DE112014001886T5

DE112014001886T5 - Speichervorrichtung

Info

Publication number: DE112014001886T5
Application number: DE112014001886.4T
Authority: DE
Inventors: Motoaki Okuda; Atsushi MINAGATA
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2015-12-24
Also published as: CN105103335A; US20160064714A1; JP5637245B2; CN105103335B; US9741987B2; WO2014168046A1; JP2014203776A

Abstract

Eine Elektrizitätsspeichervorrichtung hat ein erstes Elektrodenblatt, das eine Aktivmaterialschicht aufweist, Separatoren, die zwei Oberflächen des ersten Elektrodenblatts bedecken, und ein zweites Elektrodenblatt, das eine Aktivmaterialschicht aufweist, die eine Polarität hat, die unterschiedlich zu der des ersten Elektrodenblatts ist. Das erste Elektrodenblatt hat außerdem eine erste Kante und eine Lasche, die sich von der ersten Kante erstreckt. Die Separatoren haben jeweils Hauptvorsprünge, die an gegenüberliegenden Seiten des ersten Elektrodenblatts angeordnet sind und von dem ersten Elektrodenblatt in der Erstreckungsrichtung der Laschen vorragen, und Nebenvorsprünge, die an den gegenüberliegenden Seiten des ersten Elektrodenblatts angeordnet sind und von dem ersten Elektrodenblatt in einer Richtung unterschiedlich von der Vorragrichtung der Hauptvorsprünge vorragen. Die Hauptvorsprünge sind miteinander in einem ersten Schweißbereich verschweißt, und die Nebenvorsprünge sind miteinander in einem zweiten Schweißbereich verschweißt. Die Bereichsbreite des ersten Schweißbereichs in der Vorragrichtung der Hauptvorsprünge ist größer als die Bereichsbreite des zweiten Schweißbereichs in der Vorragrichtung der Nebenvorsprünge.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die folgende Erfindung betrifft eine Elektrizitätsspeichervorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien und wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterien sind gut bekannte Elektrizitätsspeichervorrichtungen, die in elektrischen Fahrzeugen (EVs) und in Plug-in-Hybridfahrzeugen (PHVs) eingebaut sind. Das Patentdokument 1 offenbart ein Beispiel einer Elektrizitätsspeichervorrichtung, das eine durch das Schichten von Elektrodenblättern ausgebildete Elektrodenbaugruppe hat. Jedes Elektrodenblatt hat eine Metallfolie und aktive Metallschichten, deren Oberflächen an der Metallfolie ausgebildet sind. Zwischen den Elektrodenblättern sind Separatoren angeordnet.
In dem Patentdokument 1 nehmen zwei Separatoren ein rechteckiges positives Elektrodenblatt zwischen sich auf. Die Abschnitte der Separatoren, die über die vier Kanten des positiven Elektrodenblatts in ebenen Richtungen vorragen, sind wärmegeschweißt (thermisch geschweißt), um Schweißbereiche auszubilden. In der Elektrizitätsspeichervorrichtung des Patentdokuments 1 ist somit jedes positive Elektrodenblatt relativ zu Separatoren positioniert. Zusätzlich werden positive Elektrodenblätter, die durch die Separatoren bedeckt sind, und negative Elektrodenblätter so geschichtet, dass Elektrodenblätter mit unterschiedlichen Größen Fläche an Fläche geschichtet sind.
DRUCKSCHRIFTEN DES STANDS DER TECHNIK
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische offengelegte Patentveröffentlichung mit der Nr. 2002-252023

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Probleme, die die Erfindung lösen soll
Wenn es durch die Separatoren bedeckt ist, ist ein positives Elektrodenblatt des Patentdokuments 1 an den Mittelabschnitten der Separatoren angeordnet, wobei die Kanten des positiven Elektrodenblatts durch einen gleichen Abstand von den entsprechenden äußeren Kanten der Separatoren getrennt sind. Die Bereichsbreite des Schweißbereichs, der der Kante des positiven Elektrodenblatts entspricht, das eine Sammellasche hat, ist gleich der Bereichsbreite des Schweißbereichs entsprechend den anderen Kanten des positiven Elektrodenblatts.
Falls die Vorsprungsgröße der Separatoren über die Kante mit der Sammellasche erhöht wird, um einen Kurzschluss zwischen den negativen Elektrodenblättern und den Sammellaschen der positiven Elektrodenblätter zu vermeiden, kann in dem Patentdokument 1 die enge Bereichsbreite des Schweißbereichs somit Defekte in den Separatoren wie z.B. Falten oder Biegungen verursachen, wenn die Elektrodenblätter geschichtet werden.
Solche Defekte der Separatoren können in nicht gleichförmigen Abständen oder Bindekräften zwischen den Elektrodenblättern resultieren, die in der Schichtungsrichtung der Elektrodenbaugruppe angrenzend aneinander liegen, was die Leistungsfähigkeit wie z.B. die Kapazität der Elektrizitätsspeichervorrichtung verschlechtern kann.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrizitätsspeichervorrichtung bereit zu stellen, die Defekte in Separatoren in einer Elektrodenbaugruppe mit geschichteten Separatoren und Elektrodenblättern reduziert.
Mittel zum Lösen des Problems
Um die voranstehend beschriebene Aufgabe zu lösen und gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine Elektrizitätsspeichervorrichtung bereit gestellt, die ein erstes Elektrodenblatt, Separatoren und ein zweites Elektrodenblatt hat. Das erste Elektrodenblatt hat zwei Oberflächen und eine Aktivmaterialschicht, die an zumindest einer der zwei Oberflächen angeordnet ist. Die Separatoren bedecken die zwei Oberflächen des ersten Elektrodenblatts. Das zweite Elektrodenblatt hat zwei Oberflächen und eine Aktivmaterialschicht, die an zumindest einer der zwei Oberflächen angeordnet ist. Das zweite Elektrodenblatt unterscheidet sich in der Polarität von dem ersten Elektrodenblatt. Das erste Elektrodenblatt, die Separatoren und das zweite Elektrodenblatt sind geschichtet, um eine Elektrodenbaugruppe auszubilden. Das erste Elektrodenblatt hat eine erste Kante und eine Lasche, die sich von der ersten Kante erstreckt. Die Separatoren haben jeweils Hauptvorsprünge und Nebenvorsprünge. Die Hauptvorsprünge sind an gegenüberliegenden Seiten des ersten Elektrodenblatts angeordnet und ragen in einer Erstreckungsrichtung der Lasche über das erste Elektrodenblatt vor. Die Nebenvorsprünge sind an den gegenüberliegenden Seiten des ersten Elektrodenblatts angeordnet und ragen in einer Richtung über das erste Elektrodenblatt vor, die sich von einer Vorragrichtung der Hauptvorsprünge unterscheidet. Die Hauptvorsprünge sind in einem Hauptschweißbereich miteinander verschweißt. Die Nebenvorsprünge sind miteinander in einem Nebenschweißbereich verschweißt. Der Hauptschweißbereich weist eine Bereichsbreite in der Vorsprungsrichtung der Hauptvorsprünge auf, die in einer Vorragrichtung größer als eine Bereichsbreite des Nebenschweißbereichs der Nebenvorsprünge ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterie gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Elektrodenbaugruppe zeigt, die in der wiederaufladbaren Batterie der 1 aufgenommen ist.
3 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 1-1 in 2.
4 ist eine schematische Vorderansicht, die einen Elektrodenaufnahmeseparator gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt.
ARTEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Eine Elektrizitätsspeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform wird nun beschrieben.
Wie aus 1 ersichtlich ist, hat eine wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie 10 (im Folgenden als „wiederaufladbare Batterie“ bezeichnet), die eine in einem Fahrzeug wie z.B. einem Passagierfahrzeug oder einem Industriefahrzeug eingebaute Elektrizitätsspeichervorrichtung ist eine Elektrodenbaugruppe 12 und ein Gehäuse 11, das die Elektrodenbaugruppe aufnimmt.
Das Gehäuse 11 hat einen Körper 11a, der Elektrodenbaugruppe 12 aufnimmt und die Form einer rechteckigen Kiste aufweist, und einen Deckel 11b, der die Öffnung des Körpers 11a schließt und die Form einer rechteckigen Scheibe aufweist. Der Körper 11a und der Deckel 11b sind aus Metall hergestellt wie z.B. aus rostfreiem Stahl oder aus Aluminium.
Das Gehäuse 11 ist mit einer nicht wasserfreien Elektrolytlösung 13 gefüllt, die ein Elektrolyt ist. Ein positiver Anschluss 15 und ein negativer Anschluss 16 ragen von dem Deckel 11b nach außen vor. Die Elektrodenbaugruppe 12 ist durch ein isolierendes Kunststoffblatts 14 bedeckt und in dem Gehäuse 11 aufgenommen.
Wie aus 2 ersichtlich ist, hat die Elektrodenbaugruppe 12 positive Elektrodenblätter 18, negative Elektrodenblätter 19, die sich in der Polarität von den positiven Elektrodenblättern 18 unterscheiden, und taschenförmige Elektrodenaufnahmeseparatoren 20, die die positiven Elektrodenblätter 18 von den negativen Elektrodenblättern 19 isolieren. Das positive Elektrodenblatt 18 wird ebenfalls als positive Elektrode oder als erstes Elektrodenblatt bezeichnet, und das negative Elektrodenblatt 19 wird ebenfalls als negative Elektrode oder zweites Elektrodenblatt bezeichnet. Jedes positive Elektrodenblatt 18 hat eine erste Positiv-Elektrodenkante 18a und eine zweite Positiv-Elektrodenkante 18b, die der ersten Positiv-Elektrodenkante 18a gegenüberliegt. Jedes negative Elektrodenblatt 19 hat eine erste Negativ-Elektrodenkante 19a und eine zweite Negativ-Elektrodenkante 19b, die der ersten Negativ-Elektrodenkante 19a gegenüberliegt. Die erste Positiv-Elektrodenkante 18a des positiven Elektrodenblatts 18 wird ebenfalls als erste Kante bezeichnet, und die erste Negativ-Elektrodenkante 19a des negativen Elektrodenblatts 19 wird ebenfalls als zweite Kante bezeichnet.
Die Elektrodenbaugruppe 12 ist eine laminierte Elektrodenbaugruppe, in der die Elektrodenaufnahmeseparatoren 20, die die positiven Elektrodenblätter 18 aufnehmen, und die negativen Elektrodenblätter 19 abwechselnd geschichtet sind. In der folgenden Beschreibung bezeichnet die Schichtrichtung die Richtung, in der die positiven Elektrodenblätter 18 und die negativen Elektrodenblätter 19 in der Elektrodenbaugruppe 12 geschichtet sind.
Jedes positive Elektrodenblatt 18 hat eine positive Metallfolie 21 (in der vorliegenden Ausführungsform eine Aluminiumfolie), die eine rechteckige Außenform aufweist, und positive Aktivmaterialschichten 22, die an gegenüberliegenden Oberflächen der positiven Metallfolie 21 angeordnet sind und ein Aktivmaterial (ein positives Aktivmaterial) haben. Auf jeder Oberfläche der positiven Metallfolie 21 erstreckt sich die positive Aktivmaterialschicht 22 von der zweiten Positiv-Elektrodenkante 18b des positiven Elektrodenblatts 18 mit einer festen Breite und erstreckt sich über die gesamte Abmessung des positiven Elektrodenblatts 18 in der Erstreckungsrichtung der ersten Positiv-Elektrodenkante 18a.
Außerdem bildet jede Oberfläche der positiven Metallfolie 21 einen eine positive Elektrode nichtausbildenden Abschnitt 23, in dem die positive Aktivmaterialschicht 22 nicht ausgebildet ist. Der die positive Elektrode nicht ausbildende Abschnitt 23 erstreckt sich von der ersten Positiv-Elektrodenkante 18a mit einer festen Breite und erstreckt sich über die gesamte Abmessung der ersten Positiv-Elektrodenkante 18a. Der die positive Elektrode nichtausbildende Abschnitt 23 erstreckt sich entlang der ersten Positiv-Elektrodenkante 18a und dient als freigelegter Metallfolienabschnitt, in dem die positive Metallfolie 21 freigelegt ist.
Jedes positive Elektrodenblatt 18 hat eine positive Sammellasche 24, die als erste Lasche dient, und sich von der ersten Positiv-Elektrodenkante 18a erstreckt (vorragt). Die positive Sammellasche 24 ist ein Teil der positiven Metallfolie 21, die den die positive Elektrode nichtausbildenden Abschnitt 23 ausbildet. Alle positiven Elektrodenblätter 18, die Bauteile der Elektrodenbaugruppe 12 sind, weisen entsprechende positive Sammellaschen 24 auf, die in ihrer Form identisch und in der gleichen Position angeordnet sind.
Wie aus 1 ersichtlich ist, hat die Elektrodenbaugruppe 12 einen Kantenabschnitt 12a, an dem eine positive Sammellaschengruppe 24a angeordnet ist. Die positive Sammellaschengruppe 24a dient als erste Laschengruppe und ist durch Sammeln aller positiven Sammellaschen 24 der Elektrodenbaugruppe 12 ausgebildet. Die positiven Sammellaschen 24 sind in der positiven Sammellaschengruppe 24a geschichtet. Die positive Sammellaschengruppe 24a ist z.B. durch Schweißen elektrisch mit dem positiven Anschluss 15 verbunden.
Wie aus 2 ersichtlich ist, hat jedes negative Elektrodenblatt 19 eine negative Metallfolie 25 (in der vorliegenden Ausführungsform eine Kupferfolie), die eine rechteckige äußere Form aufweist, und negative Aktivmaterialschichten 26, die an gegenüberliegenden Oberflächen der negativen Metallfolie 25 angeordnet sind und ein Aktivmaterial (negatives Aktivmaterial) haben. An jeder Oberfläche der negativen Metallfolie 25 erstreckt sich die negative Aktivmaterialschicht 26 von der ersten Negativ-Elektrodenkante 19a zu der zweiten Negativ-Elektrodenkante 19b des negativen Elektrodenblatts 19 und erstreckt sich über die gesamte Abmessung der ersten Negativ-Elektrodenkante 19a.
Das negative Elektrodenblatt 19 hat eine negative Sammellasche 28, die von der ersten Negativ-Elektrodenkante 19a sich erstreckt (vorragt). Die negative Sammellasche 28 der vorliegenden Ausführungsform dient als zweite Lasche, die sich in der gleichen Richtung wie die positive Sammellasche 24 erstreckt. Die negative Sammellasche 28 ist eine negative Elektrode nichtausbildender Abschnitt 27, in dem die negative Aktivmaterialschicht 26 nicht ausgebildet ist. Die negative Sammellasche 28 ist ebenfalls ein freigelegter Metallfolienabschnitt, in dem die negative Metallfolie 25 freigelegt ist.
Alle negativen Elektrodenblätter 19, die Bauteile der Elektrodenbaugruppe 12 sind, haben entsprechende negative Sammellaschen 28, die in Form identisch sind, und in der gleichen Position angeordnet sind. Die negativen Sammellaschen 28 sind so positioniert, dass sie sich nicht mit den positiven Sammellaschen 24 überlappen, wenn die positiven Elektrodenblätter 18 und die negativen Elektrodenblätter 19 geschichtet sind.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist eine negative Sammellaschengruppe 28a, die eine zweite Laschengruppe ist und durch Sammeln aller negativen Sammellaschen 28 der Elektrodenbaugruppe 12 ausgebildet ist, an dem Kantenabschnitt 12a der Elektrodenbaugruppe 12 angeordnet. Die negativen Sammellaschen 28 sind in der negativen Sammellaschengruppe 28a geschichtet. Die negative Sammellaschengruppe 28a ist elektrisch mit dem negativen Anschluss 16 z.B. durch Schweißen verbunden.
Wie aus 2 ersichtlich ist, hat jeder Elektrodenaufnahmeseparator 20 einen ersten Separator 20a und einen zweiten Separator 20b, die zueinander gerichtet sind. Die ersten und zweiten Separatoren 20a und 20b sind rechteckige Blätter und sind aus mikroporösem Film hergestellt.
Der erste Separator 20a und der zweite Separator 20b sind in Form und Größe identisch und größer als das positive Elektrodenblatt 18. Somit hat der erste Separator 20a einen Vorsprung 30a, der in der Erstreckungsrichtung der positiven Sammellasche 24 über die erste Positiv-Elektrodenkante 18a des positiven Elektrodenblatts 18 vorragt, von der die positive Sammellasche 24 vorragt, wenn der erste Separator 20a über dem positiven Elektrodenblatt 18 platziert ist. Ähnlich hat der zweite Separator 20b einen Vorsprung 30e, der über die erste Positiv-Elektrodenkante 18a in der gleichen Richtung wie der Vorsprung 30a vorragt, wenn der zweite Separator 20b über dem positiven Elektrodenblatt 18 platziert ist. Die Vorsprünge 30a und 30e weisen die gleiche Vorsprungsbreite auf. In der vorliegenden Ausführungsform funktionieren die Vorsprünge 30a und 30e als Hauptvorsprünge, die in der Erstreckungsrichtung der positiven Sammellasche 24 an den gegenüberliegenden Seiten des positiven Elektrodenblatts 18 vorragen.
Der erste Separator 20a hat ebenfalls einen Vorsprung 30b, der über die zweite Positiv-Elektrodenkante 18b vorragt, die der ersten Positiv-Elektrodenkante 18a gegenüberliegt, einen Vorsprung 30c, der über eine dritte Positiv-Elektrodenkante 18c vorragt, und einen Vorsprung 30b, der über eine vierte Positiv-Elektrodenkante 18b vorragt. Die dritten und vierten Positiv-Elektrodenkanten 18c und 18d liegen rechtwinklig zu den ersten und zweiten Positiv-Elektrodenkanten 18a und 18b. Ähnlich hat der zweite Separator 20b Vorsprünge 30f, 30g und 30h, die über die zweite Positiv-Elektrodenkante 18b, die dritte Positiv-Elektrodenkante 18c bzw. die vierte Positiv-Elektrodenkante 18d vorragen. Die Vorsprünge 30b bis 30d und 30f bis 30h weisen die gleiche Vorsprungsbreite auf.
Die Vorsprünge 30b und 30f ragen in der Richtung entgegengesetzt zu der Erstreckungsrichtung der positiven Sammellasche 24 vor. Die Vorsprünge 30c, 30d, 30g und 30h ragen in Richtungen rechtwinklig zu der Erstreckungsrichtung der positiven Sammellasche 24 vor. Die Vorsprünge 30b bis 30d und 30f bis 30h erstrecken sich nämlich in Richtungen, die sich von der Erstreckungsrichtung der positiven Sammellasche 24 unterscheiden. In der vorliegenden Ausführungsform dienen die Vorsprünge 30b, 30c und 30d und die Vorsprünge 30f, 30g und 30h als Nebenvorsprünge, die in Richtungen vorragen, die sich von der Vorragrichtung der Vorsprünge 30a und 30e unterscheiden.
In jedem Elektrodenaufnahmeseparator 20 sind die Vorsprünge 30a und 30e in einem Hauptschweißbereich 32 aneinander gefügt, in dem durch Wärmeschweißen ausgebildete Schweißabschnitte 29 in Abständen bereitgestellt sind. In der vorliegenden Ausführungsform, wie durch den diagonal schraffierten Bereich in 2 dargestellt ist, sind die gesamten Oberflächen (oder im Wesentlichen die gesamten Oberflächen) der Vorsprünge 30a und 30e der Hauptschweißbereich 32.
In einer ähnlichen Weise sind in dem Elektrodenaufnahme Separator 20 die Vorsprünge 30b bis 30d des ersten Separators 20a mit den Vorsprüngen 30f bis 30h des zweiten Separators 20b in Nebenschweißbereichen 33 gefügt, in dem durch Wärmeschweißen ausgebildete Schweißabschnitte 29 in Abständen bereitgestellt sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die gesamten Oberflächen (oder im Wesentlichen die gesamten Oberflächen) der Vorsprünge 30b bis 30d und 30f bis 30h die Nebenschweißbereiche 33.
Entsprechend weisen die Nebenschweißbereiche 33 die gleiche Bereichsbreite 35b in den Vorragrichtungen der Vorsprünge 30b bis 30d und 30f bis 30h auf. Die Bereichsbreite 35a des Hauptschweißbereichs 32 in der Erstreckungsrichtung der positiven Sammellasche 24 ist größer als die Bereichsbreite 35b der Nebenschweißbereiche 33.
Der erste Separator 20a und der zweite Separator 20b sind an allen Seiten geschweißt (gefügt). Die positive Sammellasche 24 des positive Elektrodenblatts 18 erstreckt sich zwischen den gegenüberliegenden Vorsprüngen 30a und 30e der ersten und zweiten Separatoren 20a und 20b und ragt über die distale Kante 35 des Elektrodenaufnahmeseparators 20 (der Separatoren 20a und 20b) vor. Der Elektrodenaufnahmeseparator 20, der durch Fügen des ersten Separators 20a und des zweiten Separators 20b miteinander ausgebildet ist, hat einen Aufnahmeabschnitt S für das positive Elektrodenblatt 18 innerhalb der Schweißbereiche 32 und 33.
Der Elektrodenaufnahmeseparator 20 (die Separatoren 20a und 20b) und das negative Elektrodenblatt 19 weisen die gleiche (oder im Wesentlichen die gleiche) Abmessung in der Richtung auf, in der die erste Positiv-Elektrodenkante 18a des positiven Elektrodenblatts 18 und die erste Negativ-Elektrodenkante 19a des negativen Elektrodenblatts 19 sich erstrecken. Die Abmessung des Elektrodenaufnahmeseparators 20 (der Separatoren 20a und 20b) in der Erstreckungsrichtung der Sammellaschen 24 und 28 ist größer als die Abmessung des negativen Elektrodenblatts 19 in der gleichen Richtung.
In der Elektrodenbaugruppe 12 sind die Elektrodenaufnahmeseparatoren 20, die die positiven Elektrodenblätter 18 aufnehmen, und die negativen Elektrodenblätter 19 derart geschichtet, dass die zweiten Negativ-Elektrodenkante 19b der negativen Elektrodenblätter 19 und die Kanten der Elektrodenaufnahmeseparatoren 20, die den distalen Kanten 35 gegenüberliegen, ausgerichtet sind, wenn sie in der Schichtrichtung betrachtet werden.
Somit ragt die erste Negativ-Elektrodenkante 19a des negativen Elektrodenblatts 19 über die erste Positiv-Elektrodenkante 18a in der Erstreckungsrichtung der positiven Sammellasche 24 vor, wie aus 3 ersichtlich ist. Entsprechend ist die erste Negativ-Elektrodenkante 19a in der Schichtungsrichtung betrachtet zwischen der ersten Positiv-Elektrodenkante 18a des positiven Elektrodenblatts 18 und der distalen Kante 35 in der Vorsprungsrichtung der Vorsprünge 30a und 30e angeordnet. Die erste Negativ-Elektrodenkante 19a überlappt in der Schichtrichtung betrachtet nämlich den Hauptschweißbereich 32. Außerdem sind in der Elektrodenbaugruppe 12 die positiven Elektrodenblätter 18 (die positiven Aktivmaterialschichten 22) mit Ausnahme der positiven Sammellaschen 24 in der Schichtrichtung betrachtet vollständig durch die negativen Aktivmaterialschichten 26 der negativen Elektrodenblätter 19 überlappt.
Die Bereichsbreite 35a des Hauptschweißbereichs 32 in der Erstreckungsrichtung der positiven Sammellasche 24 ist größer als oder gleich der Summe des Abstands Lx zwischen der Kantenoberfläche der ersten Positiv-Elektrodenkante 18a und der Kantenoberfläche der ersten Negativ-Elektrodenkante 19a in der Erstreckungsrichtung der positiven Sammellasche 24, der Dicke Ly des negativen Elektrodenblatts 19 und des Abstands Lz zwischen der positiven Sammellasche 24 des positiven Elektrodenblatts 18 und des negativen Elektrodenblatts 19, das angrenzend an das positive Elektrodenblatt 18 liegt.
Keramikschichten, die aus isolierenden Keramikpartikeln ausgebildet sind, bedecken die gesamten äußeren Oberflächen der Separatoren 20a und 20b, die den inneren Oberflächen gegenüberliegen, die zu dem positiven Elektrodenblatt 18 gerichtet sind. Die inneren Oberflächen der Separatoren 20a und 20b sind nicht durch Keramikschichten bedeckt.
Als nächstes wird der Betrieb der wiederaufladbaren Batterie 10 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Die Bereichsbreite 35a des Hauptschweißbereichs 32 in der Erstreckungsrichtung der positiven Sammellasche 24 ist größer als die Bereichsbreite 35b der Nebenschweißbereiche 33. Dies gestattet, dass der Hauptschweißbereich 32 eine größere Fläche zum Befestigen der Separatoren 20a und 20b aneinander als die Nebenschweißbereiche 33 aufweist. Wenn die positiven Elektrodenblätter 18, die in den Elektrodenaufnahmeseparatoren 20 aufgenommen sind, und die negativen Elektrodenblätter 19 geschichtet werden, ist somit weniger wahrscheinlich, dass die Vorsprünge 30a und 30e durch z.B Abschälen voneinander getrennt werden und Falten oder Knicke ausbilden.
Insbesondere erstreckt sich der Hauptschweißbereich 32 der vorliegenden Ausführungsform über die gesamten Oberflächen (oder im Wesentlichen die gesamten Oberflächen) der Vorsprünge 30a und 30b. Dies begrenzt weiter die Trennung der Vorsprünge 30a und 30b.
Die Bereichsbreite 35a des Hauptschweißbereichs 32 ist größer als oder gleich der Summe des Abstands Lx zwischen der Kantenoberfläche der ersten Positiv-Elektrodenkante 18a und der Kantenoberfläche der ersten Negativ-Elektrodenkante 19a, der Dicke Ly des negativen Elektrodenblatts 19 und des Abstands Lz zwischen der positiven Sammellasche 24 und dem negativen Elektrodenblatt 19.
Wenn die positiven Sammellaschen 24 gebogen werden und in der Schichtrichtung gesammelt werden, um die positive Sammellaschengruppe 24a auszubilden, wie durch den Pfeil Y in 3 angezeigt ist, wird entsprechend der Abschnitt von jeder positiven Sammellasche 24, der mit dem angrenzenden negativen Elektrodenblatt 19 in Berührung gebracht werden kann, durch den Elektrodenaufnahmeseparator 20 bedeckt, in dem die Vorsprünge 30a und 30e aneinander befestigt sind.
Die Schweißabschnitte 29 sind in den Hauptschweißbereichen 32 und den Nebenschweißbereichen 33 in Abständen bereitgestellt. Dies begrenzt im Vergleich mit einer Struktur, in der ein Schweißabschnitt 29 sich über die gesamte Fläche der Schweißbereiche 32 und 33 erstreckt, oder mit einer Struktur, in der Schweißabschnitte 29 kontinuierlich ausgebildet sind, ein Schrumpfen der Separatoren 20a und 20b während des Wärmeschweißens, während die Flächen der Schweißbereiche 32 und 33 beibehalten bleiben.
Die äußeren Oberflächen der Separatoren 20a und 20b, die die Elektrodenaufnahmeseparatoren 20 ausbilden, sind insgesamt durch Keramikschichten bedeckt. Dies begrenzt ein Schrumpfen der Separatoren 20a und 20b sogar, falls die Temperatur der wiederaufladbaren Batterie 10 die Wärmeschrumpftemperatur oder den Schmelzpunkt der Elektrodenaufnahmeseparatoren 20 (der Separatoren 20a und 20b) übersteigt.
Die inneren Oberflächen der Separatoren 20a und 20b sind nicht durch Keramikschichten bedeckt. Dies gestattet das Wärmeschweißen der Separatoren 20a und 20b in dem Hauptschweißbereich 32 und den Nebenschweißbereichen 33 und erleichtert die Ausbildung der Schweißabschnitte 29.
Die Elektrodenaufnahmeseparatoren 20 nehmen die positiven Elektrodenblätter 18 auf. Somit können die positiven Elektrodenblätter 18 einfach relativ zu den negativen Elektrodenblättern 19 durch Positionieren der Elektrodenaufnahmeseparatoren 20 relativ zu den negativen Elektrodenblättern 19 positioniert werden. In der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere die positiven Elektrodenblätter 18 derart positioniert, dass die positiven Elektrodenblätter 18 (die positiven Aktivmaterialschichten 22) mit Ausnahme der positiven Sammellaschen 24 vollständig durch die negativen Aktivmaterialschichten 26 der negativen Elektrodenblätter 19 in der Schichtrichtung betrachtet überlappt sind. Dies begrenzt vorteilhaft die Abscheidung von Lithium während des Ladens und Entladens.
Die Vorteile der vorliegenden Ausführungsform werden nun beschrieben.

(1) Die Bereichsbreite 35a des Hauptschweißbereichs 32 ist größer als die Bereichsbreite 35b der Nebenschweißbereiche 33. Dies begrenzt die Trennung der Separatoren 20a und 20b in dem Hauptschweißbereich 32, die die positive Sammellasche 24 zwischen sich aufnehmen. Somit können Defekte in den Vorsprüngen 30a und 30e wie z.B. Falten oder Knicke weniger wahrscheinlich auftreten, wenn die positiven Elektrodenblätter 18, die in den Elektrodenaufnahmeseparatoren 20 aufgenommen sind, und die negativen Elektrodenblätter 19 geschichtet werden. Dies reduziert Defekte in den Separatoren 20a und 20b der Elektrodenbaugruppe 12, in denen die Separatoren 20a und 20b, die positiven Elektrodenblätter 18 und die negativen Elektrodenblätter 19 geschichtet sind.
(2) Die Abschnitte der positiven Sammellaschen 24, die mit den negativen Elektrodenblättern 19 in Berührung gebracht werden können, sind durch die Elektrodenaufnahmeseparatoren 20 bedeckt, in denen die Vorsprünge 30a und 30e aneinander befestigt sind. Dies begrenzt einen Kurzschluss zwischen den positiven Sammellaschen 24 der positiven Elektrodenblätter 18 und der negativen Elektrodenblätter 19, wenn die positiven Sammellaschen 24 gesammelt werden, um die positive Sammellaschengruppe 24a auszubilden.
(3) Die Schweißabschnitte 29 sind in Abständen in den Schweißbereichen 32 und 33 bereitgestellt. Dies begrenzt das Schrumpfen der Separatoren 20a und 20b im Vergleich mit einer Struktur, in der die Schweißabschnitte 29 kontinuierlich in den Schweißbereichen 32 und 33 ausgebildet sind.
(4) Die isolierenden Keramikschichten der Separatoren 20a und 20b begrenzen das Schrumpfen der Separatoren 20a und 20b, das ansonsten durch einen Temperaturanstieg verursacht werden würde. Dies reduziert einen Kurzschluss zwischen den positiven Elektrodenblättern 18 und den negativen Elektrodenblättern 19.
(5) Die Keramikschichten bedecken die äußeren Oberflächen, die den Oberflächen gegenüberliegen, die zu dem positiven Elektrodenblatt 18 gerichtet sind. Dies gestattet das Wärmeschweißen der ersten und zweiten Separatoren 20a und 20b, was die Befestigung der Separatoren 20a und 20b erleichtert.
(6) In der wiederaufladbaren Batterie 10 werden Defekte in den Separatoren 20a und 20b der Elektrodenbaugruppe 12 reduziert. Dies begrenzt eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der wiederaufladbaren Batterie 10, wie z.B. eine verringerte Kapazität, die durch nichtgleichförmige Abstände oder Bindekräfte zwischen den positiven Elektrodenblättern 18 und den negativen Elektrodenblättern 19 in der Schichtrichtung der Elektrodenbaugruppe 12 verursacht werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die voranstehend beschriebene Ausführungsform begrenzt, sondern kann z.B. wie folgt ausgeführt sein.
Wie aus 4 ersichtlich ist, kann in dem gesamten Hauptschweißbereich 32 ein einzelner Schweißabschnitt 29 ausgebildet sein. Zum Beispiel kann ein linearer kontinuierlicher Schweißabschnitt 29 ausgebildet sein. Der Nebenschweißbereich 33 kann ebenfalls in einer ähnlichen Weise modifiziert sein.
Die Elektrodenaufnahmeseparatoren 20 können anstelle der positiven Elektrodenblätter 18 die negativen Elektrodenblätter 19 aufnehmen.
Der erste Separator 20a und der zweite Separator 20b können einstückig ausgebildet sein. Der Elektrodenaufnahmeseparator 20 kann nämlich durch Falten eines einzelnen Separatorblatts in die Hälfte und Ausbilden der Schweißbereiche 32 und 33 durch Wärmeschweißen ausgebildet sein.
Jedes positive Elektrodenblatt 18 kann eine Mehrzahl positive Sammelanschlüsse 24 haben, die sich von der ersten Positiv-Elektrodenkante 18a erstrecken. Die Elektrodenbaugruppe 12 kann nämlich eine Mehrzahl positiver Sammellaschengruppen 24a haben, die von dem Kantenabschnitt 12a vorragt. Das negative Elektrodenblatt 19 kann ebenfalls in einer ähnlichen Weise modifiziert werden.
Die Vorsprünge 30b und 30f, die Vorsprünge 30c und 30g und Vorsprünge 30d und 30h können sich in der Vorragbreite unterscheiden. Die Vorragbreite der Vorsprünge 30d und 30f, der Vorsprünge 30c und 30g und der Vorsprünge 30d und 30h kann gleich wie oder größer als die Vorragbreite der Vorsprünge 30a und 30e sein. Wie jedoch mit der voranstehend dargestellten Ausführungsform der Fall ist, sollte die Bereichsbreite 35a des Hauptschweißbereichs 32 größer als die Bereichsbreite 35b der Nebenschweißbereiche 33 sein.
Der Hauptschweißbereich 32 kann in einem Teil von jedem der Vorsprünge 30a und 30e angeordnet sein. Ähnlich kann der Nebenschweißbereich 33 in einem Teil von jedem der Vorsprünge 30b und 30f, der Vorsprünge 30c und 30g und der Vorsprünge 30d und 30h angeordnet sein.
Die Bereichsbreite 35a des Hauptschweißbereichs 32 kann kleiner als die Summe der Abstände Lx, der Dicke Ly und des Abstands Lz sein. Nichtsdestotrotz ist die Struktur der voranstehend dargestellten Ausführungsform wünschenswert, um einen Kurzschluss zwischen den positiven Sammellaschen 24 der positiven Sammellaschengruppe 24a und den negativen Elektrodenblättern 19 zu begrenzen.
Keramikschichten können die inneren Oberflächen der Separatoren 20a und 20b zusätzlich zu den äußeren Oberflächen bedecken. Keramikschichten können lediglich Teile der äußeren Oberfläche der Separatoren 20a und 20b bedecken.
Jeder der Separatoren 20a und 20b kann eine Mehrschichtstruktur aufweisen, in der mikroporöse Filme gegenüberliegende Seiten der Keramikschicht bedecken.
Das Metall der positiven Metallfolie 21 und der negativen Metallfolie 25 kann geändert werden.
Das positive Elektrodenblatt 18 kann die positive Aktivmaterialschicht 22 lediglich an einer Oberfläche haben. Das negative Elektrodenblatt 19 kann die negative Aktivmaterialschicht 26 lediglich an einer Oberfläche haben.
Die vorliegende Ausführungsform kann in anderen Elektrizitätsspeichervorrichtungen wie z.B. einer wiederaufladbaren Nickel-Metall-Hydrid-Batterie oder einem elektrischen Doppelschicht-Kondensator ausgeführt sein.
Die vorliegende Erfindung kann in einer Elektrizitätsspeichervorrichtung ausgeführt sein, die für andere Anwendungen als Fahrzeuge verwendet wird.

Claims

Elektrizitätsspeichervorrichtung mit: einem ersten Elektrodenblatt mit zwei Oberflächen und einer Aktivmaterialschicht, die an zumindest einer der zwei Oberflächen angeordnet ist; Separatoren, die die zwei Oberflächen des ersten Elektrodenblatts bedecken; und einem zweiten Elektrodenblatt, das zwei Oberflächen und eine Aktivmaterialschicht hat, die an zumindest einer der zwei Oberflächen angeordnet ist, wobei das zweite Elektrodenblatt sich in der Polarität von dem ersten Elektrodenblatt unterscheidet, wobei das erste Elektrodenblatt, die Separatoren und das zweite Elektrodenblatt geschichtet sind, um eine Elektrodenbaugruppe auszubilden, das erste Elektrodenblatt eine erste Kante und ein Lasche hat, die sich von der ersten Kante erstreckt, die Separatoren jeweils haben: Hauptvorsprünge, die an gegenüberliegenden Seiten des ersten Elektrodenblatts angeordnet sind und in einer Erstreckungsrichtung der Lasche über das erste Elektrodenblatt vorragen; und Nebenvorsprünge, die an den gegenüberliegenden Seiten des ersten Elektrodenblatts angeordnet sind und über das erste Elektrodenblatt in einer Richtung vorragen, die sich von einer Vorragrichtung der Hauptvorsprünge unterscheidet, die Hauptvorsprünge in einem Hauptschweißbereich miteinander verschweißt sind, die Nebenvorsprünge in einem Nebenschweißbereich miteinander verschweißt sind, und der Hauptschweißbereich eine Bereichsbreite in der Vorragrichtung der Hauptvorsprünge aufweist, die größer als eine Bereichsbreite des Nebenschweißbereichs in einer Vorragrichtung der Nebenvorsprünge ist.
Elektrizitätsspeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Elektrodenblatt eine zweite Kante hat, die in der Erstreckungsrichtung der Lasche des ersten Elektrodenblatts über die erste Kante des ersten Elektrodenblatts vorragt, und die Bereichsbreite des Hauptschweißbereichs größer als oder gleich einer Summe von: einem Abstand zwischen der ersten Kante und der zweiten Kante in der Erstreckungsrichtung der Lasche des ersten Elektrodenblatts; einer Dicke des zweiten Elektrodenblatts; und einem Abstand zwischen der Lasche des ersten Elektrodenblatts und dem zweiten Elektrodenblatt, das angrenzend an das erste Elektrodenblatt liegt, ist.
Elektrizitätsspeichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest einer aus dem Hauptschweißbereich und dem Nebenschweißbereich eine Mehrzahl Wärmeschweißabschnitte hat, die in Abständen bereitgestellt sind.
Elektrizitätssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Separatoren einen ersten Separator, der eine oder zwei Oberflächen des ersten Elektrodenblatts bedeckt, und einen zweiten Separator, der die anderen der zwei Oberflächen des ersten Elektrodenblatts bedeckt haben, und zumindest einer aus erstem Separator und zweitem Separator eine isolierende Keramikschicht hat.
Elektrizitätsspeichervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Keramikschicht eine Oberfläche gegenüber einer Oberfläche bedeckt, die in dem zumindest einem aus erstem Separator und zweitem Separator zu dem ersten Elektrodenblatt gerichtet ist.
Elektrizitätsspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste Elektrodenblatt eine positive Polarität aufweist.
Elektrizitätsspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Elektrizitätsspeichervorrichtung eine wiederaufladbare Batterie ist.