JP2015141798A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギ密度を向上できる蓄電装置を提供すること。
【解決手段】正極電極及び負極電極と正極タブ群１３ｅ及び負極タブ群１４ｅとを有する電極組立体１２と、電極組立体１２を収容するケース１１と、ケース１１の外側に突出する正極端子１６及び負極端子１７と、正極タブ群１３ｅと正極端子１６とを電気的に接続する導電経路に配設され、ケース１１の内圧が所定の圧力を超える場合に導電経路を遮断するように構成された電流遮断装置２５と、を備え、電極組立体１２の縁部のうち、各タブ群１３ｅ，１４ｅが突出している縁部１２ａと対向するケースの壁（蓋１１ｂ）には、外側に突出する突出部３０を有し、突出部３０の内部空間３０ｃには、正極タブ群１３ｅと電流遮断装置２５とが配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、導電経路を遮断する電流遮断装置を有す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、電動機などへの供給電力を蓄える蓄電装置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が搭載されている。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。

そして、例えば特許文献１には、ケースの内圧が所定の圧力を超える場合に、電極組立体を構成する正極電極とケースの外側に突出する正極端子とを電気的に接続する導電経路を遮断する電流遮断装置を備えた二次電池が開示されている。特許文献１の二次電池では、正極端子と電流遮断装置と正極の集電タブ群とを互いにオフセットして配置することで、ケース内のデッドスペースを削減している。

特開２０１３−２０１１１３号公報

しかしながら、近年では、ケース内におけるデッドスペースをさらに削減し、蓄電装置としてのエネルギ密度を向上させることが期待されている。
この発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、エネルギ密度を向上できる蓄電装置を提供することにある。

上記課題を解決する蓄電装置は、集電タブを有しており層状に重なっているシート状の電極と前記集電タブが層状に重なっているタブ群とを有する電極組立体と、前記電極組立体を収容するケースと、前記ケースの外側に突出し、前記タブ群と電気的に接続された端子と、前記タブ群と前記端子とを電気的に接続する導電経路に配設され、前記ケースの内圧が所定の圧力を超える場合に前記導電経路を遮断するように構成された電流遮断装置と、を備え、前記電極組立体の縁部のうち前記タブ群が突出している縁部と対向する前記ケースの壁には、外側に突出する突出部を有し、前記突出部の内部には、前記タブ群と前記電流遮断装置とが配置されていることを要旨とする。

この構成によれば、ケースから突出する突出部の内部にタブ群と電流遮断装置とが配置されていることから、電極組立体の縁部とケースの壁との間のデッドスペースを削減できる。したがって、蓄電装置としてのエネルギ密度を向上できる。

上記蓄電装置について、前記タブ群と前記電流遮断装置とに電気的に接続されており、前記導電経路の一部を構成する第１導電部材と、前記端子と前記電流遮断装置とに電気的に接続されており、前記導電経路の一部を構成する第２導電部材と、を備え、前記端子は、前記突出部を有する壁のうち前記突出部とは異なる部分に位置し、前記第１導電部材は、前記突出部の先端側で前記電流遮断装置と接続されており、前記第２導電部材は、前記先端側とは反対側で前記電流遮断装置と接続されていることが好ましい。

この構成によれば、第１導電部材及び第２導電部材が構成する導電経路の長さを小さくできる。したがって、蓄電装置としての重量が増加することを抑制し、エネルギ密度を向上できる。

上記蓄電装置について、前記電極は、金属箔と該金属箔の少なくとも一部を覆う活物質層を有しており、前記集電タブのうち、前記突出部の内部に配置される部分の少なくとも一部は前記活物質層で覆われていることが好ましい。この構成によれば、活物質層を多くできることから、蓄電装置としてのエネルギ密度を向上できる。

上記蓄電装置について、前記端子は、前記ケースの外側において前記突出部に近接していることが好ましい。この構成によれば、例えば蓄電装置の端子同士をバスバーなどの連結具で連結する場合に、突出部で連結具を位置決めすることができる。

本発明によれば、エネルギ密度を向上できる。

蓄電装置及び蓄電モジュールを模式的に示す斜視図。 図１に示す１−１線断面図。 電極組立体を模式的に示す分解斜視図。

以下、二次電池の一実施形態について説明する。
図１に示すように、二次電池１０は、その全体が略直方体状である角型の二次電池である。本実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン二次電池である。

図２に示すように、二次電池１０は、略直方体状のケース１１内に、電極組立体１２が収容されている。ケース１１は、有底四角筒状である金属製（例えば、アルミニウム製又はアルミニウム合金製）のケース本体１１ａと、ケース本体１１ａの開口部を塞ぐ蓋１１ｂとを有する。蓋１１ｂは、ケース１１の壁の１つを構成している。ケース１１内には、電解質（電解液）１１ｃが収容されている。

図３に示すように、電極組立体１２は、矩形のシート状である複数の正極電極１３と矩形のシート状である複数の負極電極１４とが、正極電極１３と負極電極１４との間にシート状のセパレータ１５が介在する状態で交互に積層された積層型の電極組立体である。電極組立体１２において、正極電極１３と負極電極１４とは、セパレータ１５によって相互に絶縁されている。以下の説明では、正極電極１３と負極電極１４とが重なる方向を単に「積層方向」と示す。

正極電極１３は、略矩形状である正極用の金属箔１３ａと、その両面に形成された正極用の活物質層１３ｂと、金属箔１３ａの一縁部（一辺）から突出する集電タブとしての正極集電タブ１３ｃとを有する。金属箔１３ａは、例えばアルミニウム箔である。正極電極１３は、正極集電タブ１３ｃが突出する縁部に沿って延在し、金属箔１３ａが活物質層１３ｂで覆われていない露出部１３ｄを有している。正極集電タブ１３ｃは、活物質層１３ｂで覆われていない。

負極電極１４は、略矩形状である金属箔１４ａと、その両面に形成された負極用の活物質層１４ｂと、金属箔１４ａの一縁部（一辺）から突出する集電タブとしての負極集電タブ１４ｃとを有する。金属箔１４ａは、例えば銅箔である。負極電極１４は、負極集電タブ１４ｃが突出する縁部に沿って延在し、金属箔１４ａが活物質層１４ｂで覆われていない露出部１４ｄを有している。負極集電タブ１４ｃは、活物質層１４ｂで覆われていない。

図２に示すように、電極組立体１２の縁部１２ａには、複数の正極電極１３が積層されていることによって、複数の正極集電タブ１３ｃが層状に重なるタブ群としての正極タブ群１３ｅが突出している。また、電極組立体１２の縁部１２ａには、複数の負極電極１４が積層されていることによって、複数の負極集電タブ１４ｃが層状に重なるタブ群としての負極タブ群１４ｅが突出している。

また、二次電池１０は、ケース１１の外側に突出するように蓋１１ｂに固定された正極端子１６と、ケース１１の外側に突出するように蓋１１ｂに固定された負極端子１７とを有する。正極端子１６及び負極端子１７は、外周面にネジ山を有するボルトである。

そして、電極組立体１２の縁部のうち各タブ群１３ｅ，１４ｅが突出している縁部１２ａと対向するケース１１の壁（蓋１１ｂ）には、外側（各タブ群１３ｅ，１４ｅの突出方向）に突出する突出部３０を有している。

正極端子１６及び負極端子１７は、積層方向及び各タブ群１３ｅ，１４ｅの突出方向と直交する方向において、ケース１１の両端に固定されている。突出部３０は、正極端子１６と負極端子１７との間に設けられている。即ち、正極端子１６及び負極端子１７は、突出部３０を有する壁（蓋１１ｂ）のうち突出部３０とは異なる部分に位置している。また、正極端子１６と負極端子１７は、ケース１１の外側において突出部３０に近接して設けられている。

突出部３０は、矩形板状の天板部３０ａと、該天板部３０ａにおける４つの縁部からそれぞれ垂下された４つの壁板部３０ｂとを有する。そして、突出部３０の内部には、天板部３０ａ及び壁板部３０ｂに囲われた略直方体状の内部空間３０ｃが形成されている。

突出部３０の内部空間３０ｃには、正極タブ群１３ｅ及び負極タブ群１４ｅの大部分が収容されている。負極タブ群１４ｅは、負極端子１７のうちケース１１の内側に突出する端部に接合された金属製（例えば銅製）である矩形板状の導電部材２１を介して、負極端子１７と電気的に接続されている。導電部材２１は、天板部３０ａ及び壁板部３０ｂに沿って屈曲し、かつ負極タブ群１４ｅから負極端子１７まで延在している。導電部材２１は、負極タブ群１４ｅと負極端子１７との間の導電経路を構成している。

また、正極タブ群１３ｅには、金属製（例えばアルミニウム製）である矩形板状の第１導電部材としての導電部材２３の第１端部２３ａが電気的に接続されている。導電部材２３は、ケース１１の内部において、天板部３０ａに沿って延在している。導電部材２３において、第１端部２３ａとは反対側の第２端部２３ｂには、ケース１１の内圧が所定の圧力を超える場合に正極タブ群１３ｅと正極端子１６との導電経路を遮断するように構成された電流遮断装置２５が電気的に接続されている。即ち、導電部材２３は、突出部３０の先端（天板部３０ａ）側で電流遮断装置２５と接続されている。電流遮断装置２５は、突出部３０の内部空間３０ｃにその全体が収容されている。

また、電流遮断装置２５には、金属製（例えばアルミニウム製）である矩形板状の第２導電部材としての導電部材２６の第１端部２６ａが電気的に接続されている。導電部材２６は、突出部３０の先端側とは反対側（電極組立体１２側）で電流遮断装置２５と接続されている。導電部材２６は、電極組立体１２の縁部１２ａに沿って延在している。

導電部材２６において、第１端部２６ａとは反対側の第２端部２６ｂには、正極端子１６のうちケース１１の内側に突出する端部１６ａが電気的に接続されている。導電部材２３、電流遮断装置２５、及び導電部材２６は、正極タブ群１３ｅと正極端子１６との間の導電経路を構成している。そして、電流遮断装置２５は、正極タブ群１３ｅと正極端子１６との間の導電経路に配設されている。

ここで、例えば電流遮断装置２５は、導電部材２６と電気的に接続された金属製（例えば、アルミニウム製又はアルミニウム合金製）の反転板を有する。反転板は、ケース１１の内圧が所定の圧力を超えると、該ケース１１の内圧を受けて所定方向へ変位可能な変位部を有する。変位部には、導電部材２３のうち、破断して導電部材２３から分離可能に構成された分離部が連結されている。

二次電池１０では、ケース１１の内圧が上昇して所定の圧力を超えると、該ケース１１の内圧によって、反転板の変位部が所定方向へ変位する。これに伴って、二次電池１０では、分離部が導電部材２３から分離することによって、正極タブ群１３ｅと正極端子１６との導電経路が物理的に切断されるとともに、電流が遮断される。

また、正極端子１６と、電流遮断装置２５と、正極タブ群１３ｅとは、正極タブ群１３ｅの突出方向からみたときに互いにオフセットして配置されている。同様に、負極端子１７と、負極タブ群１４ｅとは、負極タブ群１４ｅの突出方向からみたときに、互いにオフセットして配置されている。

そして、図１に示すように、二次電池１０は、その厚さ方向に並ぶように配置されることで蓄電モジュールＭを構成できる。蓄電モジュールＭにおいて、隣り合う二次電池１０同士では、正極端子１６と負極端子１７とがそれぞれ金属製（例えば、アルミニウム製）である矩形板状のバスバー３１によって電気的に接続されている。なお、バスバー３１は、該バスバー３１に設けられた図示しない挿通孔に各端子１６，１７を挿通させた状態で、ナット３２を各端子１６，１７に螺入させることによって固定されている。

次に、上記のように構成した二次電池１０の作用について説明する。
二次電池１０では、ケース１１の壁に突出部３０を設けるとともに、該突出部３０の内部空間３０ｃに正極タブ群１３ｅ及び電流遮断装置２５を収容している。このため、突出部３０を設けない従来の構成と比較して、正極タブ群１３ｅの突出方向における正極タブ群１３ｅや電流遮断装置２５の大きさに応じて、ケース１１の壁と電極組立体１２の縁部１２ａとの間にデッドスペースが生じてしまうことを抑制できる。

さらに、本実施形態では、負極タブ群１４ｅについても内部空間３０ｃに収容している。したがって、本実施形態では、さらにケース１１内にデッドスペースが生じてしまうことを抑制できる。

また、正極タブ群１３ｅと電流遮断装置２５とを接続する導電部材２３は、突出部３０の先端側で電流遮断装置２５と接続されている。その一方で、正極端子１６と電流遮断装置２５とを接続する導電部材２６は、突出部３０の先端側とは反対側で電流遮断装置２５と接続されている。したがって、本実施形態では、正極タブ群１３ｅと正極端子１６との間の導電経路が長くなること、即ち各導電部材２３，２６が大型化することを抑制できる。

また、正極端子１６及び負極端子１７は、突出部３０に近接して設けられている。従って、複数の二次電池１０を整列して蓄電モジュールＭを構成する場合、バスバー３１を突出部３０の壁板部３０ｂに接触させることで、バスバー３１の位置決めができる。また、ナット３２の螺入によってバスバー３１を各端子１６，１７に固定するときに、バスバー３１が回転しないようにすることができる。

正極端子１６、電流遮断装置２５、及び正極タブ群１３ｅは、各タブ群１３ｅ，１４ｅの突出方向から見たときに互いにオフセットして配置されている。このため、本実施形態では、正極端子１６、電流遮断装置２５、及び正極タブ群１３ｅを各タブ群１３ｅ，１４ｅの突出方向に沿って並設する場合と比較して、ケース１１の壁と電極組立体１２の縁部１２ａとの間のデッドスペースが削減される。同様に、負極端子１７、及び負極タブ群１４ｅは、各タブ群１３ｅ，１４ｅの突出方向から見たときに互いにオフセットして配置されていることから、ケース１１内のデッドスペースが削減される。

上記実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）突出部３０の内部空間３０ｃに正極タブ群１３ｅと電流遮断装置２５とが配置されていることから、電極組立体１２の縁部１２ａとケース１１の壁（蓋１１ｂ）との間のデッドスペースを削減できる。したがって、二次電池１０としてのエネルギ密度を向上できる。

（２）各導電部材２３，２６が構成する導電経路の長さを小さくできる。したがって、二次電池１０としての重量が増加することを抑制し、エネルギ密度を向上できる。
（３）正極端子１６及び負極端子１７は、ケース１１の外側において突出部３０に近接している。このため、例えば二次電池１０の正極端子１６及び負極端子１７をバスバー３１などの連結具で連結する場合に、突出部３０で連結具を位置決めすることができる。

（４）各端子１６，１７、電流遮断装置２５、及び各タブ群１３ｅ，１４ｅは、各タブ群１３ｅ，１４ｅの突出方向から見たときに互いにオフセットして配置されている。したがって、ケース１１内におけるデッドスペースをさらに削減できる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 正極集電タブ１３ｃのうち、突出部３０の内部空間３０ｃに配置される部分の全部又は一部は、活物質層１３ｂで覆われていてもよい。負極集電タブ１４ｃについても同様に変更できる。この構成によれば、活物質層１３ｂや活物質層１４ｂを多くできることから、二次電池１０としてのエネルギ密度を向上できる。

○ 正極タブ群１３ｅは、その全体が突出部３０の内部空間３０ｃに収容されていてもよい。負極タブ群１４ｅについても同様に変更できる。また、負極タブ群１４ｅは、内部空間３０ｃに収容されていなくてもよい。

○ 電流遮断装置２５は、少なくとも一部が突出部３０の内部空間３０ｃに収容されておればよく、電流遮断装置２５の一部が内部空間３０ｃから電極組立体１２側に突出していてもよい。

○ 正極タブ群１３ｅ、及び電流遮断装置２５は、各タブ群１３ｅ，１４ｅの突出方向に沿って並設されていてもよい。
○ 導電部材２３は、電極組立体１２側で電流遮断装置２５と接続されており、導電部材２６は、天板部３０ａ側で電流遮断装置２５と接続されていてもよい。

○ 突出部３０は、ケース１１の別の壁に設けられていてもよい。例えば、蓋１１ｂに代えて、ケース本体１１ａの側壁や底壁に設けられていてもよい。
○ 電流遮断装置２５は、負極端子１７と負極タブ群１４ｅとの間の導電経路に配設されていてもよい。この場合、負極タブ群１４ｅと電流遮断装置２５の少なくとも一部を突出部３０の内部空間３０ｃに収容するとよい。

○ 各導電部材２１，２３，２６は、異なる場所に配置してもよく、形状を変更してもよい。例えば、第１導電部材２３は、天板部３０ａに沿って延在していなくてもよい。
○ 正極端子１６及び負極端子１７の少なくとも一方は、突出部３０に近接していなくてもよい。また、正極端子１６及び負極端子１７の少なくとも一方は、ケース１１において、突出部３０を有する壁とは異なる壁に固定されていてもよい。

○ 正極電極１３は、片面に活物質層１３ｂを有していてもよい。同様に、負極電極１４は、片面に活物質層１４ｂを有していてもよい。
○ セパレータ１５は、正極電極１３又は負極電極１４を収容する袋状であってもよい。

○ 二次電池１０は、蓄電モジュールＭとしてではなく、単体で用いられるものであってもよい。
○ 二次電池１０は、リチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等の他の二次電池であってもよい。

○ 蓄電装置は、二次電池１０に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタであってもよい。
上記実施形態から把握できる技術的思想を以下に記載する。

（イ）前記蓄電装置は二次電池であってもよい。
（ロ）前記端子と、前記電流遮断装置と、前記タブ群とは、前記タブ群の突出方向からみたときに互いにオフセットして配置されていてもよい。

１０…二次電池（蓄電装置）、１１…ケース、１１ｂ…蓋（壁）、１２…電極組立体、１２ａ…縁部、１３…正極電極（電極）、１３ａ…金属箔、１３ｂ…活物質層、１３ｃ…正極集電タブ（集電タブ）、１３ｅ…正極タブ群（タブ群）、１４…負極電極（電極）、１４ａ…金属箔、１４ｂ…活物質層、１４ｃ…負極集電タブ（集電タブ）、１４ｅ…負極タブ群（タブ群）、１６…正極端子（端子）、１７…負極端子（端子）、２３…導電部材、２５…電流遮断装置、２６…導電部材、３０…突出部。

Claims (4)

1. 集電タブを有しており層状に重なっているシート状の電極と前記集電タブが層状に重なっているタブ群とを有する電極組立体と、
   前記電極組立体を収容するケースと、
   前記ケースの外側に突出し、前記タブ群と電気的に接続された端子と、
   前記タブ群と前記端子とを電気的に接続する導電経路に配設され、前記ケースの内圧が所定の圧力を超える場合に前記導電経路を遮断するように構成された電流遮断装置と、を備え、
   前記電極組立体の縁部のうち前記タブ群が突出している縁部と対向する前記ケースの壁には、外側に突出する突出部を有し、
   前記突出部の内部には、前記タブ群と前記電流遮断装置とが配置されている蓄電装置。
2. 前記タブ群と前記電流遮断装置とに電気的に接続されており、前記導電経路の一部を構成する第１導電部材と、
   前記端子と前記電流遮断装置とに電気的に接続されており、前記導電経路の一部を構成する第２導電部材と、を備え、
   前記端子は、前記突出部を有する壁のうち前記突出部とは異なる部分に位置し、
   前記第１導電部材は、前記突出部の先端側で前記電流遮断装置と接続されており、
   前記第２導電部材は、前記先端側とは反対側で前記電流遮断装置と接続されている請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記電極は、金属箔と該金属箔の少なくとも一部を覆う活物質層を有しており、
   前記集電タブのうち、前記突出部の内部に配置される部分の少なくとも一部は前記活物質層で覆われている請求項１または２に記載の蓄電装置。
4. 前記端子は、前記ケースの外側において前記突出部に近接している請求項１〜３の何れか１項に記載の蓄電装置。