators, and one or more sets of stacked positive electrode plates, negative electrode plates and separators. It may be a Z-shaped electrode body formed by bending a plurality of wires.
- the first terminal main body 31 of the positive electrode terminal 30 and the second terminal main body 41 of the negative electrode terminal 40 have a rectangular planar shape, but are not limited thereto. It may have a circular, elliptical, oval, or other polygonal planar shape.
- first terminal main body 31 and the second terminal main body 41 have disc-shaped sealing portions 33 and 43 and rectangular plate-like shapes extending laterally from the sealing portions 33 and 43 in opposite directions. Although it had the side extension parts 34 and 44 and the side extension parts 35 and 45, it is not limited to this.
- the planar shape of the sealing portion is not limited to a circular shape, and may be an elliptical shape, an oval shape, or another polygonal planar shape.
- the planar shape of the laterally extending portion is not limited to a rectangular shape, and may be a semicircular shape, a semi-elliptical shape, a semi-elliptical shape, or other polygonal planar shapes.
- the first terminal body 31 and the second terminal body 41 may have a sealing portion and at least one laterally extending portion.
- the thickness of the peripheral wall portions 73 and 83 of the first upper insulating member 70 and the second upper insulating member 80 is the same as that of the first terminal main body portion 31 and the second terminal main body portion 41.
- the thickness of the surrounding wall parts 73 and 83 is the same between the site
- annular protrusions 76 and 77 are formed around the through hole 71 of the first upper insulating member 70, and the annular protrusion is formed around the through hole 81 of the second upper insulating member 80.
- annular protrusion 33 d surrounding the first shaft portion 32 on the first terminal main body portion 31 may be formed in the positive electrode terminal 30.
- the protrusion 77 of the first upper insulating member 70 may not be formed.
- 16 is a perspective view of a terminal body 31 of a modification of the positive terminal 30 of FIG. 12 as viewed from the first shaft portion 32 toward the first terminal body 31.
- FIG. The negative terminal 40 may be configured in the same manner as the positive terminal 30.
- the first shaft portion 32 and the second shaft portion 42 are provided in the positive electrode terminal 30 and the negative electrode terminal 40, respectively, but the present invention is not limited thereto.
- the positive electrode current collector 50 and the negative electrode current collector 60 may integrally include the first shaft portion 32 and the second shaft portion 42, respectively.
- the first shaft portion 32 and the second shaft portion 42 may be connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, respectively, for example, by caulking.
- Such a caulking joining method is external caulking, and the first shaft portion 32 and the second shaft portion 42 penetrate the positive electrode terminal and the negative electrode terminal from the inside of the container 10 toward the outside, and the first shaft portion 32 and The plastic deformation portion of the second shaft portion 42 is joined to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal outside the container 10.
- the first shaft portion 32 and the second shaft portion 42 may be separate members from the positive electrode terminal 30, the negative electrode terminal 40, the positive electrode current collector 50, and the negative electrode current collector 60.
- the first shaft portion 32 and the second shaft portion 42 have, at one end, an engaging portion that engages with the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, or the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. It may be caulked at the other end.
- the power storage device 100 includes one electrode body.
- the power storage element may be configured to include two or more electrode bodies.
- the electrode body 20 has a configuration in which the positive electrode current collector 50 and the negative electrode current collector 60 are connected to each other at the positive electrode active material non-forming part 21 and the negative electrode active material non-forming part 22.
- the electrode body has a positive electrode current collecting tab group composed of a positive electrode current collecting tab projecting from the positive electrode base material and a negative electrode current collector tab composed of a negative electrode current collecting tab projecting from the negative electrode base material at each of its two ends. You may have an electric tab group.
- the positive electrode current collecting tab group and the negative electrode current collecting tab group may be disposed at one end of the electrode body. In the above-described configuration, the positive electrode current collector tab group and the negative electrode current collector tab group are connected to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, respectively.
- the power storage device 100 is configured to include the vertically wound electrode body 20, but the electrode is oriented in such a direction that the end of the electrode body 20 in the winding axis A direction faces the lid body 12 of the container 10.
- positioned may be sufficient.
- the power storage device as exemplified in the embodiment and the modification can be used as a relatively large secondary battery.
- the discharge capacity of such a relatively large secondary battery is preferably 3 Ah (ampere hour) or more, more preferably 10 Ah or more, still more preferably 20 Ah or more, and even more preferably 30 Ah or more.
- Such power storage elements include, for example, power sources for vehicles such as electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEV), backup uninterruptible power devices, and solar power generation systems. It can be applied to a power storage power source such as.
- the present invention can be realized not only as a power storage element as described above but also in a power storage device including one or more power storage elements.
- the power storage device may include a plurality of power storage units arranged and arranged, and each power storage unit may be configured to include a plurality of power storage elements 100 arranged and arranged.
- the power storage device may include a plurality of power storage units arranged and arranged, and each power storage unit may be configured to include a plurality of power storage elements 100 arranged and arranged.
- a plurality of power storage elements 100 are used as one unit, and the quantity and arrangement of power storage units can be selected according to the electric capacity required for the power storage device, the shape and dimensions of the power storage device, and the like.
- the present invention can be applied to power storage elements such as lithium ion secondary batteries.
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Abstract
蓄電素子(100)は、容器(10)と、正極端子(30)及び負極端子(40)と、上部絶縁部材(70,80)とを備える。容器(10)の蓋体(12)を通る軸部(32,42)を含む正極端子(30)及び負極端子(40)ではそれぞれ、その封止部(33,43)における蓋体(12)に沿う第1の方向の寸法よりも、側方延在部(34,35,44,45)における第1の方向の寸法が小さい。上部絶縁部材(70,80)では、封止部(33,43)を収容する第一壁部(73b,83b)における第1の方向の寸法よりも、側方延在部(34,35,44,45)を収容する第二壁部(73c,83c)及び第三壁部(73d,83d)における第1の方向の寸法が小さい。
Description
本発明は、蓄電素子に関する。
二次電池などの蓄電素子には、電極体と、電極体を収容する容器とを備えるものがある。例えば、特許文献1には、電極体としての発電要素と、発電要素の容器としての電池缶及び蓋と、蓋に設けられた電極端子としての外部端子とを備える蓄電素子が記載されている。上記蓄電素子では、外部端子は、バスバー溶接部と集電体接続部とを一体に並設して備えている。さらに、上記蓄電素子では、外部端子と蓋との間に、絶縁部材としての外部絶縁体が配設されている。外部絶縁体は、覆い壁を有し、覆い壁は、その内側に配置された外部端子の側面を覆う。
本発明は、蓋等の容器の壁部上における電極端子の周囲のスペースの拡大を図る蓄電素子を提供する。
本発明に係る蓄電素子は、容器と、前記容器の壁部を通る軸部を有し且つ前記壁部に取り付けられる電極端子と、前記電極端子と前記壁部との間に設けられる絶縁部材とを備え、前記軸部を含む前記電極端子の第1の部位における前記壁部に沿う第1の方向の寸法よりも、前記第1の部位とは他の前記電極端子の第2の部位における前記第1の方向の寸法が小さく、前記第1の部位を収容する前記絶縁部材の第3の部位における前記第1の方向の寸法よりも、前記第2の部位を収容する前記絶縁部材の第4の部位における前記第1の方向の寸法が小さい。
本発明に係る蓄電素子によれば、容器の壁部上における電極端子の周囲のスペースを拡大することが可能になる。
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した技術に関し、以下の知見に至った。特許文献1に記載の蓄電素子では、蓋が電池缶の開口部を塞ぐようにレーザー溶接される。蓋と電池缶との間での密閉した封止が必要である場合、溶接時に蓋が電池缶に押し付けられる。細長い矩形平板状の蓋上では、外部端子及び外部絶縁体の周囲のスペースが小さいため、蓋を押圧するための器具を設置することができない可能性がある。これにより、外部端子及び外部絶縁体の周囲において、蓋と電池缶との間での密閉した封止が得られなくなる。そこで、本発明者は、蓋等の容器の壁部における電極端子の周囲のスペースを拡大するために、以下のような種々の態様の蓄電素子を見出した。
本発明の一態様に係る蓄電素子は、容器と、前記容器の壁部を通る軸部を有し且つ前記壁部に取り付けられる電極端子と、前記電極端子と前記壁部との間に設けられる絶縁部材とを備え、前記軸部を含む前記電極端子の第1の部位における前記壁部に沿う第1の方向の寸法よりも、前記第1の部位とは他の前記電極端子の第2の部位における前記第1の方向の寸法が小さく、前記第1の部位を収容する前記絶縁部材の第3の部位における前記第1の方向の寸法よりも、前記第2の部位を収容する前記絶縁部材の第4の部位における前記第1の方向の寸法が小さい。
上述の構成において、容器の壁部を容器の他の部分に溶接によって接合する場合、容器の密閉を確保するために、上記壁部と上記容器の他の部分とを互いに密着させた状態で溶接を実施する必要がある。電極端子の第2の部位及び絶縁部材の第4の部位の周囲では、第1の方向でのスペースを確保しやすい。よって、溶接のために上記壁部を押圧する器具を用いて、十分な押圧面積及び押圧力で第2の部位及び第4の部位の周囲の上記壁部を押圧し、上記壁部と上記容器の他の部分とを互いに密着させることができる。これにより、電極端子の周囲での良好な溶接による接合が可能となる。
前記絶縁部材は、前記電極端子の外周に沿って延在する周囲壁部を有し、前記周囲壁部では、前記絶縁部材の前記第3の部位における前記第1の方向の厚さが、前記絶縁部材の前記第4の部位における前記第1の方向の厚さよりも小さくてもよい。上述のように絶縁部材の周囲壁部を構成することによって、絶縁部材の第3の部位の周辺での絶縁部材の第1の方向の寸法が大きくなるのを抑えることができる。これにより、絶縁部材の第3の部位の周辺での上記壁部の溶接代が不足するのを抑制することができる。さらに、絶縁部材の第1の方向の寸法が小さく抑えられることによって、第1の方向での蓄電素子の薄型化も可能である。
前記電極端子又は前記絶縁部材は、前記軸部が通る前記絶縁部材の穴の周りを囲む輪状突起を有し、前記電極端子の前記第1の部位は、前記電極端子における前記輪状突起から前記軸部にわたる部位を含んでもよい。上述の構成において、電極端子の取り付け時に、輪状突起が上記壁部に向かって押圧されることによって、電極端子、絶縁部材及び上記壁部の間が密閉して封止される。よって、輪状突起による封止を確保しつつ、電極端子及び絶縁部材を上述のように構成することができる。
前記電極端子の前記第2の部位における前記第1の方向の寸法は、前記輪状突起の前記第1の方向の寸法よりも小さくてもよい。上述の構成において、輪状突起との関わりがない電極端子の第2の部位の第1の方向の寸法が効果的に低減される。これにより、絶縁部材の第4の部位の第1の方向の寸法の低減も可能になる。
前記蓄電素子は、前記容器内に設けられる集電体をさらに備え、前記絶縁部材は、前記容器の外部に配置され、前記軸部は、前記容器内に、前記軸部と前記集電体とを接続するかしめ接合部を含んでもよい。上述の構成において、かしめ接合部を形成する場合、軸部が、集電体と共に、壁部に向かって押圧され、軸部の端部が壁部に沿って拡がるように塑性変形し、かしめ接合部を形成する。この際、集電体も、壁部に沿って伸びるように変形する。よって、かしめ接合部及び集電体が、壁部の外面上における電極端子及び絶縁部材の周囲のスペースを減少することが抑えられる。
前記壁部における第2の方向の寸法は、前記壁部における前記第1の方向の寸法の5倍以上の大きさであり、前記第2の方向は、前記壁部に沿い且つ前記第1の方向と交差する方向であってもよい。上述のような構成の壁部上では、第1の方向において、電極端子及び絶縁部材の周囲のスペースが十分ではない可能性がある。本発明のように、電極端子の第2の部位及び絶縁部材の第4の部位の第1の方向での寸法を小さくすることによって、当該スペースの確保が容易になる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態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は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、並びに、構成要素の配置位置及び接続形態などは、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、添付の図面における各図は、模式的な図であり、必ずしも厳密に図示されたものでない。さらに、各図において、同一又は同様な構成要素については同じ符号を付している。また、以下の実施の形態の説明において、略平行、略直交のような「略」を伴った表現が、用いられる場合がある。例えば、略平行とは、完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行である、すなわち、例えば数%程度の差異を含むことも意味する。他の「略」を伴った表現についても同様である。
[実施の形態]
実施の形態に係る蓄電素子100の構成を説明する。図1は、実施の形態に係る蓄電素子100の外観を模式的に示す斜視図である。図1に示されるように、蓄電素子100は、扁平な直方体状の外形を有している。蓄電素子100は、充放電可能な二次電池である。例えば、蓄電素子100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。しかしながら、蓄電素子100は、非水電解質二次電池に限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよく、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く、キャパシタであってもよい。
実施の形態に係る蓄電素子100の構成を説明する。図1は、実施の形態に係る蓄電素子100の外観を模式的に示す斜視図である。図1に示されるように、蓄電素子100は、扁平な直方体状の外形を有している。蓄電素子100は、充放電可能な二次電池である。例えば、蓄電素子100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。しかしながら、蓄電素子100は、非水電解質二次電池に限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよく、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く、キャパシタであってもよい。
図1~図8を参照すると、蓄電素子100は、扁平な直方体状の容器10と、容器10の中に収容される電極体20と、電極端子の一例としての正極端子30及び負極端子40とを備えている。なお、図2は、図1の蓄電素子100の分解斜視図である。図3は、図1の蓄電素子100の正面図であり、図4は、図1の蓄電素子100の背面図である。図5は、図1の蓄電素子100を正極端子30から負極端子40に向かって見た側面図であり、図6は、図1の蓄電素子100を負極端子40から正極端子30に向かって見た側面図である。図7は、図1の蓄電素子100を正極端子30及び負極端子40から容器10の蓋体12に向かって見た上面図である。図8は、図1の蓄電素子100の底面図である。
容器10は、有底角筒状の容器本体11と、容器本体11の開口部11aを閉鎖可能である細長い矩形板状の蓋体12とを有している。容器本体11は、扁平な直方体状の外形を有しており、細長の矩形状の底壁11bと、底壁11bの4つの縁から直立する4つの矩形状の側壁11c、11d、11e及び11fとを有している。側壁11c及び11eは、互いに対向して位置し、開口部11aの周縁に沿う方向でより幅広の長側壁を形成している(以下、側壁11c及び11eを、長側壁11c及び11eとも呼ぶ)。側壁11d及び11fは、互いに対向して位置し、開口部11aの周縁に沿う方向でより幅狭の短側壁を形成している(以下、側壁11d及び11fを、短側壁11d及び11fとも呼ぶ)。開口部11aは、底壁11bと同様の細長の矩形状の形状を有している。蓋体12の外面12a上に、正極端子30及び負極端子40が配置されている。ここで、蓋体12は、容器の壁部の一例である。
本実施の形態では、上述のような蓄電素子100として、薄型の蓄電素子を想定している。つまり、薄型扁平な直方体状の容器10が、想定されている。薄型扁平な容器10とは、図7に示されるように、長側壁11cから長側壁11eに向かう方向の容器本体11及び蓋体12の幅Bが、30mm以下、好ましくは20mm以下となる容器が想定される。さらに、短側壁11dから短側壁11fに向かう方向の容器本体11及び蓋体12の長さLと幅Bとの関係が、B≦L/5となる、好ましくはB≦L/8となる容器が想定される。
容器本体11と蓋体12とは、溶接等の接合方法によって、互いの接合部を気密な状態にして固定される。限定するものではないが、容器本体11及び蓋体12は、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等の溶接可能な金属で構成されることができる。
また、容器10の内部には電解液(本実施の形態では、非水電解液)などの電解質が封入されているが、当該電解質の図示は省略する。容器10に封入される電解質としては、蓄電素子100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。
正極端子30及び負極端子40はそれぞれ、蓋体12の外面12aと反対側において、導電性を有する正極集電体50及び負極集電体60と接続されている。正極集電体50及び負極集電体60はさらに、電極体20と接続されている。よって、電極体20は、正極集電体50及び負極集電体60を介して、蓋体12から吊り下げられるように設けられている。そして、電極体20は、正極集電体50及び負極集電体60と共に、容器本体11に収容される。なお、電極体20と容器本体11との間を電気的に絶縁するために、電極体20が絶縁フィルムなどで覆われる場合もある。電極体20と容器本体11との間に、スペーサ等の緩衝材が設けられる場合もある。
電極体20は、電気を蓄積可能な蓄電要素(発電要素とも呼ばれる)である。電極体20は、長尺帯状のシート状の正極板と、長尺帯状のシート状の負極板と、長尺帯状のシート状のセパレータとを、層状に重ねるように含んでいる。そして、電極体20は、重ね合わされた正極板、負極板及びセパレータを一緒に、巻回軸Aを中心に渦巻き状に多重に巻回されることによって、形成される。巻回軸Aは、図2において一点鎖線で示される仮想の軸であり、電極体20は、巻回軸Aに関して略対称な構成を有している。巻回後の電極体20では、正極板、負極板及びセパレータは、正極板と負極板との間にセパレータを介在させるかたちで、巻回軸Aに垂直な方向に多層に積層された状態を形成する。限定されるものではないが、本実施の形態では、電極体20は、巻回軸Aに垂直な断面が扁平な長円形状である扁平な外形を有している。しかしながら、電極体20の断面形状は、長円形以外であってもよく、円形、楕円形、矩形、又はその他の多角形であってもよい。
正極板は、正極基材と正極活物質層とを含む。正極基材は、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属からなる長尺帯状の金属箔であり、正極活物質層は、正極基材の表面上に塗工等の方法で積層されている。負極板は、負極基材と負極活物質層とを含む。負正極基材は、銅、銅合金等の金属からなる長尺帯状の金属箔であり、負極活物質層は、負極基材の表面上に塗工等の方法で積層されている。セパレータは、樹脂等の電気的な絶縁性を有する材料からなる微多孔性のシートである。正極活物質層に用いられる正極活物質又は負極活物質層に用いられる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質又は負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。
電極体20は、巻回軸A方向に沿った2つの端部20a及び20bを有している。端部20aには、正極活物質非形成部21が形成され、端部20bには、負極活物質非形成部22が形成されている。正極活物質非形成部21は、巻回方向である電極体20の周方向に沿う正極板の縁に沿って、帯状に形成されている。具体的には、正極活物質非形成部21は、正極基材における正極活物質層が形成されていない縁部分である。正極活物質非形成部21は、多重に巻回されて、巻回軸Aに垂直な方向に多層に積層された状態を形成する。負極活物質非形成部22も、電極体20の周方向に沿う負極板の縁に沿って、帯状に形成されている。具体的には、負極活物質非形成部22は、負極基材における負極活物質層が形成されていない縁部分である。負極活物質非形成部22は、多重に巻回されて、巻回軸Aに垂直な方向に多層に積層された状態を形成する。
図2及び図9を参照して、正極端子30及び負極端子40並びにその周辺の構成を説明する。図9は、図7の蓄電素子100の断面側面図であり、正極端子30及び負極端子40の中央を通るIX-IX線に沿った蓄電素子100の断面側面を長側壁11cから長側壁11eに向かって見た図である。なお、正極端子30の構成と負極端子40の構成とは、同様であるため、図9では、正極端子30及びその周辺の構成のみを図示する。正極端子30は、矩形板状の第一端子本体部31と、第一端子本体部31の幅広の平坦な表面から突出する円筒状の第一軸部32とを一体に有している。負極端子40は、矩形板状の第二端子本体部41と、第二端子本体部41の幅広の平坦な表面から突出する円筒状の第二軸部42とを一体に有している。第一軸部32及び第二軸部42はそれぞれ、蓋体12を貫通し、正極集電体50及び負極集電体60と接続されるように構成されている。なお、蓋体12の外面12a上では、貫通孔12c及び12dが、蓋体12を貫通して形成されており、貫通孔12c及び12dにはそれぞれ、第一軸部32及び第二軸部42が通ることができる。
正極集電体50及び負極集電体60はそれぞれ、蓋体12を挟んで、第一端子本体部31及び第二端子本体部41と反対側に配置される。正極集電体50は、導電性と剛性とを備えた部材であり、電極体20の正極基材と同様に、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属で構成されている。負極集電体60は、導電性と剛性とを備えた部材であり、電極体20の負極基材と同様に、銅、銅合金等の金属で構成されている。正極集電体50は、第一軸部32と接続される板状の固定部51と、電極体20の正極活物質非形成部21と接続される2つの細長板状の突出部52とを一体に有している。負極集電体60は、第二軸部42と接続される板状の固定部61と、電極体20の負極活物質非形成部22と接続される2つの細長板状の突出部62とを有している。
蓋体12の外面12a上では、正極端子30の第一端子本体部31と蓋体12との間に、第一上部絶縁部材70が配置される。さらに、負極端子40の第二端子本体部41と蓋体12との間に、第二上部絶縁部材80が配置される。蓋体12における外面12aと反対側の内面12b上では、蓋体12と正極集電体50との間に、第一下部絶縁部材91が配置される。さらに、蓋体12と負極集電体60との間に、第二下部絶縁部材92が配置される。上部絶縁部材70及び80、並びに、下部絶縁部材91及び92は、電気的な絶縁性と可撓性及び/又は弾性とを有する樹脂材料で構成された板状のガスケットである。例えば、上記樹脂材料として、ポリオレフィン、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PP(ポリプロピレン)、PFA(フッ素樹脂)、フェノール樹脂などが挙げられるが、その他の樹脂であってもよく、ガラス繊維などの繊維を混入させた樹脂であってもよい。また、上部絶縁部材70及び80、並びに、下部絶縁部材91及び92は、異なる樹脂材料で構成される2つ以上の部材によって構成される構造であってもよい。この場合、絶縁部材における気密を確保する部分の樹脂材料をPFA(フッ素樹脂)等とし、構造的な強度を要する部分の樹脂材料を、ABS、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、ポリアミド(ナイロンとも称する)等としてもよい。
第一上部絶縁部材70及び第一下部絶縁部材91にはそれぞれ、貫通孔71及び91aが形成されており、貫通孔71及び91aには、正極端子30の第一軸部32が通ることができる。第二上部絶縁部材80及び第二下部絶縁部材92にはそれぞれ、貫通孔81及び92aが形成されており、貫通孔81及び92aには、負極端子40の第二軸部42が通ることができる。ここで、上部絶縁部材70及び80は、絶縁部材の一例であり、貫通孔71及び81は、絶縁部材の穴の一例である。
正極端子30の第一軸部32は、第一上部絶縁部材70の貫通孔71と、蓋体12の貫通孔12cと、第一下部絶縁部材91の貫通孔91aと、正極集電体50の固定部51に形成された貫通孔51aとを順次貫通した後に、その先端がかしめられる。これにより、正極端子30と正極集電体50とが、互いに接合され、これらの間に第一上部絶縁部材70及び第一下部絶縁部材91を介在させて、蓋体12に取り付け及び固定される。なお、かしめによる接合は、第一軸部32の塑性変形を用いた接合である。この接合では、第一軸部32の先端が押圧力を受けることによって、固定部51上で拡径するように塑性変形し、これにより、正極端子30が、第一端子本体部31と塑性変形部分32aとの間で、固定部51等を挟持するかたちで、正極集電体50と接合される。また、正極端子30と正極集電体50とのかしめ接合部分を構成する第一軸部32の塑性変形部分32aは、固定部51に対して、蓋体12と反対側に位置し、容器10の内部に位置する。このようなかしめ接合方法は、内かしめとも呼ばれる。なお、第一軸部32の塑性変形部分32aが容器10の外部に位置する場合、このようなかしめ接合方法は、外かしめとも呼ばれる。
同様に、負極端子40の第二軸部42は、第二上部絶縁部材80の貫通孔81と、蓋体12の貫通孔12dと、第二下部絶縁部材92の貫通孔92aと、負極集電体60の固定部61に形成された貫通孔61aとを順次貫通した後に、第一軸部32と同様に、その先端がかしめられる。これにより、負極端子40と負極集電体60とが、互いに接合され、これらの間に第二上部絶縁部材80及び第二下部絶縁部材92を介在させて、蓋体12に取り付け及び固定される。
なお、正極端子30と正極集電体50との連結構造、及び負極端子40と負極集電体60との連結構造は、上述のようなかしめ連結構造に限定されるものでない。連結構造は、上部絶縁部材70又は80と蓋体12と下部絶縁部材91又は92とを間に挟んで、端子本体部31又は41と正極集電体50又は負極集電体60とを連結する構造であればよい。例えば、軸部32又は42の代わりにボルト及びナットが用いられてもよく、軸部32又は42が正極集電体50又は負極集電体60に溶接されてもよい。
蓋体12に取り付けられた正極集電体50の2つの突出部52は、電極体20の正極活物質非形成部21に両側から挟むように組み付けられ、正極活物質非形成部21に接合される。同様に、蓋体12に取り付けられた負極集電体60の2つの突出部62は、電極体20の負極活物質非形成部22に両側から挟むように組み付けられ、負極活物質非形成部22に接合される。上記接合には、超音波溶接、抵抗溶接などの溶接等を用いることができる。これにより、電極体20は、巻回軸Aを蓋体12に沿う方向にして蓋体12に固定される。つまり、電極体20は、縦巻き型の電極体を構成する。そして、正極端子30は、正極集電体50を介して、電極体20の正極板に物理的に且つ電気的に接続される。負極端子40は、負極集電体60を介して、電極体20の負極板に物理的に且つ電気的に接続される。
さらに、図7及び図9~図15を参照して、正極端子30、負極端子40、第一上部絶縁部材70及び第二上部絶縁部材80の詳細な構成を説明する。図10は、図7の蓋体12上の正極端子30及び第一上部絶縁部材70の拡大平面図である。図11は、図7の蓋体12上の負極端子40及び第二上部絶縁部材80の拡大平面図である。図12は、図2の正極端子30の第一端子本体部31を第一軸部32からから第一端子本体部31に向かって見た斜視図である。図13は、図2の第一上部絶縁部材70を拡大した斜視図である。図14は、図13の第一上部絶縁部材70を筒部74から本体部72に向かって見た斜視図である。図15は、図13の第一上部絶縁部材70の断面側面図であり、第一上部絶縁部材70の長手方向に沿い且つ貫通孔71の中心を通る第一上部絶縁部材70の断面を方向XVで見た図である。
正極端子30及び第一上部絶縁部材70による構成と、負極端子40及び第二上部絶縁部材80による構成とは、同様であるため、以下では、正極端子30及び第一上部絶縁部材70の構成を中心に説明する。
図7及び図9~図12を参照すると、正極端子30の第一端子本体部31及び負極端子40の第二端子本体部41はいずれも、矩形状の平面形状を有している。なお、上記平面形状は、蓋体12の外面12aに垂直な方向で容器10の外方から蓋体12を見たとき、つまり、蓋体12の平面視での形状である。
図10及び図12に示すように、第一端子本体部31は、円板状の封止部33と、封止部33から側方に延びる2つの矩形板状の側方延在部34及び35とを一体に有している。封止部33並びに側方延在部34及び35は、一体成形されており、連続する金属部材によって形成されている。封止部33は、第一軸部32の軸方向で、側方延在部34及び35よりも大きい厚さを有している。第一軸部32と反対側において、封止部33と側方延在部34及び35とは、面一に並び、1つの平坦な表面31aを形成している。側方延在部34と側方延在部35とは、蓋体12の長手方向に沿って、封止部33から互いに反対方向に突出している。封止部33における表面31aと反対側の表面33a上に、第一軸部32が配置されている。第一軸部32は、円形の表面33aの中心に位置している、つまり、封止部33と同軸上に配置されている。ここで、封止部33は、電極端子の第1の部位の一例であり、側方延在部34及び35は、電極端子の第2の部位の一例である。
第一端子本体部31は、封止部33並びに側方延在部34及び35が並ぶ方向に長く、上記方向と垂直な方向に短い平面形状を有している。第一端子本体部31は、封止部33並びに側方延在部34及び35が並ぶ方向である長手方向を、容器本体11の長側壁11c及び11eの長手方向に沿わせるように、つまり蓋体12の長手方向に沿わせるように、蓋体12に取り付けられる。第一端子本体部31の長手方向に垂直な短手方向において、側方延在部34及び35それぞれの長さつまり外形寸法での幅B2及びB3は、封止部33の外径つまり外形寸法での幅B1よりも小さい。なお、本実施の形態では、幅B2は、幅B3と同等である。
さらに、本実施の形態では、第一端子本体部31の短手方向において、封止部33は、側方延在部34の側面34a及び側方延在部35の側面35aよりも孤状面状に突出する突出部33bと、側方延在部34の側面34b及び側方延在部35の側面35bよりも孤状面状に突出する突出部33cとを有している。つまり、封止部33は、側方延在部34の側面34a及び34bよりも突出し、且つ側方延在部35の側面35a及び35bよりも突出するように構成されている。なお、本実施の形態では、側方延在部34の側面34aと側方延在部35の側面35aと封止部33の突出部33bとは、第一端子本体部31の長手方向に沿った一方の側部に位置し、これに限定するものではないが、側面34aと側面35aとは面一に並ぶ。側方延在部34の側面34bと側方延在部35の側面35bと封止部33の突出部33cとは、第一端子本体部31の長手方向に沿った他方の側部に位置し、これに限定するものではないが、側面34bと側面35bとは面一に並ぶ。
しかしながら、第一端子本体部31の短手方向において、封止部33は、突出部33b及び33cの一方のみを有していてもよい、つまり、側方延在部34の側面34a及び34bの一方よりも突出し、且つ/又は、側方延在部35の側面35a及び35bの一方よりも突出するように構成されてもよい。
また、図11に示すように、負極端子40の第二端子本体部41も、第一端子本体部31と同様に、円板状の封止部43と、封止部43から側方に延びる2つの矩形板状の側方延在部44及び45とを一体に有している。
図10及び図13~図15を参照すると、第一上部絶縁部材70は、矩形板状の本体部72と、周囲壁部73と、円筒状の筒部74と、固定部75とを一体に有している。本体部72は、第一端子本体部31の平面形状と同様の平面形状を有している。周囲壁部73は、本体部72の周縁から直立している。筒部74は、本体部72から周囲壁部73と反対方向に突出している。固定部75は、周囲壁部73から本体部72の長手方向に沿って側方に突出している。本体部72、周囲壁部73、筒部74及び固定部75は、一体成形されており、連続する樹脂部材によって形成されている。本体部72上の周囲壁部73の内側に第一端子本体部31が収まるように構成されている。周囲壁部73は、第一端子本体部31の外周側面31bの形状にならうように延在し且つ第一端子本体部31の外周側面31bを囲繞する。周囲壁部73は、1つの連続する輪を形成する帯状の突起の形状を有する。貫通孔71が、筒部74の軸心方向に本体部72及び筒部74を貫通している。
本体部72における周囲壁部73が突出する表面72a上には、円筒状の凹部72bが形成されており、凹部72bは、第一端子本体部31の封止部33が嵌る形状を有している。さらに、凹部72bの底面には、貫通孔71が開口している。そして、凹部72bの底面上には、貫通孔71を囲繞する環状の突起76が、突出して形成されている。突起76は、本体部72と一体成形されている。突起76は、蓋体12の貫通孔12cよりも大きい内側寸法つまり内径を有している。本体部72における表面72aと反対側の表面72cには、筒部74を囲繞する環状の突起77が、突出して形成されている。突起77は、本体部72と一体成形されている。突起77は、突起76と同様の形状及び大きさで形成されている。さらに、突起77は、本体部72に関して突起76と対称な位置に配置されている。しかしながら、突起77は、蓋体12の貫通孔12cよりも大きい内側寸法つまり内径を有していればよい。突起76及び77は、蓋体12に取り付けられた第一上部絶縁部材70を蓋体12の外面12aに垂直な方向で見たとき、つまり、蓋体12の平面視において、蓋体12の貫通孔12cを囲繞するように配置構成されている。また、本体部72の表面72c上には、円柱状の突起が形成されており、この突起は、蓋体12の外面12aに形成された凹部に嵌合するように構成されている。固定部75には、嵌合穴が形成されており、この嵌合穴は、蓋体12から突出する円柱状の突起と嵌合するように構成されている。
筒部74は、本体部72の表面72cから延び、筒部74の貫通孔71内を正極端子30の第一軸部32が通るように構成されている。本体部72の表面72aに垂直な方向で見たとき、筒部74は、突起76及び77の内側に位置する。
よって、正極端子30及び第一上部絶縁部材70が蓋体12に取り付けられたとき、第一上部絶縁部材70の本体部72が、正極端子30の第一端子本体部31と蓋体12との間に介在してこれらを互いに電気的に絶縁する。なお、第一端子本体部31は、その表面31aと反対側の表面31cが第一上部絶縁部材70の本体部72の表面72aと向き合うように、第一上部絶縁部材70に組み付けられる。さらに、第一端子本体部31は、正極集電体50と接続されるとき、蓋体12に向かって引き付けられ、それにより、第一端子本体部31の封止部33が、突起76及び77を押圧する。従って、突起76は、第一端子本体部31と本体部72との間を気密に封止し、突起77は、本体部72と蓋体12との間を気密に封止する。なお、封止部33の外径は、突起76の外径以上の大きさを有している。
また、第一上部絶縁部材70の筒部74は、蓋体12の貫通孔12cを通って延在し、第一軸部32と蓋体12との間に介在してこれらを互いに電気的に絶縁する。さらに、固定部75の嵌合穴が、蓋体12の突起に嵌合し、本体部72の突起が蓋体12の凹部に嵌合する。これら2つの嵌合によって、第一上部絶縁部材70は、蓋体12の外面12a上で平行移動及び回転移動しないように固定される。
周囲壁部73について、本体部72の表面72aに沿う方向、つまり周囲壁部73の内周側面73aに垂直な方向において、周囲壁部73の厚さは、均一ではない。なお、周囲壁部73の内周側面73aは、第一端子本体部31の外周側面31bに隣り合う面である。周囲壁部73は、2つの第一壁部73bと、2つの第二壁部73cと、2つの第三壁部73dとを含む。2つの第一壁部73bは、第一上部絶縁部材70の本体部72の短手方向において、第一端子本体部31の封止部33に両側で隣り合い、且つ互いに対向して位置する。なお、上記本体部72の短手方向は、第一上部絶縁部材70内に収容された第一端子本体部31の短手方向と同方向である。2つの第二壁部73cは、上記短手方向において第一端子本体部31の側方延在部34に両側で隣り合い、且つ互いに略平行に延在する。2つの第三壁部73dは、上記短手方向において第一端子本体部31の側方延在部35に両側で隣り合い、且つ互いに略平行に延在する。第一壁部73bの厚さは、第二壁部73cの厚さ及び第三壁部73dの厚さよりも小さい。ここで、第一壁部73bは、絶縁部材の第3の部位の一例であり、第二壁部73c及び第三壁部73dは、絶縁部材の第4の部位の一例である。
これにより、第一上部絶縁部材70における封止部33に隣り合う部位の外形寸法での幅B1a(図10参照)の増大が、抑えられる。なお、幅B1aは、2つの第一壁部73b間の外側の幅であり、第一上部絶縁部材70の全体幅でもある。これにより、第一上部絶縁部材70の全体幅B1aの増大が、抑えられる。なお、第一上部絶縁部材70においても、第一上部絶縁部材70における側方延在部34に隣り合う部位の外形寸法での幅B2a(図10参照)は、幅B1aよりも小さくなっている。幅B2aは、2つの第二壁部73c間の外側の幅である。同様に、第一上部絶縁部材70における側方延在部35に隣り合う部位の外形寸法での幅B3a(図10参照)は、幅B1aよりも小さくなっている。幅B3aは、2つの第三壁部73d間の外側の幅である。
さらに、本実施の形態では、第一上部絶縁部材70の短手方向において、2つの第一壁部73bはそれぞれ、2つの第二壁部73cの側面73c1及び73c2よりも突出し、2つの第三壁部73dの側面73d1及び73d2よりも突出するように構成されている。なお、本実施の形態では、限定するものではないが、側面73c1と側面73d1とは面一に並び、側面73c2と側面73d2とは面一に並ぶ。しかしながら、2つの第一壁部73bの少なくとも一方が、第二壁部73cの側面73c1若しくは73c2よりも突出し、且つ/又は、第三壁部73dの側面73d1若しくは73d2よりも突出するように構成されてもよい。
また、本実施の形態では、第一上部絶縁部材70は、2つの第二壁部73c間の外側の幅B2a及び2つの第三壁部73d間の外側の幅B3aが、突起76及び77の外側寸法つまり外径よりも大きくなるように構成されている。しかしながら、第一端子本体部31の側方延在部34及び35の幅B2及びB3を変更することによって、第一上部絶縁部材70は、幅B2a及び幅B3aの少なくとも一方が突起76及び77の外径以下となるように構成されてもよい。例えば、正極端子30に要求される電流が大きくなる場合でも、第一端子本体部31の側方延在部34及び35の幅B2及びB3を増加せずに長手方向の長さを増加することによって、正極端子30の許容電流を増大することができる。
図11に示すように、第二上部絶縁部材80も、第一上部絶縁部材70と同様に、矩形板状の本体部82と、周囲壁部83と、円筒状の筒部84と、固定部85とを一体に有している。本体部82は、第二端子本体部41の平面形状と同様の平面形状を有している。周囲壁部83は、本体部82の周縁から直立している。筒部84は、本体部82から周囲壁部83と反対方向に突出している。固定部85は、周囲壁部83から本体部82の長手方向に沿って側方に突出している。第二上部絶縁部材80のその他の構成及び作用については、第一上部絶縁部材70と同様であるので、その説明を省略する。
図2及び図9~図11に示すように、上述のような蓄電素子100では、電極体20が集電体50及び60を介して蓋体12に取り付けられた状態で、電極体20が容器本体11内に挿入される。その後、蓋体12の周縁が、容器本体11の開口部11aの周縁に、溶接によって接合される。このとき、蓋体12の外面12a上に治具等の機器が当てられ、蓋体12を容器本体11に押し付ける。第一上部絶縁部材70では、周囲壁部73の第二壁部73c間の外側幅B2a及び第三壁部73d間の外側幅B3aが小さく抑えられることができる。さらに、第二上部絶縁部材80でも、周囲壁部83の第二壁部83c間の外側幅及び第三壁部83d間の外側幅が小さく抑えられることができる。このため、第一上部絶縁部材70及び第二上部絶縁部材80の周囲では、細長矩形状の蓋体12の外面12a上にもかかわらず、押圧のために治具が当接するスペースが確保され得る。よって、治具によって押圧される蓋体12は、正極端子30及び負極端子40の周辺を含んだ蓋体12の全体を容器本体11に密着させた状態で溶接され、蓋体12の全体にわたって容器本体11との間で気密な封止を形成することができる。
上述したように、実施の形態に係る蓄電素子100は、容器10と、容器10の蓋体12を通る軸部32及び42をそれぞれ有し且つ蓋体12に取り付けられる正極端子30及び負極端子40と、正極端子30及び負極端子40それぞれと蓋体12との間に設けられる上部絶縁部材70及び80とを備える。軸部32及び42それぞれを含む正極端子30及び負極端子40の封止部33及び43における蓋体12に沿う第1の方向の寸法よりも、封止部33及び43とは他の正極端子30及び負極端子40の側方延在部34、35、44及び45における第1の方向の寸法が小さい。封止部33及び43を収容する上部絶縁部材70及び80の第一壁部73b及び83b(図11参照)における第1の方向の寸法よりも、側方延在部34、35、44及び45を収容する上部絶縁部材70及び80の第二及び第三壁部73c、73d、83c及び83dにおける第1の方向の寸法が小さい。
上述の構成において、第1の方向の寸法とは、封止部33及び43の第1の方向の外形寸法とし、側方延在部34、35、44及び45の第1の方向の外形寸法とし、第一壁部73b及び83bの第1の方向の外形寸法とし、第二壁部73c及び83c並びに第三壁部73d及び83dの第1の方向の外形寸法とすることができる。
そして、容器10の蓋体12を容器10の他の部分である容器本体11に溶接によって接合する場合、容器10の密閉を確保するために、蓋体12と容器本体11とを互いに密着させた状態で溶接を実施する必要がある。正極端子30の側方延在部34及び35並びに負極端子40の側方延在部44及び45と上部絶縁部材70及び80それぞれの第二壁部73c及び83c並びに第三壁部73d及び83dとの周囲では、蓋体12上において、第1の方向でのスペースを確保しやすい。よって、溶接のために蓋体12を押圧する治具等の器具を用いて、十分な押圧面積及び押圧力で側方延在部34、35、44及び45と第二壁部73c及び83c並びに第三壁部73d及び83dとの周囲の蓋体12を押圧し、蓋体12と容器本体11とを互いに密着させることができる。これにより、正極端子30及び負極端子40の周囲での良好な溶接による接合が可能となる。また、蓄電素子100の容量の増大に伴い正極端子30及び負極端子40の大型化が必要な場合、正極端子30の側方延在部34及び35並びに負極端子40の側方延在部44及び45と上部絶縁部材70及び80の第二壁部73c及び83c並びに第三壁部73d及び83dとを、第1の方向と垂直である蓋体12に沿う方向へと大きくすることによって、押圧面積の減少が抑えられる。
実施の形態に係る蓄電素子100において、上部絶縁部材70及び80は、正極端子30及び負極端子40の端子本体部31及び41それぞれの外周に沿って延在する周囲壁部73及び83を有し、周囲壁部73及び83ではそれぞれ、上部絶縁部材70及び80の第一壁部73b及び83bにおける第1の方向の厚さが、上部絶縁部材70及び80の第二壁部73c及び83c並びに第三壁部73d及び83dにおける第1の方向の厚さよりも小さい。上述のように上部絶縁部材70及び80の周囲壁部73及び83を構成することによって、第一壁部73b及び83bの周辺で上部絶縁部材70及び80の第1の方向の寸法が大きくなるのを抑えることができる。これにより、第一壁部73b及び83bの周辺で蓋体12の溶接代が不足するのを抑制することができる。さらに、上部絶縁部材70及び80の第1の方向の寸法が小さく抑えられることによって、第1の方向での蓄電素子100の薄型化も可能である。
実施の形態に係る蓄電素子100において、第一上部絶縁部材70は、正極端子30の軸部32が通る上部絶縁部材70の貫通孔71の周りを囲む突起76及び77を有する。さらに、正極端子30の封止部33は、正極端子30における突起76及び77から軸部32にわたる部位を含む。上述の構成において、正極端子30の取り付け時に、突起76及び77が封止部33により蓋体12に向かって押圧されることによって、正極端子30、第一上部絶縁部材70及び蓋体12の間が気密に封止される。よって、突起76及び77による封止を確保しつつ、正極端子30と第一上部絶縁部材70とを上述のように構成することができる。なお、負極端子40及び第二上部絶縁部材80も、上述の正極端子30及び第一上部絶縁部材70と同様の構成を有すると共に同様の作用効果を奏し得る。
実施の形態に係る蓄電素子100において、正極端子30の側方延在部34及び35における第1の方向の寸法は、突起76及び77の第1の方向の寸法よりも小さい。上述の構成において、突起76及び77との関わりがない正極端子30の側方延在部34及び35の第1の方向の寸法が効果的に低減される。これにより、第一上部絶縁部材70の第二壁部73c及び第三壁部73dの第1の方向の寸法の低減も可能になる。なお、負極端子40及び第二上部絶縁部材80も、上述の正極端子30及び第一上部絶縁部材70と同様の構成を有すると共に同様の作用効果を奏し得る。
実施の形態に係る蓄電素子100において、第一上部絶縁部材70は、容器10の外部に配置され、正極端子30の第一軸部32は、容器10内に、第一軸部32と正極集電体50とを接続するかしめ接合部としての塑性変形部分32aを含む。上述の構成において、かしめによって塑性変形部分32aを形成する場合、第一軸部32が、正極集電体50と共に、蓋体12に向かって押圧され、第一軸部32の端部が蓋体12に沿って拡がるように塑性変形し、塑性変形部分32aを形成する。この際、正極集電体50も、蓋体12に沿って伸びるように変形する。この場合、塑性変形部分32a及び正極集電体50は、蓋体12の内面12b上での占有面積を増加するため、蓋体12の外面12a上における正極端子30及び第一上部絶縁部材70の周囲のスペースを減少することが抑えられる。例えば、塑性変形部分32aが容器10の外部に位置する場合、第一軸部32と第一端子本体部31とが、別部材とされ、第一軸部32と第一端子本体部31とがかしめ接合される。この際、かしめ接合時の押圧力によって、第一端子本体部31が蓋体12に沿う方向に延び、蓋体12の外面12a上における正極端子30及び第一上部絶縁部材70の周囲のスペースが減少する可能性がある。なお、負極端子40及び第二上部絶縁部材80も、上述の正極端子30及び第一上部絶縁部材70と同様の構成を有すると共に同様の作用効果を奏し得る。
実施の形態に係る蓄電素子100において、蓋体12における第2の方向の寸法としての長さLは、蓋体12における第1の方向の寸法としての幅Bの5倍以上の大きさであり、第2の方向は、蓋体12に沿い且つ第1の方向と交差する方向である。上述のような構成の蓋体12の外面12a上では、第1の方向において、正極端子30及び第一上部絶縁部材70の周囲のスペースが十分ではない可能性がある。しかしながら、本実施の形態のように、正極端子30の側方延在部34及び35並びに第一上部絶縁部材70の第二及び第三壁部73c及び73dに関して、これらの第1の方向での寸法を小さくすることによって、当該スペースの確保が容易になる。なお、負極端子40及び第二上部絶縁部材80も、上述の正極端子30及び第一上部絶縁部材70と同様の構成を有すると共に同様の作用効果を奏し得る。
[その他の変形例]
以上、本発明の実施の形態に係る蓄電素子100について説明したが、本発明は、実施の形態に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
以上、本発明の実施の形態に係る蓄電素子100について説明したが、本発明は、実施の形態に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
実施の形態に係る蓄電素子100では、積層された電極体20は、重ねられた正極板、負極板及びセパレータを巻回して形成される巻回型の電極体であったが、これに限定されるものでない。積層された電極体は、多数の正極板、負極板及びセパレータを重ねて形成されるスタック型の電極体であってもよく、重ねられた一組又は二組以上の正極板、負極板及びセパレータを複数回折り曲げて形成されるZ型の電極体であってもよい。
実施の形態に係る蓄電素子100では、正極端子30の第一端子本体部31及び負極端子40の第二端子本体部41は、矩形状の平面形状を有していたが、これに限定されるものでなく、円形、楕円形、長円形、又はその他の多角形状の平面形状を有していてもよい。
また、第一端子本体部31及び第二端子本体部41はそれぞれ、円板状の封止部33及び43と、封止部33及び43から互いに反対方向に側方へと延びる矩形板状の側方延在部34及び44並びに側方延在部35及び45とを有していたが、これに限定されるものでない。封止部の平面形状は、円形に限定されるものでなく、楕円形、長円形、又はその他の多角形状の平面形状であってもよい。側方延在部の平面形状は、矩形に限定されるものでなく、半円形、半楕円形、半長円形、又はその他の多角形状の平面形状であってもよい。さらに、第一端子本体部31及び第二端子本体部41は、封止部と、少なくとも1つの側方延在部を有する構成であってもよい。
実施の形態に係る蓄電素子100では、第一上部絶縁部材70及び第二上部絶縁部材80の周囲壁部73及び83の厚さは、第一端子本体部31及び第二端子本体部41の封止部に隣り合う部位の方が側方延在部に隣り合う部位よりも小さくなるように構成されていたが、これに限定されるものでない。周囲壁部73及び83の厚さは、第一端子本体部31及び第二端子本体部41の封止部に隣り合う部位と側方延在部に隣り合う部位との間で同一であってもよく、異なっていてもよく、異なっている場合もいずれの部位がより大きくなっていてもよい。
実施の形態に係る蓄電素子100では、第一上部絶縁部材70の貫通孔71の周りに環状の突起76及び77が形成され、第二上部絶縁部材80の貫通孔81の周りに環状の突起が形成されていたが、これに限定されるものでない。例えば、図16に示すように、正極端子30において、第一端子本体部31上の第一軸部32の周りを囲む環状の突起33dが形成されてもよい。このとき、第一上部絶縁部材70の突起77は、形成されなくてもよい。なお、図16は、図12の正極端子30の変形例の端子本体部31を第一軸部32から第一端子本体部31に向かって見た斜視図である。負極端子40も、正極端子30と同様に構成されてもよい。
実施の形態に係る蓄電素子100では、第一軸部32及び第二軸部42がそれぞれ、正極端子30及び負極端子40に備えられていたが、これに限定されるものでない。正極集電体50及び負極集電体60がそれぞれ、第一軸部32及び第二軸部42を一体に備えてもよい。この場合、第一軸部32及び第二軸部42がそれぞれ、正極端子及び負極端子と、例えば、かしめ接合によって連結されてよい。このようなかしめ接合方法は、外かしめであり、第一軸部32及び第二軸部42は、容器10の内部から外部に向かって正極端子及び負極端子を貫通し、第一軸部32及び第二軸部42の塑性変形部分は、容器10の外側で、正極端子及び負極端子と接合される。又は、第一軸部32及び第二軸部42が、正極端子30、負極端子40、正極集電体50及び負極集電体60と別部材であってもよい。この場合、第一軸部32及び第二軸部42は、一方の端部に、正極端子及び負極端子と、又は、正極集電体及び負極集電体と係合する係合部を有し、他方の端部で、かしめられてもよい。
実施の形態に係る蓄電素子100は、1つの電極体を備えていた。しかしながら、蓄電素子は、2つ以上の電極体を備える構成であってもよい。
実施の形態に係る蓄電素子100では、電極体20は、正極活物質非形成部21及び負極活物質非形成部22でそれぞれ正極集電体50及び負極集電体60が接続される構成であったが、これに限定されるものでない。電極体は、その2つの端部のそれぞれに、正極基材から突出する正極集電タブによって構成される正極集電タブ群と、負極基材から突出する負極集電タブによって構成される負極集電タブ群とを有していてもよい。正極集電タブ群及び負極集電タブ群は、電極体の1つの端部に配置されてもよい。上述の構成において、正極集電タブ群及び負極集電タブ群がそれぞれ、正極集電体及び負極集電体に接続される。
実施の形態に係る蓄電素子100は、縦巻き型の電極体20を備える構成であったが、巻回軸A方向の電極体20の端部を容器10の蓋体12に対向させる向きで電極体20が配置される横巻き型の電極体を備える構成であってもよい。
また、実施の形態及び変形例で例示されるような本発明に係る蓄電素子は、比較的大型の二次電池として用いられ得る。このような比較的大型の二次電池の放電容量は、3Ah(アンペアアワー)以上であることが好ましく、より好ましくは10Ah以上、さらに好ましくは20Ah以上、よりさらに好ましくは30Ah以上である。このような蓄電素子は、例えば、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)及びプラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)などの車両用電源、並びに、バックアップ用の無停電電装置及び太陽光発電システムなどの電力貯蔵用電源等に適用され得る。
また、実施の形態及び変形例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、上述のような蓄電素子として実現することができるだけでなく、1つ以上の蓄電素子を備える蓄電装置においても実現することができる。例えば、蓄電装置は、配列されて配置された複数の蓄電ユニットを備え、各蓄電ユニットは、配列されて配置された複数の蓄電素子100を備えるように構成され得る。上述の構成によって、蓄電装置の高出力が可能となる。さらに、複数の蓄電素子100が、1ユニットとして使用され、蓄電装置に必要な電気容量、蓄電装置の形状及び寸法等に対応して、蓄電ユニットの数量及び配列が選択され得る。
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 容器
12 蓋体(壁部)
30 正極端子(電極端子)
31,41 端子本体部
32,42 軸部
32a 塑性変形部分(かしめ接合部)
33,43 封止部(電極端子の第1の部位)
34,35,44,45 側方延在部(電極端子の第2の部位)
40 負極端子(電極端子)
70,80 上部絶縁部材(絶縁部材)
71,81 貫通孔(穴)
73,83 周囲壁部
73b,83b 第一壁部(絶縁部材の第3の部位)
73c,83c 第二壁部(絶縁部材の第4の部位)
73d,83d 第三壁部(絶縁部材の第4の部位)
76,77,33d 突起(輪状突起)
100 蓄電素子
12 蓋体(壁部)
30 正極端子(電極端子)
31,41 端子本体部
32,42 軸部
32a 塑性変形部分(かしめ接合部)
33,43 封止部(電極端子の第1の部位)
34,35,44,45 側方延在部(電極端子の第2の部位)
40 負極端子(電極端子)
70,80 上部絶縁部材(絶縁部材)
71,81 貫通孔(穴)
73,83 周囲壁部
73b,83b 第一壁部(絶縁部材の第3の部位)
73c,83c 第二壁部(絶縁部材の第4の部位)
73d,83d 第三壁部(絶縁部材の第4の部位)
76,77,33d 突起(輪状突起)
100 蓄電素子
Claims (6)
- 容器と、
前記容器の壁部を通る軸部を有し且つ前記壁部に取り付けられる電極端子と、
前記電極端子と前記壁部との間に設けられる絶縁部材とを備え、
前記軸部を含む前記電極端子の第1の部位における前記壁部に沿う第1の方向の寸法よりも、前記第1の部位とは他の前記電極端子の第2の部位における前記第1の方向の寸法が小さく、
前記第1の部位を収容する前記絶縁部材の第3の部位における前記第1の方向の寸法よりも、前記第2の部位を収容する前記絶縁部材の第4の部位における前記第1の方向の寸法が小さい
蓄電素子。 - 前記絶縁部材は、前記電極端子の外周に沿って延在する周囲壁部を有し、
前記周囲壁部では、前記絶縁部材の前記第3の部位における前記第1の方向の厚さが、前記絶縁部材の前記第4の部位における前記第1の方向の厚さよりも小さい
請求項1に記載の蓄電素子。 - 前記電極端子又は前記絶縁部材は、前記軸部が通る前記絶縁部材の穴の周りを囲む輪状突起を有し、
前記電極端子の前記第1の部位は、前記電極端子における前記輪状突起から前記軸部にわたる部位を含む
請求項1または2に記載の蓄電素子。 - 前記電極端子の前記第2の部位における前記第1の方向の寸法は、前記輪状突起の前記第1の方向の寸法よりも小さい
請求項3に記載の蓄電素子。 - 前記容器内に設けられる集電体をさらに備え、
前記絶縁部材は、前記容器の外部に配置され、
前記軸部は、前記容器内に、前記軸部と前記集電体とを接続するかしめ接合部を含む
請求項1~4のいずれか一項に記載の蓄電素子。 - 前記壁部における第2の方向の寸法は、前記壁部における前記第1の方向の寸法の5倍以上の大きさであり、
前記第2の方向は、前記壁部に沿い且つ前記第1の方向と交差する方向である
請求項1~5のいずれか一項に記載の蓄電素子。
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---|---|---|---|
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-
2016
- 2016-12-28 WO PCT/JP2016/089148 patent/WO2017115859A1/ja active Application Filing
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