JP2016207488A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流遮断装置の破損を抑制することができる蓄電装置を提供する。【解決手段】一実施形態に係る蓄電装置１は、シート状の複数の正極１１及び負極１２がセパレータ１３を介して積層された電極組立体３と、電極組立体３を収容するケース２と、ケース２から突出するように設けられた正極端子４ａ及び負極端子４ｂと、ケース２内において、負極１２のタブ１７ｂと負極端子４ｂとの間の通電経路上に直列に設けられた電流遮断装置５と、を備え、セパレータ１３における電流遮断装置５側のセパレータ端部３３は、正極１１の金属箔本体部１４ａ及び負極１２の金属箔本体部１７ａよりも電流遮断装置５側に突出しており、セパレータ１３の他の部分よりも厚い肉厚部４０となっている。【選択図】図４

Description

本発明は、蓄電装置に関する。

従来、矩形に形成されたシート状の正極及び負極が交互に積層された電極組立体を電解液とともに中空のケースに収容した蓄電装置が知られている。このような蓄電装置においては、安全性の向上のために、ケース内の圧力が上昇した際に電流を遮断する電流遮断装置（CID：Current Interrupt Device）が設けられる場合がある（下記特許文献１参照）。

国際公開第２０１４／０２１０９４号パンフレット

ところで、上述した電流遮断装置は、膜状の反転板等を備えており、当該反転板等に衝撃が加わると、電流遮断装置が破損してしまうことが考えられる。電流遮断装置が破損してしまうと、ケース内の圧力が上昇しても電流が遮断されず、過充電等の異常発生時の対応が困難になるおそれがある。このため、電流遮断装置が設けられた蓄電装置においては、電流遮断装置の破損を抑制する仕組みが要請されている。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、電流遮断装置の破損を抑制することができる蓄電装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る蓄電装置は、シート状の複数の電極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ケースと、ケースから突出するように設けられた電極端子と、ケース内において、電極のタブと電極端子との間の通電経路上に直列に設けられた電流遮断装置と、を備え、セパレータにおける電流遮断装置側の端部は、電極のタブを除く本体部よりも電流遮断装置側に突出しており、セパレータの他の部分よりも厚い肉厚部となっている。

この蓄電装置では、電極組立体におけるセパレータの電流遮断装置側の端部（以下「セパレータ端部」という。）が、電極の本体部よりも電流遮断装置側に突出している。このため、ケース内において電極組立体の位置が電流遮断装置側にずれた場合には、まずセパレータ端部が電流遮断装置に接触することとなる。ここで、セパレータ端部は、セパレータの他の部分よりも厚い肉厚部となっており、クッション性が高められている。これにより、電極組立体が電流遮断装置に接触した際の衝撃を和らげることができ、電流遮断装置の破損を抑制することができる。

上記蓄電装置では、電極の本体部に対向するセパレータの主面部よりも、主面部から電流遮断装置側に突出するセパレータの縁部が厚くなっていることにより、肉厚部が形成されていてもよい。このように、縁部が主面部よりも厚く形成されたセパレータを用いて肉厚部を形成することで、セパレータ端部のクッション性を高めることができる。

上記蓄電装置では、電極の本体部に対向するセパレータの主面部から電流遮断装置側に突出するセパレータの縁部に樹脂部材が設けられることにより、肉厚部が形成されていてもよい。例えば主面部及び縁部の厚みが同一のセパレータを用いる場合であっても、このようにセパレータの縁部に樹脂部材を設けて肉厚部を形成することで、セパレータ端部のクッション性を高めることができる。

上記蓄電装置では、樹脂部材は、セパレータと同一の材料によって形成されていてもよい。これにより、セパレータと樹脂部材との親和性を高めることができる。

上記蓄電装置では、樹脂部材は、セパレータと異なる材料によって形成されていてもよい。例えばセパレータの形成材料よりも柔軟性の高い樹脂材料を用いることで、セパレータ端部のクッション性をより高めることができる。

本発明によれば、電流遮断装置の破損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。

本発明の一実施形態に係る蓄電装置の内部構成の一例を示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 電流遮断装置を示す部分断面図である。 本実施形態に係る電極組立体の一部を示す断面図である。 セパレータ端部の変形例を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る蓄電装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電装置の内部構成の一例を示す断面図である。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に示すように、蓄電装置１は、例えばリチウムイオン二次電池といった車載用の非水電解質二次電池として構成される。

蓄電装置１は、例えば略直方体形状をなす中空のケース２と、ケース２に収容された電極組立体３と、ケース２内に設けられた電流遮断装置（CID：Current Interrupt Device）５と、を備える。電極組立体３は、複数のシート状の正極１１及び複数のシート状の負極１２がセパレータ１３を介して積層された電極組立体である。電極組立体３の詳細な構成については後述する。

ケース２は、例えばアルミニウム等の金属によって形成されている。ケース２の内部には、例えば非水系有機溶媒系の電解液が注液されている。ケース２の上面部には、ケース２から突出するように、正極端子（電極端子）４ａ及び負極端子（電極端子）４ｂが設けられている。正極端子４ａ及び負極端子４ｂは、それぞれケース２を貫通しており、正極１１のタブ１４ｂ及び負極１２のタブ１７ｂとケース２内で電気的に接続されている。正極端子４ａ及び負極端子４ｂには、蓄電装置１の充電又は放電を行うための図示しない配線部材が接続される。

図１に示すように、正極端子４ａは、金属製のボルト２１ａ、内側ナット２２ａ、及び外側ナット２３ａを備える。ボルト２１ａ及び内側ナット２２ａは、シール座金２４ａを介してケース２を挟持している。ボルト２１ａ及び内側ナット２２ａと、ケース２との間は絶縁体２５ａによって絶縁されている。外側ナット２３ａは、配線部材との結線に用いられる。

負極端子４ｂは、金属製のボルト２１ｂ、内側ナット２２ｂ、及び外側ナット２３ｂを備える。ボルト２１ｂ及び内側ナット２２ｂは、シール座金２４ｂを介してケース２を挟持している。ボルト２１ｂ及び内側ナット２２ｂと、ケース２との間は絶縁体２５ｂによって絶縁されている。外側ナット２３ｂは、配線部材との結線に用いられる。

図１に示すように、ケース２の上側（正極１１のタブ１４ｂ及び負極１２のタブ１７ｂと対向する側）の壁の内面に沿って、正極１１のタブ１４ｂと正極端子４ａとを接続する導電性の第１導電部材２６ａが設けられている。正極１１のタブ１４ｂ、第１導電部材２６ａ、及び正極端子４ａが、この順に接続されることで、正極１１と正極端子４ａとの間の通電経路が形成されている。第１導電部材２６ａの上面とケース２との間には絶縁体２７ａが配置されている。

また、ケース２の上側の壁の内面に沿って、負極１２のタブ１７ｂと電流遮断装置５とを接続する導電性の第２導電部材２６ｂが設けられている。また、電流遮断装置５と負極端子４ｂとを接続する導電性の第３導電部材２８が設けられている。負極１２のタブ１７ｂ、第２導電部材２６ｂ、電流遮断装置５、第３導電部材２８、及び負極端子４ｂが、この順に接続されることで、負極１２と負極端子４ｂとの間の通電経路が形成されている。電流遮断装置５は、負極１２と負極端子４ｂとの間の通電経路上において、電流が流れる状態から電流が流れない状態に切り替えることができる。

電流遮断装置５は、ケース２内において、負極１２のタブ１７ｂと負極端子４ｂとの間の通電経路上に直列に設けられている。本実施形態では一例として、電流遮断装置５は、ケース２の上側の壁の内面に設けられている。第２導電部材２６ｂの上面及び電流遮断装置５の上端部と、ケース２との間には、絶縁体２７ｂが配置されている。電流遮断装置５は、感圧式の電流遮断装置である。電流遮断装置５は、ケース２内の圧力が電流遮断圧力値未満の場合は、負極１２と負極端子４ｂとの間の通電経路で電流が流れる状態とする。一方、電流遮断装置５は、ケース２内の圧力が電流遮断圧力値以上となった場合は、負極１２と負極端子４ｂとの間の通電経路で電流が流れない状態に切り替える。

以下、図３を用いて、電流遮断装置５について詳しく説明する。図３の（ａ）は、負極１２と負極端子４ｂとの間の通電経路で電流が流れる状態における電流遮断装置５の状態を示している。一方、図３の（ｂ）は、負極１２と負極端子４ｂとの間の通電経路で電流が流れない状態における電流遮断装置５の状態を示している。

図３の（ａ）に示すように、電流遮断装置５は、反転板５１を有する。反転板５１は、平面視上円形の導電性のダイアフラムである。反転板５１の辺縁部は、第２導電部材２６ｂと絶縁体２９とで挟持されている。反転板５１の辺縁部と第２導電部材２６ｂとは接触しており、両者は電気的に接続されている。反転板５１の下側では、第３導電部材２８が絶縁体２９に支持されている。反転板５１の辺縁部と第３導電部材２８との間は、絶縁体２９によって絶縁されている。反転板５１、第２導電部材２６ｂ、及び絶縁体２９が上述のように配置されることにより、電流遮断装置５が構成されている。

反転板５１の下面は、ケース２内の空間Ｓ１の圧力を受ける。一方、反転板５１の上面は、ケース２内の空間Ｓ１とは隔離された空間Ｓ２の圧力を受ける。反転板５１は、空間Ｓ１の圧力に応じて、図３の（ａ）に示すように下側に膨出した状態と、図３の（ｂ）に示すように上側に膨出した状態との間で切り替わる。

すなわち、ケース２内の圧力が電流遮断圧力値未満の場合は、反転板５１は、下側に膨出した状態となる（図３の（ａ）参照）。この場合、反転板５１の下側に膨出している部分と、第３導電部材２８とが接触し、両者は電気的に接続される。第３導電部材２８と反転板５１とが電気的に接続することで、負極１２と負極端子４ｂとの間の通電経路で電流が流れる状態となる。

一方、例えば蓄電装置１の過充電等によってケース２内の圧力が上昇して電流遮断圧力値以上となると、反転板５１は、上側に膨出した状態となる（図３の（ｂ）参照）。この場合、反転板５１と第３導電部材２８とが離間し、反転板５１と第３導電部材２８とが電気的に絶縁される。反転板５１と第３導電部材２８とが絶縁されることで、負極１２と負極端子４ｂとの間の通電経路で電流が流れない状態となる。

図１〜図３に示したように、電流遮断装置５は、ケース２の内側に向けて、反転板５１を露出させている。従って、例えばケース２に対して外力が加わった場合に、ケース２に収容された電極組立体３が電流遮断装置５側に移動し、反転板５１に接触する可能性がある。このとき、接触により反転板５１に強い衝撃が加わると、反転板５１が破損してしまうおそれがある。また、図３の（ａ）に示したように、反転板５１は、通常の状態（すなわち、負極１２と負極端子４ｂとの間の通電経路で電流が流れる状態）においては、第３導電部材２８に接触している。また、反転板５１は、絶縁体２９によって支持されている。従って、電極組立体３が反転板５１に直接接触しなくても、電極組立体３が第３導電部材２８及び絶縁体２９等に接触すると、その衝撃が間接的に反転板５１に伝わり、反転板５１が破損してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態に係る蓄電装置１では、電極組立体３は、上述したような反転板５１の破損を抑制可能に構成されている。以下、図１及び図４を用いて、電極組立体３について詳細に説明する。図４は、電極組立体３の一部を示す断面図である。

図１及び図４に示すように、電極組立体３は、正極１１と、負極１２と、正極１１と負極１２との間に配置された袋状のセパレータ１３とによって構成されている。セパレータ１３内には、例えば正極１１が収容される。セパレータ１３内に正極１１が収容された状態で、正極１１と負極１２とがセパレータ１３を介して交互に積層されている。つまり、電極組立体３は、袋状のセパレータ１３に正極１１を収容することにより構成されるセパレータ付き正極１０を有する。

正極１１は、例えばアルミニウム箔からなる金属箔１４と、金属箔１４の両面に形成された正極活物質層１５とを有している。正極活物質層１５は、正極活物質とバインダとを含んで形成されている多孔質の層である。言い換えれば、略矩形の金属箔本体部１４ａの両面に、正極活物質が担持されている。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物には、例えばマンガン、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、リチウムとが含まれる。金属箔本体部１４ａの上縁部には、タブ１４ｂが形成されている。タブ１４ｂには、正極活物質が担持されていない。上述の通り、タブ１４ｂは、金属箔本体部１４ａの上縁部から上方に延び、第１導電部材２６ａを介して正極端子４ａに電気的に接続されている。

負極１２は、例えば銅箔からなる金属箔１７と、金属箔１７の両面に形成された負極活物質層１８とを有している。負極活物質層１８は、負極活物質とバインダとを含んで形成されている多孔質の層である。言い換えれば、略矩形の金属箔本体部１７ａの両面に、負極活物質が担持されている。負極活物質としては、例えば黒鉛、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、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。金属箔本体部１７ａの上縁部には、タブ１７ｂが形成されている。タブ１７ｂには、負極活物質が担持されていない。上述の通り、タブ１７ｂは、金属箔本体部１７ａの上縁部から上方に延び、第２導電部材２６ｂ、電流遮断装置５、及び第３導電部材２８を介して負極端子４ｂに接続されている。

セパレータ１３は、例えば一対のシート状部材が接合された袋状に形成され、内部に正極１１のみを収容している。セパレータ１３は、絶縁性及び柔軟性を有する部材である。セパレータ１３の形成材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等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）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。正極１１のタブ１４ｂ及び負極１２のタブ１７ｂは、略矩形のセパレータ１３から上方に突出している。

図４に示すように、セパレータ１３は、正極１１に対向する一対の主面部３１と、一対の主面部３１から電流遮断装置５側に延びて互いに対向する一対の縁部３２と、を有する。一対の縁部３２同士は、互いに接合されている。この一対の縁部３２は、セパレータ１３における電流遮断装置５側の端部（以下「セパレータ端部３３」）を構成している。セパレータ端部３３は、正極１１の金属箔本体部１４ａの電流遮断装置５側の端部１１ａ及び負極１２の金属箔本体部１７ａの電流遮断装置５側の端部１２ａよりも電流遮断装置５側に突出している。また、セパレータ端部３３は、セパレータ１３の他の部分（すなわち主面部３１）よりも厚い肉厚部４０となっている。

本実施形態では一例として、セパレータ１３の主面部３１よりも、主面部３１から電流遮断装置５側に突出するセパレータ１３の縁部３２が厚くなっていることにより、肉厚部４０が形成されている。具体的には、セパレータ１３の一対の縁部３２の両方が主面部３１よりも厚く形成された左右対称の形状となっている。これにより、セパレータ端部３３は、一対の主面部３１の厚さの和よりも厚く形成された肉厚部４０をなしている。このように、縁部３２が主面部３１よりも厚く形成されたセパレータ１３を用いて肉厚部４０を形成することで、セパレータ端部３３のクッション性を高めることができる。

以上述べた蓄電装置１では、電極組立体３におけるセパレータ１３の電流遮断装置５側のセパレータ端部３３が、正極１１の金属箔本体部１４ａ及び負極１２の金属箔本体部１７ａよりも電流遮断装置５側に突出している。このため、ケース２内において電極組立体３の位置が電流遮断装置５側にずれた場合には、まずセパレータ端部３３が電流遮断装置５に接触することとなる。ここで、セパレータ端部３３は、セパレータ１３の他の部分よりも厚い肉厚部４０となっており、クッション性が高められている。これにより、電極組立体３が電流遮断装置５に接触した際の衝撃を和らげることができ、電流遮断装置５の破損を抑制することができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図４に示すように、本実施形態では、電流遮断装置５側とは反対側のセパレータ１３の縁部については、電流遮断装置５に接触することはないため、主面部３１と同一の厚みとしている。しかし、例えば製造工程の単純化のため、セパレータ１３の周縁部（４辺の縁部）全体の厚みをセパレータ端部３３と同様に主面部３１よりも厚くしてもよい。

また、セパレータ端部３３は、セパレータ１３の一対の縁部３２の一方のみが主面部３１よりも厚く形成された左右非対称の形状となっていてもよい。この場合でも、上記実施形態と同様に、セパレータ端部３３のクッション性を高めることができるため、上記実施形態と同様の効果を奏する。

また、セパレータ端部３３の厚みを増すために、必ずしも上記実施形態のようにセパレータ１３の電流遮断装置５側の縁部３２の厚さを主面部３１よりも厚くしなくてもよい。図５を用いて、セパレータ端部の変形例について説明する。図５に示すように、本変形例においては、セパレータ１３Ａの一対の縁部３２Ａは、主面部３１と同一の厚みとされている。この例では、一対の縁部３２Ａは、基端部３２ａにおいて正極１１側に折れ曲がり、一対の縁部３２Ａ同士が接触する部分において互いに接合されている。すなわち、一対の縁部３２Ａは、基端部３２ａから一対の縁部３２Ａ同士が接触するまでの部分にかけて、正極１１側に傾斜した形状をなす。また、一対の縁部３２Ａは、一対の縁部３２Ａ同士が接触する部分から先端部３２ｂにかけて、セパレータ１３Ａの主面部３１と略平行に電流遮断装置５側に延びている。

一対の縁部３２Ａの表面には、樹脂部材３４が設けられている。すなわち、セパレータ１３Ａの縁部３２Ａに樹脂部材３４が設けられることにより、肉厚部４０Ａが形成されている。このように、主面部３１及び縁部３２Ａの厚みが同一のセパレータ１３Ａを用いる場合であっても、セパレータ１３の縁部３２Ａに樹脂部材３４を設けて肉厚部４０Ａを形成することで、セパレータ端部３３Ａのクッション性を高めることができる。

樹脂部材３４を一対の縁部３２Ａに設ける方法は特定の手法に限られないが、例えば樹脂材料を一対の縁部３２Ａの表面に塗布することにより、樹脂部材３４を形成することができる。樹脂部材３４は、セパレータ１３と同一の材料によって形成されていてもよい。この場合、セパレータ１３と樹脂部材３４との親和性を高めることができる。また、樹脂部材３４は、セパレータ１３と異なる材料によって形成されていてもよい。例えばセパレータ１３の形成材料よりも柔軟性の高い樹脂材料を用いることで、セパレータ端部３３Ａのクッション性をより高めることができる。樹脂部材３４の形成材料としては、例えば耐薬品性の高いフッ素系樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）等）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等を用いることができる。

また、上記セパレータ端部の変形例において、セパレータ１３Ａの一対の縁部３２Ａの一方の表面上にのみ樹脂部材３４が設けられてもよい。この場合でも、セパレータ端部３３Ａのクッション性を高めることができるため、上記実施形態と同様の効果を奏する。

また、上記実施形態では、電流遮断装置５を負極１２と負極端子４ｂとの間の通電経路上に設ける構成としたが、電流遮断装置５を正極１１と正極端子４ａとの間位の通電経路上に設ける構成としてもよい。また、上記実施形態では、正極１１がセパレータ１３に包まれる構成としたが、負極１２がセパレータに包まれる構成としてもよい。

１…蓄電装置、２…ケース、３…電極組立体、４ａ…正極端子（電極端子）、４ｂ…負極端子（電極端子）、５…電流遮断装置、５１…反転板、１１…正極（電極）、１２…負極（電極）、１２ａ…端部、１３，１３Ａ…セパレータ、１４ｂ…タブ、１７ｂ…タブ、３１…主面部、３２，３２Ａ…縁部、３３，３３Ａ…セパレータ端部、３４…樹脂部材、４０，４０Ａ…肉厚部。

Claims (5)

1. シート状の複数の電極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ケースと、
   前記ケースから突出するように設けられた電極端子と、
   前記ケース内において、前記電極のタブと前記電極端子との間の通電経路上に直列に設けられた電流遮断装置と、を備え、
   前記セパレータにおける前記電流遮断装置側の端部は、前記電極のタブを除く本体部よりも前記電流遮断装置側に突出しており、前記セパレータの他の部分よりも厚い肉厚部となっている、蓄電装置。
2. 前記電極の本体部に対向する前記セパレータの主面部よりも、前記主面部から前記電流遮断装置側に突出する前記セパレータの縁部が厚くなっていることにより、前記肉厚部が形成されている、請求項１記載の蓄電装置。
3. 前記電極の本体部に対向する前記セパレータの主面部から前記電流遮断装置側に突出する前記セパレータの縁部に樹脂部材が設けられることにより、前記肉厚部が形成されている、請求項１記載の蓄電装置。
4. 前記樹脂部材は、前記セパレータと同一の材料によって形成されている、請求項３記載の蓄電装置。
5. 前記樹脂部材は、前記セパレータと異なる材料によって形成されている、請求項３記載の蓄電装置。

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