JP2016152121A - 蓄電装置及び蓄電装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電装置の体積エネルギ密度を向上させることができる。【解決手段】二次電池は、正電極シート６０、負電極シート７０、及びセパレータ８０が複数積層された電極積層体５０を備える。正電極シート６０は起電部６１及び同起電部６１から延びる集電部６２を有する。負電極シート７０は起電部７１及び同起電部７１から延びる集電部７２を有する。セパレータ８０は、正電極シート６０と負電極シート７０との間に介設されて同正電極シート６０と同負電極シート７０とを絶縁する。電極積層体５０の積層方向における集電部６２（７２）同士の間には、導電性の介設シート７６（６６）がそれぞれ配置されている。【選択図】図５

Description

本発明は、正電極シート、負電極シート、及びセパレータが複数積層された電極積層体を備える蓄電装置及びその製造方法に関する。

この種の蓄電装置としては、例えば特許文献１に記載のリチウムイオン二次電池（以下、二次電池と称する。）がある。
図７に示すように、二次電池は、正電極シート１６０、負電極シート１７０、及びセパレータ１８０が複数積層された電極積層体１５０を備えている。正電極シート１６０は、アルミニウム箔よりなる基材１６３と、基材１６３の両面に被着された活物質層１６４とを有している。負電極シート１７０は、銅箔よりなる基材１７３と、同基材１７３の両面に被着された活物質層１７４とを有している。これら電極シート１６０，１７０は、活物質層１６４，１７４が被着されている部分である起電部１６１，１７１と、同起電部１６１，１７１から延びる集電部１６２，１７２とを有している。

また、各電極シート１６０，１７０の集電部１６２，１７２は、それらの先端部において積層され、リベット１３６，１４６により、端子（図示略）に連結される。

特開２００８―１３０３６０号公報

ところで、こうした二次電池においては、各電極シート１６０，１７０の基材１６３，１７３に対して活物質層１６４，１７４を被着することが可能な部位、すなわち起電部１６１，１７１として機能する部位の面積が大きいほど、単位体積当たりの二次電池の容量、すなわち体積エネルギ密度を向上させることができる。しかしながら、図８に示すように、各集電部１６２は、それらの先端部に向けて互いに近接するように湾曲しているために、起電部１６１として機能する部位の面積を大きくすべく、上記先端部に向けて起電部１６１を延ばそうとすれば、他の電極シートに干渉しやすくなる。そのため、体積エネルギ密度を向上させることが難しい。

なお、こうした課題は、二次電池に限られるものではなく、電気二重層キャパシタを含む他の蓄電装置においても同様である。
本発明の目的は、体積エネルギ密度を向上させることができる蓄電装置及び蓄電装置の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するための蓄電装置は、起電部及び同起電部から延びる集電部を有する正電極シートと、起電部及び同起電部から延びる集電部を有する負電極シートと、前記正電極シートと前記負電極シートとの間に介設されて同正電極シートと同負電極シートとを絶縁するセパレータと、を含み、これら正電極シート、負電極シート、及びセパレータが複数積層された電極積層体を備える。前記電極積層体の積層方向における前記集電部同士の間には、導電性の介設シートがそれぞれ配置されている。

同構成によれば、電極積層体の積層方向における集電部同士の間に介設シートが配置されることで、各集電部がそれらの先端部に向けて互いに近接するように湾曲することを抑制することができる。このことにより、上記積層方向において集電部を有する一方の電極シートとセパレータを介して隣り合う他方の電極シートの縁を、同一方の電極シートの集電部同士の間に向けて、これら集電部に干渉することなく延ばすことが容易にできる。したがって、蓄電装置全体の体格を大きくすることなく、各電極シートにおいて起電部として機能する部位の面積を大きくすることができる。

本発明によれば、蓄電装置の体積エネルギ密度を向上させることができる。

一実施形態における二次電池の斜視図。 上記実施形態における二次電池の分解斜視図。 上記実施形態における二次電池についてカバーが取り外されている状態を示す平面図。 図３の４−４線に沿った断面図。 上記実施形態における電極積層体の分解斜視図。 上記実施形態における二次電池の集電部を中心とした断面図。 従来の二次電池における電極積層体の分解斜視図。 従来の二次電池の集電部を中心とした断面図。

以下、図１〜図６を参照して、蓄電装置を二次電池として具体化した一実施形態について説明する。
図１〜図３に示すように、二次電池１０のケース２０は、絶縁性樹脂材料により形成され、長四角環状の周壁２１を有している。なお、以降において、前記長四角の長辺に沿った方向を長手方向と称し、短辺に沿った方向を短手方向と称する。

図１及び図２に示すように、周壁２１の外周面には、複数の肉抜き部２１３が周方向に間隔をおいて形成されている。周壁２１における前記長四角の一方の長辺をなす部位には、同周壁２１を貫通する一対の挿通孔２２が長手方向において互いに離間して形成されている。また、周壁２１における前記長四角の両長辺をなす部位には、同周壁２１を貫通する一対の注入孔２４がそれぞれ形成されている。一対の注入孔２４は、一対の挿通孔２２の間に位置している。各注入孔２４には、ねじ１３が螺入されている。

各挿通孔２２には、アルミニウムよりなる柱状の正極端子３０と、銅よりなる柱状の負極端子４０とが挿通されている。正極端子３０及びその周辺の構造と、負極端子４０及びその周辺の構造とは鏡像の関係にある。従って、以降においては、正極端子３０及びその周辺の構造について説明することにより負極端子４０及びその周辺の構造の説明を省略する。なお、負極端子４０の各構成に対しては正極端子３０の各構成の符号（例えば「３＊」）に対して「１０」を加算した符号（例えば「４＊」）を付している。

図２〜図４に示すように、正極端子３０は、短手方向に沿って延びており、その基端はケース２０の内部に突出する一方、その先端はケース２０の外部に突出している。図４に示すように、正極端子３０の基端部を含む部位は、半割れ円柱状をなしている。正極端子３０の外周面におけるケース２０の挿通孔２２の内周面に対向する部位には、リング溝３３が形成されており、同リング溝３３には耐腐食性ゴム材料よりなるＯリング３７が外嵌されている。このＯリング３７はケース２０の挿通孔２２の内周面に圧縮されて接している。

図２〜図４に示すように、ケース２０における正極端子３０の挿入方向前方に位置する隅部には、正極端子３０の基端部を支持する支持部２３が一体形成されている。
図４に示すように、正極端子３０の基端部及び支持部２３には、孔３２及び支持孔２３１がそれぞれ形成されている。

孔３２及び支持孔２３１には、同図の上方から規制ピン３８が挿通されている。規制ピン３８は、孔３２及び支持孔２３１に挿通される円柱状の軸部３８１と、軸部３８１よりも拡径されて正極端子３０の基端部の上面に当接される直方体状の拡径部３８２とを有している。この規制ピン３８によって支持部２３に対する正極端子３０の変位が規制されている。

図２及び図３に示すように、ケース２０の内部には、電極積層体５０が電解液と共に収容されている。電極積層体５０は、正電極シート６０、セパレータ８０を含んでおり、これら正電極シート６０、負電極シート７０、及びセパレータ８０を複数積層して構成されている。セパレータ８０は、絶縁性樹脂材料によって形成された不織布であり、負電極シート７０、及び１枚の正電極シート６０と１枚の負電極シート７０との間に介設されて同正電極シート６０と同負電極シート７０とを絶縁する。

図２及び図５に示すように、電極積層体５０の積層方向（以下、積層方向と称する）における集電部６２（７２）同士の間には、導電性の介設シート７６（６６）がそれぞれ配置されている。なお、図２においては、正電極シート６０、負電極シート７０、介設シート６６，７６、及びセパレータ８０をそれぞれ１枚だけ示している。

図５に示すように、正電極シート６０は、例えば約２０μｍの厚さのアルミニウム箔からなり、平面視略長方形状をなす基材６３と、同基材６３の両面に被着された周知の材料からなる活物質層６４とを有している。なお、活物質層６４の材料としては、例えばコバルト酸リチウムなどがある。

活物質層６４は、平面視略長方形状をなしており、基材６３の短手方向の全体にわたって設けられるとともに、基材６３の長手方向において一端（同図の右端）から所定の長さにわたって設けられている。正電極シート６０において活物質層６４が被着されている部分が起電部６１である。また、正電極シート６０において活物質層６４が被着されていない部分、すなわち、基材６３が露出している部分であって起電部６１の他方の縁（同図の左縁）から延びている部分が集電部６２である。集電部６２には、長手方向に対して長い一対の切欠６５が短手方向に互いに離間して形成されている。

負電極シート７０は、例えば約１０μｍの厚さの銅箔からなる基材７３と、同基材７３の両面に被着された周知の材料からなる活物質層７４とを有している。なお、活物質層７４の材料としては、例えば炭素材料などがある。

活物質層７４は、平面視略長方形状をなしており、基材７３の短手方向の全体にわたって設けられるとともに、基材７３の長手方向において一端（同図の左端）から所定の長さにわたって設けられている。負電極シート７０において活物質層７４が被着されている部分が起電部７１である。また、負電極シート７０において活物質層７４が被着されていない部分、すなわち、基材７３が露出している部分であって起電部７１の他方の縁（同図の右縁）から部分が集電部７２である。集電部７２には、長手方向に対して長い一対の切欠７５が短手方向に互いに離間して形成されている。

正電極シート６０の集電部６２間に配置される介設シート７６は、負電極シート７０の基材７３と同一の素材シートにより形成されている。したがって、介設シート７６は、負電極シート７０の基材７３と同一の厚さを有している。また、介設シート７６には、正電極シート６０の一対の切欠６５に対応する位置に、一対の切欠７７が形成されている。

負電極シート７０の集電部７２間に配置される介設シート６６は、正電極シート６０の基材６３と同一の素材シートにより形成されている。したがって、介設シート６６は、正電極シート６０の基材６３と同一の厚さを有している。また、介設シート６６には、負電極シート７０の一対の切欠７５に対応する位置に、一対の切欠６７が形成されている。

図２に示すように、各正電極シート６０の集電部６２及び介設シート７６は、正極端子３０と、半割れ円柱状をなす押え部材３４とによって挟持されている。図２及び図４に示すように、正極端子３０の孔３１、正電極シート６０の切欠６５、介設シート７６の切欠７７、及び押え部材３４の孔３５に挿通されたリベット３６によって、これら正極端子３０、正電極シート６０、介設シート７６、及び押え部材３４が締結されている。

図２に示すように、各負電極シート７０の集電部７２及び介設シート６６は、負極端子４０と、半割れ円柱状をなす押え部材４４とによって挟持されている。負極端子４０の孔４１、負電極シート７０の切欠７５、介設シート６６の切欠６７、及び押え部材４４の孔４５に挿通されたリベット４６によって、これら負極端子４０、負電極シート７０、介設シート６６、及び押え部材４４が締結されている。

図６に示すように、介設シート７６は、長手方向（同図の左右方向）において負電極シート７０から離間して配置されている。また、図３に示すように、介設シート６６は、長手方向において正電極シート６０から離間して配置されている。

図２〜図４に示すように、周壁２１の上面及び下面には、四角環状の二重の溝２１１，２１２がそれぞれ形成されている。図４に示すように、外周側の溝２１１には、シール剤９３が塗布されている。

図２及び図４に示すように、周壁２１の上面及び下面には、アルミニウム板からなるとともにケース２０の上部開口及び下部開口を閉じるカバー９１，９２がそれぞれ組み付けられている。すなわち、図２に示すように、カバー９１，９２の孔９１１，９２１及び周壁２１の孔２７，２８に挿通されるリベット１１，１２によってカバー９１，９２が周壁２１にそれぞれ締結されている。

なお、図３に二点鎖線にて示すように、電極積層体５０とカバー９１との間には、絶縁性樹脂材料よりなる絶縁シート８１が介設される。また、電極積層体５０とカバー９２との間にも、同様な絶縁シートが介設されている（図示略）。図２においては、これら絶縁シート８１の図示を省略している。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図６に示すように、積層方向における集電部６２同士の間に介設シート７６が配置されることで、図８に示す従来例に比べて、各集電部６２がそれらの先端部に向けて（同図の左方に向けて）互いに近接するように湾曲することを抑制することができる。

また、積層方向における集電部７２同士の間に介設シート６６が配置されることで、上記従来例に比べて、各集電部７２がそれらの先端部に向けて互いに近接するように湾曲することを抑制することができる。

このことにより、負電極シート７０を、正電極シート６０の集電部６２同士の間に向けて（同図の左方に向けて）、これら集電部６２に干渉することなく延ばすことが容易にできる。また、正電極シート６０を、負電極シート７０の集電部７２同士の間に向けて、これら集電部７２に干渉することなく延ばすことが容易にできる。したがって、二次電池１０の体格を大きくすることなく、各電極シート６０，７０において起電部６１，７１として機能する部位の面積を大きくすることができ、二次電池１０の体積エネルギ密度を向上させることができる。

以上説明した本実施形態に係る蓄電装置によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）電極積層体５０の積層方向における集電部６２（７２）同士の間には、導電性の介設シート７６（６６）がそれぞれ配置されている。

こうした構成によれば、上記積層方向において集電部６２（７２）を有する一方の電極シート６０（７０）とセパレータ８０を介して隣り合う他方の電極シート７０（６０）を、同一方の電極シート６０（７０）の集電部６２（７２）同士の間に向けて、これら集電部６２（７２）に干渉することなく延ばすことが容易にできる。

したがって、二次電池１０の体格を大きくすることなく、各電極シート６０，７０において起電部６１，７１として機能する部位の面積を大きくすることができ、二次電池１０の体積エネルギ密度を向上させることができる。

また、集電部６２（７２）が湾曲して折れることを抑制することができることから、二次電池１０の信頼性を高めることができる。
（２）集電部６２（７２）及び介設シート７６（６６）には、これら集電部６２（７２）及び介設シート７６（６６）を積層方向に貫通する切欠６５，７７（７５，６７）が形成されている。集電部６２（７２）と介設シート７６（６６）とは切欠６５，７７（７５，６７）に挿通されるリベット３６（４６）により締結されている。

こうした構成によれば、介設シート７６（６６）が集電部６２（７２）の間に確実に固定されることとなり、介設シート７６（６６）が移動して起電部７１（６１）に接触することを阻止することができる。

（３）集電部６２（７２）及び介設シート７６（６６）は、同集電部６２（７２）を有する電極シート６０（７０）に対応する電極端子３０（４０）と押え部材３４（４４）とによって挟持された状態でリベット３６（４６）により締結されている。

こうした構成によれば、集電部６２（７２）及び介設シート７６（６６）が電極端子３０（４０）と押え部材３４（４４）とによって挟持されるため、集電部６２（７２）及び介設シート７６（６６）に対してリベット３６（４６）による応力が局所的に作用することを抑制することができる。このため、集電部６２（７２）が傷つくことを抑制することができる。

（４）介設シート７６（６６）は、正電極シート６０及び負電極シート７０のうち積層方向において同介設シート７６（６６）と接する集電部６２（７２）を有する一方の電極シート６０（７０）とは異なる他方の電極シート７０（６０）の基材７３（６３）と同一の厚さを有している。

正電極シート６０と負電極シート７０とでは基材６３，７３の厚さが異なっている。上記構成によれば、電極積層体５０における集電部６２（７２）に対応する部位の厚さが、正電極側と負電極側とで異なることを抑制することができる。

（５）介設シート７６（６６）を基材７３（６３）と同一の素材シートにより形成することにより、材料歩留まりを向上させることができる。
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。

・電極シート６０（７０）の基材６３（７３）と介設シート６６（７６）とを異なる素材シートから形成することもできる。
・介設シート７６（６６）の厚さを正電極側と負電極側とで同一にすることもできる。また、介設シート７６（６６）の材料を正電極側と負電極側とで同一にすることもできる。

・押え部材３４（４４）の形状及び電極端子３０（４０）を適宜変形することもできる。また、押え部材３４を省略することもできる。
・集電部６２（７２）及び介設シート７６（６６）の切欠６５，７７（７５，６７）に代えて、長孔や円孔などによって貫通部を構成することもできる。

・介設シート７６（６６）は積層方向における集電部６２（７２）同士の間に配置されるものであればよく、切欠７７（６７）を省略することもできる。
・リベット３６（４６）に代えて、ボルト及びナットによって締結部材を構成することもできる。

・集電部６２（７２）を起電部６１（７１）の長手方向の辺から延ばすようにしてもよい。この場合、集電部６２（７２）は上記辺の一部から延びているものであってもよい。また、正電極シート６０の集電部６２と負電極シート７０の集電部７２とが起電部６１，７１の同一の辺から延びているものであってもよい。

・シート状のセパレータ８０に代えて、袋状のセパレータ８０を採用することもできる。この場合、セパレータ８０の内部に電極シート６０，７０の起電部６１，７１が挿入される。

・二次電池に代えて、電気二重層キャパシタとして蓄電装置を具現化することもできる。

１０…二次電池、１１，１２…リベット、１３…ねじ、２０…ケース、２１…周壁、２１１，２１２…溝、２１３…肉抜き部、２２…挿通孔、２３…支持部、２３１…支持孔、２４…注入孔、２５，２６…位置決め突起、２７，２８…孔、３０…正極端子、３１…孔、３２…孔、３３…リング溝、３４…押え部材、３５…孔、３６…リベット（締結部材）、３７…Ｏリング、３８…規制ピン、３８１…軸部、３８２…拡径部、４０…負極端子、４１…孔、４４…押え部材、４５…孔、４６…リベット（締結部材）、４８…規制ピン、５０…電極積層体、６０…正電極シート、６１…起電部、６２…集電部、６３…基材、６４…活物質層、６５…切欠（貫通部）、６６…介設シート、６７…切欠（貫通部）、７０…負電極シート、７１…起電部、７２…集電部、７３…基材、７４…活物質、７５…切欠（貫通部）、７６…介設シート、７７…切欠（貫通部）、８０…セパレータ、８１…絶縁シート、９１…カバー、９１１…孔、９２…カバー、９２１…孔、９３…シール剤。

Claims (5)

1. 起電部及び同起電部から延びる集電部を有する正電極シートと、
   起電部及び同起電部から延びる集電部を有する負電極シートと、
   前記正電極シートと前記負電極シートとの間に介設されて同正電極シートと同負電極シートとを絶縁するセパレータと、を含み、
   これら正電極シート、負電極シート、及びセパレータが複数積層された電極積層体を備える蓄電装置において、
   前記電極積層体の積層方向における前記集電部同士の間には、導電性の介設シートがそれぞれ配置されている、
   蓄電装置。
2. 前記集電部及び前記介設シートには、これら集電部及び介設シートを貫通する貫通部が形成され、
   前記集電部と前記介設シートとは前記貫通部に挿通される締結部材により締結されている、
   請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記集電部及び前記介設シートは、同集電部を有する電極シートに対応する電極端子と押え部材とによって挟持された状態で前記締結部材により締結されている、
   請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記介設シートは、前記正電極シート及び前記負電極シートのうち前記積層方向において同介設シートと接する前記集電部を有する一方の電極シートとは異なる他方の電極シートの基材と同一の厚さを有している、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の蓄電装置。
5. 請求項４に記載の蓄電装置を製造する方法であって、
   前記介設シートを前記基材と同一の素材シートにより形成する、
   蓄電装置の製造方法。