JP2015065229A - 蓄電デバイス - Google Patents
蓄電デバイス Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015065229A JP2015065229A JP2013197132A JP2013197132A JP2015065229A JP 2015065229 A JP2015065229 A JP 2015065229A JP 2013197132 A JP2013197132 A JP 2013197132A JP 2013197132 A JP2013197132 A JP 2013197132A JP 2015065229 A JP2015065229 A JP 2015065229A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sealing plate
- electrode
- electrodes
- rivet
- current collector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 137
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 55
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 55
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 42
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 39
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 31
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 27
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 22
- 150000002892 organic cations Chemical class 0.000 claims description 12
- 229910001413 alkali metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 103
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 103
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 52
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 48
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 27
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 22
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 22
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 18
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 16
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 description 11
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 10
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 9
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 7
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 5
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 5
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 4
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 4
- ZXMGHDIOOHOAAE-UHFFFAOYSA-N 1,1,1-trifluoro-n-(trifluoromethylsulfonyl)methanesulfonamide Chemical compound FC(F)(F)S(=O)(=O)NS(=O)(=O)C(F)(F)F ZXMGHDIOOHOAAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000012093 Myrtus ugni Nutrition 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 244000061461 Tema Species 0.000 description 3
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 3
- HYGWNUKOUCZBND-UHFFFAOYSA-N azanide Chemical compound [NH2-] HYGWNUKOUCZBND-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- NVIANCROYQGROD-UHFFFAOYSA-N bis(fluorosulfonyl)azanide Chemical compound FS(=O)(=O)[N-]S(F)(=O)=O NVIANCROYQGROD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 239000006262 metallic foam Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- GGYPIUANQNUBOE-UHFFFAOYSA-N n-(trifluoromethylsulfonyl)sulfamoyl fluoride Chemical compound FC(F)(F)S(=O)(=O)NS(F)(=O)=O GGYPIUANQNUBOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- 125000001453 quaternary ammonium group Chemical group 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- CBXCPBUEXACCNR-UHFFFAOYSA-N tetraethylammonium Chemical compound CC[N+](CC)(CC)CC CBXCPBUEXACCNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 3
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- PXELHGDYRQLRQO-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-1-methylpyrrolidin-1-ium Chemical compound CCCC[N+]1(C)CCCC1 PXELHGDYRQLRQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-O Imidazolium Chemical compound C1=C[NH+]=CN1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 2
- 125000005210 alkyl ammonium group Chemical group 0.000 description 2
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 description 2
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 229910021469 graphitizable carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- XTPRURKTXNFVQT-UHFFFAOYSA-N hexyl(trimethyl)azanium Chemical compound CCCCCC[N+](C)(C)C XTPRURKTXNFVQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021470 non-graphitizable carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-O phosphonium Chemical compound [PH4+] XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 2
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-O pyridinium Chemical compound C1=CC=[NH+]C=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- 229910021384 soft carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- QEMXHQIAXOOASZ-UHFFFAOYSA-N tetramethylammonium Chemical compound C[N+](C)(C)C QEMXHQIAXOOASZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SEACXNRNJAXIBM-UHFFFAOYSA-N triethyl(methyl)azanium Chemical compound CC[N+](C)(CC)CC SEACXNRNJAXIBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000001889 triflyl group Chemical group FC(F)(F)S(*)(=O)=O 0.000 description 2
- GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-O trimethylammonium Chemical compound C[NH+](C)C GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- 229920003026 Acene Polymers 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229910020366 ClO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 description 1
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004640 Melamine resin Substances 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 description 1
- FDLZQPXZHIFURF-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Ti+4].[Li+] Chemical compound [O-2].[Ti+4].[Li+] FDLZQPXZHIFURF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 125000004183 alkoxy alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- RPXKKUZDTAOVEQ-UHFFFAOYSA-N boric acid;oxalic acid Chemical compound OB(O)O.OC(=O)C(O)=O.OC(=O)C(O)=O RPXKKUZDTAOVEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920003086 cellulose ether Polymers 0.000 description 1
- 150000001786 chalcogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- ZLZMHJXOBRVZPG-UHFFFAOYSA-N diethyl-(methoxymethyl)-methylphosphanium Chemical compound CC[P+](C)(CC)COC ZLZMHJXOBRVZPG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 1
- YOMFVLRTMZWACQ-UHFFFAOYSA-N ethyltrimethylammonium Chemical compound CC[N+](C)(C)C YOMFVLRTMZWACQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 1
- 230000010220 ion permeability Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910000398 iron phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- WBJZTOZJJYAKHQ-UHFFFAOYSA-K iron(3+) phosphate Chemical compound [Fe+3].[O-]P([O-])([O-])=O WBJZTOZJJYAKHQ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 150000002596 lactones Chemical class 0.000 description 1
- 239000005001 laminate film Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010450 olivine Substances 0.000 description 1
- 229910052609 olivine Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000005677 organic carbonates Chemical class 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920006295 polythiol Polymers 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N pyrrolidin-2-one Chemical compound O=C1CCCN1 HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- KXNAKBRHZYDSLY-UHFFFAOYSA-N sodium;oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[Na+].[Ti+4] KXNAKBRHZYDSLY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 1
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 1
- 125000005207 tetraalkylammonium group Chemical group 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000319 transition metal phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- WRQUCXJNDIJUTE-UHFFFAOYSA-N trihexyl(2-methoxyethyl)phosphanium Chemical compound CCCCCC[P+](CCCCCC)(CCCCCC)CCOC WRQUCXJNDIJUTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRZWQKGABZFFKE-UHFFFAOYSA-N trimethylsulfonium Chemical compound C[S+](C)C NRZWQKGABZFFKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
- 239000000230 xanthan gum Substances 0.000 description 1
- 229920001285 xanthan gum Polymers 0.000 description 1
- 229940082509 xanthan gum Drugs 0.000 description 1
- 235000010493 xanthan gum Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
Abstract
【課題】蓄電デバイスの製造を容易にする。【解決手段】蓄電デバイスは、複数の第1電極と、複数の第2電極と、前記複数の第1電極と前記複数の第2電極とを電気的に絶縁するセパレータとを有する電極群と、電解質と、電極群と電解質とを収容する、開口部を有するケースと、ケースの開口部を封口する封口板と、封口板の第1主面側に配された、第1外部端子を有する第1端子板と、複数の第1電極と第1端子板とを電気的に接続する第1接続部材と、第1外部端子を封口板と電気的に絶縁する第1ガスケットと、を具備する。第1接続部材は、複数の第1電極に電気的に接続される第1リードと、第1リードに電気的に接続され、かつ第1リードに固定された第1リベットとを含んでいる。【選択図】図2
Description
本発明は、第1電極、第2電極およびこれらの間に介在するセパレータを具備する電極群を含む蓄電デバイスに関し、特に、各電極と外部端子とを接続する接続構造の改良に関する。
近年、携帯情報端末、電動車両、家庭用電力貯蔵装置などに用いられる蓄電デバイスの開発が進んでいる。蓄電デバイスの中でも、キャパシタと非水電解質二次電池の研究が盛んであり、特にリチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池などの開発に期待が寄せられている。
蓄電デバイスは、第1電極、第2電極およびこれらの間に介在するセパレータを具備する電極群と、電解質とを具備する。各電極は、集電体(電極芯材)と、集電体に担持された活物質とを含んでいる。従来、集電体には、金属箔を用いることが主流である。
ここで、蓄電デバイスが角形のケースを有する場合には、そのケースの開口部を、少なくとも1つの電極の外部端子を有する封口板により封口することが一般的である(特許文献1〜3参照)。
例えば、特許文献1の蓄電デバイスにおいては、外部端子により、各電極に接続されたリードとともに封口板をかしめることで、外部端子を封口板に固定している。なお、特許文献1では、そのようなリードを「集電体」と表現している。
ここで、各電極に接続されたリードとともに封口板を外部端子によりかしめる場合には、外部端子の軸部を、封口板に設けた貫通孔と、リードに設けた貫通孔とに、例えば封口板の外側面(ケースに封口板を取り付けたときの外側面)の方から通した状態で、外部端子の軸部の頭部を潰す。これにより、リードと封口板と外部端子とが締結される。しかしながら、この場合には、封口板と、外部端子と、リードとを、それぞれ別個に支持して作業することが必要となる。その結果、上述した外部端子の設置作業の難易度が上昇する。
本発明の一局面は、複数の第1電極と、複数の第2電極と、前記複数の第1電極と前記複数の第2電極とを電気的に絶縁するセパレータとを有する電極群と、
電解質と、
前記電極群と前記電解質とを収容する、開口部を有するケースと、
前記ケースの開口部を封口する封口板と、
前記封口板の第1主面側に配される、第1外部端子を有する第1端子板と、
前記複数の第1電極と前記第1端子板とを電気的に接続する第1接続部材と、
前記第1端子板と前記第1接続部材を、前記封口板と電気的に絶縁する第1ガスケットと、を具備し、
前記第1電極は、シート状の第1集電体と、前記第1集電体に担持された第1活物質とを含んでおり、
前記第2電極は、シート状の第2集電体と、前記第2集電体に担持された第2活物質とを含んでおり、
前記第1電極と、前記第2電極とは、前記セパレータを間に挟んで交互に積層されており、
前記第1接続部材が、前記複数の第1電極に電気的に接続される第1リードと、前記第1リードに電気的に接続され、かつ前記第1リードに固定された第1リベットとを含んでおり、
前記封口板、前記第1端子板および前記第1ガスケットが、それぞれ、前記第1リベットが挿通される、同軸の第1挿通孔、第2挿通孔および第3挿通孔を有しており、
前記第1端子板および前記第1ガスケットが、前記第1挿通孔、前記第2挿通孔および前記第3挿通孔に挿通された前記第1リベットにより前記封口板に締結(fasten)されている、蓄電デバイスを提供する。
電解質と、
前記電極群と前記電解質とを収容する、開口部を有するケースと、
前記ケースの開口部を封口する封口板と、
前記封口板の第1主面側に配される、第1外部端子を有する第1端子板と、
前記複数の第1電極と前記第1端子板とを電気的に接続する第1接続部材と、
前記第1端子板と前記第1接続部材を、前記封口板と電気的に絶縁する第1ガスケットと、を具備し、
前記第1電極は、シート状の第1集電体と、前記第1集電体に担持された第1活物質とを含んでおり、
前記第2電極は、シート状の第2集電体と、前記第2集電体に担持された第2活物質とを含んでおり、
前記第1電極と、前記第2電極とは、前記セパレータを間に挟んで交互に積層されており、
前記第1接続部材が、前記複数の第1電極に電気的に接続される第1リードと、前記第1リードに電気的に接続され、かつ前記第1リードに固定された第1リベットとを含んでおり、
前記封口板、前記第1端子板および前記第1ガスケットが、それぞれ、前記第1リベットが挿通される、同軸の第1挿通孔、第2挿通孔および第3挿通孔を有しており、
前記第1端子板および前記第1ガスケットが、前記第1挿通孔、前記第2挿通孔および前記第3挿通孔に挿通された前記第1リベットにより前記封口板に締結(fasten)されている、蓄電デバイスを提供する。
本発明によれば、蓄電デバイスのケースの開口部を封口する封口板に、簡易な作業で外部端子を固定し、かつ外部端子と、対応する電極とを電気的に接続することができる。よって、蓄電デバイスの製造を容易にすることができる。
[発明の実施形態の概要]
本発明に係る蓄電デバイスは、複数の第1電極と、複数の第2電極と、複数の第1電極と複数の第2電極とを電気的に絶縁するセパレータとを有する電極群と、電解質と、電極群と電解質とを収容する、開口部を有するケースと、ケースの開口部を封口する封口板とを具備している。さらに、蓄電デバイスは、封口板の第1主面(ケースに封口板を取り付けたときの外側面)側に配された、第1外部端子を有する第1端子板と、複数の第1電極と第1端子板とを電気的に接続する第1接続部材と、第1端子板と第1接続部材を、封口板と電気的に絶縁する第1ガスケットと、を具備している。
本発明に係る蓄電デバイスは、複数の第1電極と、複数の第2電極と、複数の第1電極と複数の第2電極とを電気的に絶縁するセパレータとを有する電極群と、電解質と、電極群と電解質とを収容する、開口部を有するケースと、ケースの開口部を封口する封口板とを具備している。さらに、蓄電デバイスは、封口板の第1主面(ケースに封口板を取り付けたときの外側面)側に配された、第1外部端子を有する第1端子板と、複数の第1電極と第1端子板とを電気的に接続する第1接続部材と、第1端子板と第1接続部材を、封口板と電気的に絶縁する第1ガスケットと、を具備している。
第1電極は、シート状の第1集電体と、第1集電体に担持された第1活物質とを含んでいる。一方、第2電極は、シート状の第2集電体と、第2集電体に担持された第2活物質とを含んでいる。第1電極と、第2電極とは、セパレータを間に挟んで交互に積層されている。
第1接続部材は、複数の第1電極に電気的に接続される第1リードと、第1リードに電気的に接続される第1リベットとを含んでいる。封口板は、第1リベットが挿通される第1挿通孔を有しており、第1端子板は、第1リベットが挿通される第2挿通孔を有しており、第1ガスケットは、第1リベットが挿通される第3挿通孔を有している。第1挿通孔と、第2挿通孔と、第3挿通孔は、互いに同軸に配置される。そして、第1端子板および第1ガスケットは、第1挿通孔、第2挿通孔および第3挿通孔に挿通された第1リベットにより封口板に締結(fasten)されている。このとき、リベットの一部は、第1端子板にかしめられる。
以上のように、本実施形態の蓄電デバイスにおいては、複数の第1電極の例えば第1集電体と、第1外部端子を有する第1端子板とを電気的に接続するための第1接続部材が、第1リードと、第1リードに電気的に接続され、かつ第1リードに固定された第1リベットとを含んでいる。このため、第1リベットの先端部(第1頭部)を封口板の例えば第2主面(ケースに封口板を取り付けたときの内側面)の方から、封口板や第1端子板などに設けた挿通孔(第1挿通孔、第2挿通孔、第3挿通孔)に差し込み、封口板の外側面で例えば先端部を潰す(先端部を第1端子板にかしめる)だけで、第1端子板を封口板に固定することができる。そして、第1リードと複数の第1電極とを電気的に接続することで、第1電極と、第1外部端子とを電気的に接続することができる。これにより、第1接続部材を介して、第1電極を含む電極群を封口板に固定することができる。なお、第1リベットは、第1リードに例えば溶接により固定することができる。
第2電極も、後で述べるように、第1電極と同様の接続構造で、第2外部端子に接続することができる。この場合には、2つの接続部材(第1接続部材、第2接続部材)を介して、電極群が封口板に固定される。なお、接続部材に対する電極(電極群)の取り付けは、各接続部材を封口板に取り付ける前でもよいし、各接続部材を封口板に取り付けた後でもよい。封口板に設けた孔に対する位置合わせの容易性を考慮すれば、各接続部材を封口板に取り付けた後に、接続部材に電極(電極群)を取り付けることが好ましい。
また、上記のいずれの場合であっても、電極群を封口板に固定してから、その電極群をケースに挿入することが好ましい。
また、上記のいずれの場合であっても、電極群を封口板に固定してから、その電極群をケースに挿入することが好ましい。
そして、第1接続部材の第1リベットにより第1端子板を封口板に固定するに際しては、第1端子板は、例えば封口板に貼り付けるなどして仮止めすることができる。したがって、第1端子板と封口板とを重ねて支持することも容易である。また、ガスケットは、封口板や第1接続部材に予め取り付けておくことができる。その結果、実質、2つの部材(第1端子板を封口板と重ねたものと、第1接続部材)を独立して支持するだけの作業により、第1端子板を封口板に取り付けることができる。したがって、3つ以上の部材を相互に位置合わせすることが必要な従来技術(例えば特許文献1)よりも、簡易に各部材を締結することができる。
以上の手順により、非常に簡易な作業で第1端子板(または、第1外部端子)を封口板に取り付けることができる。したがって、その取り付け作業の自動化も容易であり、蓄電デバイスの製造を容易にすることができる。
上述したように、本形態の蓄電デバイスは、第1端子板と絶縁された状態で封口板の第1主面側に配された、第2外部端子を有する第2端子板と、複数の第2電極と第2端子板とを電気的に接続する第2接続部材と、第2端子板を封口板と電気的に絶縁する第2ガスケットと、を具備することができる。このとき、第2接続部材にも、第1接続部材と同様に、複数の第2電極に電気的に接続される第2リードと、第2リードに電気的に接続され、かつ第2リードに固定された第2リベットとを含ませることができる。第2リベットも、第2リードに例えば溶接により固定することができる。
このとき、封口板には、第2リベットが挿通される第4挿通孔を設けることができ、第2端子板には、第2リベットが挿通される第5挿通孔を設けることができる。また、第2ガスケットには、第2リベットが挿通される第6挿通孔を設けることができる。第4挿通孔と、第5挿通孔と、第6挿通孔は、互いに同軸に配置される。そして、第2端子板および第2ガスケットは、第4挿通孔、第5挿通孔および第6挿通孔に挿通された第2リベットにより封口板に締結することができる。以上の構成による効果は、第1接続部材について説明したのと同様である。このとき、第2リベットの一部は、第2端子板にかしめられる。
第1リベットは、封口板の第1主面側(外側)に配される第1頭部と、封口板の第2主面側(内側)に配される第1大径部とを含む。封口板、第1端子板および第1ガスケットは、第1頭部と、第1大径部とにより挟まれている。また、第1リベットは、各部材を互いに締結するときに拡径する第1拡径部を、第1大径部と第1頭部との間に有する構成とすることができる。第1リベットが第1拡径部を有することで、各部材の締結前に、比較的容易に、第1リベットを第1挿通孔など(特に、第3挿通孔)に挿通することができる。したがって、第1リベットの組み付け性を良好にすることができる。なお、第1リベットは、例えば第1大径部を第1リードに溶接することによって、第1リードに固定することができる。
一方で、第1リベットを第1挿通孔などに挿通して、各部材を締結した後には、第1拡径部の拡径により、第1挿通孔などと第1リベットとの密着性を容易に高めることができる。特に、第1ガスケットの第3挿通孔と第1リベットとの密着性を高めることで、ケースの気密性を容易に向上させることができる。
第2リベットも、封口板の外側(第1主面側)に配される第2頭部と、封口板の内側(第2主面側)に配される第2大径部とを含むことができる。このとき、封口板、第2端子板および第2ガスケットは、第2頭部と、第2大径部とにより挟まれている。また、第2リベットは、各部材を互いに締結するときに拡径する第2拡径部を、第2大径部と第2頭部との間に有する構成とすることができる。第2リベットが第2拡径部を有することで、比較的容易に、第2リベットを第4挿通孔など(特に、第6挿通孔)に挿通することができる。したがって、第2リベットの組み付け性を良好にすることができる。なお、第2リベットは、例えば第2大径部を第2リードに溶接することによって、第2リードに固定することができる。このように、第2リベットも、第1リベットと同様に構成することができ、これにより、同様の効果を得ることができる。
ここで、第1集電体は、第1金属多孔体を含んでいる。例えば第1電極がリチウムイオンキャパシタや非水電解質二次電池の正極であれば、第1集電体には、アルミニウムを含む金属多孔体を使用するのが好ましい。第1電極がリチウムイオンキャパシタや非水電解質二次電池の負極であれば、第1集電体には、銅を含む金属多孔体を使用するのが好ましい。
蓄電デバイスの容量を増大させるためには、集電体の単位面積当りに担持される活物質量を極力多くすることが望まれる。ところが、従来の金属箔の集電体に多量の活物質を担持させると、活物質層が分厚くなり、活物質と集電体との平均距離が大きくなる。その結果、電極の集電性が低下するとともに、活物質と電解質との接触が制限され、充放電特性が損なわれやすくなる。
そこで、連通孔を有する気孔率の高い金属多孔体を集電体として用いることが好ましい。金属多孔体は、例えば、発泡ウレタンなどの連通孔を有する発泡樹脂の骨格表面に金属層を形成した後、発泡樹脂を熱分解し、さらに金属を還元処理することによって製造される。
また、複数の第1集電体は、それぞれ、隣接する他の第1集電体と電気的に接続するためのタブ状の第1接続部を有しているのが好ましい。そして、複数の第1集電体の第1接続部は、シート状の第1導電性スペーサを間に挟んで、電極群の積層方向に沿って重なるように配されており、かつ第1締結部材により互いに締結されているのが好ましい。
第2集電体にも、第2金属多孔体を含ませることができる。そして、複数の第2集電体にも、それぞれ、隣接する他の第2集電体と電気的に接続するためのタブ状の第2接続部を設けることができる。それらの第2接続部は、シート状の第2導電性スペーサを間に挟んで、電極群の積層方向に沿って重なるように配することができ、かつ第2締結部材により互いに締結することができる。
第1金属多孔体および第2金属多孔体は、活物質を担持させるべき表面積(以下、有効表面積ともいう)が単なる金属箔などよりも大きくなるような孔構造を有するものであればよい。そのような観点から、第1金属多孔体および第2金属多孔体としては、後で説明するセルメット(住友電気工業株式会社の登録商標)、アルミセルメット(住友電気工業株式会社の登録商標)などの三次元網目状で中空の骨格を有する金属多孔体が、単位体積当たりの有効表面積を顕著に大きくできるので、最も好ましい。その他に、第1金属多孔体および第2金属多孔体としては、不織布、パンチングメタル、エキスパンドメタルなどを使用することができる。なお、不織布、セルメット、アルミセルメットは、三次元構造の多孔体であり、パンチングメタル、エキスパンドメタルは、二次元構造の多孔体である。
上述したような金属多孔体は、表面積が大きいため、多くの活物質を担持することができる上、電解質を保持しやすいため、蓄電デバイス用の電極として適していると考えられる。しかし、金属多孔体を集電体として含む同極性の電極を複数使用する場合、同極性の集電体同士を並列に接続する必要がある。
例えば、図12に示すような電極群100は、シート状の複数の正極112と、シート状の複数の負極114とを、セパレータを間に挟んで、交互に積層して構成されている。各集電体には、タブ状の接続部116が設けられている。図13に示すように、複数の接続部116を互いに接合することで、同極性の電極同士が電気的に接続されている。接続部116は、部品点数および製造工数の削減を図る観点から、集電体の本体と一体的に形成される。つまり、接続部116は、集電体と同じ材質である。
金属同士の接続方法としては、溶接が一般的である。しかし、金属多孔体から形成された接続部同士を、溶接により接合することは、非常に困難である。金属多孔体を加熱すると、多孔体の構造や性状が大きく変化するためである。また、溶接部分の形状を精密に制御することが困難であり、溶接部分と周囲との境界は不規則となりやすい。その結果、応力の局所的な集中を招き、良好な導通性と十分な接合強度を両立することが困難になる。
そこで、集電体の本体と例えば一体的に形成された接続部を、例えば導電性スペーサを間に挟んで、締結部材により、隣接する他の接続部と互いに接合、ないしは締結する。このとき、締結部材としては、例えばリベットを使用することができる。このように、リベットなどの締結部材により接続部同士を機械的に接合することにより、溶接による接合の場合のように、金属多孔体の構造や性状が大きく変化することがなく、耐久性が低下するのを防止することができる。また、リベットなどの締結部材による機械的な接合方法によれば、溶接のような冶金的接合方法の数倍の接合強度を得ることもできる。
なお、後述するように、そのような締結部材(第1締結部材または第2締結部材)は、リベットに限定されず、各接続部を機械的に接合、ないしは締結し得る部材または器具であれば、それを締結部材として使用することができる。ただし、後述するように、そのような締結部材としては、リベットを使用することが最も好ましい。
なお、後述するように、そのような締結部材(第1締結部材または第2締結部材)は、リベットに限定されず、各接続部を機械的に接合、ないしは締結し得る部材または器具であれば、それを締結部材として使用することができる。ただし、後述するように、そのような締結部材としては、リベットを使用することが最も好ましい。
ここで、締結部材により接続部同士を機械的に接合する具体的な方法について一例を説明する。
軸状の締結部材であれば、接続部に締結部材を通す貫通孔を設け、貫通孔に締結部材を挿通させ、締結部材の先端を押し潰して接続部の側面に係合させてかしめることが考えられる。貫通孔は、例えば真円に近い形状とすることも容易であり、その形状の精度を検査することも容易である。したがって、応力の過度の集中を抑制して、容易に所望の耐久性を得ることができる。また、耐久性に劣る不良品の出荷を防止することもできる。
軸状の締結部材であれば、接続部に締結部材を通す貫通孔を設け、貫通孔に締結部材を挿通させ、締結部材の先端を押し潰して接続部の側面に係合させてかしめることが考えられる。貫通孔は、例えば真円に近い形状とすることも容易であり、その形状の精度を検査することも容易である。したがって、応力の過度の集中を抑制して、容易に所望の耐久性を得ることができる。また、耐久性に劣る不良品の出荷を防止することもできる。
さらに、同極性の複数の電極の接続部の間に、導電性スペーサを配することで、溶接による場合と同程度以上の接触面積を確保することが容易となる。これにより、電極間の接続抵抗を小さくすることができる。
また、容量を増大させるためには、ある程度以上の厚み(例えば、0.1〜10mm)を有する金属多孔体を集電体に使用することが好ましい。そのような場合でも、複数の電極の接続部の間に、導電性スペーサを配することで、接続部の変形を抑えることができる。これにより、電極群の耐久性を向上させることができる。
より具体的には、上述した積層構造の電極群においては、同極性の複数の電極の接続部同士の間隔が、例えば1mm以上になる。このとき、接続部同士を締結部材により、直接的に接合すると、図13に示すように、各接続部116の変形量が大きくなる。その結果、耐久性が低下する可能性がある。一方、複数の電極の接続部の間に、導電性スペーサを配することで、隣接する接続部同士を接合したときの変形を抑えることができる。これにより、電極群の耐久性を向上させることができる。
第1締結部材は、第1集電体と同種の金属元素を含むことが好ましい。これにより、第1締結部材の電解質などによる浸食を抑えることができる。したがって、電極群の耐久性を向上させることができる。例えば第1電極がリチウムイオンキャパシタやリチウムイオン電池の正極であれば、第1集電体がアルミニウムまたはアルミニウム合金を含むとともに、第1締結部材もアルミニウムまたはアルミニウム合金を含むことが好ましい。第2締結部材も、第2集電体と同種の金属を含むことが好ましい。これにより、第2締結部材の電解質などによる浸食を抑えることができる。したがって、電極群の耐久性を向上させることができる。例えば第2電極がリチウムイオンキャパシタやリチウムイオン電池の負極であれば、第2集電体が銅または銅合金を含むとともに、第2締結部材も銅または銅合金を含むことが好ましい。
導電性スペーサ(第1導電性スペーサまたは第2導電性スペーサ)は、十分な導電性と、スペーサとしての十分な剛性と靱性とを有する材料から形成されていればよい。しかしながら、導電性スペーサは、クッション性(応力緩和作用)を有することが好ましい。このとき、隣接する接続部間でスペーサに適度の締結圧力を印加することで、導電性スペーサと各接続部との密着性を高めることができる。これにより、電極間の接続抵抗を小さくすることができる。
以上のような観点から、導電性スペーサは、金属多孔体(第3金属多孔体または第4金属多孔体)を含むことが好ましい。したがって、第3金属多孔体または第4金属多孔体には、第1金属多孔体または第2金属多孔体に使用するのと同様の素材を使用することができる。さらには、第3金属多孔体または第4金属多孔体には、溶融金属に発泡剤を添加して発泡させた、金属発泡体(特許文献1参照)を使用することもできる。金属発泡体は、閉気孔の割合が多いので、集電体として使用するのには適していない。しかしながら、クッション性を得るためのスペーサとしては、閉気孔の多い金属発泡体は有用である。
ここで、接続部の間で導電性スペーサが圧縮される圧縮率(締結部材による締結後の最小厚み/締結前の平均厚み)は、1/10〜9/10であることが好ましく、5/10〜7/10であることがより好ましい。あるいは、接続部の間で導電性スペーサに生じる応力は平均で0.01〜1MPaであることが好ましく、0.1〜0.3MPaであることがより好ましい。
また、導電性スペーサ(第1導電性スペーサまたは第2導電性スペーサ)は、接続部と接触する辺の少なくとも1つと対応する角部に、面取り部を有するのが好ましい。面取り部の曲率半径R1(図3A、図3B参照)は、例えば1〜10mmであることが好ましく、3〜7mmであることがより好ましい。導電性スペーサが接続部と接触する辺に尖った角部を有する場合には、応力が接続部の一部に集中することがある。一方、導電性スペーサの接続部と接触する辺の角部に、面取り部を設けることで、接続部に加わる応力が分散する。これにより、接続部の耐久性が向上し、蓄電デバイスの耐久性も向上する。
ここで、各接続部を互いに締結するための締結部材(第1締結部材または第2締結部材)としてはリベットが好ましく、特に皿リベット(沈頭鋲、countersunk−head rivet)が好ましい。皿リベットを使用することで、接続部を互いに締結したときに、頭部(軸方向の一端部にある大径部)が接続部やスペーサなどの表面から突出するのを防止することができる。このとき、接続部やスペーサには、皿リベットの頭部の形状と対応する形状の皿座ぐり穴(countersunk hole、countersink)が設けられる。
また、締結部材として、例えば、ボルトとナットを使用することもできる。ただし、リベットを使用することで、締結部材の小型化が容易となる。また、ボルトとナットを用いると「緩み」が生じることがあるが、リベットであれば「緩み」は生じないため、所望の締結状態を長期にわたり維持することができる。また、リベットは、頭部を小型化することも容易である。
なお、締結部材は、軸状のものに限定されない。例えば、クリップ状の部材(弾性部材)を締結部材として使用することもできる。つまり、接続部の積層体を外側から挟むように、クリップ状の締結部材で複数の接続部を互いに締結することができる。この場合、クリップ状の締結部材を電極リードとして使用することができるため、部材点数の削減が図れる。
蓄電デバイスには、例えば、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタなどのキャパシタ(コンデンサ)や、リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池などの非水電解質二次電池が含まれる。それらのケースには、ラミネートフィルムで形成された包装容器や金属缶を使用することができる。
リチウムイオンキャパシタとしての蓄電デバイスの一実施形態において、電解質は、リチウムイオンとアニオンとの塩を含み、第1活物質と第2活物質の一方は、リチウムイオンを吸蔵および放出する第1物質(負極活物質)であり、他方は、アニオンを吸着および脱離する第2物質(正極活物質)である。第1物質は、ファラデー反応によりリチウムイオンを吸蔵および放出する。第1物質は、例えば、黒鉛などの炭素物質や、Si、SiO、Sn、SnOなどの合金系活物質である。一方、第2物質は、非ファラデー反応によりアニオンを吸着および脱離する。第2物質は、例えば、活性炭、カーボンナノチューブなどの炭素物質である。なお、第2物質(正極活物質)は、ファラデー反応が起こる材料であってもよい。このような材料としては、酸化マンガン、酸化ルテニウム、酸化ニッケルなどの金属酸化物や、ポリアセン、ポリアニリン、ポリチオール、ポリチオフェンなどの導電性高分子が挙げられる。第1物質および第2物質の両方でファラデー反応が起こるキャパシタはレドックスキャパシタと称される。
電気二重層キャパシタとしての蓄電デバイスの一実施形態において、電解質は、有機カチオンとアニオンとの塩を含み、第1活物質と第2活物質の一方は、有機カチオンを吸着および脱離する第3物質を含み、他方は、アニオンを吸着および脱離する第4物質を含む。第3物質および第4物質は、いずれも非ファラデー反応により、有機カチオンまたはアニオンを吸着および脱離する。第3物質および第4物質は、例えば、活性炭、カーボンナノチューブなどの炭素物質である。
非水電解質二次電池としての蓄電デバイスの一実施形態において、電解質は、アルカリ金属イオンとアニオンとの塩を含み、第1活物質および第2活物質は、いずれもアルカリ金属イオンを吸蔵および放出する物質を含む。すなわち、第1活物質および第2活物質では、それぞれファラデー反応が起る。
ここで、封口板は、ケースの開口端部に対応する形状の周縁部を有しており、その周縁部の少なくとも一部分に、封口板の外側面と鋭角θ1を成す第1斜面を有している(図8参照)ことが好ましい。なお、封口板の外側面とは、ケースの開口端部を封口した状態で、ケースの外側にある表面をいう。
一方、ケースの開口端部は、第1斜面と対向する部分に、ケースの外側面と鋭角θ2を成す第2斜面を有していることが好ましい。このとき、封口板の周縁部とケースの開口端部とは、第1斜面と第2斜面とで溶接することができる。ここで、封口板の外側面とケースの外側面とが垂直であれば、θ2=(90−θ1)(度)である。
図8に示すように、封口板16の周縁部とケース14の開口端部の例えば上端部とを、斜面同士を突き合わせて溶接することで、寸法誤差による影響を緩和することができる。また、斜面同士を溶接することで、通常の溶接部(図9参照)よりも奥行きが大きい溶接部を形成することができる。図9の場合には溶接部の奥行きは、L12であるが、図8の場合には、溶接部の奥行きは、L12よりも長くなる。その結果、溶接の際のスパッタなどに起因する異物がケースの内部に侵入するのを防止することができる。これにより、所望の性能を有する蓄電デバイスを、より安定的に製造することができる。このとき、鋭角θ1は、5〜85度の範囲内の角度に設定するのが好ましい。なお、角度θ1は、封口板の厚みや、ケースの厚みに応じて、上記の範囲内で最適な角度に設定することができる。角度θ1のより好ましい範囲は、10〜45度である。
また、角度θ1を例えば5〜85度の範囲内の角度に設定することで、封口板の周縁部とケースの開口端部とを溶接することが容易となる。つまり、角度θ1が上記の範囲内の角度であれば、図8に示すように、封口板の外側面に垂直な方向のレーザー光を照射することで、封口板の周縁部とケースの開口端部とを溶接することができる。その結果、図9に示した場合と同様に、ケースかレーザーヘッドのいずれかを、姿勢の変化を伴わずに二次元的に移動させるだけで、封口板の周縁部を全周に亘ってケースの開口端部に溶接することができる。レーザー光を、斜め上や、ケースの外側面に垂直な方向(図8では真横)から照射する場合には、ケースかレーザーヘッドのいずれかを回転させたり、それらの姿勢を変えたりする必要があり、位置制御が困難となる。
ここで、ケースの側壁の第2斜面14aと隣接する部分の厚みL11は、例えば0.1〜3mmに設定することができる。厚みL11は、ケース全体の平均的な厚みと一致していてもよいし、特別に第2斜面と隣接する部分の厚みL11だけが、上記の範囲内の厚みに設定されていてもよい。一方、封口板の、第1斜面16aと隣接する部分の厚みL12は、例えば0.1〜4mmに設定することができる。厚みL12も、封口板全体の平均的な厚みと一致していてもよいし、特別に第1斜面16aと隣接する部分の厚みL12だけが、上記の範囲内の厚みに設定されていてもよい。
[発明の実施形態の詳細]
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態の詳細について説明する。
図1に、本実施形態に係る蓄電デバイスの外観を斜視図により示す。図2は、その蓄電デバイスを正面から見たときの内部構造を示す一部断面図である。図3Aおよび図3Bは、それぞれ、図2のIIIA線およびIIIB線による矢視断面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態の詳細について説明する。
図1に、本実施形態に係る蓄電デバイスの外観を斜視図により示す。図2は、その蓄電デバイスを正面から見たときの内部構造を示す一部断面図である。図3Aおよび図3Bは、それぞれ、図2のIIIA線およびIIIB線による矢視断面図である。
図示例の蓄電デバイス10は、例えば、リチウムイオンキャパシタであり、電極群12と、これを電解質(図示せず)とともに収容するケース14と、ケース14の開口部を封口する封口板16とを具備している。図示例では、ケース14は角形であり、本発明は、図示例のような角形ケースに対して最も好適に適用することができる。
電極群12は、シート状の複数の第1電極18と、シート状の複数の第2電極20とを含んでいる。第1電極18と第2電極20とは、シート状のセパレータ21を間に挟んで、交互に積層されている。第1電極18は、第1集電体22と、第1活物質とを含む。第2電極20は、第2集電体24と、第2活物質とを含む。
第1電極18および第2電極20の一方は正極であり、他方は負極である。正極は、正極集電体と正極活物質とを含む。負極は、負極集電体と負極活物質とを含む。したがって、第1集電体22および第2集電体24の一方は正極集電体であり、他方は負極集電体である。なお、図3Aおよび図3Bでは、発明の理解を容易にするために、第1電極18を正極、第2電極20を負極として示す。すなわち、第1集電体22は正極集電体であり、第2集電体24は負極集電体である。また、図3Aおよび図3Bでは、電極と集電体とを区別して示すことが困難であるため、同一要素により電極と集電体とを示す。
第1集電体22(正極集電体)は、第1金属多孔体を含み、第2集電体24(負極集電体)は、第2金属多孔体を含む。このとき、第1金属としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金が好ましく、第2金属としては、銅または銅合金が好ましい。正極集電体の厚みは0.1〜10mmが好ましい。負極集電体の厚みは0.1〜10mmが好ましい。
第1集電体22(正極集電体)は、気孔率が大きく(例えば90%以上)、連続気孔を有し、かつ閉気孔をほとんど含まない点で、アルミセルメット(住友電気工業株式会社の登録商標)が特に好ましい。また、第2集電体24(負極集電体)は、同様の理由で、銅やニッケルのセルメット(住友電気工業株式会社の登録商標)が特に好ましい。セルメットもしくはアルミセルメットについては後で詳しく説明する。
第1集電体22は、タブ状の第1接続部26を有している。同様に、第2集電体24にも、タブ状の第2接続部28を設けることができる。各接続部は、集電体の本体と同じ材質で、本体と一体的に形成することが好ましい。複数の第1集電体22の第1接続部26の間には、第1導電性スペーサ30が配されている。同様に、複数の第2集電体24の第2接続部28の間にも、第2導電性スペーサ32を配することができる。
特に限定されないが、第1接続部26の投影面積(第1集電体の主面に垂直な方向から見たときの面積)の第1集電体22全体の投影面積に占める割合は、0.1〜10%にすることができる。あるいは、蓄電デバイスの容量に応じて第1接続部26の投影面積、または、第1集電体の本体と、第1接続部との境界線の長さを決めることもできる。その境界線は、例えば第1接続部が設けられている第1集電体の辺と同軸の直線である。第1接続部26の形状は、特に限定されないが、角に丸みを有する方形とすることができる。
第1導電性スペーサ30は、導体(例えば、金属、炭素材料)を含む板状の部材により形成することができる。ただし、第1導電性スペーサ30は、第1接続部26との密着性を高めるために、金属多孔体(第3金属多孔体)から形成するのが好ましく、特に第1集電体22と同じ材料(例えばアルミセルメット)から形成するのが好ましい。同様に、第2導電性スペーサも、導体(例えば、金属、炭素材料)を含む板状の部材により形成することができる。そして、第2導電性スペーサ32も、金属多孔体(第4金属多孔体)から形成するのが好ましく、特に第2集電体24と同じ材料(例えば銅のセルメット)から形成するのが好ましい。
図4に示すように、セパレータ21は、第1電極18(正極)を収納するように、袋状に形成することが好ましい。セパレータ21の袋は、例えば、長方形のセパレータ21を長手方向の中央線21cにより折り畳み、開口部以外の縁部21bを互いに糊付けすることで形成することができる。袋状のセパレータ21には、接続部を外部に突出させるための開口部21aを設けることができる。これにより、正極活物質が第1集電体22から脱落したときに、内部短絡が発生するのを防止することができる。
図4に示すように、第1電極18の第1接続部26には、例えばリベットである第1締結部材34を挿通するための貫通孔36を設けることができる。貫通孔36は適宜の個数(図示例では2個)を設けることができる。第1接続部26は、第1集電体22の当該第1接続部26が形成されている辺の一方側寄りに形成される。第1導電性スペーサ30にも、第1接続部26の貫通孔36と重なる位置に、第1締結部材34を挿通するための貫通孔37を設けることができる。第2導電性スペーサ32にも、第2接続部28の貫通孔36と重なる位置に、第2締結部材38を挿通するための貫通孔37を設けることができる。
図5は、図4に示す第1電極18と同じ方向から見た場合の第2電極20の正面図である。第2電極20の第2接続部28にも、同様に、リベットである第2締結部材38を挿通するための貫通孔36を設けることができる。第2接続部28は、第2集電体24の当該第2接続部28が形成されている辺の他方側寄りに形成される。これにより、第1電極18と第2電極20とを重ねたときに、第1接続部26と第2接続部28とが互いにほぼ対象な位置に配置される。なお、第2電極20が負極であれば、第2電極20(第2集電体24)の本体の外形は、袋状のセパレータ21の外形とほぼ同じ大きさに形成される。つまり、負極の外形は、正極の外形よりも大きくされる。これにより、正極の全体を、セパレータを介して負極と対向させることができる。
第1締結部材34は、第1集電体22と同じ導電性材料で形成することが、高い耐食性が得られる点で好ましい。同様に、第2締結部材38も、第2集電体24と同じ導電性材料で形成することが好ましい。
複数の第1電極18の第1接続部26は、電極群12の積層方向に沿って重なるように配されるため、それらの貫通孔36も一直線上に並んでいる。また、第1導電性スペーサ30も、貫通孔37が、対応する貫通孔36と一直線上に並ぶように配置される。一直線上に並んだ貫通孔36、37に第1締結部材34を挿通し、第1締結部材34の端部(頭部)を第1接続部26等にかしめることにより、複数の第1接続部26が互いに締結される。同様に、複数の第2接続部28も、一直線上に並んだ貫通孔36、37に挿通される第2締結部材38により互いに締結される。
封口板16は、複数の第1電極18と電気的に接続された第1外部端子40と、複数の第2電極20と電気的に接続された第2外部端子42とを有している。封口板16の中央部には、安全弁44が設けられるとともに、その第1外部端子40寄りの位置に、注液孔46を塞ぐ液栓48が取り付けられている(図6A参照)。
図6Aは、第1電極と第1外部端子(第1端子板)との接続構造を示す拡大図である。図6Bは、第2電極と第2外部端子(第2端子板)との接続構造を示す拡大図である。第1外部端子40は、例えば長方形の板状の導体からなる第1端子板50の一端寄りに形成されている。封口板16には、貫通孔が形成されており、これに対応するように、第1端子板50の他端寄りにも貫通孔54が形成されている。第1端子板50は、貫通孔54に挿通される第3締結部材(第1リベット)52により、封口板16に固定されている。第1端子板50および第3締結部材52は、それぞれ第3締結部材52が挿通される貫通孔を有する板状ガスケット58とリング状ガスケット60により、封口板16と電気的に絶縁されている。板状ガスケット58とリング状ガスケット60とが、第1ガスケットを構成する。
第3締結部材52の、ケース14内側の端部には、第1電極18と第1外部端子40とを電気的に接続するための第1リード62が接合されている(図3A参照)。なお、第2電極20と第2外部端子42とは、第2リード64により電気的に接続されている(図3B参照)。
図7に、第1リード62の一例を、正面図(a)、上面図(b)および側面図(c)により示す。第2リード64の構成は、第1リード62と同様であるため、図示および説明は省略する。
図示例の第1リード62は、横断面がL字形状の部材であり、互いに垂直な、板状の第1部分62aと、第2部分62bとを有している。第1部分62aは、封口板16と平行に配置される部分であり、その中央部に第3締結部材52と接合するための接合領域62cを有している。接合領域62cの内側には、第1リード62のケース14内周縁部に形成された凸部が嵌合する嵌合孔62dが形成されている。変形前の第3締結部材52と、第1リード62の接合領域62cとは、例えば溶接により接合される。これにより、変形前の第3締結部材52と第1リード62とを含み、第1電極18と第1外部端子40とを接続するための第1接続部材70が形成される。第1接続部材70は、蓄電デバイス10の組み立てラインとは別のラインで製造することができ、一部品として供給することができる。
図示例の第1リード62は、横断面がL字形状の部材であり、互いに垂直な、板状の第1部分62aと、第2部分62bとを有している。第1部分62aは、封口板16と平行に配置される部分であり、その中央部に第3締結部材52と接合するための接合領域62cを有している。接合領域62cの内側には、第1リード62のケース14内周縁部に形成された凸部が嵌合する嵌合孔62dが形成されている。変形前の第3締結部材52と、第1リード62の接合領域62cとは、例えば溶接により接合される。これにより、変形前の第3締結部材52と第1リード62とを含み、第1電極18と第1外部端子40とを接続するための第1接続部材70が形成される。第1接続部材70は、蓄電デバイス10の組み立てラインとは別のラインで製造することができ、一部品として供給することができる。
第2部分62bは、封口板16と垂直に配置される部分であり、主として、第2部分62bが第1接続部26と接触することで、第1リード62が第1電極18と電気的に接続される。第2部分62bは、第1締結部材34を挿通するための1つ以上の貫通孔62eを有している。貫通孔62eに挿通された第1締結部材34により、第2部分62bが第1接続部26と接触した状態で固定される。これにより、第1リード62が複数の第1電極18の第1接続部26に固定される。貫通孔62eの開口面積は、例えば0.005〜4cm2にすることができる。開口形状は、特に限定されないが、円形、または多角形(例えば正六角形)にすることができる。第2部分62bに設ける貫通孔62eの個数は、特に限定されないが、1〜10個の範囲内の個数とすることができる。1つの貫通孔62eには、第1締結部材34を一本ずつ挿通して、第1リード62を第1接続部26に固定することができる。
第1リード62は、0.1〜2mmの厚みを有することが好ましい。これにより、第1リード62に、ある程度以上の剛性を付与することができる。一方、第1接続部26は、クッション性(変形容易性)を有する。よって、第1接続部26と第1リード62の第2部分62bとの密着性は、容易に確保される。
第3締結部材(第1リベット)52は、封口板16の内側に配される第1大径部52aと、各部材(封口板16、第1端子板50、ガスケット58,60)の貫通孔に挿通される第1拡径部52bと、封口板16の外側に配される第1頭部52cとを有している。第3締結部材52が、上記の各貫通孔に挿通された状態で、封口板16、第1端子板50および第1ガスケット(ガスケット58,60)を一括してかしめることで、第1端子板50が封口板16の外側面で固定される。第1拡径部52bは、第3締結部材52がかしめられたときに、内部の空洞が大きくされ、これにより拡径する。第1頭部52cは、第3締結部材52がかしめられたときに例えば拉げることで、第1大径部52aとの協働により第1端子板50、封口板16、およびガスケット58,60を間に挟むように変形する。
以上のように、図6Aに示す接続構造では、第3締結部材52を有する接続部材70により、第1電極18と第1外部端子40とが電気的に接続されている。このため、第3締結部材52を各部材(封口板16、第1端子板50、ガスケット58,60)の貫通孔に挿通した状態で各部材をかしめる(第1拡径部52bおよび第1頭部52cを変形させる)だけで、第1端子板50を、封口板16とは電気的に絶縁された状態で、封口板16に固定することができる。また、そのような一工程を実行するだけで、同時に、第1電極18と第1外部端子40とを電気的に接続することもできる。したがって、非常に簡易な工程で、第1電極18と第1外部端子40とを電気的に接続し、かつ第1外部端子40を封口板16に設置することができる。これにより、蓄電デバイス10の製造を容易にすることができるとともに、製造時間を短縮することができる。
また、上記工程は、同極性の電極の接続部同士を締結するのと同様の機械的な接合方法である。したがって、蓄電デバイス10の組み立てラインにおいて、抵抗溶接機を全く使用することなく、蓄電デバイス10を組み立てることができる。これにより、組立ラインを簡素化することもできる。
一方、第2外部端子42は、例えば長方形の板状の導体からなる第2端子板50Aの一端寄りに形成されている。封口板16には、貫通孔が形成されており、これに対応するように、第2端子板50Aの他端寄りにも貫通孔54Aが形成されている。第2端子板50Aは、貫通孔54Aに挿通される第4締結部材(第2リベット)80により、封口板16に固定されている。第2端子板50Aおよび第4締結部材80は、それぞれ第4締結部材80が挿通される貫通孔を有する板状ガスケット58Aとリング状ガスケット60Aにより、封口板16と電気的に絶縁されている。板状ガスケット58Aとリング状ガスケット60Aとが、第2ガスケットを構成する。
第4締結部材80の、ケース14内側の端部には、第2電極20と第2外部端子42とを電気的に接続するための第2リード64が接合されている(図3B参照)。また、第2リードの厚みについても、第1リードと同様である。
以下、第3締結部材と同様の構成を有する第4締結部材について、詳細に説明する。第4締結部材(第2リベット)80は、封口板16の内側に配される第2大径部80aと、各部材(封口板16、第2端子板50A、ガスケット58A,60A)の貫通孔に挿通される第2拡径部80bと、封口板16の外側に配される第2頭部80cとを有している。第4締結部材80が、上記の各貫通孔に挿通された状態で、封口板16、第2端子板50Aおよび第2ガスケット(ガスケット58A,60A)を一括してかしめることで、第2端子板50Aが封口板16の外側面で固定される。第2拡径部80bは、第4締結部材80がかしめられたときに、内部の空洞が大きくされ、これにより拡径する。第2頭部80cは、第4締結部材80がかしめられたときに例えば拉げることで、第2大径部80aとの協働により第2端子板50A、封口板16、およびガスケット58A,60Aを間に挟むように変形する。以上の効果については、第1接続部材について説明したのと同様である。
次に、ケース14の開口端部と封口板16の、より好ましい接合構造を説明する。
図8に、ケース14の開口端部の一部分を拡大して示す。図示例の封口構造においては、封口板16の端部(周縁部)は、封口板の外側面と鋭角θ1を成す斜面16a(第1斜面)を有している。一方、開口端部を形成するケース14の側壁の上端部は、ケース14の外側面に対して鋭角θ2を成す斜面14a(第2斜面)を有している。そして、封口板16の周縁部とケース14の開口端部とは、斜面同士で溶接されている。ここで、封口板の外側面とケースの外側面とが垂直であれば、θ2=(90−θ1)(度)である。
図8に、ケース14の開口端部の一部分を拡大して示す。図示例の封口構造においては、封口板16の端部(周縁部)は、封口板の外側面と鋭角θ1を成す斜面16a(第1斜面)を有している。一方、開口端部を形成するケース14の側壁の上端部は、ケース14の外側面に対して鋭角θ2を成す斜面14a(第2斜面)を有している。そして、封口板16の周縁部とケース14の開口端部とは、斜面同士で溶接されている。ここで、封口板の外側面とケースの外側面とが垂直であれば、θ2=(90−θ1)(度)である。
以上のように、ケース14の開口端部と、封口板16の周縁部とを、斜面14aと斜面16aとで溶接することで、常に、ケース14の開口端部と封口板16の周縁部との十分な密着性を確保した状態で、両者を溶接することができる。例えば、図9に示すように、外側面(または内側面)に垂直な側端面(周端面)を有する封口板16を、ケース14の開口端部の内側面に溶接する場合には、両者の密着性を大きくするためには、封口板16の外形のサイズを、ケース14の開口端部のサイズに精密に一致させる必要がある。封口板16の外形のサイズと、ケース14の開口端部のサイズとが精密に一致していない場合、封口板16の端部とケース14の開口端部との間に隙間、あるいは残留応力が発生し、耐久性が低下することがある。
また、図9に示す接合構造において、封口板16の周縁部とケース14の開口端部との密着性が小さいと、レーザー溶接の際のスパッタなどに起因する異物80が、ケース14の内部に侵入することがある。このような場合、内部短絡等が発生しやすい。そして、ケース14内部への異物の侵入は、外観検査では発見することが困難である。これに対して、図8に示す接合構造においては、斜面同士の接触により、常に、所望の密着性を確保して、封口板16の端部とケース14の開口端部とを、レーザー溶接することができる。これにより、不良品の出荷を防止することが容易となる。このとき、角度θ1は、5(度)≦θ1≦85(度)の範囲内の角度とするのが好ましい。より好ましくは、10(度)≦θ1≦45(度)である。
また、角度θ1を、5(度)≦θ1≦85(度)の範囲内の角度とすることで、レーザーをケース14の斜め上方からではなく、ほぼ鉛直上方(封口板16の外側面の法線方向)から照射して、両者を溶接することができる。レーザーを斜め方向から溶接部分に正確に照射することは、画像認識の正確性やケースと封口板の相対的な位置精度を確保するのに難があるため、容易ではない。これに対して、鉛直上方からのレーザーの照射であれば、端部を容易に認識できるので、容易に溶接することができる。また、ケースまたはレーザーヘッドの二次元的な移動だけで、封口板の周縁部を全周に亘ってケースの開口端部に溶接できるので、蓄電デバイスの製造が容易となる。
次に、第1集電体22または第2集電体24として用いられる金属多孔体について詳しく説明する。
金属多孔体は、三次元網目状で中空の骨格を有することが好ましい。骨格が内部に空洞を有することで、金属多孔体は、嵩高い三次元構造を有しながらも、極めて軽量である。このような金属多孔体は、連続空隙を有する樹脂製の多孔体を、集電体を構成する金属でメッキ処理し、さらに加熱処理などにより、内部の樹脂を分解または溶解させることにより形成できる。メッキ処理により、三次元網目状の骨格が形成され、樹脂の分解や溶解により、骨格の内部を中空にすることができる。
金属多孔体は、三次元網目状で中空の骨格を有することが好ましい。骨格が内部に空洞を有することで、金属多孔体は、嵩高い三次元構造を有しながらも、極めて軽量である。このような金属多孔体は、連続空隙を有する樹脂製の多孔体を、集電体を構成する金属でメッキ処理し、さらに加熱処理などにより、内部の樹脂を分解または溶解させることにより形成できる。メッキ処理により、三次元網目状の骨格が形成され、樹脂の分解や溶解により、骨格の内部を中空にすることができる。
樹脂製の多孔体としては、連続空隙を有する限り、特に制限されず、樹脂発泡体、樹脂製の不織布などが使用できる。加熱処理後、骨格内に残存した成分(樹脂、分解物、未反応モノマー、樹脂に含まれる添加剤など)を洗浄などにより除去してもよい。
樹脂製多孔体を構成する樹脂としては、熱硬化性ポリウレタン、メラミン樹脂などの熱硬化性樹脂;オレフィン樹脂(ポリエチレン、ポリプロピレンなど)、熱可塑性ポリウレタンなどの熱可塑性樹脂などが例示できる。樹脂発泡体を用いると、樹脂の種類や発泡体の製造方法にもよるが、発泡体内部に形成された個々の空孔がセル状となる。そして、セルが連なって連通し、連続空隙が形成される。このような発泡体では、セル状の空孔が小さく、サイズがより均一となり易い。中でも熱硬化性ポリウレタンなどを用いると、空孔のサイズや形状がより均一になりやすい。
メッキ処理は、樹脂製多孔体の表面(連続空隙内の表面も含む)に、集電体として機能する金属層を形成できればよく、公知のメッキ処理方法、例えば、電解メッキ法、溶融塩メッキ法などが採用できる。メッキ処理により、樹脂製多孔体の形状に応じた、三次元網目状の金属多孔体が形成される。なお、電解メッキ法によりメッキ処理を行う場合、電解メッキに先立って、導電性層を形成することが望ましい。導電性層は、樹脂製多孔体の表面に、無電解メッキ、蒸着、スパッタリングなどの他、導電剤の塗布などにより形成してもよく、導電剤を含む分散液に樹脂製多孔体を浸漬することにより形成してもよい。
メッキ処理後、加熱により樹脂製多孔体を除去することにより、金属多孔体の骨格の内部に空洞が形成されて中空となる。骨格内部の空洞の幅(後述する図10の空洞の幅wf)は、平均値で、例えば0.5〜5μm、好ましくは1〜4μmまたは2〜3μmである。樹脂製多孔体は、必要に応じて、適宜電圧を印加しながら加熱処理を行うことにより除去できる。また、溶融塩メッキ浴に、メッキ処理した多孔体を浸漬し、電圧を印加しながら、加熱処理を行ってもよい。
金属多孔体は、樹脂製発泡体の形状に対応する三次元網目構造を有する。具体的には、集電体は、1つ1つがセル状の空孔を多数有しており、これらのセル状の空孔が互いに連なって連通した連続空隙を有する。隣り合うセル状の空孔の間には、開口(または窓)が形成される。この開口により、空孔が互いに連通した状態となることが好ましい。開口(または窓)の形状は特に制限されないが、例えば、略多角形(略三角形、略四角形、略五角形、および/または略六角形など)である。なお、略多角形状とは、多角形、および多角形に類似の形状(例えば、多角形の角が丸まった形状、多角形の辺が曲線となった形状など)を含む意味で使用する。
金属多孔体の骨格の模式図を図10に示す。金属多孔体は、金属製骨格102に囲まれたセル状の空孔101を複数有し、互いに隣接する空孔101間には、略多角形の開口(または窓)103が形成されている。開口103により、隣接する空孔101間が連通し、これにより、集電体は、連続空隙を有する。金属製骨格102は、セル状の空孔を形作るとともに、空孔を連結させるように立体的に形成され、これにより、三次元網目状の構造が形成される。
金属多孔体は、気孔率が非常に高く、比表面積が大きい。つまり、空隙内の表面も含む広い面積に活物質を多く付着させることができる。また、多くの活物質を空隙内に充填しながらも、金属多孔体と活物質との接触面積が大きく、気孔率も大きくすることができるので、活物質を有効利用できる。リチウムイオンキャパシタや非水電解質二次電池の正極では、通常、導電助剤を添加することにより、導電性を高めている。一方、上記のような金属多孔体を正極集電体として用いることにより、導電助剤の添加量を少なくしても、高い導電性を確保し易い。よって、電池のレート特性やエネルギー密度(および容量)をより有効に高めることができる。
金属多孔体の比表面積(BET比表面積)は、例えば100〜700cm2/g、好ましくは150〜650cm2/g、さらに好ましくは200〜600cm2/gである。
金属多孔体の気孔率は、例えば、40〜99体積%、好ましくは60〜98体積%、さらに好ましくは80〜98体積%である。また、三次元網目構造における平均空孔径(互いに連通するセル状の空孔の平均径)は、例えば50〜1000μm、好ましくは100〜900μm、さらに好ましくは350〜900μmである。ただし、平均空孔径は、金属多孔体(または電極)の厚みよりも小さい。なお、圧延により、金属多孔体の骨格は変形して、気孔率および平均空孔径は変化する。上記気孔率および平均空孔径の範囲は、圧延前(合剤充填前)の金属多孔体の気孔率および平均空孔径である。
リチウムイオンキャパシタや非水電解質二次電池の正極集電体を構成する金属(上記のメッキされる金属)としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケルおよびニッケル合金より選択される少なくとも一種が例示できる。リチウムイオンキャパシタや非水電解質二次電池の負極集電体を構成する金属(上記のメッキされる金属)としては、例えば銅、銅合金、ニッケルおよびニッケル合金より選択される少なくとも一種が例示できる。電気二重層コンデンサの電極集電体にも、上記と同様の金属(例えば銅、銅合金)を用いることができる。
図11は、図10の金属多孔体の空隙に電極合剤を充填した状態を示す断面模式図である。セル状の空孔101には、電極合剤104が充填され、金属製骨格102の表面に付着して、厚みwmの電極合剤層を形成する。なお、金属多孔体の骨格102の内部は、幅wfの空洞102aが形成されている。電極合剤104の充填後、セル状の空孔101内の電極合剤層の内側には、空隙が残存している。電極合剤を金属多孔体に充填した後、必要に応じて、金属多孔体を厚み方向に圧延することにより、電極が形成される。図11は、圧延前の状態を示す。圧延により得られる電極では、骨格102が厚み方向に少し押し潰された状態となり、空孔101内の電極合剤層の内側の空隙、および骨格102内の空洞が押し潰された状態となる。金属多孔体の圧延後も、電極合剤層の内側の空隙はある程度残存した状態となり、これにより、電極の気孔率を高めることができる。
正極または負極は、例えば、上記のようにして得られる金属多孔体の空隙に、電極合剤を充填し、必要に応じて、厚み方向に集電体を圧縮することにより形成される。電極合剤は、必須成分としての活物質を含み、任意成分としての導電助剤および/またはバインダを含んでもよい。
集電体のセル状の空孔内に、合剤を充填することにより形成される合剤層の厚みwmは、例えば、10〜500μm、好ましくは40〜250μm、さらに好ましくは100〜200μmである。セル状の空孔内に形成される合剤層の内側に空隙を確保できるように、合剤層の厚みwmは、セル状の空孔の平均空孔径の5〜40%であることが好ましく、10〜30%であることがさらに好ましい。
非水電解質二次電池の正極活物質としては、アルカリ金属イオンを吸蔵および放出(挿入および脱離)する物質を使用できる。このような物質としては、金属カルコゲン化合物(硫化物、酸化物など)、アルカリ金属含有遷移金属酸化物(リチウム含有遷移金属酸化物、ナトリウム含有遷移金属酸化物)、アルカリ金属含有遷移金属リン酸塩(オリビン型構造を有するリン酸鉄など)などが例示できる。これらの正極活物質は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。
リチウムイオンキャパシタや非水電解質二次電池の負極活物質としては、リチウムイオンなどのアルカリ金属イオンを吸蔵および放出(挿入および脱離)する物質を使用できる。このような物質としては、例えば、炭素物質、スピネル型リチウムチタン酸化物、スピネル型ナトリウムチタン酸化物、ケイ素酸化物、ケイ素合金、錫酸化物、錫合金などが挙げられる。炭素物質としては、黒鉛、易黒鉛化性炭素(ソフトカーボン)、難黒鉛化性炭素(ハードカーボン)などが例示できる。
リチウムイオンキャパシタの正極活物質としては、アニオンを吸着および脱離する第1炭素物質を使用できる。また、電気二重層キャパシタの一方の電極の活物質としては、有機カチオンを吸着および脱離する第2炭素物質を使用でき、他方の電極の活物質としては、アニオンを吸着および脱離する第3炭素物質を使用できる。第1〜第3炭素物質としては、例えば、活性炭、黒鉛、易黒鉛化性炭素(ソフトカーボン)、難黒鉛化性炭素(ハードカーボン)などの炭素物質が例示できる。
導電助剤の種類は、特に制限されず、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック;炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維;カーボンナノチューブなどのナノカーボンなどが挙げられる。導電助剤の量は、特に限定されず、活物質100質量部あたり、例えば0.1〜15質量部、好ましくは0.5〜10質量部である。
バインダの種類は特に制限されず、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂;ポリビニルクロリドなどの塩素含有ビニル樹脂;ポリオレフィン樹脂;スチレンブタジエンゴムなどのゴム状重合体;ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール;カルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体(セルロースエーテルなど)、キサンタンガムなどの多糖類などを用いることができる。バインダの量は、特に限定されず、活物質100質量部あたり、例えば、0.5〜15質量部、好ましくは0.5〜10質量部、さらに好ましくは0.7〜8質量部である。
第1電極18極および第2電極20の厚みは、0.2mm以上、好ましくは0.5mm以上、さらに好ましくは0.7mm以上である。また、第1電極18極および第2電極20の厚みは、5mm以下、好ましくは4.5mm以下、さらに好ましくは4mm以下または3mm以下である。これらの下限値と上限値とは任意に組み合わせることができる。第1電極18極および第2電極20の厚みは、0.5〜4.5mmまたは0.7〜4mmであってもよい。
セパレータ21は、イオン透過性を有し、第1電極18極と第2電極20との間に介在して、これらの短絡を防止する。セパレータ21は、多孔質構造を有し、細孔内に電解質を保持することで、イオンを透過させる。セパレータ21としては、微多孔フィルム、不織布(紙も含む)などを使用できる。また、セパレータ21の材質としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン;ポリエチレンレテフタレートなどのポリエステル;ポリアミド;ポリイミド;セルロース;ガラス繊維などを用いることができる。セパレータ21の厚みは、例えば10〜100μm程度である。
リチウムイオンキャパシタの電解質は、リチウムイオンとアニオン(第1アニオン)との塩を含む。第1アニオンとしては、フッ素含有酸アニオン(PF6 -、BF4 -など)、塩素含有酸アニオン(ClO4 -)、ビス(オキサレート)ボレートアニオン(BC4O8 -)、ビススルホニルアミドアニオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(CF3SO3 -)などが挙げられる。
電気二重層キャパシタの電解質は、有機カチオンとアニオン(第2アニオン)との塩を含む。有機カチオンとしては、テトラエチルアンモニウムイオン(TEA+)、トリエチルモノメチルアンモニウムイオン(TEMA+)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムイオン(EMI+)、N−メチル−N−プロピルピロリジニウムイオン(MPPY+)などが挙げられる。また、第2アニオンとしては、第1アニオンと同様のものが挙げられる。
非水電解質二次電池の電解質は、アルカリ金属イオンとアニオン(第3アニオン)との塩を含む。例えば、リチウムイオン電池の電解質は、リチウムイオンとアニオン(第3アニオン)との塩を含む。また、ナトリウムイオン電池の電解質は、ナトリウムイオンとアニオン(第3アニオン)との塩を含む。第3アニオンとしては、第1アニオンと同様のものが挙げられる。
電解質は、上記の塩を溶解させる非イオン性溶媒または水を含んでもよく、上記の塩を含む溶融塩であってもよい。非イオン性溶媒としては、例えば、有機カーボネート、ラクトンなどの有機溶媒を用いることができる。電解質が溶融塩を含む場合、耐熱性の向上の観点からは、電解質の90質量%以上が塩(アニオンとカチオンで構成されるイオン性物質)で占められていることが好ましい。
溶融塩を構成するカチオンとしては、有機カチオンが好ましい。有機カチオンとしては、窒素含有カチオン;イオウ含有カチオン;リン含有カチオンなどが例示できる。溶融塩を構成するアニオンとしては、ビススルホニルアミドアニオンが好ましい。ビススルホニルアミドアニオンの中でも、ビス(フルオロスルホニル)アミドアニオン((N(SO2F)2 -)(FSA-:bis(fluorosulfonyl)amide anion));ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミドアニオン(N(SO2CF3)2 -)(TFSA-:bis(trifluoromethylsulfonyl)amide anion)、(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)アミドアニオン(N(SO2F)(SO2CF3)-)(PFSA-:bis(fluorosulfonyl)(trifluoromethylsulfonyl)amide anion)などが好ましい。
窒素含有カチオンとしては、例えば、第4級アンモニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピリジニウムカチオン、イミダゾリウムカチオンなどが例示できる。
第4級アンモニウムカチオンとしては、テトラメチルアンモニウムカチオン、エチルトリメチルアンモニウムカチオン、ヘキシルトリメチルアンモニウムカチオン、エチルトリメチルアンモニウムカチオン(TEA+:ethyltrimethylammonium cation)、メチルトリエチルアンモニウムカチオン(TEMA+:methyltriethylammonium cation)などのテトラアルキルアンモニウムカチオン(テトラC1-10アルキルアンモニウムカチオンなど)などが挙げられる。
ピロリジニウムカチオンとしては、1,1−ジメチルピロリジニウムカチオン、1,1−ジエチルピロリジニウムカチオン、1−エチル−1−メチルピロリジニウムカチオン、1−メチル−1−プロピルピロリジニウムカチオン(MPPY+:1-methyl-1-propylpyrrolidinium cation)、1−ブチル−1−メチルピロリジニウムカチオン(MBPY+:1-butyl-1-methylpyrrolidinium cation)、1−エチル−1−プロピルピロリジニウムカチオンなどが挙げられる。
ピリジニウムカチオンとしては、1−メチルピリジニウムカチオン、1−エチルピリジニウムカチオン、1−プロピルピリジニウムカチオンなどの1−アルキルピリジニウムカチオンなどが挙げられる。
イミダゾリウムカチオンとしては、1,3−ジメチルイミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン(EMI+: 1-ethyl-3-methylimidazolium cation)、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムカチオン、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン(BMI+:1-buthyl-3-methylimidazolium cation)、1−エチル−3−プロピルイミダゾリウムカチオン、1−ブチル−3−エチルイミダゾリウムカチオンなどが挙げられる。
イオウ含有カチオンとしては、第3級スルホニウムカチオン、例えば、トリメチルスルホニウムカチオン、トリヘキシルスルホニウムカチオン、ジブチルエチルスルホニウムカチオンなどのトリアルキルスルホニウムカチオン(例えば、トリC1-10アルキルスルホニウムカチオンなど)などが例示できる。
リン含有カチオンとしては、第4級ホスホニウムカチオン、例えば、テトラメチルホスホニウムカチオン、テトラエチルホスホニウムカチオン、テトラオクチルホスホニウムカチオンなどのテトラアルキルホスホニウムカチオン(例えば、テトラC1-10アルキルホスホニウムカチオン);トリエチル(メトキシメチル)ホスホニウムカチオン、ジエチルメチル(メトキシメチル)ホスホニウムカチオン、トリヘキシル(メトキシエチル)ホスホニウムカチオンなどのアルキル(アルコキシアルキル)ホスホニウムカチオン(例えば、トリC1-10アルキル(C1-5アルコキシC1-5アルキル)ホスホニウムカチオンなど)などが挙げられる。
図14Aに、複数の第1電極の第1接続部を互いに締結する締結構造の変形例の要部を拡大して示す。図示例の蓄電デバイスでは、第1締結部材と第2締結部材の少なくとも一方(図示例では、第1締結部材)に、皿リベット(沈頭鋲、countersunk−head rivet)72が使用されている。図14Aの例においては、1本の皿リベット72により電極群12の全ての第1電極18の第1接続部26が互いに締結されている。
より具体的には、皿リベット72は、軸部72aが、第1接続部26の貫通孔36と、第1導電性スペーサ30の貫通孔37とに挿通され、頭部72bが、積層された複数の第1電極18のうち、最も外側にある第1電極18の第1接続部26(図で右側に示された第1接続部。仮に、右端接続部という)に係合している。頭部72bの頂面(皿リベットの頭部側の軸方向の端面)は平坦面に形成されている。そして、右端接続部の外側の面(図で右側の面)には、頭部72bの形状に対応する皿座ぐり穴74が形成されている。皿リベット72は、皿座ぐり穴74の内部に頭部72bの全部を沈めた状態で、第1接続部26を互いに締結している。なお、右端接続部のさらに外側に第1導電性スペーサを配置して、その内部に皿リベット72の頭部72bを沈めるようにして、第1接続部26を互いに締結することもできる。
以上のように、第1締結部材34に皿リベット72を使用することで、第1締結部材の頭部が、電極群12の積層方向の端部に配置された第1接続部の表面から突出するのを防止することができる。これにより、電極群の積層方向の端面から突出する突出物を減少させることができる。したがって、蓄電デバイスのケースに電極群を収容する作業が容易になる。よって、蓄電デバイスの製造が容易となる。また、そのような突出物の減少により、ケース内部のスペース効率を向上させることもできる。また、第2締結部材38に皿リベット72を使用して、複数の第2電極20の第2接続部28を互いに締結することで、電極群12の端面から突出する突出物をさらに減少させることができる。これにより、蓄電デバイスの製造をさらに容易にすることができる。また、ケース内部のスペース効率をさらに向上させることができる。
また、頭部72bの径を比較的に大きくしても、ケース内部のスペース効率が低下しないことから、頭部72bの径を、十分な強度で第1接続部を互いに締結できるように、大きくすることができる。これにより、電極群の耐久性を向上させることができる。また、頭部72bの径を通常のリベットよりも大きくできるとともに、頭部72bと皿座ぐり穴74とが斜面で接していることから、第1締結部材34と第1接続部26(または、第1導電性スペーサ30)との接触面積を大きくすることもできる。これにより、第1締結部材と第1接続部との間の接触抵抗を小さくすることができる。したがって、第1締結部材を介した第1電極と第1リードとの間の導通性を向上させることができる。よって、蓄電デバイスの放電特性を向上させることもできる。
図14Bに、上記締結構造の他の変形例を示す。図14Bも、図14Aと同様に、複数の第1電極の第1接続部を互いに締結する締結構造の要部を拡大して示している。ただし、図14Bにおいては、複数の第1電極の積層方向における中央付近に位置する第1電極の第1接続部を中心に示している。
図示例においては、第1締結部材34である複数(図示例では2つ)の皿リベット72を使用して、複数の第1電極18の第1接続部26を互いに締結している。このとき、積層された複数の第1電極のうちの一部分(第1グループとする)の第1接続部が1つの皿リベットにより互いに締結され、残りの第1電極(第2グループとする)の第1接続部が、他の1つの皿リベットにより互いに締結されている。ここでの第1グループは、電極群12の積層方向の中央付近に位置する第1導電性スペーサ30(仮に、中央スペーサと称する。図14Bの例では、図に示された2つの第1導電性スペーサ30のうちの左側のスペーサである)の左方に配された第1電極のグループである。第2グループは、中央スペーサの右方に配された第1電極のグループである。
図示例では、第1グループの第1電極18の第1接続部26は、中央スペーサとともに、1つの皿リベット72xにより互いに締結されている。また、第2グループの第1電極18の第1接続部26も、中央スペーサとともに、他の1つの皿リベット72yにより互いに締結されている。各皿リベットの頭部72aは、互いに反対側の面から中央スペーサの内部に埋没している。
このように、本変形例では、複数のリベットが、他のリベットと少なくとも1つの部材(ここでは、第1導電性スペーサ30)を共通にして、それぞれが、異なるグループの複数の第1電極18の第1接続部26を互いに締結している。これにより、特別に長いリベットを使用することなく、所望の個数の第1電極18の第1接続部26を互いに締結することができる。第1締結部材34に皿リベット72を使用することで、その頭部72bを被締結部材の内部に沈めることができる。これにより、上述したような複数のリベットのリレーにより、電極群12の全ての第1電極18の第1接続部26を互いに締結することができる。
なお、複数のリベットの間で共通に締結すべき部材は、図示例のような第1導電性スペーサに限られない。複数のリベットの間で、同じ第1電極の第1接続部を共通にして、それぞれが、異なる複数の第1電極の第1接続部を互いに締結することもできる。また、複数のリベットの間で共通に締結すべき部材の数は1つに限られない。図14Bに、二点鎖線により、皿リベット72xの他の配設例を示しているように、複数のリベットの間で複数(図では3つ)の部材を共通にして、それぞれが、異なる複数の第1電極の第1接続部を互いに締結することもできる。
以上の説明は、以下の特徴を含む。
(付記1)
複数の第1電極と、複数の第2電極と、前記複数の第1電極と前記複数の第2電極とを電気的に絶縁するセパレータとを有する電極群と、
電解質と、
前記電極群と前記電解質とを収容する、開口部を有するケースと、
前記ケースの開口部を封口する封口板と、
前記封口板の外側の面に取り付けられた、第1外部端子を有する第1端子板と、
前記複数の第1電極と前記第1端子板とを電気的に接続する第1接続部材と、
前記第1外部端子を前記封口板と電気的に絶縁する第1ガスケットと、を具備し、
前記第1電極は、シート状の第1集電体と、前記第1集電体に担持された第1活物質とを含んでおり、
前記第2電極は、シート状の第2集電体と、前記第2集電体に担持された第2活物質とを含んでおり、
前記第1電極と、前記第2電極とは、前記セパレータを間に挟んで交互に積層されており、
前記第1接続部材が、前記複数の第1電極に電気的に接続される第1リードと、前記第1リードに電気的に接続され、かつ前記第1リードに固定された第1リベットとを含んでおり、
前記封口板が前記第1リベットが挿通される第1挿通孔を有しており、
前記第1端子板が、前記第1リベットが挿通される、前記第1挿通孔と同軸の第2挿通孔を有しており、
前記第1ガスケットが、前記第1リベットが挿通される、前記第2挿通孔と同軸の第3挿通孔を有しており、
前記第1リベットが、前記第1挿通孔、前記第2挿通孔および前記第3挿通孔に挿通された状態で、前記第1端子板、前記封口板、および前記第1ガスケットを一括してかしめる第1リベットを有している、蓄電デバイス。
(付記1)
複数の第1電極と、複数の第2電極と、前記複数の第1電極と前記複数の第2電極とを電気的に絶縁するセパレータとを有する電極群と、
電解質と、
前記電極群と前記電解質とを収容する、開口部を有するケースと、
前記ケースの開口部を封口する封口板と、
前記封口板の外側の面に取り付けられた、第1外部端子を有する第1端子板と、
前記複数の第1電極と前記第1端子板とを電気的に接続する第1接続部材と、
前記第1外部端子を前記封口板と電気的に絶縁する第1ガスケットと、を具備し、
前記第1電極は、シート状の第1集電体と、前記第1集電体に担持された第1活物質とを含んでおり、
前記第2電極は、シート状の第2集電体と、前記第2集電体に担持された第2活物質とを含んでおり、
前記第1電極と、前記第2電極とは、前記セパレータを間に挟んで交互に積層されており、
前記第1接続部材が、前記複数の第1電極に電気的に接続される第1リードと、前記第1リードに電気的に接続され、かつ前記第1リードに固定された第1リベットとを含んでおり、
前記封口板が前記第1リベットが挿通される第1挿通孔を有しており、
前記第1端子板が、前記第1リベットが挿通される、前記第1挿通孔と同軸の第2挿通孔を有しており、
前記第1ガスケットが、前記第1リベットが挿通される、前記第2挿通孔と同軸の第3挿通孔を有しており、
前記第1リベットが、前記第1挿通孔、前記第2挿通孔および前記第3挿通孔に挿通された状態で、前記第1端子板、前記封口板、および前記第1ガスケットを一括してかしめる第1リベットを有している、蓄電デバイス。
(付記2)
前記第1電極の厚みが、0.1〜10mmである、付記1に記載の蓄電デバイス。
(付記3)
前記第1導電性スペーサが、圧縮された状態で隣り合う2つの前記接合部の間に設置されており、前記第1導電性スペーサの圧縮率が、1/10〜9/10である、付記1に記載の蓄電デバイス。
(付記4)
前記第1導電性スペーサが、圧縮された状態で隣り合う2つの前記接合部の間に設置されており、前記第1導電性スペーサの圧縮応力が、0.01〜1MPaである、付記1に記載の蓄電デバイス。
前記第1電極の厚みが、0.1〜10mmである、付記1に記載の蓄電デバイス。
(付記3)
前記第1導電性スペーサが、圧縮された状態で隣り合う2つの前記接合部の間に設置されており、前記第1導電性スペーサの圧縮率が、1/10〜9/10である、付記1に記載の蓄電デバイス。
(付記4)
前記第1導電性スペーサが、圧縮された状態で隣り合う2つの前記接合部の間に設置されており、前記第1導電性スペーサの圧縮応力が、0.01〜1MPaである、付記1に記載の蓄電デバイス。
(付記5)
前記面取り部の曲率半径が、1〜10mmである、付記1に記載の蓄電デバイス。
(付記6)
前記第1金属多孔体が、三次元網目構造を有する金属多孔体であり、前記金属多孔体がアルミニウムを含む、付記1に記載の蓄電デバイス。
(付記7)
前記第2集電体が、第2金属多孔体を含み、前記第2金属多孔体が、三次元網目構造を有する金属多孔体であり、前記金属多孔体が銅を含む、付記1に記載の蓄電デバイス。
前記面取り部の曲率半径が、1〜10mmである、付記1に記載の蓄電デバイス。
(付記6)
前記第1金属多孔体が、三次元網目構造を有する金属多孔体であり、前記金属多孔体がアルミニウムを含む、付記1に記載の蓄電デバイス。
(付記7)
前記第2集電体が、第2金属多孔体を含み、前記第2金属多孔体が、三次元網目構造を有する金属多孔体であり、前記金属多孔体が銅を含む、付記1に記載の蓄電デバイス。
(付記8)
前記第1導電性スペーサが、第3金属多孔体を含み、前記第3金属多孔体が、三次元網目構造を有する金属多孔体であり、前記金属多孔体がアルミニウムを含む、付記1に記載の蓄電デバイス。
(付記9)
前記第2導電性スペーサが、第4金属多孔体を含み、前記第4金属多孔体が、三次元網目構造を有する金属多孔体であり、前記金属多孔体が銅を含む、付記1に記載の蓄電デバイス。
前記第1導電性スペーサが、第3金属多孔体を含み、前記第3金属多孔体が、三次元網目構造を有する金属多孔体であり、前記金属多孔体がアルミニウムを含む、付記1に記載の蓄電デバイス。
(付記9)
前記第2導電性スペーサが、第4金属多孔体を含み、前記第4金属多孔体が、三次元網目構造を有する金属多孔体であり、前記金属多孔体が銅を含む、付記1に記載の蓄電デバイス。
本発明は、リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタなどの蓄電デバイスに広く適用することができる。
10…蓄電デバイス、100…正極活物質、101…空孔、102…金属製骨格、102…骨格、102a…空洞、103…開口、104…正極合剤、12…電極群、14…ケース、14a,16a…斜面、16…封口板、18…第1電極、20…第2電極、21…セパレータ、21a…開口端部、21b…縁部、22…第1集電体、24…第2集電体、26…第1接続部、28…第2接続部、34…第1締結部材、38…第2締結部材、40…第1外部端子、42…第2外部端子、44…安全弁、50…第1端子板、50A…第2端子板、52…第3締結部材、58,60…(第1)ガスケット、58A,60A…(第2)ガスケット、62…第1リード、62A…第2リード、64…第2リード、70…第1接続部材、70A…第2接続部材、80…第4締結部材
溶融塩を構成するカチオンとしては、有機カチオンが好ましい。有機カチオンとしては、窒素含有カチオン;イオウ含有カチオン;リン含有カチオンなどが例示できる。溶融塩を構成するアニオンとしては、ビススルホニルアミドアニオンが好ましい。ビススルホニルアミドアニオンの中でも、ビス(フルオロスルホニル)アミドアニオン((N(SO2F)2 -)(FSA-:bis(fluorosulfonyl)amideanion));ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミドアニオン(N(SO2CF3)2 -)(TFSA-:bis(trifluoromethylsulfonyl)amideanion)、(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)アミドアニオン(N(SO2F)(SO2CF3)-)((fluorosulfonyl)(trifluoromethylsulfonyl)amideanion)などが好ましい。
第4級アンモニウムカチオンとしては、テトラメチルアンモニウムカチオン、エチルトリメチルアンモニウムカチオン、ヘキシルトリメチルアンモニウムカチオン、テトラエチルアンモニウムカチオン(TEA + :tetraethylammonium cation)、メチルトリエチルアンモニウムカチオン(TEMA+:methyltriethylammonium cation)などのテトラアルキルアンモニウムカチオン(テトラC1-10アルキルアンモニウムカチオンなど)などが挙げられる。
Claims (7)
- 複数の第1電極と、複数の第2電極と、前記複数の第1電極と前記複数の第2電極とを電気的に絶縁するセパレータとを有する電極群と、
電解質と、
前記電極群と前記電解質とを収容する、開口部を有するケースと、
前記ケースの開口部を封口する封口板と、
前記封口板の第1主面側に配される、第1外部端子を有する第1端子板と、
前記複数の第1電極と前記第1端子板とを電気的に接続する第1接続部材と、
前記第1端子板と前記第1接続部材を、前記封口板と電気的に絶縁する第1ガスケットと、を具備し、
前記第1電極は、シート状の第1集電体と、前記第1集電体に担持された第1活物質とを含んでおり、
前記第2電極は、シート状の第2集電体と、前記第2集電体に担持された第2活物質とを含んでおり、
前記第1電極と、前記第2電極とは、前記セパレータを間に挟んで交互に積層されており、
前記第1接続部材が、前記複数の第1電極に電気的に接続される第1リードと、前記第1リードに電気的に接続され、かつ前記第1リードに固定された第1リベットとを含んでおり、
前記封口板、前記第1端子板および前記第1ガスケットが、それぞれ、前記第1リベットが挿通される、同軸の第1挿通孔、第2挿通孔および第3挿通孔を有しており、
前記第1端子板および前記第1ガスケットが、前記第1挿通孔、前記第2挿通孔および前記第3挿通孔に挿通された前記第1リベットにより前記封口板に締結されている、蓄電デバイス。 - 前記第1端子板と絶縁された状態で前記封口板の前記第1主面側に配され、第2外部端子を有する第2端子板と、
前記複数の第2電極と前記第2端子板とを電気的に接続する第2接続部材と、
前記第2端子板と前記第2接続部材を、前記封口板と電気的に絶縁する第2ガスケットと、を具備し、
前記第2接続部材が、前記複数の第2電極に電気的に接続される第2リードと、前記第2リードに電気的に接続され、かつ前記第2リードに固定された第2リベットとを含んでおり、
前記封口板、前記第2端子板および前記第2ガスケットが、それぞれ、前記第2リベットが挿通される、同軸の第4挿通孔、第5挿通孔および第6挿通孔を有しており、
前記第2端子板および前記第2ガスケットが、前記第4挿通孔、前記第5挿通孔および前記第6挿通孔に挿通された前記第2リベットにより前記封口板に締結されている、請求項1記載の蓄電デバイス。 - 前記第1リベットが、
前記封口板の前記第1主面側に配される第1頭部と、
前記封口板の第2主面側に配される第1大径部、とを含み、
前記封口板、前記第1端子板および前記第1ガスケットが、前記第1頭部と、前記第1大径部とにより挟まれている、請求項1または2に記載の蓄電デバイス。 - 前記第2リベットが、
前記封口板の前記第1主面側に配される第2頭部と、
前記封口板の前記第2主面側に配される第2大径部、とを含み、
前記封口板、前記第2端子板および前記第2ガスケットが、前記第2頭部と、前記第2大径部とにより挟まれている、請求項2または3に記載の蓄電デバイス。 - 前記電解質が、リチウムイオンとアニオンとの塩を含み、
前記第1活物質と前記第2活物質の一方が、前記リチウムイオンを吸蔵および放出する第1物質であり、他方が、前記アニオンを吸着および脱離する第2物質である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。 - 前記電解質が、有機カチオンとアニオンとの塩を含み、
前記第1活物質と前記第2活物質の一方が、前記有機カチオンを吸着および脱離する第3物質であり、他方が、前記アニオンを吸着および脱離する第4物質である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。 - 前記電解質が、アルカリ金属イオンとアニオンとの塩を含み、
前記第1活物質および前記第2活物質が、いずれも前記アルカリ金属イオンを吸蔵および放出する物質である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
Priority Applications (11)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013197132A JP2015065229A (ja) | 2013-09-24 | 2013-09-24 | 蓄電デバイス |
CN201480049863.6A CN105531843A (zh) | 2013-09-18 | 2014-09-10 | 蓄电装置 |
PCT/JP2014/073928 WO2015041116A1 (ja) | 2013-09-18 | 2014-09-10 | 蓄電デバイス |
US14/916,887 US20160218329A1 (en) | 2013-09-18 | 2014-09-10 | Electricity storage device |
DE112014004280.3T DE112014004280T5 (de) | 2013-09-18 | 2014-09-10 | Stromspeichereinrichtung |
PCT/JP2014/073935 WO2015041117A1 (ja) | 2013-09-18 | 2014-09-10 | 蓄電デバイス |
DE112014004278.1T DE112014004278T5 (de) | 2013-09-18 | 2014-09-10 | Elektrizitätsspeichervorrichtung |
US14/916,515 US20160197334A1 (en) | 2013-09-18 | 2014-09-10 | Electricity storage device |
KR1020167005038A KR20160058762A (ko) | 2013-09-18 | 2014-09-10 | 축전 디바이스 |
KR1020167005033A KR20160057387A (ko) | 2013-09-18 | 2014-09-10 | 축전 디바이스 |
CN201480051254.4A CN105556706A (zh) | 2013-09-18 | 2014-09-10 | 蓄电装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013197132A JP2015065229A (ja) | 2013-09-24 | 2013-09-24 | 蓄電デバイス |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015065229A true JP2015065229A (ja) | 2015-04-09 |
Family
ID=52832897
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013197132A Pending JP2015065229A (ja) | 2013-09-18 | 2013-09-24 | 蓄電デバイス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015065229A (ja) |
-
2013
- 2013-09-24 JP JP2013197132A patent/JP2015065229A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5868265B2 (ja) | 単電池および組電池 | |
WO2015041096A1 (ja) | 電極群ならびにこれを用いた蓄電デバイス | |
WO2015156276A1 (ja) | 蓄電デバイス | |
KR101138502B1 (ko) | 리튬 이온 커패시터의 제조 방법 | |
WO2015041117A1 (ja) | 蓄電デバイス | |
KR20120108045A (ko) | 전지 및 그 제조 방법 | |
WO2015049957A1 (ja) | 密閉型蓄電デバイスおよびその製造方法 | |
CN105849940B (zh) | 方形二次电池 | |
KR20160087811A (ko) | 커패시터 및 그 제조 방법 | |
JP2005004975A (ja) | 密閉式電池とその製造方法 | |
JP2015204247A (ja) | 蓄電デバイス | |
JP2015153579A (ja) | 袋状セパレータおよびその製造方法、並びに、蓄電デバイス | |
JP6170937B2 (ja) | 蓄電デバイスおよび蓄電モジュール | |
JP2013175516A (ja) | 蓄電素子の製造方法 | |
JP2019061881A (ja) | 蓄電素子 | |
JP2015065229A (ja) | 蓄電デバイス | |
JP2013127948A (ja) | 集電体、蓄電素子及び集電体の製造方法 | |
JP2014107342A (ja) | 蓄電素子モジュール及び蓄電素子モジュールの製造方法 | |
JP5110832B2 (ja) | 蓄電素子の製造方法 | |
WO2015041116A1 (ja) | 蓄電デバイス | |
JP2015076204A (ja) | 蓄電デバイス | |
WO2014041702A1 (ja) | 電気化学デバイス | |
JP2015215968A (ja) | ナトリウムイオン二次電池 | |
WO2017094545A1 (ja) | 電気化学デバイス | |
JP2019061893A (ja) | 蓄電素子 |