JP2017216105A - 蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極の1つのタブに電流が集中することを抑制できる蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置100は、シート状の正極30とシート状の負極40とがセパレータ50を介して交互に積層された積層型の電極組立体20を備える。正極30は、正極本体32と、正極本体32の縁32aから突出する複数の正極タブ34とを有する。負極40は、負極本体42と、負極本体42の縁42aから突出する複数の負極タブ44とを有する。正極タブ34及び負極タブ44は、電極組立体20における同じ側に突出している。【選択図】図1
Description
本発明は、蓄電装置に関する。
正極タブを有するシート状の正極と負極タブを有するシート状の負極とがセパレータを介して交互に積層された積層型の電極組立体を備える二次電池が知られている(特許文献1参照)。この電極組立体では、1枚の正極が1つの正極タブを有し、1枚の負極が1つの負極タブを有しており、正極タブ及び負極タブが同じ側に突出している。正極タブ及び負極タブは、正極及び負極の積層方向から見て、重ならないように配置されている。
上記電極組立体では、各正極において正極本体から正極タブに電流が流れる際に、1つの正極タブに電流が集中する。同様に、各負極においても1つの負極タブに電流が集中する。
本発明の一側面は、電極の1つのタブに電流が集中することを抑制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、シート状の正極とシート状の負極とがセパレータを介して交互に積層された積層型の電極組立体を備え、前記正極は、正極本体と、前記正極本体の縁から突出する少なくとも1つの正極タブと、を有し、前記負極は、負極本体と、前記負極本体の縁から突出する少なくとも1つの負極タブと、を有し、前記少なくとも1つの正極タブ及び前記少なくとも1つの負極タブは、前記電極組立体における同じ側に突出しており、前記少なくとも1つの正極タブ及び前記少なくとも1つの負極タブのうちの少なくとも一方が、複数のタブである。
この蓄電装置では、正極及び負極のうちの少なくとも一方の電極が複数のタブを有しているので、複数のタブを有している電極において、電流を複数のタブに分散することができる。そのため、電極の1つのタブに電流が集中することを抑制できる。
前記正極が、複数の正極タブを有してもよい。
そのような場合であっても、電流を複数の正極タブに分散することができる。
前記負極が、複数の負極タブを有してもよい。
この場合、負極においても複数の負極タブに電流を分散することができる。
前記複数の正極タブの数が、前記複数の負極タブの数と同じであってもよい。
この場合、正極タブと負極タブの数が異なる場合に比べて、正極及び負極における電流分布のムラを小さくすることができる。
前記正極及び前記負極の積層方向から見て、前記少なくとも1つの正極タブ及び前記少なくとも1つの負極タブのうちの1つのタブが、前記正極本体の前記縁における一端に位置しており、前記一端に位置する前記1つのタブの幅が、前記少なくとも1つの正極タブ及び前記少なくとも1つの負極タブのうちの他の1つのタブの幅と異なってもよい。正極タブの幅は、正極本体の縁における幅である。負極タブの幅は、負極本体の縁における幅である。
この場合、一端に位置するタブの幅を調整することによって、当該タブに集中する電流量を調整することができる。
前記正極及び前記負極の積層方向から見て、前記少なくとも1つの正極タブ及び前記少なくとも1つの負極タブのうちの2つのタブが、前記正極本体の前記縁における両端にそれぞれ位置しており、前記両端に位置する前記2つのタブの幅のそれぞれが、前記少なくとも1つの正極タブ及び前記少なくとも1つの負極タブのうちの他の1つのタブの幅と異なってもよい。
この場合、両端に位置する2つのタブの幅のそれぞれを調整することによって、各タブに集中する電流量を調整することができる。
前記両端に位置する前記2つのタブの幅のそれぞれが、前記少なくとも1つの正極タブ及び前記少なくとも1つの負極タブのうちの他の1つのタブの幅よりも小さくてもよい。
通常、正極本体及び負極本体の縁における両端には電流が集中し易い。そのような場合であっても、両端に位置する2つのタブの幅のそれぞれを小さくことによって、両端に位置する2つのタブのそれぞれに流れる電流量を小さくすることができる。
前記両端に位置する前記2つのタブの幅のそれぞれが、前記少なくとも1つの正極タブ及び前記少なくとも1つの負極タブのうちの他のタブの幅の半分であってもよい。
この場合、両端に位置する2つのタブのそれぞれに流れる電流量を更に小さくすることができる。
前記蓄電装置がニッケル水素二次電池であってもよい。
本発明の一側面によれば、電極の1つのタブに電流が集中することを抑制できる蓄電装置が提供され得る。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る蓄電装置を模式的に示す部分断面図である。図2は、図1の蓄電装置が備える電極組立体を模式的に示す分解斜視図である。図1及び図2には、XYZ直交座標系が示される。
図1は、第1実施形態に係る蓄電装置を模式的に示す部分断面図である。図2は、図1の蓄電装置が備える電極組立体を模式的に示す分解斜視図である。図1及び図2には、XYZ直交座標系が示される。
図1に示される蓄電装置100は、例えばニッケル水素二次電池等の二次電池である。蓄電装置100は、フォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の車両に搭載され得る。蓄電装置100は、密閉構造を有する角型電池であってもよい。蓄電装置100は、ケース10と、ケース10内に収容された電極組立体20とを備え得る。ケース10が例えば金属製のケースである場合、ケース10には、絶縁リング14を介して正極端子12が取り付けられ、絶縁リング18を介して負極端子16が取り付けられ得る。ケース10が例えば樹脂等の絶縁材料製のケースである場合、絶縁リング14,18は不要になる。1つの電極組立体20が単セルを構成し、複数の電極組立体20が、ケース10の一部である隔壁を介してY軸方向に配列されてもよい。この場合、Y軸方向における一端の電極組立体20が正極端子12に接続され、Y軸方向における他端の電極組立体20が負極端子16に接続される。隣り合う電極組立体20同士は、隔壁を貫通するバスバー等の接続部材を介して電気的に接続され得る。
電極組立体20は、シート状の正極30とシート状の負極40とがセパレータ50を介して交互に積層された積層型の電極組立体である。セパレータ50は、例えばシート状のセパレータであってもよいし、正極30又は負極40を収容し得る袋状のセパレータであってもよい。ケース10内には電解液が充填され得る。電解液としては、例えば水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液が使用され得る。
正極30は、正極本体32と、正極本体32の縁32aから突出する複数の正極タブ34とを有する。正極本体32は、金属箔と、金属箔の片面又は両面上に形成された正極活物質層とを含んでもよい。金属箔としては、例えば多孔性のニッケル箔等が使用され得る。正極活物質層は、例えば水酸化ニッケル(Ni(OH)2)の粒子を含む。水酸化ニッケル(Ni(OH)2)が正極活物質として機能する。正極本体32は、例えば長尺の矩形形状を有している。縁32aは、正極本体32の長手方向(図1及び図2ではX軸方向)に沿って延びている。
複数の正極タブ34は、縁32aと交差する方向(図1及び図2ではZ軸方向)に突出している。複数の正極タブ34は、縁32aに沿って互いに離間して配列され得る。複数の正極タブ34の幅は互いに異なってもよい。各正極タブ34は、正極本体32の金属箔と一体の金属箔であってもよい。各正極タブ34は例えば矩形形状を有している。各正極タブ34には、実質的に活物質層が形成されていない。各正極タブ34は、導電部材によって正極端子12に接続され得る。
負極40は、負極本体42と、負極本体42の縁42aから突出する複数の負極タブ44とを有する。負極本体42は、金属箔と、金属箔の片面又は両面上に形成された負極活物質層とを含んでもよい。金属箔としては、例えば多孔性のニッケル箔、メッシュ状のニッケルめっき鋼板(パンチングメタル)等が使用され得る。負極活物質層は、例えば水素吸蔵合金の粒子を含む。水素吸蔵合金に吸蔵される水素が負極活物質として機能する。負極本体42は、例えば長尺の矩形形状を有している。縁42aは、負極本体42の長手方向(図1及び図2ではX軸方向)に沿って延びている。
複数の負極タブ44は、縁42aと交差する方向(図1及び図2ではZ軸方向)に突出している。複数の負極タブ44は、縁42aに沿って互いに離間して配列され得る。複数の負極タブ44の幅は互いに異なってもよいし、複数の正極タブ34の幅と異なってもよい。各負極タブ44は、負極本体42の金属箔と一体の金属箔であってもよい。各負極タブ44は例えば矩形形状を有している。各負極タブ44には、実質的に活物質層が形成されていない。各負極タブ44は、導電部材によって負極端子16に接続され得る。
正極30及び負極40の積層方向(図1及び図2ではY軸方向)から見て、複数の正極タブ34及び複数の負極タブ44は、重ならないように配置され、正極本体32の縁32a(又は負極本体42の縁42a)に沿って交互に配列され得る。隣り合う正極タブ34と負極タブ44との間隔は、一定であってもよい。正極30及び負極40の積層方向から見て、正極本体32と負極本体42とは重なってもよい。この場合、正極本体32の縁32aは負極本体42の縁42aと重なっている。
複数の正極タブ34の数は、複数の負極タブ44の数と同じであってもよいし、異なってもよい。図1及び図2に示される複数の正極タブ34の数は3個であるが、2個でもよいし4個以上であってもよい。同様に、図1及び図2に示される複数の負極タブ44の数は3個であるが、2個でもよいし4個以上であってもよい。
正極30及び負極40の積層方向から見て、複数の負極タブ44のうちの1つの負極タブ44が、正極本体32の縁32aにおける一端32b(又は負極本体42の縁42aにおける一端42b)に位置してもよい。正極30及び負極40の積層方向から見て、複数の正極タブ34のうちの1つの正極タブ34が、正極本体32の縁32aにおける他端32c(又は負極本体42の縁42aにおける他端42c)に位置してもよい。正極30及び負極40の積層方向から見て、1つの負極タブ44及び1つの正極タブ34が、正極本体32の縁32aにおける両端32b,32c(又は負極本体42の縁42aにおける両端42b,42c)にそれぞれ位置してもよい。すなわち、互いに極性の異なるタブが両端32b,32cに配置されてもよい。
正極本体32の縁32aにおける一端32b(又は一端42b)に位置する1つの負極タブ44の幅D1は、複数の正極タブ34及び複数の負極タブ44のうちの他の1つのタブの幅(例えば他の負極タブ44の幅D2又は両端32b,32cよりも内側に位置する正極タブ34の幅D4)と異なってもよいし、当該他の1つのタブの幅よりも小さくてもよいし、当該他の1つのタブの幅の半分でもよい。正極タブ34の幅D4は負極タブ44の幅D2と同じであってもよい。両端32b,32cよりも内側に位置する複数の負極タブ44の幅D2が互いに異なってもよい。両端32b,32cよりも内側に位置する複数の正極タブ34の幅D4が互いに異なってもよい。
正極本体32の縁32aにおける他端32c(又は他端42c)に位置する1つの正極タブ34の幅D3は、複数の正極タブ34及び複数の負極タブ44のうちの他の1つのタブの幅(例えば他の正極タブ34の幅D4又は両端32b,32cよりも内側に位置する負極タブ44の幅D2)と異なってもよいし、当該他の1つのタブの幅よりも小さくてもよいし、当該他の1つのタブの幅の半分でもよい。正極タブ34の幅D3は負極タブ44の幅D1と同じであってもよい。
第1実施形態の蓄電装置100では、正極30が複数の正極タブ34を有しているので、正極30において、電流を複数の正極タブ34に分散することができる。そのため、1つの正極タブ34に電流が集中することを抑制できる。正極タブ34の数を増やすと、正極30における電流分布のムラを比較的小さくすることができる。その結果、充放電効率の悪化を抑制し、局所的な寿命劣化を抑制することができる。
さらに、蓄電装置100では、負極40が複数の負極タブ44を有しているので、負極40においても、電流を複数の負極タブ44に分散することができる。そのため、1つの負極タブ44に電流が集中することを抑制できる。負極タブ44の数を増やすと、負極40における電流分布のムラを比較的小さくすることができる。その結果、充放電効率の悪化を抑制し、局所的な寿命劣化を抑制することができる。
また、複数の正極タブ34の数が複数の負極タブ44の数と同じであると、正極タブ34と負極タブ44の数が異なる場合に比べて、正極30及び負極40における電流分布のムラを小さくすることができる。
また、第1実施形態では、正極30及び負極40の積層方向から見て正極本体32の縁32aにおける一端32bに位置する負極タブ44の幅D1が、他の負極タブ44の幅D2又は両端32b,32cよりも内側に位置する正極タブ34の幅D4と異なっている。この場合、一端32bに位置する負極タブ44の幅D1を調整することによって、当該負極タブ44に集中する電流量を調整することができる。一端32bには電流が集中し易いが、一端32bに位置する負極タブ44の幅D1を小さくすることによって、一端32bに位置する負極タブ44に流れる電流量を、他の負極タブ44に流れる電流量に比べて小さくすることができる。
同様に、第1実施形態では、正極30及び負極40の積層方向から見て正極本体32の縁32aにおける他端32cに位置する正極タブ34の幅D3が、他の正極タブ34の幅D4又は両端32b,32cよりも内側に位置する負極タブ44の幅D2と異なっている。この場合、他端32cに位置する正極タブ34の幅D3を調整することによって、当該正極タブ34に集中する電流量を調整することができる。他端32cには電流が集中し易いが、他端32cに位置する正極タブ34の幅D3を小さくすることによって、他端32cに位置する正極タブ34に流れる電流量を、他の正極タブ34に流れる電流量に比べて小さくすることができる。
一端32bに位置する負極タブ44の幅D1を他の負極タブ44の幅D2の半分にし、他端32cに位置する正極タブ34の幅D3を他の正極タブ34の幅D4の半分にし、他の負極タブ44の幅D2と他の正極タブ34の幅D4とを同じにすると、他の負極タブ44の幅D2の中心軸及び他の正極タブ34の幅D4の中心軸に対して、正極30及び負極40における電流分布をほぼ左右対称にすることができる。
(第2実施形態)
図3は、第2実施形態に係る蓄電装置の電極組立体を模式的に示す平面図である。第2実施形態に係る蓄電装置は、電極組立体20に代えて図3に示される電極組立体120を備えること以外は第1実施形態の蓄電装置100と同じ構成を備える。図3には、図1及び図2と同じXYZ直交座標系が示されている。
図3は、第2実施形態に係る蓄電装置の電極組立体を模式的に示す平面図である。第2実施形態に係る蓄電装置は、電極組立体20に代えて図3に示される電極組立体120を備えること以外は第1実施形態の蓄電装置100と同じ構成を備える。図3には、図1及び図2と同じXYZ直交座標系が示されている。
電極組立体120は、一端32bに位置する負極タブ44の幅及び他端32cに位置する正極タブ34の幅が異なること以外は電極組立体20と同じ構成を備える。電極組立体120では、一端32bに位置する負極タブ44の幅D2は、他の負極タブ44の幅D2と同じである。他端32cに位置する正極タブ34の幅D4は、他の正極タブ34の幅D4と同じである。
第2実施形態においても、第1実施形態と同様の作用効果が得られる。
(第3実施形態)
図4は、第3実施形態に係る蓄電装置の電極組立体を模式的に示す平面図である。第3実施形態に係る蓄電装置は、電極組立体20に代えて図4に示される電極組立体220を備えること以外は第1実施形態の蓄電装置100と同じ構成を備える。図4には、図1〜図3と同じXYZ直交座標系が示されている。
図4は、第3実施形態に係る蓄電装置の電極組立体を模式的に示す平面図である。第3実施形態に係る蓄電装置は、電極組立体20に代えて図4に示される電極組立体220を備えること以外は第1実施形態の蓄電装置100と同じ構成を備える。図4には、図1〜図3と同じXYZ直交座標系が示されている。
電極組立体220は、複数の正極タブ34及び複数の負極タブ44に代えて1つの正極タブ234及び複数の負極タブ244を備えること以外は電極組立体20と同じ構成を備える。電極組立体220では、複数の負極タブ244が、正極本体32の縁32aの両端32b,32cに配置され、正極タブ234が複数の負極タブ244間に配置される。各負極タブ244の幅D5は、正極タブ234の幅D6よりも大きく、例えば幅D6の2倍である。
第3実施形態では、負極40が複数の負極タブ244を有しているので、負極40においても、電流を複数の負極タブ244に分散することができる。そのため、1つの負極タブ244に電流が集中することを抑制できる。したがって、負極40における電流分布のムラを比較的小さくすることができる。
(第4実施形態)
図5は、第4実施形態に係る蓄電装置の電極組立体を模式的に示す平面図である。第4実施形態に係る蓄電装置は、電極組立体20に代えて図5に示される電極組立体320を備えること以外は第1実施形態の蓄電装置100と同じ構成を備える。図5には、図1〜図4と同じXYZ直交座標系が示されている。
図5は、第4実施形態に係る蓄電装置の電極組立体を模式的に示す平面図である。第4実施形態に係る蓄電装置は、電極組立体20に代えて図5に示される電極組立体320を備えること以外は第1実施形態の蓄電装置100と同じ構成を備える。図5には、図1〜図4と同じXYZ直交座標系が示されている。
電極組立体320は、複数の正極タブ334が、正極本体32の縁32aの両端32b,32cに配置され、負極タブ344が複数の正極タブ334間に配置されること以外は第3実施形態の電極組立体220と同じ構成を備える。
電極組立体320では、各正極タブ334の幅D7が、負極タブ344の幅D8よりも大きく、例えば幅D8の2倍である。
第4実施形態では、正極30が複数の正極タブ334を有しているので、正極30において、電流を複数の正極タブ334に分散することができる。そのため、1つの正極タブ334に電流が集中することを抑制できる。したがって、正極30における電流分布のムラを比較的小さくすることができる。正極30の方が負極40と比べて、Y軸方向電気抵抗のX軸方向電気抵抗に対する割合が小さいので、X軸方向に電流が偏り易く、通常、正極30の方がX軸方向に反応ムラ(電流分布のムラ)が大きくなる。そのため、正極タブ334の幅D7が負極タブ344の幅D8よりも大きいと、反応ムラを小さくすることができる。
図6及び図7は、正極におけるSOC(State Of Charge)の分布のシミュレーション結果の例を示す図である。図6は、第1実施形態の電極組立体20のシミュレーション結果の例を示す。図7は、第2実施形態の電極組立体120のシミュレーション結果の例を示す。図6及び図7に示されるシミュレーション結果の例は、Newmanモデルを用いた電気化学シミュレーションにより得られる。図6及び図7に示される正極のSOCの値(%)は、初期の満充電容量を100%として6.5A放電した時の値である。
図6の例では、各正極タブ34近傍の領域におけるSOCの値が50.88%と最小値になっている。SOCの値は、各正極タブ34から離れるに連れて徐々に大きくなるように変化している。正極本体32を挟んで各負極タブ44とは反対側の領域(正極タブ34から最も離れた位置)におけるSOCの値が58.62%と最大値になっている。すなわち、正極本体32において、各正極タブ34近傍の領域では反応が比較的進んでおり、正極本体32を挟んで各負極タブ44とは反対側の領域では反応が比較的進んでいないことが分かる。
図7の例では、正極本体32の縁32aの他端32cに位置する正極タブ34近傍の領域におけるSOCの値が49.03%と最小値になっている。SOCの値は、各正極タブ34から離れるに連れてSOCの値が徐々に大きくなるように変化している。正極本体32を挟んで、正極本体32の縁32aの一端32bに位置する負極タブ44と反対側の領域(正極本体32を挟んで他端32cと対角に位置する領域)におけるSOCの値が58.77%と最大値になっている。
図6の例では、図7の例に比べて、正極におけるSOCの値のバラつき(最大値と最小値との差)が小さくなっている。よって、図6の例では、図7の例に比べて、正極における電流分布のムラが小さい。また、図6の例では、両端32b,32cよりも内側に位置する正極タブ34及び負極タブ44の中心軸Axに対して、正極における電流分布がほぼ左右対称になっている。
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば、各実施形態の蓄電装置は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池であってもよいし、例えば電気二重層キャパシタ等であってもよい。
20,120,220,320…電極組立体、30…正極、32…正極本体、32a,42a…縁、32b,42b…一端、32c,42c…他端、34,234,334…正極タブ、40…負極、42…負極本体、44,244,344…負極タブ、50…セパレータ、100…蓄電装置。
Claims (9)
- シート状の正極とシート状の負極とがセパレータを介して交互に積層された積層型の電極組立体を備え、
前記正極は、正極本体と、前記正極本体の縁から突出する少なくとも1つの正極タブと、を有し、
前記負極は、負極本体と、前記負極本体の縁から突出する少なくとも1つの負極タブと、を有し、
前記少なくとも1つの正極タブ及び前記少なくとも1つの負極タブは、前記電極組立体における同じ側に突出しており、
前記少なくとも1つの正極タブ及び前記少なくとも1つの負極タブのうちの少なくとも一方が、複数のタブである、蓄電装置。 - 前記正極が、複数の正極タブを有する、請求項1に記載の蓄電装置。
- 前記負極が、複数の負極タブを有する、請求項2に記載の蓄電装置。
- 前記複数の正極タブの数が、前記複数の負極タブの数と同じである、請求項3に記載の蓄電装置。
- 前記正極及び前記負極の積層方向から見て、前記少なくとも1つの正極タブ及び前記少なくとも1つの負極タブのうちの1つのタブが、前記正極本体の前記縁における一端に位置しており、
前記一端に位置する前記1つのタブの幅が、前記少なくとも1つの正極タブ及び前記少なくとも1つの負極タブのうちの他の1つのタブの幅と異なっている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の蓄電装置。 - 前記正極及び前記負極の積層方向から見て、前記少なくとも1つの正極タブ及び前記少なくとも1つの負極タブのうちの2つのタブが、前記正極本体の前記縁における両端にそれぞれ位置しており、
前記両端に位置する前記2つのタブの幅のそれぞれが、前記少なくとも1つの正極タブ及び前記少なくとも1つの負極タブのうちの他の1つのタブの幅と異なっている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の蓄電装置。 - 前記両端に位置する前記2つのタブの幅のそれぞれが、前記少なくとも1つの正極タブ及び前記少なくとも1つの負極タブのうちの他の1つのタブの幅よりも小さい、請求項6に記載の蓄電装置。
- 前記両端に位置する前記2つのタブの幅のそれぞれが、前記少なくとも1つの正極タブ及び前記少なくとも1つの負極タブのうちの他のタブの幅の半分である、請求項7に記載の蓄電装置。
- 前記蓄電装置がニッケル水素二次電池である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の蓄電装置。
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JP (1) | JP2017216105A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023134480A1 (zh) * | 2022-01-12 | 2023-07-20 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电极组件、电池单体、电池及用电设备 |
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2016
- 2016-05-31 JP JP2016108384A patent/JP2017216105A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2023134480A1 (zh) * | 2022-01-12 | 2023-07-20 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电极组件、电池单体、电池及用电设备 |
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