JP2019087324A - 蓄電素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極とセパレータの位置ずれを抑制した蓄電素子の提供。【解決手段】セパレータを含む第一部材21と、第一の電極を含む第二部材22と、を有する電極体、を備え、第一部材21は、第一方向における一方側が開放するように、第一部材21が折り返された折り返し部を有し、折り返し部の内側には、第二部材22が配置され、前記折り返し部は、前記折り返し部の互いに対向する部位の少なくとも一部同士が接合した接合部210,211を含み、接合部210,211は、第二部材22の前記第一方向における一方側の端縁22Aよりも前記第一方向における一方側、及び、第二部材22の前記折り返し部の折り目方向である第二方向における一方側の端縁22Bよりも前記第二方向における一方側のうち少なくとも一方に配置されている蓄電素子。【選択図】図9
Description
本発明は、電極とセパレータとを有する電極体を備えた蓄電素子に関する。
従来、セパレータと正極及び負極の一方とが重ねられた状態でつづら折りされて積層されているリチウムイオン二次電池(以下、単に「電池」と称する)が知られている(例えば、特許文献1参照)。具体的に、この電池は、図21に示すように、つづら折りされた正極−セパレータ体120と負極124とを組み合わせて構成された積層体を備える。
正極−セパレータ体120は、正極集電体と正極活物質層とにより構成される正極122を含む。また、正極−セパレータ体120は、溶着部と、溶着部間に位置する直線状の未溶着部と、を有する。さらに、正極−セパレータ体120は、未溶着部に折り目が位置するようつづら折りされている。正極−セパレータ体120を製造する際には、まず、帯状のセパレータ125を複数準備し、隣り合うセパレータ125の端部を溶着し、正極122を溶着部に沿って装填すればよい。
負極124は、負極集電体と負極活物質層とにより構成される。また、負極124は、正極−セパレータ体120の間に配置されている。
ところで、前記積層体を備えた電池では、負極124の周辺には、正極−セパレータ体120に対する折り目と反対側への相対移動や折り目の方向での相対移動を規制するような構成が何ら存在しないため、負極24の正極−セパレータ体120に対するこのような相対移動は規制されない。これにより、前記電池では、振動等によって、負極24と正極−セパレータ体120との相対位置が想定された位置からずれることがある。例えば、負極124が正極−セパレータ体120に対して折り目の反対側にずれていると、積層体をケース等に収容する際に負極124が損傷するおそれがある。
そこで、本実施形態は、セパレータを含む部材を折り返した折り返し部を有する蓄電素子であって、電極とセパレータとの位置ずれを抑制した蓄電素子を提供することを目的とする。
本実施形態の蓄電素子は、
セパレータを含む第一部材と、第一の電極を含む第二部材と、を有する電極体、を備え、
前記第一部材は、第一方向における一方側が開放するように、前記第一部材が折り返された折り返し部を有し、
前記折り返し部の内側には、前記第二部材が配置され、
前記折り返し部は、前記折り返し部の互いに対向する部位の少なくとも一部同士が接合した接合部を含み、
前記接合部は、前記第二部材の前記第一方向における一方側の端縁よりも前記第一方向における一方側、及び、前記第二部材の前記折り返し部の折り目方向である第二方向における一方側の端縁よりも前記第二方向における一方側のうち少なくとも一方に配置されている。
セパレータを含む第一部材と、第一の電極を含む第二部材と、を有する電極体、を備え、
前記第一部材は、第一方向における一方側が開放するように、前記第一部材が折り返された折り返し部を有し、
前記折り返し部の内側には、前記第二部材が配置され、
前記折り返し部は、前記折り返し部の互いに対向する部位の少なくとも一部同士が接合した接合部を含み、
前記接合部は、前記第二部材の前記第一方向における一方側の端縁よりも前記第一方向における一方側、及び、前記第二部材の前記折り返し部の折り目方向である第二方向における一方側の端縁よりも前記第二方向における一方側のうち少なくとも一方に配置されている。
かかる構成によれば、折り返し部の接合部が、折り返し部の開放側における第二部材の端縁や、折目方向における第二部材の端縁よりも外側に位置しているため、第二部材の移動(開放側や折り目方向における移動)を抑制でき、第一の電極はセパレータに対して位置ずれしにくい。
前記蓄電素子では、
前記第一部材は、金属箔を含み、
前記接合部では、前記セパレータ及び前記金属箔がかしめ接合されていてもよい。
前記第一部材は、金属箔を含み、
前記接合部では、前記セパレータ及び前記金属箔がかしめ接合されていてもよい。
かかる構成によれば、セパレータと金属箔とをまとめてかしめ接合することで、接合部の接合が強固になるため、第一の電極のセパレータに対する位置ずれをより防ぐことができる。
前記蓄電素子では、
前記第一部材は、前記セパレータに重ねられ且つ前記第一の電極と極性の異なる第二の電極を含み、
前記第二の電極は、前記金属箔を含み、
前記接合部では、前記第二の電極が前記金属箔を露出させていてもよい。
前記第一部材は、前記セパレータに重ねられ且つ前記第一の電極と極性の異なる第二の電極を含み、
前記第二の電極は、前記金属箔を含み、
前記接合部では、前記第二の電極が前記金属箔を露出させていてもよい。
かかる構成によれば、第二の電極の一部をかしめ接合に利用することができる。
本実施形態の蓄電素子によれば、セパレータを含む部材を折り返した折り返し部を有する蓄電素子であって、電極とセパレータとの位置ずれを抑制した蓄電素子を提供できる。
以下、本発明に係る蓄電素子の一実施形態について、図1〜図11を参照しつつ説明する。蓄電素子には、一次電池、二次電池、キャパシタ等がある。本実施形態では、蓄電素子の一例として、充放電可能な二次電池について説明する。尚、本実施形態の各構成部材(各構成要素)の名称は、本実施形態におけるものであり、背景技術における各構成部材(各構成要素)の名称と異なる場合がある。
本実施形態の蓄電素子は、非水電解質二次電池である。より詳しくは、蓄電素子は、リチウムイオンの移動に伴って生じる電子移動を利用したリチウムイオン二次電池である。この種の蓄電素子は、電気エネルギーを供給する。蓄電素子は、単一又は複数で使用される。具体的に、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧が小さいときには、単一で使用される。一方、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧の少なくとも一方が大きいときには、他の蓄電素子と組み合わされて蓄電装置に用いられる。前記蓄電装置では、該蓄電装置に用いられる蓄電素子が電気エネルギーを供給する。
蓄電素子は、図1〜図5に示すように、第一部材21と第二部材22とを有する電極体2を備える。本実施形態の蓄電素子1は、電解液と、電極体2及び電解液を収容するケース3と、少なくとも一部が外部に露出した状態でケース3に取り付けられる外部端子4と、電極体2と外部端子4とを接続する集電体5と、電極体2とケース3との間に配置される絶縁部材6等も備える。
本実施形態の電極体2では、第二部材22は、第一の電極で構成されている。また、第一部材21は、第一の電極22と極性の異なる第二の電極24と、セパレータ25と、を含む。第一の電極22は正極であり、第二の電極24は負極である。
また、本実施形態の電極体2では、正極22は枚葉状(短冊状)である。負極24及びセパレータ25は、それぞれ長尺の帯状をしており、互いに重ねられた状態で折り返された折り返し部23を有する。折り返し部23の内側には、正極22が配置されている。尚、各図においては、構造を示すために、電極体2を構成する電極等の厚さを誇張して表す等、電極体2の構成を模式的に表している。
本実施形態の第一部材21は、図4〜図7に示すように、一対の延在部233と、延在部233の延びる方向における一方側の端縁同士を接続する接続部234とを含む折り返し部23を有する。本実施形態の折り返し部23では、延在部233は略平坦な平坦部であり、接続部234は湾曲したターン部である。具体的に、第一部材21は、複数の折り返し部23を有するつづら折り状態(蛇腹状)に折り畳まれている。換言すると、第一部材21は、ターン部234を反対に向けた状態で隣り合う折り返し部23同士がその一部を共通させた状態で連続するつづら折り状態である。尚、折り返し部23の内側には、正極22が配置されているため、負極24におけるX軸方向において隣り合う部位(負極24の延在部233を構成する部位)に正極22が挟まれる。
本実施形態の第一部材21では、複数の折り返し部23が、一対の平坦部233の延びる方向を揃えた状態で、一対の平坦部233が並ぶ方向に並んで設けられる。具体的に、一対の平坦部233は、図6に示すように、谷折り面231及び山折り面232(即ち、谷折り面231と反対側の面)をそれぞれ有し且つ谷折り面231同士を対向させている。また、一つの折り返し部(第一折り返し部)23Aに着目したときに、第一折り返し部23Aと、その隣(図7における後ろ側)の折り返し部(第二折り返し部)23Bとでは、第一折り返し部23Aのターン部234Aと、第二折り返し部23Bのターン部234Bとの間の平坦部233A、233Bを共通させている。これにより、第一折り返し部23Aと第二折り返し部23Bとは、平坦部233が延びる方向における反対側に配置されている。
以下では、平坦部233が並ぶ方向(負極24が正極22を挟む方向)を直交座標系におけるX軸方向(第三方向)とし、平坦部233が延びる方向(図6における左右方向)を直交座標系におけるY軸方向(第一方向)とし、ターン部234のターン軸Sの延びる方向(折り返し部23の折り目方向、図6における上下方向)を直交座標系のZ軸方向(第二方向)とする。
本実施形態の第一部材21では、帯状の第一部材21が長尺方向において所定間隔で交互に折り返されることによって、平坦部233とターン部234とが交互に形成されている。具体的に、長尺な負極24及び長尺なセパレータ25が、互いに重ねられた状態で、山折りと谷折りとが交互に繰り返されることによって、つづら折り状態となる。これにより、第一部材21は、複数の平坦部233と複数のターン部234とを有し、複数の平坦部233のそれぞれは、平行若しくは略平行に並び、複数のターン部234のそれぞれは、隣り合う平坦部233の前記長尺方向の一端側の端部同士と他端側の端部同士とを交互に接続している。
複数の平坦部233のそれぞれは、矩形状の平坦部本体2331と、平坦部本体2331の矩形状の輪郭を構成する一辺から突出する(本実施形態の例では、Z軸方向の端縁からZ軸方向に延びる)平坦部タブ2332と、を有する(図6及び図7参照)。
本実施形態の平坦部233の平坦部本体2331は、Y軸方向に長い矩形状である。また、平坦部本体2331は、負極24及びセパレータ25で構成される。尚、平坦部本体2331では、負極24は、セパレータ25よりもY−Z面(Y軸とZ軸とを含む平面)方向において小さい。具体的に、セパレータ25の平坦部本体2331を構成する部位は、負極24の平坦部本体2331を構成する部位よりも、Z軸方向の一方側及び他方側のいずれにおいても外側まで延びている。換言すると、セパレータ25の平坦部本体2331を構成する部位のZ軸方向の一方側の端縁は、負極24の平坦部本体2331を構成する部位のZ軸方向の一方側の端縁よりも、Z軸方向における一方側に位置するとともに、セパレータ25の平坦部本体2331を構成する部位のZ軸方向の他方側の端縁は、負極24の平坦部本体2331を構成する部位のZ軸方向の他方側の端縁よりも、Z軸方向における他方側に位置している。平坦部タブ2332は、Z軸方向に長い矩形状である。また、平坦部タブ2332は、負極24のみで構成される。
つづら折り状態の第一部材21において、各平坦部233の平坦部タブ2332は、X軸方向から見て重なっている。本実施形態の第一部材21では、各平坦部タブ2332は、平坦部本体2331のZ軸方向の他方(図6における上側)の端縁におけるY軸方向の他方(図6における左側)の端部からZ軸方向に延びている。この複数の平坦部本体2331のそれぞれから延びている平坦部タブ2332は、束ねられ、集電体5を介して外部端子4と接続されている(図3参照)。本実施形態の平坦部タブ2332の束は、集電体5に溶接されている。
複数のターン部234のそれぞれは、つづら折り状態の第一部材21において、Z軸方向に延びるターン軸S(図6参照)周りで帯状の第一部材21が旋回(方向転換)している部位である。換言すると、複数のターン部234のそれぞれは、湾曲している部位である。本実施形態のターン部234は、第一部材21の湾曲の開始位置よりも外側の部位である。尚、本実施形態の一対の平坦部233は、折り返し部23のうちターン部234を除く部位、換言すると、第一部材21の湾曲の開始位置より内側の部位である。本実施形態の第一部材21では、各ターン部234は、負極24及びセパレータ25で構成される。尚、各ターン部234においても、負極24は、セパレータ25よりもY−Z面(Y軸とZ軸とを含む平面)方向において小さい。
負極24は、図8に示すように、金属箔241と、金属箔241の両面のそれぞれに重ねられる負極活物質層242と、を有する。即ち、負極24は、一つの金属箔241と一対の負極活物質層242とを有する。本実施形態の金属箔241は、例えば、銅箔である。
負極活物質層242は、負極活物質と、バインダーと、を有する。
負極活物質は、例えば、グラファイト、難黒鉛化炭素、及び易黒鉛化炭素などの炭素材、又は、ケイ素(Si)及び錫(Sn)などのリチウムイオンと合金化反応を生じる材料である。本実施形態の負極活物質は、グラファイトである。
負極活物質層242に用いられるバインダーは、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、エチレンとビニルアルコールとの共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレンブタジエンゴム(SBR)である。本実施形態のバインダーは、ポリフッ化ビニリデンである。
負極活物質層242は、ケッチェンブラック(登録商標)、アセチレンブラック、黒鉛等の導電助剤をさらに有してもよい。本実施形態の負極活物質層242は、導電助剤を有していない。
本実施形態の負極24は、図8に示す長手方向に所定間隔で交互に設定された山折り線24Aの位置と谷折り線24Bの位置とで山折りと谷折りとが交互に繰り返されることによって、つづら折り状態となる。また、本実施形態の負極24は、長尺状の負極本体243と、負極本体243の一方(図7における上側)の端縁から延びる負極タブ244とを有する。負極本体243の負極タブ244側の部位2430を除く部位2431では、金属箔241の両面が負極活物質層242に覆われている。換言すると、負極本体243の負極タブ244側の部位2430では、金属箔241が露出している(負極本体243の負極タブ244側の部位2430は、負極活物質の未塗工部となっている)。また、負極タブ244においても、金属箔241が露出している。即ち、負極本体243の負極タブ244側の部位2430や負極タブ244は、負極活物質層242を有していない。
さらに、本実施形態のつづら折り状態の負極24において、負極本体243は、Y軸方向に長い矩形状をしている(図6参照)。また、負極本体243のそれぞれから延びている負極タブ244のZ軸方向における他方側の部分が、上述した平坦部タブ2332である。具体的に、負極タブ244のうちセパレータ25が重ねられていない部分(セパレータ25から突出した部分)が、平坦部タブ2332である。
本実施形態のセパレータ25は、図5及び図6に示すように、負極24の一方の面に重ねられる長尺状の第一セパレータ25Aと、負極24の他方の面(一方の面と反対側の面)に重ねられる長尺状の第二セパレータ25Bとを有する。本実施形態のセパレータ25では、第一セパレータ25A及び第二セパレータ25Bは、それぞれ、別体として形成されている。
第一セパレータ25Aは、帯状であり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、ポリアミドなどの多孔質膜によって構成される。本実施形態の第一セパレータ25Aは、SiO2粒子、Al2O3粒子、ベーマイト(アルミナ水和物)等の無機粒子を含んだ無機層を、多孔質膜によって形成された基材の上に設けることで形成されている。本実施形態の第一セパレータ25Aの基材は、例えば、ポリエチレンによって形成される。尚、本実施形態のセパレータ25では、第一セパレータ25Aの構成(形状や材料等)と、第二セパレータ25Bの構成とは同じである。
第一セパレータ25Aは、第一折り返し部23Aにおいて、負極24の外側を覆った状態で、折り返されている。また、第一セパレータ25Aは、第二折り返し部23Bにおいて、負極24の内側を覆った状態で、折り返されている。これにより、第一セパレータ25Aは、負極24に沿った状態で、つづら折り状態に折り畳まれている。
第二セパレータ25Bは、第一折り返し部23Aにおいて、負極24の内側を覆った状態で、折り返されている。また、第二セパレータ25Bは、第二折り返し部23Bにおいて、負極24の外側を覆った状態で、折り返されている。これにより、第二セパレータ25Bは、第一セパレータ25Aと同様に、負極24に沿った状態で、つづら折り状態に折り畳まれている。
以上の構成により、第一セパレータ25Aや第二セパレータ25Bは、正極22と負極24との間に配置される。これにより、電極体2において、正極22と負極24とが互いに絶縁される。尚、第一セパレータ25A及び第二セパレータ25Bは、いずれも、各折り返し部23に連続して配置されている。
また、第一セパレータ25A及び第二セパレータ25Bは、いずれも、ケース3内において、電解液を保持する。これにより、蓄電素子1の充放電時において、第一セパレータ25Aや第二セパレータ25Bを挟んで対向する正極22と負極24との間を、リチウムイオンが移動可能となる。
折り返し部23は、図4、図9、及び図11にも示すように、折り返し部23の互いに対向する部位の少なくとも一部同士が接合した接合部210、211を含む。本実施形態の接合部210は、Z軸方向の一方側に配置されている。また、接合部210は、正極22のZ軸方向における一方側の端縁22AよりもZ軸方向における一方側に配置されている(図9参照)。本実施形態の接合部211は、Z軸方向の他方側に配置されている。また、接合部211は、正極22のZ軸方向における他方側の端縁22BよりもZ軸方向における他方側に位置している。尚、正極22のZ軸方向における端縁は、後述する正極本体223のZ軸方向における端縁である。
本実施形態の接合部210は、折り返し部23のZ軸方向における一方側の端部に、Y軸方向において間隔をあけて三つ配置されている。接合部210は、それぞれ、ドット状(点状)をしている。具体的に、接合部210は、折り返し部23のY軸方向における両端に位置するターン部234A、234Bの両方に配置されると共に、平坦部233の中央にも配置されている。換言すると、接合部210は、Y軸方向における一方側に位置する接合部210Aと、Y軸方向における中央に位置する接合部210Bと、Y軸方向における他方側に位置する接合部210Cと、を含む。
また、本実施形態の接合部210では、負極24の金属箔241及びセパレータ25がかしめ接合(クリンチ接合)されている(図10参照)。具体的に、接合部210では、隣り合う第一部材21において、二枚の金属箔241と、各金属箔241の両面に重なる合計4枚のセパレータ25と、がかしめ接合されている。このかしめ接合は、例えば、TOX(登録商標)により行われている。
この場合、接合部210の第一部材21のX軸方向における厚みは、接合部210を囲む領域の第一部材21のX軸方向における厚みよりも薄い。換言すると、接合部210における第一部材21の厚み(第一部材21のX軸方向における厚み)の合計T1は、接合部210を囲む領域における第一部材21の厚み(第一部材21のX軸方向における厚み)の合計T2より薄い(図9参照)。具体的に、接合部210における金属箔241の厚みとセパレータ25の厚み(金属箔241のX軸方向における厚みとセパレータ25のX軸方向における厚み)との合計T3は、接合部210を囲む領域における金属箔241の厚みとセパレータ25の厚み(金属箔241のX軸方向における厚みとセパレータ25のX軸方向における厚み)との合計T4より薄い(図10参照)。
この場合、接合部210におけるX軸方向の一方側の面が、接合部210を囲む領域と比べて凹むとともに、その反対側(X軸方向の他方側)の面は、接合部210を囲む領域と比べて突出している(凹部と対応して突出している)。
接合部210Aでは、第一折り返し部23Aのターン部234AのX軸方向において互いに対向する部位の少なくとも一部同士が接合している(図4参照)。接合部210Bでは、各折り返し部23を構成する一対の平坦部233のX軸方向において互いに対向する部位の少なくとも一部同士が接合している。接合部210Cでは、第二折り返し部23Bのターン部234BのX軸方向において互いに対向する部位の少なくとも一部同士が接合している。
本実施形態の接合部211は、折り返し部23のZ軸方向における他方側の端部において、Y軸方向の一方側の端縁から他方側の端縁まで長尺状に延びている(図11参照)。換言すると、接合部211は、折り返し部23のZ軸方向における他方側の端部において、折り返し部23の全体に延びている。
また、本実施形態の接合部211では、セパレータ25が溶着されている。具体的に、接合部211では、4枚のセパレータ25が熱溶着されている。この場合、接合部211のセパレータ25のX軸方向における厚みT5は、接合部211と隣接する領域のセパレータ25のX軸方向における厚みT6より薄い。
正極22は、図5に示すように、金属箔221と、金属箔221の両面のそれぞれに重ねられる正極活物質層222と、を有する。即ち、正極22は、一つの金属箔221と一対の正極活物質層222とを有する。本実施形態の金属箔221は、例えば、アルミニウム箔である。この正極22は、つづら折り状態の第一部材21において、X軸方向に隣り合う平坦部233間のそれぞれに配置されている。このため、本実施形態の電極体2は、複数の正極22を有している。
正極活物質層222は、正極活物質と、バインダーと、を有する。
本実施形態の正極活物質は、例えば、リチウム金属酸化物である。具体的に、正極活物質は、例えば、LiaMebOc(Meは、1又は2以上の遷移金属を表す)によって表される複合酸化物(LiaCoyO2、LiaNixO2、LiaMnzO4、LiaNixCoyMnzO2等)、LiaMeb(XOc)d(Meは、1又は2以上の遷移金属を表し、Xは例えばP、Si、B、Vを表す)によって表されるポリアニオン化合物(LiaFebPO4、LiaMnbPO4、LiaMnbSiO4、LiaCobPO4F等)である。本実施形態の正極活物質は、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2である。
正極活物質層222に用いられるバインダーは、負極活物質層242に用いられたバインダーと同様のものである。本実施形態のバインダーは、ポリフッ化ビニリデンである。
正極活物質層222は、ケッチェンブラック(登録商標)、アセチレンブラック、黒鉛等の導電助剤をさらに有してもよい。本実施形態の正極活物質層222は、導電助剤としてアセチレンブラックを有する。
正極本体223における正極活物質層222は、X軸方向に対向する(詳しくは、セパレータ25を介して対向する)負極本体243の平坦部233を構成する部位の負極活物質層242よりY−Z面方向において小さい。即ち、正極本体223の正極活物質層222は、全域において負極本体243の平坦部233を構成する部位の負極活物質層242と対向し、負極本体243の平坦部233を構成する部位の負極活物質層242は、周縁部を除いた領域において正極本体223の正極活物質層222と対向する。
電極体2において、各正極22の正極タブ224は、X軸方向から見て重なっている。本実施形態の正極22では、各正極タブ224は、正極本体223のZ軸方向の一方(図5における上側)の端縁におけるY軸方向の一方(平坦部本体2331に対する平坦部タブ2332の位置とは反対側:図5における左側)の端部からZ軸方向に延びている。この複数の正極本体223のそれぞれから延びている正極タブ224は、束ねられ、集電体5を介して外部端子4と接続されている。本実施形態の正極タブ224の束は、平坦部タブ2332の束(負極タブ244の束)と同様に、集電体5に溶接されている(図3参照)。
尚、本実施形態の電極体2は、例えば、以下のような工程を経て製造される。上述のように、長尺な負極24及び長尺なセパレータ25が、互いに重ねられた状態で、山折りと谷折りと、が交互に繰り返されることによって、つづら折り状態の第一部材21(折り返し部23を有する第一部材21)を形成する。次に、第一部材21の折り返し部23の内側に、それぞれ正極22を配置する。さらに、第一部材21に含まれる全ての折り返し部23のZ軸方向における一方側の端部において、接合部210となる部位(第一折り返し部23Aのターン部234AのX軸方向において互いに対向する部位の少なくとも一部同士、一対の平坦部233のX軸方向において互いに対向する部位の少なくとも一部同士、及び、第二折り返し部23Bのターン部234BのX軸方向において互いに対向する部位の少なくとも一部同士)を、まとめてかしめ接合することで、接合部210を形成する。また、第一部材21に含まれる折り返し部23のZ軸方向における他方側の端部において熱溶着を行うことで、接合部211を形成する。
図1〜図3に戻り、ケース3は、開口を有するケース本体31と、ケース本体31の開口を塞ぐ(閉じる)蓋板32と、を有する。このケース3では、ケース本体31と蓋板32とによって内部空間が画定される。ケース3は、この内部空間に、電極体2と共に電解液を収容する。このため、ケース3は、電解液に耐性を有する金属によって形成される。本実施形態のケース3は、例えば、アルミニウム、又は、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料によって形成される。
ケース本体31は、板状の閉塞部311と、閉塞部311の周縁に接続される筒状の胴部(周壁)312と、を備える。
閉塞部311は、ケース本体31が開口を上に向けた姿勢で配置されたときにケース本体31の下端(底)に位置する(即ち、前記開口が上を向いたときのケース本体31の底壁部となる)部位である。本実施形態の閉塞部311は、矩形状である。
胴部312は、角筒形状、より詳しくは、偏平な角筒形状を有する。胴部312は、閉塞部311の周縁における長辺から延びる一対の長壁部313と、閉塞部311の周縁における短辺から延びる一対の短壁部314とを有する。短壁部314が一対の長壁部313の対応(詳しくは、X軸方向に対向)する端部同士をそれぞれ接続することによって、角筒状の胴部312が形成される。
以上のように、ケース本体31は、開口方向(Z軸方向)における一方の端部が塞がれた角筒形状(即ち、有底角筒形状)を有する。このケース本体31には、負極24の各平坦部233が長壁部313と平行(略平行)となる(即ち、各ターン部234が短壁部314と対向する)ように、電極体2が収容される(図2参照)。
蓋板32は、ケース本体31の開口を塞ぐ部材である。この蓋板32の輪郭形状は、ケース本体31の開口周縁部310に対応した形状である。即ち、蓋板32は、X軸方向に長い矩形状の板材である。
外部端子4は、他の蓄電素子の外部端子又は外部機器等と電気的に接続される部位である。このため、外部端子4は、導電性を有する部材によって形成される。また、外部端子4は、溶接性の高い金属材料によって形成される。例えば、正極の外部端子4は、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料によって形成され、負極の外部端子4は、銅又は銅合金等の銅系金属材料によって形成される。本実施形態の外部端子4は、少なくとも一部がケース3の外部に露出した状態で蓋板32に取り付けられる。
絶縁部材6は、絶縁性を有する樹脂によって形成されている。具体的に、絶縁部材6は、所定の形状に裁断された絶縁性を有するシート状の部材を折り曲げることによって蓋板32側が開口した袋状に形成されている(図2参照)。本実施形態の絶縁部材6は、ケース本体31に沿った形の袋状である。この袋状の絶縁部材6には、折り返し部23の延在部233及び正極22が絶縁部材6における長壁部313と対応する部位(X軸方向に対向する壁状の部位)と略平行となり、各ターン部234が絶縁部材6における短壁部314と対応する部位(Y軸方向に対向する壁状の部位)と対向するように、電極体2が収容される。
以上の蓄電素子1によれば、折り返し部23の接合部210が、Z軸方向における正極22の端縁22Aよりも外側に位置するとともに、折り返し部23の接合部211が、Z軸方向における正極22の端縁22Bよりも外側に位置している。そのため、正極22の移動(Z軸方向における移動)を抑制でき、正極22はセパレータ25に対して位置ずれしにくい。
また、第一の電極のセパレータに対する位置ずれを確実に防ぎたいという要請に対して、本実施形態の電極体2では、セパレータ25と負極24の金属箔241とをまとめてかしめ接合することで、接合部210の接合が強固になるため、正極22のセパレータ25に対する位置ずれをより防ぐことができる。
さらに、本実施形態の電極体2では、負極24の一部である金属箔241をかしめ接合に利用することができる。
本実施形態の電極体2では、接合部210Aにおいて、X軸方向に並ぶターン部234A同士が接合されるとともに、接合部210Cにおいて、X軸方向に並ぶターン部234B同士が接合されている。また、接合部210A、210Cでは、負極24の金属箔241とセパレータ25とが接合されている。そのため、長尺状の負極24と長尺状のセパレータ25とを重ねた状態で折り返した場合に、負極24からセパレータ25が剥がれやすいターン部234においても、負極24にセパレータ25を固定することができる。
また、本実施形態の電極体2では、接合部210、211が折り返し部23のZ軸方向における端部に位置するため、接合部が折り返し部23の端部以外の領域(例えば、中央の領域)に位置する構成よりも、折り返し部23の内側に配置される正極22の面積を広くすることができ、正極22と負極24との対向面積が小さくなることを抑制できる。
尚、本発明の蓄電素子は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。
例えば、接合部は、正極22のZ軸方向における端縁22Aや端縁22Bの外側に配置されるだけでなく、正極22のY軸方向における端縁の外側に配置されていてもよい。
具体的に、折り返し部23は、図12及び図14に示すように、第一折り返し部23Aのターン部234AのX軸方向において互いに対向する部位の少なくとも一部同士が接合した接合部212であって、正極22のY軸方向における一方側の端縁22CよりもY軸方向における一方側に配置された接合部212を含んでいてもよい。本実施形態の接合部212は、Z軸方向における一方側に配置された接合部212A、Z軸方向における他方側に配置された接合部212C、及び、接合部212A、212Cの間に配置された接合部212Bを含んでもよい。接合部212は、それぞれ、ドット状(点状)をしていてもよい。また、折り返し部23は、第二折り返し部23Bのターン部234BのX軸方向において互いに対向する部位の少なくとも一部同士が接合した接合部213であって、正極22のY軸方向における他方側の端縁22CよりもY軸方向における他方側に配置された接合部213を含んでいてもよい。
この場合、負極24は、図13に示すように、山折り線24Aの位置と谷折り線24Bの位置周辺で、負極活物質層242を含まず金属箔241を露出していてもよい。これにより、図15に示すように、接合部212では、負極24の金属箔241とセパレータ25と、がかしめ接合されていてもよい。同様に、接合部213(例えば、接合部213A、213B、213C)においても、負極24の金属箔241とセパレータ25と、がかしめ接合されていてもよい。
この構成では、折り返し部23の接合部212が、Y軸方向における正極22の端縁22Cよりも外側に位置しているため(図14参照)、Y軸方向における一方側への正極22の移動を抑制でき、正極22はセパレータ25に対して位置ずれしにくい。また、折り返し部23の接合部213が、Y軸方向における正極22の端縁22Dよりも外側に位置しているため、Y軸方向における他方側への正極22の移動を抑制でき、正極22はセパレータ25に対して位置ずれしにくい。
このように、第一折り返し部23Aのターン部234A、及び、第二折り返し部23Bのターン部234A側のいずれにも接合部が配置されているため、正極22はセパレータ25に対して、Y軸方向における一方側及び他方側のいずれにおいても位置ずれしにくい。
この構成の電極体2を製造する際には、まず、つづら折り状態の第一部材21(折り返し部23を有する第一部材21)を準備し、第一部材21の折り返し部23の内側に、それぞれ、正極22を配置すればよい。さらに、第一部材21に含まれる全ての折り返し部23において、接合部212、213を形成すればよい。具体的に、全ての第一折り返し部23Aのターン部234Aの接合部212となる部位(第一折り返し部23Aのターン部234AのX軸方向において互いに対向する部位の少なくとも一部同士)を同時にまとめてかしめ接合することで、まとめて接合部212を形成した後に、全ての第二折り返し部23Bのターン部234Aの接合部213となる部位(第二折り返し部23Bのターン部234BのX軸方向において互いに対向する部位の少なくとも一部同士)を同時にまとめてかしめ接合することで、まとめて接合部213を形成すればよい。尚、全ての第一折り返し部23Aのターン部234Aの接合部212となる部位と、全ての第二折り返し部23Bのターン部234Aの接合部213となる部位とを同時にまとめてかしめ接合することで、まとめて接合部212、213を形成してもよい。
上記実施形態の蓄電素子1では、正極22のZ軸方向における一方側の端縁22A及び他方側の端縁22Bの外側の両方に接合部が配置されていたが、正極22のZ軸方向における一方側の端縁22A及び他方側の端縁22Bの外側のうちの一方に接合部が配置されていてもよい。また、正極22のZ軸方向における一方側の端縁22Aの外側、正極22のZ軸方向における他方側の端縁22Bの外側、正極22のY軸方向における一方側の端縁22Cの外側、及び、正極22のY軸方向における他方側の端縁22Dの外側のうち少なくともいずれか一つに接合部が配置されてもよい。
上記実施形態の蓄電素子1を製造する際には、つづら折り状態の第一部材21を準備し、折り返し部23の内側に正極22を配置した後に、全ての折り返し部23において接合部をまとめて形成していたが、各折り返し部23に正極22を配置する度に各接合部を形成するとの工程を繰り返してもよい。また、一つの接合部を形成した後にこの接合部に対応する折り返し部23の内側に正極22を配置するとの工程を繰り返してもよい。全ての折り返し部23において接合部をまとめて形成した後に、全ての折り返し部23の内側に正極22をまとめて配置してもよい。このような場合、全ての接合部を形成され且つ全ての折り返し部23の内側に正極22を配置した後に、再び全ての接合部をまとめて接合してもよい。
例えば、図16に示すように、つづら折り状態の第一部材21の第一折り返し部23Aに正極22をY軸方向における他方側から一方側に差し込むことで、第一折り返し部23Aの内側に正極22を配置し、接合部を形成した後、この第一折り返し部23AとX軸方向において並ぶ第二折り返し部23Bに正極22をY軸方向における一方側から他方側に差し込むことで、第二折り返し部23Bの内側に正極22を配置して接合部を形成する、との工程を繰り返すことで、電極体2を製造してもよい。
また、正極22は、Y軸方向以外にZ軸方向に差し込まれることで、折り返し部23の内側に配置されてもよい。例えば、図17に示すように、正極22は、Z軸方向における一方側から他方側に折り返し部23に差し込まれることで、折り返し部23の内側に配置されてもよい。この製造方法では、接合部212は、製造後の電極体2において正極22のセパレータ25に対する位置ずれを防止することに加えて、折り返し部23に正極22を差し込む際のガイドとなる。さらに、負極本体243の負極タブ244側の部位2430では、金属箔241が露出していたが(負極本体243の負極タブ244側の部位2430は、負極活物質の未塗工部となっていたが)、負極本体243全体において、金属箔241の両面が負極活物質層242に覆われていてもよい。この場合、接合部は負極活物質層242を含む領域に形成されていてもよい(例えば、負極活物質層242を含んでかしめ接合されてもよいし、負極活物質層242を含む領域において熱溶着により接合部が形成されていてもよい)。
上記実施形態の蓄電素子1では、接合部は、かしめ接合又は熱溶着により形成されていたが、針なしステープラ、接着剤による接着等により形成されていてもよい。
上記実施形態の電極体2では、第一セパレータ25Aと第二セパレータ25Bとが別体として形成されていたが、これらが一体的に形成されていてもよい。また、セパレータ25は、負極24の両面のうち少なくとも一方に重ねられていてもよい。
また、上記実施形態の蓄電素子1では、負極24及びセパレータ25で構成される第一部材21がつづら折り状態で、正極のみで構成される第二部材22が枚葉状(短冊状)であるが、この構成に限定されない。第一部材21は、つづら折り状態でなくてもよく、少なくとも一つの折り返し部23を有していればよい。第一部材21は、例えば、互いに離間した複数の折り返し部23を有していてもよい。この場合に、各折り返し部の内側に第二部材26が配置されていてもよい。また、正極22及びセパレータ25で構成される第一部材21がつづら折り状態で、負極24が枚葉状であってもよい。
さらに、図18及び図19に示すように、セパレータ25のみで構成される第一部材21がつづら折り状態で、正極22及び負極24が枚葉状であってもよい。この場合、接合部212が、正極22のY軸方向における一方側の端縁22Cよりも、Y軸方向における一方側に位置し、接合部213が、負極のY軸方向における他方側の端縁24Dよりも、Y軸方向における他方側に位置していてもよい。この場合においても、正極22や負極24がセパレータ25に対して位置ずれしにくい。また、例えば、セパレータ25のみで構成される第一部材21を用いる場合にも、接合部が、接着剤(例えば、ドット状に塗布された接着剤)により形成されていてもよい。
尚、上記実施形態のセパレータ25は、各折り返し部23を構成していたが、少なくとも正極22と負極24との間に配置されていればよい。換言すると、セパレータ25は、少なくとも平坦部233を構成していればよい。
上記実施形態においては、蓄電素子が充放電可能な非水電解質二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)として用いられる場合について説明したが、蓄電素子の種類や大きさ(容量)は任意である。また、上記実施形態において、蓄電素子の一例として、リチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明は、種々の二次電池、その他、一次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタの蓄電素子にも適用可能である。
蓄電素子(例えば電池)1は、図20に示すような蓄電装置(蓄電素子が電池の場合は電池モジュール)11に用いられてもよい。蓄電装置11は、少なくとも二つの蓄電素子1と、二つの(異なる)蓄電素子1同士を電気的に接続するバスバ部材12と、を有する。この場合、本発明の技術が少なくとも一つの蓄電素子1に適用されていればよい。
1…蓄電素子、2…電極体、21…第一部材、22…正極、第一の電極、第二部材、22A、22B、22C、22D…端縁、221…金属箔、222…正極活物質層、223…正極本体、224…正極タブ、23…折り返し部、23A…第一折り返し部、23B…第二折り返し部、231…谷折り面、232…山折り面、233、233A、233B…延在部、平坦部、234…接続部、ターン部、S…ターン軸、24…負極、第二の電極、24A…山折り線、24B…谷折り線、24D…端縁、241…金属箔、242…負極活物質層、243…負極本体、244…負極タブ、25…セパレータ、25A…第一セパレータ、25B…第二セパレータ、3…ケース、31…ケース本体、310…開口周縁部、311…閉塞部、312…胴部、313…長壁部、314…短壁部、32…蓋板、4…外部端子、5…集電体、6…絶縁部材、11…蓄電装置、12…バスバ部材、120…正極−セパレータ体、122…正極、124…負極、125…セパレータ
Claims (3)
- セパレータを含む第一部材と、第一の電極を含む第二部材と、を有する電極体、を備え、
前記第一部材は、第一方向における一方側が開放するように、前記第一部材が折り返された折り返し部を有し、
前記折り返し部の内側には、前記第二部材が配置され、
前記折り返し部は、前記折り返し部の互いに対向する部位の少なくとも一部同士が接合した接合部を含み、
前記接合部は、前記第二部材の前記第一方向における一方側の端縁よりも前記第一方向における一方側、及び、前記第二部材の前記折り返し部の折り目方向である第二方向における一方側の端縁よりも前記第二方向における一方側のうち少なくとも一方に配置されている、蓄電素子。 - 前記第一部材は、金属箔を含み、
前記接合部では、前記セパレータ及び前記金属箔がかしめ接合されている、請求項1に記載の蓄電素子。 - 前記第一部材は、前記セパレータに重ねられ且つ前記第一の電極と極性の異なる第二の電極を含み、
前記第二の電極は、前記金属箔を含み、
前記接合部では、前記第二の電極が前記金属箔を露出させている、請求項2に記載の蓄電素子。
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
JP2010199281A (ja) * | 2009-02-25 | 2010-09-09 | Fuji Heavy Ind Ltd | 蓄電デバイスおよびその製造方法 |
JP2014075305A (ja) * | 2012-10-05 | 2014-04-24 | Toyota Industries Corp | 蓄電装置 |
JP2016167416A (ja) * | 2015-03-10 | 2016-09-15 | 株式会社豊田自動織機 | 蓄電装置のセパレータ収納式電極体、蓄電装置の電極組立体、及び蓄電装置の製造装置 |
-
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010199281A (ja) * | 2009-02-25 | 2010-09-09 | Fuji Heavy Ind Ltd | 蓄電デバイスおよびその製造方法 |
JP2014075305A (ja) * | 2012-10-05 | 2014-04-24 | Toyota Industries Corp | 蓄電装置 |
JP2016167416A (ja) * | 2015-03-10 | 2016-09-15 | 株式会社豊田自動織機 | 蓄電装置のセパレータ収納式電極体、蓄電装置の電極組立体、及び蓄電装置の製造装置 |
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