JP2015185429A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケースにおける底部の強度を確保すると共に、電極組立体において異物が発生したとしても内部短絡が防止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と負極４０とがセパレータ５０を介して積層された電極組立体２０と、電極組立体を収容する、底部１１を有する筒状のケース１０と、を備え、電極組立体の積層方向からみた底部の断面において、中央部１１Ａの厚みｔ１が両端部１１Ｂの厚みｔ２と比べて小さく、電極組立体の積層方向からみた際の底部と電極組立体との距離Ｌが、両端部から中央部に向かうにつれて長くなっている。【選択図】図３

Description

本発明は、蓄電装置に関する。

リチウムイオン電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどが、蓄電装置として知られている。これらの蓄電装置は、密閉されたケース内に電極組立体と電解液とが収容されている。電極組立体は、正極と負極とがセパレータを介して積層又は巻回された状態でケースに収容される。電極組立体からの電力の取り出しは、正極及び負極に接続された電極端子を通して行われている。このようなケースを備えた蓄電装置が、特許文献１に開示されている。

特開平９−１２０８３６号公報

このような蓄電装置のケースは、載置される際に他の部材と接触する底部について、強度を確保することが求められている。しかしながら、上記従来の蓄電装置では、板状のガイド板によって底部が構成されており、底部の強度については課題があった。また、電極組立体を備える蓄電装置においては、電極組立体を構成する部材の一部が剥がれたりすることにより異物が発生するおそれがある。そして、この異物が電極組立体を構成する電極間に入り込むと内部短絡を生じさせる可能性がある。

そこで、本発明は、ケースにおける底部の強度を確保すると共に、電極組立体において異物が発生したとしても内部短絡が防止できる蓄電装置を提供することを目的とする。

本発明の蓄電装置は、正極と負極とがセパレータを介して積層された電極組立体と、電極組立体を収容する筒状のケースと、を備え、ケースは底部を有し、底部は、電極組立体の積層方向からみた断面において、中央部の厚みが両端部の厚みと比べて小さくなるように形成されており、電極組立体は、電極組立体の積層方向からみた際の底部との距離が、両端部から中央部に向かうにつれて長くなるように配置されている。

この蓄電装置によれば、底部における厚みを確保しながらも、電極組立体の積層方向からみた場合に底面の中央部を両端部と比べて薄くすることによって、底部と電極組立体との間に隙間を設けている。仮に電極組立体を構成する部材の一部が剥がれたりすることにより異物が発生しても、この異物は電極組立体を構成する電極間に留まることなく上記隙間に溜められる。この結果、ケースにおける底部の強度を確保しつつ、電極組立体において異物が発生したとしても内部短絡が防止できる。

本発明の蓄電装置では、電極組立体の積層方向からみた底部の断面において、電極組立体と対向する側の面である底面の形状が曲線状であってもよい。

この蓄電装置によれば、ケースの損壊を低減することができる。

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、ケースにおける底部の強度を確保すると共に、電極組立体において異物が発生したとしても内部短絡が防止できる。

一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。 図１の蓄電装置のケースにおける底部を拡大して示す断面図である。 他の実施形態に係る蓄電装置のケースにおける底部を拡大して示す断面図である。

以下、図面を参照して一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。

図１は、一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、有底筒状であり、例えばアルミニウムなどの金属により作られる。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。電極組立体２０は絶縁フィルムに覆われた状態でケース１０に収容されている。なお、ケース１０の内壁面に絶縁フィルムが配置されてもよい。

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。

図３は、ケース１０における底部１１を拡大して示す断面図である。この図３は、ケース１０における底部１１を、電極組立体２０の積層方向から見た図である。図３に示すように、ケース１０の底部１１は、電極組立体２０の積層方向（図３の紙面に直交する方向）からみた断面形状が、両端部１１Ｂから中央部１１Ａに向かうにつれて徐々に薄くなるように形成されている。

電極組立体２０は、電極組立体２０の積層方向からみた際の底部１１との距離Ｌが、両端部１１Ｂから中央部１１Ａに向かうにつれて徐々に長くなるように配置されている。言い換えれば、電極組立体２０の積層方向からみた際の底部１１と電極組立体２０との隙間が、両端部１１Ｂから中央部１１Ａに向かうにつれて徐々に大きくなっている。底部１１と電極組立体２０との距離Ｌは、電極組立体を構成する部材の一部が剥がれたりすることにより発生するおそれがある異物のサイズに合わせて適宜設定される。例えば、異物における一端から他端までの長さの内、最も長い部分の長さよりも、距離Ｌを長くするとよい。

ケース１０の底部１１は、電極組立体２０の積層方向からみた断面において、電極組立体２０と対向する側の面である底面１２の形状が曲線状に形成されている。また、ケース１０の底部１１は、電極組立体２０の積層方向からみた断面において、底面１２と反対側の面である載置面１３の形状が直線状に形成されている。さらに、ケース１０の側部と底部とがなす角度が略９０°となっている。言い換えれば、底部１１の載置面１３がフラットに形成されているので、二次電池１００を安定的に被載置面に載置することができる。

このような形状の底部１１を有するケース１０は、削り出し、深絞り及びインパクト成形などにより形成することができる。また、予めプレス成形などにより上述したような形状の底部１１を作成しておき、筒状部材のケース本体部に溶接することより形成してもよい。

以上説明した構成を有する二次電池１００によれば、底部１１における厚みを確保しながらも、電極組立体２０の積層方向からみた場合に底部１１の中央部１１Ａを両端部１１Ｂと比べて薄くすることによって、底部１１と電極組立体２０との間に隙間を設けている。仮に電極組立体２０を構成する部材の一部が剥がれたりすることにより異物が発生しても、この異物は電極組立体２０を構成する電極間に留まることなく上記隙間に溜められる。この結果、ケース１０における底部１１の強度を確保しつつ、電極組立体２０において異物が発生したとしても内部短絡が防止できる。

以上、一実施形態について説明したが、本発明は、上記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。

上記実施形態の二次電池１００では、ケース１０が、電極組立体２０の積層方向からみた底部１１の断面において、電極組立体２０と対向する側の面である底面１２の形状が曲線状に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。図４は、他の実施形態に係る二次電池１００Ａのケース１０における底部１１１を拡大して示す断面図である。また、図４は、ケース１０における底部１１１を、電極組立体２０の積層方向から見た図である。例えば、図４に示すように、ケース１０の底部１１１は、電極組立体２０の積層方向からみた断面において、電極組立体２０と対向する側の面である底面１１２の形状が直線状に形成されていてもよい。

また、上記実施形態の二次電池１００，１００Ａにおいて、ケース１０の底部１１は、図３に示すように、電極組立体２０の積層方向からみた断面において、中央部１１Ａの厚みｔ１が、両端部１１Ｂの厚みｔ２と比べて小さくなるように形成されていてもよい。

上記実施形態の二次電池１００では、積層型の電極組立体２０を例に挙げて説明したが、この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。

上記実施形態では、蓄電装置の例として二次電池１００を挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば電気二重層キャパシタなどであってもよい。

上記実施形態の二次電池１００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、１１，１１１…底部、１１Ａ…中央部、１１Ｂ…両端部、１２，１１２…底面、２０…電極組立体、３０…正極、４０…負極、５０…セパレータ、６０…電解液、１００，１００Ａ…二次電池（蓄電装置）、Ｌ…電極組立体と底部との距離。

Claims (3)

1. 正極と負極とがセパレータを介して積層された電極組立体と、
   前記電極組立体を収容する筒状のケースと、
   を備え、
   前記ケースは底部を有し、前記底部は、前記電極組立体の積層方向からみた断面において、中央部の厚みが両端部の厚みと比べて小さくなるように形成されており、
   前記電極組立体は、前記電極組立体の積層方向からみた際の前記底部との距離が、前記両端部から前記中央部に向かうにつれて長くなるように配置されている、蓄電装置。
2. 前記電極組立体の積層方向からみた前記底部の断面において、前記電極組立体と対向する側の面である底面の形状が曲線状である、請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記蓄電装置が二次電池である、
   請求項１又は２に記載の蓄電装置。

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