JP2017111965A - 電極収納セパレータ及び蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】セパレータ材料接合用の別部材を必要とせずに、コーティング層を備えるセパレータ材料同士を溶着すること。【解決手段】二次電池は、電極組立体と、電極組立体が収容されたケースとを備える。電極組立体は、複数の電極収納セパレータ３１と、複数の負極電極とを備える。電極収納セパレータ３１は、袋状セパレータ３２と、袋状セパレータ３２に収納された正極電極２１とを備える。袋状セパレータ３２は、四角シート状の第１セパレータ材料３２ａと、四角シート状の第２セパレータ材料３２ｂとを備える。電極収納セパレータ３１において、第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂの第１縁部３３ａ同士、及び、第２縁部３３ｂ同士は、互いに対向する面が樹脂層３５であり、樹脂層３５同士で溶着されている。【選択図】図３
Description
本発明は、電極収納セパレータ及び蓄電装置に関する。
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、例えば正極電極と負極電極とがセパレータを間に挟んだ状態で積層された電極組立体を備える。
電極組立体では、何れか一方の電極を袋状のセパレータに収納したものがある。このような電極収納セパレータは、対向する一対のセパレータ材料同士が溶着されることで袋状になっており、内部には電極が収納されている。
また、一対のセパレータ材料は、互いに対向する面に耐熱を目的としたコーティング層を備える（例えば、特許文献１参照）。コーティング層は耐熱性を有しているため、コーティング層同士を溶着することはできない。このため、特許文献１では、セパレータ材料同士の間にセパレータ材料とは別の熱可塑性樹脂を介在させ、熱可塑性樹脂によってセパレータ材料同士を接合している。
ところで、特許文献１では、セパレータ材料同士を接合するために、セパレータ材料とは別の熱可塑性樹脂を必要とする。
本発明の目的は、セパレータ材料接合用の別部材を必要とせずに、コーティング層を備えるセパレータ材料同士を溶着することができる電極収納セパレータ及び蓄電装置を提供することにある。
本発明の目的は、セパレータ材料接合用の別部材を必要とせずに、コーティング層を備えるセパレータ材料同士を溶着することができる電極収納セパレータ及び蓄電装置を提供することにある。
上記課題を解決する電極収納セパレータは、樹脂層を覆うコーティング層を有する第１セパレータ材料及び第２セパレータ材料を互いに対向した縁部同士で接合して構成された袋状セパレータと、前記袋状セパレータに収納された収納電極と、を備えた電極収納セパレータであって、前記袋状セパレータにおいて、前記第１セパレータ材料及び前記第２セパレータ材料は、前記収納電極に対向した部位にセパレート部を備え、前記袋状セパレータでは、前記セパレート部における内面に前記コーティング層が位置し、前記第１セパレータ材料と前記第２セパレータ材料とを接合した前記縁部同士の互いに対向する面の少なくとも一方には前記樹脂層が位置している。
これによれば、袋状セパレータにおいて、第１セパレータ材料と第２セパレータ材料とを接合する縁部同士において、互いに対向する面の少なくとも一方は樹脂層となるため、この樹脂層を用いて第１セパレータ材料と第２セパレータ材料とを溶着することができる。樹脂層は、第１セパレータ材料及び第２セパレータ材料の一部なので、セパレータ材料接合用の別部材を必要とせずに、第１セパレータ材料と第２セパレータ材料とを接合することができる。
上記電極収納セパレータについて、前記第１セパレータ材料と前記第２セパレータ材料とを接合した縁部同士の少なくとも一方は、前記樹脂層の片面に前記コーティング層を備えており、前記セパレート部に連続する連続部と、前記コーティング層が前記連続部の前記コーティング層と対向する状態で前記連続部に重なり合う重合部と、前記連続部と前記重合部に連続する屈曲部とを備える。
これによれば、セパレータ材料が屈曲部で折り返されることで、連続部のコーディング層と重合部のコーティング層が重なり合う。そして、セパレータ材料の縁部同士で互いに対向する面は、重合部における樹脂層となる。したがって、樹脂層の片面にコーティング層を備えるシートを折り返すことで第１セパレータ材料と第２セパレータ材料とを接合する部位を得ることができる。
上記課題を解決する蓄電装置は、異なる極性の電極がセパレータによって互いに絶縁された電極組立体を備える蓄電装置であって、前記セパレータは、請求項１又は請求項２に記載の前記袋状セパレータであり、前記電極の一方は請求項１又は請求項２に記載の前記収納電極である。
これによれば、電極組立体の一部として請求項１又は請求項２に記載の電極収納セパレータを用いているため、コーティング層を備えるセパレータ材料同士を溶着することができる。
本発明によれば、セパレータ材料接合用の別部材を必要とせずに、コーティング層を備えるセパレータ材料同士を溶着することができる。
以下、電極収納セパレータ及び蓄電装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、リチウムイオン二次電池である。二次電池１０は、電極組立体１２と、図示しない電解液と、電極組立体１２及び電解液を収容しているケース１１と、電極組立体１２と電気を授受するための２つの端子１６，１７とを備える。
図１に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、リチウムイオン二次電池である。二次電池１０は、電極組立体１２と、図示しない電解液と、電極組立体１２及び電解液を収容しているケース１１と、電極組立体１２と電気を授受するための２つの端子１６，１７とを備える。
図２に示すように、電極組立体１２は、複数の電極収納セパレータ３１と、複数の負極電極２２とを備える。電極収納セパレータ３１は、袋状セパレータ３２と、袋状セパレータ３２に収納された正極電極２１とを備える。電極組立体１２は、正極電極２１と負極電極２２とがセパレータとしての袋状セパレータ３２によって相互に絶縁された状態で積層されている。
正極電極２１及び負極電極２２は、四角シート状の金属箔２３を備える。正極電極２１の金属箔２３は、例えばアルミニウム箔である。負極電極２２の金属箔２３は、例えば銅箔である。
正極電極２１及び負極電極２２は、金属箔２３の長辺から突出する形状のタブ２４を備える。正極電極２１のタブ２４は、例えばアルミニウム箔であり、負極電極２２のタブ２４は、例えば銅箔である。正極電極２１及び負極電極２２は、金属箔２３の両面に活物質層２７を備える。活物質層２７は、それぞれの極性用の活物質、バインダ、及び導電助剤などを含有している。
正極電極２１においてタブ２４の存在する長辺である第１辺２１ａの対辺を第２辺２１ｂとする。また、正極電極２１において、第１辺２１ａと第２辺２１ｂを繋ぐ一対の辺（短辺）のうち、一方の短辺を第３辺２１ｃとし、他方の辺を第４辺２１ｄとする。
袋状セパレータ３２は、四角シート状の第１セパレータ材料３２ａと、四角シート状の第２セパレータ材料３２ｂとを備える。本実施形態において、第１セパレータ材料３２ａと第２セパレータ材料３２ｂとは、同一の物である。
第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂは、正極電極２１の四辺に沿った周縁部のうち、第１辺２１ａに沿う第１縁部３３ａ同士と、第２辺２１ｂに沿う第２縁部３３ｂ同士が互いに溶着され、接合されている。また、第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂは、正極電極２１の四辺に沿った周縁部のうち、第３辺２１ｃに沿う第３縁部３３ｃ同士と、第４辺２１ｄに沿う第４縁部３３ｄ同士は溶着されていない。
図２及び図３（ａ）に示すように、第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂは、第１縁部３３ａ〜第４縁部３３ｄに囲まれる部分にセパレート部４０を備える。そして、袋状セパレータ３２は、第１セパレータ材料３２ａのセパレート部４０と第２セパレータ材料３２ｂのセパレート部４０との間に、収納部４１を備え、その収納部４１に収納電極としての正極電極２１が収納されている。
図２及び図３（ａ）に示すように、第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂは、矩形状の樹脂層３５の片面の全体を覆うコーティング層３６を備える１枚のシートである。樹脂層３５としては、例えばポリプロピレンやポリエチレンなどの熱可塑性樹脂が用いられる。コーティング層３６としては、耐電圧性、及び、耐火性に優れる材料が用いられ、例えば、セラミックスが用いられる。コーティング層３６は、二次電池１０の充放電に伴い正極電極２１に生じる電圧や熱から樹脂層３５を保護することを目的として設けられている。電極収納セパレータ３１において、第１セパレータ材料３２ａと第２セパレータ材料３２ｂが重なる方向を重合方向とすると、この重合方向に沿って樹脂層３５とコーティング層３６が積層されている。
第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂのセパレート部４０では、各コーティング層３６が内面側に位置し、各樹脂層３５が外面側に位置している。これにより、電極収納セパレータ３１では、重合方向において正極電極２１を挟んで互いに対向する面はコーティング層３６となり、正極電極２１は、第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂのコーティング層３６で重合方向に囲まれている。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂの第１縁部３３ａ及び第２縁部３３ｂは、折り返された部分となる屈曲部３７と、セパレート部４０及び屈曲部３７に連続する連続部３８と、連続部３８に重ね合わされた重合部３９とを備える。第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂの連続部３８では、袋状セパレータ３２の内面側にコーティング層３６が位置し、袋状セパレータ３２の外面側に樹脂層３５が位置している。
重合部３９では、樹脂層３５とコーティング層３６の位置が連続部３８とは反転している。このため、連続部３８のコーティング層３６に重合部３９のコーティング層３６が対向している。また、電極収納セパレータ３１において、重合方向に対向する重合部３９同士では、樹脂層３５同士が対向している。
電極収納セパレータ３１において、第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂの第１縁部３３ａ同士は、重合部３９の樹脂層３５同士が溶着されることで互いに接合されている。第１縁部３３ａ同士では、タブ２４と重なり合う部分を除いた部分が互いに溶着されている。電極収納セパレータ３１において、第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂの第２縁部３３ｂ同士は、重合部３９の樹脂層３５同士が溶着されることで互いに接合されている。
次に、本実施形態の電極収納セパレータ３１及び二次電池１０の作用について説明する。
電極収納セパレータ３１において、第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂの第１縁部３３ａ同士、及び、第２縁部３３ｂ同士は、互いに対向する面が樹脂層３５であり、樹脂層３５同士で溶着されている。
電極収納セパレータ３１において、第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂの第１縁部３３ａ同士、及び、第２縁部３３ｂ同士は、互いに対向する面が樹脂層３５であり、樹脂層３５同士で溶着されている。
したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電極収納セパレータ３１において、セパレート部４０の内面にはコーティング層３６が位置し、第１セパレータ材料３２ａと第２セパレータ材料３２ｂを接合する第１縁部３３ａ及び第２縁部３３ｂの内面には樹脂層３５が位置している。このため、第１セパレータ材料３２ａと第２セパレータ材料３２ｂを、樹脂層３５同士を溶着して接合することができる。このため、第１セパレータ材料３２ａと第２セパレータ材料３２ｂの接合のために別の部材を用いる必要がないため、電極収納セパレータ３１の材料コストが増加することを抑制することができる。
（１）電極収納セパレータ３１において、セパレート部４０の内面にはコーティング層３６が位置し、第１セパレータ材料３２ａと第２セパレータ材料３２ｂを接合する第１縁部３３ａ及び第２縁部３３ｂの内面には樹脂層３５が位置している。このため、第１セパレータ材料３２ａと第２セパレータ材料３２ｂを、樹脂層３５同士を溶着して接合することができる。このため、第１セパレータ材料３２ａと第２セパレータ材料３２ｂの接合のために別の部材を用いる必要がないため、電極収納セパレータ３１の材料コストが増加することを抑制することができる。
（２）第１セパレータ材料３２ａと第２セパレータ材料３２ｂを接合するための部位は、それら第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂを折り返すことで構成されている。このため、セパレータ材料として樹脂層３５の片面のうち、周縁部を除いたセパレート部４０にのみコーティング層３６を設けたものとする場合に比べて、第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂを容易に製造することができる。
（３）第１セパレータ材料３２ａと第２セパレータ材料３２ｂは、同一の物である。このため、第１セパレータ材料３２ａと第２セパレータ材料３２ｂを異なる物とする場合に比べて、製造コストを低減させることができる。
（４）樹脂層の片面の全体にコーティング層を備えるセパレータ材料同士を溶着する方法として、コーティング層同士が対向するようにセパレータ材料を配置し、セパレータ材料を加圧しながら溶着を行うことで、コーティング層を溶着する方法が挙げられる。この場合、破壊されたコーティング層により袋状セパレータ３２が突き破られるなど、短絡の原因となるおそれがある。これに対して本実施形態では、コーティング層を破壊することなく、コーティング層を備えるセパレータ材料同士を溶着することができるため、コーティング層を原因として短絡を抑制することができる。
なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○図４に示すように、第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂの各縁部３３ａ，３３ｂの互いに対向する面のうちいずれか一方（図４では第１セパレータ材料３２ｂの縁部３３ａ，３３ｂ）に樹脂層３５が位置し、他方にはコーティング層３６が位置してもよい。この場合であっても、各縁部３３ａ，３３ｂ同士を溶着することができる。
○図４に示すように、第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂの各縁部３３ａ，３３ｂの互いに対向する面のうちいずれか一方（図４では第１セパレータ材料３２ｂの縁部３３ａ，３３ｂ）に樹脂層３５が位置し、他方にはコーティング層３６が位置してもよい。この場合であっても、各縁部３３ａ，３３ｂ同士を溶着することができる。
○図５に示すように、第１セパレータ材料３２ａの第１縁部３３ａを折り返し、第２セパレータ材料３２ｂの第１縁部３３ａと対向する面が樹脂層３５となり、第１セパレータ材料３２ａの第２縁部３３ｂを折り返さず、第２セパレータ材料３２ｂの第２縁部３３ｂと対向する面がコーティング層３６となってもよい。すなわち、各セパレータ材料３２ａ，３２ｂの第１縁部３３ａと第２縁部３３ｂで、互いに対向する面が樹脂層３５となるセパレータ材料３２ａ，３２ｂが異なっていてもよい。
○図６に示すように、樹脂層３５の片面のうち、周縁部を除いた部分にのみコーティング層３６を備えるセパレータ材料３２ａ，３２ｂを用いてもよい。この場合、第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂにおいて、各縁部３３ａ，３３ｂは、コーティング層３６が設けられず、樹脂層３５が露出する。このため、第１セパレータ材料３２ａ及び第２セパレータ材料３２ｂの樹脂層３５同士を溶着することができる。この場合、セパレータ材料３２ａ，３２ｂを折り返すことなく、縁部３３ａ，３３ｂの互いに対向する面を樹脂層３５とすることができる。
○実施形態では、第１辺２１ａに沿う第１縁部３３ａ同士と、第２辺２１ｂに沿う第２縁部３３ｂ同士とを溶着したが、これに加えて、第３辺２１ｃに沿う第３縁部３３ｃ及び第４辺２１ｄに沿う第４縁部３３ｄを溶着してもよい。すなわち、第１セパレータ材料３２ａと第２セパレータ材料３２ｂとは周縁部の全体が溶着されていてもよいし、周縁部の一部が溶着されていてもよい。
○電極収納セパレータ３１の収納電極は、負極電極２２であってもよい。この場合、収納電極と極性の異なる電極は正極電極２１となる。
○蓄電装置は、例えばキャパシタなど、二次電池１０以外の蓄電装置でもよい。
○蓄電装置は、例えばキャパシタなど、二次電池１０以外の蓄電装置でもよい。
○正極電極２１及び負極電極２２は、金属箔の片面に活物質層が存在する構造でもよい。
○二次電池１０は、リチウムイオン二次電池でもよいし、他の二次電池であってもよい。要は、正極用の活物質と負極用の活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。
○二次電池１０は、リチウムイオン二次電池でもよいし、他の二次電池であってもよい。要は、正極用の活物質と負極用の活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。
１０…二次電池、２１…正極電極、２２…負極電極、３１…電極収納セパレータ、３２…袋状セパレータ、３２ａ…第１セパレータ材料、３２ｂ…第２セパレータ材料、３３ａ…第１縁部、３３ｂ…第２縁部、３５…樹脂層、３６…コーティング層、３７…屈曲部、３８…連続部、３９…重合部、４０…セパレート部。
Claims (3)
- 樹脂層を覆うコーティング層を有する第１セパレータ材料及び第２セパレータ材料を互いに対向した縁部同士で接合して構成された袋状セパレータと、
前記袋状セパレータに収納された収納電極と、を備えた電極収納セパレータであって、
前記袋状セパレータにおいて、前記第１セパレータ材料及び前記第２セパレータ材料は、前記収納電極に対向した部位にセパレート部を備え、
前記袋状セパレータでは、前記セパレート部における内面に前記コーティング層が位置し、
前記第１セパレータ材料と前記第２セパレータ材料とを接合した前記縁部同士の互いに対向する面の少なくとも一方には前記樹脂層が位置している電極収納セパレータ。 - 前記第１セパレータ材料と前記第２セパレータ材料とを接合した縁部同士の少なくとも一方は、
前記樹脂層の片面に前記コーティング層を備えており、前記セパレート部に連続する連続部と、
前記コーティング層が前記連続部の前記コーティング層と対向する状態で前記連続部に重なり合う重合部と、
前記連続部と前記重合部に連続する屈曲部とを備える請求項１に記載の電極収納セパレータ。 - 異なる極性の電極がセパレータによって互いに絶縁された電極組立体を備える蓄電装置であって、
前記セパレータは、請求項１又は請求項２に記載の前記袋状セパレータであり、前記電極の一方は請求項１又は請求項２に記載の前記収納電極である蓄電装置。
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| JP2015245209A Pending JP2017111965A (ja) | 2015-12-16 | 2015-12-16 | 電極収納セパレータ及び蓄電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2017111965A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014017159A (ja) * | 2012-07-10 | 2014-01-30 | Toyota Industries Corp | 蓄電装置 |
| JP2015185359A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | 日産自動車株式会社 | 電気デバイスのセパレータ接合方法、電気デバイスのセパレータ接合装置、および電気デバイス |
-
2015
- 2015-12-16 JP JP2015245209A patent/JP2017111965A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014017159A (ja) * | 2012-07-10 | 2014-01-30 | Toyota Industries Corp | 蓄電装置 |
| JP2015185359A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | 日産自動車株式会社 | 電気デバイスのセパレータ接合方法、電気デバイスのセパレータ接合装置、および電気デバイス |
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