DE112016004232T5

DE112016004232T5 - Elektrochemische energiespeichervorrichtung

Info

Publication number: DE112016004232T5
Application number: DE112016004232.9T
Authority: DE
Inventors: Kenji Kawate
Original assignee: Lithium Energy and Power GmbH and Co KG
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2018-07-19
Also published as: US20190044124A1; JP7136177B2; US10516152B2; JP2017059511A; JP2021057351A; JP2018536252A; JP6860009B2; WO2017045813A1; CN108028350A; CN108028350B

Abstract

Bei einer Energiespeichervorrichtung 10 mit einer Elektrodenanordnung 400 und einem Behälter 100 zum Unterbringen der Elektrodenanordnung 400 ist eine Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung, von der eine Elektrolytlösung in den Behälter zu füllen ist, an einer Position einer Deckelplatte 110 des Behälters 100 ausgebildet und liegt einem Streifenabschnitt 410 der Elektrodenanordnung 400 gegenüber.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung mit einer Elektrodenanordnung und einem Behälter zum Unterbringen der Elektrodenanordnung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Herkömmlich gibt es eine bekannte Struktur, bei der eine Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung, von der eine Elektrolytlösung in einen Behälter zu füllen ist, an einem Behälter in einer Energiespeichervorrichtung vorgesehen ist, die eine Elektrodenanordnung und den Behälter zum Unterbringen der Elektrodenanordnung enthält. Patentschrift 1 offenbart beispielsweise eine Batterie mit einem Batteriebehälter zum Unterbringen eines Leistungserzeugungselementes, einem Deckelkörper zum Verschließen eines Öffnungsabschnittes des Batteriebehälters und einer Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung, die in dem Deckelkörper ausgebildet ist und von der eine Elektrolytlösung einzufüllen ist. Bei dieser Batterie wird eine Positivelektroden-Leitung des Leistungserzeugungselementes mit dem Behälter verschweißt und die Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung, die an dem Behälter vorgesehen ist, mit einem Positivelektroden-Anschluss verschlossen. Mit anderen Worten führt der Positivelektroden-Anschluss auch eine Funktion zum Verschließen der Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung durch.
DOKUMENT DES STANDS DER TECHNIK
PATENTSCHRIFT
Patentschrift 1: JP-A-2003-317703
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Eine Elektrodenanordnung einer Energiespeichervorrichtung weist beispielsweise eine Struktur auf, die durch Schichten positiver Elektroden und negativer Elektroden mit zwischen denselben sandwichartig angeordneten Separatoren ausgebildet wird. Unter einem Gesichtspunkt das Eindringen von Fremdkörpern, wie beispielsweise Metallstücke, in die Elektrodenanordnung zu verhindern, wird ein Endabschnitt der Elektrodenanordnung vorzugsweise möglichst vollständig geschlossen. Andererseits ist es jedoch erforderlich, zu verursachen, dass die von der Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung in den Behälter gefüllte Elektrolytlösung effizient in die Schichten eines aktiven Materials der positiven Elektroden, Schichten eines aktiven Materials der negativen Elektrode bzw. die Separatoren in der Elektrodenanordnung eindringt.
Im Hinblick auf das oben erwähnte, herkömmliche Problem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energiespeichervorrichtung zu liefern, die eine Elektrodenanordnung und einen Behälter zum Unterbringen der Elektrodenanordnung enthält und bei der eine Elektrolytlösung, die von einer in dem Behälter ausgebildeten Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung eingefüllt wird, effizient in die Elektrodenanordnung eindringen kann.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Um die oben erwähnte Aufgabe zu erfüllen, ist nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Energiespeichervorrichtung mit einer Elektrodenanordnung und einem Behälter zum Unterbringen der Elektrodenanordnung geliefert, wobei eine Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung, von der eine Elektrolytlösung in den Behälter zu füllen ist, an einer Position eines Wandabschnittes des Behälters ausgebildet ist und einem Streifenabschnitt der Elektrodenanordnung gegenüberliegt.
Da der Streifenabschnitt an der Position vorhanden ist, die der Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung gegenüberliegt, erreicht bei dieser Struktur die von der Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung eingefüllte Elektrolytlösung unmittelbar den Streifenabschnitt. Der Streifenabschnitt ist ein Abschnitt, der durch Schichten von Abschnitten eines Substrates einer Elektrode (eine positive Elektrode oder eine negative Elektrode) gebildet wird und nicht mit einem aktiven Material beschichtet ist (nicht mit dem aktiven Material beschichtete Abschnitte), und ein Abschnitt des Streifenabschnittes wird mit einem leitenden Element, wie beispielsweise ein Stromkollektor, verbunden. Daher läuft die Elektrolytlösung, die von der Öffnung zum Befüllen einer Elektrolytlösung eingefüllt wird, die an der dem Streifenabschnitt gegenüberliegenden Position angeordnet ist, den Streifenabschnitt hinunter und dringt effizient in die Elektrodenanordnung (genauer Schichten des aktiven Materials der positiven Elektrode und der negativen Elektrode und Separatoren der Elektrodenanordnung) ein.
Zudem können an einem Endabschnitt der Elektrodenanordnung mit Ausnahme des Streifenabschnittes Endränder der Separatoren gebogen werden oder eine Struktur angeordnet werden, um beispielsweise Maßnahmen gegen das Eindringen von Fremdkörpern zu ergreifen. Mit anderen Worten kann bei der Energiespeichervorrichtung nach dem Aspekt die Elektrolytlösung effizient in die Elektrodenanordnung eindringen und das Eindringen der Fremdkörper in die Elektrodenanordnung unterdrückt werden.
Die Energiespeichervorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ferner den Stromkollektor, der in dem Behälter angeordnet und mit dem Streifenabschnitt elektrisch verbunden ist, und ein Isolierelement enthalten, das zwischen dem Stromkollektor und dem Wandabschnitt des Behälters angeordnet ist, wobei eine Durchgangsöffnung an einer Position des Isolierelementes und zwischen der Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung und dem Streifenabschnitt ausgebildet sein kann.
Bei dieser Struktur kann das Isolierelement zum elektrischen Isolieren des Stromkollektors und des mit der Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung ausgebildeten Wandabschnittes gegeneinander derart angeordnet werden, um eine Strömung der von der Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung eingefüllten Elektrolytlösung nicht zu behindern. Mit anderen Worten wird die Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung an der dem Streifenabschnitt gegenüberliegenden Position angeordnet und daher kann das Isolierelement zum Isolieren des Stromkollektors, der mit dem Streifenabschnitt elektrisch verbunden ist, und des Wandabschnittes gegeneinander in einigen Fällen an solch einer Position angeordnet werden, um die Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung bei Betrachtung in einer Richtung, in der die Elektrolytlösung eingefüllt wird, zu überlappen. In diesem Fall ist es durch Ausbilden der Durchgangsöffnung an der Position des Isolierelementes zwischen der Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung und dem Streifenabschnitt möglich, zu verursachen, dass die von der Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung eingefüllte Elektrolytlösung den Streifenabschnitt durch die Durchgangsöffnung erreicht.
Zudem kann die Energiespeichervorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ferner einen Abstandshalter enthalten, der zwischen einem Endabschnitt der Elektrodenanordnung, der mit dem Streifenabschnitt versehen ist, und dem Wandabschnitt des Behälters angeordnet ist, wobei der Abstandshalter einen Öffnungsabschnitt aufweisen kann, durch den der Streifenabschnitt eingeführt wird.
Bei dieser Struktur ist es möglich, zu verursachen, dass die von der Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung eingefüllte Elektrolytlösung den Streifenabschnitt unmittelbar erreicht, während der Abstandshalter, der Funktionen zum Beschränken einer Position der Elektrodenanordnung, Verhindern eines Kurzschlusses zwischen der Elektrodenanordnung und dem leitenden Element und Unterdrücken des Eindringens von Fremdkörpern in die Elektrodenanordnung aufweist, zwischen dem Endabschnitt der Elektrodenanordnung, der mit dem Streifenabschnitt versehen ist, und dem Behälter angeordnet wird.
Bei der Energiespeichervorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Elektrodenanordnung durch Wickeln der Elektrode ausgebildet werden und die Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung in dem Wandabschnitt des Behälters ausgebildet und in einer Richtung einer Wicklungsachse der Elektrodenanordnung positioniert werden.
Bei dieser Struktur wird die Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung in dem Wandabschnitt angeordnet, der in Richtung der Wicklungsachse der Elektrodenanordnung positioniert ist. Daher kann die Elektrolytlösung in die Innenseite der Elektrodenanordnung von dem Streifenabschnitt aus eindringen und die Elektrolytlösung, die sich auf einem Boden des Behälters (auf einem Wandabschnitt, der dem mit der Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung versehenen Wandabschnitt gegenüberliegt) akkumuliert, in die Innenseite der Elektrodenanordnung von einem Endabschnitt auf einer dem Streifenabschnitt in Richtung der Wicklungsachse gegenüberliegenden Seite aus eindringen.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Energiespeichervorrichtung mit der Elektrodenanordnung und dem Behälter zum Unterbringen der Elektrodenanordnung zu liefern, wobei die Elektrolytlösung, die von der Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung eingefüllt wird, die in dem Behälter ausgebildet ist, effizient in die Elektrodenanordnung eindringen kann.
Figurenliste

1: Eine Perspektivansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild einer Energiespeichervorrichtung nach einer Ausführungsform veranschaulicht.
2: Eine auseinandergezogene Perspektivansicht der Energiespeichervorrichtung nach der Ausführungsform.
3: Eine auseinandergezogene Perspektivansicht einer Deckelplattenstruktur nach der Ausführungsform.
4: Eine Perspektivansicht, die eine Struktur einer Elektrodenanordnung nach der Ausführungsform veranschaulicht.
5: Eine Perspektivansicht, die eine Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung und eine Struktur um die Öffnung herum nach der Ausführungsform veranschaulicht.
6: Eine auseinandergezogene Perspektivansicht, die die Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung und die Struktur um die Öffnung herum nach der Ausführungsform veranschaulicht.
7: Eine schematische Schnittdarstellung, die einen oberen Endabschnitt der Elektrodenanordnung und eine Struktur um den Abschnitt herum nach der Ausführungsform veranschaulicht.

ARTEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Eine Energiespeichervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden. Die jeweiligen Zeichnungen sind schematische Darstellungen und nicht unbedingt akkurate Darstellungen.
Die nachstehend beschriebene Ausführungsform zeigt ein spezifisches Beispiel der vorliegenden Erfindung. Formen, Materialien, Komponenten, angeordnete Positionen und Verbindungsweisen der Komponenten, eine Reihenfolge der Herstellungsschritte und dergleichen, die in der folgenden Ausführungsform gezeigt sind, sind lediglich Beispiele und sollen die vorliegende Erfindung nicht beschränken. Von den Komponenten in der folgenden Ausführungsform werden jene, die in Nebenansprüchen nicht beschrieben sind, die das gattungsmäßigste Konzept beschreiben, als optionale Komponenten beschrieben werden.
Zunächst wird unter Verwendung der 1 bis 3 eine Energiespeichervorrichtung 10 nach der Ausführungsform allgemein beschrieben werden.
1 ist eine Perspektivansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild einer Energiespeichervorrichtung 10 nach der Ausführungsform veranschaulicht. 2 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht der Energiespeichervorrichtung 10 nach der Ausführungsform. 3 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht einer Deckelplattenstruktur 180 nach der Ausführungsform. In 3 werden eine Positivelektroden-Leitungsplatte 145 und eine Negativelektroden-Leitungsplatte 155, die mit einem Positivelektroden-Stromkollektor 140 bzw. einem Negativelektroden-Stromkollektor 150 zu verbinden sind, die an der Deckelplattenstruktur 180 vorgesehen sind, in gestrichelten Linien veranschaulicht.
Zur Einfachheit der Erläuterung wird zwar in 1 und nachfolgenden Darstellungen eine Z-Achsen-Richtung als vertikale Richtung beschrieben, aber bei tatsächlichen Verwendungsweisen ist die Z-Achse nicht unbedingt in vertikaler Richtung.
Die Energiespeichervorrichtung 10 ist eine Sekundärbatterie, die wiederaufgeladen werden kann und elektrischen Strom entladen kann, und genauer eine Sekundärbatterie mit wasserfreiem Elektrolyt, wie beispielsweise eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie. Die Energiespeichervorrichtung 10 wird beispielsweise auf ein Elektrofahrzeug (EV; engl. electric vehicle), ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) oder ein Plug-In-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) angewandt. Die Energiespeichervorrichtung 10 ist nicht auf die wasserfreie Sekundärbatterie beschränkt, sondern kann eine andere Sekundärbatterie als eine wasserfreie Sekundärbatterie oder ein Kondensator sein.
Wie in den 1 und 2 veranschaulicht, enthält die Energiespeichervorrichtung 10 eine Elektrodenanordnung 400 und einen Behälter 100 zum Unterbringen der Elektrodenanordnung 400. Bei der Ausführungsform ist eine Deckelplattenstruktur 180, die durch Anordnen verschiedener Elemente auf einer Deckelplatte 110 des Behälters 100 ausgebildet wird, über der Elektrodenanordnung 400 angeordnet.
Die Deckelplattenstruktur 180 enthält die Deckelplatte 110 des Behälters 100, einen Positivelektroden-Anschluss 200, einen Negativelektroden-Anschluss 300, obere Isolierelemente 125 und 135, untere Isolierelemente 120 und 130 und den Positivelektroden-Stromkollektor 140 und den Negativelektroden-Stromkollektor 150.
Der Positivelektroden-Anschluss 200 ist mit einer positiven Elektrode der Elektrodenanordnung 400 durch den Positivelektroden-Stromkollektor 140 elektrisch verbunden. Der Negativelektroden-Anschluss 300 ist mit einer negativen Elektrode der Elektrodenanordnung 400 durch den Negativelektroden-Stromkollektor 150 elektrisch verbunden. Die jeweiligen leitenden Elemente, wie beispielsweise der Positivelektroden-Anschluss 200, der mit der Elektrodenanordnung 400 elektrisch verbunden ist, werden durch die Isolierelemente, wie beispielsweise das untere Isolierelement 120, gegen den Behälter 100 isoliert.
Jedes Isolierelement der oberen Isolierelemente 125 und 135 und der unteren Isolierelemente 120 und 130 ist ein Isolierelement, von welchem zumindest ein Teil zwischen einem Wandabschnitt des Behälters 100 und dem leitenden Element angeordnet ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die jeweiligen Isolierelemente entlang der Deckelplatte 110 angeordnet, die einen oberen Wandabschnitt von sechs Wandabschnitten bildet, die den Behälter 100 bilden, der eine äußere Form in Form eines im Wesentlichen rechteckigen Parallelepipedons aufweist.
Zusätzlich zu der oben erwähnten Struktur enthält die Energiespeichervorrichtung 10 nach der vorliegenden Ausführungsform einen oberen Abstandshalter 500 und eine stoßdämpfende Schicht 600, die zwischen der Deckelplattenstruktur 180 und der Elektrodenanordnung 400 angeordnet ist.
Der obere Abstandhalter 500 ist zwischen einem Endabschnitt der Elektrodenanordnung 400, der mit Streifenabschnitten 410 und 420 versehen ist, und der Deckelplatte 110 angeordnet. Der obere Abstandhalter 500 weist arretierte Abschnitte 510 auf, die an Abschnitten der Deckelplattenstruktur 180 zu arretieren sind. Mit anderen Worten weist der obere Abstandhalter 500 die arretierten Abschnitte 510 auf, um an den Abschnitten der Deckelplattenstruktur 180 hängenzubleiben.
Insbesondere ist der gesamte obere Abstandshalter 500 in Form einer flachen Platte und weist die zwei arretierten Abschnitte 510 und zwei Öffnungsabschnitte 520 auf, durch die die Streifenabschnitte 410 und 420 eingeführt werden (durch die die Streifenabschnitte 410 und 420 hindurch gehen). Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Öffnungsabschnitte 520 in Aussparungs- bzw. Einkerbungsformen (notch shapes) in dem oberen Abstandhalter 500 ausgebildet. Der obere Abstandhalter 500 besteht aus einem Material, wie beispielsweise Polykarbonat (PC), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) und Polyphenylensulfidharz (PPS), das eine Isoliereigenschaft aufweist.
Der obere Abstandhalter 500 dient beispielsweise als ein Element zum direkten oder indirekten Beschränken einer Aufwärtsbewegung der Elektrodenanordnung 400 (in Richtung der Deckelplatte 110) oder als ein Element zum Verhindern eines Kurzschlusses zwischen der Deckelplattenstruktur 180 und der Elektrodenanordnung 400. Der obere Abstandhalter 500 weist die zwei arretierten Abschnitte 510 auf und jeder arretierte Abschnitt der zwei arretierten Abschnitte 510 ist an einem Montageabschnitt 122 oder 132 arretiert, der an der Deckelplattenstruktur 180 vorgesehen ist.
Die stoßdämpfende Schicht 600 ist ein Element, das aus einem hochflexiblen und porösen Material besteht, wie beispielsweise geschäumtes Polyethylen, und dient als stoßdämpfendes Element zwischen der Elektrodenanordnung 400 und dem oberen Abstandhalter 500. Ähnlich dem oberen Abstandhalter 500 weist die stoßdämpfende Schicht 600 zwei Öffnungsabschnitte 620 auf, durch die die Streifenabschnitte 410 und 420 eingeführt werden (durch die die Streifenabschnitte 410 und 420 hindurch gehen). Die Öffnungsabschnitte 620 werden bei der vorliegenden Ausführungsform in Einkerbungsformen in der stoßdämpfenden Schicht 600 ausgebildet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind Seitenabstandhalter 700 zwischen Seitenflächen der Elektrodenanordnung 400 in einer Richtung, die die Richtung (z-Achsen-Richtung) schneidet, in der die Elektrodenanordnung 400 und die Deckelplatte 110 angeordnet sind, (bei der vorliegenden Ausführungsform gegenüberliegende Flächen in einer X-Achsen-Richtung) und einer Innenfläche des Behälters 100 angeordnet. Die Seitenabstandhalter 700 führen beispielsweise eine Funktion zum Beschränken einer Position der Elektrodenanordnung 400 durch. Ähnlich dem oberen Abstandhalter 500 bestehen die Seitenabstandhalter 700 beispielsweise aus einem Material, wie beispielsweise PC, PP, PE und PPS, das eine Isoliereigenschaft aufweist.
Zusätzlich zu den in den 1 bis 3 veranschaulichten Komponenten kann die Energiespeichervorrichtung 10 andere Komponenten, wie beispielsweise einen Isolierfilm zum Umhüllen der Elektrodenanordnung 400 und eine stoßdämpfende Schicht, die zwischen der Elektrodenanordnung 400 und einer Bodenfläche des Behälters 100 (Hauptkörper 111) angeordnet ist, enthalten. Eine Elektrolytlösung (nichtwässrige Elektrolytlösung) wird in dem Behälter 100 der Energiespeichervorrichtung 10 eingeschlossen, auch wenn die Elektrolytlösung nicht veranschaulicht ist.
Der Behälter 100 wird durch den Hauptkörper 111 in einer rechteckigen zylindrischen Form mit einem Boden und die Deckelplatte 110 gebildet, die ein plattenförmiges Element zum Schließen einer Öffnung des Hauptkörpers 111 ist. Der gesamte Behälter 100 ist in Form eines rechteckigen Parallelepipedons und durch die sechs Wandabschnitte gebildet, wie oben beschrieben wurde. Insbesondere enthält der Behälter 100 den oberen Wandabschnitt, der durch die Deckelplatte 110 gebildet ist, den unteren Wandabschnitt, der dem oberen Wandabschnitt gegenüberliegt, und die vier Seitenwandabschnitte, die den oberen Wandabschnitt und den unteren Wandabschnitt verbinden. Mit anderen Worten bildet der Hauptkörper 111 den unteren Wandabschnitt und die vier Seitenwandabschnitte.
Eine Innenseite des Behälters 100 kann durch Verschweißen der Deckelplatte 110 und des Hauptkörpers 111 miteinander verschlossen werden, nachdem die Elektrodenanordnung 400 und dergleichen in dem Behälter 100 untergebracht sind. Zwar ist ein Material der Deckelplatte 110 und des Hauptkörpers 111 nicht besonders beschränkt, aber ein schweißbares Metall, wie beispielsweise rostfreier Stahl, Aluminium, Aluminiumlegierungen, wird bevorzugt.
Wie in den 2 und 3 veranschaulicht, ist die Deckelplatte 110 mit einem Sicherheitsventil 170, einer Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung, Durchgangsöffnungen 110a und 110b und zwei vorstehenden Abschnitten 160 versehen. Das Sicherheitsventil 170 weist eine Funktion zum Ablassen eines Gases in dem Behälter 100 durch Öffnen auf, wenn sich ein Innendruck des Behälters 100 erhöht.
Die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung ist eine Durchgangsöffnung, von der die Elektrolytlösung während der Herstellung der Energiespeichervorrichtung 10 einzufüllen ist. Wie in den 1 bis 3 veranschaulicht, ist ein Elektrolytlösungs-Einfüllstopfen 118 auf der Deckelplatte 110 angeordnet, um die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung zu schließen. Durch Füllen der Elektrolytlösung in den Behälter 100 von der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung und Verschweißen des Elektrolytlösungs-Einfüllstopfens 118 mit der Deckelplatte 110, um die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung zu schließen, während der Herstellung der Energiespeichervorrichtung 10, wird die Elektrolytlösung in dem Behälter 100 untergebracht. Die in den Behälter 100 zu füllende Elektrolytlösung ist nicht besonders beschränkt und verschiedene Arten an Elektrolytlösung können ausgewählt werden, solange die Elektrolytlösung die Leistungsfähigkeit der Energiespeichervorrichtung 10 nicht beeinträchtigt. Zudem ist es durch Einfüllen der Elektrolytlösung nach dem Verringern des Drucks in dem Behälter 100 beispielsweise beim Einfüllen der Elektrolytlösung von der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung möglich, eine erforderliche Menge der Elektrolytlösung effizient in den Behälter 100 zu füllen.
Strukturelle Merkmale der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung, die in der Energiespeichervorrichtung 10 nach der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet ist, werden später unter Verwendung der 5 bis 7 beschrieben werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird jeder vorstehende Abschnitt der zwei vorstehenden Abschnitte 160 an der Deckelplatte 110 durch Ausbilden von Abschnitten der Deckelplatte 110 in vorstehende Formen vorgesehen und beispielsweise zum Positionieren des oberen Isolierelementes 125 oder 135 verwendet. Ein vertiefter Abschnitt (nicht gezeigt), der nach oben vertieft ist, ist auf einer Rückseite (Seite, die der Elektrodenanordnung 400 gegenüberliegt) des vorstehenden Abschnittes 160 gebildet und ein in Eingriff genommener Abschnitt 120b oder 130b des unteren Isolierelementes 120 oder 130 wird mit einem Abschnitt des vertieften Abschnittes in Eingriff gebracht. Auf diese Weise werden die unteren Isolierelemente 120 und 130 positioniert und in diesem Zustand an der Deckelplatte 110 fixiert.
Das obere Isolierelement 125 ist ein Element zum elektrischen Isolieren des Positivelektroden-Anschlusses 200 und der Deckelplatte 110 gegeneinander und das untere Isolierelement 120 ist ein Element zum elektrischen Isolieren des Positivelektroden-Stromkollektors 140 und der Deckelplatte 110 gegeneinander. Das obere Isolierelement 135 ist ein Element zum elektrischen Isolieren des Negativelektroden-Anschlusses 300 und der Deckelplatte 110 gegeneinander und das untere Isolierelement 130 ist ein Element zum elektrischen Isolieren des Negativelektroden-Stromkollektors 150 und der Deckelplatte 110 gegeneinander. In einigen Fällen werden die oberen Isolierelemente 125 und 135 beispielsweise als „obere Packung“ bezeichnet und die unteren Isolierelemente 120 und 130 als „untere Packung“ bezeichnet. Mit anderen Worten weisen bei der vorliegenden Ausführungsform die oberen Isolierelemente 125 und 135 und die unteren Isolierelemente 120 und 130 auch Funktionen zum Bereitstellen einer Dichtung zwischen dem Elektrodenanschluss (200 oder 300) und dem Behälter 100 auf.
Ähnlich dem oberen Abstandhalter 500 bestehen die oberen Isolierelemente 125 und 135 und die unteren Isolierelemente 120 und 130 beispielsweise aus einem Material, wie beispielsweise PC, PP, PE und PPS, mit einer Isoliereigenschaft. An einer Position direkt unter der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung des unteren Isolierelementes 120 ist eine Durchgangsöffnung 121 zum Leiten der von der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung eingefüllten Elektrolytlösung in Richtung der Elektrodenanordnung 400 ausgebildet.
Der Positivelektroden-Anschluss 200 ist ein Elektrodenanschluss, der mit der positiven Elektrode der Elektrodenanordnung 400 durch den Positivelektroden-Stromkollektor 140 elektrisch verbunden ist, und der Negativelektroden-Anschluss 300 ist der Elektrodenanschluss, der mit der negativen Elektrode der Elektrodenanordnung 400 durch den Negativelektroden-Stromkollektor 150 elektrisch verbunden ist. Mit anderen Worten sind der Positivelektroden-Anschluss 200 und der Negativelektroden-Anschluss 300 Metall-Elektrodenanschlüsse zum Hinausleiten von Elektrizität, die in der Elektrodenanordnung 400 gespeichert ist, in einen Raum außerhalb der Energiespeichervorrichtung 10 und Leiten von Elektrizität in einen Raum in der Energiespeichervorrichtung 10, um die Elektrizität in der Elektrodenanordnung 400 zu speichern. Der Positivelektroden-Anschluss 200 und der Negativelektroden-Anschluss 300 bestehen aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen.
Der Positivelektroden-Anschluss 200 ist mit einem Befestigungsabschnitt 210 zum Befestigen des Behälters 100 und des Positivelektroden-Stromkollektors 140 aneinander versehen und der Negativelektroden-Anschluss 300 ist mit einem Befestigungsabschnitt 310 zum Befestigen des Behälters 100 und des Negativelektroden-Stromkollektors 150 aneinander versehen.
Der Befestigungsabschnitt 210 ist ein Element (Niet), das ausgebildet ist, um sich von dem Positivelektroden-Anschluss 200 nach unten zu erstrecken, und das durch eine Durchgangsöffnung 140a in dem Positivelektroden-Stromkollektor 140 eingeführt und gestaucht wird. Konkret formuliert, wird der Befestigungsabschnitt 210 durch eine Durchgangsöffnung 125a in dem oberen Isolierelement 125, die Durchgangsöffnung 110a in der Deckelplatte 110, eine Durchgangsöffnung 120a in dem unteren Isolierelement 120 und die Durchgangsöffnung 140a in dem Positivelektroden-Stromkollektor 140 eingeführt und gestaucht. Auf diese Weise werden der Positivelektroden-Anschluss 200 und der Positivelektroden-Stromkollektor 140 elektrisch verbunden und der Positivelektroden-Stromkollektor 140 zusammen mit dem Positivelektroden-Anschluss 200, dem oberen Isolierelement 125 und dem unteren Isolierelement 120 an der Deckelplatte 110 fixiert.
Der Befestigungsabschnitt 310 ist ein Element (Niet), das ausgebildet ist, um sich von dem Negativelektroden-Anschluss 300 nach unten zu erstrecken, und das durch eine Durchgangsöffnung 150a in dem Negativelektroden-Stromkollektor 150 eingeführt und gestaucht wird. Konkret formuliert, wird der Befestigungsabschnitt 310 durch eine Durchgangsöffnung 135a in dem oberen Isolierelement 135, die Durchgangsöffnung 110b in der Deckelplatte 110, eine Durchgangsöffnung 130a in dem unteren Isolierelement 130 und die Durchgangsöffnung 150a in dem Negativelektroden-Stromkollektor 150 eingeführt und gestaucht. Auf diese Weise werden der Negativelektroden-Anschluss 300 und der Negativelektroden-Stromkollektor 150 elektrisch verbunden und der Negativelektroden-Kollektor 150 zusammen mit dem Negativelektroden-Anschluss 300, dem oberen Isolierelement 135 und dem unteren Isolierelement 130 an der Deckelplatte 110 fixiert.
Der Befestigungsabschnitt 210 kann mit dem Positivelektroden-Anschluss 200 einstückig ausgebildet werden oder der Befestigungsabschnitt 210, der als ein von dem Positivelektroden-Anschluss 200 separater Teil ausgebildet wird, kann an dem Positivelektroden-Anschluss 200 durch ein Verfahren, wie beispielsweise Stauchen und Schweißen, fixiert werden. Dies gilt auch für ein Verhältnis zwischen dem Befestigungsabschnitt 310 und dem Negativelektroden-Anschluss 300.
Der Positivelektroden-Stromkollektor 140 ist das Element, das zwischen der Elektrodenanordnung 400 und dem Behälter 100 angeordnet ist, um die Elektrodenanordnung 400 und den Positivelektroden-Anschluss 200 elektrisch zu verbinden. Der Positivelektroden-Stromkollektor 140 besteht aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Positivelektroden-Stromkollektor 140 mit dem positiven Streifenabschnitt 410 der Elektrodenanordnung 400 durch die Positivelektroden-Leitungsplatte 145 elektrisch verbunden.
Der Negativelektroden-Stromkollektor 150 ist das Element, das zwischen der Elektrodenanordnung 400 und dem Behälter 100 angeordnet ist, um die Elektrodenanordnung 400 und den Negativelektroden-Anschluss 300 elektrisch zu verbinden. Der Negativelektroden-Stromkollektor 150 besteht aus Kupfer, einer Kupferlegierung oder dergleichen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Negativelektroden-Stromkollektor 150 mit dem negativen Streifenabschnitt 420 der Elektrodenanordnung 400 durch die Negativelektroden-Leitungsplatte 155 elektrisch verbunden.
Einzelheiten der Verbindungsabschnitte zwischen den Stromkollektoren und den Streifenabschnitten durch die Leitungsplatten werden später unter Verwendung der 7 beschrieben werden.
Als Nächstes wird eine Struktur der Elektrodenanordnung 400 unter Verwendung der 4 beschrieben werden. 4 ist eine Perspektivansicht, die die Struktur der Elektrodenanordnung 400 nach der Ausführungsform veranschaulicht. 4 veranschaulicht einen gewickelten Zustand der Elektrodenanordnung 400 in einer teilweise entwickelten Weise.
Die Elektrodenanordnung 400 ist ein Leistungserzeugungselement, das Elektrizität speichern kann und durch abwechselndes Schichten und Wickeln der positiven Elektrode 450, der negativen Elektrode 460 und Separatoren 470a und 470b ausgebildet wird. Mit anderen Worten wird die Elektrodenanordnung 400 durch Schichten der positiven Elektrode 450, des Separators 470a, der negativen Elektrode 460 und des Separators 470b in dieser Reihenfolge und Wickeln derselben, um einen länglichen kreisförmigen Schnitt zu erhalten, ausgebildet.
Die positive Elektrode 450 ist eine Elektrodenplatte, die durch Ausbilden einer Schicht eines positiven aktiven Materials auf einer Oberfläche einer positiven Substratschicht ausgebildet wird, die eine lange bandförmige Bahn aus einer Metallfolie aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen ist. Als positives aktives Material, das für die Schicht eines positiven aktiven Materials verwendet wird, kann ein bekanntes Material in geeigneter Weise verwendet werden, wenn das positive aktive Material Lithiumionen speichern und freisetzen kann. Es ist beispielsweise möglich, als positives aktives Material ein Lithiumübergangsmetalloxid oder dergleichen, z.B. eine Polyanionverbindung, wie beispielsweise LiMPO₄, LiMSiO₄, LiMBO₃ (M repräsentiert ein oder mehrere Übergangsmetallelemente, die aus Fe, Ni, Mn, Co und dergleichen ausgewählt werden), eine Spinell-Verbindung, wie beispielsweise Lithiumtitanat und Lithiummanganat, und LiMO₂ (M repräsentiert ein oder mehrere Übergangsmetallelemente, die aus Fe, Ni, Mn, Co und dergleichen ausgewählt werden), zu verwenden.
Die negative Elektrode 460 ist eine Elektrodenplatte, die durch Ausbilden einer Schicht eines negativen aktiven Materials auf einer Oberfläche einer negativen Substratschicht ausgebildet wird, die eine lange bandförmige Bahn aus einer Metallfolie aus Kupfer, einer Kupferlegierung oder dergleichen ist. Als negatives aktives Material, das für die Schicht eines negativen aktiven Materials verwendet wird, kann ein bekanntes Material in geeigneter Weise verwendet werden, wenn das negative aktive Material Lithiumionen speichern und freisetzen kann. Es ist beispielsweise möglich, als negatives aktives Material neben Lithiummetall und einer Lithiumlegierung (eine lithiummetallhaltige Legierung, wie beispielsweise Lithium-Aluminium, Lithium-Blei, Lithium-Zinn, Lithium-Aluminium-Zinn, Lithium-Gallium, oder Wood-Legierung) eine Legierung, ein Kohlenstoffmaterial (z.B. Graphit, schwer graphitisierbarer Kohlenstoff, leicht graphitisierbarer Kohlenstoff, bei niedriger Temperatur gesinterter Kohlenstoff und amorpher Kohlenstoff), Metalloxid, Lithiummetalloxid (Li₄Ti₅O₁₂ oder dergleichen), eine Polyphosphatverbindung und dergleichen zu verwenden, die Lithium speichern und freisetzen können.
Die Separatoren 470a und 470b sind mikroporöse Schichten aus Harz. Als Material der Separatoren 470a und 470b, die für die Energiespeichervorrichtung 10 verwendet werden, kann ein bekanntes Material in geeigneter Weise verwendet werden, solange das Material eine Leistungsfähigkeit der Energiespeichervorrichtung 10 nicht beeinträchtigt.
Die positive Elektrode 450 weist eine Vielzahl von Vorsprungabschnitten 411 auf, die von einem Ende in Richtung einer Wicklungsachse nach außen hervorstehen. Ähnlich weist die negative Elektrode 460 eine Vielzahl von Vorsprungabschnitten 421 auf, die von einem Ende in Richtung der Wicklungsachse nach außen hervorstehen. Die Vielzahl von Vorsprungabschnitten 411 und die Vielzahl von Vorsprungabschnitten 421 sind Abschnitte (nicht mit dem aktiven Material beschichtete Abschnitte), die nicht mit dem aktiven Material beschichtet sind und auf denen Substratschichten freiliegend sind.
Die Wicklungsachse bezieht sich auf eine gedachte Achse, die als Mittelachse dient, wenn die positive Elektrode 450, die negative Elektrode 460 und dergleichen gewickelt werden, und ist eine gerade Linie parallel zu einer Richtung der Z-Achse, die durch eine Mitte der Elektrodenanordnung 400 bei der vorliegenden Ausführungsform geht.
Die Vielzahl von Vorsprungabschnitten 411 und die Vielzahl von Vorsprungabschnitten 421 werden an den Enden auf der gleichen Seite in Richtung der Wicklungsachse (Enden auf einer positiven Seite in z-Achsen-Richtung in 4) angeordnet und an vorbestimmten Positionen der Elektrodenanordnung 400 geschichtet, wenn die positive Elektrode 450 und die negative Elektrode 460 geschichtet werden. Konkret formuliert werden die Vielzahl von Vorsprungabschnitten 411 an der vorbestimmten Position in einer Umfangsrichtung an dem einen Ende in der Richtung der Wicklungsachse geschichtet, wenn die positive Elektrode 450 durch Wickeln geschichtet wird. Die Vielzahl von Vorsprungabschnitten 421 werden an der vorbestimmten Position in einer Umfangsrichtung, die sich von der geschichteten Position der Vielzahl von Vorsprungabschnitten 411 unterscheidet, an dem einen Ende in der Richtung der Wicklungsachse geschichtet, wenn die negative Elektrode 460 durch Wickeln geschichtet wird.
Infolgedessen werden der Streifenabschnitt 410, der durch Schichten der Vielzahl von Vorsprungabschnitten 411 gebildet wird, und der Streifenabschnitt 420, der durch Schichten der Vielzahl von Vorsprungabschnitten 421 gebildet wird, auf der Elektrodenanordnung 400 ausgebildet. Der Streifenabschnitt 410 wird beispielsweise in Richtung einer Mitte in einer geschichteten Richtung angesammelt und beispielsweise durch Ultraschallschweißen mit der Positivelektroden-Leitungsplatte 145 verbunden. Der Streifenabschnitt 420 wird beispielsweise in Richtung der Mitte in der geschichteten Richtung angesammelt und beispielsweise durch Ultraschallschweißen mit der Negativelektroden-Leitungsplatte 155 verbunden. Die Positivelektroden-Leitungsplatte 145, die mit dem Streifenabschnitt 410 verbunden ist, wird mit dem Positivelektroden-Stromkollektor 140 verbunden und die Negativelektroden-Leitungsplatte 155, die mit dem Streifenabschnitt 420 verbunden ist, wird mit dem Negativelektroden-Stromkollektor 150 verbunden.
Die Streifenabschnitte (410, 420) sind Abschnitte, durch die Elektrizität in die Elektrodenanordnung 400 und aus derselben geleitet wird und können in einigen Fällen anders bezeichnet werden, wie beispielsweise „Leitungen/Leitungsabschnitte“ und „Stromsammelabschnitte“.
Der Streifenabschnitt 410 wird hier durch Schichten der Vorsprungabschnitte 411, an denen die Substratschicht freiliegend ist, ausgebildet und trägt daher nicht zur Leistungserzeugung bei. Der Streifenabschnitt 420 wird ähnlich durch Schichten der Vorsprungabschnitte 421, an denen die Substratschicht freiliegend ist, ausgebildet und trägt daher nicht zur Leistungserzeugung bei. Ein Abschnitt der Elektrodenanordnung 400 mit Ausnahme der Streifenabschnitte 410 und 420 wird andererseits durch Schichten von Abschnitten ausgebildet, die durch Beschichten der Substratschichten mit dem aktiven Material ausgebildet werden, und trägt daher zur Leistungserzeugung bei. Dieser Abschnitt wird nachstehend als „Leistungserzeugungsabschnitt 430“ bezeichnet werden. Mit anderen Worten kann bei der vorliegenden Ausführungsform gesagt werden, dass die Streifenabschnitte 410 und 420 von Abschnitten eines Endabschnittes des Leistungserzeugungsabschnittes 430 hervorstehen, der ein Hauptanordnungsabschnitt der Elektrodenanordnung 400 ist.
Als Nächstes werden strukturelle Merkmale der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung, die an der Energiespeichervorrichtung 10 nach der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen ist, unter Verwendung der 5 bis 7 beschrieben werden.
5 ist eine Perspektivansicht, die die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung und eine Struktur um die Öffnung 117 herum nach der Ausführungsform veranschaulicht, und 6 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht, die die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung und die Struktur um die Öffnung 117 herum nach der Ausführungsform veranschaulicht. Um eine Struktur von der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung zu dem Streifenabschnitt 410 in dem Behälter 100 zu veranschaulichen, sind in 5 Komponenten mit Ausnahme der Elektrodenanordnung 400 entlang einer Y-Z-Ebene geschnitten, die durch die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung geht, und nur Abschnitte der Komponenten auf einer Rückseite (eine negative Seite in X-Achsen-Richtung) des Schnitts veranschaulicht. 6 veranschaulicht nur einen Abschnitt der Energiespeichervorrichtung 10 auf einer Seite des Positivelektroden-Anschlusses 200, auf der die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung ausgebildet ist, und veranschaulicht keinen Abschnitt der Energiespeichervorrichtung 10 auf einer Seite des Negativelektroden-Anschlusses 300. Zudem ist in den 5 und 6 der Elektrolytlösungs-Einfüllstopfen 118 zum Schließen der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung nicht veranschaulicht.
7 ist eine schematische Schnittdarstellung, die den oberen Endabschnitt der Elektrodenanordnung 400 und eine Struktur um den Abschnitt herum nach der Ausführungsform veranschaulicht. 7 veranschaulicht einen Schnitt eines Abschnittes der Energiespeichervorrichtung 10 entlang einer Y-Z-Ebene, die durch eine Linie VII-VII in 3 geht, und veranschaulicht nicht den Seitenabstandshalter 700 (siehe 2) auf der negativen Seite in X-Achsen-Richtung. Die Elektrodenanordnung 400 ist schematisch veranschaulicht.
Wie in den 5 und 6 veranschaulicht, ist bei der Energiespeichervorrichtung 10 nach der vorliegenden Ausführungsform die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung, von der die Elektrolytlösung in den Behälter 100 zu füllen ist, an einer Position des Wandabschnittes des Behälters 100 ausgebildet und liegt dem Streifenabschnitt 410 der Elektrodenanordnung 400 gegenüber. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung in der Deckelplatte 110 ausgebildet, die den oberen Wandabschnitt des Behälters 100 bildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung an solch einer Position angeordnet, um den Streifenabschnitt 410 zu überlappen, wenn der Behälter 100 in der Richtung (Z-Achsen-Richtung) betrachtet wird, in der die Elektrodenanordnung 400 und der Wandabschnitt (Deckelplatte 110), der mit der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung gebildet ist, angeordnet sind.
Da die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung auf diese Weise an der Position angeordnet ist, die dem Streifenabschnitt 410 gegenüberliegt, erreicht die von der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung eingefüllte Elektrolytlösung unmittelbar den Streifenabschnitt 410. Der Streifenabschnitt 410 ist der Abschnitt, der durch Schichten des Abschnittes des Substrates der positiven Elektrode 450 gebildet wird und nicht mit dem positiven aktiven Material beschichtet ist (nicht mit dem aktiven Material beschichteter Abschnitt), wie oben beschrieben wurde. Ein Abschnitt des Streifenabschnittes 410 ist mit der Positivelektroden-Leitungsplatte 145 verbunden. Daher läuft die Elektrolytlösung, die von der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung eingefüllt wird, die an der dem Streifenabschnitt 410 gegenüberliegenden Position angeordnet ist, den Streifenabschnitt hinunter und dringt effizient in die Elektrodenanordnung 400 (genauer die Schichten des aktiven Materials der positiven Elektrode 450 und der negativen Elektrode 460 und die Separatoren 470a und 470b, die an der Elektrodenanordnung 400 vorgesehen sind) ein.
Zudem können an dem Endabschnitt der Elektrodenanordnung 400 mit Ausnahme des Streifenabschnittes 410 (d.h. der obere Endabschnitt des Leistungserzeugungsabschnittes 430 mit Ausnahme des Abschnittes, der mit dem Streifenabschnitt 410 versehen ist) Endränder der Separatoren 470a und 470b gebogen werden oder eine Struktur angeordnet werden, um Maßnahmen gegen das Eindringen von Fremdkörpern zu ergreifen.
Wie in den 2 und 7 veranschaulicht sind bei der vorliegenden Ausführungsform der obere Abstandshalter 500 und die stoßdämpfende Schicht 600 angeordnet, um den oberen Endabschnitt des Leistungserzeugungsabschnittes 430 mit Ausnahme der Abschnitte zu bedecken, die mit den Streifenabschnitten 410 und 420 versehen sind. Selbst wenn Fremdkörper, wie beispielsweise winzige Metallsplitter, in dem Behälter 100 vorhanden sind, wird daher ein Eindringen der Fremdkörper in den Leistungserzeugungsabschnitt 430 durch Zwischenräume zwischen den Endrändern der Separatoren 470a und 470b, die in der geschichteten Richtung angeordnet sind, durch den oberen Abstandshalter 500 oder die stoßdämpfende Schicht 600 unterdrückt. Mit anderen Worten kann bei der Energiespeichervorrichtung 10 nach der vorliegenden Ausführungsform die Elektrolytlösung effizient in die Elektrodenanordnung 400 eindringen und das Eindringen von Fremdkörpern in die Elektrodenanordnung 400 unterdrückt werden.
Bei der Energiespeichervorrichtung 10 nach der vorliegenden Ausführungsform ist die Durchgangsöffnung 121 an einer Position zwischen der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung und dem Streifenabschnitt 410 des unteren Isolierelementes 120 ausgebildet, das zwischen dem Positivelektroden-Stromkollektor 140 und der Deckelplatte 110 angeordnet ist.
Mit anderen Worten wird das untere Isolierelement 120 zum elektrischen Isolieren des Positivelektroden-Stromkollektors 140 und der Deckelplatte 110, die mit der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung versehen ist, gegeneinander auf solch eine Weise angeordnet, um eine Strömung der von der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung eingefüllten Elektrolytlösung nicht zu behindern.
Hier ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung an der Position angeordnet, die dem Streifenabschnitt 410 gegenüberliegt. Daher besteht das untere Isolierelement 120 zum Isolieren des Positivelektroden-Stromkollektors 140, der mit dem Streifenabschnitt 410 elektrisch verbunden ist, und der Deckelplatte 110 gegeneinander an solch einer Position, um die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung bei Betrachtung aus einer Richtung zu überlappen, in der die Elektrolytlösung eingefüllt wird. In diesem Fall ist es durch Ausbilden der Durchgangsöffnung 121 an der Position des unteren Isolierelementes 120 zwischen der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung und dem Streifenabschnitt 410 möglich, zu ermöglichen, dass die von der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung eingefüllte Elektrolytlösung den Streifenabschnitt 410 durch die Durchgangsöffnung 121 erreicht. Mit anderen Worten ist es möglich, einen geraden Strömungsweg für die Elektrolytlösung von der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung zu dem Streifenabschnitt 410 sicherzustellen.
Des Weiteren ist bei der Energiespeichervorrichtung 10 nach der vorliegenden Ausführungsform der Öffnungsabschnitt 520, durch den der Streifenabschnitt 410 einzuführen ist, in dem oberen Abstandshalter 500 ausgebildet, der zwischen dem mit dem Streifenabschnitt 410 versehenen Endabschnitt der Elektrodenanordnung 400 und der Deckelplatte 110 angeordnet ist.
Um zu verursachen, dass der obere Abstandshalter 500 Funktionen zum Beschränken der Position der Elektrodenanordnung 400, Verhindern des Kurzschlusses zwischen der Elektrodenanordnung 400 und der Deckelplattenstruktur 180 und Unterdrücken des Eindringens von Fremdkörpern in die Elektrodenanordnung 400 durchführt, wird der obere Abstandshalter 500 mit anderen Worten zwischen dem Endabschnitt der Elektrodenanordnung 400, der mit dem Streifenabschnitt 410 versehen ist, und der Deckelplatte 110 angeordnet. Selbst wenn der obere Abstandshalter 500 an dieser Position angeordnet wird, ist der Streifenabschnitt 410 zu der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung freiliegend, indem derselbe durch den an dem oberen Abstandshalter 500 vorgesehenen Öffnungsabschnitt 520 eingeführt wird. Daher ist es bei der Energiespeichervorrichtung 10 nach der vorliegenden Ausführungsform möglich, zu verursachen, dass die von der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung eingefüllte Elektrolytlösung den Streifenabschnitt 410 unmittelbar erreicht, während die obigen Effekte erhalten werden, die durch den oberen Abstandshalter 500 ausgeübt werden. Infolgedessen dringt die Elektrolytlösung effizient in die Elektrodenanordnung 400 ein.
Zudem ist es durch Anordnen des oberen Abstandshalters 500 zwischen dem Leistungserzeugungsabschnitt 430 der Elektrodenanordnung 400 und der Deckelplatte 110 möglich, den Leistungserzeugungsabschnitt 430 und die Deckelplatte 110 nahe aneinander zu bringen, wobei der obere Abstandshalter 500 zwischen denselben angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, beispielsweise ein Verhältnis der Elektrodenanordnung 400 zu einer Kapazität des Behälters 100 zu erhöhen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weisen der Positivelektroden-Stromkollektor 140 und die Positivelektroden-Leitungsplatte 145 auch Strukturen zum Durchlassen der von der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung eingefüllten Elektrolytlösung auf. Konkret formuliert weist der Positivelektroden-Stromkollektor 140, wie in 6 veranschaulicht, einen Einkerbungsabschnitt 141 auf, der durch nach innen Einschneiden bzw. Einkerben (notching) eines Endrands des Positivelektroden-Stromkollektors 140 ausgebildet wird, und die Positivelektroden-Leitungsplatte 145 einen Einkerbungsabschnitt 146 auf, der durch nach innen Einkerben eines Endrands der Positivelektroden-Leitungsplatte 145 ausgebildet wird.
Mit anderen Worten strömt die von der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung eingefüllte Elektrolytlösung in erster Linie durch die Durchgangsöffnung 121 in dem unteren Isolierelement 120, den Einkerbungsabschnitt 141 des Positivelektroden-Stromkollektors 140 und den Einkerbungsabschnitt 146 der Positivelektroden-Leitungsplatte 145 in dieser Reihenfolge und erreicht den Streifenabschnitt 410.
Auf diese Weise werden bei der vorliegenden Ausführungsform die Einkerbungsabschnitte 141 und 146 an dem Positivelektroden-Stromkollektor 140 und der Positivelektroden-Leitungsplatte 145 als Strukturen zum Verhindern einer Behinderung der Strömung der Elektrolytlösung ausgebildet. Auf diese Weise ist es beispielsweise unnötig, Positionen des Positivelektroden-Stromkollektors 140 und der Positivelektroden-Leitungsplatte 145 genau einzustellen, um den geraden Strömungsweg für die Elektrolytlösung von der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung zu dem Streifenabschnitt 410 sicherzustellen.
Hier weist die Positivelektroden-Leitungsplatte 145 nach der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise einen U-förmigen Schnitt auf, wie in 7 gezeigt. Der obere Abstandshalter 500 trennt eine Verbindung zwischen dem Streifenabschnitt 420 und der Positivelektroden-Leitungsplatte 145 und den Leistungserzeugungsabschnitt 430 der Elektrodenanordnung 400 voneinander und der Streifenabschnitt 410 wird durch den Öffnungsabschnitt 520 eingeführt und in demselben angeordnet, der an dem oberen Abstandshalter 500 vorgesehen ist. Die oben beschriebene Struktur wird beispielsweise durch das folgende Verfahren hergestellt.
Beispielsweise werden ein Endabschnitt (erster Endabschnitt) der Positivelektroden-Leitungsplatte 145 in einer Form einer flachen Platte und der Streifenabschnitt 410 der Elektrodenanordnung 400 durch Ultraschallschweißen miteinander verbunden. Des Weiteren wird beispielsweise ein Endabschnitt (zweiter Endabschnitt) der Positivelektroden-Leitungsplatte 145 auf einer dem ersten Endabschnitt gegenüberliegenden Seite mit dem Positivelektroden-Stromkollektor 140, der in die Deckelplattenstruktur 180 integriert ist, durch Laserschweißen verbunden. Dann wird die Positivelektroden-Leitungsplatte 145 in die U-Form verformt, indem dieselbe an einer vorbestimmten Position zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt gebogen wird. Infolgedessen wird, wie in 7 gezeigt, eine Verbindungsstruktur des Streifenabschnittes 410 der Elektrodenanordnung 400 und des Positivelektroden-Stromkollektors 140 durch die Positivelektroden-Leitungsplatte 145 mit dem U-förmigen Schnitt ausgebildet. Dann wird der obere Abstandshalter 500 zwischen dem Leistungserzeugungsabschnitt 430 der Elektrodenanordnung 400 und der Deckelplattenstruktur 180 eingeführt.
Die Negativelektroden-Leitungsplatte 155 und der Streifenabschnitt 420 werden miteinander verbunden, wenn die Positivelektroden-Leitungsplatte 145 und der Streifenabschnitt 410 miteinander verbunden werden, und die Negativelektroden-Leitungsplatte 155 und der Negativelektroden-Stromkollektor 150 werden miteinander verbunden, wenn die Positivelektroden-Leitungsplatte 145 und der Positivelektroden-Stromkollektor 140 miteinander verbunden werden. Wenn die Positivelektroden-Leitungsplatte 145 in der Form der flachen Platte in die U-Form verformt wird, wird zudem die Negativelektroden-Leitungsplatte 155 in einer Form einer flachen Platte in eine U-Form verformt. Mit anderen Worten ähnelt die Struktur um die Negativelektroden-Leitungsplatte 155 herum der Struktur um die Positivelektroden-Leitungsplatte 145 herum. Mit anderen Worten werden der Streifenabschnitt 420 der Elektrodenanordnung 400 und der Negativelektroden-Stromkollektor 150 durch die Negativelektroden-Leitungsplatte 155 (siehe beispielsweise 2) mit dem U-förmigen Schnitt miteinander elektrisch verbunden. Zudem trennt der obere Abstandshalter 500 eine Verbindung zwischen dem Streifenabschnitt 420 und der Negativelektroden-Leitungsplatte 155 und den Leistungserzeugungsabschnitt 430 der Elektrodenanordnung 400 voneinander und der Streifenabschnitt 420 wird durch den Öffnungsabschnitt 520 eingeführt und in demselben angeordnet, der an dem oberen Abstandshalter 500 vorgesehen ist.
Durch Verbinden der Elektrodenanordnung 400, des Positivelektroden-Stromkollektors 140 und des Negativelektroden-Stromkollektors 150 durch die Positivelektroden-Leitungsplatte 145 und die Negativelektroden-Leitungsplatte 145 auf diese Weise können Längen der Streifenabschnitte 410 und 420 (Längen in Richtung der Wicklungsachse (Z-Achsen-Richtung)) der Elektrodenanordnung 400 relativ kurz sein.
Mit anderen Worten können Breiten der Elektrodenplatten der positiven Elektrode 450 und der negativen Elektrode 460 (Längen in Richtung der Wicklungsachse (Z-Achsen-Richtung)), die zum Herstellen der Elektrodenanordnung 400 erfordert werden, relativ kurz sein. Dies ist beispielsweise unter einem Gesichtpunkt der Herstellungseffizienz der Elektrodenanordnung 400 von Vorteil.
Die Elektrodenanordnung 400 nach der vorliegenden Ausführungsform wird durch Wickeln der positiven Elektrode 450 und der negativen Elektrode 460 (siehe 4) gebildet. Die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung wird in der Deckelplatte 110 ausgebildet, die in Richtung der Wicklungsachse der Elektrodenanordnung 400 des Behälters 100 positioniert ist.
Daher kann die Elektrolytlösung beispielsweise in die Innenseite der Elektrodenanordnung 400 von dem Streifenabschnitt 410 aus eindringen und die Elektrolytlösung, die sich auf einem Boden des Behälters 100 (auf dem unteren Wandabschnitt, der der Deckelplatte 110 gegenüberliegt) akkumuliert, in die Innenseite der Elektrodenanordnung 400 von einem Endabschnitt auf einer dem Streifenabschnitt in Richtung der Wicklungsachse gegenüberliegenden Seite aus eindringen. Dies ist unter einem Gesichtspunkt des effizienten Eindringens der Elektrolytlösung in die Elektrodenanordnung 400 von Vorteil.
(Andere Ausführungsformen)
Die Energiespeichervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wurde oben basierend auf der Ausführungsform beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt. Verschiedene Modifikationen an der Ausführungsform, die sich jemand mit Fähigkeiten in der Technik einfallen lassen kann, und Arten, die durch Kombinieren der Vielzahl von Komponenten gebildet werden, die oben beschrieben wurden, sind in einem Bereich der Erfindung enthalten, ohne von dem Hauptpunkt der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise ist die Anzahl der Elektrodenanordnung/Elektrodenanordnungen 400, die an der Energiespeichervorrichtung 10 vorgesehen ist/sind, nicht auf eins beschränkt, sondern zwei oder mehr. Wenn eine Energiespeichervorrichtung 10 eine Vielzahl von Elektrodenanordnungen 400 enthält, ist es möglich, ungenutzte Räume in Eckabschnitten eines Behälters 100 verglichen zu dem Fall zu verringern, in dem die einzelne Elektrodenanordnung 400 in dem Behälter 100 mit dem gleichen Volumen (Kapazität) untergebracht ist. Daher kann das Verhältnis der Elektrodenanordnungen 400 zu der Kapazität des Behälters 100 erhöht werden und die Kapazität der Energiespeichervorrichtung 10 erhöht werden.
Zudem muss die an der Energiespeichervorrichtung 10 vorgesehene Elektrodenanordnung 400 nicht unbedingt von einem Wicklungstyp sein. Eine Energiespeichervorrichtung 10 kann beispielsweise eine Elektrodenanordnung vom geschichteten Typ enthalten, die durch Schichten von Elektrodenplatten in Formen einer flachen Platte gebildet wird. Eine Energiespeichervorrichtung 10 kann beispielsweise eine Elektrodenanordnung mit einer balgförmig geschichteten Struktur enthalten, die durch zickzackartiges Falten langer bandförmiger Elektrodenplatten ausgebildet wird.
Ein Positionsverhältnis zwischen dem positiven Streifenabschnitt 410 und dem negativen Streifenabschnitt 420, die an der Elektrodenanordnung 400 vorgesehen sind, ist nicht besonders beschränkt. Beispielsweise können bei einer Elektrodenanordnung 400 vom Wicklungstyp ein Streifenabschnitt 410 und ein Streifenabschnitt 420 auf einander in Richtung einer Wicklungsachse gegenüberliegenden Seiten angeordnet sein. Wenn eine Energiespeichervorrichtung 10 eine Elektrodenanordnung vom geschichteten Typ enthält, können ein positiver Streifenabschnitt und ein negativer Streifenabschnitt in unterschiedlichen Richtungen bei Betrachtung aus einer geschichteten Richtung hervorstehen.
Zwar ist bei der obigen Ausführungsform die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung an der Position angeordnet, die dem positiven Streifenabschnitt 410 der Elektrodenanordnung 400 gegenüberliegt, aber die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung kann an einer Position angeordnet sein, die dem negativen Streifenabschnitt 420 der Elektrodenanordnung 400 gegenüberliegt. Wenn die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung an einer Position vorgesehen ist, die einem Abschnitt gegenüberliegt, der an der Elektrodenanordnung 400 mit einer geschichteten Struktur der positiven Elektrode 450 und der negativen Elektrode 460 vorgesehen ist und mit einer Außenseite elektrisch zu verbinden ist, kann die Elektrolytlösung mit anderen Worten effizient in eine Innenseite der Elektrodenanordnung 400 eindringen.
In dem Behälter 100 kann die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung in dem anderen Wandabschnitt als der Deckelplatte 110 ausgebildet sein. Beispielsweise kann in der Annahme, dass der Streifenabschnitt 410 oder 420 in solch einer Stellung angeordnet ist, um einem unteren Wandabschnitt (Wandabschnitt, der eine Bodenfläche der Hauptanordnung 111 bildet) des Behälters 100 gegenüberzuliegen, die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung an einer Position ausgebildet werden, die dem Streifenabschnitt 410 oder 420 gegenüberliegt. Wenn die Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung in dem unteren Wandabschnitt angeordnet ist, kann ein Elektrodenanschluss, der mit dem Streifenabschnitt 410 oder 420 elektrisch verbunden ist, der der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung gegenüberliegt, an dem unteren Wandabschnitt fixiert oder an einem oberen Wandabschnitt (Deckelplatte 110) fixiert werden.
Eine Form der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise aus verschiedenen Formen, wie beispielsweise eine kreisförmige Form, eine winkelige Form und eine Schlitzform, gemäß einer Form einer Düse ausgewählt werden, die zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung verwendet wird. In Bezug auf eine Größe der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung kann eine geeignete Größe unter einem Gesichtspunkt der Effizienz zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung oder der Beibehaltung einer Festigkeit der Deckelplatte 110 ausgewählt werden.
Zwar wird das untere Isolierelement 120 bei der obigen Ausführungsform direkt unter der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung angeordnet, aber die Position, an der das untere Isolierelement 120 angeordnet wird, ist nicht besonders beschränkt. Wenn das untere Isolierelement 120 nicht direkt unter der Öffnung 117 zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung angeordnet wird, muss mit anderen Worten die Durchgangsöffnung 121 nicht in dem unteren Isolierelement 120 ausgebildet werden und das untere Isolierelement 120 kann leicht hergestellt werden.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann auf eine Energiespeichervorrichtung, wie beispielsweise eine LithiumIonen-Sekundärbatterie, angewandt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2003317703 A [0003]

Claims

Energiespeichervorrichtung, aufweisend: eine Elektrodenanordnung; und einen Behälter zum Unterbringen der Elektrodenanordnung, wobei eine Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung, von der eine Elektrolytlösung in den Behälter zu füllen ist, an einer Position eines Wandabschnittes des Behälters ausgebildet ist und einem Streifenabschnitt der Elektrodenanordnung gegenüberliegt.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einem Stromkollektor, der in dem Behälter angeordnet und mit dem Streifenabschnitt elektrisch verbunden ist, und einem Isolierelement, das zwischen dem Stromkollektor und dem Wandabschnitt des Behälters angeordnet ist, wobei eine Durchgangsöffnung an einer Position des Isolierelementes und zwischen der Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung und dem Streifenabschnitt ausgebildet ist.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einem Abstandshalter, der zwischen einem mit dem Streifenabschnitt versehenen Endabschnitt der Elektrodenanordnung und dem Wandabschnitt des Behälters angeordnet ist, wobei der Abstandshalter einen Öffnungsabschnitt aufweist, durch den der Streifenabschnitt eingeführt ist.
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Elektrodenanordnung durch Wickeln einer Elektrode ausgebildet ist und wobei die Öffnung zum Befüllen mit einer Elektrolytlösung in dem Wandabschnitt des Behälters ausgebildet ist und in einer Richtung einer Wicklungsachse der Elektrodenanordnung positioniert ist.