JP2021118058A - 電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷却部材を備える電池において、電池のシャットダウン機能を冷却部材によって阻害しないようにする。【解決手段】第１部材と、第２部材と、積層電極体とを備え、積層電極体が、第１集電体と、第２集電体と、第１集電体及び第２集電体の間に配置された少なくとも一つの発電要素とを備え、第１部材が第１集電体と対向し、第２部材が第２集電体と対向し、及び／又は、積層電極体の側面と対向し、第１集電体がシャットダウン機構を有するタブを備え、第２集電体がシャットダウン機構を有さないタブを備え、第２部材が積層電極体の側面と対向する場合は当該第２部材と第１タブとの距離が当該第２部材と第２タブとの距離よりも遠く、第２部材が冷却部材であり、第１部材の冷却性能が第２部材の冷却性能よりも低い、電池。【選択図】図２
Description
本願は電池を開示する。
特許文献１には、複数の発電要素が互いに電気的に接続された電池において、一の発電要素が短絡して他の発電要素から一の発電要素へと過電流が流れ込んだ際、短絡した発電要素においてタブを溶断させて、短絡した発電要素と他の発電要素とを電気的に断線（シャットダウン）する技術が開示されている。一方、特許文献２には、蓄電モジュールの表面に対して位置ずれを抑制しつつ冷却部材を配置する技術が開示されている。
特許文献１に開示されているようなシャットダウン機能を有する電池に対して、特許文献２に開示されているような冷却部材を配置した場合、冷却部材がシャットダウンタブを不要に冷却してしまい、シャットダウンタブによるシャットダウン機能を阻害する場合があるものと考えられる。
本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
第１部材と、第２部材と、積層電極体とを備える電池であって、
前記積層電極体が、積層方向一端面を構成する第１集電体と、積層方向他端面を構成する第２集電体と、前記第１集電体及び前記第２集電体の間に配置された少なくとも一つの発電要素とを備え、
前記第１部材が前記積層電極体の前記積層方向一端面と対向し、
前記第２部材が前記積層電極体の前記積層方向他端面と対向するか、前記積層電極体の側面と対向するか、又は、前記積層方向他端面及び前記側面の双方と対向し、
前記第１集電体が第１タブを有し、
前記第１タブがシャットダウン機構を有し、
前記第２集電体が第２タブを有し、
前記第２タブがシャットダウン機構を有さず、
前記第２部材が前記積層電極体の前記側面と対向する場合、前記第２部材と前記第１タブとの距離が前記第２部材と前記第２タブとの距離よりも遠く、
前記第２部材が冷却部材であり、
前記第１部材の冷却性能が前記第２部材の冷却性能よりも低い、
電池を開示する。
第１部材と、第２部材と、積層電極体とを備える電池であって、
前記積層電極体が、積層方向一端面を構成する第１集電体と、積層方向他端面を構成する第２集電体と、前記第１集電体及び前記第２集電体の間に配置された少なくとも一つの発電要素とを備え、
前記第１部材が前記積層電極体の前記積層方向一端面と対向し、
前記第２部材が前記積層電極体の前記積層方向他端面と対向するか、前記積層電極体の側面と対向するか、又は、前記積層方向他端面及び前記側面の双方と対向し、
前記第１集電体が第１タブを有し、
前記第１タブがシャットダウン機構を有し、
前記第２集電体が第２タブを有し、
前記第２タブがシャットダウン機構を有さず、
前記第２部材が前記積層電極体の前記側面と対向する場合、前記第２部材と前記第１タブとの距離が前記第２部材と前記第２タブとの距離よりも遠く、
前記第２部材が冷却部材であり、
前記第１部材の冷却性能が前記第２部材の冷却性能よりも低い、
電池を開示する。
本開示の電池においては、シャットダウンタブ（第１タブ）に近接する第１部材の冷却性能を低くすることで、第１タブが不要に冷却され難く、第１タブによるシャットダウン機能が阻害され難い。
１．電池
図１及び２に第１形態に係る電池１００を概略的に示す。また、図３及び４に第２形態に係る電池２００を概略的に示す。
図１及び２に第１形態に係る電池１００を概略的に示す。また、図３及び４に第２形態に係る電池２００を概略的に示す。
１．１ 第１形態
図１及び２に示されるように、第１形態に係る電池１００は、第１部材１０と、第２部材２０と、積層電極体３０とを備える。図２に示されるように、積層電極体３０は、積層方向一端面を構成する第１集電体３１と、積層方向他端面を構成する第２集電体３２と、第１集電体３１及び第２集電体３２の間に配置された少なくとも一つの発電要素３４とを備える。図１及び２に示されるように、第１部材１０は積層電極体３０の積層方向一端面と対向している。また、第２部材２０は積層電極体３０の積層方向他端面と対向している。また、電池１００においては、第１集電体３１が第１タブ３１ａを有し、第１タブ３１ａがシャットダウン機構を有し、第２集電体３２が第２タブ３２ａを有し、第２タブ３２ａがシャットダウン機構を有さない。さらに、電池１００においては、第２部材２０が冷却部材である。ここで、第１部材１０の冷却性能は第２部材２０の冷却性能よりも低い。
図１及び２に示されるように、第１形態に係る電池１００は、第１部材１０と、第２部材２０と、積層電極体３０とを備える。図２に示されるように、積層電極体３０は、積層方向一端面を構成する第１集電体３１と、積層方向他端面を構成する第２集電体３２と、第１集電体３１及び第２集電体３２の間に配置された少なくとも一つの発電要素３４とを備える。図１及び２に示されるように、第１部材１０は積層電極体３０の積層方向一端面と対向している。また、第２部材２０は積層電極体３０の積層方向他端面と対向している。また、電池１００においては、第１集電体３１が第１タブ３１ａを有し、第１タブ３１ａがシャットダウン機構を有し、第２集電体３２が第２タブ３２ａを有し、第２タブ３２ａがシャットダウン機構を有さない。さらに、電池１００においては、第２部材２０が冷却部材である。ここで、第１部材１０の冷却性能は第２部材２０の冷却性能よりも低い。
１．１．１ 第１部材
第１部材１０は、冷却部材であってもよいし、非冷却部材であってもよい。第１部材１０は第２部材２０よりも冷却性能が低ければよく、その形状や構造や材質は特に限定されるものではない。第１部材１０は断熱部材であってもよい。例えば、第１部材１０は、延焼を防ぐための板状の断熱部材であってもよい。或いは、第１部材１０は、積層電極体３０又は外装体４０を保持するための樹脂枠であってもよい。尚、本願においては、このような樹脂枠も断熱部材の一種とみなす。
第１部材１０は、冷却部材であってもよいし、非冷却部材であってもよい。第１部材１０は第２部材２０よりも冷却性能が低ければよく、その形状や構造や材質は特に限定されるものではない。第１部材１０は断熱部材であってもよい。例えば、第１部材１０は、延焼を防ぐための板状の断熱部材であってもよい。或いは、第１部材１０は、積層電極体３０又は外装体４０を保持するための樹脂枠であってもよい。尚、本願においては、このような樹脂枠も断熱部材の一種とみなす。
図２に示されるように、第１部材１０と第１集電体３１との間に外装体４０等の中間部材が存在していてもよい。或いは、第１部材１０は、第１集電体３１の表面と直接接触していてもよい。
図２に示されるように、第１部材１０は、積層電極体３０の積層方向一端側（第１集電体３１の表面と対向する位置）のみに設けられてもよい。或いは、第１部材１０は、第１集電体３１の表面と対向する位置から突出する部分を有していてもよく、例えば、当該突出部分を折り曲げることで、第１部材１０が積層電極体３０の側面側にも存在していてよい。
１．１．２ 第２部材
第２部材２０は冷却部材である。例えば、第２部材２０により、積層電極体３０を第２集電体３２側から冷却することができる。第２部材２０の形状や構造や材質は特に限定されるものではない。第２部材２０は、例えば、板状部材とすることができる。具体的には、第２部材２０は、第２集電体３２側の抜熱を行う冷却板であってもよい。或いは、第２部材２０は、冷却液を流通させるための流路を有する冷却板であってもよい。後述するように、第２部材２０は、熱交換器に接続されていてもよい。例えば、第２部材２０が冷却液流路を有する場合、当該冷却液流路が熱交換器に接続されていてもよい。
第２部材２０は冷却部材である。例えば、第２部材２０により、積層電極体３０を第２集電体３２側から冷却することができる。第２部材２０の形状や構造や材質は特に限定されるものではない。第２部材２０は、例えば、板状部材とすることができる。具体的には、第２部材２０は、第２集電体３２側の抜熱を行う冷却板であってもよい。或いは、第２部材２０は、冷却液を流通させるための流路を有する冷却板であってもよい。後述するように、第２部材２０は、熱交換器に接続されていてもよい。例えば、第２部材２０が冷却液流路を有する場合、当該冷却液流路が熱交換器に接続されていてもよい。
図２に示されるように、第２部材２０と第２集電体３２との間に外装体４０等の中間部材が存在していてもよい。或いは、第２部材２０は、第２集電体３２の表面と直接接触していてもよい。
図２に示されるように、第２部材２０は、積層電極体３０の積層方向他端側（第２集電体３２の表面と対向する位置）のみに設けられてもよい。或いは、第２部材２０は、第２集電体３２の表面と対向する位置から突出する部分を有していてもよく、例えば、当該突出部分を折り曲げることで、第２部材２０が積層電極体３０の側面側にも存在していてよい。或いは、後述する第２形態のように、第２部材２０は積層電極体３０の側面にのみ存在していてもよい。
第１部材１０の冷却性能は、第２部材２０の冷却性能よりも低い。第１形態に係る電池１００において、「第１部材１０の冷却性能」とは、第１部材１０が第１集電体３１を冷却する性能であり、「第２部材２０の冷却性能」とは、第２部材２０が第２集電体３２を冷却する性能である。すなわち、「第１部材１０の冷却性能は、第２部材２０の冷却性能よりも低い」とは、仮に第１集電体３１の熱伝導率等の諸条件が第２集電体３２の熱伝導率等の諸条件と同じとした場合、第１集電体３１から第１部材１０への単位時間あたりの抜熱量が、第２集電体３２から第２部材２０への単位時間あたりの抜熱量よりも小さいことを意味する。尚、上述した通り、第１部材１０は必ずしも冷却部材である必要はなく、例えば、断熱部材であってもよい。第１部材１０が断熱部材である場合、第１部材１０の冷却性能は、冷却部材である第２部材２０の冷却性能よりも自ずと低くなる。
尚、本開示の電池は、第１部材１０と第１集電体３１との間に中間部材Ａが存在し、且つ、第２部材２０と第２集電体３２との間に中間部材Ｂ（ＡとＢとは同一の部材であってもよいし、異なる部材であってもよい）が存在する形態も含み得る。このように第１集電体３１側及び／又は第２集電体３２側に中間部材が存在する場合は、当該中間部材を含む全体としての冷却性能を、第１集電体３１側と第２集電体３２側とで比較するものとする。すなわち、第１部材１０及び中間部材Ａによって発揮される第１集電体３１に対する冷却性能が、第２部材２０及び中間部材Ｂによって発揮される第２集電体３２に対する冷却性能よりも低いものとする。このように第１集電体３１側よりも第２集電体３２側において高い冷却性能が確保される限り、第１部材１０と第１集電体３１との間や、第２部材２０と第２集電体３２との間に中間部材が存在していてもよい。
１．１．３ 積層電極体
積層電極体３０は、第１部材１０及び第２部材２０の間に配置される。積層電極体３０における電池反応によって、電池１００の充電及び放電を行うことができる。図２に示されるように、積層電極体３０は、積層方向一端面を構成する第１集電体３１と、積層方向他端面を構成する第２集電体３２と、第１集電体３１及び第２集電体３２の間に配置された少なくとも一つの発電要素３４とを備える。尚、図２に示される積層電極体３０においては、複数の発電要素３４がバイポーラ集電体３３を介して直列に接続された形態を示したが、発電要素３４の接続形態はこれに限定されるものではない。第１集電体３１及び第２集電体３２の間に発電要素３４が一つだけ配置されてもよい。或いは、第１集電体３１及び第２集電体３２の間に発電要素３４が複数備えられ、当該複数の発電要素３４が互いに並列に接続されてもよい。
積層電極体３０は、第１部材１０及び第２部材２０の間に配置される。積層電極体３０における電池反応によって、電池１００の充電及び放電を行うことができる。図２に示されるように、積層電極体３０は、積層方向一端面を構成する第１集電体３１と、積層方向他端面を構成する第２集電体３２と、第１集電体３１及び第２集電体３２の間に配置された少なくとも一つの発電要素３４とを備える。尚、図２に示される積層電極体３０においては、複数の発電要素３４がバイポーラ集電体３３を介して直列に接続された形態を示したが、発電要素３４の接続形態はこれに限定されるものではない。第１集電体３１及び第２集電体３２の間に発電要素３４が一つだけ配置されてもよい。或いは、第１集電体３１及び第２集電体３２の間に発電要素３４が複数備えられ、当該複数の発電要素３４が互いに並列に接続されてもよい。
１．１．３．１ 第１集電体
第１集電体３１は、積層電極体３０の積層方向一端面を構成する。電池１００において、第１集電体３１は、第１部材１０と発電要素３４との間に配置される。言い換えれば、第１集電体３１は、積層電極体３０において第１部材１０側に配置される最外側集電体である。
第１集電体３１は、積層電極体３０の積層方向一端面を構成する。電池１００において、第１集電体３１は、第１部材１０と発電要素３４との間に配置される。言い換えれば、第１集電体３１は、積層電極体３０において第１部材１０側に配置される最外側集電体である。
第１集電体３１は、金属箔や金属メッシュ等により構成すればよい。取扱い性等に優れる観点からは、第１集電体３１を金属箔としてもよい。第１集電体３１は複数枚の金属箔からなっていてもよい。第１集電体３１を構成する金属としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、ステンレス鋼等が挙げられる。第１集電体３１は、その表面に、抵抗を調整すること等を目的として、何らかのコート層を有していてもよい。また、第１集電体３１が複数枚の金属箔からなる場合、当該複数枚の金属箔間に何らかの層を有していてもよい。第１集電体３１の厚みは特に限定されるものではない。例えば、０．１μｍ以上であってもよいし、１μｍ以上であってもよく、１ｍｍ以下であってもよいし、１００μｍ以下であってもよい。
第１集電体３１は、正極集電体であってもよいし負極集電体であってもよい。第１集電体３１が正極集電体である場合、後述の第２集電体３２は負極集電体となり得、第１集電体３１が負極集電体である場合、後述の第２集電体３２は正極集電体となり得る。
１．１．３．２ 第１タブ
第１タブ３１ａの材質は、第１集電体３１の材質と同じであってもよいし、異なっていてもよい。第１タブ３１ａの厚みは、第１集電体３１の厚みと同じであってもよいし、異なっていてもよい。第１タブ３１ａは第１集電体３１から突出した形状であればよい。第１タブ３１ａの突出形状は、多角形状、半円形状、線状等、種々の形状を採用し得る。第１集電体３１に第１タブ３１ａを設ける方法は特に限定されるものではない。例えば、第１集電体３１の一部を切り欠くことで第１タブ３１ａを形成してもよいし、第１集電体３１に第１タブ３１ａを溶接等によって接合してもよい。
第１タブ３１ａの材質は、第１集電体３１の材質と同じであってもよいし、異なっていてもよい。第１タブ３１ａの厚みは、第１集電体３１の厚みと同じであってもよいし、異なっていてもよい。第１タブ３１ａは第１集電体３１から突出した形状であればよい。第１タブ３１ａの突出形状は、多角形状、半円形状、線状等、種々の形状を採用し得る。第１集電体３１に第１タブ３１ａを設ける方法は特に限定されるものではない。例えば、第１集電体３１の一部を切り欠くことで第１タブ３１ａを形成してもよいし、第１集電体３１に第１タブ３１ａを溶接等によって接合してもよい。
第１タブ３１ａはシャットダウン機構を有する。「シャットダウン機構」とは、第１タブ３１ａが過度に発熱した場合や第１タブ３１ａに過度の電流が流れた場合等に、電流を遮断する又は電流を流し難くする機構である。シャットダウン機構の具体例としては、例えば、熱溶断機構、ＰＴＣ素子を用いた機構等が挙げられる。「熱溶断機構」とは、タブ３１ａの付け根部等に切込み（又は切欠き）を設けておき、温度が高くなった場合や過度の電流が流れた場合に、切込み（又は切欠き）部分が溶断するというものである。「ＰＴＣ素子を用いた機構」とは、タブ３１ａの電流経路の一部にＰＴＣ材料（樹脂と導電材との混合物、又は、チタン酸バリウム等）を配置しておき、温度が高くなると当該ＰＴＣ材料の抵抗が上昇して電流が流れ難くなるというものである。
１．１．３．３ 第２集電体
第２集電体３２は、積層電極体３０の積層方向他端面を構成する。電池１００において、第２集電体３２は、第２部材２０と発電要素３４との間に配置される。言い換えれば、第２集電体３２は、積層電極体３０において第２部材２０側に配置される最外側集電体である。
第２集電体３２は、積層電極体３０の積層方向他端面を構成する。電池１００において、第２集電体３２は、第２部材２０と発電要素３４との間に配置される。言い換えれば、第２集電体３２は、積層電極体３０において第２部材２０側に配置される最外側集電体である。
第２集電体３２は、金属箔や金属メッシュ等により構成すればよい。取扱い性等に優れる観点からは、第２集電体３２を金属箔としてもよい。第２集電体３２は複数枚の金属箔からなっていてもよい。第２集電体３２を構成する金属としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、ステンレス鋼等が挙げられる。第２集電体３２は、その表面に、抵抗を調整すること等を目的として、何らかのコート層を有していてもよい。また、第２集電体３２が複数枚の金属箔からなる場合、当該複数枚の金属箔間に何らかの層を有していてもよい。第２集電体３２の厚みは特に限定されるものではない。例えば、０．１μｍ以上であってもよいし、１μｍ以上であってもよく、１ｍｍ以下であってもよいし、１００μｍ以下であってもよい。
１．１．３．４ 第２タブ
第２タブ３２ａの材質は、第２集電体３２の材質と同じであってもよいし、異なっていてもよい。第２タブ３２ａの厚みは、第２集電体３２の厚みと同じであってもよいし、異なっていてもよい。第２タブ３２ａは第２集電体３２から突出した形状であればよい。第２タブ３２ａの形状は、多角形状、半円形状、線状等、種々の形状を採用し得る。第２集電体３２に第２タブ３２ａを設ける方法は特に限定されるものではない。例えば、第２集電体３２の一部を切り欠くことで第２タブ３２ａを形成してもよいし、第２集電体３２に第２タブ３２ａを溶接等によって接合してもよい。
第２タブ３２ａの材質は、第２集電体３２の材質と同じであってもよいし、異なっていてもよい。第２タブ３２ａの厚みは、第２集電体３２の厚みと同じであってもよいし、異なっていてもよい。第２タブ３２ａは第２集電体３２から突出した形状であればよい。第２タブ３２ａの形状は、多角形状、半円形状、線状等、種々の形状を採用し得る。第２集電体３２に第２タブ３２ａを設ける方法は特に限定されるものではない。例えば、第２集電体３２の一部を切り欠くことで第２タブ３２ａを形成してもよいし、第２集電体３２に第２タブ３２ａを溶接等によって接合してもよい。
第２タブ３２ａはシャットダウン機構を有さない。よって、電池１００において、第２部材２０の冷却性能を高め、第２集電体３２及び第２タブ３２ａに対する冷却量を高めたとしても、上述したシャットダウン機能を阻害する問題は生じ難い。
１．１．３．５ バイポーラ集電体
上述したように、電池１００において、複数の発電要素３４がバイポーラ集電体３３を介して直列に接続されてもよい。バイポーラ集電体３３の存在は任意である。
上述したように、電池１００において、複数の発電要素３４がバイポーラ集電体３３を介して直列に接続されてもよい。バイポーラ集電体３３の存在は任意である。
バイポーラ集電体３３は、金属箔や金属メッシュ等により構成すればよい。取扱い性等に優れる観点からは、バイポーラ集電体３３を金属箔としてもよい。バイポーラ集電体３３は複数枚の金属箔からなっていてもよい。バイポーラ集電体３３を構成する金属としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、ステンレス鋼等が挙げられる。第１集電体３１と第２集電体３２とバイポーラ集電体３３とは、構成する金属の種類が同一であっても異なっていてもよい。バイポーラ集電体３３は、その表面に、抵抗を調整すること等を目的として、何らかのコート層を備えていてもよい。また、バイポーラ集電体３３が複数枚の金属箔からなる場合、当該複数枚の金属箔間に何らかの層を有していてもよい。バイポーラ集電体３３の厚みは特に限定されるものではない。例えば、０．１μｍ以上であってもよいし、１μｍ以上であってもよく、１ｍｍ以下であってもよいし、１００μｍ以下であってもよい。
１．１．３．６ 発電要素
発電要素３４は、電池反応を生じさせて、電池１００の充放電を可能とするものであればよい。例えば、図２に示されるように、発電要素３４は、第１活物質層３４ａと、第２活物質層３４ｂと、第１活物質層３４ａ及び第２活物質層３４ｂの間に配置された電解質層３４ｃとを備え得る。
発電要素３４は、電池反応を生じさせて、電池１００の充放電を可能とするものであればよい。例えば、図２に示されるように、発電要素３４は、第１活物質層３４ａと、第２活物質層３４ｂと、第１活物質層３４ａ及び第２活物質層３４ｂの間に配置された電解質層３４ｃとを備え得る。
第１活物質層３４ａ及び第２活物質層３４ｂのうち、一方は正極活物質層であり、他方は負極活物質層である。第１活物質層３４ａが正極活物質層である場合、上記第１集電体３１が正極集電体となり得、第１活物質層３４ａが負極活物質層である場合、上記第１集電体３１が負極集電体となり得る。また、第２活物質層３４ｂが正極活物質層である場合、上記第２集電体３２が正極集電体となり得、第２活物質層３４ｂが負極活物質層である場合、上記第２集電体３２が負極集電体となり得る。
正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含む層である。電池１００を固体電池とする場合は、正極活物質に加えて、さらに任意に固体電解質、バインダー及び導電助剤等を含ませることができる。また、電池１００を電解液系の電池とする場合は、正極活物質に加えて、さらに任意にバインダー及び導電助剤等を含ませることができる。正極活物質は公知の活物質を用いればよい。公知の活物質のうち、所定のイオンを吸蔵放出する電位（充放電電位）の異なる２つの物質を選択し、貴な電位を示す物質を正極活物質とし、卑な電位を示す物質を後述の負極活物質として、それぞれ用いることができる。例えば、リチウムイオン電池を構成する場合は、正極活物質としてコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、マンガン酸リチウム、スピネル系リチウム化合物等の各種のリチウム含有複合酸化物を用いることができる。電池１００を固体電池とする場合、正極活物質は表面がニオブ酸リチウム層やチタン酸リチウム層やリン酸リチウム層等の酸化物層で被覆されていてもよい。また、電池１００を固体電池とする場合、固体電解質は無機固体電解質が好ましい。有機ポリマー電解質と比較してイオン伝導度が高いためである。また、有機ポリマー電解質と比較して、耐熱性に優れるためである。さらに、有機ポリマー電解質と比較して、硬質で剛性に優れ、電池１００をより容易に構成できるためである。好ましい無機固体電解質としては、例えば、ランタンジルコン酸リチウム、ＬｉＰＯＮ、Ｌｉ１＋ＸＡｌＸＧｅ２−Ｘ（ＰＯ４）３、Ｌｉ−ＳｉＯ系ガラス、Ｌｉ−Ａｌ−Ｓ−Ｏ系ガラス等の酸化物固体電解質；Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｓｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−ＬｉＩ−ＬｉＢｒ、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｏ５、ＬｉＩ−Ｌｉ３ＰＯ４−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−ＧｅＳ２等の硫化物固体電解質を例示することができる。特に、硫化物固体電解質が好ましく、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を含む硫化物固体電解質がより好ましい。正極活物質層に含まれ得るバインダーとしては、例えば、ブタジエンゴム（ＢＲ）系バインダー、ブチレンゴム（ＩＩＲ）系バインダー、アクリレートブタジエンゴム（ＡＢＲ）系バインダー、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）系バインダー、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）系バインダー等が挙げられる。正極活物質層に含まれ得る導電助剤としてはアセチレンブラックやケッチェンブラック等の炭素材料やニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料が挙げられる。正極活物質層における各成分の含有量は従来と同様とすればよい。正極活物質層の形状も従来と同様とすればよい。特に、電池１００を容易に構成できる観点から、シート状の正極活物質層が好ましい。正極活物質層の厚みは、特に限定されるものではない。例えば、０．１μｍ以上２ｍｍ以下としてもよい。下限は１μｍ以上であってもよく、上限は１ｍｍ以下であってもよい。
負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含む層である。電池１００を固体電池とする場合は、負極活物質に加えて、さらに任意に固体電解質、バインダー及び導電助剤等を含ませることができる。また、電池１００を電解液系の電池とする場合は、負極活物質に加えて、さらに任意にバインダー及び導電助剤等を含ませることができる。負極活物質は公知の活物質を用いればよい。例えば、リチウムイオン電池を構成する場合は、負極活物質としてＳｉやＳｉ合金や酸化ケイ素等のシリコン系活物質；グラファイトやハードカーボン等の炭素系活物質；チタン酸リチウム等の各種酸化物系活物質；金属リチウムやリチウム合金等を用いることができる。固体電解質、バインダー及び導電助剤は正極活物質層に用いられるものとして例示したものの中から適宜選択して用いることができる。負極活物質層における各成分の含有量は従来と同様とすればよい。負極活物質層の形状も従来と同様とすればよい。特に、電池１００を容易に構成できる観点から、シート状の負極活物質層が好ましい。負極活物質層の厚みは、特に限定されるものではない。例えば、０．１μｍ以上２ｍｍ以下としてもよい。下限は１μｍ以上であってもよく、上限は１ｍｍ以下であってもよい。
電解質層３４ｃは、少なくとも電解質を含む層である。電池１００を固体電池とする場合、電解質層３４ｃは、固体電解質と任意にバインダーとを含む固体電解質層とすることができる。固体電解質は上述した無機固体電解質、特に硫化物固体電解質が好ましい。バインダーは正極活物質層に用いられるバインダーと同様のものを適宜選択して用いることができる。固体電解質層における各成分の含有量は従来と同様とすればよい。固体電解質層の形状も従来と同様とすればよい。特に、電池１００を容易に構成できる観点から、シート状の固体電解質層が好ましい。この場合、固体電解質層の厚みは、例えば、０．１μｍ以上２ｍｍ以下としてもよい。下限は１μｍ以上であってもよく、上限は１ｍｍ以下であってもよい。一方で、電池１００を電解液系電池とする場合、電解質層３４ｃは電解液とセパレータとを含み得る。電解液やセパレータは公知のものを用いればよい。尚、電解質層３４ｃが液系電解質層である場合と固体電解質層である場合とを比較した場合、電解質層３４ｃが固体電解質層である場合のほうが、電池１００を構成することがより容易となるものと考えられる。
発電要素３４や積層電極体３０は、公知の方法により作製可能である。積層電極体３０に備えられる複数の発電要素３４の数は特に限定されるものではない。例えば、発電要素３４の数を２個以上１０００個以下としてもよい。下限は１０個以上であってもよく、上限は３００個以下であってもよい。
尚、図１及び２においては、積層電極体３０の積層面の形状（第１集電体３１等の面形状）が矩形状のものについて示したが、積層電極体３０の積層面の形状はこれに限定されるものではない。
１．１．３．７ その他の部材
電池１００は、上述の第１部材１０、第２部材２０及び積層電極体３０に加えて、その他の部材を備えていてもよい。例えば、タブ３１ａ、３２ａと接続される端子を備えていてもよい。端子はタブ３１ａ、３２ａに機械的に着脱可能に接続されていてもよいし、溶接等によって接合されていてもよい。
電池１００は、上述の第１部材１０、第２部材２０及び積層電極体３０に加えて、その他の部材を備えていてもよい。例えば、タブ３１ａ、３２ａと接続される端子を備えていてもよい。端子はタブ３１ａ、３２ａに機械的に着脱可能に接続されていてもよいし、溶接等によって接合されていてもよい。
上述の通り、電池１００は、積層電極体３０を収容するための外装体４０を備えていてもよい。この場合、第２部材２０は、外装体４０を介して第２集電体３２を冷却し得る。ただし、外装体４０がなくとも電池を構成することができる。例えば、積層電極体３０の積層方向側面を樹脂で封止し、当該封止樹脂と、第１集電体３１と、第２集電体３２とによって外装体と同様の機能を発揮させてもよい。この場合、第２部材２０を第２集電体３２に接触させて、第２集電体３２を直接冷却し得る。
後述するように、電池１００は、熱交換器と接続されていてもよい。これにより、第２部材２０による第２集電体３２の冷却効率が一層向上する。
以上の通り、電池１００によれば、第１集電体３１に近接する第１部材１０の冷却性能が、第２集電体３２に近接する第２部材２０の冷却性能よりも低くされており、第１集電体３１を不要に冷却し難く、第１集電体３１から第１タブ３１ａに不要に冷熱が伝わり難く、第１集電体３１に設けられた第１タブ３１ａのシャットダウン機能を阻害し難い。
１．２ 第２形態
図３及び４に示されるように、第２形態に係る電池２００は、第１部材１０と、第２部材２０と、積層電極体３０とを備える。積層電極体３０は第１形態におけるものと同様である。すなわち、積層電極体３０は、積層方向一端面を構成する第１集電体３１と、積層方向他端面を構成する第２集電体３２と、第１集電体３１及び第２集電体３２の間に配置された少なくとも一つの発電要素３４とを備える（図２参照）。図３及び４に示されるように、第１部材１０は積層電極体３０の積層方向一端面と対向している。また、第２部材２０は積層電極体３０の側面と対向している。或いは、上述したように、第２部材２０が積層電極体３０の積層方向他端面及び側面の双方と対向していてもよい。電池２００においては、第１集電体３１が第１タブ３１ａを有し、第１タブ３１ａがシャットダウン機構を有し、第２集電体３２が第２タブ３２ａを有し、第２タブ３２ａがシャットダウン機構を有さない。さらに、電池２００においては、第２部材２０と第１タブ３１ａとの距離が第２部材２０と第２タブ３２ａとの距離よりも遠い。上述の通り、第２部材２０が冷却部材であり、第１部材１０の冷却性能は第２部材２０の冷却性能よりも低い。各構成要素については、第１形態にて説明した通りであり、ここでは説明を省略する。
図３及び４に示されるように、第２形態に係る電池２００は、第１部材１０と、第２部材２０と、積層電極体３０とを備える。積層電極体３０は第１形態におけるものと同様である。すなわち、積層電極体３０は、積層方向一端面を構成する第１集電体３１と、積層方向他端面を構成する第２集電体３２と、第１集電体３１及び第２集電体３２の間に配置された少なくとも一つの発電要素３４とを備える（図２参照）。図３及び４に示されるように、第１部材１０は積層電極体３０の積層方向一端面と対向している。また、第２部材２０は積層電極体３０の側面と対向している。或いは、上述したように、第２部材２０が積層電極体３０の積層方向他端面及び側面の双方と対向していてもよい。電池２００においては、第１集電体３１が第１タブ３１ａを有し、第１タブ３１ａがシャットダウン機構を有し、第２集電体３２が第２タブ３２ａを有し、第２タブ３２ａがシャットダウン機構を有さない。さらに、電池２００においては、第２部材２０と第１タブ３１ａとの距離が第２部材２０と第２タブ３２ａとの距離よりも遠い。上述の通り、第２部材２０が冷却部材であり、第１部材１０の冷却性能は第２部材２０の冷却性能よりも低い。各構成要素については、第１形態にて説明した通りであり、ここでは説明を省略する。
このように、電池２００においては、冷却性能の高い第２部材２０が、第１集電体３１及び第１タブ３１ａから遠くに配置される。また、第１集電体３１に近接する第１部材１０の冷却性能が、第２部材２０の冷却性能よりも低くされている。このような電池２００によれば、第１集電体３１を不要に冷却し難く、第１集電体３１から第１タブ３１ａに不要に冷熱が伝わり難く、第１集電体３１に設けられた第１タブ３１ａのシャットダウン機能を阻害し難い。
２．電池スタック
本開示の技術は電池スタックとしての側面も有する。すなわち、本開示の電池スタックは、上記本開示の電池を複数備える。例えば、電池を複数積層することで電池スタックを構成してもよい。電池の積層の仕方は特に限定されるものではない。電池の積層数も特に限定されるものではない。
本開示の技術は電池スタックとしての側面も有する。すなわち、本開示の電池スタックは、上記本開示の電池を複数備える。例えば、電池を複数積層することで電池スタックを構成してもよい。電池の積層の仕方は特に限定されるものではない。電池の積層数も特に限定されるものではない。
２．１ 第１形態
図５及び６Ａに、第１形態に係る電池スタック１０００を示す。図５及び６Ａに示されるように、電池スタック１０００において、一の電池１００の第１部材１０に対して、他の電池１００の第２部材２０が積層されていてもよい。言い換えれば、電池スタック１０００において、隣接する一の電池１００と他の電池１００とを互いに同じ向きに積層してもよい。
図５及び６Ａに、第１形態に係る電池スタック１０００を示す。図５及び６Ａに示されるように、電池スタック１０００において、一の電池１００の第１部材１０に対して、他の電池１００の第２部材２０が積層されていてもよい。言い換えれば、電池スタック１０００において、隣接する一の電池１００と他の電池１００とを互いに同じ向きに積層してもよい。
２．２ 第２形態
図６Ｂに、第２形態に係る電池スタック２０００を示す。図６Ｂに示されるように、電池スタック２０００において、一の電池１００の第１部材１０に対して、他の電池１００の第１部材１０が積層されていてもよい。また、図６Ｂに示されるように、電池スタック２０００において、一の電池１００の第２部材２０に対して、他の電池１００の第２部材２０が積層されていてもよい。言い換えれば、電池スタック２０００において、隣接する一の電池１００と他の電池１００とを互いに逆向きに積層してもよい。
図６Ｂに、第２形態に係る電池スタック２０００を示す。図６Ｂに示されるように、電池スタック２０００において、一の電池１００の第１部材１０に対して、他の電池１００の第１部材１０が積層されていてもよい。また、図６Ｂに示されるように、電池スタック２０００において、一の電池１００の第２部材２０に対して、他の電池１００の第２部材２０が積層されていてもよい。言い換えれば、電池スタック２０００において、隣接する一の電池１００と他の電池１００とを互いに逆向きに積層してもよい。
２．３ 第３形態
図６Ｃに、第３形態に係る電池スタック３０００を示す。図６Ｃに示されるように、電池スタック３０００において、一の電池１００と他の電池１００とで第１部材１０を共用していてもよい。また、図６Ｃに示されるように、電池スタック３０００において、一の電池１００と他の電池１００とで第２部材２０を共用していてもよい。言い換えれば、電池スタック３０００において、第１部材１０の一部や第２部材２０の一部を省略しつつ、隣接する一の電池１００と他の電池１００との間で第１部材１０や第２部材２０を共用してもよい。
図６Ｃに、第３形態に係る電池スタック３０００を示す。図６Ｃに示されるように、電池スタック３０００において、一の電池１００と他の電池１００とで第１部材１０を共用していてもよい。また、図６Ｃに示されるように、電池スタック３０００において、一の電池１００と他の電池１００とで第２部材２０を共用していてもよい。言い換えれば、電池スタック３０００において、第１部材１０の一部や第２部材２０の一部を省略しつつ、隣接する一の電池１００と他の電池１００との間で第１部材１０や第２部材２０を共用してもよい。
２．４ 第４形態
上記第１〜第３形態においては、複数の電池１００を備える電池スタック１０００〜３０００を例示したが、本開示の電池スタックは電池２００を複数備えるものであってもよい。すなわち、図７に示されるように、電池スタック４０００は、電池２００が複数積層されたものであってもよい。この場合、図７に示されるように、電池スタック４０００において、一の電池２００の一端面を構成する第１部材１０に対して、他の電池２００の他端面（第２集電体３１側の端面）を積層してもよい。言い換えれば、電池スタック４０００において、隣接する一の電池２００と他の電池２００とを互いに同じ向きに積層してもよい。
上記第１〜第３形態においては、複数の電池１００を備える電池スタック１０００〜３０００を例示したが、本開示の電池スタックは電池２００を複数備えるものであってもよい。すなわち、図７に示されるように、電池スタック４０００は、電池２００が複数積層されたものであってもよい。この場合、図７に示されるように、電池スタック４０００において、一の電池２００の一端面を構成する第１部材１０に対して、他の電池２００の他端面（第２集電体３１側の端面）を積層してもよい。言い換えれば、電池スタック４０００において、隣接する一の電池２００と他の電池２００とを互いに同じ向きに積層してもよい。
２．５ その他の形態
図８に示される電池スタック５０００のように、第２部材２０を熱交換器５０に接続してもよい。例えば、第２部材２０が冷却液流路を有する場合に、当該冷却液流路を熱交換器５０に接続して、熱交換器５０と第２部材２０との間で冷却液を循環させるように構成してもよい。電池スタックにおいて熱交換器を接続する位置は特に限定されるものではない。電池１００、２００の側面（積層面以外の面）のうち、タブ３１ａ、３２ａが突出する面を第１側面、第１側面とは反対側の面を第２側面、第１側面と第２側面との間の２つの側面を第３側面及び第４側面とした場合、電池１００、２００の第２側面に熱交換器５０を接続してもよいし、第３側面や第４側面に熱交換器５０を接続してもよい。
図８に示される電池スタック５０００のように、第２部材２０を熱交換器５０に接続してもよい。例えば、第２部材２０が冷却液流路を有する場合に、当該冷却液流路を熱交換器５０に接続して、熱交換器５０と第２部材２０との間で冷却液を循環させるように構成してもよい。電池スタックにおいて熱交換器を接続する位置は特に限定されるものではない。電池１００、２００の側面（積層面以外の面）のうち、タブ３１ａ、３２ａが突出する面を第１側面、第１側面とは反対側の面を第２側面、第１側面と第２側面との間の２つの側面を第３側面及び第４側面とした場合、電池１００、２００の第２側面に熱交換器５０を接続してもよいし、第３側面や第４側面に熱交換器５０を接続してもよい。
電池スタックは、上記以外の任意の部材を有していてもよい。例えば、配線やスタックケース等を備えていてもよい。
以上の通り、本開示の電池１００、２００を複数備える電池スタック１０００〜５０００によれば、第１集電体３１や第１タブ３１ａを不要に冷却し難く、第１タブ３１ａのシャットダウン機能を阻害し難い。
本開示の電池及び電池スタックは、携帯機器用等の小型電源から車搭載用等の大型電源まで、広く利用できる。特に、車搭載用等の大型電源として好適である。
１０ 第１部材
２０ 第２部材
３０ 積層電極体
３１ 第１集電体
３１ａ 第１タブ
３２ 第２集電体
３２ａ 第２タブ
３３ バイポーラ集電体
３４ 発電要素
３４ａ 第１活物質層
３４ｂ 第２活物質層
３４ｃ 電解質層
４０ 外装体
５０ 熱交換器
１００ 電池
１０００、２０００、３０００、４０００、５０００ 電池スタック
２０ 第２部材
３０ 積層電極体
３１ 第１集電体
３１ａ 第１タブ
３２ 第２集電体
３２ａ 第２タブ
３３ バイポーラ集電体
３４ 発電要素
３４ａ 第１活物質層
３４ｂ 第２活物質層
３４ｃ 電解質層
４０ 外装体
５０ 熱交換器
１００ 電池
１０００、２０００、３０００、４０００、５０００ 電池スタック
Claims (1)
- 第１部材と、第２部材と、積層電極体とを備える電池であって、
前記積層電極体が、積層方向一端面を構成する第１集電体と、積層方向他端面を構成する第２集電体と、前記第１集電体及び前記第２集電体の間に配置された少なくとも一つの発電要素とを備え、
前記第１部材が前記積層電極体の前記積層方向一端面と対向し、
前記第２部材が前記積層電極体の前記積層方向他端面と対向するか、前記積層電極体の側面と対向するか、又は、前記積層方向他端面及び前記側面の双方と対向し、
前記第１集電体が第１タブを有し、
前記第１タブがシャットダウン機構を有し、
前記第２集電体が第２タブを有し、
前記第２タブがシャットダウン機構を有さず、
前記第２部材が前記積層電極体の前記側面と対向する場合、前記第２部材と前記第１タブとの距離が前記第２部材と前記第２タブとの距離よりも遠く、
前記第２部材が冷却部材であり、
前記第１部材の冷却性能が前記第２部材の冷却性能よりも低い、
電池。
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