(57)【要約】【課題】構造上の強度を向上できる蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置１００では、ケース１０内において一の電極組立体２０と他の電極組立体２０との間に設けられる隔壁６０が、樹脂材料６１の内部に放熱部材７０を有している。この放熱部材７０は、底壁部１０ａから外部へ突出しているため、電極組立体２０で発生した熱を隔壁６０の放熱部材７０を介してケース１０の外部へ放熱することができる。ここで、放熱部材７０は、樹脂材料６１の内部において当該樹脂材料６１と一体化された状態で配置されている。これにより、隔壁６０を樹脂材料６１で構成した場合であっても、当該樹脂材料６１と一体化された放熱部材７０が支持することによって、強度を上げることができる。以上より、蓄電装置１００は構造上の強度を向上できる。【選択図】図１
2017212145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とがセパレータを介して交互に積層された積層型の複数の電極組立体と、
前記電極組立体を収容し、互いに対向する第１の壁部及び第２の壁部を有するケースと、
前記ケース内において、一の前記電極組立体と他の前記電極組立体との間に設けられる隔壁と、を備える蓄電装置であって、
前記隔壁は、
前記ケースの前記第１の壁部から前記第２の壁部側へ延び、
樹脂材料の内部において当該樹脂材料と一体化された状態で配置される放熱部材を有し、
前記放熱部材は、前記第１の壁部から外部へ突出している、蓄電装置。
【請求項２】
前記放熱部材は、前記ケースの外部において、前記第１の壁部に沿って延びる拡張部を有する、請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記放熱部材を有する前記隔壁は複数設けられ、
一の前記放熱部材の前記拡張部は、他の前記放熱部材の前記拡張部から離間している、請求項２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記放熱部材を有する前記隔壁は複数設けられ、
一の前記放熱部材の前記拡張部は、他の前記放熱部材の前記拡張部と連結されている、請求項２に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記拡張部は、前記ケースの外部において、前記第１の壁部から離間している、請求項２〜４の何れか一項に記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記放熱部材は、前記正極及び前記負極のうち、活性物質が塗布されている領域よりも、前記第２の壁部側まで延びている、請求項１〜５の何れか一項に記載の蓄電装置。
【請求項７】
前記蓄電装置がニッケル水素二次電池である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項８】
前記蓄電装置がリチウムイオン二次電池である、請求項１〜６の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、蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
正極と負極とがセパレータを介して交互に積層された積層型の電極組立体を備える蓄電装置が知られている（特許文献１参照）。この蓄電装置はケースを備えており、ケース内には複数の電極組立体が収容されている。また、電極組立体同士の間には、放熱部材が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１０３２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、蓄電装置のケース内には、電極組立体が電解液と共に収容される樹脂電槽が設けられる場合があるが、樹脂電槽の厚みを薄くした場合において、十分な構造上の強度を得られない可能性がある。
【０００５】
本発明の一側面は、構造上の強度を向上できる蓄電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る蓄電装置は、正極と負極とがセパレータを介して交互に積層された積層型の複数の電極組立体と、電極組立体を収容し、互いに対向する第１の壁部及び第２の壁部を有するケースと、ケース内において、一の電極組立体と他の電極組立体との間に設けられる隔壁と、を備える蓄電装置であって、隔壁は、ケースの第１の壁部から第２の壁部側へ延び、樹脂材料の内部において当該樹脂材料と一体化された状態で配置される放熱部材を有し、放熱部材は、第１の壁部から外部へ突出している。
【０００７】
この蓄電装置では、ケース内において一の電極組立体と他の電極組立体との間に設けられる隔壁が、樹脂材料の内部に放熱部材を有している。この放熱部材は、第１の壁部から外部へ突出しているため、電極組立体で発生した熱を隔壁の放熱部材を介してケースの外部へ放熱することができる。ここで、放熱部材は、樹脂材料の内部において当該樹脂材料と一体化された状態で配置されている。これにより、隔壁を樹脂材料で構成した場合であっても、当該樹脂材料と一体化された放熱部材が隔壁を支持することによって、強度を上げることができる。以上より、蓄電装置は構造上の強度を向上できる。
【０００８】
放熱部材は、ケースの外部において、第１の壁部に沿って延びる拡張部を有してよい。このように放熱部材が拡張部を有することで、ケースの外部での放熱面積を広げることができる。
【０００９】
放熱部材を有する隔壁は複数設けられ、一の放熱部材の拡張部は、他の放熱部材の拡張部から離間していてよい。この場合、一の放熱部材の拡張部と他の放熱部材の拡張部との間の部分を放熱面とすることで放熱面積を広げることができる。
【００１０】
放熱部材を有する隔壁は複数設けられ、一の放熱部材の拡張部は、他の放熱部材の拡張部と連結されていてよい。この場合、各放熱部材が拡張部にて連結された一つの部材として扱うことができるため、製造時における取り扱いが容易になる。
【００１１】
拡張部は、ケースの外部において、第１の壁部から離間していてよい。この場合、拡張部のうち、第１の壁部から離間した部分も放熱面とすることで放熱面積を広げることができる。
【００１２】
放熱部材は、正極及び負極のうち、活性物質が塗布されている領域よりも、第２の壁部側まで延びていてよい。電極組立体は、正極及び負極のうち活性物質が塗布されている領域にて発熱するため、放熱部材が当該領域よりも第２の壁部側まで延びることで、当該領域から発生する熱を効率良く回収することができる。
【００１３】
蓄電装置は、例えばニッケル水素二次電池であってよく、リチウムイオン二次電池であってよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一側面によれば、蓄電装置の構造上の強度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る蓄電装置を模式的に示す断面図である。
【図２】変形例に係る蓄電装置を模式的に示す拡大断面図である。
【図３】比較例に係る蓄電装置を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る蓄電装置を模式的に示す断面図である。図１には、ＸＹＺ直交座標系が示される。
【００１８】
図１に示される蓄電装置１００は、例えばニッケル水素二次電池等の二次電池である。蓄電装置１００は、フォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の車両に搭載され得る。蓄電装置１００は、密閉構造を有する角型電池であってもよい。蓄電装置１００は、ケース１０と、ケース１０内に収容された複数の電極組立体２０と、電極組立体２０間に配置される隔壁６０と、を備え得る。
【００１９】
ケース１０は、内部に複数の電極組立体２０を収容する箱体である。ケース１０は、底壁部（第１の壁部）１０ａと、底壁部１０ａと上方で対向する上壁部１０ｂと、上下方向と直交する方向（図ではＸ軸方向）において対向して底壁部１０ａ及び上壁部１０ｂを連結する側壁部１０ｃ，１０ｄと、上下方向と直交する方向（図ではＹ軸方向）において対向して底壁部１０ａ及び上壁部１０ｂを連結する一対の側壁部（不図示）と、を備えている。本実施形態では、ケース１０は、Ｘ軸方向が長手方向となっている。本実施形態に係るケース１０の各壁部は樹脂製であってよい。ケース１０の上壁部１０ｂには、正極端子１２及び負極端子１６が設けられている。
【００２０】
ケース１０の内部は、Ｘ軸方向に沿って所定の間隔で離間するように複数の隔壁６０が設けられる。隔壁６０は、底壁部１０ａから上壁部１０ｂ側へ延びている。また、隔壁６０は、Ｙ軸方向に互いに対向する一対の側壁部同士の間でも延びている。隔壁６０は、底壁部１０ａ及びＹ軸方向に対向する一対の側壁部に対して固定されている。一方、隔壁６０の上端は、上壁部１０ｂから隙間をあけて離間している。隔壁６０と上壁部１０ｂとの間の隙間には、電極組立体２０同士を接続するための接続構造を配置することができる。なお、隔壁６０は更に上方に延びることで、上端が上壁部１０ｂに固定されてもよい。この場合、電極組立体２０を接続するための接続構造を通過させるため、貫通孔等が形成されてよい。
【００２１】
隔壁６０は、内部に放熱部材７０が設けられた第１の隔壁６０Ａと、内部に放熱部材７０が設けられない第２の隔壁６０Ｂと、を備える。第１の隔壁６０Ａ（放熱部材７０を除く部分）及び第２の隔壁６０Ｂは、樹脂材料によって構成されてよい。なお、樹脂材料としては、ケース１０を樹脂で構成する場合と同様の材料を用いてよく、例えば、ＰＰ、ＰＥ、ＰＰＳ、変性ＰＰＥ等を用いてよい。本実施形態では、第１の隔壁６０Ａと第２の隔壁６０ＢはＸ軸方向に沿って交互に設けられている。ただし、第１の隔壁６０Ａの数は特に限定されず、二以上の第２の隔壁６０Ｂに対して一つの第１の隔壁６０Ａが設けられてもよく、ケース１０内の隔壁が全て第１の隔壁６０Ａであってもよい。なお、第１の隔壁６０Ａの放熱部材７０の詳細な構成については後述する。
【００２２】
ケース１０の内部のうち、隔壁６０で仕切られた領域は、電極組立体２０が配置されると共に、電解液（不図示）が充填される電槽２１として構成される。電槽２１を仕切る各壁部が樹脂材料によって構成されることにより、電槽２１が樹脂電槽として構成されてよい。電解液としては、例えば水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液が使用され得る。
【００２３】
電極組立体２０は、シート状の正極３０とシート状の負極４０とがセパレータ５０を介して交互に積層された積層型の電極組立体である。セパレータ５０は、例えばシート状のセパレータであってもよいし、正極３０又は負極４０を収容し得る袋状のセパレータであってもよい。セパレータ５０は、例えば、親水化処理された合成繊維からなる不織布であってよい。本実施形態では、電極組立体２０の正極３０、負極４０、及びセパレータ５０は、Ｘ軸方向に積層される。すなわち、電極組立体２０の各シートの積層方向と隔壁６０が並ぶ方向は一致している。
【００２４】
正極３０は、正極本体３２と、正極本体３２の上端から突出する正極タブ３４とを有する。正極本体３２は、金属箔３６と、金属箔３６の片面又は両面上に形成された正極活物質層３７とを含んでもよい。金属箔３６としては、例えば多孔性のニッケル箔等が使用され得る。正極活物質層３７は、例えば水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）の粒子を含む。水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）が正極活物質として機能する。正極本体３２は、例えば矩形形状を有している。正極タブ３４は、正極本体３２の金属箔と一体の金属箔であってもよい。正極タブ３４は例えば矩形形状を有している。正極タブ３４には、実質的に活物質層が形成されていない。
【００２５】
負極４０は、負極本体４２と、負極本体４２の上端から突出する負極タブ４４とを有する。負極本体４２は、金属箔４６と、金属箔４６の片面又は両面上に形成された負極活物質層４７とを含んでもよい。金属箔４６としては、例えば多孔性のニッケル箔、メッシュ状のニッケルめっき鋼板（パンチングメタル）等が使用され得る。負極活物質層４７は、例えば水素吸蔵合金の粒子を含む。水素吸蔵合金に吸蔵される水素が負極活物質として機能する。負極本体４２は、例えば矩形形状を有している。負極タブ４４は、負極本体４２の金属箔と一体の金属箔であってもよい。負極タブ４４は例えば矩形形状を有している。負極タブ４４には、実質的に活物質層が形成されていない。
【００２６】
正極３０及び負極４０の積層方向（Ｘ軸方向）から見て、正極本体３２と負極本体４２とセパレータ５０とは重なってもよい。積層方向から見て、正極タブ３４と負極タブ４４とは、重ならないように配置されてよい。同一の電極組立体２０内では、各正極３０の正極タブ３４同士は接続部材６５によって電気的に接続される。同一の電極組立体２０内では、各負極４０の負極タブ４４同士は接続部材６５によって電気的に接続される。これにより、同一の電極組立体２０内では、正極本体３２、負極本体４２、及びセパレータ５０によって構成されるセルが、互いに並列接続された構造となる。また、Ｘ軸方向における端部（図１では、Ｘ軸方向の負側の端部）における電極組立体２０の負極タブ４４は、接続部材６５を介して負極端子１６に電気的に接続される。Ｘ軸方向における端部（図１では、Ｘ軸方向の正側の端部）における電極組立体２０の正極タブ３４は、接続部材６５を介して正極端子１２に電気的に接続される。また、一の電極組立体２０の正極タブ３４は、接続部材６５を介して隣合う（Ｘ軸方向の正側に隣合う）電極組立体２０の負極タブ４４と接続される。以上により、それぞれの電極組立体２０が直列接続された構造となる。
【００２７】
次に、放熱部材７０を備える第１の隔壁６０Ａの構成について説明する。図１に示すように、第１の隔壁６０Ａは、樹脂材料６１の内部において当該樹脂材料６１と一体化された状態で配置される放熱部材７０を有する。「一体化された状態」とは、樹脂材料６１と放熱部材７０がボルト等によらず固定されており、蓄電装置１００の組み立て時において、一部品として取扱い可能な状態を意味する。製造時においては、第１の隔壁６０Ａは、放熱部材７０を金型内に配置した状態で当該金型内に樹脂を投入するインサート成形によって形成される。また、放熱部材７０は、底壁部１０ａから外部へ突出している。
【００２８】
具体的には、放熱部材７０は、第１の隔壁６０Ａの樹脂材料６１の内部に配置されるインサート部７１と、第１の隔壁６０Ａ及びケース１０の外部に配置される露出部７２と、を備える。
【００２９】
インサート部７１は、第１の隔壁６０Ａと共にＺ軸方向（ここでは上下方向）に沿って延びている。また、インサート部７１は、第１の隔壁６０Ａと共にＹ軸方向に広がっている。インサート部７１の上端部７１ａは、第１の隔壁６０Ａの樹脂材料６１の上端部から露出することなく、樹脂材料６１内に配置された状態となる。また、放熱部材７０は、正極３０及び負極４０のうち、正極本体３２及び負極本体４２（活性物質が塗布されている領域）よりも、Ｚ軸方向の正側（上壁部１０ｂ側）まで延びている。従って、インサート部７１の上端部７１ａは、正極本体３２及び負極本体４２の上端部よりもＺ軸方向の正側に配置される。
【００３０】
露出部７２は、インサート部７１から真っ直ぐ延びてケース１０から外部へ延出する延出部７３と、露出部７２の表面積を拡張する拡張部７４と、を備える。延出部７３は、インサート部７１の下端部から更にケース１０の外部にてＺ軸方向の負側へ延びる部分である。延出部７３の延出量は特に限定されないが、蓄電装置１００が過度に大型化しない範囲に抑えられる。拡張部７４は、ケース１０の外部において、底壁部１０ａに沿ってＸ軸方向に延びる部分である。拡張部７４は、延出部７３の下端からＸ軸方向の正側及び負側の両側へ延びている。ただし、拡張部７４は、Ｘ軸方向の一方のみに延びていてよい。
【００３１】
本実施形態では、拡張部７４は、ケース１０の外部において、底壁部１０ａから離間している。すなわち、拡張部７４の上面７４ｃが底壁部１０ａからＺ軸方向の負側（すなわち下側）へ離間し、当該上面７４ｃと底壁部１０ａとの間に空間が形成される。なお、当該空間の大きさは、拡張部７４のＸ軸方向への大きさ、及び延出部７３の延出量によって調整される。
【００３２】
本実施形態では、放熱部材７０を有する第１の隔壁６０Ａは複数（ここでは３つ）設けられているため、放熱部材７０も複数（ここでは３つ）設けられている。Ｘ軸方向の負側の放熱部材７０の拡張部７４は、Ｘ軸方向における中央の放熱部材７０の拡張部７４から離間している。すなわち、Ｘ軸方向における負側の放熱部材７０の拡張部７４の端部（Ｘ軸方向の正側の端部）７４ａと、Ｘ軸方向における中央の放熱部材７０の拡張部７４の端部（Ｘ軸方向の負側の端部）７４ｂとの間に空間が形成されている。Ｘ軸方向における正側の放熱部材７０の拡張部７４の端部（Ｘ軸方向の負側の端部）７４ｂと、Ｘ軸方向における中央の放熱部材７０の拡張部７４の端部（Ｘ軸方向の正側の端部）７４ａとの間に空間が形成されている。
【００３３】
なお、インサート部７１及び露出部７２をＸ軸方向から見たときの形状は、第１の隔壁６０Ａに合わせた矩形状であってよいが、形状は特に限定されない。拡張部７４をＺ軸方向から見たときの形状は、インサート部７１と同一の幅を有する矩形状であってよいが、形状は特に限定されない。
【００３４】
次に、本実施形態に係る蓄電装置１００の作用・効果について説明する。
【００３５】
例えば、図３に示すような比較例に係る蓄電装置２００について説明する。蓄電装置２００の全ての隔壁６０は、放熱部材を有さない第２の隔壁６０Ｂである。隔壁６０を樹脂で構成し、且つ樹脂の厚みを低減しようとする場合、このような蓄電装置２００では十分な構造上の強度を得られない場合がある。
【００３６】
一方、本実施形態に係る蓄電装置１００では、ケース１０内において一の電極組立体２０と他の電極組立体２０との間に設けられる隔壁６０が、樹脂材料６１の内部に放熱部材７０を有している。この放熱部材７０は、底壁部１０ａから外部へ突出しているため、電極組立体２０で発生した熱を隔壁６０の放熱部材７０を介してケース１０の外部へ放熱することができる。ここで、放熱部材７０は、樹脂材料６１の内部において当該樹脂材料６１と一体化された状態で配置されている。これにより、隔壁６０を樹脂材料６１で構成した場合であっても、当該樹脂材料６１と一体化された放熱部材７０が隔壁６０を支持することによって、強度を上げることができる。以上より、蓄電装置１００は構造上の強度を向上できる。
【００３７】
放熱部材７０は、ケース１０の外部において、底壁部１０ａに沿って延びる拡張部７４を有している。このように放熱部材７０が拡張部７４を有することで、ケース１０の外部での放熱面積を広げることができる。
【００３８】
放熱部材７０を有する隔壁６０は複数設けられ、一の放熱部材７０の拡張部７４は、他の放熱部材７０の拡張部７４から離間している。この場合、一の放熱部材７０の拡張部７４と他の放熱部材７０の拡張部７４との間の部分を放熱面とすることで放熱面積を広げることができる。また、拡張部７４の上面７４ｃを放熱面とする場合、一の放熱部材７０の拡張部７４と他の放熱部材７０の拡張部７４との間の隙間は、空気を通過させるための隙間として機能する。
【００３９】
拡張部７４は、ケース１０の外部において、底壁部１０ａから離間している。この場合、拡張部７４のうち、底壁部１０ａから離間した部分である上面７４ｃも放熱面とすることで放熱面積を広げることができる。
【００４０】
放熱部材７０は、正極３０及び負極４０のうち、活性物質が塗布されている領域よりも、上壁部１０ｂ側まで延びている。電極組立体２０は、正極３０及び負極４０のうち活性物質が塗布されている領域にて発熱するため、放熱部材７０が当該領域よりも上壁部１０ｂ側まで延びることで、当該領域から発生する熱を効率良く回収することができる。
【００４１】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００４２】
例えば、各実施形態の蓄電装置は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池であってもよいし、例えば電気二重層キャパシタ等であってもよい。
【００４３】
例えば、蓄電装置がリチウムイオン二次電池であった場合、について説明する。この場合、正極活物質層は、正極活物質とバインダとを含んでもよく、必要に応じて導電助剤を含むことができる。正極活物質は、リチウム二次電池用の正極活物質であれば特に限定されない。正極活物質は、例えば、リチウム化合物である。リチウム化合物としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物等のリチウム金属複合酸化物等を用いることができる。
【００４４】
バインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、又はアルコキシシリル基含有樹脂であってよい。導電助剤は、例えばカーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック(ＡＢ)、ケッチェンブラック（登録商標）（ＫＢ）、気相法炭素繊維（Vapor  Grown  Carbon  Fiber：ＶＧＣＦ）等の炭素系粒子である。これらは、単独で、又は二種以上組み合わせて添加することができる。
【００４５】
負極金属箔は、例えば、銅箔である。負極活物質層は、負極活物質と上記バインダとを含んでもよく、必要に応じて上記の導電助剤を含んでもよい。負極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料、リチウムと合金化可能な元素、リチウムと合金化可能な元素を有する元素化合物、あるいは高分子材料である。バインダ及び導電助剤の例は、正極と同様である。
【００４６】
セパレータを形成する材料の例には、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が含まれる。
【００４７】
また、一の放熱部材７０の拡張部は、他の放熱部材７０の拡張部と連結されてよい。この場合、図２（ａ）に示すように、一の放熱部材７０のインサート部７１及び延出部７３と、他の放熱部材７０のインサート部７１及び延出部７３とが、連続的にＸ軸方向へ延びる拡張部１７４によって接続される。この場合、各放熱部材７０が拡張部１７４にて連結された一つの部材として扱われるため、製造時における取り扱いが容易になる。
【００４８】
また、放熱部材７０の拡張部は、底壁部１０ａから離間していなくともよい。この場合、図２（ｂ）に示すように、拡張部７４の上面７４ｃが底壁部１０ａに隙間なく接触する。なお、この場合、延出部７３は存在しない。従って、拡張部７４のみが底壁部１０ａから外部へ突出する構造となる。
【００４９】
また、拡張部が省略されて、放熱部材７０の露出部が延出部だけであってもよい。
【００５０】
なお、ケースの壁部と隔壁は別部品でなく、一体化されて一つの部品として構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０…ケース、１０ａ…底壁部（第１の壁部）、１０ｂ…上壁部（第２の壁部）、２０…電極組立体、３０…正極、４０…負極、５０…セパレータ、６０…隔壁、６１…樹脂材料、７０…放熱部材、７４…拡張部、１００…蓄電装置。
【図１】
2017212145.tif 000003
【図２】
2017212145.tif 000004
【図３】
2017212145.tif 000005