JP2015005447A - 蓄電装置 - Google Patents

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。

特開平０４−１８４８７０号公報

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。

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。

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。

二次電池の外観を示す斜視図。 電極組立体の分解斜視図。 二次電池の断面構造を示す断面図。 （ａ）は絶縁シートに封入体が貼り付けられる様子を示す模式図、（ｂ）は封入体が貼り付けられた絶縁シートを示す模式図。 別例での二次電池の断面構造を示す断面図。

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。

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。

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。

（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。

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。

○ 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。

○ 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。

（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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。