JP2021118115A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成により一過性劣化と容量劣化とを抑制することが可能な蓄電装置を提供する。【解決手段】複数の蓄電セルの間、または電極体と収納ケースの内面との間に設けられた緩衝板は、電極体に近い側に位置する第１主面と、電極体から遠い側に位置する第２主面とを有し、第１主面上において、第１主面の中央部を含む領域に位置する第１部分と、第１の方向に沿って第１部分を挟む両端部を含む領域に位置する第２部分とが設けられ、第２主面上において、両端部の第２部分を繋ぐように第３部分が設けられ、第１部分は弾性部材からなり、第２部分および第３部分は弾性部材よりも硬い硬質部材からなる。【選択図】図５

Description

本開示は、蓄電装置に関する。

特許文献１（特開２０１４−１５７７４７号公報）には、単電池とともに配列方向に荷重が加えられた状態で拘束される緩衝板において、隣接する単電池の容器側壁に接触する接触面に単電池の変形を許容する中央部（変形部）と、単電池の変形を許容しない周縁部（非変形部）とが形成される構造が開示されている。

特許文献２（特開２０１８−１１６９１４号公報）には、配列された単電池の間隙に電極体に拘束荷重を加える押圧部材を配置し、この押圧部材に、電極体のコア部の幅方向Ｗの中央部に拘束荷重を加える中央加圧部と、コア部の両側縁部に拘束荷重を加える側縁加圧部とを設け、荷重制御手段により、組電池を充電する際に中央加圧部を膨張させ、放電する際に中央加圧部を収縮させることが開示されている。

特許文献３（特開２０１８−１２９１３２号公報）には、配列された単電池の各々を一対の拘束板が挟み込むことによって各々の単電池の電極体コア部の扁平面に所定の拘束荷重が印加されるように構成した組電池において、一対の拘束板の各々に、電極体コア部の中央部に拘束荷重を印加する中央拘束板と、電極体コア部の両側縁部に拘束荷重を印加する側縁拘束板とを設け、中央拘束板が電極体コア部の幅方向の中央部に印加する拘束荷重を調整する荷重調整手段を設けることが開示されている。

特許文献４（特開２０１７−１２６４３０号公報）には、複数の突部を有するスペーサを複数の電池セルの間に設ける構造が開示されている。ここでは、スペーサから電池セルに対して一定以上の荷重を作用させるとともに、電池セルの膨張時にあっても適正な電池性能が得られるとされている。

特開２０１４−１５７７４７号公報 特開２０１８−１１６９１４号公報 特開２０１８−１２９１３２号公報 特開２０１７−１２６４３０号公報

特許文献１〜４に記載の構造では、必ずしも簡易な構成により一過性劣化と容量劣化とを十分に抑制することができない場合がある。

たとえば、特許文献１に記載の構造では、電池の一過性劣化は抑制できるとしても、容量劣化の抑制が必ずしも十分でない。特許文献２，３においては、中央部と周縁部とで加重を異ならせるための制御部（荷重制御手段または荷重調整手段）を設ける必要がある。特許文献４には、中央部と周縁部とにおいてスペーサからの荷重を異ならせることが開示されていない。

本開示は、簡易な構成により一過性劣化と容量劣化とを抑制することが可能な蓄電装置を提供することを目的とする。

本開示に係る蓄電装置は、第１の方向に並ぶ正極および負極を有する電極体と、上記電極体を収納する収納ケースとを含み、上記第１の方向に直交する第２の方向に積層された複数の蓄電セルと、上記複数の蓄電セルの間、または上記電極体と上記収納ケースの内面との間に設けられた緩衝板と、上記複数の蓄電セルに上記第２の方向の荷重を加えて拘束する拘束部材とを備え、上記緩衝板は、上記電極体に近い側に位置する第１主面と、上記電極体から遠い側に位置する第２主面とを有し、上記第１主面上において、上記第１主面の中央部を含む領域に位置する第１部分と、上記第１の方向に沿って上記第１部分を挟む両端部を含む領域に位置する第２部分とが設けられ、上記第２主面上において、上記両端部の上記第２部分を繋ぐように第３部分が設けられ、上記第１部分は弾性部材からなり、上記第２部分および上記第３部分は上記弾性部材よりも硬い硬質部材からなる。

本開示によれば、蓄電装置において、簡易な構成により一過性劣化と容量劣化とを抑制することができる。

本開示の実施の形態に係る蓄電装置を示す斜視図である。 図１の蓄電装置に含まれる蓄電セルを示す斜視図である。 図２に示す蓄電セルを示す分解斜視図である。 蓄電セルにおける電極体の配置を説明する図である。 蓄電セルにおける緩衝板の配置を説明する図である。 緩衝板の構造を示す図（その１）である。 緩衝板の構造を示す図（その２）である。 緩衝板の変形例を示す図（その１）である。 緩衝板の変形例を示す図（その２）である。 緩衝板の変形例を示す図（その３）である。

以下に、本開示の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本開示の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本開示にとって必ずしも必須のものではない。

図１は、蓄電装置１を示す斜視図である。蓄電装置１は、典型的にはリチウムイオン電池である。蓄電装置１は、複数の蓄電セル２と、拘束部材３とを備える。複数の蓄電セル２は、配列方向Ｄ１に並ぶように設けられている。

拘束部材３は、拘束板５と、拘束板６と、拘束バンド７とを含む。拘束板５は、配列方向Ｄ１において蓄電装置１の一端に配置されており、拘束板６は、配列方向Ｄ１において蓄電装置１の他端に配置されている。拘束バンド７は、拘束板５および拘束板６を接続するとともに、拘束板５および拘束板６を拘束している。

拘束板５および拘束板６の間に配置された複数の蓄電セル２は、拘束板５および拘束板６によって押圧されており、拘束板５および拘束板６の間で拘束されている。

図２は、蓄電セル２を示す斜視図である。図３は、蓄電セル２を示す分解斜視図である。図２，図３に示すように、蓄電セル２は、平坦面状の直方体形状に形成されている。蓄電セル２は、収容ケース１０と、電極体１１と、電解液１２とを含む。

収容ケース１０は、ケース本体１０Ａと、蓋１０Ｂとを含む。ケース本体１０Ａには、上方に向けて開口する開口部１０Ｃが形成されている。

ケース本体１０Ａは、主板２０，２１と、底板２２と、端面板２３，２４とを含む。主板２０，２１と、端面板２３，２４とは、底板２２の周縁部から上方に向けて延びるように形成されている。主板２０および主板２１は配列方向Ｄ１に配列しており、端面板２３および端面板２４は幅方向Ｗに配列している。

蓋１０Ｂは、板状に形成されている。蓋１０Ｂの上面には、正極外部端子３０と、負極外部端子３１とが幅方向Ｗに間隔をあけて配置されている。

蓋１０Ｂの下面には、正極集電板３２および負極集電板３３が配置されている。正極集電板３２は、正極外部端子３０に接続されており、負極集電板３３は負極外部端子３１に接続されている。

電極体１１は、正極３４と、負極３５とを含む。正極３４は、正極集電板３２と電気的に接続され、負極３５は、負極集電板３３と電気的に接続される。

蓄電装置１において充放電が繰り返されたとき、電極体１１の中央部の温度が電極体１１の周縁部の温度よりも高くなり、この結果、電極体１１の中央部が周縁部よりも大きく膨らむように変形する場合がある。電極体１１の中央部が大きく膨らむことで、当該部分において、電極体１１および収容ケース１０の間の面圧は相対的に高くなる。この結果、収容ケース１０の中央部は電極体１１に押されて膨らむように変形する。他方、電極体１１においても、中央部における内圧が周縁部における内圧に対して相対的に高くなる。

電極体１１は、たとえば、正極シートと、セパレータと、負極シートとを積層した状態で巻回され、さらに、扁平形状に変形させることで形成されている。電極体１１の内部（正極シートと負極シートとの間）には電解液１２が浸透している。充放電が繰り返されたときに電極体１１の中央部の内圧が相対的に高くなると、電解液１２が電極体１１の中央部から周縁部に移動する。この結果、電極体１１の内部において塩濃度に差が生じると内部抵抗が高くなる。

また、電極体１１の膨張に伴なって正負極間が拡大することによっても内部抵抗が高くなる。

本明細書では、上述した電極体１１の膨張に伴なう塩濃度の内部差や正負極間の拡大による内部抵抗の増大を「一過性劣化」と称する。

また、収容ケース１０内においてガスが発生し、ケース本体１０Ａが膨張する場合がある。このとき、収容ケース１０と電極体１１との間に空隙ができ、電極体１１の一部が無拘束状態となる。この結果、蓄電セル２の容量が低下する「容量劣化」の進展がはやくなる。

本実施の形態に係る蓄電装置１は、後述の緩衝板１００を設けることにより、上述の「一過性劣化」および「容量劣化」をともに効果的に抑制できるものである。

図４〜図７を用いて緩衝板１００について説明する。図４は、蓄電セル２における電極体１１の配置を説明する図であり、図５は、蓄電セル２における緩衝板１００の配置を説明する図であり、図６，図７は、緩衝板１００の構造を示す図である。

図４〜図７の例では、電極体１１は蓄電セル２の幅方向Ｗに沿って「Ｌ１」の幅、蓄電セル２の高さ方向Ｈに沿って「Ｌ３」の高さを有する。図５に示すように、緩衝板１００は、幅方向Ｗに沿って「Ｌ１」よりも若干大きく、高さ方向Ｈに沿って「Ｌ３」よりも若干大きく形成される。緩衝板１００は、複数の蓄電セル２の間に設けられてもよいし、電極体１１とケース本体１０Ａの内面との間に設けられてもよい。

図６，図７に示すように、緩衝板１００は、表面１００Ａと裏面１００Ｂとを有する。表面１００Ａは電極体１１に近い側に位置し、裏面１００Ｂはその反対側に位置する。表面１００Ａ上においては、表面１００Ａの中央部に位置する内周部１１０と、内周部１１０を囲むように周縁部１２０とが設けられる。裏面１００Ｂ上においては、内周部１１０を挟む周縁部１２０を繋ぐように裏面部分１３０が設けられる。内周部１１０は、幅方向Ｗに沿って「Ｌ１」よりも若干小さい「Ｌ２」の幅、高さ方向Ｈに沿って「Ｌ３」よりも若干小さい「Ｌ４」の高さを有する。

内周部１１０は、たとえば酸化ケイ素系繊維材料、ゴムなどの弾性部材からなる。弾性部材としては、電極体１１の中央部の膨張を吸収して「一過性劣化」を緩和できる程度に柔らかいものが用いられる。他方、弾性部材には、収容ケース１０内のガス圧の増大によっては変形せず、電極体１１を拘束できる程度の特性を有することも求められる。

表面１００Ａ側の周縁部１２０および裏面部分１３０は、上記弾性部材よりも硬い硬質部材からなる。硬質部材としては、たとえばポリプロピレン樹脂などが用いられる。図５，図６の例では、周縁部１２０と裏面部分１３０とは単一の樹脂部材により構成されている。

緩衝板１００によれば、電極体１１が膨張したとき、硬質部材からなる表面１００Ａ側の周縁部により、電極体１１の周縁部を拘束し、電極体１１の内部における電解液１２の偏り（塩濃度の差）を低減することができる。また、両端部の周縁部１２０を繋ぐ裏面部分１３０も硬質部材からなるため、硬質部材の梁構造が形成され、電極体１１が膨張したときの正負極間の拡大を抑制することもできる。この結果、「一過性劣化」を効果的に抑制することができる。

また、表面１００Ａ側の内周部１１０を弾性部材から構成することにより、収容ケース１０内にガスが発生して収容ケース１０が膨張した場合にも電極体１１が無拘束状態となることを抑制し、「容量劣化」を効果的に抑制することができる。

本実施の形態に係る蓄電装置１によれば、緩衝板１００という簡易な構成により、互いに隣接する蓄電セル２の膨張率が異なる場合でも、隣接する蓄電セル２の膨張率によらず、「一過性劣化」と「容量劣化」とをともに効果的に抑制することが可能である。

次に、図８〜図１０を用いて、緩衝板１００の変形例について説明する。周縁部１２０は内周部１１０を完全に囲む必要はなく、図８に示すように、内周部１１０を挟む幅方向両端部にのみ周縁部１２０を形成してもよい。また、内周部１１０は、図５〜図７に示す長方形形状に限定されるものではなく、たとえば図９に示す略正方形形状であってもよいし、図１０に示すように四隅に切り欠き部を有する形状であってもよい。

上述した内容について要約すると、本実施の形態に係る蓄電装置１は、幅方向Ｗ（第１の方向）に沿って並ぶ正極３４および負極３５を有する電極体１１と、電極体１１を収納する収容ケース１０とを含み、幅方向Ｗに直交する配列方向Ｄ１（第２の方向）に積層された複数の蓄電セル２と、複数の蓄電セル２の間、または電極体１１とケース本体１０Ａの内面との間に設けられた緩衝板１００と、複数の蓄電セル２に配列方向Ｄ１の荷重を加えて拘束する拘束バンド７（拘束部材）とを備える。緩衝板１００は、電極体１１に近い側に位置する表面１００Ａ（第１主面）と、電極体１１から遠い側に位置する裏面１００Ｂ（第２主面）とを有する。表面１００Ａ上においては、表面１００Ａの中央部を含む領域に位置する内周部１１０（第１部分）と、幅方向Ｗに沿って内周部１１０を挟む両端部を含む領域に位置する周縁部１２０（第２部分）とが設けらる。裏面１００Ｂ上においては、上記両端部の周縁部１２０を繋ぐように裏面部分１３０（第３部分）が設けられる。表面１００Ａ側の内周部１１０は弾性部材からなり、表面１００Ａ側の周縁部１２０および裏面部分１３０は、上記弾性部材よりも硬い硬質部材からなる。

以上、本開示の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 蓄電装置、２ 蓄電セル、３ 拘束部材、５，６ 拘束板、７ 拘束バンド、１０ 収容ケース、１０Ａ ケース本体、１０Ｂ 蓋、１０Ｃ 開口部、１１ 電極体、１２ 電解液、２０，２１ 主板、２２ 底板、２３，２４ 端面板、３０ 正極外部端子、３１ 負極外部端子、３２ 正極集電板、３３ 負極集電板、３４ 正極、３５ 負極、１００ 緩衝板、１００Ａ 表面、１００Ｂ 裏面、１１０ 内周部、１２０ 周縁部、１３０ 裏面部分。

Claims (1)

1. 第１の方向に並ぶ正極および負極を有する電極体と、前記電極体を収納する収納ケースとを含み、前記第１の方向に直交する第２の方向に積層された複数の蓄電セルと、
   前記複数の蓄電セルの間、または前記電極体と前記収納ケースの内面との間に設けられた緩衝板と、
   前記複数の蓄電セルに前記第２の方向の荷重を加えて拘束する拘束部材とを備え、
   前記緩衝板は、前記電極体に近い側に位置する第１主面と、前記電極体から遠い側に位置する第２主面とを有し、
   前記第１主面上において、前記第１主面の中央部を含む領域に位置する第１部分と、前記第１の方向に沿って前記第１部分を挟む両端部を含む領域に位置する第２部分とが設けられ、
   前記第２主面上において、前記両端部の前記第２部分を繋ぐように第３部分が設けられ、
   前記第１部分は弾性部材からなり、前記第２部分および前記第３部分は前記弾性部材よりも硬い硬質部材からなる、蓄電装置。

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