DE102015215435A1

DE102015215435A1 - Energiespeichervorrichtung

Info

Publication number: DE102015215435A1
Application number: DE102015215435.1A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Sasaki; Taro Yamafuku; Masaki Masuda
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2014-08-18
Filing date: 2015-08-13
Publication date: 2016-02-18
Also published as: US10991969B2; US20160049685A1; JP6748401B2; JP2016042433A; CN105375054A

Abstract

Eine Energiespeichervorrichtung umfasst: eine abgeflachte Elektrodenanordnung, die durch gewickelte Elektroden gebildet ist, so dass ein hohler Abschnitt in einer Mitte der Wicklung gebildet ist, wobei Elektrodenanordnung ein Paar von gekrümmten Abschnitten, die in der Hauptachsenrichtung gegenüberliegen, und ein Paar von flachen Abschnitten, die in der Nebenachsenrichtung gegenüberliegen, umfasst; und ein Gehäuse, das die Elektrodenanordnung darin aufnimmt, wobei unter der Annahme einer Dicke des flachen Abschnitts in der Nebenachsenrichtung als A, einer Dicke des gekrümmten Abschnitts in einer radialen Richtung als B und einer Dicke des hohlen Abschnitts in der Nebenachsenrichtung als W die Elektrodenanordnung A + (W/2) ≤ B in einem Zustand erfüllt, in dem die Elektrodenanordnung entladen wird.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine aufladbare und entladbare Energiespeichervorrichtung.
HINTERGRUND
Herkömmlicherweise ist eine Sekundärbatterie bekannt geworden, die umfasst: eine Wicklungselektrodenanordnung, die durch Wickeln von streifenförmigen Elektroden gebildet ist; und ein Gehäuse, das die Elektrodenanordnung darin aufnimmt (siehe JP-A-2013-214456 (PTL 1)). Die Elektrodenanordnung weist eine abgeflachte zylindrische Form auf. Um genauer zu sein, weist die Elektrodenanordnung eine Nebenachse und eine Hauptachse auf, die zueinander orthogonal sind, und umfasst: ein Paar von gekrümmten Abschnitten, die sich in einer gegenüberliegenden Art und Weise in einer Hauptachsenrichtung gegenüberstehen; und ein Paar von flachen Abschnitten, die entsprechende Endabschnitte des Paares von gekrümmten Abschnitten miteinander verbindet und sich in einer gegenüberliegenden Art und Weise in einer Nebenachsenrichtung gegenüberstehen.
In der Sekundärbatterie dehnt sich die Elektrodenanordnung aufgrund eines Ladens und Entladens aus oder zieht sich zusammen. In der Sekundärbatterie verschlechtern sich die Elektroden aufgrund der Wiederholung eines Ladens und Entladens und die Elektrodenanordnung dehnt sich aufgrund der Abscheidung eines Reaktionsnebenprodukts (ein Film, ein Gas oder dergleichen) aus, das eine Verschlechterung auf Oberflächen der Elektroden zurückzuführen ist.
In der Sekundärbatterie gibt es einen Fall, wobei eine Falte/Vertiefung auf einer Oberfläche einer Elektrode in einer Richtung senkrecht zu einer Wickelrichtung (Nebenachsenrichtung der Elektrode) aufgrund einer Ausdehnung oder eines Zusammenschrumpfens der Elektrodenanordnung gebildet wird. Um genauer zu sein, wird in dem flachen Abschnitt der Elektrodenanordnung die geweitete Elektrode beispielsweise derart gekrümmt, so dass sich die Elektrode in Richtung eines hohlen Abschnitts ausdehnt, so dass die Ausdehnung absorbiert wird, wodurch eine auf die Ausdehnung zurückzuführende Spannung in der Elektrode minimal auftritt. Demzufolge wird eine Falte/Vertiefung an der Elektrode an dem flachen Abschnitt minimal gebildet. Jedoch sind in dem gekrümmten Abschnitt der Elektrodenanordnung die Elektroden dicht herum gewickelt und daher kann sich die ausgedehnte Elektrode nicht in der radialen Richtung bewegen und beabsichtigt, sich in der Wickelrichtung zu bewegen. Demzufolge kann eine auf die Ausdehnung zurückzuführende Spannung auf einen Grenzabschnitt zwischen dem gekrümmten Abschnitt und dem flachen Abschnitt in der Elektrodenanordnung konzentriert werden und daher kann eine Falte/Vertiefung auf der Elektrode an dem Grenzabschnitt in der Richtung senkrecht zu der Wickelrichtung gebildet werden.
Wenn die Falte/Vertiefung in der Elektrode auf diese Weise gebildet wird, wird ein Widerstand in einem Abschnitt, wo die Falte/Vertiefung gebildet ist, erhöht und daher kann ein Absenken einer Kapazität, einer Elektrodenposition oder dergleichen in der Elektrodenanordnung auftreten.
ZUSAMMENFASSUNG
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energiespeichervorrichtung bereitzustellen, wobei die Bildung einer Falte an/auf einer Elektrode, die eine Elektrodenanordnung bildet, an einem Grenzabschnitt zwischen einem gekrümmten Abschnitt und einem flachen Abschnitt der Elektrodenanordnung unterdrückt werden kann.
Eine Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst: eine abgeflachte Elektrodenanordnung, die durch gewickelte/gewundene Elektroden gebildet ist, so dass ein hohler Abschnitt in der Mitte der Wicklung gebildet ist, wobei die Elektrodenanordnung eine Nebenachse und eine Hauptachse aufweiset, die senkrecht zueinander sind/stehen, die Elektrodenanordnung ein Paar von gekrümmten Abschnitten, die in der Hauptachsenrichtung gegenüberliegen, und ein Paar von flachen Abschnitten, die in der Nebenachsenrichtung gegenüberliegen, umfasst, und die flachen Abschnitte entsprechende Endabschnitte der gekrümmten Abschnitte miteinander verbindet; und ein Gehäuse, das die Elektrodenanordnung darin aufnimmt, wobei unter der Annahme einer Dicke/Stärke des flachen Abschnitts in der Nebenachsenrichtung als A, einer Dicke/Stärke des gekrümmten Abschnitts in einer radialen Richtung als B und einer Dicke/Stärke des hohlen Abschnitts in der Nebenachsenrichtung als W die Elektrodenanordnung die folgende Formel in einem Zustand erfüllt, wobei die Elektrodenanordnung entladen wird. A + (W/2) ≤ B
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Vorderansicht der Energiespeichervorrichtung.
3 zeigt eine Schnittdarstellung entlang einer Linie III-III in 1.
4 zeigt eine Schnittdarstellung entlang einer Linie IV-IV in 1.
5 zeigt eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Elektrodenanordnung der Energiespeichervorrichtung beschreibt.
6 zeigt eine Ansicht, die ein Verfahren zum Messen eines Parameters beschreibt.
7 zeigt eine schematische Ansicht, die eine Größe der Ausdehnung eines Wicklungskernes in einer Hauptachsenrichtung beschreibt, wenn der Wicklungskern in einer Nebenachsenrichtung kollabiert.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer die Energiespeichervorrichtung umfassenden Energiespeichereinrichtung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst: eine abgeflachte Elektrodenanordnung, die durch gewickelte/gewundene Elektroden gebildet ist, so dass ein hohler Abschnitt in einer Mitte der Wicklung gebildet ist, wobei die Elektrodenanordnung eine Nebenachse und eine Hauptachse aufweiset, die senkrecht zueinander verlaufen/stehen, die Elektrodenanordnung ein Paar von gekrümmten Abschnitten, die in der Hauptachsenrichtung gegenüberliegen, und ein Paar von flachen Abschnitten, die in der Nebenachsenrichtung gegenüberliegen, umfasst, und die flachen Abschnitte entsprechende Endabschnitte der gekrümmten Abschnitte miteinander verbindet; und ein Gehäuse, das die Elektrodenanordnung darin aufnimmt, wobei unter der Annahme einer Dicke/Stärke des flachen Abschnitts in der Nebenachsenrichtung als A, einer Dicke/Stärke des gekrümmten Abschnitts in einer radialen Richtung als B und einer Dicke/Stärke des hohlen Abschnitts in der Nebenachsenrichtung als W die Elektrodenanordnung die folgende Formel in einem Zustand erfüllt, wobei die Elektrodenanordnung entladen wird. A + (W/2) ≤ B
Die oben erwähnten Parameter werden in einem Zustand gemessen, wobei die Elektrodenanordnung in dem Gehäuse aufgenommen ist. Die oben erwähnte Formel wird in einem Zustand erfüllt, wobei die Elektrodenanordnung in dem Gehäuse aufgenommen ist. Das gleiche gilt für später beschriebene Formeln.
Wie oben beschrieben, weist der gekrümmte Abschnitt eine Dickengröße auf, die gleich oder größer als eine Größe des flachen Abschnitts in einer Dickenrichtung ist (Dicke eines flachen Abschnitts in einer Nebenachsen-(Schicht-)Richtung + 1/2 der Größe eines hohlen Abschnitts in einer Nebenachsenrichtung), wenn die Erzeugung einer auf die Ausdehnung zurückzuführenden Spannung durch die Absorption der Ausdehnung/Expansion der Elektrode aufgrund eines Ladens durch Biegen der Elektrode in Richtung des hohlen Abschnitts unterdrückt wird. Demzufolge wird ein Abstand zwischen Elektroden in der Schichtrichtung (Radialrichtung) in dem gekrümmten Abschnitt auf eine Größe erhöht, bei welcher die Ausdehnung der Elektrode aufgrund eines Ladens absorbiert werden kann. Das heißt, die Bewegung der den gekrümmten Abschnitt bildenden Elektrode kann in radialer Richtung in dem gekrümmten Abschnitt bewegt werden und somit ist es möglich, die Konzentration einer auf die Ausdehnung zurückzuführenden Spannung auf einen Grenzabschnitt zwischen einem flachen Abschnitt und einem gekrümmten Abschnitt zu unterdrücken. Als ein Ergebnis kann die Bildung einer Falte/Vertiefung an der den Grenzabschnitt bildendenden Elektrode an/auf dem Grenzabschnitt unterdrückt werden.
In der Energiespeichervorrichtung kann die Elektrodenanordnung einen zylindrischen/zylinderförmigen Wicklungskern umfassen, der den hohlen Abschnitt umgibt, und die Elektroden können um den Umfang des Wicklungskernes gewickelt werden.
Bei einer solchen Konfiguration weist der Wicklungskern eine hohlzylindrische Form auf und somit kann im Gegensatz zu einem festen Wicklungskern die Elektrode, die den flachen Abschnitt bildet, in Richtung der Seite des hohlen Abschnitts gebogen werden. Dementsprechend, wenn sich die Elektrode, die den flachen Abschnitt bildet, ausdehnt, wird ein Biegen (Ausdehnung/Expansion) der Elektrode in Richtung der Seite des hohlen Abschnitts ermöglicht und als ein Ergebnis kann die Bildung einer Falte/Vertiefung, wenn sich die Elektrode an dem flachen Abschnitt ausdehnt, unterdrückt werden. Ferner, wenn sich die Elektrode zusammenzieht, wird eine Reaktionskraft auf die Elektrode durch den Wicklungskern von der Seite des hohlen Abschnitts ausgeübt und daher kann die Bildung einer Falte/Vertiefung, wenn sich die Elektrode zusammenzieht, ebenfalls unterdrückt werden.
In diesem Fall kann die Elektrodenanordnung die folgende Formel in einem Zustand erfüllen, wobei die Elektrodenanordnung entladen wird. A + (π/4)W ≤ B
Durch Einstellen einer Dicke/Stärke des gekrümmten Abschnitts unter Berücksichtigung einer Größe der Ausdehnung eines Wicklungskernes in einer Hauptachsenrichtung, wenn der Wicklungskern in einer Nebenachsenrichtung kollabiert ((π/4) – (1/2))W, selbst in einem Zustand, wobei der Wicklungskern in einer Nebenachsenrichtung kollabiert, kann die Bildung der Falte/Vertiefung an/auf der den Wicklungskern aufweisenden Elektrodenanordnung unterdrückt werden. Das oben erwähnte ((π/4) – (1/2))W stellt einen Wert dar, der durch Subtrahieren einer Länge α eines gekrümmten Abschnitts in einer Hauptachsenrichtung in einem Zustand, wobei der Wicklungskern nicht kollabiert ist (in einem Zustand, wobei der gekrümmte Abschnitt eine Bogenform aufweist) von einer Länge β des gekrümmten Abschnitts in einer Hauptachsenrichtung erhalten wird, wenn der Wicklungskern in der Nebenachsenrichtung kollabiert, wie dies beispielsweise in 7 gezeigt ist.
In der Energiespeichervorrichtung kann die Elektrodenanordnung die folgende Formel in einem Zustand erfüllen, wobei die Elektrodenanordnung entladen wird. B ≤ A + W
Durch Einstellen einer Dicke/Stärke B des gekrümmten Abschnitts in einer radialen Richtung auf einen Wert, der gleich oder kleiner als eine maximale Größe ist, die ein flacher Abschnitt einnehmen kann, wenn die Elektrode in Richtung des hohlen Abschnitts gebogen wird, um so die Ausdehnung der Elektrode aufgrund eines Ladens zu absorbieren (Dicke/Stärke eines flachen Abschnitts in Nebenachsenrichtung + Größe eines hohlen Abschnitts in Nebenachsenrichtung), ist es möglich, das Auftreten eines Falles zu verhindern, wobei ein Abstand zwischen Elektroden in einer Schichtrichtung in dem gekrümmten Abschnitt übermäßig groß wird, wodurch die Energiedichte verringert wird.
In der Elektrodenanordnung der Energiespeichervorrichtung, in einem Zustand, wobei die Elektrodenanordnung geladen wird, in einem Bereich von zumindest einem Abschnitt des hohlen Abschnitts in der Hauptachsenrichtung, können Abschnitte der Elektrodenanordnung, die mit dem dort dazwischen eingeklemmten hohlen Abschnitt in der Hauptachsenrichtung einander gegenüberstehen, miteinander in Kontakt gebracht werden.
Bei einer solchen Konfiguration, wenn die Elektrode in Richtung des hohlen Abschnitts gebogen wird, um so die Ausdehnung aufgrund eines Ladens zu absorbieren, werden die gegenüberliegenden Abschnitte miteinander in Kontakt gebracht und somit wird eine Reaktion auf die Abschnitte aufgebracht, wodurch eine Falte/Vertiefung minimal gebildet wird, wenn sich die Elektrodenanordnung zusammenzieht.
Ferner, wenn eine Größe des hohlen Abschnitts in einer Nebenachsenrichtung übermäßig groß ist, kann die Elektrode in einer Nebenachsen-(Schicht-)Richtung an dem flachen Abschnitt entspannt werden und somit wird ein Abstand zwischen den Elektroden erhöht, wodurch die Energiedichte der Elektrodenanordnung verringert werden kann. Jedoch kann durch Einstellen der Größe des hohlen Abschnitts in einer Nebenachsenrichtung auf ein Ausmaß, dass die gegenüberliegenden Abschnitts im Wesentlichen miteinander in Kontakt gebracht werden, wenn die Elektrodenanordnung geladen wird, das Entspannen der Elektrode an dem flachen Abschnitt unterdrückt werden und somit kann das Verringern der Energiedichte verhindert werden.
In der Energiespeichervorrichtung kann das Gehäuse einen Innenraum aufweisen und kann die Elektrodenanordnung in dem Innenraum aufnehmen/lagern, so dass die flachen Abschnitte jeweils mit dem Gehäuse in einem isolierten Zustand in Kontakt gebracht werden, und unter der Annahme einer Größe des Innenraumes des Gehäuses in einer Nebenachsenrichtung als L kann die Elektrodenanordnung die folgende Formal in einem Zustand erfüllen, wobei die Elektrodenanordnung entladen wird. W ≤ 0,2L
Bei einer solchen Konfiguration kann durch Drücken der Elektrodenanordnung von der Außenseite in einer Nebenachsenrichtung durch das Gehäuse und auch durch Einstellen einer Größe eines hohlen Abschnitts in einer Nebenachsenrichtung auf 0,2L oder weniger durch Beschränken einer Größe der Elektrodenanordnung in einer Nebenachsenrichtung durch das Gehäuse ein Entspannen der Elektrode an dem flachen Abschnitt unterdrückt werden. Demzufolge ist es möglich, die Verringerung der Energiedichte der Elektrodenanordnung, die auf die Erhöhung des Abstandes zwischen den Elektroden in der Schichtrichtung an dem flachen Abschnitt zurückzuführen ist, zu verhindern.
In der Energiespeichervorrichtung kann unter Annahme einer Dicke/Stärke von einem gekrümmten Abschnitt aus dem Paar von gekrümmten Abschnitten in einer radialen Richtung als B₁ und einer Dicke/Stärke des anderen gekrümmten Abschnitts in der radialen Richtung als B₂ die Elektrodenanordnung die folgende Formel in einem Zustand erfüllen, wobei die Elektrodenanordnung entladen wird. A + (W/2) ≤ B₁ und A + (W/2) ≤ B₂
Bei einer solchen Konfiguration kann an einem Grenzabschnitt zwischen einem gekrümmten Abschnitt aus dem Paar von gekrümmten Abschnitten und dem flachen Abschnitt und einem Grenzabschnitt zwischen dem anderen gekrümmten Abschnitt aus dem Paar von gekrümmten Abschnitten und dem flachen Abschnitt die Bildung einer Falte/Vertiefung an/auf der Elektrode, die die Grenzabschnitte bildet, unterdrückt werden.
Wie oben beschrieben worden ist, ist es gemäß den Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung möglich, eine Energiespeichervorrichtung bereitzustellen, wobei die Bildung einer Falte/Vertiefung an/auf einer Elektrode, die die Elektrodenanordnung bildet, an einem Grenzabschnitt zwischen einem gekrümmten Abschnitt und einem flachen Abschnitt der Elektrodenanordnung unterdrückt werden kann.
Nachstehend wird eine Ausführungsform einer Energiespeichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 7 beschrieben. Die Energiespeichervorrichtung kann eine Sekundärbatterie, ein Kondensator oder dergleichen sein. In dieser Ausführungsform wird als ein Beispiel der Energiespeichervorrichtung eine aufladbare/entladbare Sekundärbatterie beschrieben. Bezeichnungen der jeweiligen Komponenten (jeweiligen Bestandteile), die in dieser Ausführungsform verwendet werden, sind ausschließlich für diese Ausführungsform vorgesehen und können sich von Bezeichnungen der jeweiligen Komponenten (jeweiligen Bestandteile), die im HINTERGRUND verwendet werden, unterscheiden.
Die Energiespeichervorrichtung dieser Ausführungsform ist eine nicht-wässrige Elektrolyt-Sekundärbatterie. Um genauer zu sein, ist die Energiespeichervorrichtung eine Lithiumionen-Sekundärbatterie, die von der Bewegung von Elektronen, die neben der Bewegung von Lithiumionen erzeugt wird, Gebrauch macht. Die Energiespeichervorrichtung von diesem Typ führt elektrische Energie zu. Die Energiespeichervorrichtung kann einzeln oder in der Mehrzahl verwendet werden. Um genauer zu sein, wenn eine erforderliche (Ausgangs-)Leistung und eine erforderliche Spannung klein sind, wird eine einzelne Speichervorrichtung verwendet. Andererseits, wenn zumindest eines von entweder einer erforderlichen (Ausgangs-)Leistung oder einer erforderlichen Spannung groß ist, wird die Energiespeichervorrichtung in Kombination mit anderen/weiteren Energiespeichervorrichtungen verwendet, um so eine Energiespeichereinrichtung zu bilden. In der Energiespeichereinrichtung führen die Energiespeichervorrichtungen, die die Energiespeichereinrichtung bilden, elektrische Energie zu.
Wie in 1 bis 5 gezeigt, umfasst die Energiespeichervorrichtung: eine Elektrodenanordnung 2, die durch gewickelte Elektroden 23, 24 gebildet ist; und ein Gehäuse 3 zum darin Aufnehmen/Lagern der Elektrodenanordnung 2. Die Energiespeichervorrichtung 1 umfasst ebenfalls äußere/externe Anschlüsse 4, die außerhalb des Gehäuses 3 angeordnet sind und mit der Elektrodenanordnung 2 leitend sind. Die Energiespeichervorrichtung 1 umfasst ebenfalls Stromkollektoren 5, die die Elektrodenanordnung 2 und die externe Anschlüsse 4 miteinander leitend machen, und dergleichen zusätzlich zu der Elektrodenanordnung 2, dem Gehäuse 3 und den externen Anschlüssen 4. Die Energiespeichervorrichtung 1 in dieser Ausführungsform ist eine sogenannte prismatische Energiespeichervorrichtung, wobei das Gehäuse 3 eine annähernd rechteckige Parallelepipedform aufweist.
Die Elektrodenanordnung 2 umfasst: einen zylindrischen Wicklungskern 21, der einen hohlen Abschnitt 27 umgibt; und einen Schichtkörper 22, der gebildet ist durch Stapeln einer positiven Elektrode (Elektrode mit einer positiven Polarität) 23 und einer negativen Elektrode (Elektrode mit einer negativen Polarität) 24 in einem Zustand, wobei die positive Elektrode 23 und die negative Elektrode 24 voneinander isoliert sind. Der Schichtkörper 22 ist um den Wicklungskern 21 gewickelt/gewunden.
In der Elektrodenanordnung 2 bewegen sich Lithiumionen zwischen der positiven Elektrode 23 und der negativen Elektrode 24, wodurch ein Laden und Entladen der Energiespeichervorrichtung 1 ermöglicht wird.
Die Elektrodenanordnung 2 ist durch Wickeln der Elektroden 23, 24 gebildet, so dass der hohle Abschnitt 27 in der Mitte der Wicklung gebildet ist. In dieser Ausführungsform weist die Elektrodenanordnung 2 eine flache zylindrische Form auf und weist eine Hauptachse und eine Nebenachse auf, die zueinander senkrecht stehen. Um genauer zu sein, umfasst die Elektrodenanordnung 2: ein Paar von zweiten gekrümmten Abschnitten 201, die einander in einer gegenüberliegenden Art und Weise in einer Hauptachsenrichtung zugewandt sind; und ein Paar von zweiten flachen Abschnitten 202, die entsprechende Endabschnitte des Paares von zweiten gekrümmten Abschnitten 201 miteinander verbinden und einander in einer gegenüberliegenden Art und Weise in einer Nebenachsenrichtung zugewandt sind. Die Elektrodenanordnung 2 ist wird nachfolgend näher beschrieben.
Der Wicklungskern 21 wird in der Regel aus einem isolierenden Material hergestellt. Der Wicklungskern 21 weist eine zylindrische Form auf. In dieser Ausführungsform weist der Wicklungskern 21 eine abgeflachte zylindrische Form auf. Um genauer zu sein, umfasst der Wicklungskern 21: ein Paar von gekrümmten Abschnitten 211, die einander in einer gegenüberliegenden Art und Weise mit einem Abstand dort dazwischen zugewandt sind (im Folgenden als ”erste gekrümmte Abschnitte” bezeichnet); und ein Paar von flachen Abschnitten 212, die einander in einer gegenüberliegenden Art und Weise zugewandet sind und entsprechende Endabschnitte der ersten gekrümmten Abschnitte 211 verbinden (Endabschnitte der ersten gekrümmten Abschnitte 211, die einander in einer gegenüberliegenden Art und Weise in der Anordnungsrichtung des Paares von ersten gekrümmten Abschnitte 211 zugewandt sind) (im Folgenden als ”erste flache Abschnitte” bezeichnet) (siehe 4). Die jeweiligen ersten gekrümmten Abschnitte 211 sind derart gebogen, dass sie nach außen/zu der Außenseite (in entgegengesetzten Richtungen voneinander entfernt) vorstehen (hervortreten). In dem Paar von ersten flachen Abschnitten 212 verläuft jeder der flachen Abschnitte zueinander parallel oder im Wesentlichen zueinander parallel. In dieser Ausführungsform ist der Wicklungskern 21 gebildet durch Wickeln einer Folie mit einer Flexibilität oder Thermoplastizität. Der Wicklungskern 21 ist nicht beschränkt auf ein Element, das als ein separater Körper von der Elektrodenanordnung 2 gebildet ist. Der Wicklungskern 21 kann derart gebildet werden, so dass sich ein Abschnitt des Separators 25, der eine Komponente der Elektrodenanordnung 2 darstellt, zu der Mitte der Wicklung erstreckt, um so den Wicklungskern 21 zu bilden.
Die Folie ist aus einem Kunstharz hergestellt. Die Folie weist einen Widerstand gegenüber einer Elektrolytlösung auf. Die Folie ist zum Beispiel aus Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyphenylensulfid (PPS) hergestellt. Eine Dicke/Stärke der Folie ist auf einen Wert eingestellt, der beispielsweise in einem Bereich von 50 μm bis 200 μm liegt. Ein Material der Folie zum Bilden des Wicklungskerns 21 ist nicht beschränkt auf ein Kunstharz und ein Metall, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer kann verwendet werden.
Der Schichtkörper 22 ist gebildet durch miteinander Stapeln (Überlappen) der positiven Elektrode 23 und der negativen Elektrode 24 und ist um den Wicklungskern 21 gewickelt. Der Schichtkörper 22 in dieser Ausführungsform ist gebildet durch miteinander Stapeln der positiven Elektrode 23, der negativen Elektrode 24 und des Separators 25.
Die positive Elektrode 23 umfasst eine Metallfolie und eine auf der Metallfolie gebildete positive aktive Materialschicht. Die Metallfolie weist eine Streifenform auf. Die Metallfolie in dieser Ausführungsform ist beispielsweise eine Aluminiumfolie.
Die positive aktive Materialschicht enthält ein positives aktives Material und ein Bindemittel.
Das positive aktive Material ist zum Beispiel ein Lithium-Metalloxid. Um genauer zu sein, ist das positive aktive Material beispielsweise ein Verbundoxid/Kompositoxid (Li_aCo_yO₂, Li_aNi_xO₂, Li_aMn_zO₄, Li_aNi_xCo_yMn_zO₂ oder dergleichen), ausgedrückt durch Li_a-Me_bO_c (wobei Me ein, zwei oder mehrere Übergangsmetalle ausdrückt), oder eine polyanionische Verbindung (Li_aFe_bPO₄, Li_aMn_bPO₄, Li_aMn_bSiO₄, Li_aCo_bPO₄F oder dergleichen), ausgedrückt durch Li_a-Me_b(XO_c)_d (wobei Me ein, zwei oder mehrere Übergangsmetalle ausdrückt und X beispielsweise P, Si, B, V ausdrückt). In dieser Ausführungsform ist ein positives aktives Material Li-Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂.
Ein beim Bilden eines positiven aktiven Materials verwendetes Bindemittel ist zum Beispiel Polyvinylidenfluorid (PVdF), ein Copolymer aus Ethylen und Vinylalkohol, Polymethylmethacrylat, Polyethylenoxid, Polypropylenoxid, Polyvinylalkohol, eine Polyacrylsäure, eine Polymethacrylsäure, oder Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR). In dieser Ausführungsform ist ein Bindemittel Polyvinylidenfluorid.
Die positive aktive Materialschicht kann ferner ein leitendes Hilfsmittel, wie beispielsweise Ketjen Black (eingetragenes Warenzeichen), Acetylenruß oder Graphit, umfassen. In dieser Ausführungsform enthält die positive aktive Materialschicht Acetylenruß als leitendes Hilfsmittel.
Die negative Elektrode 24 umfasst eine Metallfolie und eine auf der Metallfolie gebildete negative aktive Materialschicht. Die Metallfolie weist eine Streifenform auf. Die Metallfolie in dieser Ausführungsform ist beispielsweise eine Kupferfolie.
Die negative aktive Materialschicht enthält ein negatives aktives Material und ein Bindemittel.
Ein negatives aktives Material ist beispielsweise ein Kohlenstoffmaterial wie Graphit, schwer graphitisierbarer Kohlenstoff oder leicht graphitisierbarer Kohlenstoff, ein Material wie beispielsweise Silizium (Si) oder Zinn (Sn), das eine Legierungsreaktion mit einem Lithiumion erzeugt, oder ein Oxidmaterial wie Lithium-Titanat, Titandioxid, Molybdändioxid oder Niobpentoxid. In dieser Ausführungsform ist ein negativ aktives Material Graphit.
Ein beim Bilden einer negativen aktiven Materialschicht verwendetes Bindemittel ist im Wesentlichen gleich einem Bindemittel, das beim Bilden einer positiven aktiven Materialschicht verwendet wird. In dieser Ausführungsform ist ein Bindemittel Polyvinylidenfluorid.
Die negative aktive Materialschicht kann ferner ein leitendes Hilfsmittel wie Ketjen Black (eingetragenes Warenzeichen), Acetylenruß oder Graphit enthalten. In dieser Ausführungsform enthält die negative aktive Materialschicht kein leitendes Hilfsmittel.
In der Elektrodenanordnung 2 dieser Ausführungsform werden die positive Elektrode 23 und die negative Elektrode 24 in einem Zustand gewickelt, wobei die positive Elektrode 23 und die negative Elektrode 24 durch den Separator 25 voneinander isoliert sind. Das heißt, in der Elektrodenanordnung 2 in dieser Ausführungsform ist der Schichtkörper 22, der aus der positiven Elektrode 23, der negativen Elektrode 24 und dem Separator 25 gebildet wird, gewickelt (siehe 5). Der Separator 25 ist ein Element mit einer isolierenden Eigenschaft. Der Separator 25 ist zwischen der positiven Elektrode 23 und der negativen Elektrode 24 angeordnet. Aufgrund einer solchen Anordnung sind die positive Elektrode 23 und die negative Elektrode 24 in der Elektrodenanordnung 2 (um genauer zu sein, in dem Schichtkörper 22) voneinander isoliert. Der Separator 25 beinhaltet eine Elektrolytlösung im Inneren des Gehäuses 3. Dementsprechend bewegen sich zum Zeitpunkt der Durchführung eines Ladens oder Entladens der Energiespeichervorrichtung 1 Lithiumionen zwischen der positiven Elektrode 23 und der negativen Elektrode 24, die mit dem dort dazwischen eingefügten/eingeschobenen Separator 25 abwechselnd geschichtet sind. Der Separator 25 weit eine Streifenform auf. Der Separator 25 wird unter Verwendung einer porösen Membran, wie beispielsweise eine poröse Polyethylenmembran, eine poröse Polypropylenmembran, eine poröse Cellulosemembran, eine poröse Polyamidmembran gebildet. In dieser Ausführungsform ist der Separator unter Verwendung einer porösen Polyethylenmembran gebildet.
Die Elektrodenanordnung 2 wird durch Wickeln des Schichtkörpers 22, der wie oben beschrieben durch Stapeln der positiven Elektrode 23, der negativen Elektrode 24 und des Separators 25 gebildet wird, um den Umfang des Wicklungskernes 21 gebildet. Durch Bilden der Elektrodenanordnung 2 in einer solchen Art und Weise wird die Elektrodenanordnung 2 in einer Form gebildet, die einer äußeren Umfangsfläche des Wicklungskernes 21 entspricht. Das heißt, in der Elektrodenanordnung 2 werden ein Paar von gekrümmten Abschnitten (im Folgenden als ”zweite gekrümmte Abschnitte” bezeichnet) 201 und einem Paar von flachen Abschnitten (im Folgenden als ”zweite flache Abschnitte” bezeichnet) 202 gebildet.
Das Gehäuse 3 umfasst: einen Gehäusekörper 31 mit einer Öffnung; eine Deckelplatte 32, die die Öffnung des Gehäusekörpers 31 schließt (abdichtet). Das Gehäuse 3 speichert/bevorratet eine Elektrolytlösung in seinem Innenraum 33 zusammen mit der Elektrodenanordnung 2, den Stromkollerkoren 5 und dergleichen. Das Gehäuse 3 ist aus einem Metall mit einem Widerstand gegenüber einer Elektrolytlösung hergestellt.
Eine Elektrolytlösung ist eine Elektrolytlösung auf Basis einer nichtwässrigen Lösung. Eine Elektrolytlösung kann erhalten werden durch Auflösen eines Elektrolytsalzes in einem organischen Lösungsmittel. Ein organisches Lösungsmittel ist zum Beispiel cyclisches Carbonatester, wie beispielsweise Propylencarbonat oder Ethylencarbonat, oder kettenförmiges Carbonat, wie beispielsweise Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat oder Ethylmethylcarbonat. Elektrolytsalz ist LiClO 4, LiBF 4, LiPF 6 oder dergleichen. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Elektrolytlösung durch Lösen von 1 mol/L LiPF₆ in einem Lösungsmittelgemisch, das durch Mischen von Ethylencarbonat, Dimethylcarbonat und Ethylmethylcarbonat in einem Verhältnis von 3:2:5 hergestellt wird, erhalten.
Das Gehäuse 3 wird durch Verbinden eines an einer Auenfläche/Außenseite befindlichen (umfangsseitigen) Öffnungsabschnitts des Gehäusekörpers 31 und eines Umfangsabschnitts der Deckelplatte 32 in einem Zustand gebildet, wobei sich der umfangsseitige Öffnungsabschnitt des Gehäusekörpers 31 und der Umfangsabschnitt der Deckelplatte 32 überlappen. Das Gehäuse 3 weist den zuvor genannten Innenraum 33 auf, der durch den Gehäusekörper 31 und die Deckelplatte 32 definiert/begrenzt wird.
Der Gehäusekörper 31 umfasst: einen plattenförmigen Verschlussabschnitt 311; und einen zylindrischen Behälterabschnitt 312, der mit einer umfangsseitigen Kante des Verschlussabschnitts 311 verbunden ist.
Der Verschlussabschnitt 311 ist ein Abschnitt, der an einem unteren Ende des Gehäusekörpers 31 angeordnet ist, wenn der Gehäusekörper 31 mit der nach oben gerichteten Öffnung vorgesehen ist (das heißt, ein Abschnitt, der einen Bodenwand des Gehäusekörpers 31 bildet, wenn der Gehäusekörper 31 mit der nach oben gerichteten Öffnung vorgesehen ist). Der Verschlussabschnitt 311 weist in normaler Richtung des Verschlussabschnitts 311 betrachtet eine rechteckige Form auf.
Nachstehend wird wie in 1 gezeigt die Richtung der langen Seite des Verschlussabschnitts 311 als die X-Achsenrichtung, die Richtung der kurzen Seite des Verschlussabschnitts 311 als die Y-Achsenrichtung und die normale Richtung des Verschlussabschnitts 311 als die Z-Achsenrichtung angenommen.
Der Behälterabschnitt 312 in dieser Ausführungsform weist eine winkelförmige zylindrische Form auf. Um genauer zu sein, weist der Behälterabschnitt 312 eine abgeflachte winkelförmige zylindrische Form auf. Der Behälterabschnitt 312 weist auf: ein Paar von langen Wandabschnitten 313, die sich von langen Seiten einer umfangsseitigen Kante des Verschlussabschnitts 311 erstreckt; und ein Paar von kurzen Wandabschnitten 314, die sich von kurzen Seiten der umfangsseitigen Kante des Verschlussabschnitts 311 erstrecken. Der winkelförmige zylindrische Behälterabschnitt 312 wird gebildet durch Verbinden von entsprechenden Endabschnitten des Paares von langen Wandabschnitten 313, die zueinander parallel angeordnet sind (um genauer zu sein, Endabschnitte des Paares von langen Wandabschnitten 313, die einander in einer gegenüberliegenden Art und Weise in einer Y-Achsenrichtung zugewandt sind) mit den kurzen Wandabschnitten 314.
Wie oben beschrieben, weist der Gehäusekörper 31 eine winkelförmige zylindrische Form auf, wobei ein Endabschnitt in der Öffnungsrichtung (Z-Achsenrichtung) davon geschlossen ist (das heißt, eine bodenseitige winkelförmige Zylinderform).
Die Deckelplatte 32 ist ein plattenförmiges Element, das die Öffnung des Gehäusekörpers 31 verschließt. Um genauer zu sein, wird ein Umfangsabschnitt der Deckelplatte 32 gebildet, um mit dem umfangsseitigen Öffnungsabschnitt des Gehäusekörpers 31 zu überlappen, so dass die Deckelplatte 32 die Öffnung des Gehäusekörpers 31 verschließt. In dieser Ausführungsform wird ein Grenzabschnitt der Deckelplatte 32 und des Gehäusekörpers 31 miteinander in einem Zustand verschweißt, wobei der umfangsseitige Öffnungsabschnitt und die Deckelplatte 32 gebildet werden, um einander zu überlappen. Das Gehäuse 3 wird durch diese Schritte gebildet.
Die Deckelplatte 32 weist eine dem umfangsseitigen Öffnungsabschnitt des Gehäusekörpers 31 entsprechende Profilform auf, wenn sie in der Z-Achsenrichtung betrachtet wird. Das heißt, die Deckelplatte 32 wird gebildet durch ein Plattenelement mit einer länglichen rechteckigen Form, das sich in der X-Achsenrichtung erstreckt, wenn es in der Z-Achsenrichtung betrachtet wird.
Ein Paar von Durchgangslöchern 322, die bewirken, dass die Innenseite und die Außenseite miteinander in Verbindung stehen, wird in der Deckelplatte 32 gebildet. Die Durchgangslöcher 322 werden verwendet, um zu bewirken, dass die im Inneren des Gehäuses 3 aufgenommene Elektrodenanordnung 2 und die außerhalb des Gehäuses 3 angeordneten externen Anschlüsse 4 miteinander leitend sind. Das Durchgangsloch 322 ist jeweils in beiden Endabschnitten der Deckelplatte 32 in der X-Achsenrichtung gebildet. Durchdringungselemente 7, die später beschrieben werden, sind gebildet, um jeweils durch die Durchgangslöcher 322 zu verlaufen.
Die externen Anschlüsse 4 sind Abschnitte, die mit einem externen Anschluss einer weiteren Energiespeichervorrichtung, einem externen Gerät oder dergleichen elektrisch verbunden werden. Die externen Anschlüsse 4 sind aus einem Material mit einer Leitfähigkeit hergestellt.
Die Energiespeichervorrichtung 1 umfasst Durchdringungselemente 7, die das Gehäuse 3 durchdringen. Die Durchdringungselemente 7 bewirken, dass der im Inneren des Gehäuses 3 angeordnete Stromkollektor 5 und die außerhalb des Gehäuses 3 angeordneten externen Anschlüsse miteinander elektrisch leitend sind. Das Durchdringungselement 7 ist aus einem Metall mit einer Leitfähigkeit hergestellt. Das Durchdringungselement 7 erstreckt sich zu der Innenseite des Gehäuses 3 von dem externen Anschluss 4 durch das Durchgangsloch 322, das in der Deckelplatte 32 gebildet ist.
Die Stromkollektoren sind in dem Inneren des Gehäuses 3 angeordnet und sind direkt oder indirekt mit der Elektrodenanordnung 2 verbunden. Die Stromkollektoren 5 in dieser Ausführungsform sind mit der Elektrodenanordnung 2 über Klemmelemente 50 elektrisch verbunden. Die Stromkollektoren 5 sind jeweils auf einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode der Energiespeichervorrichtung 1 angeordnet.
Die Energiespeichervorrichtung 1 umfasst ein isolierendes Element 6, das die Elektrodenanordnung 2 und das Gehäuse 3 voneinander isoliert. In dieser Ausführungsform ist das isolierende Element zum Beispiel eine isolierende Abdeckung. Die isolierende Abdeckung ist zwischen dem Gehäuse 3 (um genauer zu sein, dem Gehäusekörper 31) und der Elektrodenanordnung 2 angeordnet. Die isolierende Abdeckung 6 ist aus einem plattenförmigen Element mit isolierenden Eigenschaften gebildet. Die isolierende Abdeckung ist aus einem Harz, wie beispielsweise Polypropylen oder Polyphenylensulfid hergestellt. In dieser Ausführungsform ist die isolierende Abdeckung durch Biegen eines plattenförmigen Elements, das isolierende Eigenschaften aufweist, in einer Beutelform gebildet und weist durch Schneiden eine vorgegebene Form auf.
Anstelle der Bildung der isolierenden Abdeckung 6 in einer Beutelform durch einfaches Biegen eines plattenförmigen Elements kann das isolierende Element 6 in einer Beutelform zum Beispiel durch Verschmelzen oder Verschweißen gebildet werden. Die isolierende Abdeckung 6 kann von Anfang an in einer Beutelform gebildet werden. Die Elektrodenanordnung 2 und das Gehäuse 3 können voneinander isoliert werden, indem eine isolierende Schicht an einer inneren Fläche des Gehäuses 3 anstatt der Verwendung der isolierenden Abdeckung 6 gebildet wird.
In dieser Ausführungsform wird in der Energiespeichervorrichtung 1 die Elektrodenanordnung 2 (um genauer zu sein, die Elektrodenanordnung 2 und die Stromkollektoren 5) in dem Gehäuse 3 in einem Zustand aufgenommen, wobei die Elektrodenanordnung 2 in der beutelförmigen isolierenden Abdeckung 6 aufgenommen wird. Hierbei wird die Elektrodenanordnung 2 in dem Gehäuse 3 (in dem Innenraum 33 des Gehäuses 3) aufgenommen, so dass das Paar von flachen Abschnitten 202 in Kontakt mit dem Gehäuse 3 (um genauer zu sein, mit den langen Wandabschnitten 313) in einem isolierenden Zustand gebracht wird.
Wie in 6 gezeigt, unter Annahme einer Dicke des zweiten flachen Abschnitts 202 in einer Y-Achsen-(Nebenachsen-)Richtung als A, einer Dicke des zweiten gekrümmten Abschnitts 201 in der radialen Richtung als B und einer Dicke des hohlen Abschnitts 27 in der Y-Achsen-(Nebenachsen-)Richtung als W, erfüllt die Elektrodenanordnung 2 der Energiespeichervorrichtung 1 mit der oben erwähnten Konfiguration die folgende Gleichung (1) in einem Zustand, wobei die Elektrodenanordnung 2 entladen wird. A + (W/2) ≤ B (1)
Die oben erwähnten Parameter werden in einem Zustand gemessen, wobei die Elektrodenanordnung in dem Gehäuse aufgenommen ist. Die oben erwähnte Formel (1) wird in einem Zustand erfüllt, wobei die Elektrodenanordnung 2 in dem Gehäuse 3 aufgenommen ist. Das gleich gilt für die später beschriebenen Formeln.
Die oben erwähnten Parameter können unter Verwendung eines Mikrowellen-Röntgen-Scanners (Micro XCT-400, hergestellt von Xradia) und einer mit dem Scanner verbundenen Software gemessen werden. Insbesondere können die Parameter durch Messen eines Abstandes zwischen zwei Punkten auf einem Röntgen-Computertomographiebild erhalten werden.
In der Energiespeichervorrichtung 1 in dieser Ausführungsform weist der zweite gekrümmte Abschnitt 201 eine Dicke auf, die gleich oder größer als eine Größe des zweiten flachen Abschnitts 202 in der Dickenrichtung ist (die Dicke des zweiten flachen Abschnitts 202 in einer Y-Achsenrichtung (Schichtrichtung der Elektroden 23, 24) + 1/2 einer Größe W eines hohlen Abschnitts 27 in der Y-Achsenrichtung), wenn die Erzeugung einer Spannung, die auf die Ausdehnung zurückzuführen ist, durch die Absorption der Ausdehnung der Elektroden 23, 24 aufgrund eines Ladens durch Biegen der Elektroden 23, 24 in Richtung des hohlen Abschnitts 27 unterdrückt wird. Demzufolge wird ein Abstand zwischen den Elektroden 23, 24 in der Schichtrichtung (radiale Richtung) in dem zweiten gekrümmten Abschnitt 201 eine Größe, bei der die Ausdehnung der Elektroden 23, 24 aufgrund eines Ladens absorbiert werden kann. Das heißt, die Bewegung der den zweiten Abschnitt 201 bildenden Elektroden 23, 24 kann in der radialen Richtung in dem zweiten gekrümmten Abschnitt 201 bewegt werden und daher ist es möglich, die Konzentration einer auf die Ausdehnung zurückzuführenden Spannung auf einen Grenzabschnitt zwischen dem zweiten flachen Abschnitt 202 und dem zweiten gekrümmten Abschnitt 201 zu unterdrücken. Als ein Ergebnis kann die Bildung einer Falte an/auf den Elektroden 23, 24, die den Grenzabschnitt bilden, auf den Grenzabschnitt unterdrückt werden. In der Elektrodenanordnung 2 der Energiespeichervorrichtung 1 in dieser Ausführungsform ist der hohle Abschnitt 27 in der Mitte der Wicklung gebildet, so dass W > 0 erfüllt wird.
In dieser Ausführungsform bezeichnet ”ein Zustand, in dem die Energiespeichervorrichtung 1 (Elektrodenanordnung 2) entladen wird”, einen Zustand, wobei die Energiespeichervorrichtung 1 in ausreichender Weise entladen wird und eine Leerlaufspannung auf ein Ausmaß abgesenkt wird, dass die Energiespeichervorrichtung 1 aufgrund eines solchen Entladens nicht tiefentladen wird. In einer Lithiumionen-Sekundärbatterie, wobei ein durch Li_aMe_bO_c ausgedrücktes Verbundoxid (wobei Me ein, zwei oder mehrere Übergangsmetalle ausdrückt) als ein positives aktives Material verwendet wird, und ein Kohlenstoffmaterial, wie beispielsweise Graphit, schwer graphitisierbarer Kohlenstoff oder leicht graphitisierbarer Kohlenstoff als ein negatives aktives Material verwendet wird, beträgt eine Leerlaufspannung, wenn die Energiespeichervorrichtung in ausreichender Weise entladen wird, normalerweise 2 V. Demzufolge bezeichnet in dieser Ausführungsform ”ein Zustand, in dem die Energiespeichervorrichtung 1 (Elektrodenanordnung 2) entladen wird” ”einen Zustand, wobei eine Leerlaufspannung 2 V beträgt”. Wenn jedoch ein Bereich einer Spannung, in dem die Energiespeichervorrichtung 1 verwendet wird, gemäß einer Anlage, an/in der die Energiespeichervorrichtung 1 angebracht ist, einem Katalog der Energiespeichervorrichtung 1 oder dergleichen eingestellt wird, bezeichnet ein ”Zustand, in dem die Energiespeichervorrichtung 1 (Elektrodenanordnung 2) entladen wird” einen Zustand, wobei eine Leerlaufspannung der Energiespeichervorrichtung 1 innerhalb des Bereichs der oben dargelegten Spannung die niedrigste Spannung ist.
Andererseits, bezeichnet ein ”Zustand, in dem die Energiespeichervorrichtung 1 (Elektrodenanordnung 2) entladen wird” einen Zustand, wobei in einer Anlage, in/an der die Energiespeichervorrichtung 1 angebracht ist, eine Leerlaufspannung innerhalb eines Bereichs der Leerlaufspannung, von dem erwartet wird, dass er verwendet wird, die höchste Spannung ist. Zum Beispiel, wenn ein Verarbeiten des Ladens in Bezug auf die in/an der Anlage angebrachte Energiespeichervorrichtung 1 kontinuierlich durchgeführt wird, bezeichnet ein Zustand, in dem ein System an/auf einer Anlagenseite bestimmt, dass das Laden der Energiespeichervorrichtung 1 abgeschlossen ist, ”einen Zustand, wobei die Energiespeichervorrichtung 1 geladen wird”. Ferner, wenn ein Verarbeiten des Ladens in Bezug auf die in/an der Anlage angebrachte Energiespeichervorrichtung 1 mit Unterbrechungen durchgeführt wird, bezeichnet ein Zustand, in dem eine Leerlaufspannung der Energiespeichervorrichtung 1 eine Spannung erreicht, bei der ein System in/an der Anlage bestimmt, dass das Laden der Energiespeichervorrichtung 1 nicht notwendigerweise abgeschlossen ist, ”einen Zustand, wobei die Energiespeichervorrichtung 1 geladen wird”. Wenn jedoch ein Bereich einer Spannung, bei der die Energiespeichervorrichtung 1 verwendet wird, gemäß einer Anlage, in/an der die Energiespeichervorrichtung 1 angebracht wird, einem Katalog der Energiespeichervorrichtung 1 oder dergleichen eingestellt wird, bezeichnet ”ein Zustand, in dem die Energiespeichervorrichtung 1 (Elektrodenanordnung 2) geladen wird” einen Zustand, wobei eine Leerlaufspannung der Energiespeichervorrichtung 1 innerhalb des Bereichs der oben dargelegten Spannung die höchste Spannung ist.
In dieser Ausführungsform umfasst die Elektrodenanordnung 2 den Wicklungskern 21. Demzufolge wird die folgende Gleichung (2), die formuliert ist unter Berücksichtigung von ((π/4) – (1/2))W, was eine Größe einer Ausdehnung des Wicklungskernes 21 in der Z-Achsenrichtung ist, wenn der Wicklungskern 21 in der Y-Achsenrichtung kollabiert, in der Formel (1), ebenfalls erfüllt. Die Formel (2) ist auch eine Formel, die in einem Zustand erfüllt wird, wobei die Elektrodenanordnung 2 entladen wird. A + (π/4)W ≤ B (2)
Um genauer zu sein, wird die Formel (2) wie folgt erhalten. Wie in 7 gezeigt, wenn der Wicklungskern 21 in der Y-Achsenrichtung kollabiert (das heißt, wenn der Wicklungskern 21 derart kollabiert, so dass die ersten flachen Abschnitte 212 des Wicklungskernes 21, die einander in einer gegenüberliegenden Art und Weise zugewandt sind, miteinander in Kontakt gebracht werden: siehe untere Darstellung in 7), ist eine Größe einer Ausdehnung des Wicklungskernes 21 in der Z-Achsenrichtung ein Wert, der durch Subtrahieren einer Länge ”W/2”, was einen Radius α des ersten gekrümmten Abschnitts 211 des Wicklungskernes 21 darstellt, bevor der Wicklungskern 21 kollabiert, von einer Länge ”(π/4)W” eines Bogens β des ersten gekrümmten Abschnitts 211 des Wicklungskernes 21 erhalten wird. ((π/4) – (1/2))W (3)
In Anbetracht dieser Erkenntnisse kann in der Elektrodenanordnung 2 mit dem Wicklungskern 21, indem bewirkt wird, dass die Elektrodenanordnung 2 die folgende Formel (4) erfüllt, wobei ein Wert der Größe der Ausdehnung (Formel (3)) von einem Wert B auf einer rechten Seite der Formel (1) subtrahiert wird, selbst wenn der Wicklungskern 21 in der Y-Achsenrichtung kollabiert, die Bildung einer Falte/Vertiefung in/an der Elektrodenanordnung 2 mit dem Wicklungskern 21 unterdrückt werden. Das heißt, durch Einstellen einer Dicke des ersten gekrümmten Abschnitts 211 der Elektrodenanordnung 2 in der radialen Richtung unter Berücksichtigung einer Größe der Ausdehnung des Wicklungskernes 21 in der Z-Achsenrichtung, wenn der Wicklungskern 21 in der Y-Achsenrichtung kollabiert, selbst in einem Zustand, in dem der Wicklungskern 21 in der Y-Achsenrichtung kollabiert, kann die Bildung einer Falte/Vertiefung in/an der den Wicklungskern 21 aufweisenden Elektrodenanordnung 2 unterdrückt werden. A + (W/2) ≤ B – ((π/4) – (1/2))W (4)
Eine untere Darstellung in 7 zeigt eine Ansicht, die den Wicklungskern 21, der in der Y-Achsenrichtung kollabiert ist, schematisch darstellt. In dem eigentlichen Wicklungskern 21 ist der Wicklungskern 21 kollabiert, so dass zwischen den ersten flachen Abschnitten 212 kein Spalt gebildet wird (das heißt, die ersten Abschnitte 212 werden miteinander in Kontakt gebracht).
In der Elektrodenanordnung 2 der Energiespeichervorrichtung 1 in dieser Ausführungsform weist der Wicklungskern 21 eine hohle zylindrische Form auf und daher können im Gegensatz zu einem festen Wicklungskern die Elektroden 23, 24, die den zweiten flachen Abschnitt 202 bilden, in Richtung einer Seite des hohlen Abschnitts 27 gebogen werden. Demzufolge, wenn sich die Elektroden 23, 24, die den zweiten flachen Abschnitt 202 bilden, aufgrund eines Ladens oder dergleichen ausdehnen, wird ein Biegen (Ausdehnen) der Elektroden 23, 24 in Richtung der Seite des hohlen Abschnitts 27 ermöglicht und als Ergebnis kann die Bildung einer Falte, wenn sich die Elektroden 23, 24 an dem zweiten flachen Abschnitt 202 ausdehnen, unterdrückt werden. Ferner, wenn sich die Elektroden 23, 24 zusammenziehen, wird eine Reaktionskraft auf die Elektroden 23, 24 durch den Wicklungskern 21 von einer Seite des hohlen Abschnitts 27 weitergegeben und daher kann die Bildung einer Falte, wenn sich die Elektroden 23, 24 zusammenziehen, ebenfalls unterdrückt werden.
In dieser Ausführungsform erfüllt die Elektrodenanordnung 2 auch die folgende Formel (5), wenn die Elektrodenanordnung 2 entladen wird. B ≤ A + W (5)
Durch Einstellen einer Dicke des zweiten gekrümmten Abschnitts 201 in der radialen Richtung auf einen Wert, der gleich oder kleiner als eine maximale Größe ist, die der zweite flache Abschnitt 202 einnehmen kann, wenn die Elektroden 23, 24 in Richtung des hohlen Abschnitts gebogen werden, um so die Ausdehnung der Elektroden 23, 24 aufgrund eines Ladens absorbieren (eine Dicke des zweiten flachen Abschnitts 202 in einer Nebenachsenrichtung + eine Größe des hohlen Abschnitts 27 in einer Nebenachsenrichtung), ist es möglich, das Auftreten eines Falles zu verhindern, wobei ein Abstand zwischen den Elektroden 23, 24 in der Schichtrichtung in dem zweiten gekrümmten Abschnitt 201 übermäßig groß wird, wodurch die Energiedichte verringert wird.
In dieser Ausführungsform werden in der Elektrodenanordnung 2 in einem Zustand, in dem die Elektrodenanordnung 2 geladen wird, in einem Bereich von zumindest einem Abschnitt des hohlen Abschnitts 27 in der Z-Achsenrichtung Abschnitte der Elektrodenanordnung, die mit dem dort dazwischen eingeklemmten hohlen Abschnitt 27 in der Y-Achsenrichtung einander gegenüberstehen, miteinander in Kontakt gebracht werden. In dieser Ausführungsform umfasst die Elektrodenanordnung 2 den Wicklungskern 21 und daher werden Oberflächen (erste flache Abschnitte 212) des Wicklungskernes 21, die einander in einer gegenüberliegenden Art und Weise mit dem dort dazwischen eingeklemmten hohlen Abschnitt 27 in der Y-Achsenrichtung zugewandt sind, miteinander in Kontakt gebracht. Andererseits werden in der Elektrodenanordnung 2, die den Wicklungskern 21 nicht umfasst (das heißt, wobei die Elektrodenanordnung 2 nur aus dem Schichtkörper 22 gebildet ist), in einem Zustand, wobei die Elektrodenanordnung 2 geladen wird, Oberflächen des gewickelten Schichtkörpers 22, die einander in einer gegenüberliegenden Art und Weise mit dem dort dazwischen eingeklemmten hohlen Abschnitt 27 in der Y-Achsenrichtung zugewandt sind, miteinander in Kontakt gebracht werden.
Es ist bevorzugt, dass an einem mittleren Bereich des hohlen Abschnitts 27 in der Z-Achsenrichtung Abschnitte der Elektrodenanordnung 2, die einander in einer gegenüberliegenden Art und Weise mit dem dort dazwischen eingeklemmten hohlen Abschnitt 27 in der Y-Achsenrichtung zugewandet sind, in einem Zustand miteinander in Kontakt gebracht werden, in dem die Elektrodenanordnung 2 geladen wird. Es ist mehr bevorzugt, dass über den gesamten Bereich des hohlen Abschnitts 27 in der Z-Achsenrichtung Abschnitte der Elektrodenanordnung 2, die einander in einer gegenüberliegenden Art und Weise mit dem dort dazwischen eingeklemmten hohlen Abschnitt 27 in der Y-Achsenrichtung zugewandt sind, in einem Zustand miteinander in Kontakt gebracht werden können, in dem die Elektrodenanordnung 2 geladen wird.
In dieser Ausführungsform, wie in 6 gezeigt, ist die Elektrodenanordnung 2 in dem Gehäuse 3 aufgenommen, so dass die zweiten flachen Abschnitte 202 mit dem Gehäuse 3 (um genauer zu sein, die langen Wandabschnitte 313) mit der dort dazwischen eingefügten/eingeschobenen isolierenden Abdeckung in Kontakt gebracht werden. Unter Annahme einer Größe des Innenraumes 33 des Gehäuses 3 in der Y-Achsenrichtung als L, erfüllt die Elektrodenanordnung 2 auch die folgende Gleichung (6) in einem Zustand, in dem die Elektrodenanordnung 2 entladen wird. W ≤ 0,2L (6)
Demzufolge ist es möglich, das Absenken der Energiedichte der Elektrodenanordnung 2, die auf die Erhöhung eines Abstandes zwischen den Elektroden 23, 24 in der Schichtrichtung an dem zweiten flachen Abschnitt 202 zurückzuführen ist, zu verhindern.
In diesem Fall ist es bevorzugt, dass W ≤ 0,15L in einem Zustand erfüllt wird, in dem die Elektrodenanordnung 2 entladen wird.
In dieser Ausführungsform können die oben erwähnten Parameter A, B, W, L zum Beispiel wie folgt erhalten werden.
Die Energiespeichervorrichtung 1 wird entladen, so dass eine Leerlaufspannung 2 V annimmt (das heißt, die Energiespeichervorrichtung 1 wird in einen entladenen Zustand gebracht). Als nächstes wird ein Loch/Bohrung in beiden Endabschnitten des Verschlussabschnitts 311 in der X-Achsenrichtung unter Verwendung eines Bohrers oder dergleichen gebildet, und eine Elektrolytlösung in dem Inneren des Gehäuses 3 wird durch die Löcher/Bohrungen abgeführt. Anschließend wird ein Harz in das Gehäuse 3 durch die Löcher zugeführt. Nachdem das zugeführte Harz ausgehärtet ist, wird ein mittlerer Abschnitt der Elektrodenanordnung 2 in der X-Achsenrichtung zusammen mit dem Gehäuse 3 in der Richtung einer Y-Z-Ebene (eine Ebene, die die Y-Achse und die Z-Achse umfasst) abgeschnitten. Die Größen der jeweiligen Abschnitte werden in einem Querschnitt gemessen, der durch ein solchesn Schneide erhalten wird, wobei die jeweiligen Parameter erhalten werden.
In dieser Ausführungsform bezeichnet ”A” einen mittleren Wert von Dicken (Dicken in der Y-Achsenrichtung) von zwei Abschnitten der zweiten flachen Abschnitte 202 an der mittleren Position der Elektrodenanordnung 2 in der Z-Achsenrichtung. ”B” bezeichnet eine Dicke des zweiten gekrümmten Abschnitts 201 in der radialen Richtung, der an einer oberen Position in der Z-Achsenrichtung verläuft.
In dieser Ausführungsform wird die Dicke B in Bezug auf das Paar von entsprechenden zweiten gekrümmten Abschnitten 201 erhalten. Um genauer zu sein, werden jeweils eine Dicke B₁ des zweiten gekrümmten Abschnitts 201 (der zweite gekrümmte Abschnitt 201 an einer oberen Seite in dem in 6 gezeigten Beispiel) aus dem Paar von zweiten Abschnitten 201 und eine Dicke B₂ des zweiten gekrümmten Abschnitts 201 (der zweite gekrümmte Abschnitt 201 auf der unteren Seite in dem in 6 gezeigten Beispiel) aus den Paar von zweiten gekrümmten Abschnitten 201 erhalten. In der Elektrodenanordnung 2 in dieser Ausführungsform erfüllen die Dicken B₁, B₂ des Paares von zweiten gekrümmten Abschnitten 201 die Formel (2) und die Formel (5). Das heißt, in der Elektrodenanordnung 2 der Energiespeichervorrichtung 1 in dieser Ausführungsform werden A + (π/4)W ≤ B₁ ≤ A + W und A + (π/4)W ≤ B₂ ≤ A + W erfüllt. Dementsprechend ist es in der Energiespeichervorrichtung 1 in dieser Ausführungsform an einem Grenzabschnitt zwischen einem zweiten gekrümmten Abschnitt 201 aus dem Paar von zweiten gekrümmten Abschnitten 201 und dem zweiten flachen Abschnitt 202 und einem Grenzabschnitt zwischen dem anderen zweiten gekrümmten Abschnitt 201 aus dem Paar von zweiten gekrümmten Abschnitten und dem flachen Abschnitt 202 möglich, die Bildung einer Falte/Vertiefung in/an den Elektroden 23, 24 zu unterdrücken.
”W” bezeichnet eine Dicke des hohlen Abschnitts 27 in der Y-Achsenrichtung an einer mittleren Position in der Z-Achsenrichtung (die Position, wo ”A” gemessen wird). In dieser Ausführungsform umfasst die Elektrodenanordnung 2 den Wicklungskern 21 mit einer hohlen zylindrischen Form. Demzufolge bezeichnet ”W” einen Abstand zwischen inneren (Ober-)Flächen des Wicklungskernes 21 (zwischen den ersten flachen Abschnitten 212). In der Elektrodenanordnung 2, die den Wicklungskern 21 nicht umfasst, bezeichnet ”W” einen Abstand zwischen Abschnitten des gewickelten Schichtkörpers 22 an inneren umfangsseitigen (Ober-)Flächen, die einander in einer gegenüberliegenden Art und Weise in der Y-Achsenrichtung zugewandet sind.
”L” bezeichnet eine Größe des Innenraumes 33 in der Y-Achsenrichtung an einer Position, wo die Größe des Innenraumes 33 durch das Durchbiegen des Gehäuses 3 minimal beeinflusst wird, beispielsweise wie in 6 gezeigt, an einer Position in der Nähe des Verschlussabschnitts 311. In dieser Ausführungsform weist eine Querschnittsform des Gehäuses 3 an Verbindungsabschnitten zwischen dem Verschlussabschnitt 311 und den langen Wandabschnitten 313 eine Bogenform auf. Demzufolge wird eine Größe des Innenraumes 33 des Gehäuses 3 an Grenzabschnitten zwischen den bogenförmigen Abschnitten und den flach gebildeten Abschnitten der langen Wandabschnitte 313 als L angenommen. Wenn die Energiespeichervorrichtung 1 die isolierende Abdeckung 6 wie in dem Gehäuse der Energiespeichervorrichtung 1 in dieser Ausführungsform umfasst, wird eine innere Größe der isolierenden Abdeckung 6 als L angenommen. Wenn die Energiespeichervorrichtung 1 die isolierende Abdeckung 6 nicht umfasst, wird eine innere Größe des Gehäuses 3 als L angenommen.
Es ist unnötig zu sagen, dass die Energiespeichervorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben erwähnte Ausführungsform beschränkt ist und verschiedene Modifikationen denkbar sind, ohne von dem Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann die Konfiguration/Anordnung einer weiteren Ausführungsform zu der Konfiguration von einer Ausführungsform hinzugefügt werden. Alternativ kann ein Teil der Konfiguration/Anordnung von einer Ausführungsform durch die Konfiguration/Anordnung einer weiteren Ausführungsform ersetzt werden. Ferner kann ein Teil von einer Ausführungsform weggelassen werden.
In der oben erwähnten Ausführungsform umfasst die Elektrodenanordnung 2 den Wicklungskern 21, so dass die Formel (2) erfüllt wird. Allerdings ist die Elektrodenanordnung 2 nicht auf eine solche Konfiguration/Anordnung beschränkt. Wenn die Elektrodenanordnung 2 den Wicklungskern 21 nicht umfasst (wenn die Wicklungskern 21 nur aus dem Schichtkörper 22 gebildet ist), ist es ausreichend, dass die Formel (1) erfüllt wird.
In der Energiespeichervorrichtung 1 in der oben erwähnten Ausführungsform ist die Elektrodenanordnung 2 in dem Gehäuse 3 in einem Zustand aufgenommen, in dem die zweiten flachen Abschnitte 202 der Elektrodenanordnung 2 mit den langen Wandabschnitten 313 mit der dort dazwischen eingefügten isolierenden Abdeckung 6 in Kontakt gebracht werden. Jedoch ist die Energiespeichervorrichtung 1 nicht auf ein solche Konfiguration/Anordnung beschränkt. Wenn eine isolierende Schicht an der inneren Fläche/Innenfläche des Gehäuses 3 gebildet wird (Innenflächen der langen Wandabschnitte 3131), kann die Elektrodenanordnung 2 in dem Gehäuse 3 in einem Zustand aufgenommen werden, wobei die zweiten flachen Abschnitte 202 der Elektrodenanordnung 2 mit der Innenfläche des Gehäuses 3 in Kontakt gebracht werden (isolierende Schicht/Isolationsschicht). Das heißt, es ist ausreichend, dass die Elektrodenanordnung 2 in dem Innenraum 33 des Gehäuses 3 aufgenommen ist, so dass das Paar von entsprechenden zweiten flachen Abschnitten 292 mit den langen Wandabschnitten 313 in einem Isolationszustand in Kontakt gebracht werden.
In der Elektrodenanordnung 2 in der oben erwähnten Ausführungsform erfüllt das Paar von entsprechenden zweiten gekrümmten Abschnitten 201 die Formel (2) (das heißt, A + (π/4)W ≤ B₁ und A + (π/4)W ≤ B₂ werden erfüllt). Jedoch ist die Elektrodenanordnung 2 nicht auf eine solche Konfiguration/Anordnung beschränkt. In der Elektrodenanordnung 2 kann nur die eine oder die andere der zweiten gekrümmten Abschnitte 201 die Formel (2) erfüllen (das heißt, A + (π/4)W ≤ B₁ oder A + (π/4)W ≤ B₂ kann erfüllt werden). Mit einer solchen Konfiguration/Anordnung kann eine Konzentration einer Spannung, die auf die Ausdehnung der Elektroden aufgrund eine Ladens zurückzuführen ist, an dem Grenzabschnitt zwischen einem zweiten gekrümmten Abschnitt 201 und dem zweiten flachen Abschnitt 202 in der Elektrodenanordnung 2 unterdrückt werden. Als ein Ergebnis kann die Bildung einer Falte (die Bildung einer Falte, die auf die Ausdehnung der Elektroden 23, 24 aufgrund eines Ladens zurückzuführen ist) in/an den Elektroden 23, 24 an dem Grenzabschnitt unterdrückt werden.
In der oben erwähnten Ausführungsform ist die Beschreibung in Bezug auf den Fall gemacht worden, in dem die Energiespeichervorrichtung die ladbare/entladbare nicht-wässrige Elektrolyt-Sekundärbatterie ist (beispielsweise eine Lithiumionen-Sekundärbatterie). Jedoch können ein Typ und eine Größe (Kapazität) der Energiespeichervorrichtung 1 wunschgemäß ausgewählt werden. Ferner ist in der oben erwähnten Ausführungsform die Beschreibung in Bezug auf die Lithiumionen-Sekundärbatterie als ein Beispiel der Energiespeichervorrichtung gemacht worden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Lithiumionen-Sekundärbatterie beschränkt. Zum Beispiel ist die vorliegende Erfindung ebenfalls auf verschiedene Sekundärbatterien, Primärbatterien und Energiespeichervorrichtungen von Kondensatoren, wie beispielsweise einen elektrischen Doppelschichtkondensatoren, anwendbar.
Die Energiespeichervorrichtung (zum Beispiel Batterie) kann in einer Energiespeichereinrichtung 11 verwendet werden (ein Batteriemodul, wenn eine Energiespeichervorrichtung 1 eine Batterie ist), die in 8 dargestellt ist. Die Energiespeichereinrichtung 11 umfasst zumindest zwei Energiespeichervorrichtungen 1 und Stromschienenelemente 12, die zwei (unterschiedliche) Energiespeichervorrichtungen 1 miteinander verbinden. In diesem Fall ist es ausreichend, dass die Technik der vorliegenden Erfindung auf zumindest eine der beiden Energiespeichervorrichtungen 1 eine Anwendung findet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013-214456 A [0002]

Claims

Energiespeichervorrichtung, aufweisend: eine abgeflachte Elektrodenanordnung, die durch gewickelte Elektroden gebildet ist, so dass ein hohler Abschnitt in einer Mitte der Wicklung gebildet ist, wobei die Elektrodenanordnung eine Nebenachse und eine Hauptachse aufweist, die senkrecht zueinander verlaufen, die Elektrodenanordnung ein Paar von gekrümmten Abschnitten, die in der Hauptachsenrichtung gegenüberliegen, und ein Paar von flachen Abschnitten, die in der Nebenachsenrichtung gegenüberliegen, umfasst, und die flachen Abschnitte entsprechende Endabschnitte der gekrümmten Abschnitte miteinander verbindet; und ein Gehäuse, das die Elektrodenanordnung darin aufnimmt, wobei unter der Annahme einer Dicke des flachen Abschnitts in der Nebenachsenrichtung als A, einer Dicke des gekrümmten Abschnitts in einer radialen Richtung als B und einer Dicke des hohlen Abschnitts in der Nebenachsenrichtung als W die Elektrodenanordnung eine folgende Formel in einem Zustand erfüllt, wobei die Elektrodenanordnung entladen wird. A + (W/2) ≤ B
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenanordnung einen zylinderförmigen Wicklungskern umfasst, der den hohlen Abschnitt umgibt, und die Elektroden um den Umfang des Wicklungskernes gewickelt sind.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Elektrodenanordnung die folgende Formel in einem Zustand erfüllt, wobei die Elektrodenanordnung entladen wird. A + (π/4)W ≤ B
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Elektrodenanordnung die folgende Formel in einem Zustand erfüllt, wobei die Elektrodenanordnung entladen wird. B ≤ A + W
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in einem Zustand, wobei die Elektrodenanordnung entladen wird, in einem Bereich von zumindest einem Abschnitt des hohlen Abschnitts in der Hauptachsenrichtung Abschnitte der Elektrode, die einander gegenüberstehen, mit dem dort dazwischen eingeklemmten hohlen Abschnitt in der Nebenachsenrichtung miteinander in Kontakt gebracht werden.
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Gehäuse einen Innenraum aufweist und die Elektrodenanordnung in dem Innenraum aufnimmt, so dass die flachen Abschnitte jeweils mit dem Gehäuse in einem isolierten Zustand in Kontakt gebracht werden, und unter der Annahme einer Größe des Innenraumes des Gehäuses in der Nebenachsenrichtung als L die Elektrodenanordnung die folgende Formal in einem Zustand erfüllt, wobei die Elektrodenanordnung entladen wird. W ≤ 0,2L
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei unter Annahme einer Dicke von einem gekrümmten Abschnitt aus dem Paar von gekrümmten Abschnitten in einer radialen Richtung als B₁ und einer Dicke des anderen gekrümmten Abschnitts in der radialen Richtung als B₂ die Elektrodenanordnung die folgende Formel in einem Zustand erfüllt, wobei die Elektrodenanordnung entladen wird. A + (W/2) ≤ B₁ und A + (W/2) ≤ B₂
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Elektroden eine positive Elektrode und eine negative Elektrode umfasst und die negative Elektrode Graphit als ein negatives aktives Material umfasst.
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Elektroden eine positive Elektrode und eine negative Elektrode umfasst und ein aktives Material der negativen Elektrode Graphit ist.