JP2014146467A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】未塗工電極間に短絡電流が流れた時の発熱を抑制することができる蓄電装置を提供する。
【解決手段】二次電池１００は、正極３０及び負極４０を有する電極組立体２０と、第１導電板１６と、第２導電板１４とを備えている。第１導電板１６は、縁部から突出した形状のタブ１６ｄを有している。第１導電板タブ１６ｄと、正極導電部材３２との溶接部である正極溶接部３８が複数形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、蓄電装置に関する。

下記特許文献１に記載されるように、正極と負極とがセパレータを介して積層されて形成された電極組立体を備える蓄電装置が知られている。また、例えば、電極組立体の両外側（電極組立体とケースとの間）に、活物質が塗工されていない一対の金属箔（以下、「未塗工電極」とも称す）を配置すると共に、一方の未塗工電極を正極端子まで延びる正極導電部材に接続し、他方の未塗工電極を負極端子まで延びる負極導電部材に接続した蓄電装置が知られている。この蓄電装置では、蓄電装置を圧潰させる力が加わったり、蓄電装置に釘などが刺さったりした場合に、未塗工電極間で短絡電流を流すことにより、活物質が塗工された正極と負極とが短絡した時の熱暴走を防止する。

このような蓄電装置では、電極組立体における正極の縁部から突出した複数の正極タブ（引用文献１参照）と、一方の未塗工電極の縁部から突出したタブとが、重ねられた状態で正極導電部材に接続される。同様に、電極組立体における負極の縁部から突出した複数の負極タブ（引用文献１参照）と、他方の未塗工電極の縁部から突出したタブとが、重ねられた状態で負極導電部材に接続される。

特開２００７−２３４４６６号公報

しかしながら、上記従来の蓄電装置では、未塗工電極間に短絡電流が流れると、正極導電部材及び負極導電部材における接続部において発熱し、未塗工電極が溶融するおそれがある。未塗工電極が溶融すると短絡電流が流れなくなるおそれがある。

そこで、本発明の主な目的は、未塗工電極間に短絡電流が流れた時の発熱を抑制することができる蓄電装置を提供することにある。

本発明の一側面に係る蓄電装置は、ケースと、ケース内に収容され、正極と、負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータと、を有する電極組立体と、ケースと電極組立体との間に配置された第１導電板及び第２導電板と、第１導電板と第２導電板との間に配置された絶縁部材と、正極及び負極の一方と、第１導電板と電気的に接続される導電部材と、を備え、第１導電板は、縁部から突出した形状の第１導電板タブを有し、第１導電板タブと、導電部材との溶接部が複数形成されている。

この蓄電装置では、第１導電板と第２導電板との間に流れる短絡電流が、第１導電板タブと導電部材との溶接部を流れる。この溶接部は、複数形成されているので、短絡電流が複数の溶接部に分散して流れ、電流量の二乗に比例して発生する溶接部での発熱を抑制することができる。

正極及び負極は、縁部から突出した形状の正極タブ及び負極タブをそれぞれ有し、正極タブ又は負極タブが溶接部に溶接されていてもよい。

例えば、第１導電板が正極に接続される場合には、第１導電板と第２導電板との間に流れる短絡電流が、第１導電板タブと第１導電板に接続される正極タブと導電部材との溶接部を流れる。この蓄電装置では、複数の上記溶接部が形成されているので、短絡電流が複数の溶接部に分散して流れ、電流量の二乗に比例して発生する溶接部での発熱を抑制することができる。例えば、第１導電板が負極に接続されている場合には、第１導電板と第２導電板との間に流れる短絡電流が、第１導電板タブと第１導電板に接続される負極タブと導電部材との溶接部を流れる。この蓄電装置では、複数の上記溶接部が複数形成されているので、短絡電流が複数の溶接部に分散して流れ、電流量の二乗に比例して発生する溶接部での発熱を抑制することができる。

第１導電板が、アルミニウム又はアルミニウム合金により形成されていてもよい。

この場合、相対的に融点が低く、溶融しやすいアルミニウム又はアルミニウム合金により形成される第１導電板が接続される溶接部での発熱を抑制することができる。

第１導電板タブが、複数形成されていてもよい。

この構成によれば、複数のタブごとに導電部材への溶接を行うことにより、簡易に複数の溶接部を形成することができる。また、それぞれのタブを細いものとすることができるので、設計の自由度が上がる。

一の溶接部が抵抗溶接によって溶接され、残りの溶接部が超音波溶接によって溶接されていてもよい。

ここで、第１導電板タブと、導電部材とを溶接する場合、１箇所は抵抗溶接による溶接が可能であるが、２箇所目からは、先の溶接箇所へ溶接電流が回り込むので抵抗溶接による溶接ができない。この構成の蓄電装置では、一方の溶接部が抵抗溶接によって溶接され、他方の溶接部が超音波溶接によって溶接されている。これにより、複数の溶接部を確実に形成することができる。

上記蓄電装置が、二次電池であってもよい。

本発明によれば、未塗工電極間に短絡電流が流れた時の発熱を抑制することができる。

第１実施形態に係る蓄電装置を模式的に示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 正極タブと第１導電板タブと正極導電部材との溶接部を拡大した斜視図である。 負極タブと第２導電板タブと負極導電部材との溶接部を拡大した斜視図である。 第２実施形態に係る蓄電装置の正極タブと第１導電板タブと正極導電部材との溶接部を拡大した斜視図である。

以下、図面を参照して第１及び第２実施形態について説明する。図面の説明において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。また、説明中、「上」、「下」などの方向を示す語は、図面に示された状態に基づいた便宜的な語である。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る蓄電装置を模式的に示す断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１及び図２に示される蓄電装置としての二次電池１００は、例えばリチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。

二次電池１００は、ケース１０と、ケース１０内に収容された電極組立体２０とを備える。ケース１０は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金などの金属から形成されてもよい。電極組立体２０は、正極３０と、負極４０と、正極３０と負極４０との間に配置されたセパレータ５０とを備える。正極３０及び負極４０は、例えばシート状である。セパレータ５０は、例えばシート状であるが、袋状であってもよい。複数の正極３０及び複数の負極４０が、セパレータ５０を介して交互に積層されている。セパレータ５０が袋状である場合には、セパレータ５０内に、例えば正極３０が収容される。ケース１０内には電解液６０が充填され得る。電解液６０の例には、有機溶媒系及び非水系の電解液などが含まれる。ケース１０の内壁面上には、絶縁フィルム１１が配置される。

正極３０は、金属箔３０ｂと、金属箔３０ｂの両面に設けられた正極活物質層３０ｃとを備え得る。金属箔３０ｂは、例えばアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔である。正極活物質層３０ｃは、正極活物質とバインダとを含んでもよい。正極活物質の例には、複合酸化物、金属リチウム、硫黄などが含まれる。複合酸化物は、マンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つとリチウムとを含む。

正極３０は、縁部から突出した形状の正極タブ３０ａを有している。正極タブ３０ａには、正極活物質が担持されていない。正極３０は、正極タブ３０ａを介して正極導電部材（導電部材）３２に接続される。正極導電部材３２は、正極端子３４に接続され得る。正極端子３４は、絶縁リング３６を介してケース１０に取り付けられてもよい。

負極４０は、金属箔４０ｂと、金属箔４０ｂの両面に設けられた負極活物質層４０ｃとを備え得る。金属箔４０ｂは、例えば銅箔又は銅合金箔である。負極活物質層４０ｃは、負極活物質とバインダとを含んでもよい。負極活物質の例には、黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボンなどのカーボン、リチウム、ナトリウムなどのアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）などの金属酸化物、ホウ素添加炭素などが含まれる。

負極４０は、縁部から突出した形状の負極タブ４０ａを有している。負極タブ４０ａには、負極活物質が担持されていない。負極４０は、負極タブ４０ａを介して負極導電部材４２に接続される。負極導電部材４２は、負極端子４４に接続され得る。負極端子４４は、絶縁リング４６を介してケース１０に取り付けられてもよい。

セパレータ５０の例には、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロースなどからなる織布、及び不織布などが含まれる。

ケース１０と電極組立体２０との間には、第２導電板１４が配置される。第２導電板１４は、例えば、単一の板状部材から形成されるが、積層された複数の金属箔から形成されてもよい。第２導電板１４には、活物質層が設けられていない。第２導電板１４は、安全対策用の未塗工電極である。

ケース１０と第２導電板１４との間には、第１導電板１６が配置される。第１導電板１６は、例えば、単一の板状部材から形成されるが、積層された複数の金属箔から形成されてもよい。第１導電板１６には、活物質層が設けられていない。第１導電板１６は、安全対策用の未塗工電極である。

第２導電板１４と第１導電板１６との間には、絶縁部材１８が配置される。絶縁部材１８は、絶縁シート又は絶縁層であってもよい。絶縁部材１８としては、例えば樹脂シート、樹脂層、又はセパレータ５０が用いられてもよい。

第２導電板１４は、正極３０及び負極４０の一方と電気的に接続される。第１導電板１６は、正極３０及び負極４０の他方と電気的に接続される。本実施形態においては、第２導電板１４は、負極４０と電気的に接続される。第１導電板１６は、正極３０と電気的に接続される。この場合、例えば、第２導電板１４は銅から形成され、第１導電板１６はアルミニウム又はアルミニウム合金から形成される。

第２導電板１４は、縁部から突出した形状の第２導電板タブ１４ｄを有している。第２導電板タブ１４ｄの厚みは、第２導電板１４における他の部分の厚みに比べて薄くてもよい。

第１導電板１６は、縁部から突出した形状の第１導電板タブ１６ｄを有している。第１導電板タブ１６ｄの厚みは、第１導電板１６における他の部分の厚みに比べて薄くてもよい。

図３は、正極タブと第１導電板タブと正極導電部材との溶接部を拡大した斜視図である。図４は、負極タブと第２導電板タブと負極導電部材との溶接部を拡大した斜視図である。図３に示すように、第１導電板タブ１６ｄは、積層方向において、正極タブ３０ａと重なるように配置される。第１導電板タブ１６ｄと、正極タブ３０ａと、正極導電部材３２とは、溶接によって接続されている。この溶接による接続部を正極溶接部（溶接部）３８と称す。図４に示すように、第２導電板タブ１４ｄは、積層方向において、負極タブ４０ａと重なるように配置される。第２導電板タブ１４ｄと、負極タブ４０ａと、負極導電部材４２とは、溶接によって接続されている。この溶接による接続部を負極溶接部４８と称す。

第１導電板タブ１６ｄは、第１、第２、・・・、第ｎの複数のタブを有しており、第１実施形態では、第１のタブ１６ｄ及び第２のタブ１６ｄの２つを有している。正極タブ３０ａは、第１、第２、・・・、第ｎの複数のタブを有しており、第１実施形態では、第１のタブ３０ａ及び第２のタブ３０ａの２つを有している。第１導電板タブ１６ｄ及び正極タブ３０ａの第１のタブ１６ｄ，３０ａ同士が互いに重ね合わされて、正極導電部材３２に溶接されている。また、第１導電板タブ１６ｄ及び正極タブ３０ａの第２のタブ１６ｄ，３０ａ同士が互いに重ね合わされて、正極導電部材３２に溶接されている。

第１導電板タブ１６ｄ、正極タブ３０ａ、及び正極導電部材３２は、互いに重ねられる第１導電板タブ１６ｄ、正極タブ３０ａ、及び正極導電部材３２ごとに、少なくとも１箇所が溶接されて、正極溶接部３８が形成される。第１実施形態では、互いに重ねられる第１導電板タブ１６ｄ、正極タブ３０ａ、及び正極導電部材３２ごとに１箇所が溶接されて、１つの正極溶接部３８が形成される。第１実施形態では、第１のタブ１６ｄ，３０ａ及び第２のタブ１６ｄ，３０ａの２つのタブが形成されている。このため、互いに重ねられる第１導電板タブ１６ｄ、正極タブ３０ａ、及び正極導電部材３２ごとに１箇所溶接することにより、二つの正極溶接部３８が形成される。

上述したように、二次電池１００は、正極溶接部３８を、２つ（複数）有している。一方の正極溶接部３８は、抵抗溶接により溶接されている。他方の正極溶接部３８は、超音波溶接により溶接されている。負極溶接部４８は、一つ形成されており、抵抗溶接により溶接されている。

上述したとおり、ケース１０内には、ケース１０の内方に向かうにしたがって、第１導電板１６、絶縁部材１８、第２導電板１４、及び電極組立体２０が、この順に積層されている。第２導電板１４には、電極組立体２０のうち最外層に配置された負極４０が隣接している。第１導電板１６、絶縁部材１８、及び第２導電板１４は、電極組立体２０の積層方向における他方の端部（不図示）においても、同様に設けられる。一方に配置された第１導電板１６、絶縁部材１８、及び第２導電板１４と、他方に配置された第１導電板１６、絶縁部材１８、及び第２導電板１４とは、電極組立体２０の積層方向に垂直な面に関して面対称をなしている。なお、第１導電板１６、絶縁部材１８、及び第２導電板１４は、電極組立体２０の積層方向における一方のみに設けられてもよい。

ケース１０内には、ケース１０の内方に向かうにしたがって、第２導電板１４、絶縁部材１８、第１導電板１６及び電極組立体２０が、この順に積層されてもよい。第１導電板１６に、電極組立体２０のうち最外層に配置された負極４０が隣接する場合には、第１導電板１６と負極４０との間には絶縁部材１８またはセパレータ５０が配置される。

電極組立体２０では、ケース１０の内方に向けて、負極４０、セパレータ５０、及び正極３０がこの順に配置されるが、正極３０、セパレータ５０、及び負極４０がこの順に配置されてもよい。電極組立体２０の最外層に正極３０が配置される場合、正極３０と第２導電板１４との間には絶縁部材１８またはセパレータ５０が配置される。

以上説明した構成を有する二次電池１００によれば、正極溶接部３８が複数形成されているので、未塗工電極である第２導電板１４と未塗工電極である第１導電板１６との間を流れる短絡電流は、複数の正極溶接部３８に分散して流れる。このため、電流量の二乗に比例して発生する正極溶接部３８での発熱を抑制することができる。

また、上記実施形態の二次電池１００では、第１導電板１６がアルミニウム又はアルミニウム合金により形成されており、アルミニウム又はアルミニウム合金より形成された第１導電板１６が有する第１導電板タブ１６ｄに接続される正極溶接部３８が二つ形成されている。この二次電池１００によれば、相対的に融点が低く、溶融しやすいアルミニウム又はアルミニウム合金により形成される第１導電板１６が接続される正極溶接部３８での発熱を抑制することができる。これにより、第１導電板１６が溶融するおそれをより低減することができる。

また、上記実施形態の二次電池１００では、正極３０、負極４０、第２導電板１４及び第１導電板１６が有するタブ３０ａ，４０ａ，１４ｄ，１６ｄのうち、正極導電部材３２に溶接されるタブ３０ａ，１６ｄが複数形成されている。この二次電池１００では、図３に示すように、正極３０及び第１導電板１６にそれぞれ形成された第１のタブ３０ａ，１６ｄ同士を重ね、また第２のタブ３０ａ，１６ｄ同士を重ね合わせ、それぞれの重ね合わせた部分と正極導電部材３２とを溶接することにより、簡易に複数の正極溶接部３８を形成することができる。また、各タブ３０ａ，１６ｄの幅を細くすることができるので、設計の自由度が上がる。

また、上記実施形態の二次電池１００では、一方の正極溶接部３８が抵抗溶接によって溶接され、他方の正極溶接部３８が超音波溶接によって溶接されている。これにより、溶接による接続部である複数の正極溶接部３８を確実に形成することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る二次電池１００Ａについて、主に図５を参照しながら説明する。図５は、第２実施形態に係る蓄電装置の正極タブと第１導電板タブと正極導電部材との溶接部を拡大した斜視図である。第２実施形態の二次電池１００Ａと、第１実施形態の二次電池１００とは、複数の正極溶接部１３８の形成のされ方が異なる。以下、ここでは、この正極溶接部１３８について詳細に説明し、第１実施形態の二次電池１００と共通する点については説明を省略する。

図５に示すように、第１導電板タブ１１６ｄは、積層方向において、正極タブ１３０ａと重なるように配置される。第１導電板タブ１１６ｄと、正極タブ１３０ａと、正極導電部材３２とは、溶接によって接続されている。この溶接による接続部を正極溶接部１３８と称す。

第２実施形態では、互いに重ねられる第１導電板タブ１１６ｄ、正極タブ１３０ａ、及び正極導電部材１３２ごとに、二つの溶接部、すなわち、二つの正極溶接部１３８が形成されている。二つの正極溶接部１３８を形成するために、第１導電板タブ１１６ｄ及び正極タブ１３０ａの幅が適宜調整される。

正極溶接部１３８は、図５に示すように二つ（複数）形成されている。一方の正極溶接部１３８は、抵抗溶接により溶接されている。他方の正極溶接部１３８は、超音波溶接により溶接されている。

二次電池１００Ａによれば、第１実施形態の二次電池１００と同様の作用効果が奏される。すなわち、正極溶接部１３８が複数形成されているので、未塗工電極である第２導電板１４と第１導電板１６との間を流れる短絡電流は、複数の正極溶接部１３８に分散して流れる。このため、電流量の二乗に比例して発生する正極溶接部１３８での発熱を抑制することができる。

以上、第１及び第２実施形態について説明したが、本発明は、上記第１及び第２実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記第１及び第２実施形態の二次電池１００，１００Ａでは、アルミニウム又はアルミニウム合金により形成された第１導電板１６が接続される正極溶接部３８，１３８が複数形成されている例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１導電板１６がアルミニウム又はアルミニウム合金以外の銅又は銅合金などの金属から形成される場合であっても、この第１導電板１６が接続される正極溶接部が複数形成されてもよい。

上記第１及び第２実施形態の二次電池１００，１００Ａでは、負極溶接部４８が一つしか形成されない例（複数形成されない例）を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数形成されてもよい。正極溶接部３８，１３８及び負極溶接部４８を複数形成する場合には、それぞれ二つ形成するだけでなく、三つ以上形成してもよい。また、正極溶接部３８，１３８と負極溶接部４８との間で数が異なっていてもよい。

上記第１及び第２実施形態の二次電池１００，１００Ａでは、一方の正極溶接部３８，１３８が抵抗溶接によって溶接され、他方の正極溶接部３８，１３８が超音波溶接によって溶接されている例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。複数の正極溶接部３８，１３８を形成する場合には、例えば、全ての正極溶接部３８，１３８が超音波溶接によって形成されていてもよいし、超音波溶接とレーザ溶接とが適宜組み合わせて形成されていてもよい。また、一の正極溶接部が抵抗溶接によって溶接され、残りの正極溶接部がレーザ溶接によって溶接されていてもよい。なお、複数の負極溶接部４８を形成する場合も同様である。

例えば、積層型の電極組立体２０に代えて巻回型の電極組立体が用いられてもよい。巻回型の電極組立体は、帯状の正極３０、帯状の負極４０及び帯状のセパレータ５０を積層させた状態で軸線の周りに巻回することによって作製される。

また、電極組立体２０は、最外層を構成する電極の外側に、絶縁フィルムが配置されてもよい。

蓄電装置として、二次電池１００，１００Ａの他に、例えば電気二重層キャパシタなどが挙げられる。

二次電池１００，１００Ａなどの蓄電装置は、例えば、車両に搭載されてもよい。車両の例には、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド鉄道車両、電気車椅子、電動アシスト自転車、電動二輪車などが含まれる。

１０…ケース、１１…絶縁フィルム、１４…第２導電板、１４ｄ…第２導電板タブ、１６…第１導電板、１６ｄ…第１導電板タブ、１８…絶縁部材、２０…電極組立体、３０…正極、３０ａ…正極タブ、３２…正極導電部材（導電部材）、３８，１３８…正極溶接部（溶接部）、４０…負極、４０ａ…負極タブ、４２…負極導電部材、４８…負極溶接部、５０…セパレータ、６０…電解液、１００，１００Ａ…二次電池（蓄電装置）、１１６ｄ…第２導電板タブ、１３０ａ…正極タブ、１３２…正極導電部材、１３８…正極溶接部。

Claims (6)

1. ケースと、
   前記ケース内に収容され、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、を有する電極組立体と、
   前記ケースと前記電極組立体との間に配置された第１導電板及び第２導電板と、
   前記第１導電板と前記第２導電板との間に配置された絶縁部材と、
   前記正極及び前記負極の一方と、前記第１導電板と電気的に接続される導電部材と、
   を備え、
   前記第１導電板は、縁部から突出した形状の第１導電板タブを有し、
   前記第１導電板タブと、前記導電部材との溶接部が複数形成されている、蓄電装置。
2. 前記正極及び前記負極は、縁部から突出した形状の正極タブ及び負極タブをそれぞれ有し、
   前記正極タブ又は前記負極タブが前記溶接部に溶接されている、
   請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記第１導電板がアルミニウム又はアルミニウム合金により形成されている、
   請求項１又は２に記載の蓄電装置。
4. 前記第１導電板タブが、複数形成されている、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の蓄電装置。
5. 一の前記溶接部が抵抗溶接によって溶接され、残りの前記溶接部が超音波溶接によって溶接されている、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の蓄電装置。
6. 前記蓄電装置が二次電池である、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の蓄電装置。

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