(57)【要約】【課題】ケース、電極端子間のトラッキング耐性を好適に向上することのできる蓄電装置を提供する。【解決手段】二次電池は、電極組立体を収容しているケースの蓋１３を貫通している貫通孔１３ｂと、電極組立体に電気的に接続され、且つ貫通孔１３ｂを介してケースの内外に通じている電極端子４１，４２と、を備える。電極端子４１，４２は、貫通孔１３ｂに挿通されている柱状の端子軸部４４、及び端子軸部４４におけるケース内側の端に位置して貫通孔１３ｂの内径よりも大きい外径を有している端子頭部４３を備えており、蓋１３及び端子頭部４３の対向面の間には、絶縁性の端子カバー５０が介在している。端子カバー５０は、蓋１３と端子頭部４３とを繋ぐ内径面５１ａを有しており、その内径面５１ａは、凹凸５１ｂを有している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極組立体を収容しているケースと、前記ケースの端子壁を貫通している貫通孔と、前記電極組立体に電気的に接続され、且つ前記貫通孔を介して前記ケースの内外に通じている電極端子とを備えるとともに、前記電極端子は、前記貫通孔に挿通されている柱状の端子軸部及び前記端子軸部におけるケース内側の端に位置している端子頭部を有しており、且つ前記端子壁及び前記端子頭部の対向面の間に絶縁性の端子絶縁部材が介在している蓄電装置において、
前記端子絶縁部材は、前記端子壁と前記端子頭部とを繋ぐ表面を有しており、且つ同表面は、凹凸を有していることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記凹凸は、三角波形状、又は鋸刃形状となっている請求項１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、蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車載電源などに用いられる蓄電装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。同文献の蓄電装置は、ケースの端子壁に設けられた貫通孔を通してケースの内外に通じている電極端子を有している。電極端子は、貫通孔に挿通している柱状の端子軸部と、その端子軸部におけるケース内側の端に位置し、貫通孔の内径よりも大きい外径を有した端子頭部とを有している。さらに、同文献の蓄電装置は、端子壁と端子頭部との対向面の間に介在して、それら端子壁及び端子頭部を絶縁する筒状の端子絶縁部材を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０８６１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような端子絶縁部材は、端子壁から端子頭部へと延びる表面を有している。そうした表面が汚染された状態となると、その表面を伝って微小電流が流れる、いわゆる沿面放電が生じることがある。そして、その沿面放電に応じた発熱で端子絶縁部材の表面に炭化物が生成されてしまい、ケース、電極端子間にその炭化物を通った導電路が形成されてしまう、いわゆるトラッキング現象による短絡が発生する虞がある。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、ケース、電極端子間のトラッキング耐性を好適に向上することの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】
【０００６】
上記課題を解決する蓄電装置は、電極組立体を収容しているケースと、前記ケースの端子壁を貫通している貫通孔と、前記電極組立体に電気的に接続され、且つ前記貫通孔を介して前記ケースの内外に通じている電極端子とを備えるとともに、前記電極端子は、前記貫通孔に挿通されている柱状の端子軸部及び前記端子軸部におけるケース内側の端に位置している端子頭部を有しており、且つ前記端子壁及び前記端子頭部の対向面の間に絶縁性の端子絶縁部材が介在している蓄電装置において、前記端子絶縁部材は、前記端子壁と前記端子頭部とを繋ぐ表面を有しており、且つ同表面は、凹凸を有している。
【０００７】
こうした蓄電装置では、凹凸により、上記表面を介した端子壁及び端子頭部間の沿面距離（表面絶縁距離）が長くなり、沿面放電が生じ難くなるため、同表面での炭化物の生成が、ひいてはトラッキング現象による短絡の発生が抑えられる。
【０００８】
上記蓄電装置について、前記凹凸は、三角波形状、又は鋸刃形状となっていることが望ましい。こうした場合、凹凸を矩形波状とした場合などと比べて、凹凸の高低差を小さくすることができる。そのため、凹凸による表面強度の低下が抑えられる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ケース、電極端子間のトラッキング耐性を好適に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】蓄電装置の一実施形態としての二次電池の分解斜視図。
【図２】二次電池の外観を示す斜視図。
【図３】電極端子及びその周辺の拡大断面図。
【図４】端子カバーの内径部周辺の拡大断面図。
【図５】二次電池の変形例における端子カバーの内径部周辺の拡大断面図。
【図６】二次電池の変形例における端子カバーの内径部周辺の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、蓄電装置の一実施形態を、図１〜図４を参照して詳細に説明する。本実施形態の蓄電装置は、角型のリチウムイオン二次電池として構成されている。
図１又は図２に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、金属製のケース１１と、そのケース１１に収容されている電極組立体２０とを備える。ケース１１は、一方に開口した有底箱状のケース本体１２と、そのケース本体１２の開口部分を塞ぐ矩形平板形状の蓋１３とを備える。ケース本体１２と蓋１３とは、溶接などにより接合されている。
【００１２】
電極組立体２０は、正極電極、負極電極、セパレータを備える。正極電極は、正極金属箔（例えばアルミニウム箔）の両面に正極活物質を塗布して構成される。負極電極は、負極金属箔（例えば銅箔）の両面に負極活物質を塗布して構成される。セパレータは、電気伝導に係るイオンが透過可能な多孔質膜である。電極組立体２０は、電極間にセパレータを介在して、複数の正極電極と複数の負極電極とを交互に積層した構造とされている。
【００１３】
なお、正極電極は、正極金属箔の端部から突出した形状の正極集電タブ２１を備えている。また、負極電極は、負極金属箔の端部から突出した形状の負極集電タブ２２を備える。正極電極は、それぞれの正極集電タブ２１が積層方向に沿って列状に配置されるように積層されている。同様に、負極電極は、それぞれの負極集電タブ２２が、正極集電タブ２１と重ならないように積層方向に沿って列状に配置されるように積層されている。
【００１４】
電極組立体２０は更に、正極タブ群２３と負極タブ群２４とを備えている。正極タブ群２３は、各正極電極の正極集電タブ２１を一つに纏めて折り返したものである。正極タブ群２３は、スポット溶接により正極導電部材３０に接合されている。同様に、負極タブ群２４は、各負極電極の負極集電タブ２２を一つに纏めて折り返したものであり、スポット溶接により負極導電部材３１に接合されている。
【００１５】
正極導電部材３０及び負極導電部材３１はそれぞれ、一枚の金属板からなる。そして、正極導電部材３０及び負極導電部材３１は、正極タブ群２３又は負極タブ群２４に接合されている、矩形平板状のタブ接合部３２と、そのタブ接合部３２に連続し、クランク状に湾曲した湾曲部３４と、その湾曲部３４に連続し、矩形平板状をなした端子接合部３３とを備える。
【００１６】
正極導電部材３０の端子接合部３３には、正極側の電極端子である正極端子４１が接合されている。また、負極導電部材３１の端子接合部３３には、負極側の電極端子である負極端子４２が接合されている。さらに端子接合部３３には、絶縁性の接合部カバー７０が装着されている。接合部カバー７０は、端子接合部３３と電極組立体２０との間に介在して、端子接合部３３及び電極組立体２０を電気的に絶縁している。
【００１７】
正極端子４１及び負極端子４２は、ケース１１の蓋１３に有る貫通孔１３ｂを介してケース１１の内外に通じている。この二次電池１０では、こうした貫通孔１３ｂを有する蓋１３が端子壁となっている。
【００１８】
正極端子４１及び負極端子４２はそれぞれ、貫通孔１３ｂに挿通されている柱状の端子軸部４４と、その端子軸部４４におけるケース１１内側の端に位置する端子頭部４３とを有する。端子頭部４３は、貫通孔１３ｂへの端子軸部４４の挿入方向に延びる軸心を有した円板形状をなし、貫通孔１３ｂの内径よりも大きい外径を有している。また、端子頭部４３は、蓋１３の内面１３ａに対向する面に座面４３ａを有する。端子軸部４４は、こうした端子頭部４３の中央から立設されている。なお、端子軸部４４は、外周面に雄ネジ４４ａを有するとともに、内周面に雌ネジ４４ｂを有する円筒状をなしている。
【００１９】
端子頭部４３には、端子絶縁部材としての絶縁性の端子カバー５０が装着されている。端子カバー５０は、中央に円形の通孔を有した円環板状の鍔部５１と、鍔部５１の外径部分から突き出した円筒状の筒部５２とを有する。端子カバー５０は、貫通孔５０ａに端子軸部４４を挿通した状態で、且つ筒部５２が端子頭部４３の外周面を覆う状態で、正極端子４１及び負極端子４２に装着されている。
【００２０】
端子頭部４３の座面４３ａ上には、Ｏリング５６が端子軸部４４を取り囲む状態で設けられている。Ｏリング５６は、端子カバー５０の鍔部５１の内径部分に配置される。
端子軸部４４は、蓋１３の貫通孔１３ｂを通ってケース１１の外部に突き出している。貫通孔１３ｂには、ケース１１の外側からフランジ付きリング６０が装着されている。フランジ付きリング６０は、中央に円形の通孔を有した円環板状のリング部６１と、リング部６１の外径部分から垂直に突き出した円管状のフランジ部６２と、リング部６１の内径部分からフランジ部６２とは逆向きに垂直に突き出した円管状の嵌合部６３とを有する。嵌合部６３は、貫通孔１３ｂの内周面と端子軸部４４の外周面との間に挿入されている。なお、フランジ付きリング６０は、合成樹脂の成型品とされている。
【００２１】
端子軸部４４の雄ネジ４４ａには、ケース１１の外側からナット５５が螺合されて、端子軸部４４にナット５５が取着されている。蓋１３の外面１３ｃにおける貫通孔１３ｂの周縁の部分とナット５５の蓋１３側の端面との間には、フランジ付きリング６０のリング部６１が挟持されており、このリング部６１により、ナット５５と蓋１３とが絶縁されている。また、貫通孔１３ｂの内周面と端子軸部４４の外周面との間に挿入された嵌合部６３によって、蓋１３と端子軸部４４とが絶縁されている。そして、フランジ部６２は、ナット５５の外周面を覆っている。
【００２２】
図３に示すように、端子カバー５０の鍔部５１は、正極端子４１及び負極端子４２の端子頭部４３とケース１１の端子壁である蓋１３との対向面の間に介在しており、正極端子４１又は負極端子４２と蓋１３とを電気的に絶縁している。端子カバー５０は、その鍔部５１の内径部に、蓋１３の内面１３ａと端子頭部４３の座面４３ａとを繋ぐ表面（以下、内径面５１ａと記載する）を有している。
【００２３】
ここで、内面１３ａと座面４３ａとを最短距離で結ぶ直線の延びる方向を対向方向とする。図４に示すように、内径面５１ａは、対向方向に沿う断面が三角波形状の凹凸５１ｂを表面に有している。そのため、内径面５１ａは、端子カバー５０における蓋１３との当接面５１ｃ及び端子頭部４３との当接面５１ｄよりも粗い表面となっている。なお、凹凸５１ｂは、端子カバー５０の成形時に形成したり、成型後の加工により形成したりすることができる。
【００２４】
次に、本実施形態の二次電池１０の作用及び効果を説明する。
（１）内径面５１ａに凹凸５１ｂを有した二次電池１０では、その内径面５１ａを介した蓋１３、端子頭部４３間の沿面距離（表面絶縁距離）Ｌｓが、凹凸５１ｂが無い場合よりも長くなっている。そのため、端子カバー５０の内径面５１ａが電解液分解物などにより汚染されても、内径面５１ａを介した蓋１３、端子頭部４３間の沿面放電が生じ難くなり、内径面５１ａでの炭化物の生成が抑えられる。したがって、ケース１１、電極端子４１，４２間のトラッキング耐性を好適に向上することができる。
【００２５】
（２）凹凸５１ｂを有する内径面５１ａは、端子カバー５０における蓋１３及び端子頭部４３との当接面５１ｃ，５１ｄよりも、粗い表面を有している。そのため、内径面５１ａを介した蓋１３、端子頭部４３間の沿面距離を確保して、トラッキング耐性を向上することができる。
【００２６】
（３）蓋１３及び端子頭部４３の対向面の間の直線距離Ｌが長くなると、電極組立体２０と蓋１３との間隔が広がり、その分、ケース１１の容積が増大してしまう。その点、本実施形態の二次電池１０では、蓋１３及び端子頭部４３の対向面の間の直線距離Ｌの増加を抑えつつ、同対向面の間の沿面距離Ｌｓを確保することができるため、ケース１１の容積の増大を抑えながら、トラッキング耐性を確保することができる。
【００２７】
（４）なお、トラッキング耐性の確保に必要な沿面距離Ｌｓは、二次電池１０の定格電圧に概ね比例する。端子カバー５０の材質がポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ樹脂）の場合における、トラッキング耐性の確保に必要な沿面距離Ｌｓの最小値ＭＩＮ（ミリメートル）は、下式により求めることができる。すなわち、内径面５１ａの凹凸５１ｂは、沿面距離Ｌｓが上記最小値ＭＩＮ以上となるように設定することが望ましい。なお、下式における「Ｘ」は、「二次電池１０にかかり得る最大の電圧」を表している。「二次電池１０にかかり得る最大の電圧」とは、二次電池１０を複数直列に接続して二次電池モジュールとした場合の二次電池１０の個数等により決まる。
【００２８】
ＭＩＮ＝０．１３Ｘ−０．６７      （ただし、ＭＩＮ＞０）
ちなみに、蓋１３及び端子頭部４３の対向面の間の直線距離Ｌに対する沿面距離Ｌｓの比を大きくすれば、トラッキング耐性を確保した上で同対向面の間の直線距離Ｌを短くすることが、ひいてはケース１１の容積を小さくすることが可能となる。ただし、直線距離Ｌに対して沿面距離Ｌｓを長くし過ぎると、凹凸５１ｂの高低差ΔＨが大きくなり、その加工が困難となり、内径面５１ａの表面強度の低下を招く。
【００２９】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
○内径面５１ａの凹凸５１ｂの上記対向方向に沿った断面の形状は、適宜変更してもよい。例えば凹凸５１ｂの同断面の形状を、図５に示すような鋸刃形状としたり、図６に示すような矩形波状としたりすることもできる。なお、凹凸５１ｂの高低差ΔＨが大きくなり過ぎると、その加工が困難となるとともに、内径面５１ａの表面強度が低下する。一方、凹凸５１ｂを三角波形状や鋸刃形状とした場合には、同凹凸５１ｂを矩形波形状とした場合に比して、直線距離Ｌ及び沿面距離Ｌｓが同じでも、凹凸５１ｂの高低差ΔＨはより小さくなる。よって、加工性や表面強度の面では、凹凸５１ｂは、三角波形状又は鋸刃形状となっていることが望ましい。
【００３０】
○端子カバー５０の形状を異なる形状としてもよい。いずれにせよ、蓋１３及び端子頭部４３の対向面の間に介在される絶縁性の端子絶縁部材における、蓋１３から端子頭部４３へと延びる表面が凹凸を有していれば、その表面を介した蓋１３、端子頭部４３間の沿面距離を長くして、トラッキング耐性を向上することができる。
【００３１】
○端子軸部４４が挿通される貫通孔１３ｂが、ケース１１の蓋１３以外の部分に有る構成としてもよい。そうした場合、貫通孔１３ｂが存在するケース１１の外壁が端子壁となる。
【００３２】
○電極組立体２０として、帯状の正極電極と負極電極とを、同じく帯状のセパレータを介して巻回されて積層構造となった巻回型の電極組立体を用いるようにしてもよい。
○ケース１１の形状を、円筒形状などの任意の形状に変更してもよい。
【００３３】
○二次電池１０をリチウムイオン以外の二次電池としてもよい。また、上記実施形態の蓄電装置を、電気二重層キャパシタとして構成してもよい。
上記実施形態及びその変形例から把握できる好適な一例について、以下に記載する。
【００３４】
（イ）電極組立体を収容しているケースと、そのケースの端子壁を貫通している貫通孔と、前記電極組立体に電気的に接続され、且つ前記貫通孔を介して前記ケースの内外に通じている端子と、を備えるとともに、前記端子は、前記貫通孔に挿通されている柱状の端子軸部及びその端子軸部におけるケース内側の端に位置している端子頭部を有しており、且つ前記端子壁及び前記端子頭部の対向面の間に絶縁性の端子絶縁部材が介在している蓄電装置において、前記端子絶縁部材は、前記端子壁から前記端子頭部へと延びる表面を有しており、且つ同表面は、該端子絶縁部材における前記端子壁との当接面及び前記端子頭部との当接面よりも粗い表面となっていることを特徴とする蓄電装置。
【００３５】
（ロ）前記凹凸は、三角波形状、又は鋸刃形状となっている上記（イ）に記載の蓄電装置。
（ハ）前記端子絶縁部材は、ポリフェニレンスルフィド樹脂からなり、当該蓄電装置の定格電圧をＸボルトとし、前記端面における前記対向面の間の沿面距離をＹミリメートルとしたとき、「Ｙ≧０．１３Ｘ−０．６７（ただしＹ＞０）」となっている請求項１、２、上記（イ）、（ロ）のいずれか１項に記載の蓄電装置。
【符号の説明】
【００３６】
１０…二次電池、１１…ケース、１３…蓋（端子壁）、１３ｂ…貫通孔、２０…電極組立体、４１…正極端子（電極端子）、４２…負極端子（電極端子）、４３…端子頭部、４４…端子軸部、５０…端子カバー（端子絶縁部材）、５１ａ…内径面（端子壁から端子頭部へと延びる表面）、５１ｂ，５１ｅ，５１ｆ…凹凸、５１ｃ…（端子絶縁部材における端子壁との）当接面、５１ｄ…（端子絶縁部材における端子頭部との）当接面。
【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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