JP2018206731A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁部材の位置決めを容易にできる蓄電装置を提供する。【解決手段】二次電池１０は、正極電極２０及び負極電極２１が積層された電極組立体１２と、ケース本体１３を有するケース１１と、正極導電部材１７及び負極導電部材１８とを備える。電極組立体１２と正極導電部材１７及び負極導電部材１８とを絶縁する第１絶縁部材６１は、電極組立体１２のタブ側端面１２ａと正極導電部材１７との間に位置する第１本体部６３と、タブ側端面１２ａと負極導電部材１８との間に位置する第２本体部６４と、正極電極２０及び負極電極２１の第１縁部２０ａ，２１ａに沿う方向である幅方向に第１本体部６３と第２本体部６４とを連結し、かつ正極タブ群２５ａの基端側屈曲部２９ａとケース本体１３の内面３２ａとを絶縁する連結部６５とを備える。第１絶縁部材６１は、ケース本体１３の内面３２ａと当接する本体部側当接部６６，６７を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、タブ群が存在するタブ側端面を有する電極組立体と、タブ群に接合された導電部材と、タブ側端面と導電部材とを絶縁する絶縁部材とを備えた蓄電装置に関する。

ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。一般に、二次電池は、正極電極及び負極電極が絶縁された状態で積層された電極組立体と、該電極組立体を収容するケースとを備える。電極組立体は、正極電極及び負極電極から突出したタブが同じ極性同士で寄せ集められたタブ群を有する。二次電池からの電力の取り出しは、各極のタブ群に導電部材を介して接続された電極端子を通して行われる。特許文献１に開示の二次電池は、各極のタブ群が存在する電極組立体のタブ側端面と導電部材とを絶縁する絶縁部材を備える。絶縁部材は、導電部材の電極組立体側の面を覆う状態に位置決めされ、導電部材とタブ側端面との絶縁を維持している。

特開２０１５−１２５９４３号公報

ところで、特許文献１では、絶縁部材の位置決めは、絶縁部材を電極端子に嵌合することで行われており、電極端子への嵌合のために、絶縁部材の形状が複雑になったり、絶縁部材を電極端子に嵌合させる工程が必要になったりする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、絶縁部材の位置決めを容易に行うことができる蓄電装置を提供することにある。

上記問題点を解決するための蓄電装置は、正極と負極の電極が絶縁された状態で積層され、かつ前記電極の一辺の一部から突出したタブが同じ極性同士で積層されたタブ群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本体、及び該ケース本体の開口部を閉塞する蓋を有するケースと、同じ極性の前記タブ群と接合され、前記蓋と、該蓋の内面に対向し、かつ前記タブ群が存在する前記電極組立体のタブ側端面との間に配置された一対の導電部材と、前記タブ側端面と前記導電部材との間に配置され、前記電極組立体と前記導電部材とを絶縁する絶縁部材と、を備えた蓄電装置であって、前記電極の一辺に沿う方向を幅方向としたとき、前記絶縁部材は、前記タブ側端面と正極の前記導電部材との間に位置する第１本体部と、前記タブ側端面と負極の前記導電部材との間に位置する第２本体部と、前記第１本体部と前記第２本体部とを前記幅方向に連結し、かつ前記電極の積層方向における前記タブ群の端部と前記ケース本体の内面とを絶縁する連結部と、を備え、前記絶縁部材は、前記第１本体部及び前記第２本体部の幅方向の端面に前記ケース本体の内面と当接する本体部側当接部、及び前記連結部の幅方向の両端面に前記導電部材の端面と当接する連結部側当接部、の少なくとも一方を備えることを要旨とする。

これによれば、連結部によって、第１本体部と第２本体部とが一体化されるとともに、本体部側当接部がケース本体の内面と当接する、又は連結部側当接部が導電部材の端面と当接することで、第１本体部及び第２本体部の幅方向の位置決めを行うことができ、第１本体部及び第２本体部によって、電極組立体のタブ側端面と導電部材との絶縁を維持できる。また、連結部によって、タブ群とケース本体とを絶縁できる。よって、本体部側当接部をケース本体の内面に当接させる、又は連結部側当接部を導電部材の端面と当接させるだけの簡単な構成で絶縁部材の位置決めを行うことができる。

また、上記蓄電装置について、前記絶縁部材を第１絶縁部材としたとき、前記導電部材と前記蓋の内面との間に配置され、前記導電部材と前記蓋とを絶縁する第２絶縁部材を備えるのが好ましい。

これによれば、第２絶縁部材によって、導電部材と蓋とを絶縁できる。

本発明によれば、絶縁部材の位置決めを容易にできる。

実施形態の二次電池の分解斜視図。 実施形態の二次電池の分解斜視図。 絶縁部材の斜視図。 （ａ）は二次電池の断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図。 別例の絶縁部材の斜視図。 別例の二次電池の断面図。

以下、蓄電装置を二次電池に具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、ケース１１を備える。二次電池１０は、ケース１１に収容された電極組立体１２を備える。ケース１１は、直方体状のケース本体１３と、ケース本体１３の開口部１３ａを閉塞する矩形平板状の蓋１４とを有する。ケース１１を構成するケース本体１３と蓋１４は、何れも金属製（例えば、ステンレスやアルミニウム）である。また、本実施形態の二次電池１０は、その外観が角型をなす角型電池である。また、本実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン電池である。

ケース本体１３は、矩形板状の底壁３０と、底壁３０の一対の長側縁から立設された一対の長側壁３１と、底壁３０の一対の短側縁から立設された一対の短側壁３２とを有する。以下、長側壁３１及び短側壁３２の面に沿い、かつ底壁３０から長側壁３１及び短側壁３２が立設する方向を高さ方向とする。高さ方向において、底壁３０側を下側、底壁３０の逆側（蓋１４側）を上側とする。蓋１４において、ケース１１の内側に臨む面を内面１４ａとし、ケース１１の外側に臨む面を外面１４ｂとする。

図４（ｂ）に示すように、電極組立体１２は、シート状の複数の正極電極２０と負極電極２１とセパレータ２２とを備える。電極組立体１２は、正極電極２０と負極電極２１との間にセパレータ２２を介在させ、かつ相互に絶縁させた状態で積層した層状構造を備える。

正極電極２０は、矩形シート状の正極金属箔（例えばアルミニウム箔）２３と、正極金属箔２３の両面に存在する正極活物質層２４とを有する。正極電極２０は、一対の長辺に沿う縁部のうちの一方の縁部に一辺としての第１縁部２０ａを備える。正極電極２０は、第１縁部２０ａの一部から突出した形状のタブとしての正極タブ２５を有する（図１参照）。正極タブ２５は、正極活物質層２４が存在せず、正極金属箔２３そのもので構成されている。

負極電極２１は、矩形シート状の負極金属箔（例えば銅箔）２６と、負極金属箔２６の両面に存在する負極活物質層２７とを有する。負極電極２１は、一対の長辺に沿う縁部のうちの一方の縁部に一辺としての第１縁部２１ａを備える。負極電極２１は、第１縁部２１ａの一部から突出した形状のタブとしての負極タブ２８を有する。負極タブ２８は、負極活物質層２７が存在せず、負極金属箔２６そのもので構成されている。複数の正極タブ２５及び負極タブ２８は、正極電極２０及び負極電極２１が積層された状態で、正極タブ２５と負極タブ２８とが重ならない位置に存在する。

セパレータ２２は、絶縁性を有し、正極電極２０と負極電極２１とを絶縁する。正極電極２０、負極電極２１、及びセパレータ２２が積層された方向を電極組立体１２の積層方向とする。また、正極電極２０及び負極電極の第１縁部２０ａ，２１ａに沿う方向を幅方向とする。

電極組立体１２は、タブ側端面１２ａを備える。タブ側端面１２ａは、正極電極２０の第１縁部２０ａ及び負極電極２１の第１縁部２１ａを寄せ集めて形成されている。電極組立体１２を構成する各正極電極２０は、それぞれの正極タブ２５が積層方向に沿って列状に配置されるように積層される。同様に、電極組立体１２を構成する各負極電極２１は、それぞれの負極タブ２８が積層方向に沿って列状に配置されるように積層される。

図４（ａ）に示すように、二次電池１０は、タブ側端面１２ａから突出した正極タブ群２５ａを有する。正極タブ群２５ａは、全ての正極タブ２５を積層方向の一端側に寄せ集め、積層して構成されている。また、二次電池１０は、タブ側端面１２ａから突出した負極タブ群２８ａを有する。負極タブ群２８ａは、全ての負極タブ２８を積層方向の一端側に寄せ集め、積層して構成されている。電極組立体１２のタブ側端面１２ａからの正極タブ群２５ａ及び負極タブ群２８ａの突出方向は一致している。

図１及び図４（ｂ）に示すように、正極タブ群２５ａ及び負極タブ群２８ａは、突出方向の基端側に、積層方向の一端側から他端側に屈曲された基端側屈曲部２９ａを備える。基端側屈曲部２９ａは、正極電極２０及び負極電極２１の積層方向における正極タブ群２５ａ及び負極タブ群２８ａの一方の端部である。正極タブ群２５ａ及び負極タブ群２８ａは、基端側屈曲部２９ａよりも先端側で積層方向に延びる部分に延出部２９ｂを備える。正極タブ群２５ａ及び負極タブ群２８ａは、突出方向の先端側に、積層方向の他端側から一端側に屈曲された先端側屈曲部２９ｃを備える。先端側屈曲部２９ｃは、正極電極２０及び負極電極２１の積層方向における正極タブ群２５ａ及び負極タブ群２８ａの他方の端部である。

正極タブ群２５ａには、電極組立体１２と後述の正極端子構造１５とを電気的に接続するための導電部材としての正極導電部材１７が接合されている。同様に、負極タブ群２８ａには、電極組立体１２と後述の負極端子構造１６とを電気的に接続するための導電部材としての負極導電部材１８が接合されている。正極導電部材１７及び負極導電部材１８は、蓋１４の内面１４ａと電極組立体１２のタブ側端面１２ａとの間に配置されている。

図１に示すように、正極端子構造１５及び負極端子構造１６は、それぞれ引出端子５１を備える。正極の引出端子５１は、正極導電部材１７と電気的に接続され、負極の引出端子５１は、負極導電部材１８と電気的に接続されている。正極の引出端子５１は、正極導電部材１７と電気的に接続される平板状の基部５１ａと、基部５１ａから蓋１４側に突出する軸部５１ｂとを備える。同様に、負極の引出端子５１は、負極導電部材１８と電気的に接続される平板状の基部５１ａと、基部５１ａから蓋１４側に突出する軸部５１ｂとを備える。基部５１ａは、ケース１１の内部に存在し、軸部５１ｂは、蓋１４の外面１４ｂより外側に突出している。正極端子構造１５及び負極端子構造１６は、蓋１４の外面１４ｂで引出端子５１の軸部５１ｂと電気的に接続された端子接続部材５２と、蓋１４の外側で端子接続部材５２と電気的に接続された外部接続端子５３を備える。正極端子構造１５及び負極端子構造１６は、引出端子５１の基部５１ａを蓋１４側から覆うホルダ５４を備える。ホルダ５４は、引出端子５１の基部５１ａと蓋１４の内面１４ａとの間に位置する。正極端子構造１５及び負極端子構造１６は、端子接続部材５２及び外部接続端子５３を蓋１４から絶縁する外側絶縁部材５５を蓋１４の外面１４ｂに備える。

二次電池１０は、ケース１１内において、電極組立体１２のタブ側端面１２ａと蓋１４の内面１４ａとの間に配置される絶縁部材６０を備える。絶縁部材６０は、樹脂製である。絶縁部材６０は、中央部に貫通孔６１ａを有する矩形状の第１絶縁部材６１と、矩形平板状の第２絶縁部材６２とから構成される。

図３、図４（ａ）、及び図４（ｂ）に示すように、第１絶縁部材６１は、平板状の第１本体部６３と、平板状の第２本体部６４と、第１本体部６３と第２本体部６４とを連結する連結部６５とを備える。第１本体部６３は、電極組立体１２のタブ側端面１２ａと、正極導電部材１７の電極組立体１２側の下面１７ａとの間に配置され、電極組立体１２と正極導電部材１７とを絶縁する。第１本体部６３は、電極組立体１２のタブ側端面１２ａに支持されている。本実施形態では、第１本体部６３の幅方向の端面のうちケース本体１３に近い方の端面６３ａは、ケース本体１３の一対の短側壁３２のうち一方の短側壁３２の内面３２ａと当接する本体部側当接部６６である。

第２本体部６４は、電極組立体１２のタブ側端面１２ａと、負極導電部材１８の電極組立体１２側の下面１８ａとの間に配置され、電極組立体１２と負極導電部材１８とを絶縁する。第２本体部６４は、電極組立体１２のタブ側端面１２ａに支持されている。本実施形態では、第２本体部６４の幅方向の端面のうちケース本体１３に近い方の端面６４ａは、ケース本体１３の一対の短側壁３２のうち他方の短側壁３２の内面３２ａと当接する本体部側当接部６７である。

連結部６５は、積層方向における第１本体部６３の一端部６３ｂと第２本体部６４の一端部６４ｂとを幅方向に連結する第１連結部６５ａと、積層方向における第１本体部６３の他端部６３ｃと第２本体部６４の他端部６４ｃとを幅方向に連結する第２連結部６５ｂとを有する。第１連結部６５ａは、積層方向の一端側に位置し、第２連結部６５ｂは、積層方向の他端側に位置する。第１絶縁部材６１（第１本体部６３、第２本体部６４、及び連結部６５）の幅方向の寸法は、ケース本体１３の短側壁３２の内面３２ａ同士の距離より僅かに短い。また、第１絶縁部材６１は、第１本体部６３、第２本体部６４、第１連結部６５ａ、及び第２連結部６５ｂによって構成された貫通孔６１ａを有する。

図４（ｂ）に示すように、高さ方向において、第１連結部６５ａ及び第２連結部６５ｂの上端位置Ａは、正極導電部材１７及び負極導電部材１８の下面１７ａ，１８ａと同じ位置に存在し、第１連結部６５ａ及び第２連結部６５ｂの下端位置Ｂは、電極組立体１２のタブ側端面１２ａと同じ位置に存在する。つまり、第１及び第２連結部６５ａ，６５ｂは、高さ方向において正極タブ群２５ａ及び負極タブ群２８ａと同じ位置に存在する。第１連結部６５ａは、正極タブ群２５ａ及び負極タブ群２８ａの基端側屈曲部２９ａと、ケース本体１３の長側壁３１とを絶縁する。第２連結部６５ｂは、正極タブ群２５ａ及び負極タブ群２８ａの先端側屈曲部２９ｃと、ケース本体１３の長側壁３１とを絶縁する。

第２絶縁部材６２は、正極導電部材１７及び負極導電部材１８の蓋１４側の上面１７ｂ，１８ｂと、蓋１４の内面１４ａとの間に配置される。第２絶縁部材６２は、正極導電部材１７及び負極導電部材１８と蓋１４とを絶縁する。

次に、二次電池１０の製造工程の一部である各部材の組付工程について、本実施形態の作用とともに説明する。
まず、電極組立体１２の正極タブ群２５ａ及び負極タブ群２８ａを第１絶縁部材６１の貫通孔６１ａに挿通し、電極組立体１２のタブ側端面１２ａ上に第１本体部６３及び第２本体部６４を配置する。次に、正極タブ群２５ａと引出端子５１に接合された正極導電部材１７とを接合し、負極タブ群２８ａと引出端子５１に接合された負極導電部材１８とを接合する。そして、図２に示すように、第１絶縁部材６１を介して正極導電部材１７及び負極導電部材１８と接合された電極組立体１２に、第２絶縁部材６２、正極端子構造１５、負極端子構造１６、及び蓋１４を組み付け、電極組立体１２をケース本体１３内に収容する。電極組立体１２をケース本体１３内に収容する際、第１絶縁部材６１の第１本体部６３及び第２本体部６４の本体部側当接部６６，６７である端面６３ａ，６４ａがケース本体１３の短側壁３２の内面３２ａと当接することで、第１絶縁部材６１は幅方向に位置決めされる。

次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）第１連結部６５ａ及び第２連結部６５ｂによって、第１本体部６３と第２本体部６４とが一体化されるとともに、本体部側当接部６６，６７がケース本体１３の内面３２ａと当接することで、第１本体部６３及び第２本体部６４の幅方向の位置決めを行うことができる。第１本体部６３及び第２本体部６４によって、電極組立体１２のタブ側端面１２ａと正極導電部材１７及び負極導電部材１８との絶縁を維持できる。また、第１連結部６５ａによって、正極タブ群２５ａ及び負極タブ群２８ａの基端側屈曲部２９ａと、ケース本体１３とを絶縁でき、第２連結部６５ｂによって、正極タブ群２５ａ及び負極タブ群２８ａの先端側屈曲部２９ｃと、ケース本体１３とを絶縁できる。よって、本体部側当接部６６，６７をケース本体１３の内面３２ａに当接させるだけの簡単な構成で第１絶縁部材６１の位置決めを行うことができる。

（２）第２絶縁部材６２によって、正極導電部材１７及び負極導電部材１８と蓋１４とを絶縁できる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。

○ 電極組立体１２は、巻回型の電極組立体でもよい。
○ 正極電極２０において、正極活物質層２４は正極金属箔２３の片面に存在してもよい。同様に、負極電極２１において、負極活物質層２７は負極金属箔２６の片面に存在してもよい。

○ 正極タブ群２５ａ及び負極タブ群２８ａは、先端側屈曲部２９ｃを備えず、基端側屈曲部２９ａ及び延出部２９ｂのみを備える構成でもよい。この場合、正極電極２０及び負極電極２１の積層方向における正極タブ群２５ａ及び負極タブ群２８ａの他方の端部は、延出部２９ｂの先端部となる。

○ 正極端子構造１５及び負極端子構造１６は、引出端子５１、端子接続部材５２、及び外部接続端子５３を用いた構造以外でもよく、例えば、電極端子が正極導電部材１７（負極導電部材１８）に直接接続されたものでもよい。

○ 第２絶縁部材６２を省略してもよい。
○ 各部材の組付工程における組み付け順序は適宜変更してよい。例えば、予め正極導電部材１７及び負極導電部材１８に、第２絶縁部材６２、正極端子構造１５、負極端子構造１６、及び蓋１４を組み付けておいてもよい。ただし、正極タブ群２５ａと正極導電部材１７との接合、及び負極タブ群２８ａと負極導電部材１８との接合は、正極タブ群２５ａ及び負極タブ群２８ａを第１絶縁部材６１の貫通孔６１ａに挿通させた後で行う。

○ 当接部の構成は、以下のように変更してもよい。
例えば、図５及び図６に示す第１絶縁部材８１は、第１及び第２本体部８２，８３と、連結部としての第１及び第２連結部８４ａ，８４ｂと、連結部としての第３連結部８５とを備える。第１及び第２本体部８２，８３と第１及び第２連結部８４ａ，８４ｂの構成は、上記実施形態の第１及び第２本体部６３，６４と第１及び第２連結部６５ａ，６５ｂの構成と同じ構成であるため、詳細な説明を省略する。第３連結部８５は、第１連結部８４ａの幅方向の中央部と第２連結部８４ｂの幅方向の中央部とを積層方向に連結する。第３連結部８５の幅方向の端面のうち一方の端面８５ａは、正極導電部材１７の幅方向の端面１７ｃと当接する連結部側当接部８６である。第３連結部８５の幅方向の端面のうち他方の端面８５ｂは、負極導電部材１８の幅方向の端面１８ｃと当接する連結部側当接部８７である。第１絶縁部材８１は、連結部側当接部８６が正極導電部材１７の端面１７ｃに当接し、連結部側当接部８７が負極導電部材１８の端面１８ｃに当接することで、幅方向に位置決めされる。なお、図６では、第１及び第２本体部８２，８３の幅方向の端面８２ａ，８３ａは、ケース本体１３の内面３２ａに当接しない構成としているが、当接する構成にしてもよい。

○ 蓄電装置は、例えばキャパシタなど、二次電池以外の蓄電装置にも適用可能である。
○ 二次電池１０は、リチウムイオン二次電池以外の他の二次電池であってもよい。要は、正極用の活物質と負極用の活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の教授を行うものであればよい。

１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１２…電極組立体、１２ａ…タブ側端面、１３…ケース本体、１３ａ…開口部、３２ａ…内面、１４…蓋、１４ａ…内面、１７…導電部材としての正極導電部材、１８…導電部材としての負極導電部材、１７ｃ，１８ｃ…端面、２０…電極としての正極電極、２０ａ…一辺としての第１縁部、２１…電極としての負極電極、２１ａ…一辺としての第１縁部、２５…タブとしての正極タブ、２８…タブとしての負極タブ、２５ａ…タブ群としての正極タブ群、２８ａ…タブ群としての負極タブ群、２９ａ…端部としての基端側屈曲部、２９ｃ…端部としての先端側屈曲部、６１…第１絶縁部材、６２…第２絶縁部材、６３，８２…第１本体部、６３ａ…端面、６４，８３…第２本体部、６４ａ…端面、６５，８５…連結部、８５ａ，８５ｂ…端面、６６，６７…本体部側当接部、８６，８７…連結部側当接部。

Claims (2)

1. 正極と負極の電極が絶縁された状態で積層され、かつ前記電極の一辺の一部から突出したタブが同じ極性同士で積層されたタブ群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本体、及び該ケース本体の開口部を閉塞する蓋を有するケースと、
   同じ極性の前記タブ群と接合され、前記蓋と、該蓋の内面に対向し、かつ前記タブ群が存在する前記電極組立体のタブ側端面との間に配置された一対の導電部材と、
   前記タブ側端面と前記導電部材との間に配置され、前記電極組立体と前記導電部材とを絶縁する絶縁部材と、
   を備えた蓄電装置であって、
   前記電極の一辺に沿う方向を幅方向としたとき、
   前記絶縁部材は、
   前記タブ側端面と正極の前記導電部材との間に位置する第１本体部と、
   前記タブ側端面と負極の前記導電部材との間に位置する第２本体部と、
   前記第１本体部と前記第２本体部とを前記幅方向に連結し、かつ前記電極の積層方向における前記タブ群の端部と前記ケース本体の内面とを絶縁する連結部と、
   を備え、
   前記絶縁部材は、前記第１本体部及び前記第２本体部の幅方向の端面に前記ケース本体の内面と当接する本体部側当接部、及び前記連結部の幅方向の両端面に前記導電部材の端面と当接する連結部側当接部、の少なくとも一方を備えることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記絶縁部材を第１絶縁部材としたとき、
   前記導電部材と前記蓋の内面との間に配置され、前記導電部材と前記蓋とを絶縁する第２絶縁部材を備える請求項１に記載の蓄電装置。