CN106997807A - 蓄电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及蓄电设备。该蓄电设备具有：电极体，其具有多个正极板和多个负极板，并通过将正极板和负极板夹着隔膜交替地层叠而成；以及容纳体，其将电极体同离子传导体一起容纳，在该蓄电设备中设置有产生规定方向的磁力线的磁场产生单元(60)。

Description

蓄电设备
技术领域
本发明涉及蓄电设备。
背景技术
作为蓄电设备的例子，列举锂离子电容器、锂离子二次电池等。例如锂离子电容器具有在正极集电箔上通过涂布等形成活性炭等正极活性物质的多个正极板，以及在负极集电箔上涂布碳素等负极活性物质层而成的多个负极板，并具有正极板和负极板夹着由纤维素等形成为薄膜状的隔膜交替地层叠而成的电极体。而且，该电极体与电解液一同被容纳在容纳体中来构成锂离子电容器。例如锂离子电容器作为能够兼具大容量和高输出的蓄电设备，期待向各种用途拓展，也期待向车辆用的拓展。
例如在日本特开平6-84544号公报中记载了一种锂二次电池，该锂二次电池具有双电层去除单元，该双电层去除单元通过至少部分地去除负极、正极、介于负极与正极之间的电解液、存在于负极以及正极与电解液的界面的双电层而形成的。另外，双电层去除单元由在与连结正极和负极的方向(相当于层叠方向)正交的方向产生磁力线的一对交变磁场产生电磁铁构成，从振荡器向该一对交变磁场产生电磁铁供给交流电流，交替地变更磁力线的方向。通过交替地变更磁力线的方向来交替地变更作用于电解液的力的方向，从而对电解液赋予搅拌作用。而且，通过赋予给电解液的搅拌作用破坏存在于电极界面的双电层，使伴随锂二次电池的充放电而产生的内部电阻降低，实现快速充电。
在将蓄电设备应用于车辆的情况下，需要假定例如从在-40[℃]左右的寒冷地区的使用到在+50[℃]左右的炎热地区的使用在非常宽的温度范围中的使用。但是，蓄电设备具有随着温度变低而内部电阻增大的趋势(参考图11中的图表G2)，-40[℃]左右的情况下的内部电阻例如相对于在环境温度为25[℃]左右的情况下的内部电阻为50倍以上。由于若内部电阻增加则蓄电设备的充放电特性降低，因此不优选。
与此相对，日本特开平6-84544号公报中记载的发明并不是用于抑制蓄电设备在低温时的特性降低的发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种蓄电设备，该蓄电设备通过抑制比较低温时的内部电阻的增加来抑制比较低温时的充放电特性的降低，能够进一步提高比较低温时的充放电特性。
本发明的一个方式的蓄电设备具有：电极体，其具有多个正极板和多个负极板，通过将上述正极板和上述负极板夹着隔膜交替地层叠而成；以及容纳体，将上述电极体同离子传导体一起容纳。在上述蓄电设备中设置有产生规定方向的磁力线的磁场产生单元。
根据上述方式的蓄电设备，通过磁场能够抑制蓄电设备的内部电阻的增加，尤其是能够较大地抑制低温时的内部电阻的增加(参照图11)。通过抑制比较低温时的蓄电设备的充放电特性的降低，能够进一步提高比较低温时的蓄电设备的充放电特性。另外，由于只要设置产生规定方向的磁力线的磁场产生单元即可，因此只要向适当位置设置简单的磁场产生单元即可，容易实现。
在上述方式的蓄电设备中，上述磁场产生单元可以被配置为产生与层叠的方向平行的方向的磁力线。
根据上述方式的蓄电设备，由于通过使磁力线的方向与层叠的方向平行，从而能够使磁力线均匀地透过正极板以及负极板整体来向正极板、负极板均匀地赋予磁场的效果，所以能够进一步提高比较低温时的蓄电设备的充放电特性。
在上述方式的蓄电设备中，可以形成进行物理的充放电的双电层。
根据上述方式的蓄电设备，通过形成进行物理的充放电的双电层，与通过化学反应积蓄能量的二次电池等不同，是通过离子的物理性的吸附积来蓄能量，所以几乎不会产生构成材料的劣化，能够长寿命化。
附图说明
通过以下参照附图对本发明的实施方式进行描述，本发明的上述和其它特征及优点会变得更加清楚，其中，相似的标记用于表示相似的要素。
图1是说明正极板的外观的例子的图。
图2是图1中的II-II剖视图。
图3是说明负极板的外观的例子的图。
图4是图3中的IV-IV剖视图。
图5是对将夹着隔膜交替地层叠正极板和负极板而成的电极体与电解液一同用层压部件密封的蓄电设备的构造进行说明的分解立体图。
图6是对在蓄电设备中设置产生规定方向的磁力线的磁场产生单元的样子进行说明的立体图。
图7是对交替地层叠蓄电设备和磁场产生单元的样子进行说明的侧视图。
图8是图7中的VIII-VIII剖视图。
图9是对变更了磁力线相对于蓄电设备的方向的例子进行说明的图。
图10是说明磁场的效果等的图。
图11是对通过磁力线抑制蓄电设备的内部电阻增加率的效果进行说明的图。
具体实施方式
以下使用附图依次对本发明的实施方式进行说明。此外在记载了X轴、Y轴、Z轴的图中，X轴与Y轴与Z轴相互正交。而且，Z轴向表示朝向上方的铅直方向，X轴向表示从蓄电设备突出的正极端子和负极端子的突出方向。此外，在本实施方式的说明中，是以锂离子电容器作为蓄电设备的例子来进行说明。
蓄电设备50如图5所示，具有多个正极板10和多个负极板20，正极板10和负极板20夹着隔膜30交替地层叠而成的电极体同电解液45(离子传导体)一同被层压部件40包裹而被密封。另外，在以下的说明中，虽然以电解液45作为离子传导体，但也可以是将正极板10、负极板20、离子传导体的整体作为固体的全固体电池等。另外，作为密封的容器，并不仅限于层叠物(层压)，也可以使用不锈钢、铝等金属。
如图1以及图2所示，正极板10具有矩形形状的集电部11、和以从集电部11的一边的一端(在图1的例子中为上边的左端)突出的方式设置的突出部12。而且，正极板10通过在集电部11和突出部12一体形成的集电箔14中的集电部11的两面涂布正极活性物质层13等(经由粘合剂保持)来形成。集电箔14例如是铝、铝合金等金属箔。正极活性物质层13例如是活性炭、碳纳米管、包括碳黑等导电助剂，以聚合物为主成分的粘合用的粘合剂。
如图3以及图4所示，负极板20具有矩形状的集电部21、和以从集电部21的一边的一端(在图3的例子中为上边的右端)突出的方式设置的突出部22。而且，负极板20通过在集电部21和突出部22一体形成的集电箔24的集电部21的两面上涂布负极活性物质层23等(经由粘合剂保持)来形成。集电箔24例如是铜、铜合金、镍、不锈钢等金属箔。负极活性物质层23例如是石墨，包括与正极活性物质层同样的导电助剂、粘合剂。
隔膜30是避免正极板10与负极板20直接接触，并且具有很多能够通过各离子且保持电解液的微细的孔、即所谓的多孔质的薄膜。另外隔膜30形成得比正极板10的集电部11、负极板20的集电部21大一圈。隔膜30例如是聚烯烃类，纤维素类的微多孔质膜。
层压部件40相当于容纳体，如图8所示，外侧片42与成为芯材片41的外侧的面粘接，内侧片43与成为芯材片41的内侧的面粘接。例如芯材片41为铝箔，外侧片42为聚丙烯尼龙PET膜等树脂材料，内侧片43为聚丙烯等树脂材料。
如图5所示，将正极板10和负极板20夹着隔膜30交替地层叠而成的电极体的一端为负极板20，另一端也为负极板20。并且，该电极体与电解液45一同被层压部件40包裹，对层压部件40进行熔接等来将电极体和电解液45密封。电解液45由溶剂和电解质形成，使用有机溶剂作为溶剂，电解质包含电离成锂离子和阴离子的锂盐。另外如图6所示，多个正极板10的突出部12集中而形成正极端子51，多个负极板20的突出部22集中而形成负极端子52。
为了将上述说明的蓄电设备50利用为车辆用，而作为层叠多个蓄电设备50而成的蓄电设备层叠体来利用。另外，层叠时与磁场产生单元60一同层叠。例如如图6以及图7所示，蓄电设备层积体70由产生规定方向的磁力线的磁场产生单元60和蓄电设备50交替地层叠而构成。
磁场产生单元60例如是产生规定方向的磁力线的永磁铁，被设置为，设置在蓄电设备50的外面、且正极板10以及负极板20的层叠方向的一端和另一端，并夹着蓄电设备50。换言之，在将层叠方向作为上下方向的情况下，被设置在蓄电设备的上面和下面。而且，夹着蓄电设备50的一对磁场产生单元60以一个磁场产生单元60的N极与另一个磁场产生单元60的S极对置的方式设置。另外，优选将磁场产生单元60设置在不与负极板20接触的分离的位置上。通过在与负极板20分离的位置设置磁场产生单元60，不仅负极板20的表面，还能够对电解液、正极板等施加磁力线。
如图7以及图8所示，以虚线表示的磁力线M从N极朝向S极延伸，相对于蓄电设备50，成为与蓄电设备50内的正极板10以及负极板20的层叠方向平行的方向。此外，根据发明者进行的使用了高斯计的实验，能够确认出磁力线M透过层压部件40、正极板10、负极板20的各金属箔。此外，图8中，为了容易明白，在蓄电设备50内的各部件之间设置间隙来记载。然而，实际上几乎没有间隙，在正极板10和负极板20几乎无间隙地夹着隔膜30，在隔膜30的微细孔中保持电解液45。
此外，如图9所示，也可以使夹着蓄电设备50的一对磁场产生单元60以N极彼此对置或S极彼此对置的方式设置。在此情况下，与图7所示的情况同样地，能够对蓄电设备50内的电极体赋予磁力线M所产生的效果。但是，该情况下，在蓄电设备50的中央附近会产生磁力线几乎不透过的区域，使磁力线均匀地透过蓄电设备50内的电极体较困难。因此，与图9所示的构成相比，如图7所示那样使与电极体的层叠的方向平行的磁力线M透过能够使磁力线均匀地透过正极板以及负极板整体来将磁场的效果均匀地赋予给正极板、负极板整体，所以更优选
接下来，使用图10，对于磁力线M所产生的磁场效果，在以下的(1)～(7)中进行说明，在图10中也表示该(1)～(7)。此外在图10中，符号80表示溶剂，符号81表示锂离子(阳离子)，符号82表示电解质离子(阴离子)，符号83表示溶剂分子，符号84表示固体电解质膜。
(1)使活性物质层、导电助剂(包含在活性物质层中)、金属箔等的电传导率增加。
(2)使电解液45的离子传导率增加。
(3)使电解液、锂离子81(阳离子)、电解质离子82(阴离子)在活性炭(正极活性物质层)的微细的孔中移动的速度增加。
(4)通过使从电解液中的溶剂80脱离锂离子8的反应、和接受从负极板20放出的锂离子81并再次形成溶剂80的反应所需的能量降低(降低溶剂的脱离/形成所需要的能量)，来使反应速度增加。
(5)使锂离子81通过固体电解质膜84的速度增加。
(6)通过使石墨(负极活性物质层)的六角板状结晶的层与层的空间同与正极板10对置的方向一致，使锂离子81的插入速度以及脱离速度即反应速度增加。
(7)朝向负极板20使通过了固体电解质膜84的锂离子81立刻向石墨内部方向迅速扩散，使锂离子81的吸纳性提高，并使锂离子81的插入速度以及脱离速度即反应速度增加。
另外，在锂离子电容器中，构成为对正极板10形成双电层(是在电解液与电极的界面隔开极短的距离，电荷取向的现象，该情况下，为电解液的正极侧)，若施加电场就能够极化，与锂离子电池相比，以能够快速充放电的方式通过双电层进行物理的充放电。此外，物理的充放电是指在正极板的活性炭的表面物理地积蓄、放出电荷。这样，与通过化学反应积蓄能量的二次电池等不同，由于是通过正极板的活性炭的表面的离子的物理性的吸附来积蓄能量，所以几乎不会产生构成材料的劣化，能够长寿命化。而且，通过在充放电时作用磁场，在被双电层中分开的部分(正极板或负极板等)产生洛伦兹力等，离子等能够迅速地移动，从而能够提高充放电特性。特别是通过在正极板作用磁场(通过产生洛伦兹力等)，电解液中的离子被拉伸，离子能够在活性炭细孔内迅速地扩散，从而能够进一步提高充放电特性。另外，在负极板上也形成细孔的情况下，同样地通过离子的迅速扩散，也能够进一步提高充放电特性。另外，与锂离子电容器同样地，通过对在正极板或负极板(电解液中)形成双电层的电容器也作用磁场，同样地能够提高充放电特性。
图11表示横轴为温度(环境温度)[℃]、纵轴为装置50的内部电阻增加率的情况下的图表。以实线表示的图表G1表示设置了磁场产生单元的本实施例的蓄电设备的特性，以虚线表示的图表G2表示没有设置磁场产生单元的以往的蓄电设备的特性。如从该图表G1、G2所知的那样，在设置了磁场产生单元的本实施例中，在温度为0[℃]以下的低温的情况下，与以往相比能够将内部电阻相对于温度的增加率抑制到一半左右。即，通过进一步抑制比较低温时的充放电特性的降低，能够进一步提高比较低温时的蓄电设备的充放电特性。
本发明的蓄电设备并不限于本实施方式中说明的构造、构成、外观、形状等，在不变更本发明的主旨的范围内能够进行各种变更、追加、删除。
在本实施方式的说明中，虽然作为蓄电设备以锂离子电容器为例进行说明，但并不限于锂离子电容器，也能够应用于锂离子二次电池、双电层电容器、全固体电池等多种蓄电设备。
在本实施方式的说明中，虽然是以将作为产生规定方向的磁场的磁场产生单元60的永磁铁设置在蓄电设备的外面为例进行说明，但也可以将永磁铁设置在蓄电设备内。另外，可以代替永磁铁而使用线圈和电源产生规定方向的磁场，也可以在蓄电设备内混入磁粉。混入磁粉的情况下的规定方向的磁场并不是指各磁粉引起的磁场的方向相同，而是指各磁粉引起的磁场的方向不可变而被固定。

Claims (5)

1.一种蓄电设备，具备：
电极体，具有多个正极板和多个负极板，通过将所述正极板和所述负极板夹着隔膜交替地层叠而成；以及
容纳体，将所述电极体同离子传导体一起容纳，
在所述蓄电设备中设置有产生规定方向的磁力线的磁场产生单元。
2.根据权利要求1所述的蓄电设备，其特征在于，
所述磁场产生单元被配置为产生与所述层叠的方向平行的方向的磁力线。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的蓄电设备，其特征在于，
形成有进行物理的充放电的双电层。
4.根据权利要求3所述的蓄电设备，其特征在于，
以磁场作用于在充放电时被所述双电层分开而形成的所述正极板的细孔部分的离子的方式配置所述磁场产生单元。
5.根据权利要求3所述蓄电设备，其特征在于，
以磁场作用于在充放电时被所述双电层分开而形成的所述负极板的表面部分的离子的方式配置所述磁场产生单元。
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