JP2016139528A - 蓄電装置、蓄電モジュールおよび蓄電装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造時の公差により電極組立体の電極積層方向の厚みがばらついても、電池ケースの収容物の空隙率のばらつきを抑制することができる蓄電装置の提供にある。
【解決手段】複数のシート状の電極が積層された電極組立体20と電極組立体20を収容するケースとを備え、ケースは電極の最外層電極43、44と対向する側面46、47を有する蓄電装置であって、最外層電極43は側面46と接し、最外層電極44と側面47との間には調整部材40が配され、最外層電極44のシート面45の面積と調整部材40の積層方向における厚みとを乗じて規定される空間に調整部材40を配した場合の空間の空隙率と電極組立体20の空隙率とを同じとする。
【選択図】 図1
【解決手段】複数のシート状の電極が積層された電極組立体20と電極組立体20を収容するケースとを備え、ケースは電極の最外層電極43、44と対向する側面46、47を有する蓄電装置であって、最外層電極43は側面46と接し、最外層電極44と側面47との間には調整部材40が配され、最外層電極44のシート面45の面積と調整部材40の積層方向における厚みとを乗じて規定される空間に調整部材40を配した場合の空間の空隙率と電極組立体20の空隙率とを同じとする。
【選択図】 図1
Description
この発明は、蓄電装置、蓄電モジュールおよび蓄電装置の製造方法に関する。
近年、リチウムイオン二次電池は、電子機器の電源だけでなく、ハイブリッド車や電気自動車の電源として採用されている。
通常、リチウムイオン二次電池の電池ケースには、発電要素として電極組立体と電解液とが収容されている。電極組立体は、金属箔に正極活物質を塗布した電極としての正極と、金属箔に負極活物質を塗布した電極としての負極と、正極と負極との間に介在される絶縁部材としてのセパレータとを備える。電極組立体には、例えば、巻回型と積層型とがある。
通常、リチウムイオン二次電池の電池ケースには、発電要素として電極組立体と電解液とが収容されている。電極組立体は、金属箔に正極活物質を塗布した電極としての正極と、金属箔に負極活物質を塗布した電極としての負極と、正極と負極との間に介在される絶縁部材としてのセパレータとを備える。電極組立体には、例えば、巻回型と積層型とがある。
電極組立体を備える蓄電装置の従来技術として、特許文献1に開示された蓄電装置が知られている。
特許文献1に開示された蓄電装置の電極組立体は積層型である。電極組立体は、複数のシート面が矩形状の正極及び複数のシート面が矩形状の負極が面対向するように所定間隔に交互に積層されて形成される。正極と負極は、それぞれ袋状のセパレータに収容されている。セパレータは正極と負極の間に配されて、正極と負極の間の短絡を防止する。電極組立体は電解液とともに電池ケースに収容され、電池ケースの内部は密閉されている。
特許文献1に開示された蓄電装置の電極組立体は積層型である。電極組立体は、複数のシート面が矩形状の正極及び複数のシート面が矩形状の負極が面対向するように所定間隔に交互に積層されて形成される。正極と負極は、それぞれ袋状のセパレータに収容されている。セパレータは正極と負極の間に配されて、正極と負極の間の短絡を防止する。電極組立体は電解液とともに電池ケースに収容され、電池ケースの内部は密閉されている。
蓄電装置の例として、図8に電池100を示す。電池100は電池ケース101を備える。電池ケース101は、複数の正極102と複数の負極103が積層されて形成された電極組立体104と電解液(図示せず)とを収容し、密閉されている。電池ケース101の内面には、電池ケース101に収容された電極組立体104との絶縁を図るための絶縁部材としての絶縁シート(図示せず)が貼着されている。絶縁シートとして、例えば、セラミックコートがある。
複数の正極102は、同一寸法であり、同一の構造を有する。正極102は、正極シート105と、正極シート105の縁部に形成される帯状の正極タブ部とを有する。正極シート105は、正極金属箔シートと、正極金属箔シートの両面に塗工された正極活物質により形成された正極活物質層とを有する。正極タブ部は、正極金属箔により形成され、正極活物質が塗工されていない。複数の正極タブ部が束ねられて正極タブ群が形成される。正極タブ群は正極導電部材に接合され、正極導電部材を介して正極端子と連結される。
同様に、複数の負極103は、同一寸法であり、同一の構造を有するように形成される。負極103は、負極シート112と、負極シート112の縁部に形成される帯状の負極タブ部113とを有する。負極シート112は、負極金属箔シートと、負極金属箔シートの両面に塗工された負極活物質により形成された負極活物質層とを有する。負極タブ部113は、負極金属箔により形成され、正極活物質が塗工されていない。複数の負極タブ部113が束ねられて負極タブ群116が形成される。負極タブ群116は負極導電部材に接合され、負極導電部材を介して負極端子118と連結される。
図8に示すように、複数の正極102及び複数の負極103は電極積層方向Aに沿って交互に積層されて電極組立体104を形成し、電極組立体104は厚みTを有する。
電池100に何らかの原因によって過充電等の異常が生じると、電解液から多量のガスが発生する場合がある。そこで、電池100は電池ケース101の内部の圧力が所定以上になると電池100の電流を遮断する過充電保護装置119を備える。過充電保護装置119を作動させる電池ケース101の内部の所定の圧力は、電池ケース101に収容物を取り付けた後、電池ケース101の内部空間の体積を測定する工程において測定された内部空間の体積により決まる。
しかしながら、図8に示す電極組立体104を備える電池ケース101では、製造時の公差により、各正極102の正極金属箔及び各負極103の負極金属箔の厚みは一定とならず、ばらつくことが多い。各正極102の正極活物質層及び各負極103の負極活物質層の厚みも一定とならず、ばらつくことが多い。セパレータの厚みも一定とならず、ばらつくことが多い。よって、セパレータに収容された電極が積層されて形成される電極組立体104の電極積層方向Aの厚みTも一定とならず、ばらつくこととなる。正極活物質、負極活物質、セパレータ及び絶縁シートには空隙が存在し、したがって、電極組立体の空隙率が一定とならず、ばらつくことが多い。
電池ケース101の内部の空間には、電極組立体104が収容されている。電極組立体104の厚みTがばらつくため、電池ケース101の内部において電極組立体104が占める空間の大きさにばらつきが生じる。ここで基準とする電極組立体104は、電極組立体104が電池ケース101に収容されて電池ケース101に拘束され、複数の正極102の正極シート105と複数の負極103の負極シート112は電池ケース101の電極積層方向Aと直交する側面からの荷重を受けることにより電極積層方向Aにおいて互いに接触する状態となる。基準とした電極組立体104を基準電極組立体とする。電池ケース101の内部の空間における基準電極組立体が占める空間を基準空間とする。基準空間に基準電極組立体が収容された場合の基準空間の空隙率を基準空隙率とする。すなわち、基準電極組立体の空隙率を基準空隙率とする。
しかしながら、図8に示すように、厚みTが比較的小さい電極組立体104が電池ケース101に収容された場合、電極組立体104が占める電池ケース101の内部の空間は基準空間よりも小さく、電池ケース101の内部に空き空間Sが存在することとなる。ここで、電極組立体104の空隙率は基準空隙率と同じとする。よって、基準空間に電極組立体104が収容された場合の基準空間の空隙率は、空き空間Sの存在により、基準空隙率よりも大きくなる。この場合、電極組立体104の複数の正極102の正極シート105及び複数の負極103の負極シート112は、電池ケース101の電極積層方向Aと直交する側面からの荷重が比較的小さい又はかからないために互いに接触せずに離れてしまう。その結果、正極102から発生する正極活物質のリチウムを負極103の負極活物質で受容できずにリチウムが析出してしまい、蓄電性能の低下等不具合が生じる恐れがある。
またこの場合、電池100が過充電となっても、電池ケース101に空き空間Sがあるために過充電保護装置119が作動する圧力に到達するのに時間がかかってしまう。その結果、過充電保護装置119が作動する時点での電池100の充電状態がばらつく恐れがある。
またこの場合、電池ケース101に空き空間Sがあるために電池ケース101の内部に入れる電解液の量を多くすることができるが、電解液の量が多いと電池100を使用する際に電解液から発生するガスの量も比例して多くなる。電池100を使用する度にガスが発生して電池ケース101の内部に溜まって次第に多量となり、過充電となっていなくても、過充電保護装置119が作動してしまう恐れがある。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、製造時の公差により電極組立体の電極積層方向の厚みがばらついても、電池ケースの収容物の空隙率のばらつきを抑制することができる蓄電装置の提供にある。
上記の課題を解決するために、本発明は、同一形状を有する複数のシート状の電極が積層された電極組立体と、前記電極組立体を収容するケースと、を備え、前記ケースは、前記電極の積層方向における一対の最外層電極と対向する一対の側面を有する蓄電装置であって、一方の前記最外層電極は、一対の前記側面のうちの一方の前記側面と接し、他方の前記最外層電極と他方の前記側面との間には調整部材が配され、前記最外層電極のシート面の面積と前記調整部材の前記積層方向における厚みとを乗じて規定される空間に前記調整部材を配した場合の前記空間の空隙率と、前記電極組立体の空隙率と、を同じとすることを特徴とする。
本発明によれば、最外層電極のシート面の面積と調整部材の積層方向における厚みとを乗じて規定される空間に調整部材を配した場合の空隙率と電極組立体の空隙率とを同じにすることができる。よって、蓄電装置に過充電等の異常が生じた場合、過充電保護装置を確実に作動させることができる。
また、上記の蓄電装置において、前記電極組立体の前記空隙率は3%以上であって80%以下であっても良い。
また、上記の蓄電装置において、前記空間の前記空隙率は、前記調整部材の形状により設定されても良い。上記の構成によれば、前記空間の前記空隙率を容易に調整することができる。
また、上記の蓄電装置において、前記調整部材は矩形状であり、少なくとも一辺にタブ部を有しても良い。上記の構成によれば、ケースの内部で調整部材を容易に位置決めすることができる。
また、上記の蓄電装置において、前記空間の前記空隙率は、前記調整部材の材質により設定しても良い。上記の構成によれば、前記空間の前記空隙率を容易に調整することができる。
また、上記の蓄電装置において、前記調整部材は、孔を有するフィルムであっても良い。上記の構成によれば、前記空間の前記空隙率を容易に調整することができる。
また、上記の蓄電装置において、前記調整部材は、複数であっても良い。上記の構成によれば、調整部材の数を変更するだけで前記空間の前記空隙率を容易に調整することができる。
また、上記の蓄電装置を複数備えた蓄電モジュールであっても良い。
また、本発明は、同一形状を有する複数のシート状の電極が積層された電極組立体と、前記電極組立体を収容するケースとを備え、前記ケースは、前記電極の積層方向における一対の最外層電極と対向する一対の側面を有する蓄電装置の製造方法において、一方の前記最外層電極が一方の前記側面に接するように前記電極組立体を前記ケースに収容し、他方の前記最外層電極と他方の前記側面との間の前記積層方向の距離を測定し、シート状の調整部材の厚みを測定し、前記調整部材の前記厚みの合計が前記距離よりも小さくかつ最大となる前記調整部材の枚数を計算し、前記最外層電極のシート面の面積と計算された前記枚数の前記調整部材を積層して形成される調整体の前記積層方向における厚みとを乗じて規定される空間に前記調整体を配した場合の前記空間の空隙率と、電極組立体の空隙率と、が同じとなるように、前記調整部材の厚みを変更することなく前記調整部材の形状又は材質を調整し、前記枚数の前記調整部材を積層して前記調整体を形成して前記調整体を前記空間に配することを特徴とする。
本発明は、製造時の公差により電極組立体の電極積層方向の厚みがばらついても、電池ケースの収容物の空隙率のばらつきを抑制することができる蓄電装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態に係る蓄電装置、蓄電モジュール及び蓄電装置の製造方法について図面を参照して説明する。
本実施形態では、蓄電装置としての二次電池について例示し、本実施形態の二次電池は具体的にはリチウムイオン二次電池である。
本実施形態では、蓄電装置としての二次電池について例示し、本実施形態の二次電池は具体的にはリチウムイオン二次電池である。
図1及び図2に示すように、本実施形態の電池10は角型の二次電池である。電池10の電池ケース11には電極組立体20が収容されている。電池ケース11は有底筒状のケース本体12と、ケース本体12の開口13を閉塞する矩形平板状の蓋体14を有している。ケース本体12および蓋体14は金属材料(例えば、アルミニウム)により形成されている。本実施形態の電池10は、本発明の蓄電装置である。本実施形態の電池ケース11は、本発明のケースである。
図2に示すように、ケース本体12の内面には、電池ケース11に収容された電極組立体20との絶縁を図るための絶縁部材としての絶縁シート(図示せず)が貼着されている。また、蓋体14の内側面には、電池ケース11に収容された電極組立体20との絶縁を図るための絶縁部材としての絶縁シート(図示せず)が貼着されている。蓋体14には一対の通孔17が形成されている。
電極組立体20は、充電及び放電などの電池機能を生じさせる発電要素である。
図3に示すように、電極組立体20は、複数のシート状の正極21と複数のシート状の負極22とが互いに面対向するように交互に積層されて形成されている。セパレータ(図示せず)は袋状の絶縁部材であり、正極21を収容し、正極21と負極22の間に介在するように配されて、正極21と負極22の間を絶縁する。セパレータは、例えば、多孔質樹脂シートにより形成され、空隙を有する。本実施形態の正極21及び負極22は、本発明の電極である。図4に示すように、電極組立体20の電極の積層方向を電極積層方向Aとし、電極組立体20の厚みを厚みT1とする。電極組立体20には電極積層方向Aにおいて最外層となる一対の電極(以下、「最外層電極」とする)43、44が備えられている。電池ケース11の電極積層方向Aと直交する一対の側面を側面46、47とする。電極組立体20が電池ケース11に収容された状態で、最外層電極43は電池ケース11の側面46と対向し、最外層電極44は側面47と対向する。側面46は側面47の反対側にある。電池ケース11の電極積層方向Aの幅を幅W1とする。
図3に示すように、電極組立体20は、複数のシート状の正極21と複数のシート状の負極22とが互いに面対向するように交互に積層されて形成されている。セパレータ(図示せず)は袋状の絶縁部材であり、正極21を収容し、正極21と負極22の間に介在するように配されて、正極21と負極22の間を絶縁する。セパレータは、例えば、多孔質樹脂シートにより形成され、空隙を有する。本実施形態の正極21及び負極22は、本発明の電極である。図4に示すように、電極組立体20の電極の積層方向を電極積層方向Aとし、電極組立体20の厚みを厚みT1とする。電極組立体20には電極積層方向Aにおいて最外層となる一対の電極(以下、「最外層電極」とする)43、44が備えられている。電池ケース11の電極積層方向Aと直交する一対の側面を側面46、47とする。電極組立体20が電池ケース11に収容された状態で、最外層電極43は電池ケース11の側面46と対向し、最外層電極44は側面47と対向する。側面46は側面47の反対側にある。電池ケース11の電極積層方向Aの幅を幅W1とする。
図3に示すように、複数の正極21は同一形状を有するように形成されている。正極21は、シート面が矩形状の正極シート23と、正極シート23の縁部に形成される帯状の正極タブ部24を有する。正極シート23は、正極金属箔25と、正極金属箔25の両面に塗工された正極活物質により形成された正極活物質層26を有する。正極活物質は、例えば、リチウム化合物であり、正極活物質層26は空隙を有する。正極タブ部24は正極金属箔により形成されており、正極タブ部24には、正極活物質が塗工されていない。なお、本実施形態の正極金属箔25はアルミニウム箔である。
図3に示すように、複数の負極22は同一形状を有するように形成されている。負極22は、シート面が矩形状の負極シート27と、負極シート27の縁部に形成される帯状の負極タブ部28を有する。負極シート27は、負極金属箔29と、負極金属箔29の両面に塗工された負極活物質により形成された負極活物質層30を有する。負極活物質は、例えば、炭素化合物であり、負極活物質層30は空隙を有する。負極タブ部28は負極金属箔により形成されており、負極タブ部28には、負極活物質が塗工されていない。なお、本実施形態の負極金属箔29は銅箔である。
図3に示すように、各正極タブ部24は、電極積層方向Aに沿って列状に配置されている。各負極タブ部28は、正極タブ部24と電極積層方向Aにおいて重ならないように、正極タブ部24と同様に、電極積層方向Aに沿って列状に配置されている。本実施形態において、各正極タブ部24は、互いに同一寸法に形成され、負極タブ部28も、互いに同一寸法に形成されている。図1に示すように、複数の正極21の正極タブ部24は、電極積層方向Aの一端側に集められて正極集電群32を形成し、複数の負極22の負極タブ部28は、正極集電群32と同じ側に集められて負極集電群33を形成する。
図1及び図2に示すように、正極集電群32には正極集電板34が接合され、負極集電群33には負極集電板35が接合されている。正極集電板34には、過充電保護装置36を介して電気的に接続されている正極端子37が設けられている。また、負極集電板35には、過充電保護装置36を介して電気的に接続される負極端子38が設けられている。電極組立体20が電池ケース11に収容された状態では、正極端子37と負極端子38は、蓋体14の一対の通孔17から電池ケース11の外部に露出する。正極端子37および負極端子38には、正極端子37および負極端子38を蓋体14から絶縁するための樹脂製の筒状の絶縁リング39がそれぞれ取り付けられている。
電池ケース11の内部の空間には、電極組立体20が収容されている。製造時の公差により正極21、負極22及びセパレータの厚みにばらつきが生じ、電極組立体の厚みT1がばらつくため、電池ケース11の内部において電極組立体20が占める空間の大きさにばらつきが生じる。ここで基準とする電極組立体20は、電池ケース11に収容されて電池ケース11に拘束され、複数の正極21の正極シート23と複数の負極22の負極シート27が電池ケース11の電極積層方向Aと直交する側面46、47からの荷重を受けることにより電極積層方向Aにおいて互いに接触する状態となる。基準とした電極組立体20を基準電極組立体とする。図5(a)に示すように、電池ケース11の内部の空間における基準電極組立体が占める空間を基準空間S1とする。基準空間S1に基準電極組立体が収容された場合の基準空間S1の空隙率を基準空隙率とする。すなわち、基準電極組立体の空隙率を基準空隙率とする。基準空間S1の電極積層方向Aの幅は電池ケース11と同じ幅W1である。
電極組立体20の厚みT1が比較的小さい場合、電極組立体20を最外層電極43が電池ケース11の側面46に接するように電池ケース11に収容すると、図5(b)に示すように、基準空間S1には、電極組立体20が占める空間と空き空間S2が存在することとなる。空き空間S2は、電極組立体20の最外層電極44と電池ケース11の側面47との間に存在する。空き空間S2の電極積層方向Aの幅は幅W2である。したがって、基準空間S1に厚みT1が比較的小さい電極組立体20が収容された場合の基準空間S1の空隙率は、空き空間S2の存在により、上述した基準空隙率よりも大きくなる。この場合の電極組立体20の空隙率は、基準空隙率と同じとする。
図4に示すように、空き空間S2には調整フィルム40が配される。調整フィルム40は、樹脂製のフィルムである。樹脂製のフィルムとして、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)及びポリエチレンテレフタレート(PET)がある。図1及び図4に示すように、調整フィルム40の厚みは厚みT3であり、調整フィルム40は矩形状のシート面41を有する。調整フィルム40のシート面41の大きさは、正極シート23のシート面全体を覆うことができる大きさであって、電池ケース11に収容されて調整フィルム40を介して間接的に正極シート23のシート面全体に均一に荷重を付与することができる大きさとすることが好ましい。
調整フィルム40は一枚で又は複数枚を重ねることによりフィルム体42を形成する。フィルム体42の電極積層方向Aの厚みは厚みT2である。フィルム体42は最外層電極44と対向するように最外層電極44のシート面45の外側に重ねられて空き空間S2に配されて空き空間S2を埋めることができる。したがって、調整フィルム40(フィルム体42)を空き空間S2に配することにより、基準空間S1に電極組立体20が収容された場合の基準空間S1の空隙率を調整することができる。調整フィルム40は、本発明の調整部材であり、フィルム体42は本発明の調整体である。
以下、フィルム体42を形成する調整フィルム40の枚数を決定する方法について説明する。
調整フィルム40の枚数は、空き空間S2の幅W2の大きさに基づき決定される。厚みT3の調整フィルム40により形成されるフィルム体42の厚みT2が、幅W2より小さくかつ最大となるように、調整フィルム40の枚数が決定される。すなわち、調整フィルム40の厚みT3の合計が、空き空間S2の幅W2よりも小さくかつ最大となるように、調整フィルム40の枚数が決定される。
調整フィルム40の枚数は、空き空間S2の幅W2の大きさに基づき決定される。厚みT3の調整フィルム40により形成されるフィルム体42の厚みT2が、幅W2より小さくかつ最大となるように、調整フィルム40の枚数が決定される。すなわち、調整フィルム40の厚みT3の合計が、空き空間S2の幅W2よりも小さくかつ最大となるように、調整フィルム40の枚数が決定される。
例えば、幅W2が調整フィルム40の厚みT3以下である場合は、調整フィルム40は必要なく、0(ゼロ)枚となる。上に述べた基準状態がこの場合に該当、もしくはほぼ該当する。幅W2が調整フィルム40の厚みT3より大きくかつ厚みT3の2倍以下である場合は、調整フィルム40は1枚となる。幅W2が調整フィルム40の厚みT3の2倍より大きく、かつ、厚みT3の3倍より小さい場合は、調整フィルム40は2枚となる。幅W2が調整フィルム40の厚みT3の3倍より大きく、かつ、厚みT3の4倍より小さい場合は、調整フィルム40は3枚となる。本実施形態は、図4に示すように、3枚の調整フィルム40によりフィルム体42を形成した。
最外層電極44のシート面45の面積とフィルム体42の厚みT2とを乗じて規定される空間は、便宜上、空き空間S2となることとして以下説明する。
次に、調整フィルム40により、基準空間S1に電極組立体20が収容された場合の基準空間S1の空隙率を調整する方法について説明する。
空き空間S2が存在せず、又は、上述の調整フィルム40の枚数を決定する方法により必要な調整フィルム40が0(ゼロ)枚となった場合は、基準空間S1に電極組立体20が収容された場合の基準空間S1の空隙率が基準空隙率と同じとなる。
空き空間S2が存在し、かつ、必要な調整フィルム40が1枚以上となった場合は、空き空間S2に必要な枚数の調整フィルム40により形成されたフィルム体42を配することにより空き空間S2の空隙率を電極組立体20の空隙率と同じとする。すなわち、基準空間S1に電極組立体20とフィルム体42を配した場合の基準空間S1の空隙率を基準空隙率と同じとすることができる。空き空間S2の空隙率は、空き空間S2にフィルム体42を配して調整することができ、フィルム体42、すなわち調整フィルム40の形状、あるいは、材質等により設定される。
空き空間S2が存在せず、又は、上述の調整フィルム40の枚数を決定する方法により必要な調整フィルム40が0(ゼロ)枚となった場合は、基準空間S1に電極組立体20が収容された場合の基準空間S1の空隙率が基準空隙率と同じとなる。
空き空間S2が存在し、かつ、必要な調整フィルム40が1枚以上となった場合は、空き空間S2に必要な枚数の調整フィルム40により形成されたフィルム体42を配することにより空き空間S2の空隙率を電極組立体20の空隙率と同じとする。すなわち、基準空間S1に電極組立体20とフィルム体42を配した場合の基準空間S1の空隙率を基準空隙率と同じとすることができる。空き空間S2の空隙率は、空き空間S2にフィルム体42を配して調整することができ、フィルム体42、すなわち調整フィルム40の形状、あるいは、材質等により設定される。
本実施形態では、調整フィルム40の形状を調整することにより、フィルム体42が配された空き空間S2の空隙率と電極組立体20の空隙率とを同じにしている。図6に示すように、調整フィルム40のシート面41の長辺を電極組立体20の最外層電極44のシート面45の長辺よりも短くすることにより空き空間S2にフィルム体42を配すると空き空間S2に空隙が形成されて空き空間S2の空隙率を電極組立体20の空隙率と同じとすることができる。本発明において、リチウムイオン二次電池の特性上の理由により、電極組立体20の空隙率は3%以上、80%以下の範囲であることが好ましい。さらに電極組立体20の空隙率は20%以上、50%以下の範囲であることがより好ましい。
以下、蓄電装置の製造方法について説明する。
最初に、複数の正極21と複数の負極22を積層して形成された電極組立体20の最外層電極43が電池ケース11の側面46と接するように電極組立体20を電池ケース11に収容する。次に、電極組立体20の最外層電極44と電池ケース11の側面47との間の電極積層方向Aの距離Dを測定し、調整フィルム40の厚みT3を測定する。そして、調整フィルム40の厚みT3の合計が距離Dよりも小さくかつ最大となる調整フィルム40の必要な枚数を計算する。
最初に、複数の正極21と複数の負極22を積層して形成された電極組立体20の最外層電極43が電池ケース11の側面46と接するように電極組立体20を電池ケース11に収容する。次に、電極組立体20の最外層電極44と電池ケース11の側面47との間の電極積層方向Aの距離Dを測定し、調整フィルム40の厚みT3を測定する。そして、調整フィルム40の厚みT3の合計が距離Dよりも小さくかつ最大となる調整フィルム40の必要な枚数を計算する。
最外層電極44のシート面45の面積と、計算された必要な枚数の調整フィルム40を積層して形成されるフィルム体42の厚みT2とを乗じて規定される空間を、便宜上、空き空間S2となることとして以下説明する。
空き空間S2に必要な枚数の調整フィルムにより形成されたフィルム体42を配した場合の空き空間S2の空隙率と、電極組立体20の空隙率と、が同じとなるように、調整フィルム40の厚みT1を変更することなく調整フィルム40の形状又は材質を設定する。そして、必要な枚数の調整フィルム40を積層してフィルム体42を形成して空き空間S2に配することにより、蓄電装置を製造することができる。
空き空間S2に必要な枚数の調整フィルムにより形成されたフィルム体42を配した場合の空き空間S2の空隙率と、電極組立体20の空隙率と、が同じとなるように、調整フィルム40の厚みT1を変更することなく調整フィルム40の形状又は材質を設定する。そして、必要な枚数の調整フィルム40を積層してフィルム体42を形成して空き空間S2に配することにより、蓄電装置を製造することができる。
本実施形態に係る電極の製造方法は以下の作用効果を奏する。
(1)製造時の公差により電極組立体20の電極積層方向Aの幅W1が小さくなって電池ケース11との間に空き空間S2が形成されても、計算された必要な枚数の調整フィルム40を空き空間S2に配することにより、空き空間S2の空隙率と電極組立体20の空隙率とを同じにすることができる。すなわち、基準空間S1に電極組立体20と必要な枚数の調整フィルム40を配した場合の基準空間S1の空隙率を、基準空隙率と同じとすることができる。よって、電池10に過充電等の異常が生じた場合、電池ケース11の内部の圧力が所定の大きさとなり、過充電保護装置36を確実に作動させることができる。また、電池ケース11の内部の電解液を適切な量とすることができ、電池10の使用時に、過充電等の異常が生じていない場合に、過充電保護装置36が作動することがない。
(1)製造時の公差により電極組立体20の電極積層方向Aの幅W1が小さくなって電池ケース11との間に空き空間S2が形成されても、計算された必要な枚数の調整フィルム40を空き空間S2に配することにより、空き空間S2の空隙率と電極組立体20の空隙率とを同じにすることができる。すなわち、基準空間S1に電極組立体20と必要な枚数の調整フィルム40を配した場合の基準空間S1の空隙率を、基準空隙率と同じとすることができる。よって、電池10に過充電等の異常が生じた場合、電池ケース11の内部の圧力が所定の大きさとなり、過充電保護装置36を確実に作動させることができる。また、電池ケース11の内部の電解液を適切な量とすることができ、電池10の使用時に、過充電等の異常が生じていない場合に、過充電保護装置36が作動することがない。
(2)計算された必要な枚数の調整フィルム40を空き空間S2に配することのみにより、基準空間S1に電極組立体20と必要な枚数の調整フィルム40を配した場合の基準空間S1の空隙率を基準空隙率と同じとすることができる。よって、電池ケース11に電極組立体20や調整フィルム40等の収容物を取り付けた後、電池ケース11の内部空間の体積を測定する工程を省略することができる。
(3)シート状の調整フィルム40を空き空間S2に配することにより、電池ケース11の側面46から調整フィルム40を介して電極組立体20の電極に荷重を付与できる。よって、隣り合う電極は離れることなく接触し、正極21で発生したリチウムを負極22で確実に受けることができるのでリチウム析出することがなく、リチウム析出による蓄電性能の低下を防ぐことができる。
(4)調整フィルム40の枚数を複数とすることができる。よって、空き空間S2の幅W2を測定し、必要な調整フィルム40の枚数を幅W2の大きさに合わせて調整することができる。製造時の公差により幅W2の大きさが変動しても、調整フィルム40の枚数を変えることにより容易に幅W2の大きさに合わせることができる。
なお、上記の実施形態は、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。
○ 上記の実施形態では、調整フィルムは樹脂製としたがこの限りでない。電解液に浸しても溶けることがないものであれば良く、例えば、アルミニウムや銅等の金属製であっても良い。
○ 上記の実施形態では、調整フィルムは樹脂製としたがこの限りでない。電極組立体20と空隙率を同じとすることができるものであれば良く、例えば、空隙を有する多孔質フィルムや複数の有底孔もしくは貫通孔を有するフィルムであっても良い。
○ 上記の実施形態では、調整フィルムはシート面が矩形状であるとしたがこの限りでない。空き空間S2に配されて空き空間S2を埋めることができ、かつ、空き空間S2の空隙率と基準空隙率を同じとすることができれば良い。例えば、厚み等形状が相互に異なる複数のフィルムであっても良い。また、図7に示すように、シート面が矩形状のシート51の三辺にタブ部52を形成した調整フィルム50としても良い。シート51の大きさは、電極組立体20の正極21の正極シート23全体を覆うことができる大きさであって、電池ケース11に収容されて間接的に正極シート23全体に均一に荷重を付与することができる大きさであれば良い。タブ部52の大きさは外周が最外層電極44のシート面45の外周と重なる大きさとすることにより、電池ケース11の内部における調整フィルム50の位置決め手段とすることができる。なお、調整フィルム50は、シート51の少なくとも一辺にタブ部が設けられていれば良い。
○ 上記の実施形態では、一個の電池10について説明したが、複数の電池10を備える電池モジュールを形成しても良い。
○ 上記の実施形態では、調整フィルムは樹脂製としたがこの限りでない。電解液に浸しても溶けることがないものであれば良く、例えば、アルミニウムや銅等の金属製であっても良い。
○ 上記の実施形態では、調整フィルムは樹脂製としたがこの限りでない。電極組立体20と空隙率を同じとすることができるものであれば良く、例えば、空隙を有する多孔質フィルムや複数の有底孔もしくは貫通孔を有するフィルムであっても良い。
○ 上記の実施形態では、調整フィルムはシート面が矩形状であるとしたがこの限りでない。空き空間S2に配されて空き空間S2を埋めることができ、かつ、空き空間S2の空隙率と基準空隙率を同じとすることができれば良い。例えば、厚み等形状が相互に異なる複数のフィルムであっても良い。また、図7に示すように、シート面が矩形状のシート51の三辺にタブ部52を形成した調整フィルム50としても良い。シート51の大きさは、電極組立体20の正極21の正極シート23全体を覆うことができる大きさであって、電池ケース11に収容されて間接的に正極シート23全体に均一に荷重を付与することができる大きさであれば良い。タブ部52の大きさは外周が最外層電極44のシート面45の外周と重なる大きさとすることにより、電池ケース11の内部における調整フィルム50の位置決め手段とすることができる。なお、調整フィルム50は、シート51の少なくとも一辺にタブ部が設けられていれば良い。
○ 上記の実施形態では、一個の電池10について説明したが、複数の電池10を備える電池モジュールを形成しても良い。
10 電池(蓄電装置)
11 電池ケース(ケース)
20 電極組立体
22 正極(電極)
23 負極(電極)
40、50 調整フィルム(調整部材)
42 フィルム体(調整体)
43、44 最外層電極
45 シート面
46、47 側面
51 シート
52 タブ部
A 電極積層方向(積層方向)
T1、T2、T3 厚み
W1、W2 幅
D 距離
S2 空き空間
11 電池ケース(ケース)
20 電極組立体
22 正極(電極)
23 負極(電極)
40、50 調整フィルム(調整部材)
42 フィルム体(調整体)
43、44 最外層電極
45 シート面
46、47 側面
51 シート
52 タブ部
A 電極積層方向(積層方向)
T1、T2、T3 厚み
W1、W2 幅
D 距離
S2 空き空間
Claims (9)
- 同一形状を有する複数のシート状の電極が積層された電極組立体と、前記電極組立体を収容するケースと、を備え、
前記ケースは、前記電極の積層方向における一対の最外層電極と対向する一対の側面を有する蓄電装置であって、
一方の前記最外層電極は、一対の前記側面のうちの一方の前記側面と接し、
他方の前記最外層電極と他方の前記側面との間には調整部材が配され、
前記最外層電極のシート面の面積と前記調整部材の前記積層方向における厚みとを乗じて規定される空間に前記調整部材を配した場合の前記空間の空隙率と、前記電極組立体の空隙率と、を同じとすることを特徴とする蓄電装置。 - 前記電極組立体の前記空隙率は3%以上であって80%以下であることを特徴とする請求項1に記載の蓄電装置。
- 前記空間の前記空隙率は、前記調整部材の形状により設定されることを特徴とする請求項1又は2に記載の蓄電装置。
- 前記調整部材は矩形状であり、少なくとも一辺にタブ部を有することを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。
- 前記空間の前記空隙率は、調整部材の材質により設定されることを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。
- 前記調整部材は、孔を有するフィルムであることを特徴とする請求項1〜5のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。
- 前記調整部材は、複数であることを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。
- 請求項1〜請求項7のうちいずれか一項に記載の蓄電装置を複数備えた蓄電モジュール
- 同一形状を有する複数のシート状の電極が積層された電極組立体と、前記電極組立体を収容するケースとを備え、
前記ケースは、前記電極の積層方向における一対の最外層電極と対向する一対の側面を有する蓄電装置の製造方法において、
一方の前記最外層電極が一方の前記側面に接するように前記電極組立体を前記ケースに収容し、
他方の前記最外層電極と他方の前記側面との間の前記積層方向の距離を測定し、
シート状の調整部材の厚みを測定し、
前記調整部材の前記厚みの合計が前記距離よりも小さくかつ最大となる前記調整部材の枚数を計算し、
前記最外層電極のシート面の面積と計算された前記枚数の前記調整部材を積層して形成される調整体の前記積層方向における厚みとを乗じて規定される空間に前記調整体を配した場合の前記空間の空隙率と、電極組立体の空隙率と、が同じとなるように、前記調整部材の厚みを変更することなく前記調整部材の形状又は材質を調整し、
前記枚数の前記調整部材を積層して前記調整体を形成して前記調整体を前記空間に配することを特徴とする蓄電装置の製造方法。
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Citations (2)
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JP2009048966A (ja) * | 2007-08-23 | 2009-03-05 | Toyota Motor Corp | 電池およびその製造方法 |
JP2013157167A (ja) * | 2012-01-30 | 2013-08-15 | Sharp Corp | 二次電池、この二次電池を用いた蓄電池システムおよびメンテナンス方法 |
-
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