JP2012113935A - Power storage element, and power storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電体の一部に荷重を与える構造を備えた蓄電素子と、この蓄電素子を複数備えた蓄電装置に関する。 The present invention relates to a power storage element having a structure for applying a load to a part of a power generator, and a power storage device including a plurality of the power storage elements.
複数の単電池を用いて組電池を構成する場合には、複数の単電池を一方向に並べて配置しておき、複数の単電池を、配列方向における両端から拘束することがある。ここで、隣り合って配置された2つの単電池の間には、樹脂で形成された仕切板が配置されている。 When an assembled battery is configured using a plurality of unit cells, the plurality of unit cells may be arranged in one direction and constrained from both ends in the arrangement direction. Here, a partition plate made of resin is disposed between two unit cells disposed adjacent to each other.
本願発明者は、単電池の充放電によっては、単電池の一部分における面圧だけが、他の部分における面圧よりも大きく変化してしまうことが分かった。ここで、単電池の面圧が上昇するときには、単電池が膨張していると考えられ、単電池の面圧が低下するときには、単電池が収縮していると考えられる。 The inventor of the present application has found that depending on charging / discharging of the unit cell, only the surface pressure in one part of the unit cell changes more than the surface pressure in the other part. Here, when the surface pressure of the unit cell increases, the unit cell is considered to have expanded, and when the surface pressure of the unit cell decreases, the unit cell is considered to contract.
従来の組電池では、上述したように単電池に対して拘束力を与えているが、仕切板は、単電池の側面全体と接触するようになっており、単電池の側面全体に荷重を与えている。この構成では、上述したように単電池の一部分における面圧だけが大きく変化してしまう。 In the conventional assembled battery, as described above, a binding force is applied to the unit cell. However, the partition plate is in contact with the entire side surface of the unit cell, and applies a load to the entire side surface of the unit cell. ing. In this configuration, as described above, only the surface pressure in a part of the unit cell greatly changes.
本発明は、外部から荷重が与えられる蓄電素子であって、発電体と、発電体を収容するケースと、発電体に荷重を与える加圧部材とを有する。発電体は、正極活物質層を含む正極板と負極活物質層を含む負極板とが電解質層を挟んで積層されており、充放電に用いられ、正極活物質層および負極活物質層が互いに向かい合う反応領域を有する。加圧部材は、発電体に取り付けられており、反応領域のうち、反応領域の端部を含む一部の領域に対して、ケースから受けた荷重を与える。 The present invention is a power storage element to which a load is applied from the outside, and includes a power generation body, a case that houses the power generation body, and a pressure member that applies a load to the power generation body. In the power generator, a positive electrode plate including a positive electrode active material layer and a negative electrode plate including a negative electrode active material layer are stacked with an electrolyte layer interposed therebetween, and used for charging and discharging, and the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are mutually connected. Has reaction areas facing each other. The pressurizing member is attached to the power generator, and applies the load received from the case to a part of the reaction region including the end of the reaction region.
発電体は、正極板、負極板および電解質層が積層された積層体を、所定軸の周りで巻くことによって構成することができる。この場合において、荷重を与える一部の領域としては、所定軸の方向における反応領域の両端を含む領域とすることができる。 The power generator can be configured by winding a laminate in which a positive electrode plate, a negative electrode plate and an electrolyte layer are laminated around a predetermined axis. In this case, the partial region to which the load is applied can be a region including both ends of the reaction region in the direction of the predetermined axis.
また、所定軸の方向における一部の領域の幅WPと、所定軸の方向における反応領域の幅WAとが下記式(I)の関係を有することが好ましい。 Further, it is preferable that the width W P of the partial region in the direction of the predetermined axis, the width W A of the reaction zone in the direction of a predetermined axis wherein the following formula (I).
14≦WP/WA×100≦27 ・・・(I) 14 ≦ W P / W A × 100 ≦ 27 (I)
加圧部材は、発電体と、荷重が与えられるケースの側面との間に配置することができる。これにより、ケースの側面に荷重を与えることにより、この荷重を、加圧部材を介して発電体に与えることができる。ここで、発電体を囲むように、加圧部材を配置することができる。 The pressure member can be disposed between the power generation body and the side surface of the case to which a load is applied. Thereby, this load can be given to an electric power generation body via a pressurization member by giving a load to the side of a case. Here, the pressure member can be arranged so as to surround the power generation body.
加圧部材としては、粘着テープを用いることができる。粘着テープを貼り付けるだけで、発電体の一部の領域だけに荷重を与えることができる。積層体を巻くことによって、発電体を構成するときには、積層体の端部を粘着テープで固定しておくことができる。 An adhesive tape can be used as the pressure member. Only by sticking the adhesive tape, it is possible to apply a load to only a part of the region of the power generator. By winding the laminate, the end of the laminate can be fixed with an adhesive tape when configuring the power generator.
蓄電素子としては、20C以上のレートで充電又は放電が行われるリチウムイオン二次電池を用いることができる。20C以上のレートで充電又は放電を行うと、蓄電素子の面圧のバラツキが大きくなりやすいため、このような充放電が行われるリチウムイオン二次電池に対して本発明を適用することができる。 As the power storage element, a lithium ion secondary battery that is charged or discharged at a rate of 20 C or higher can be used. When charging or discharging is performed at a rate of 20 C or higher, the variation in the surface pressure of the power storage element tends to increase. Therefore, the present invention can be applied to a lithium ion secondary battery in which such charging and discharging are performed.
本発明の蓄電素子を複数用いることにより、蓄電装置を構成することができる。具体的には、複数の蓄電素子を所定方向に並べるとともに、所定方向で隣り合う2つの蓄電素子の間に仕切り板を配置することができる。また、複数の蓄電素子に対して所定方向の拘束力を与える拘束機構を設けることができる。拘束機構の拘束力を用いることにより、加圧部材は、発電体の一部の領域に対して荷重を与えることができる。 By using a plurality of power storage elements of the present invention, a power storage device can be configured. Specifically, a plurality of power storage elements can be arranged in a predetermined direction, and a partition plate can be disposed between two power storage elements adjacent in the predetermined direction. In addition, a restraining mechanism that applies restraining force in a predetermined direction to the plurality of power storage elements can be provided. By using the restraining force of the restraining mechanism, the pressing member can apply a load to a partial region of the power generator.
ここで、仕切り板は、蓄電素子のうち、加圧部材に対応した領域に対して拘束力を与えることができる。具体的には、蓄電素子のうち、加圧部材に対応した領域だけに、仕切り板を接触させることができる。これにより、仕切り板および加圧部材を用いて、発電体の一部の領域に荷重を与えることができる。 Here, the partition plate can give a restraining force to the area | region corresponding to a pressurization member among electrical storage elements. Specifically, the partition plate can be brought into contact with only the region corresponding to the pressure member in the power storage element. Thereby, a load can be given to the one part area | region of an electric power generation body using a partition plate and a pressurization member.
本発明によれば、反応領域内の一部の領域に対して荷重を与えることにより、一部の領域における面圧の変化を抑えることができる。これにより、蓄電素子内の位置に応じて、面圧にバラツキが生じるのを抑制することができる。 According to the present invention, by applying a load to a partial region in the reaction region, it is possible to suppress a change in surface pressure in the partial region. Thereby, it is possible to suppress variation in the surface pressure depending on the position in the power storage element.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
本発明の実施例1である電池スタック(蓄電装置に相当する)について、図1を用いて説明する。図1は、電池スタックの上面図である。図1において、X軸およびY軸は、互いに直交する軸である。また、X軸およびY軸に直交する軸をZ軸としており、本実施例において、Z軸は、鉛直方向に相当する軸である。 A battery stack (corresponding to a power storage device) that is Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a top view of the battery stack. In FIG. 1, an X axis and a Y axis are axes orthogonal to each other. In addition, an axis orthogonal to the X axis and the Y axis is a Z axis, and in the present embodiment, the Z axis is an axis corresponding to the vertical direction.
電池スタック1は、X方向に並んで配置された複数の単電池(蓄電素子に相当する)10を有する。単電池10としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ(コンデンサ)を用いることができる。本実施例では、複数の単電池10をX方向に並べているが、これに限るものではない。例えば、複数の単電池10を用いて、1つの電池モジュールを構成し、複数の電池モジュールをX方向に並べることができる。
The battery stack 1 includes a plurality of single cells (corresponding to power storage elements) 10 arranged side by side in the X direction. As the
X方向で隣り合う2つの単電池10の間には、仕切り板20が配置されている。仕切り板20は、例えば、樹脂で形成することができ、単電池10と接触する面は、平坦な面で形成されている。X方向における電池スタック1の両端には、一対のエンドプレート(拘束機構の一部)31が配置されている。エンドプレート31は、例えば、樹脂で形成することができる。一対のエンドプレート31には、X方向に延びる拘束バンド(拘束機構の一部)32の両端が固定されている。
A
本実施例では、電池スタック1の上面に2つの拘束バンド32が配置されているとともに、電池スタック1の下面に2つの拘束バンド32が配置されている。一対のエンドプレート31に拘束バンド32を固定すれば、一対のエンドプレート31によって挟まれる単電池10および仕切り板20に対して、拘束力Fを与えることができる。拘束力Fは、X方向において、単電池10や仕切り板20を挟む力である。
In the present embodiment, two restraining
複数の単電池10は、バスバー40によって電気的に直列に接続されている。具体的には、X方向で隣り合う2つの単電池10において、一方の単電池10の正極端子11と、他方の単電池10の負極端子12とは、バスバー40によって電気的に接続されている。ここで、電池スタック1を構成する単電池10の数は、電池スタック1の要求出力等に基づいて、適宜設定することができる。
The plurality of
電池スタック1は、ケースに収容することにより、電池パックを構成することができる。電池パックは、例えば、車両に搭載することができる。電池パックから出力された電気エネルギをモータ・ジェネレータによって運動エネルギに変換すれば、この運動エネルギを用いて車両を走行させることができる。また、車両の制動時に発生する運動エネルギをモータ・ジェネレータによって電気エネルギに変換すれば、この電気エネルギを電池パックに蓄えることができる。 The battery stack 1 can constitute a battery pack by being housed in a case. The battery pack can be mounted on a vehicle, for example. If the electric energy output from the battery pack is converted into kinetic energy by a motor / generator, the vehicle can be driven using this kinetic energy. Further, if kinetic energy generated during braking of the vehicle is converted into electric energy by a motor / generator, this electric energy can be stored in the battery pack.
次に、単電池10の構成について、具体的に説明する。
Next, the configuration of the
図2に示すように、電池ケース13の上面には、正極端子11および負極端子12が配置されている。電池ケース13は、例えば、金属で形成することができる。この場合には、正極端子11および負極端子12は、電気的に絶縁状態としておく必要がある。
As shown in FIG. 2, the
電池ケース13の上面には、安全弁13aが設けられている。安全弁13aは、正極端子11および負極端子12の間に配置されている。安全弁13aは、電池ケース13の内部で発生したガスを電池ケース13の外部に排出させるために用いられる。具体的には、ガスの発生に伴って電池ケース13の内圧が所定値(安全弁13aの作動圧)まで上昇すると、安全弁13aは、閉じ状態から開き状態に変化することにより、電池ケース13の外部にガスを排出させる。
A
図3に示すように、電池ケース13は、発電体14を収容している。Y方向における発電体14の一端部は、正極タブ15aと接続されており、正極タブ15aは、正極端子11にも接続されている。正極タブ15aは、溶接等によって、発電体14や正極端子11に接続することができる。Y方向における発電体14の他端部は、負極タブ15bと接続されており、負極タブ15bは、負極端子12にも接続されている。負極タブ15bは、溶接等によって、発電体14や負極端子12に接続することができる。
As shown in FIG. 3, the
発電体14は、図4に示すように、正極板141と、負極板142と、セパレータ(電解質層に相当する)143とを有する。正極板141は、集電板141aと、集電板141aの表面に形成された正極活物質層141bとを有する。正極活物質層141bには、正極活物質、導電剤、バインダーなどが含まれている。正極活物質層141bは、集電板141aの一部の領域に形成されており、集電板141aが露出している領域がある。負極板142は、集電板142aと、集電板142aの表面に形成された負極活物質層142bとを有する。負極活物質層142bには、負極活物質、導電剤、バインダーなどが含まれている。負極活物質層142bは、集電板142aの一部の領域に形成されており、集電板142aが露出している領域がある。セパレータ143は、電解液を含んでいる
As shown in FIG. 4, the
図4に示す順番で、正極板141、負極板142およびセパレータ143を積層し、この積層体を図5の矢印Rで示す方向に巻くことにより、発電体14が構成される。図5において、Y方向における発電体14の一端部では、正極板141の集電板141aだけが巻かれている。この集電板141aには、図3を用いて説明したように、正極タブ15aが固定される。Y方向における発電体14の他端部では、負極板142の集電板142aだけが巻かれており、この集電板142aには、負極タブ15bが固定される。
The
図5に示すEは、上述した積層体を巻き終わったときの積層体の端部である。端部Eの位置は、積層体の巻き方によって、適宜設定することができる。ここで、発電体14には拘束力Fが作用するが、仕切り板20からの荷重が加わる発電体14の領域内に、段差となる端部Eが存在すると、発電体14に加わる荷重が端部Eを境界として変化してしまう。電池ケース13の上面や底面と向かい合う位置に端部Eを配置すれば、仕切り板20からの荷重が端部Eに加わるのを抑制でき、端部Eを境界として発電体14に加わる荷重が変化するのを防止することができる。なお、端部Eの位置が、発電体14の入出力特性に悪影響を与えないのであれば、端部Eの位置は、適宜設定することができる。
E shown in FIG. 5 is an end portion of the laminated body when the above-described laminated body is wound. The position of the end E can be set as appropriate depending on how the laminate is wound. Here, although the binding force F acts on the
本実施例では、図6および図7に示すように、発電体14に粘着テープ(加圧部材に相当する)144を巻いている。図7は、図6の矢印D1の方向から発電体14を見たときの図である。粘着テープ144としては、例えば、ポリプロピレンで形成されたフィルム(基材)に、アクリル系粘着剤を塗布したものを用いることができる。粘着テープ144は、積層体の端部Eを固定しておくために用いられる。
In this embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, an adhesive tape (corresponding to a pressure member) 144 is wound around the
本実施例では、図7に示すように、粘着テープ144の両端部144aが互いに接触しており、発電体14の外面を一周するように、粘着テープ144が巻かれている。粘着テープ144は、厚さTを有しており、発電体14の外周には、厚さTの粘着テープ144の層が形成されている。
In this embodiment, as shown in FIG. 7, the both ends 144 a of the
本実施例の粘着テープ144は、発電体14の積層体の端部Eを固定するためだけではなく、発電体14の一部の領域だけに荷重を与えるためにも用いられる。単電池10には拘束力Fが加わっているため、発電体14に粘着テープ144を巻くと、粘着テープ144を巻いた領域に作用する荷重は、粘着テープ144を巻いてない領域に作用する荷重よりも高くなる。すなわち、粘着テープ144の厚さTに対応した分だけ、荷重を高くすることができる。粘着テープ144が巻かれた領域の荷重を他の領域の荷重よりも高くすることにより、以下に説明するように、単電池10の面圧のバラツキを抑制することができる。
The
本願発明者は、レートが異なる条件で充放電を行いながら、単電池10(電池ケース13)の複数箇所における面圧を測定したら、充放電時のレートが高くなるにつれて、Y方向における発電体14の両端における面圧が大きく変化することが分かった。単電池10の面圧とは、X方向において、単電池10が膨らんだり、縮んだりするときの圧力である。単電池10が膨らめば、面圧が上昇し、単電池10が縮めば、面圧が低下することになる。例えば、圧力センサを測定箇所に配置することにより、面圧を測定することができる。
When the inventor of this application measures the surface pressure at a plurality of locations of the unit cell 10 (battery case 13) while performing charging and discharging under different rates, the
図8には、発電体14の位置と、面圧の変化量との関係を示す図である。図8に示す領域(反応領域に相当する)Aは、正極板141(正極活物質層141b),セパレータ143および負極板142(負極活物質層142b)が互いに重なっている領域であり、単電池10の充放電に用いられる領域である。本実施例では、図8に示すように、Y方向の長さに関して、正極活物質層141bが最も短くなっているため、領域Aの幅WAは、正極活物質層141bの幅に対応している。
FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the position of the
図9から図12には、レートを変えながら充電を行ったときの単電池10の面圧を示している。図9から図12において、縦軸は、単電池10の面圧を示し、横軸は、発電体14のY方向における位置を示している。また、図9から図12において、点線は、充電を開始する前の面圧(0秒時の面圧)を示し、実線は、充電を開始して10秒後の面圧を示している。
9 to 12 show the surface pressure of the
図9は、レート1Cで充電を行ったときの面圧の変化を示し、図10は、レート12Cで充電を行ったときの面圧の変化を示している。また、図11は、20Cで充電を行ったときの面圧の変化を示し、図12は、32Cで充電を行ったときの面圧の変化を示している。図9から図12に示すように、充電時のレートが高くなるにつれて、領域Aの両端における面圧が、領域A内の他の領域よりも高くなる。充電時のレートが20C以上になると、面圧のバラツキが大きくなりやすい。 FIG. 9 shows changes in surface pressure when charging is performed at a rate of 1C, and FIG. 10 shows changes in surface pressure when charging is performed at a rate of 12C. Further, FIG. 11 shows a change in surface pressure when charging is performed at 20C, and FIG. 12 shows a change in surface pressure when charging is performed at 32C. As shown in FIGS. 9 to 12, the surface pressure at both ends of region A becomes higher than the other regions in region A as the rate during charging increases. When the rate at the time of charging is 20C or more, the variation in surface pressure tends to increase.
図13から図16には、レートを変えながら放電を行ったときの単電池10の面圧を示している。図13から図16において、縦軸は、単電池10の面圧を示し、横軸は、発電体14のY方向における位置を示している。また、図13から図16において、点線は、放電を開始する前の面圧(0秒時の面圧)を示し、実線は、放電を開始して10秒後の面圧を示している。
FIG. 13 to FIG. 16 show the surface pressure of the
図13は、レート1Cで放電を行ったときの面圧の変化を示し、図14は、レート12Cで放電を行ったときの面圧の変化を示している。また、図15は、レート20Cで放電を行ったときの面圧の変化を示し、図16は、レート32Cで放電を行ったときの面圧の変化を示している。図13から図16に示すように、放電時のレートが高くなるにつれて、領域Aの両端における面圧が、領域A内の他の領域よりも低下している。放電時のレートが20C以上になると、面圧のバラツキが大きくなりやすい。 FIG. 13 shows the change in surface pressure when discharging at a rate of 1C, and FIG. 14 shows the change in surface pressure when discharging at a rate of 12C. FIG. 15 shows a change in surface pressure when discharging is performed at a rate of 20C, and FIG. 16 shows a change in surface pressure when discharging is performed at a rate of 32C. As shown in FIGS. 13 to 16, the surface pressure at both ends of the region A is lower than the other regions in the region A as the discharge rate increases. When the discharge rate is 20C or more, the variation in surface pressure tends to increase.
本実施例では、粘着テープ144を用いることにより、領域Aの両端に発生する面圧の変化を抑制するようにしている。すなわち、領域Aの両端に対して拘束力Fを与えることにより、領域Aの両端が充放電によって変形(膨張又は収縮)するのを抑制するようにしている。発電体14が部分的に変形しやすくなるのを抑制することにより、発電体14内における劣化のバラツキを抑制することができる。
In this embodiment, by using the
ここで、発電体14に荷重を与える領域について、図17を用いて説明する。荷重を与える領域は、粘着テープ144を巻く位置と、粘着テープ144の幅によって決定する。図17において、WAは、領域Aの幅(Y方向の長さ)を示している。また、WPは、荷重を与える領域Pの幅(Y方向の長さ)を示しており、幅WPは、領域Aの両端を基準とした長さである。幅WAおよび幅WPは、以下の関係式(1)を満たすことが好ましい。
Here, the area | region which gives a load to the electric
14≦WP/WA×100≦27 ・・・(1) 14 ≦ W P / W A × 100 ≦ 27 (1)
幅WAを決定すれば、上記式(1)に基づいて幅WPを特定することができる。幅WPの領域Pは、面圧の変化量が他の領域よりも大きい領域を特定するものである。荷重を与える領域Pを特定できれば、粘着テープ144の幅と、粘着テープ144を貼る位置とを特定することができる。そして、領域Pに対して荷重を与えれば、発電体14の一部分だけの面圧が大きく変化してしまうのを抑制することができる。
If determines the width W A, it is possible to identify the width W P based on the equation (1). Region P of the width W P is one in which the amount of change in surface pressure identifying a region larger than the other regions. If the area | region P which gives a load can be specified, the width | variety of the
ここで、領域Pだけでなく、発電体14のうち、領域Aの外側に位置する領域H1,H2(図17参照)の少なくとも一方に対しても、荷重を与えることができる。領域H1は、正極板141の集電板141aが巻かれた領域であり、領域H2は、負極板142の集電板142aが巻かれた領域である。
Here, the load can be applied not only to the region P but also to at least one of the regions H1 and H2 (see FIG. 17) located outside the region A in the
上記式(1)において、幅WA,WPの関係が下限値(14)よりも小さいと、荷重を与える領域が不十分となるおそれがある。また、幅WA,WPの関係が、上記式(1)の上限値(27)よりも大きいと、面圧の変化量が小さい領域にも荷重を与えることになる。 In the above formula (1), the width W A, the lower limit value relationship W P (14) is smaller than, the region giving the load may be insufficient. The width W A, the relationship between W P, the upper limit of the above formula (1) (27) greater than, also will give a load to the area change amount of the surface pressure is small.
図18には、発電体14の全面に対して荷重を与えたときの抵抗増加率(全体拘束)と、本実施例のように、発電体14の一部(領域P)に対して荷重を与えたときの抵抗増加率(両端拘束)とを示している。抵抗増加率は、初期状態における単電池10の抵抗値と、充放電後における単電池10の抵抗値との関係を示す値であり、抵抗値の増加率を示す値である。抵抗増加率が上昇するほど、単電池10が劣化していることが分かる。図18に示すグラフは、25℃の温度条件において、レート25Cで充放電を繰り返した結果を示している。図18の横軸に示すサイクル数は、所定時間の充放電を1サイクルとしたときの回数である。
In FIG. 18, the rate of increase in resistance when the load is applied to the entire surface of the power generation body 14 (overall constraint), and the load is applied to a part (region P) of the
図18に示すように、本実施例(両端拘束)では、従来(全体拘束)に比べて、抵抗増加率の上昇を抑制することができ、単電池10の劣化を抑制することができる。
As shown in FIG. 18, in this embodiment (both ends restraint), an increase in the resistance increase rate can be suppressed and deterioration of the
図19に示すグラフは、荷重を与える領域の幅(Y方向の長さ)を変えたときの抵抗増加率の変化を示している。図19の縦軸は、抵抗増加率を示し、横軸は、サイクル数を示している。図19に示すデータは、レート32Cで充放電を繰り返したときの測定結果を示している。 The graph shown in FIG. 19 shows the change in the resistance increase rate when the width of the region to which the load is applied (the length in the Y direction) is changed. The vertical axis in FIG. 19 indicates the resistance increase rate, and the horizontal axis indicates the number of cycles. The data shown in FIG. 19 has shown the measurement result when charging / discharging is repeated at the rate 32C.
グラフG11は、発電体14の全体に荷重を与えたときの抵抗増加率の変化、言い換えれば、粘着テープ144を省略したときの抵抗増加率の変化を示す。グラフG12は、粘着テープ144を用いて、領域Aの一部に荷重を与えたときの抵抗増加率の変化を示す。グラフG12の試験では、下記式(2)の条件において、発電体14に荷重を与えている。
The graph G11 shows a change in the resistance increase rate when a load is applied to the entire
WP/WA×100=35 ・・・(2) W P / W A × 100 = 35 (2)
グラフG13は、粘着テープ144を用いて、領域Aの一部に荷重を与えたときの抵抗増加率の変化を示す。グラフG13の試験では、下記式(3)の条件において、発電体14に荷重を与えている。
Graph G13 shows a change in resistance increase rate when a load is applied to a part of region A using
WP/WA×100=20 ・・・(3) W P / W A × 100 = 20 (3)
図19に示すように、グラフG11,G12では、サイクル数が増えるにつれて、抵抗増加率が上昇している。一方、グラフG13では、サイクル数が増えても、抵抗増加率が上昇していない。 As shown in FIG. 19, in the graphs G11 and G12, the resistance increase rate increases as the number of cycles increases. On the other hand, in the graph G13, the resistance increase rate does not increase even if the number of cycles increases.
図20に示すグラフは、幅WAのサイズ(言い換えれば、発電体14のサイズ)を変更したときの抵抗増加率の変化を示している。図20の縦軸は、抵抗増加率を示し、横軸は、サイクル数を示している。図20に示すデータは、レート32Cで充放電を繰り返したときの測定結果を示している。 The graph shown in FIG. 20 shows a change in the resistance increase rate of changing the size (in other words, the size of the power generating body 14) of the width W A. The vertical axis in FIG. 20 indicates the resistance increase rate, and the horizontal axis indicates the number of cycles. The data shown in FIG. 20 has shown the measurement result when charging / discharging is repeated at the rate 32C.
グラフG21,G22,G23は、発電体14の全体に荷重を与えたときの抵抗増加率の変化、言い換えれば、粘着テープ144を省略したときの抵抗増加率の変化を示す。グラフG21の試験では、基準サイズの領域Aを有する発電体14を用いている。基準サイズとは、図19で説明した試験に用いられた発電体14の領域Aと同じサイズである。グラフG22では、領域Aのサイズを、基準サイズの1.4倍としている。グラフG23では、領域Aのサイズを、基準サイズの1.65倍としている。
Graphs G21, G22, and G23 show changes in the resistance increase rate when a load is applied to the
グラフG24,G25,G26は、下記式(4)の条件において、粘着テープ144を用いて、領域Aの一部に拘束力Fを与えたときの抵抗増加率の変化を示している。
Graphs G24, G25, and G26 indicate changes in the resistance increase rate when the binding force F is applied to a part of the region A using the
WP/WA×100=20 ・・・(4) W P / W A × 100 = 20 (4)
グラフG24では、領域Aのサイズを基準サイズとしている。グラフG25では、領域Aのサイズを、基準サイズの1.4倍とし、グラフG26では、領域Aのサイズを、基準サイズの1.65倍としている。 In the graph G24, the size of the area A is set as a reference size. In the graph G25, the size of the region A is 1.4 times the reference size, and in the graph G26, the size of the region A is 1.65 times the reference size.
図20に示すように、グラフG21,G22,G23では、サイクル数が増加するにつれて、抵抗増加率も上昇している。また、領域Aのサイズが大きくなるにつれて、抵抗増加率が上昇するタイミングが遅れている。言い換えれば、領域Aのサイズが大きくなるにつれて、所定の抵抗増加率に到達するまでのサイクル数が多くなる。 As shown in FIG. 20, in the graphs G21, G22, and G23, the resistance increase rate increases as the number of cycles increases. Further, the timing at which the resistance increase rate increases as the size of the region A increases. In other words, as the size of the region A increases, the number of cycles until the predetermined resistance increase rate is increased.
一方、グラフG24,G25,G26では、サイクル数が増加しても、抵抗増加率が変化していない。また、領域Aのサイズが異なっていても、抵抗増加率の変化は、同様の挙動を示している。図20に示す試験結果から分かるように、領域Aと荷重を与える領域Pとの割合が所定条件(上記式(1))を満たせば、領域Aのサイズが変わっても、抵抗増加率の上昇を抑制することができる。 On the other hand, in the graphs G24, G25, and G26, the resistance increase rate does not change even when the number of cycles increases. Even if the sizes of the regions A are different, the change in the resistance increasing rate shows the same behavior. As can be seen from the test results shown in FIG. 20, if the ratio between the area A and the area P to which the load is applied satisfies a predetermined condition (the above formula (1)), the resistance increase rate increases even if the size of the area A changes. Can be suppressed.
発電体14の領域Pに与える荷重は、粘着テープ144の厚さTに基づいて設定することができる。厚さTが厚い粘着テープ144を用いるときには、図7に示すように、発電体14の外面を一周するように、粘着テープ144を巻くだけでもよい。また、厚さTが薄い粘着テープ144を用いるときには、粘着テープ144を重ねて巻くことにより、所望の荷重を発生させることができる。
The load applied to the region P of the
本実施例では、図7に示すように、粘着テープ144の両端部144aを互いに接触させているが、これに限るものではない。すなわち、粘着テープ144の両端側の領域が互いに重なっていてもよい。この場合において、粘着テープ144が重なる領域は、電池ケース13の上面又は下面と対向する位置にあることが好ましい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, both
また、本実施例では、粘着テープ144を用いているが、これに限るものではない。例えば、粘着性を有していないテープを用いることができる。この場合には、発電体14にテープを巻いた後に、テープの両端を接着剤等で固定することができる。このような構成であっても、発電体14の積層体の端部Eを固定しておくとともに、発電体14の領域Pに荷重を与えることができる。また、リング形状の弾性体を用意しておき、この弾性体を発電体14の領域Pに配置することができる。弾性体が領域Pからずれてしまわないように、領域Pに対して固定しておくことが好ましい。弾性体の材料としては、例えば、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエンゴム)を用いることができる。リング形状の弾性体を用いても、本実施例と同様の効果を得ることができる。
Moreover, although the
本発明の実施例2である電池スタックについて説明する。ここで、実施例1で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用いる。実施例1では、単電池10と対向する仕切り板20の面を平坦な面で構成しているが、本実施例では、単電池10と対向する仕切り板20の面を凹凸面で構成している。以下、実施例1と異なる点について、主に説明する。
A battery stack that is Embodiment 2 of the present invention will be described. Here, the same reference numerals are used for members having the same functions as those described in the first embodiment. In Example 1, the surface of the
図21は、本実施例における仕切り板20を示す図である。仕切り板20は、単電池10と向かい合う一方の面において、第1領域21および第2領域22を有する。仕切り板20の他方の面は、平坦な面で構成されている。第1領域21は、第2領域22よりもX方向に突出しており、単電池10と接触する。また、第1領域21が単電池10と接触しているとき、第2領域22は、単電池10から離れている。
FIG. 21 is a diagram showing the
第1領域21は、発電体14の領域Pに対応した電池ケース13の領域に接触する。すなわち、第1領域21が電池ケース13に接触しているとき、第1領域21からの荷重が電池ケース13を介して発電体14の領域Pに作用している。電池ケース13の内部で発電体14を位置決めしておけば、電池ケース13の外部からであっても、発電体14の領域Pだけに荷重を与えることができる。
The
第2領域22は単電池10から離れているため、第2領域22および単電池10の間には、スペースが形成される。このスペースは、単電池10の温度調節に用いられる熱交換媒体の移動通路として用いることができる。熱交換媒体として、例えば、空気を用いることができる。単電池10が発熱しているときには、冷却用の熱交換媒体を単電池10に接触させることにより、単電池10の温度上昇を抑制することができる。また、単電池10が過度に冷却されているときには、加温用の熱交換媒体を単電池10に接触させることにより、単電池10を温めることができる。このように単電池10の温度を調節することにより、単電池10の入出力特性の劣化を抑制することができる。
Since the
本実施例によれば、粘着テープ144および仕切り板20(第1領域21)を用いることにより、発電体14の領域Pに荷重を与えることができる。これにより、実施例1と同様の効果を得ることができる。
According to the present embodiment, a load can be applied to the region P of the
本実施例では、仕切り板20の第1領域21だけを単電池10に接触させているが、これに限るものではない。具体的には、第1領域21および第2領域22を単電池10に接触させることができる。ここで、第1領域21は、第2領域22よりもX方向に突出しているため、第1領域21から受ける荷重は、第2領域22から受ける荷重よりも大きくなる。これにより、発電体14の領域Pに対して、他の領域よりも大きい荷重を与えることができる。
In the present embodiment, only the
また、本実施例では、1つの仕切り板20を用いて、発電体14の2つの領域Pに荷重を与えているが、これに限るものではない。例えば、2つの仕切り板を用意しておき、一方の仕切り板を用いて発電体14の一方の領域Pに荷重を与えるとともに、他方の仕切り板を用いて発電体14の他方の領域Pに荷重を与えることができる。
In this embodiment, one
本実施例において、仕切り板20の第1領域21は、平坦な面で構成されており、第1領域21の全面が電池ケース13に接触しているが、これに限るものではない。例えば、仕切り板20の第1領域21において、複数のリブを形成したり、円柱形状などの突起を形成したりすることができる。この場合には、第1領域21の一部が電池ケース13に接触する。複数のリブは、Y方向又はZ方向において、並んで配置することができる。第1領域21の一部を電池ケース13に接触させる構成であっても、発電体14の領域Pに対して荷重を与えることができる。
In the present embodiment, the
本発明の実施例3である電池スタックについて説明する。ここで、実施例1で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用いる。実施例1(図7参照)では、発電体14を囲むように粘着テープ144を巻いているが、本実施例では、発電体14の一部だけに粘着テープ144を貼り付けている。以下、実施例1と異なる点について、主に説明する。
A battery stack that is Embodiment 3 of the present invention will be described. Here, the same reference numerals are used for members having the same functions as those described in the first embodiment. In Example 1 (see FIG. 7), the
図22は、本実施例の発電体14をX方向から見たときの図であり、図23は、図22の矢印D2の方向から発電体14を見たときの図である。本実施例では、電池ケース13の側面と向かい合う発電体14の面に対して、粘着テープ144を貼り付けている。電池ケース13の側面とは、X方向と直交する側面であって、仕切り板20と接触する面である。
22 is a diagram when the
粘着テープ144は、発電体14の積層体の端部Eを固定している。また、粘着テープ144は、発電体14の領域Pに貼り付けられている。領域Pの定義は、実施例1と同様である。粘着テープ144の厚さTが所望の厚さを有していれば、1枚の粘着テープ144を発電体14に貼るだけでよい。また、粘着テープ144の厚さTが所望の厚さよりも薄ければ、複数枚の粘着テープ144を重ねて貼り付けることができる。ここで、所望の厚さとは、発電体14の領域Pに荷重を与えることができる厚さである。
The
本実施例では、図23に示すように、X方向における発電体14の両側面に、粘着テープ144を貼り付けているが、これに限るものではない。具体的には、X方向における発電体14の両側面のうち、一方の面(端部Eが位置する面)だけに、粘着テープ144を貼り付けることができる。発電体14の一方の面に粘着テープ144を貼り付けるだけでも、端部Eを固定することができるとともに、発電体14の領域Pだけに荷重を与えることができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 23, the
本実施例では、発電体14と接触する粘着テープ144の面のすべてが粘着性を有しているが、これに限るものではない。例えば、粘着性を有していないテープを用いた場合であっても、テープの長手方向における両端部を発電体14に固定するだけで、本実施例と同様の効果を得ることができる。粘着性を有しないテープと発電体14の固定は、例えば、接着剤を用いることができる。
In the present embodiment, all of the surface of the
本発明の実施例4である電池スタックについて説明する。ここで、実施例1で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用いる。実施例1〜3では、正極板141、負極板142およびセパレータ143の積層体を巻くことにより、発電体14を構成している。一方、本実施例では、発電体14として、正極板141、セパレータ143および負極板142を積層しただけの構成を用いている。以下、実施例1〜3と異なる点について、主に説明する。
A battery stack that is Embodiment 4 of the present invention will be described. Here, the same reference numerals are used for members having the same functions as those described in the first embodiment. In Examples 1 to 3, the
図24は、本実施例における発電体14の断面図である。図25は、図24の矢印D3の方向から見たときの発電体14の側面図であり、図26は、図24の矢印D4の方向から見たときの発電体14の上面図である。本実施例の発電体14は、例えば、ラミネートフィルム等で構成されたケースで覆うことができる。
FIG. 24 is a cross-sectional view of the
発電体14は、複数のバイポーラ電極145およびセパレータ143を有する。複数のバイポーラ電極145は、セパレータ143を挟んだ状態で積層されている。バイポーラ電極145は、集電板145aと、集電板145aの一方の面に形成された正極活物質層145bと、集電板145aの他方の面に形成された負極活物質層145cとを有する。発電体14の上面には、正極タブ146aが設けられており、発電体14の下面には、負極タブ146bが設けられている。なお、電解液を含むセパレータ143の代わりに、固体電解質(電解質層に相当する)を用いることができる。
The
図25に示すように、発電体14の外面には、粘着テープ144が巻かれている。具体的には、正極タブ146aや負極タブ146bが引き出される側の発電体14の端部に、粘着テープ144が巻かれている。粘着テープ144を巻き付ける位置は、実施例1で説明した場合と同様である。本実施例では、複数のバイポーラ電極145を積層しており、この積層された領域が、実施例1で説明した領域Aに相当する。そして、領域Aを基準として、粘着テープ144の巻き付ける位置を特定することができる。
As shown in FIG. 25, an
本実施例によれば、発電体14の積層方向において、発電体14を挟む力を与えれば、発電体14のうち、粘着テープ144が巻かれた部分に対して、他の部分よりも大きな荷重を与えることができる。これにより、実施例1と同様に、発電体14の面圧のバラツキを抑制することができる。
According to the present embodiment, if a force for sandwiching the
一方、図26の点線で囲まれた領域K1に対しても荷重を与えることができる。すなわち、領域K1にも粘着テープ144を貼り付けることができる。これにより、発電体14に荷重を与えても、発電体14の内部に存在する電解液が、発電体14の外部に漏れてしまうのを防止することができる。電解液の漏れを防止する観点に基づいて、領域K1の位置やサイズを適宜設定することができる。
On the other hand, a load can be applied to the region K1 surrounded by the dotted line in FIG. That is, the
図27および図28には、本実施例の変形例である発電体14を示す。図27は、発電体14の断面図であり、図28は、図27の矢印D5の方向から見たときの発電体14の上面図である。本変形例では、本実施例と比べて、正極タブ146aおよび負極タブ146bを引き出す方向を変更している。具体的には、本変形例では、正極タブ146aおよび負極タブ146bを同一方向に引き出している。
27 and 28 show a
粘着テープ144は、正極タブ146aおよび負極タブ146bが引き出される側の発電体14の端部に巻かれている。粘着テープ144を巻き付ける位置は、本実施例と同様である。一方、発電体14の外部に電解液が漏れてしまうのを防止するために、図28の点線で囲まれた領域K2に対して荷重を与えることができる。すなわち、領域K2にも粘着テープ144を貼り付けることができる。領域K2の位置やサイズは、適宜設定することができる。
The
本実施例においても、粘着テープ144の貼り付け方は、実施例1で説明したように適宜設定することができる。また、実施例1で説明したように、粘着性を有していないテープを用いたり、リング形状の弾性体を用いたりすることができる。
Also in the present embodiment, the method of attaching the
1:電池スタック(蓄電装置) 10:単電池(蓄電素子)
11:正極端子 12:負極端子
13:電池ケース 13a:安全弁
14:発電体 141:正極板
141a:集電板 141b:正極活物質層
142:負極板 142a:集電板
142b:負極活物質層 143:セパレータ
144:粘着テープ(加圧部材) 145:バイポーラ電極
145a:集電板 145b:正極活物質層
145c:負極活物質層 146a:正極タブ
146b:負極タブ 15a:正極タブ
15b:負極タブ 20:仕切り板
31:エンドプレート(拘束機構の一部) 32:拘束バンド(拘束機構の一部)
40:バスバー
1: Battery stack (power storage device) 10: Single battery (power storage element)
11: positive electrode terminal 12: negative electrode terminal 13:
40: Bus bar
Claims (10)
正極活物質層を含む正極板と負極活物質層を含む負極板とが電解質層を挟んで積層されており、充放電に用いられ、前記正極活物質層および前記負極活物質層が互いに向かい合う反応領域を有する発電体と、
前記発電体を収容するケースと、
前記発電体に取り付けられており、前記反応領域のうち、前記反応領域の端部を含む一部の領域に対して、前記ケースから受けた前記荷重を与える加圧部材と、
を有することを特徴とする蓄電素子。 A storage element to which a load is applied from the outside,
A positive electrode plate including a positive electrode active material layer and a negative electrode plate including a negative electrode active material layer are stacked with an electrolyte layer interposed therebetween, and is used for charging and discharging, and the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other. A power generator having a region;
A case for housing the power generator;
A pressure member that is attached to the power generation body and that applies the load received from the case to a part of the reaction region including an end of the reaction region;
A power storage element comprising:
前記一部の領域は、前記所定軸の方向における前記反応領域の両端を含む領域であることを特徴とする請求項1に記載の蓄電素子。 The power generator is configured by winding a laminate in which the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the electrolyte layer are laminated around a predetermined axis,
The power storage element according to claim 1, wherein the partial region is a region including both ends of the reaction region in a direction of the predetermined axis.
14≦WP/WA×100≦27 ・・・(I)
ことを特徴とする請求項2に記載の蓄電素子。 Wherein a width W P of the partial region in the direction of the predetermined axis, the width W A of the reaction region in the direction of the predetermined axis wherein the following formula (I), the
14 ≦ W P / W A × 100 ≦ 27 (I)
The electrical storage element according to claim 2, wherein
所定方向に並んで配置された複数の前記蓄電素子に対して、前記所定方向の拘束力を与える拘束機構と、
前記所定方向で隣り合う2つの前記蓄電素子の間に配置された仕切り板と、
を有することを特徴とする蓄電装置。 The electricity storage device according to any one of claims 1 to 8,
A restraining mechanism for imparting a restraining force in the predetermined direction to the plurality of power storage elements arranged side by side in a predetermined direction;
A partition plate disposed between the two power storage elements adjacent in the predetermined direction;
A power storage device comprising:
The power storage device according to claim 9, wherein the partition plate applies the binding force to a region corresponding to the pressure member in the power storage element.
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