JP5862237B2 - 蓄電素子 - Google Patents

Description

本願発明は電力を蓄積し必要に応じて放電できる蓄電素子に関し、特に、電流の取り出し効率を高めることのできる蓄電素子に関する。

従来、非水電解質二次電池などの蓄電素子の一つとして、剛性のある筐体と、当該筐体内に収容される発電要素とを備え、筐体の内側に取り付けられる集電体により前記発電要素が垂下状に配置される蓄電素子が知られている。このような蓄電素子は、筐体を貫通した状態で配置されるリベットにより集電体が筐体に機械的に締結されると共に、前記リベットが集電体と電気的にも接続されており、当該リベットが、蓄電要素から筐体外部に電流を導出し、また、蓄電要素へ電流を筐体外部から導入する端子の役割も担っている。

さらに、蓄電素子は、外部の機器や他の電池などと電気的に接続するための電極端子を備えており、前記リベットは、蓄電素子の筐体外部において前記電極端子を締結する場合がある。

例えば特許文献１に記載されるように電極端子は、他の端子とボルトによって締結される。

特開２０１１−２３１４１号公報

昨今の蓄電素子の大容量化、大電流化に伴い、蓄電素子と外部の機器や他の電池などと電気的に接続する部分の接触面積を広くし、接続部分におけるエネルギーの損失を可及的に抑制したいとの課題がある。

ところが、電極端子と他の端子とを強く締結する場合には、ナットを強く締め付ける必要があるが、ナットを強く回すとボルトの頭部が空回りして所望の強さに締結できない場合がある。

本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、別部材を設けることなくボルトの回り止めを可能とする蓄電素子の提供を目的としている。

上記目的を達成するために、本願発明にかかる蓄電素子は、発電要素と、前記発電要素を収容する筐体と、前記筐体の外部から前記発電要素への電気的接続を集電体を介して可能とする電極端子とを備える蓄電素子であって、前記電極端子は、平面を有する板状の接続部と、前記平面と交差する方向に突出状態で前記接続部に一体に設けられ、前記筐体、および、前記集電体に挿通状態で配置される棒状の軸部と、前記軸部の先端部に設けられ、前記集電体と当接する当接部と、前記接続部を前記平面と交差する方向に貫通し、他の機器と前記接続部とを電気的に接続するためのボルトが挿通される貫通孔とを備え、前記筐体は、外向きに膨出する膨出部を備え、前記電極端子の軸部は、前記膨出部に挿通された状態で配置され、前記貫通孔は、前記膨出部の側方であって、当該貫通孔に挿通されたボルトの頭部が回転しようとする際に前記膨出部と前記頭部とが干渉する位置に配置され、前記貫通孔に挿通されたボルトの回転軸と前記頭部の最も突出した部分との距離は、前記貫通孔の孔軸と前記膨出部の前記貫通孔に面している側壁との間の距離よりも長いことを特徴とする。

これによれば、膨出部により、ボルトの回転が止められるため、別部材を設けることなく接続部と他の端子とを所望の強さで締結することが可能となる。また、位置決めがしやすくなる。

また、接続部の貫通孔に挿入状態で配置されるボルトの頭部を配置する空間を膨出部の側方に確保することができ、当該頭部を配置する空間を確保するための別部材などを廃止することが可能となる。

また、前記空間や、集電体を筐体に取り付けるための空間を筐体から突出した位置に配置することで、発電要素を配置する空間を広くすることができ、蓄電素子全体の大きさの増加を抑制しつつ蓄電素子の容量を増加させることが可能となる。

また、前記膨出部の膨出高さは、少なくとも前記頭部の厚みよりも高いほうがよい。

これによれば、膨出部が電極端子とボルトの頭部との高さを調節するリベット台座などの代わりとして十分に機能することができる。

また、前記当接部は、前記膨出部の内方に配置されるほうがよい。

これによれば、発電要素を収容するスペースをより確実に確保することができる。

また、前記膨出部は、前記貫通孔よりも外側に配置されるほうがよい。

例えば、貫通孔を膨出部の外側にすると、集電体の位置が内側となる。従って、塗工部面積を小さくしなくてはならなくなる。つまり、膨出部は集電体の取り付け部となるため、膨出部の方が貫通孔より外側にあることによって、塗工部面積の大きい発電要素を採用することができる。なおかつ、集電体と接続する部分が発電要素のスペース外となるので、発電要素を収容するスペースが上下方向に確保できる。

また、前記接続部は、前記筐体に取り付けられた際に外側に向く面の全体が一平面内に配置される平面部を一面に備えてもよい。

これにより、外部の機器や他の電池などと電気的に接続する電極端子に、当該電極端子を筐体に取り付けるための突出部分がなく、接続部の一面に広がる平面部全体を電気的な接続に供することが可能となる。

従って、電極端子がコンパクトな構造で重量の増加を抑制しつつ、電気的接続部における広い接触面積を確保することができる。

なお、明細書、および、特許請求の範囲に記載される「蓄電素子」の語は、電気化学的に電気を蓄電し、また、必要に応じて電気を放電することのできる素子であり、より具体的には、蓄電池、キャパシタ、大容量キャパシタ、コンデンサ、電解コンデンサ、電気二重層コンデンサ等を含むものとして記載している。

また、前記電極端子の前記当接部は、前記軸部の先端部を塑性変形させることにより設けられるものでもよい。

これによれば、電極端子と筐体と集電体とを強い面圧で保持することができ、ナットなどを用いて締め付けるよりも耐振動性を向上させることが可能となる。

また、前記電極端子の前記軸部は、前記接続部の他面に設けられる穴部に圧入されることにより前記接続部に一体に設けられるものでもよい。

これによれば、電極端子を鍛造などで製造する必要がなくなり、また、機械的強度を確保し得る材質からなる接続部と、電気化学的な安定性から採用される材質からなる挿入部とを組み合わせた電極端子などを任意に採用することが可能となる。

前記穴部は、前記軸部が挿入される挿入部と、前記軸部が挿入される方向と交差する方向に延在する係合部とを備えてもよい。

これによれば、軸部の先端を回転しながら塑性変形させる場合においても、当該回転力に抗して接続部と軸部との一体性を維持することが可能となる。

本願発明によれば、別部材を用いることなくボルトの空回りを防止し、電極端子と他の端子とを所望の強さで締結することが可能となる。

図１は、本実施の形態の蓄電素子の外観を示す斜視図である。 図２は、筐体の一部を省略して蓄電素子の内部を模式的に示す斜視図である。 図３は、電極端子近傍を分解状態で模式的に示す分解斜視図である。 図４は、電極端子近傍を分解状態で模式的に図３とは逆の視線で示す分解斜視図である。 図５は、電極端子近傍を断面で示す側面図である。 図６は、電極端子の別例を示す斜視図である。 図７は、同電極端子を断面で示す側面図である。

次に、本願発明に係る蓄電素子の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係る蓄電素子の一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。

図１は、本実施の形態の蓄電素子の外観を示す斜視図である。

図２は、筐体の一部を省略して蓄電素子の内部を模式的に示す斜視図である。

図３は、電極端子近傍を分解状態で模式的に示す分解斜視図である。

図４は、電極端子近傍を分解状態で模式的に図３とは逆の視線で示す分解斜視図である。

図５は、電極端子近傍を断面で示す側面図である。

これらの図に示すように、本実施の形態にかかる蓄電素子１００は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる非水電解質二次電池であり、発電要素１０１と、筐体１０２と、電極端子１０５と、集電体１０４とを備えている。本実施の形態の場合、蓄電素子１００はさらに、第一絶縁部材１０９と、第二絶縁部材１０７と、ボルト１０８とを備えている。

発電要素１０１は、本実施の形態の場合、詳細な図示は省略するが、セパレータと負極と正極とを備え、電気を蓄えることができる部材である。負極は、例えば、銅からなる長尺帯状の負極集電箔の表面に負極活物質層が形成されたものである。正極は、例えば、アルミニウムからなる長尺帯状の正極集電箔の表面に正極活物質層が形成されたものである。セパレータは、例えば、樹脂からなる微多孔性のシートである。

そして、発電要素１０１は、負極と正極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものを長さ方向に全体が長円形状となるように巻き回されて形成されるいわゆる扁平巻回型の発電要素である。

なお、発電要素１０１は扁平巻回型ばかりで無く、巻回型や折り畳み型など任意の積層態様を採用することができる。

筐体１０２は、発電要素１０１を収容する部材である。本実施の形態の場合、筐体１０２は、容器１２０と蓋体１０３とで構成されている。

容器１２０は、発電要素１０１を収容する矩形（直方体）の部材である。容器１２０は、軽量化のため、アルミニウムやその合金で形成されたり、肉厚の薄いステンレス鋼などにより形成される。容器１２０は、矩形の底部と、底部の各長辺部にそれぞれ立設される矩形の長壁部と、底部の各短辺部にそれぞれ立設される矩形の短壁部とを備えている。また、容器１２０は、容器１２０の開口端部と蓋体１０３とが溶接されることにより、蓋体１０３とともに筐体１０２を構成する。

蓋体１０３は、容器１２０の開口部を閉塞する金属製の板状部材であり、本実施の形態の場合、膨出部１３１を備えている。膨出部１３１は、筐体１０２の外方に向かって膨出する部分であり、矩形（正方形）となっている。また、膨出部１３１は、板状の金属部材をプレス加工により形成される部分である。

膨出部１３１の高さは、少なくともボルト１０８の頭部１８２（後述）の厚みよりも高くなるように形成されている。膨出部１３１が電極端子１０５とボルト１０８の頭部１８２との高さを調節するためである。

集電体１０４は、電極端子１０５と発電要素１０１とに電気的に接続されるとともに、筐体１０２（蓋体１０３）に物理的（機械的）にも接続される部材である。本実施の形態の場合、集電体１０４は、端部が膨出部１３１に嵌合する状態で配置されている。

また、集電体１０４は、蓋体１０３から筐体１０２の壁部に渡って壁部および蓋体１０３に沿って屈曲状態で配置される金属製の板状部材である。また、集電体１０４は、電極端子１０５とともに蓋体１０３に固定的に接続されており、発電要素１０１の負極、または、正極にそれぞれ溶接などによって固定され、かつ、電気的に接続されている。これにより、発電要素１０１は、筐体の内部において集電体１０４により保持される。

なお、発電要素１０１の負極に取り付けられる集電体１０４は、銅で形成され、正極に取り付けられる集電体１０４はアルミニウムで形成されている。

電極端子１０５は、外部の機器や他の電池などと蓄電素子１００とを電気的に接続するための端子であり、接続部１５１と、軸部１５２と、当接部１５３と、貫通孔１５４とを備えている。

本実施の形態の場合、電極端子１０５は、軸部１５２と接続部１５１とを鍛造により一体に形成することにより製造されている。また、正極側に配置される電極端子１０５はアルミニウムを主とする材質で形成され、負極側に配置される電極端子１０５は銅を主とする材質で形成されている。

接続部１５１は、筐体１０２に取り付けられた際に外側に向く面の全体が一平面内に配置される平面部１５５を一面に有する板状の導電性を備えた部材である。接続部１５１は、外部の機器や他の電池などと蓄電素子１００とを電気的に接続する際に、バスバーや他の電極端子などの通電部材２００と直接接触する部分であり、板状の接続部１５１の最大面積の平面部１５５が通電部材２００と直接接触することにより広い接触面積を実現している。

軸部１５２は、平面部１５５の反対側である他面から平面部１５５と交差する方向（図中Ｚ方向）に突出状態で接続部１５１に一体に設けられ、筐体１０２、および、集電体１０４に挿通状態で配置される棒状の導電性を備えた部材である。本実施の形態の場合、軸部１５２は、金属製のリベットに類似した部材であり、第一絶縁部材１０９に設けられた孔、蓋体１０３（膨出部１３１）に設けられた孔、第二絶縁部材１０７に設けられた孔、集電体１０４に設けられた孔に刺し通された状態で接続部１５１と当接部１５３との距離を維持して挟持力を発生させる部分である。なお、軸部１５２と蓋体１０３との間には、第一絶縁部材１０９が介在配置されており、軸部１５２は、集電体１０４接続部１５１に電気的に接続され、蓋体１０３とは絶縁状態が保たれるものとなっている。

当接部１５３は、接続部１５１と協働し、軸部１５２を介して筐体１０２、および、集電体１０４を挟持する部材であり、軸部１５２の先端部に設けられる部分である。本実施の形態の場合、当接部１５３は、軸部１５２の先端部を塑性変形させることにより設けられる部分である。より具体的には、第一絶縁部材１０９、蓋体１０３、第二絶縁部材１０７、集電体１０４の順で重ね合わされた物に対し、軸部１５２が重ね合わせ方向に刺し通された状態で配置された後、軸部１５２の先端部を工具を用いて塑性変形させることにより当接部１５３が形成される。なお、前記重ね合わされたものを接続部１５１とで挟持するために、軸部１５２からフランジ状に広がり、かつ、軸部１５２が短くなるように塑性変形することにより当接部１５３が形成される。これらはいわゆるリベットのかしめによる締結に類似するものである。

なお、当接部１５３は、軸部１５２の塑性変形によるものばかりで無く、軸部１５２に雄ねじを設け、ナット状の当接部１５３を軸部１５２に螺着することにより軸部１５２の先端に設けてもかまわない。

貫通孔１５４は、接続部１５１を平面部１５５と交差する方向に貫通し、他の機器などと接続部１５１とを電気的に接続するためのボルト１０８が挿通される孔である。また、貫通孔１５４は、挿通されたボルト１０８の頭部１８２が回転しようとする際に膨出部１３１と頭部１８２とが干渉する位置に配置される。つまり、貫通孔１５４に挿通されたボルト１０８の回転軸と頭部１８２の最も突出した部分との距離は、貫通孔１５４の孔軸と膨出部１３１の貫通孔１５４に面している側壁との間の距離よりも長い。

本実施の形態の場合、貫通孔１５４は、筐体１０２に設けられる膨出部１３１に軸部１５２が挿通された状態で膨出部１３１の側方に、軸部１５２の中心軸とほぼ平行に並ぶように配置される。より具体的には、貫通孔１５４の位置は、貫通孔１５４にボルト１０８が刺し通された状態で、ボルト１０８と膨出部１３１とが第一絶縁部材１０９によって絶縁が保てる程度に近接できる位置に設けられている。これにより、接続部１５１が大型化することを回避でき、蓄電素子１００全体の重量増加を抑制することができる。

また、貫通孔１５４は膨出部１３１よりも内側に配置されている。これは、貫通孔１５４を膨出部１３１の外側にすると、集電体１０４の位置が内側に配置されることとなり、発電要素１０１の塗工部面積を小さくしなくてはならなくなる。つまり、膨出部１３１が集電体１０４の取り付け部となるため、膨出部１３１の方が貫通孔１５４より外側にあることによって、塗工部面積の大きい発電要素１０１を採用することができる。なおかつ、集電体１０４と接続する部分が発電要素１０１のスペース外となるので、発電要素１０１を収容するスペースが上下方向に確保できる。

ボルト１０８は、外部の機器や他の電池などと電気的に接続するための通電部材２００（図３参照）、例えばバスバーなどの通電部材２００を電極端子１０５と電気的かつ物理的に接続するための部材である。本実施の形態の場合、通電部材２００を着脱可能に締結できるようボルト１０８は、ねじ部１８１と頭部１８２とを備えており、通電部材２００に設けられる孔にねじ部１８１を刺し通した後、ナット２０１で締め付けることによって、電極端子１０５の接続部１５１と通電部材２００とを挟持状態で接続するものとなっている。

第一絶縁部材１０９は、筐体１０２とボルト１０８、および、筐体１０２（膨出部１３１）と電極端子１０５とを電気的に絶縁する部材である。本実施の形態の場合、第一絶縁部材１０９は、樹脂などの絶縁体で形成される板状の部材であって、膨出部１３１を覆うと共に、ボルト１０８の頭部１８２を収容する形状となっている。

第二絶縁部材１０７は、筐体１０２と集電体１０４とを電気的に絶縁する部材である。本実施の形態の場合、第二絶縁部材１０７は、樹脂などの絶縁体で形成される薄い箱状の部材であって、膨出部１３１に筐体１０２の内側から嵌合状態で配置されている。

以上の構成により、ボルト１０８に刺し通される通電部材２００をナット２０１で締め付けて、電極端子１０５と通電部材２００とを締結した場合、平面な接続部１５１と通電部材２００とが広い接触面積で接続されるため、接続部分における電力の損失を低減することが可能となる。

また、膨出部１３１により、ボルト１０８の回転が止められるため、別部材を設けることなく接続部１５１とバスバーなどの他の端子とを所望の強さで締結することが可能となる。また、位置決めがしやすくなる。

また、接続部１５１の貫通孔１５４に挿入状態で配置されるボルト１０８の頭部１８２を配置する空間を膨出部１３１の側方に確保することができ、頭部１８２を配置する空間を確保するための別部材などを廃止することが可能となる。

また、集電体１０４を筐体１０２に取り付けるための空間を筐体１０２から突出した位置に配置することで、発電要素１０１を配置する空間を広くすることができ、蓄電素子１００全体の大きさの増加を抑制しつつ蓄電素子１００の容量を増加させることが可能となる。

次に、電極端子１０５の別例を説明する。

図６は、電極端子の別例を示す斜視図である。

図７は、同電極端子を断面で示す側面図である。

同図に示すように、電極端子１０５は、軸部１５２を接続部１５１の他面１５６に設けられる穴部１５７に圧入することにより、当初別体であった軸部１５２と接続部１５１とが一体となって形成されている。

穴部１５７は、軸部１５２が挿入される挿入部１５８と、軸部１５２が挿入される方向（図中Ｚ軸方向）と交差する方向（図中ＸＹ平面内）に延在する係合部１５９とを備え、さらにフランジ形成部１６０を備えている。

接続部１５１に設けられた穴部１５７に、係合部１５９が形成されることで、軸部１５２を圧入する際に軸部１５２が係合部１５９を充填するように塑性変形し、接続部１５１に対して軸部１５２が回動することを抑止することが可能となる。また、フランジ形成部１６０にも軸部１５２が充填されることにより、軸部１５２を介して接続部１５１と当接部１５３とで筐体１０２や集電体１０４を挟持する際に、強い挟持力を発生させることが可能となる。

なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。

本願発明は、二次電池などの蓄電素子に利用可能であり、特に、大電流を長時間必要とする自動車などに搭載される蓄電素子に利用可能である。

１００ 蓄電素子
１０１ 発電要素
１０２ 筐体
１０３ 蓋体
１０４ 集電体
１０５ 電極端子
１０７ 第二絶縁部材
１０８ ボルト
１０９ 第一絶縁部材
１２０ 容器
１３１ 膨出部
１５１ 接続部
１５２ 軸部
１５３ 当接部
１５４ 貫通孔
１５５ 平面部
１５６ 他面
１５７ 穴部
１５８ 挿入部
１５９ 係合部
１６０ フランジ形成部
１８１ ねじ部
１８２ 頭部
２００ 通電部材
２０１ ナット

Claims (8)

1. 発電要素と、前記発電要素を収容する筐体と、前記筐体の外部から前記発電要素への電気的接続を集電体を介して可能とする電極端子とを備える蓄電素子であって、
   前記電極端子は、
   平面を有する板状の接続部と、
   前記平面と交差する方向に突出状態で前記接続部に一体に設けられ、前記筐体、および、前記集電体に挿通状態で配置される棒状の軸部と、
   前記軸部の先端部に設けられ、前記集電体と当接する当接部と、
   前記接続部を前記平面と交差する方向に貫通し、他の機器と前記接続部とを電気的に接続するためのボルトが挿通される貫通孔とを備え、
   前記筐体は、外向きに膨出する膨出部を備え、
   前記電極端子の軸部は、前記膨出部に挿通された状態で配置され、
   前記貫通孔は、前記膨出部の側方であって、当該貫通孔に挿通されたボルトの頭部が回転しようとする際に前記膨出部と前記頭部とが干渉する位置に配置され、
   前記貫通孔に挿通されたボルトの回転軸と前記頭部の最も突出した部分との距離は、前記貫通孔の孔軸と前記膨出部の前記貫通孔に面している側壁との間の距離よりも長い
   蓄電素子。
2. 前記膨出部の膨出高さは、少なくとも前記頭部の厚みよりも高い
   請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記当接部は、前記膨出部の内方に配置される
   請求項１または２に記載の蓄電素子。
4. 前記膨出部は、前記貫通孔よりも外側に配置される
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
5. 前記接続部は、前記筐体に取り付けられた際に外側に向く面の全体が一平面内に配置される平面部を一面に備える
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電素子。
6. 前記電極端子の前記当接部は、前記軸部の先端部を塑性変形させることにより設けられる
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電素子。
7. 前記電極端子の前記軸部は、前記接続部の他面に設けられる穴部に圧入されることにより前記接続部に一体に設けられる
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄電素子。
8. 前記穴部は、
   前記軸部が挿入される挿入部と、
   前記軸部が挿入される方向と交差する方向に延在する係合部とを備える
   請求項７に記載の蓄電素子。

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