JP2015005447A - 蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電池特性の低下を抑制しつつ、圧壊に対する安全性の向上を図ることができる蓄電装置を提供する。【解決手段】二次電池10のケース11には、電極組立体14及び電解液が収容されている。ケース11のケース壁と、電極組立体14との間には絶縁シート16が配置されている。絶縁シート16は、カプセルの内部に難燃化剤が封入されてなる封入体35と一体化されている。【選択図】図1
Description
この発明は、蓄電装置に関する。
EV(Electric Vehicle)やPHV(Plug in Hybrid Vehicle)などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。二次電池は、活物質層を有する正極電極と負極電極とを絶縁して積層した電極組立体と、電極組立体が収容されたケースとを有し、ケースを構成するケース壁と、電極組立体との間には絶縁体が配置されている。そして、例えば特許文献1に記載の二次電池では、リン酸エステル等の難燃化剤を混合した電解液をケースに収容することにより難燃性を向上させている。
ここで、二次電池が圧壊した場合の対策として、上記難燃化剤を混合した電解液を用いることが考えられる。しかしながら、電解液に難燃化剤を混合すると、サイクル特性等の電池特性が低下するおそれがある。
この発明は、上述した実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、電池特性の低下を抑制しつつ、圧壊に対する安全性の向上を図ることのできる蓄電装置を提供することにある。
上記課題を解決するための蓄電装置は、活物質層を有する正極電極と負極電極とを絶縁して積層した電極組立体と、電極組立体及び電解液が収容されたケースとを備えるものである。ケースを構成するケース壁と、電極組立体との間には絶縁体が配置されており、絶縁体は、難燃化剤を封入した封入体と一体化されている。
上記構成によれば、通常時には、電解液と難燃化剤とが別々に収容されているため、難燃化剤に起因する電池特性の低下が抑制されている。そして、圧壊時には、封入体が破壊されて難燃化剤と電解液とが混合する。これにより、予め電解液に難燃化剤を混合しておかなくとも、圧壊に対する安全性の向上を図ることができる。
絶縁体は、例えば、封入体が貼り付けられることにより封入体と一体化されているものとしてもよい。
上記構成によれば、封入体が貼り付けられた絶縁体は、絶縁体単体よりも剛性が高くなるため、ケース内への絶縁体の配置が容易となる。
上記構成によれば、封入体が貼り付けられた絶縁体は、絶縁体単体よりも剛性が高くなるため、ケース内への絶縁体の配置が容易となる。
封入体は、例えば、絶縁体における電極組立体と面する部分に位置するものとしてもよい。
上記構成によれば、圧壊が生じて電極組立体が高温となった時に、電極組立体近くの電解液に難燃化剤を混合させることができる。これにより、圧壊に対する安全性の向上をより図ることができる。
上記構成によれば、圧壊が生じて電極組立体が高温となった時に、電極組立体近くの電解液に難燃化剤を混合させることができる。これにより、圧壊に対する安全性の向上をより図ることができる。
蓄電装置としては、例えば二次電池が挙げられる。
本発明によれば、電池特性の低下を抑制しつつ、圧壊に対する安全性の向上を図ることができる。
以下、蓄電装置を具体化した一実施形態について図1〜図4を参照して説明する。
図1に示すように、蓄電装置としての二次電池10は、電極組立体14が収容されたケース11を有している。ケース11は、有底筒状のケース本体12と、ケース本体12に電極組立体14を挿入する開口部12aを閉塞する平板状の蓋体13とからなる。ケース本体12は、底壁12fと、底壁12fに立設した4つの側壁12b,12c,12d,12e(図3)とからなる。この4つの側壁12b,12c,12d,12eのうち、側壁12bと側壁12dとが対向して位置しているとともに、側壁12cと側壁12eとが対向して位置している。また、ケース本体12の4つの側壁12b,12c,12d,12eと、底壁12fと、蓋体13とがケース11のケース壁を構成している。ケース本体12と蓋体13は、何れも金属製(例えばステンレス製やアルミニウム製)である。
図1に示すように、蓄電装置としての二次電池10は、電極組立体14が収容されたケース11を有している。ケース11は、有底筒状のケース本体12と、ケース本体12に電極組立体14を挿入する開口部12aを閉塞する平板状の蓋体13とからなる。ケース本体12は、底壁12fと、底壁12fに立設した4つの側壁12b,12c,12d,12e(図3)とからなる。この4つの側壁12b,12c,12d,12eのうち、側壁12bと側壁12dとが対向して位置しているとともに、側壁12cと側壁12eとが対向して位置している。また、ケース本体12の4つの側壁12b,12c,12d,12eと、底壁12fと、蓋体13とがケース11のケース壁を構成している。ケース本体12と蓋体13は、何れも金属製(例えばステンレス製やアルミニウム製)である。
ケース11の内部には、電極組立体14と共に電解液が収容されている。なお、電解液の組成は任意であるが、例えばエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート及びメチルエチルカーボネートの混合溶媒に、ヘキサフルオロリン酸リチウムを溶解させたものがある。また、この実施形態の二次電池10は、ケース本体12が有底四角筒状であり、蓋体13が矩形平板状であることから、その外観が角型をなす角型電池である。また、この実施形態の二次電池10は、リチウムイオン電池である。
図2に示すように、電極組立体14は、正極電極21、負極電極24、及び正極電極21と負極電極24を絶縁するセパレータ27を有する。正極電極21は、正極金属箔22(例えばアルミニウム箔)の両面に正極活物質層23を有している。また、正極電極21は、縁部の一部から延び、正極金属箔22からなる正極タブ31を有する。負極電極24は、負極金属箔25(例えば銅箔)の両面に負極活物質層26を有している。また、負極電極24は、縁部の一部から延び、負極金属箔25からなる負極タブ32を有する。電極組立体14は、複数の正極電極21と複数の負極電極24を交互に積層するとともに、両電極21,24の間にセパレータ27を介在した積層構造とされている。
図3に示すように、積層構造とされた電極組立体14には、正極タブ31が電極組立体14の積層方向に沿って列状に積層されて正極タブ群31aが設けられているとともに、負極タブ32が電極組立体14の積層方向に沿って列状に積層されて負極タブ群32aが設けられている。そして、電極組立体14では、正極タブ群31aが正極端子14aと電気的に接続されているとともに、負極タブ群32aが負極端子14bと電気的に接続されている。正極端子14a及び負極端子14bは一部がそれぞれ蓋体13からケース11外に露出している。また、正極端子14a及び負極端子14bには、ケース11から絶縁するためのリング状の絶縁リング13bがそれぞれ取り付けられている。
図1及び図3に示すように、ケース11の内部に収容された電極組立体14は、絶縁体としての絶縁シート16によって覆われている。絶縁シート16は、電極組立体14の側面のうち、ケース本体12の側壁12b,12c,12d,12eと面する側面と、底壁12fと面する側面とを覆っている。すなわち、絶縁シート16は、ケース本体12の側壁12b,12c,12d,12e及び底壁12fと、電極組立体14との間に配置されている。絶縁シート16によって、ケース本体12と電極組立体14とが絶縁されている。
また、絶縁シート16では、絶縁シート16の面16a,16bのうちで、一方の面16aがケース本体12の側壁12b,12c,12d,12e及び底壁12fと面しており、他方の面16bが電極組立体14と面している。そして、絶縁シート16は、ポリプロピレンやポリエチレン等で形成されたカプセルの内部に難燃化剤が封入されてなる封入体35と一体化されている。封入体35は、絶縁シート16の面16bの全体に一体化されて設けられており、電極組立体14と絶縁シート16との間に配置されている。封入体35に封入された難燃化剤は、例えば液体であって、例えばリン酸エステル化合物(ハロゲン、芳香族環を含む)の難燃性溶媒である。なお、リン酸エステル化合物としては、例えばトリメチルフォスフェート、トリエチルフォスフェート、分子内にフッ素原子がある2,2,2−トリフルオロエチルフォスフェート、分子内に芳香族環があるトリフェニルフォスフェート及びトリトリルフォスフェート等がある。また、リン酸エステル系に限られず、ホスファゼン系、フッ化アルキル基を含む化合物、イオン液体等であってもよい。
図4(a)に示すように、絶縁シート16と封入体35との一体化は、接着剤36が塗布された絶縁シート16の面16bに封入体35が配置されることにより行われる。これにより、図4(b)に示すように、絶縁シート16の面16bには封入体35が貼り付けられた状態となり、これら絶縁シート16と封入体35とが一体化される。こうして一体化されてから、絶縁シート16及び封入体35はケース11のケース本体12の内部に配置される。
次に本実施形態の作用について説明する。
例えば、二次電池10に対して釘等が突き刺さり、側壁12b,12c,12d,12eと絶縁シート16とを貫通する場合や、底壁12fと絶縁シート16とを貫通する場合には、ケース本体12の変形による圧力を受けて封入体35が破れる。すると、封入体35に封入されていた難燃化剤がケース本体12の内部に流れ込み、難燃化剤と電解液とが混合する。
例えば、二次電池10に対して釘等が突き刺さり、側壁12b,12c,12d,12eと絶縁シート16とを貫通する場合や、底壁12fと絶縁シート16とを貫通する場合には、ケース本体12の変形による圧力を受けて封入体35が破れる。すると、封入体35に封入されていた難燃化剤がケース本体12の内部に流れ込み、難燃化剤と電解液とが混合する。
したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)通常時には、電解液と難燃化剤とが別々に収容されているため、難燃化剤に起因する電池特性の低下が抑制されている。そして、圧壊時には、封入体35が破壊されて難燃化剤と電解液とが混合する。これにより、予め電解液に難燃化剤を混合しておかなくとも、圧壊に対する安全性の向上を図ることができる。
(1)通常時には、電解液と難燃化剤とが別々に収容されているため、難燃化剤に起因する電池特性の低下が抑制されている。そして、圧壊時には、封入体35が破壊されて難燃化剤と電解液とが混合する。これにより、予め電解液に難燃化剤を混合しておかなくとも、圧壊に対する安全性の向上を図ることができる。
(2)絶縁シート16に封入体35を貼り付けることによって、絶縁シート16単体よりも剛性が高くなるため、ケース11内への絶縁シート16の配置が容易となる。
(3)絶縁シート16における電極組立体14と面する面16bに封入体35を設けているため、圧壊が生じて電極組立体14が高温となった時に、電極組立体14近くの電解液に難燃化剤を混合させることができる。これにより、圧壊に対する安全性の向上をより図ることができる。
(3)絶縁シート16における電極組立体14と面する面16bに封入体35を設けているため、圧壊が生じて電極組立体14が高温となった時に、電極組立体14近くの電解液に難燃化剤を混合させることができる。これにより、圧壊に対する安全性の向上をより図ることができる。
なお、上述の実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
○ 絶縁シート16は、ケース11のケース本体12の側壁12b,12c,12d,12e及び底壁12fと併せて、蓋体13を覆うものであってもよい。
○ 絶縁シート16は、ケース11のケース本体12の側壁12b,12c,12d,12e及び底壁12fと併せて、蓋体13を覆うものであってもよい。
○ 絶縁シート16及び封入体35の大きさは、複数枚で電極組立体14を覆うことのできる大きさであってもよい。例えば、ケース本体12の側壁12b,12c,12d,12e及び底壁12fのそれぞれに対応する大きさに絶縁シート16と封入体35とを形成し、一体化された複数枚の絶縁シート16及び封入体35によって電極組立体14の側面をそれぞれ覆うようにしてもよい。
○ 絶縁シート16や封入体35は、側壁12b,12c,12d,12eや底壁12fのうち、ケース11の内部に収容された電極組立体14における正極電極21の正極活物質層23や負極電極24の負極活物質層26が位置する範囲を覆うことができれば、大きさは自由に設定可能である。
○ 封入体35は、ケース本体12の側壁12b,12c,12d,12e及び底壁12fと、絶縁シート16との間に位置していてもよい。
○ ケース本体12の底壁12fと電極組立体14との間の封入体35を省略してもよい。
○ ケース本体12の底壁12fと電極組立体14との間の封入体35を省略してもよい。
○ カプセル状の封入体35を互いに接着させてシート状に形成し、ケース11の内部の絶縁シート16を省略してケース11の内部にシート状の封入体35を配置するようにしてもよい。この形態のシート状の封入体35は、絶縁体としての機能も備えているため、絶縁体と一体化されたものとなっている。
○ ケース本体12の側壁12b,12c,12d,12eや底壁12fのそれぞれに対応する大きさに上記変形例でのシート状の封入体35を形成し、複数枚のシート状の封入体35によって電極組立体14の側面を覆うようにしてもよい。
○ 図5に示すように、2枚の絶縁シート40の端部40aを接合するとともにその内部に難燃化剤を封入することにより封入体45を形成し、ケース11の内部の絶縁シート16を省略してケース11の内部に封入体45を配置するようにしてもよい。この封入体45は、絶縁体としての機能も備えているため、絶縁体と一体化されたものとなっている。
○ ケース本体12の側壁12b,12c,12d,12eや底壁12fのそれぞれに対応する大きさに上記変形例での封入体45を形成し、複数枚の封入体45によって電極組立体14の側面を覆うようにしてもよい。
○ ケース11の形状を変更してもよい。例えば、ケース11は円筒型でもよい。
○ 電極組立体14は、積層型に限らず、帯状の正極電極と帯状の負極電極を捲回して層状に積層した捲回型でもよい。
○ 電極組立体14は、積層型に限らず、帯状の正極電極と帯状の負極電極を捲回して層状に積層した捲回型でもよい。
○ 二次電池10は、リチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、他の二次電池であってもよい。要は、正極活物質層と負極活物質層との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであれば良い。また、蓄電装置としてキャパシタでもよい。
○ 二次電池10は、車両電源装置として自動車に搭載してもよいし、産業用車両に搭載しても良い。また、定置用の蓄電装置に適用してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
(イ)前記封入体はシート状であり前記絶縁体として機能する請求項1〜請求項4のうち何れか一項に記載の蓄電装置。
10…二次電池、11…ケース、12…ケース本体、12b,12c,12d,12e…側壁、12f…底壁、13…蓋体、14…電極組立体、16,40…絶縁シート、21…正極電極、24…負極電極、27…セパレータ、35,45…封入体。
Claims (4)
- 活物質層を有する正極電極と負極電極とを絶縁して積層した電極組立体と、前記電極組立体及び電解液が収容されたケースとを備える蓄電装置であって、
前記ケースを構成するケース壁と、前記電極組立体との間には絶縁体が配置されており、
前記絶縁体は、難燃化剤を封入した封入体と一体化されていることを特徴とする蓄電装置。 - 前記絶縁体には前記封入体が貼り付けられている請求項1に記載の蓄電装置。
- 前記封入体は、前記絶縁体における前記電極組立体と面する部分に位置する請求項1又は請求項2に記載の蓄電装置。
- 前記蓄電装置は、二次電池である請求項1〜請求項3のうち何れか一項に記載の蓄電装置。
Priority Applications (1)
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