JP2015167110A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池容量の低下を抑えつつ、電極間における絶縁機能の向上を図ることのできる蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置は、正極電極と負極電極３０とそれら電極間を絶縁するセパレータとが層状の構造をなす電極組立体と、同電極組立体を収容するケースと、を備える。また蓄電装置は、負極電極３０における負極活物質層３２の一面（上記セパレータに対向する面）に同面を覆う保護層３４を有する。保護層３４は中空構造の二酸化珪素の粒子３４ａを一成分としている。【選択図】図５

Description

本発明は、電極組立体を備えた蓄電装置に関するものである。

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、正極電極と負極電極とそれら電極間を絶縁するセパレータとが層状の構造をなす電極組立体や、同電極組立体を収容するケースを備えている。

従来、そうした二次電池として、電極組立体における電極の表面を覆う保護層を塗工したものが提案されている（例えば特許文献１参照）。この二次電池では、保護層によって正極電極と負極電極との間を絶縁する機能が高められている。

特開２０１０−４０３６２号公報

ここで、上記二次電池において保護層による絶縁機能を十分に高くするためには同保護層を厚くすればよい。しかしながら、保護層を厚くすると、ケース内における電池反応に寄与しない部分の体積が大きくなるため、電池容量の低下を招くおそれがある。

この発明は、上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、電池容量の低下を抑えつつ、電極間における絶縁機能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。

上記課題を達成するための蓄電装置は、正極電極と負極電極とそれら電極間を絶縁するセパレータとが層状の構造をなす電極組立体、および同電極組立体を収容するケースを備えている。また上記蓄電装置は、前記正極電極と前記セパレータとの各対向面および前記負極電極と前記セパレータとの各対向面のうちの少なくとも一面に同面を覆う保護層を有している。この保護層は中空構造の二酸化珪素の粒子を一成分としている。

上記蓄電装置では、保護層の一成分である中空構造の二酸化珪素の粒子の内部に空気が満たされているため、同保護層が、内部に絶縁機能の高い空気が詰まった空間を多数有する構造になる。これにより、上記保護層の単位体積当たりの絶縁機能を上記粒子を含まない保護層よりも高くすることができるため、保護層を薄くしても十分に高い絶縁機能が得られるようになる。しかも、比較的薄い保護層で高い絶縁機能が得られるため、ケース内における電池反応に寄与しない部分の体積の増加を抑えて、電池容量の低下を抑えることもできる。このように上記蓄電装置によれば、電池容量の低下を抑えつつ、電極間における絶縁機能の向上を図ることができる。

上記蓄電装置として、二次電池を採用することができる。

本発明によれば、電池容量の低下を抑えつつ、電極間における絶縁機能の向上を図ることができる。

蓄電装置の一実施形態を示す分解斜視図。 蓄電装置の断面図。 電極組立体の構成要素を示す斜視図。 負極電極の断面図。 保護層の断面構造を模式的に示す模式図。 二酸化珪素の粒子を示す斜視図。

以下、図１〜図６に従って、蓄電装置の一実施形態について説明する。
図１および図２に示すように、蓄電装置としての二次電池１０はケース１１を備え、ケース１１には電極組立体１２が収容されている。ケース１１は、四角箱状の本体部材１４と、同本体部材１４の開口部１４ａを閉塞する矩形平板状の蓋部材１５とからなる。

二次電池１０は、正極端子１６および負極端子１７を備えている。正極端子１６および負極端子１７は、絶縁リング１８によって絶縁された状態で、ケース１１の蓋部材１５を貫通している。なお、本実施形態の二次電池１０はリチウムイオン電池であり、ケース１１内にはリチウム塩を含む非水電解液が収容されている。

図３に示すように、電極組立体１２は、正極電極２０と負極電極３０とセパレータ４０とを備えている。それら正極電極２０、負極電極３０、およびセパレータ４０はそれぞれ長方形状のシート状となっている。

正極電極２０は、長方形状の金属箔（本実施形態ではアルミニウム箔）からなる正極集電体２１と、当該正極集電体２１の両面に配置された正極活物質を含む正極活物質層２２とを備えている。正極集電体２１と正極活物質層２２とは一体に積層されている。正極電極２０は、その一端に正極タブ２３を有する。

負極電極３０は、長方形状の金属箔（本実施形態では銅箔）からなる負極集電体３１と、負極活物質を含む負極活物質層３２と、中空構造の二酸化珪素の粒子３４ａ（本実施形態では、シリナックス［登録商標］）を一成分とする保護層３４とを備えている。

図４に示すように、負極電極３０は、上記保護層３４、負極活物質層３２、負極集電体３１、負極活物質層３２、保護層３４の順に重ね合わせる態様で、それら保護層３４、負極集電体３１、および負極活物質層３２が一体に積層されている。また負極電極３０は、その一端に負極タブ３３を有する。

図５に示すように、上記保護層３４は、多数の粒子３４ａとそれら粒子３４ａを互いに結着するバインダーとによって構成されている。なお図５は、保護層３４内における粒子３４ａの配置態様を模式的に示している。

また図６に示すように、上記粒子３４ａは、外形が略立方体形状をなし、その内部に略立方体形状の空間Ｓを有している。
図１または図３に示すように、前記電極組立体１２は、正極電極２０と負極電極３０との間に両極を絶縁するセパレータ４０を挟んだ状態で交互に重なることで層状となっている。これにより、上記二次電池１０は、負極電極３０における上記セパレータ４０との対向面（負極活物質層３２の対向面）に、同面を覆う形状の保護層３４を有する構造になっている。

また電極組立体１２は、各正極タブ２３が電極組立体１２の積層方向（図中に矢印Ｔで示す方向）の一方から他方までの範囲で集められた正極タブ群２３ａ（図１）を有している。この正極タブ群２３ａは、正極導電部材１６ａを介して正極端子１６に電気的に接続されている。また、電極組立体１２は、各負極タブ３３が電極組立体１２の積層方向Ｔの一方から他方までの範囲で集められた負極タブ群３３ａを有している。この負極タブ群３３ａは、負極導電部材１７ａを介して負極端子１７に電気的に接続されている。

次に、本実施形態の作用を説明する。
本実施形態の二次電池１０では、保護層３４の一成分である中空構造の粒子３４ａの内部に空気が満たされているため、同保護層３４が、内部に絶縁機能の高い空気が詰まった空間を多数有する構造になる。これにより、上記保護層３４の単位体積当たりの絶縁機能が、上記粒子３４ａを含まない保護層や中実構造の粒子を含む保護層による絶縁機能よりも高くなるため、保護層３４を薄くしても十分に高い絶縁機能が得られるようになる。しかも、比較的薄い保護層３４で高い絶縁機能が得られるため、ケース１１内における電池反応に寄与しない部分の体積の増加を抑えて、二次電池１０の容量低下が抑えられる。

上記二次電池１０では、非水電解質中のリチウム塩とケース１１内の水分とが反応してフッ化水素（ＨＦ）が発生することがある。フッ化水素はケース１１内において一旦発生すると連鎖反応によって急速に増加する性質がある。ここで、フッ化水素は二酸化珪素と反応してフッ化珪素などを生成する。上記二次電池１０は、そうした二酸化珪素からなる上記粒子３４ａを有している。そのため、ケース１１内においてフッ化水素が発生した場合であっても、そのフッ化水素と粒子３４ａとの反応によって同フッ化水素を減少させることができ、これにより連鎖反応によるフッ化水素の増加を抑えることができる。このように保護層３４中の粒子３４ａは、上記連鎖反応を停止させるトラップ剤としても機能するようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）二次電池１０を、負極電極３０における上記セパレータ４０との対向面に同面を覆う形状の保護層３４を有する構造にした。また保護層３４を中空構造の二酸化珪素の粒子３４ａを含むものにした。そのため、二次電池１０の容量低下を抑えつつ、正極電極２０と負極電極３０との間における絶縁機能の向上を図ることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
○ 負極活物質層３２の一面を覆う保護層３４に代えて、正極活物質層２２の一面を覆う形状の保護層を採用したり、セパレータ４０の一面を覆う形状の保護層を採用したりしてもよい。要は、正極電極２０とセパレータ４０との各対向面および負極電極３０とセパレータ４０との各対向面のうちの少なくとも一面に、同面を覆う保護層であって、中空構造の二酸化珪素の粒子を含む保護層を有していればよい。

○ 上記実施形態の二次電池１０は、シート状の正極電極２０の片面のみに正極活物質層２２を有する二次電池や、シート状の負極電極３０の片面のみに負極活物質層３２を有する二次電池にも適用することができる。この場合には、負極集電体における負極活物質層を有していない面であり且つセパレータの対向面に保護層を有する構造を採用したり、正極集電体における正極活物質層を有していない面であり且つセパレータの対向面に保護層を有する構造を採用したりすることもできる。

○ 電極組立体は、帯状の電極を捲回して積層したものであってもよい。また、二次電池は、ラミネート型のものでもよい。
○ 上記実施形態の蓄電装置は、例えばキャパシタなど、二次電池以外の蓄電装置にも適用することができる。

１０…二次電池、１１…ケース、１２…電極組立体、１４…本体部材、１４ａ…開口部、１５…蓋部材、１６…正極端子、１６ａ…正極導電部材、１７…負極端子、１７ａ…負極導電部材、１８…絶縁リング、２０…正極電極、２１…正極集電体、２２…正極活物質層、２３…正極タブ、２３ａ…正極タブ群、３０…負極電極、３１…負極集電体、３２…負極活物質層、３３…負極タブ、３３ａ…負極タブ群、３４…保護層、３４ａ…粒子、４０…セパレータ。

Claims (2)

1. 正極電極と負極電極とそれら電極間を絶縁するセパレータとが層状の構造をなす電極組立体、および同電極組立体を収容するケースを備える蓄電装置において、
   当該蓄電装置は、前記正極電極と前記セパレータとの各対向面および前記負極電極と前記セパレータとの各対向面のうちの少なくとも一面に同面を覆う保護層を有してなり、
   前記保護層は中空構造の二酸化珪素の粒子を一成分としていることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記蓄電装置は二次電池であることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。