(57)【要約】【課題】電極組立体の対向領域に対し荷重を均一に付与することができる蓄電装置を提供すること。【解決手段】二次電池１０において、ケース１１の壁部のうち、電極組立体１４の積層方向において電極組立体１４と対向する長側壁１２ｃは、積層方向において、正極活物質層２１ｂと負極活物質層３１ｂと対向する対向領域２４が投影される対向部Ｈと、長側壁１２ｃの四辺に沿って延びるリブ４０を対向部Ｈより外側に備える。また、対向部Ｈは平面である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質層を有する正電極シートと、負極活物質層を有する負電極シートとを積層した電極組立体が四角箱状のケースに収容された蓄電装置において、
前記ケースの壁部のうち前記電極組立体の積層方向において前記電極組立体と対向する対向壁部は、前記積層方向において前記正極活物質層と前記負極活物質層とが対向する対向領域が投影される対向部と、
前記対向部より外側にて前記対向壁部の辺に沿って延びるリブを備え、
少なくとも前記対向部は平面であることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
複数の前記蓄電装置は、前記対向壁部同士の間に介装部材を介した状態で前記積層方向に並設されて組電池を構成し、前記対向壁部の面に沿った方向において、前記リブは前記介装部材よりも外側に位置している請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記リブは各対向壁部に一対設けられ、一対のリブは前記対向部を挟む位置に設けられている請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記リブは各対向壁部に二対設けられ、各一対のリブは前記対向部を異なる方向から挟む位置に配置されている請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記リブは、前記対向部を囲む環状である請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
【請求項６】
正極活物質層を有する正電極シートと、負極活物質層を有する負電極シートとを積層した電極組立体が四角箱状のケースに収容された蓄電装置において、
前記ケースの壁部のうち前記電極組立体の積層方向において前記電極組立体と対向する対向壁部は、前記積層方向において前記正極活物質層と前記負極活物質層とが対向する対向領域が投影される対向部を備え、
前記ケースの壁部のうち、前記電極組立体の積層方向に直交する方向において前記電極組立体と対向しており、前記対向壁部の全周縁に繋がって該対向壁部を囲む周壁部は、該周壁部の周方向に沿って連続して延びるリブを備え、
少なくとも前記対向部は平面であることを特徴とする蓄電装置。
【請求項７】
前記蓄電装置は二次電池である請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極活物質層を有する正電極シートと、負極活物質層を有する負電極シートとを積層した電極組立体がケースに収容された蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＰＨＶ（Ｐｌｕｇ  ｉｎ  Ｈｙｂｒｉｄ
Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの車両には、走行用モータへの供給電力を蓄える蓄電装置としての二次電池が搭載されている。二次電池は、例えば両面に正極活物質層を有する正電極シート及び両面に負極活物質層を有する負電極シートがセパレータを間に挟んだ状態で積層された電極組立体を備え、この電極組立体は四角箱状のケースに収容されている。
【０００３】
図９に示すように、例えば、特許文献１の電池モジュール８０においては、電池セル８１が電池ケース８２に収容されている。また、電池モジュール８０が複数積層されて電池パック９０が構成されている。積層方向に対向する電池モジュール８０同士において、電池ケース８２の表面には対向する相手側の電池ケース８２に向けて突出する複数本のリブ８４が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−６９２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、二次電池において、各電極シートの密着性向上及び位置ずれ抑制の観点から、少なくとも正極活物質層と負極活物質層が対向する対向領域に対して各電極シートの積層方向から荷重（押圧力）を付与する場合がある。また、電極組立体が充放電に伴って膨張する可能性があるため、この膨張を抑制する観点から、対向領域が投影されるケースの対向部に対して荷重が付与される場合がある。
【０００６】
これらの場合、特許文献１のように電池ケース８２の表面にリブ８４が突出していると、拘束荷重を電池セル８１（電極組立体）に対し均一に付与できない虞がある。
本発明は、電極組立体の対向領域に対し荷重を均一に付与することができる蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の蓄電装置は、正極活物質層を有する正電極シートと、負極活物質層を有する負電極シートとを積層した電極組立体が四角箱状のケースに収容された蓄電装置において、前記ケースの壁部のうち前記電極組立体の積層方向において前記電極組立体と対向する対向壁部は、前記積層方向において前記正極活物質層と前記負極活物質層とが対向する対向領域が投影される対向部と、前記対向部より外側にて前記対向壁部の辺に沿って延びるリブを備え、少なくとも前記対向部は平面であることを要旨とする。
【０００８】
これによれば、リブが設けられているため、対向壁部に荷重が付与された際に、リブに沿った方向において対向壁部は反りにくい。このため、対向部での応力分布の不均一が緩和される。よって、電極組立体の対向領域に対し、均一に荷重を付与することができる。
【０００９】
また、蓄電装置において、複数の前記蓄電装置は、前記対向壁部同士の間に介装部材を介した状態で前記積層方向に並設されて組電池を構成し、前記対向壁部の面に沿った方向において、前記リブは前記介装部材よりも外側に位置しているのが好ましい。
【００１０】
これによれば、複数の蓄電装置を積層方向に拘束して組電池を構成したとき、複数の蓄電装置の拘束に伴う荷重が付与されると、リブの内側に位置している対向部に対して介装部材から荷重を付与することができる。
【００１１】
また、蓄電装置において、前記リブは各対向壁部に一対設けられ、一対のリブは前記対向部を挟む位置に設けられていてもよい。
これによれば、対向部を含むリブの内側ではリブに沿った方向において反りにくい。このため、対向部に対し荷重をより均一に付与することができる。
【００１２】
また、蓄電装置において、前記リブは各対向壁部に二対設けられ、各一対のリブは前記対向部を異なる方向から挟む位置に配置されていてもよい。
これによれば、対向部を含むリブの内側ではリブに沿った２つの方向において反りにくい。このため、対向部に対し荷重をより均一に付与することができる。
【００１３】
また、蓄電装置において、前記リブは、前記対向部を囲む環状であってもよい。
これによれば、対向部に荷重が付与されると、対向部を含むリブの内側が平面度を保ったままリブ全体が撓む。このため、対向部に対し荷重をより均一に付与することができる。
【００１４】
また、請求項６に記載の蓄電装置は、正極活物質層を有する正電極シートと、負極活物質層を有する負電極シートとを積層した電極組立体が四角箱状のケースに収容された蓄電装置において、前記ケースの壁部のうち前記電極組立体の積層方向において前記電極組立体と対向する対向壁部は、前記積層方向において前記正極活物質層と前記負極活物質層とが対向する対向領域が投影される対向部を備え、前記ケースの壁部のうち、前記積層方向に直交する方向において前記電極組立体と対向しており、前記対向壁部の全周縁に繋がって該対向壁部を囲む周壁部は、該周壁部の周方向に沿って連続して延びるリブを備え、少なくとも前記対向部は平面であることを要旨とする。
【００１５】
これによれば、周壁部にリブが設けられることで、周壁部は積層方向に撓みやすくなっている。このため、リブが存在しない場合と比べると、周壁部が変形しやすくなり、対向壁部に荷重が付与された際に、積層方向に沿って対向部を含む対向壁部を移動させることができる。よって、電極組立体の対向領域に対し均一に荷重を付与することができる。
【００１６】
また、前記蓄電装置は二次電池である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電極組立体の対向領域に対し荷重を均一に付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態の二次電池及び組電池を示す分解斜視図。
【図２】実施形態の組電池を示す分解斜視図。
【図３】（ａ）は二次電池を示す分解斜視図、（ｂ）は電極組立体の構成要素を示す斜視図。
【図４】（ａ）は荷重を付与する前の二次電池内を示す側断面図、（ｂ）は荷重を付与した後の二次電池内を示す側断面図。
【図５】荷重を付与した後の二次電池内を示す平断面図。
【図６】別例の二次電池を示す斜視図。
【図７】別例の二次電池を示す正面図。
【図８】別例の二次電池を示す正面図。
【図９】背景技術を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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５にしたがって説明する。
図３（ａ）に示すように、二次電池１０において、ケース１１には充放電要素としての電極組立体１４及び電解質としての電解液（図示略）が収容されている。ケース１１は、有底の直方体状の本体部材１２と、矩形平板状の蓋部材１３とを有し、蓋部材１３と本体部材１２はレーザ溶接によって溶接される。本体部材１２は、長方形状の底板１２ａと、底板１２ａの対向する一対の短側縁から立設された短側壁１２ｂと、底板１２ａの対向する一対の長側縁から立設された長側壁１２ｃとを備える。また、ケース１１において、長側壁１２ｃの長手方向をケース１１の長手方向とし、長側壁１２ｃの短手方向をケース１１の短手方向とする。
【００２０】
本体部材１２には、電極組立体１４を挿入するための挿入口１２ｄが開口している。また、本体部材１２の内側には、樹脂製及び四角箱状の絶縁部材１７が収容されている。蓋部材１３は、挿入口１２ｄを閉塞する。ケース１１を構成する本体部材１２と蓋部材１３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り、リチウムイオン電池である。
【００２１】
電極組立体１４には、当該電極組立体１４から電気を取り出すための正極端子１５と負極端子１６が電気的に接続されている。そして、正極端子１５及び負極端子１６は、蓋部材１３を貫通してケース１１外に突出している。
【００２２】
図３（ｂ）に示すように、電極組立体１４は、複数の正電極シート２１と、複数の負電極シート３１とが、両者を絶縁するセパレータ１９を介して交互に積層されて構成されている。各電極シート２１，３１及びセパレータ１９はそれぞれ、矩形状であり、互いに相似形状となっている。正電極シート２１は負電極シート３１よりも一回り小さく形成されている。具体的には正電極シート２１の面に沿った各方向の長さはそれぞれ負電極シート３１の面に沿った各方向の長さよりも短く設定されている。
【００２３】
正電極シート２１は、矩形状の正極用金属箔（本実施形態ではアルミニウム箔）２１ａと、その正極用金属箔２１ａの両面に塗布された正極活物質層２１ｂとを有する。負電極シート３１は、矩形状の負極用金属箔（本実施形態では銅箔）３１ａと、その負極用金属箔３１ａの両面に塗布された負極活物質層３１ｂとを有する。負極活物質層３１ｂは、正極活物質層２１ｂよりも大きく形成されている。
【００２４】
正電極シート２１の一辺からは正極集電タブ２１ｃが突出している。電極組立体１４を構成する各正電極シート２１は同一形状であり、正極集電タブ２１ｃは集めて積層されている。負電極シート３１の一辺からは負極集電タブ３１ｃが突出している。電極組立体１４を構成する各負電極シート３１は同一形状であり、負極集電タブ３１ｃは集めて積層されている。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、電極組立体１４は、正極集電タブ２１ｃを集めてなる正極タブ群４５を備える。この正極タブ群４５は、正極導電部材３３と溶接されるとともに、正極導電部材３３は正極端子１５に接続されている。また、電極組立体１４は、負極集電タブ３１ｃを集めてなる負極タブ群４６を備える。この負極タブ群４６は、負極導電部材３７と溶接されるとともに、負極導電部材３７は負極端子１６に接続されている。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、電極組立体１４は、各電極シート２１，３１及びセパレータ１９がその各中心が一致した状態で積層されている。また、電極組立体１４において、正極活物質層２１ｂと負極活物質層３１ｂとがセパレータ１９を介して対向している。正極活物質層２１ｂは、その全体がセパレータ１９を介して負極活物質層３１ｂに覆われている。電極組立体１４において、正極活物質層２１ｂと負極活物質層３１ｂが対向している領域を、対向領域２４とする。
【００２７】
図１及び図４（ｂ）に示すように、ケース１１の壁部のうち、電極組立体１４の積層方向の両端面１４ａ，１４ｂと対向する一対の壁部は、本体部材１２の長側壁１２ｃである。よって、本実施形態において、一対の長側壁１２ｃがケース１１における対向壁部となっており、一対の長側壁１２ｃは電極組立体１４の積層方向から見て、対向領域２４が投影される対向部Ｈを備えている。本実施形態では対向部Ｈの広さは、負極活物質層３１ｂの広さと一致する。各長側壁１２ｃは、対向部Ｈより外側にリブ４０を備える。リブ４０は、ケース１１の内に向けて断面円弧状に凹んでいる。また、リブ４０は四角環状であり、長側壁１２ｃの四辺に沿って連続して延びており、長側壁１２ｃはリブ４０より内側において内外面ともに平坦である。
【００２８】
図１及び図２に示すように、複数の二次電池１０は介装部材としての伝熱プレート３０を介して電極組立体１４の積層方向に並設されて組電池２０を構成している。並設方向（電極組立体１４の積層方向）において、並設された二次電池１０よりも外側には、それぞれ板状のエンドプレート４３が配設されている。両エンドプレート４３の四隅には、それぞれ通しボルト４４が挿通されるとともに、各通しボルト４４にナット４２が螺合され、全ての二次電池１０が並設方向に挟持された状態で一体化されている。よって、本実施形態では、通しボルト４４と、ナット４２と、一対のエンドプレート４３により、二次電池１０は並設方向に拘束されている。すなわち、二次電池１０には、電極組立体１４の積層方向に荷重が付与されている。金属製の伝熱プレート３０は対向部Ｈより大きい四角板であり、図４（ａ）に示すように、対向部Ｈの全体を覆っている。また、伝熱プレート３０の外周縁部は、リブ４０の一部を覆っている。
【００２９】
次に、二次電池１０及び組電池２０の作用を記載する。
図４（ａ）に示すように、二次電池１０の並設方向（電極組立体１４の積層方向）に荷重を付与しない状態では、長側壁１２ｃにおける対向部Ｈの内面と電極組立体１４の各端面１４ａ，１４ｂとの間に隙間が存在する。この状態から一対のエンドプレート４３により複数の二次電池１０を並設方向に拘束し、各二次電池１０に対し、並設方向に荷重を付与する。
【００３０】
図４（ｂ）及び図５に示すように、長側壁１２ｃの対向部Ｈには、伝熱プレート３０を介して荷重が付与されると、対向部Ｈを囲むリブ４０の全体が撓む。この際、リブ４０の存在により、対向部Ｈは反りが抑えられて平面度を保ちつつ電極組立体１４に向けて移動するため、対向部Ｈでの応力分布が一様となる。よって、電極組立体１４の対向領域２４に荷重が均一に付与される。
【００３１】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）二次電池１０のケース１１を構成する長側壁１２ｃにおいて、対向部Ｈより外側に断面円弧状のリブ４０を設けた。このため、長側壁１２ｃの外面に直交する方向から荷重が付与されたとき、リブ４０に沿った方向において長側壁１２ｃの反りが抑えられて、対向部Ｈでの応力分布の不均一が緩和される。よって、平坦な対向部Ｈから電極組立体１４の対向領域２４に対し均一に荷重を付与することができる。
【００３２】
したがって、対向部Ｈが平面であっても長側壁１２ｃにリブ４０が形成されていない場合のように、荷重が作用すると長側壁１２ｃの一部が突っ張ってしまい、対向部Ｈにおける応力分布が不均一となることを回避できる。その結果、二次電池１０において、電極組立体１４における正電極シート２１と負電極シート３１の密着性向上及び反応のムラ抑制が達成され、さらには、電極組立体１４の充放電に伴う膨張も抑制される。さらには、組電池２０においては、複数の二次電池１０を並設方向に確実に拘束することができる。
【００３３】
（２）リブ４０は、対向部Ｈを全周に亘って囲む四角環状である。このため、荷重が付与されると、リブ４０を全周に亘って積層方向に撓ませることができる。その際、リブ４０より内側の対向部Ｈは反りが抑えられて平面度を保ちつつ電極組立体１４に向けて移動し、対向部Ｈから電極組立体１４の対向領域２４に対し、より均一に荷重を付与することができる。
【００３４】
（３）長側壁１２ｃの面に沿う方向において、伝熱プレート３０よりも外側にリブ４０が位置している。このため、伝熱プレート３０に荷重が付与されたとき、伝熱プレート３０がリブ４０よりも外側に位置する長側壁１２ｃの外面に接触して対向部Ｈでの応力分布を不均一にしてしまうことが防止できる。
【００３５】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  図６に示すように、ケース１１の壁部のうち、電極組立体１４の積層方向に直交する方向において電極組立体１４と対向しており、対向壁部である長側壁１２ｃの全周縁に繋がって該長側壁１２ｃを囲む壁部を周壁部Ｇとする。周壁部Ｇは、蓋部材１３と、底板１２ａと、一対の短側壁１２ｂとからなる四角筒状である。周壁部Ｇは、該周壁部Ｇの周方向の全周に亘って延びるリブ５０を備える。また、リブ５０は、対向領域２４と干渉しない深さで、ケース１１の内に向けて断面Ｕ字状に凹んでおり、積層方向の荷重によって潰れやすくなっている。
【００３６】
このように構成した場合、組電池２０が形成されると、長側壁１２ｃには、伝熱プレート３０を介して荷重が付与される。荷重は長側壁１２ｃから周壁部Ｇに伝わり、リブ５０の全体が撓む。すると、対向部Ｈを含む長側壁１２ｃ全体が電極組立体１４に向けて移動し、対向部Ｈの全体が平面度を保ちつつ面接触する。よって、対向部Ｈでの応力分布が一様となり、電極組立体１４の対向領域２４に均一に荷重が付与される。
【００３７】
○  図７に示すように、リブ６０は、長側壁１２ｃの長手方向に対向部Ｈを挟む位置に一対設けられている。リブ６０はそれぞれ同じ長さである。また、一対のリブ６０は、長側壁１２ｃの面に沿った長手方向において、対向部Ｈよりも外側に位置している。また、リブ６０の長さ方向の両端は、長側壁１２ｃの面に沿った短手方向において、対向部Ｈよりも外側に位置している。
【００３８】
このように構成した場合、長側壁１２ｃの外面に直交する方向から荷重が付与されたとき、一対のリブ６０より内側の対向部Ｈはリブ５０に沿った方向において反りが抑えられ、平面度を保ちつつ電極組立体１４に向けて移動し、対向部Ｈから電極組立体１４の対向領域２４に荷重を均一に付与することができる。
【００３９】
なお、一対のリブ６０は、長側壁１２ｃの短手方向に対向部Ｈを挟む位置に一対設けられていてもよい。また、図８に示すように、リブ７０は長側壁１２ｃの長手方向に対向部Ｈを挟む位置に一対、短手方向に対向部Ｈを挟む位置に一対の、２対が設けられていてもよい。
【００４０】
○  組電池２０において、介装部材は伝熱プレート３０でなく、二次電池１０同士の間に流路を区画する部材であってもよい。
○  リブ４０，５０，６０，７０は、複数が並設されてもよく、ケース１１の外に向けて凸となる形状でもよい。
【００４１】
○  リブ４０，５０，６０，７０は、長側壁１２ｃ及び周壁部Ｇの厚み内で、それら長側壁１２ｃ及び周壁部Ｇを凹ませて形成してもよい。
○  リブ４０，５０，６０，７０は少なくとも対向部Ｈよりも外側であればよく、例えば積層方向において、長側壁１２ｃに電極組立体１４が投影される範囲より外側であってもよい。
【００４２】
○  長側壁１２ｃにおいて、リブ４０，６０，７０より外側は内外ともに平面でなくてもよい。
○  電極組立体１４を構成する正電極シート２１、及び負電極シート３１の枚数は適宜変更してもよい。
【００４３】
○  電極組立体１４は所謂積層型の電極組立体であったが、これに限られず、所謂捲回型の電極組立体であってもよい。
○  本発明は、蓄電装置としてのニッケル水素二次電池や、電気二重層キャパシタとして具体化してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
Ｇ…周壁部、Ｈ…対向部、１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１２ｃ…対向壁部としての長側壁、１４…電極組立体、２０…組電池、２１…正電極シート、２１ｂ…正極活物質層、２４…対向領域、３０…介装部材としての伝熱プレート、３１…負電極シート、３１ｂ…負極活物質層、４０，５０，６０，７０…リブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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