JP2023045567A - power storage device - Google Patents
power storage device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023045567A JP2023045567A JP2021154066A JP2021154066A JP2023045567A JP 2023045567 A JP2023045567 A JP 2023045567A JP 2021154066 A JP2021154066 A JP 2021154066A JP 2021154066 A JP2021154066 A JP 2021154066A JP 2023045567 A JP2023045567 A JP 2023045567A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- active material
- layer
- current collector
- material layer
- stacking direction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 87
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims abstract description 38
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 abstract description 7
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 abstract 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 269
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 40
- 208000002740 Muscle Rigidity Diseases 0.000 description 36
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 34
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 28
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 16
- -1 for example Substances 0.000 description 16
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 8
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 7
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 7
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 5
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 3
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 2
- BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 1,1-Difluoroethene Chemical compound FC(F)=C BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical compound CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910015015 LiAsF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010707 LiFePO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013210 LiNiMnCoO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NTIZESTWPVYFNL-UHFFFAOYSA-N Methyl isobutyl ketone Chemical compound CC(C)CC(C)=O NTIZESTWPVYFNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UIHCLUNTQKBZGK-UHFFFAOYSA-N Methyl isobutyl ketone Natural products CCC(C)C(C)=O UIHCLUNTQKBZGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 description 1
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 description 1
- 125000005370 alkoxysilyl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000728 ammonium alginate Substances 0.000 description 1
- 235000010407 ammonium alginate Nutrition 0.000 description 1
- KPGABFJTMYCRHJ-YZOKENDUSA-N ammonium alginate Chemical compound [NH4+].[NH4+].O1[C@@H](C([O-])=O)[C@@H](OC)[C@H](O)[C@H](O)[C@@H]1O[C@@H]1[C@@H](C([O-])=O)O[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O KPGABFJTMYCRHJ-YZOKENDUSA-N 0.000 description 1
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 150000005678 chain carbonates Chemical class 0.000 description 1
- ZCDOYSPFYFSLEW-UHFFFAOYSA-N chromate(2-) Chemical compound [O-][Cr]([O-])(=O)=O ZCDOYSPFYFSLEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007766 curtain coating Methods 0.000 description 1
- 150000005676 cyclic carbonates Chemical class 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000007607 die coating method Methods 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001973 fluoroelastomer Polymers 0.000 description 1
- 229920000578 graft copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002931 mesocarbon microbead Substances 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- SBEQWOXEGHQIMW-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si].[Si] SBEQWOXEGHQIMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 description 1
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 description 1
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 description 1
- 229910021384 soft carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Abstract
Description
本開示は、蓄電装置に関する。 The present disclosure relates to power storage devices.
特許文献1には、バイポーラ電池が開示されている。このバイポーラ電池は、集電体の一面に正極を設け、他面に負極を設けたバイポーラ電極と、正極と負極との間にはさまれたゲル電解質と、正極、負極及びゲル電解質によって構成された単電池の周囲を囲み集電体の間に設けられたシール層と、を有する。
特許文献1に記載の電池では、金属箔によって構成される矩形状の集電体の上に矩形状の活物質層が設けられており、樹脂で構成されるシール層が、この集電体の周縁に設けられている。このような電池では、充放電時に活物質層が膨張収縮すると、活物質層の角部に応力が集中し、集電体の角部が大きく変形することが考えられる。集電体の変形が繰り返されると、集電体が破損して、電池性能が低下する虞がある。
In the battery described in
本開示の目的は、電池性能の低下を抑制した蓄電装置の提供である。 An object of the present disclosure is to provide a power storage device that suppresses deterioration in battery performance.
本開示の一側面に係る蓄電装置は、第1面を正極とし、第1面に対向する第2面を負極として、第1面及び第2面にそれぞれ矩形状の活物質層が設けられた複数の矩形状の集電体が積層された積層体と、集電体の積層方向から見て、積層体の周縁を封止する矩形枠状の封止部と、を備え、封止部は、それぞれの集電体の周縁において第1面及び第2面の少なくとも一方に溶着されたシール層を有し、第1面及び第2面の少なくとも一方に設けられた活物質層は、活物質層の外周を画成する4辺のうちの互いに対向する一対の辺の一方の辺から他方の辺に直線状に延在する溝部を含み、シール層は、矩形状の集電体の各辺に沿ってそれぞれ延在する帯状部分を有し、帯状部分は、切欠状部分と切欠状部分以外の本体部分とによって構成されており、積層方向から見て、切欠状部分における帯状部分の延在方向に交差する幅方向の長さは、本体部分における幅方向の長さよりも短く、切欠状部分は、積層方向から見て溝部の延長線と交差する位置に設けられている。 A power storage device according to one aspect of the present disclosure has a first surface serving as a positive electrode, a second surface facing the first surface serving as a negative electrode, and a rectangular active material layer provided on each of the first surface and the second surface. A laminate in which a plurality of rectangular current collectors are laminated, and a rectangular frame-shaped sealing portion that seals the periphery of the laminate when viewed from the stacking direction of the current collectors, wherein the sealing portion is , a sealing layer welded to at least one of the first surface and the second surface at the periphery of each current collector, and the active material layer provided on at least one of the first surface and the second surface comprises the active material The sealing layer includes grooves extending linearly from one side of a pair of sides facing each other to the other side of the four sides defining the outer periphery of the layer, and the sealing layer is formed on each side of the rectangular current collector. The belt-shaped portion is composed of a notch-shaped portion and a main body portion other than the notch-shaped portion, and when viewed from the stacking direction, the belt-shaped portion extends in the notch-shaped portion The length in the width direction that intersects the direction is shorter than the length in the width direction of the main body portion, and the notched portion is provided at a position that intersects the extension line of the groove when viewed from the stacking direction.
上記蓄電装置では、活物質層に溝部が形成されているため、充放電時に生じる活物質の膨張収縮によって発生する応力を溝部に分散させることができる。また、集電体の周縁に溶着されたシール層の帯状部分には、切欠状部分が形成されている。この切欠状部分では、集電体との接合領域が部分的に小さくなっているため、集電体とシール層とによって構成される電極ユニットの剛性が部分的に低下している。この場合、活物質層の角部に集中しやすかった応力は、例えば溝部を介して切欠状部分に分散し得る。以上のように、活物質層の角部に集中していた応力が分散されることにより、集電体の角部における変形が緩和される。したがって、電池性能の低下を抑制できる。 In the power storage device, since the groove is formed in the active material layer, the stress generated by the expansion and contraction of the active material during charging and discharging can be dispersed in the groove. A notch-like portion is formed in the belt-like portion of the sealing layer welded to the peripheral edge of the current collector. In the notched portion, the joint area with the current collector is partially reduced, so that the rigidity of the electrode unit constituted by the current collector and the seal layer is partially reduced. In this case, the stress that tends to concentrate on the corners of the active material layer can be dispersed to the notch-shaped portions via the grooves, for example. As described above, the stress concentrated on the corners of the active material layer is dispersed, so that the deformation of the corners of the current collector is alleviated. Therefore, deterioration of battery performance can be suppressed.
溝部には活物質層が設けられていなくてもよい。この構成では、溝部に沿って集電体に歪みが生じた際に、歪みに伴う活物質層の損傷が抑制される。 The active material layer may not be provided in the groove. With this configuration, when the current collector is distorted along the groove, damage to the active material layer caused by the distortion is suppressed.
帯状部分は、集電体の長辺及び短辺にそってそれぞれ延在する長辺部分及び短辺部分を有し、切欠状部分は、少なくとも長辺部分に複数形成されていてもよい。この構成では短辺側よりも活物質層の収縮の影響を受けやすい長辺部分において、応力のコントロールが適正に行われる。 The strip-shaped portion has long side portions and short side portions extending along the long side and short side of the current collector, respectively, and a plurality of cutout portions may be formed at least along the long side portions. In this configuration, the stress is properly controlled on the long sides, which are more susceptible to contraction of the active material layer than on the short sides.
第1面及び第2面の少なくとも一方は粗化面であり、切欠状部分は、粗化面に溶着されたシール層のみに形成されていてもよい。この構成では、粗化面によるアンカー効果によってシール層が強固に接合されるので、集電体に皺が発生しても集電体とシール層とが剥離しにくい。 At least one of the first surface and the second surface may be a roughened surface, and the notched portion may be formed only in the seal layer welded to the roughened surface. In this configuration, the seal layer is strongly bonded by the anchoring effect of the roughened surface, so even if the current collector is wrinkled, the current collector and the seal layer are less likely to separate.
積層体を積層方向に挟む矩形状の一対の拘束板、及び、一対の拘束板同士を締結する締結部材を更に備え、締結部材は、積層方向から見て、拘束板の四隅、及び、溝部の延長線上、を避けた位置に設けられていてもよい。この構成では、切欠状部分と締結部材とが互いに離れた位置に配置されることにより、切欠状部分の周辺に締結部材による拘束力が強く作用することが抑制される。 It further comprises a pair of rectangular restraint plates that sandwich the laminate in the stacking direction, and a fastening member that fastens the pair of restraint plates together. It may be provided at a position avoiding the extension line. In this configuration, the notch-shaped portion and the fastening member are arranged at positions separated from each other, thereby suppressing a strong binding force of the fastening member from acting on the periphery of the notch-shaped portion.
本開示によれば、電池性能の低下を抑制した蓄電装置を提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a power storage device that suppresses deterioration in battery performance.
以下、添付図面を参照しながら本開示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。説明に際しては、X軸、Y軸、Z軸によって規定される直交座標系が参照され得る。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are used for the same or equivalent elements, and overlapping descriptions are omitted. In the description, reference may be made to a Cartesian coordinate system defined by X, Y and Z axes.
図1は、一例の蓄電装置を模式的に示す側面図である。蓄電装置1は、例えばフォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の各種車両のバッテリとして用いられ得る。蓄電装置1は、蓄電モジュール11を含むモジュール積層体2と、モジュール積層体2に電気的に接続される接続部材3,4と、モジュール積層体(積層体)2を拘束するための一対のエンドプレート(拘束板)5,5と、エンドプレート5,5同士を締結する締結部材6とを備えている。
FIG. 1 is a side view schematically showing an example power storage device. The
モジュール積層体2は、複数の蓄電モジュール11と、複数の導電板PとをZ軸方向に積層することによって構成されている。図1の例では、モジュール積層体2は、2体の蓄電モジュール11と、3体の導電板Pとを備えている。3体の導電板Pは、蓄電モジュール11,11間、及び積層方向におけるモジュール積層体2の両端にそれぞれ配置されている。これらの導電板Pは、蓄電モジュール11を構成する電極に電気的に接続されている。ここでは、2体の蓄電モジュール11は、導電板Pによって直列接続されている。
The
導電板Pの内部には、空気等の冷却用媒体を流通させる複数の流路(不図示)が設けられていてもよい。導電板P内の流路に冷却用媒体を流通させることで、導電板Pは、複数の蓄電モジュール11同士を電気的に接続する接続部材としての機能のほか、蓄電モジュール11で発生した熱を放熱する放熱板としての機能を併せ持つこととなる。図1の例では、導電板Pの面積が蓄電モジュール11の面積よりも一回り小さくなっている。放熱性の向上の観点から、導電板Pの面積は、蓄電モジュール11の面積と等しくなっていてもよく、蓄電モジュール11の面積よりも一回り大きくなっていてもよい。
Inside the conductive plate P, a plurality of flow paths (not shown) for circulating a cooling medium such as air may be provided. By circulating the cooling medium in the flow paths in the conductive plate P, the conductive plate P functions as a connection member that electrically connects the plurality of
接続部材3,4は、蓄電装置1の正極端子及び負極端子として機能する導電部材(バスバー)である。接続部材3は、正極側となる導電板Pに電気的に接続され、接続部材4は、負極側となる導電板Pに電気的に接続されている。接続部材3,4は、例えば金属材料又は合金材料によって形成されている。金属材料としては、例えば銅、アルミニウム、チタン、ニッケル等が挙げられる。合金材料としては、例えばステンレス鋼板(SUS301、SUS304等)や、上記金属材料の合金が挙げられる。接続部材3,4の少なくとも一方には、熱伝導性に優れる放熱フィン(不図示)が取り付けられていてもよい。この場合、導電板P、接続部材3,4、及び放熱フィンを介し、蓄電モジュール11において発生した熱を効果的に放熱できる。
The
一対のエンドプレート5,5及び締結部材6は、モジュール積層体2に対して積層方向に拘束荷重を付加する拘束部材を構成している。一対のエンドプレート5,5は、モジュール積層体2を積層方向に挟むように設けられている。エンドプレート5は、例えば金属板によって形成されている。エンドプレート5の形成材料としては、例えば銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼等の合金などが挙げられる。エンドプレート5は、図1及び図2に示すように、モジュール積層体2を積層方向から見た場合の形状(ここでは矩形状)よりも一回り大きい矩形状をなしている。エンドプレート5は、積層方向から見てモジュール積層体2と同心に配置されている。これにより、エンドプレート5の4辺の縁部は、モジュール積層体2の挟持部分よりも外側に張り出す張出部分5aとなっている。
The pair of
締結部材6は、例えばボルト6A及びナット6Bによって構成されている。ボルト6Aは、一対のエンドプレート5,5のそれぞれの張出部分5aに設けられた挿通孔5bに通され、ナット6Bの螺合によって一対のエンドプレート5,5を締結している。これにより、モジュール積層体2には、一対のエンドプレート5,5を介して積層方向に拘束荷重が付加されている。本実施形態では、積層方向から見た場合に、締結部材6は、エンドプレート5の張出部分5aにおいてエンドプレート5の角部に対応する位置を含むように4辺の縁部に等間隔に配置されている。
The fastening
図2は、蓄電モジュール11の層構成を示す模式的な断面図である。蓄電モジュール11は、Z軸方向に扁平な直方体形状をなす単電池である。本実施形態では、蓄電モジュール11として、バイポーラ型のリチウムイオン二次電池を例示する。蓄電モジュール11は、複数のバイポーラ電極14を含む電極積層体(積層体)12と、封止部30とを含んで構成されている。電極積層体12におけるバイポーラ電極14は、Z軸方向に沿って積層されている。バイポーラ電極14の積層方向は、Z軸方向に沿っており、モジュール積層体2における蓄電モジュール11の積層方向と一致している。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the layer structure of the
バイポーラ電極14は、集電体21と、集電体21の第1面21aに設けられた正極活物質層(活物質層)22と、集電体21の第2面21bに設けられた負極活物質層(活物質層)23とを備えている。集電体21と当該集電体21の第1面21aに設けられた正極活物質層22とは、バイポーラ電極14の正極を構成しており、集電体21と当該集電体21の第2面21bに設けられた負極活物質層23とは、バイポーラ電極14の負極を構成している。正極活物質層22は、集電体21の周縁21cが露出されるように、第1面21aの中央において矩形状に形成されている。負極活物質層23は、集電体21の周縁21cが露出されるように、第2面21bの中央において矩形状に形成されている。一例では、積層方向から見たとき、正極活物質層22は負極活物質層23の領域内に収まっている。すなわち、正極活物質層22の外縁は、負極活物質層23の外縁よりも一回り小さくなっている。
The bipolar electrode 14 includes a
集電体21は、平面視において矩形状をなすシート状の導電部材であり、第1面21a及び第1面21aの逆側に位置する第2面21bを有している。集電体21は、例えば金属箔又は合金箔によって構成されている。金属箔としては、例えば銅箔、アルミニウム箔、チタン箔、ニッケル箔等が挙げられる。合金箔としては、例えばステンレス鋼箔(例えばJIS G 4305:2015にて規定されるSUS304、SUS316、SUS301等)、メッキ処理が施された鋼板(例えばJIS G 3141:2005にて規定される冷間圧延鋼板(SPCC等))、メッキ処理が施されたステンレス鋼板などが挙げられる。合金箔は、上記金属箔の材料として例示した金属の合金箔であってもよい。集電体21は、複数の金属箔が一体化又は積層されて形成されていてもよく、金属箔の表面に別の金属をメッキすることで形成されていてもよい。
The
図示例における集電体21は、例えば、第1面21aがアルミニウム層となり、第2面21bが銅層となるように、アルミニウム箔と銅箔とが接合されたクラッド箔であってもよい。なお、集電体21の第1面21aでは、アルミニウム層にクロメート処理が施されていてもよい。また、集電体21の第2面21bでは、銅層にニッケルメッキが施されていてもよい。この場合、ニッケルメッキ層は、表面に微細突起が設けられた突起状メッキ面である粗化面であってよい。なお、粗化面は、未加工の金属箔に比べて表面が粗く加工されていればよく、例えば、エッチング加工、電界メッキ加工等の粗さ加工によって形成されてもよい。
The
正極活物質層22は、正極活物質と導電助剤と結着剤とを含む層状部材である。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、及び硫黄等が挙げられる。複合酸化物の組成には、例えば鉄、マンガン、チタン、ニッケル、コバルト、及びアルミニウムの少なくとも1つと、リチウムとが含まれる。複合酸化物としては、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、LiCoO2、LiNiMnCoO2等が挙げられる。
The positive electrode
一例の正極活物質層22は、集電体21の第1面21aに対して接着層を介して設けられている。例えば、接着層は、アセチレンブラック等の接着剤によって形成されていてもよい。一例の接着層の端縁は、積層方向から見て、正極活物質層22を囲繞する負極活物質層23の端縁に沿って形成されていてもよい。
An example of the positive electrode
結着剤は、活物質又は導電助剤を集電体21の表面に繋ぎ止め、電極中の導電ネットワークを維持する役割を果たすものである。結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、アクリル酸やメタクリル酸などのモノマー単位を含むアクリル系樹脂、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸アンモニウム等のアルギン酸塩、水溶性セルロースエステル架橋体、デンプン-アクリル酸グラフト重合体等が挙げられる。これらの結着剤は、単独又は複数で用いることができる。導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等が挙げられる。正極活物質層22には、例えばN-メチル-2-ピロリドン(NMP)等の粘度調整溶媒が用いられていてもよい。
The binder serves to bind the active material or conductive aid to the surface of the
負極活物質層23は、負極活物質と導電助剤と結着剤とを含む層状部材である。負極活物質としては、例えば黒鉛、人造黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、金属化合物、リチウムと合金化可能な元素若しくは当該元素の化合物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。リチウムと合金化可能な元素としては、シリコン(ケイ素)及びスズが挙げられる。導電助剤及び結着剤は、正極活物質層22に用いられるものと同様のものを用いることができる。
The negative electrode
正極活物質層22及び負極活物質層23を集電体21に形成するには、例えばロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法等の従来から公知の方法が用いられる。具体的には、活物質、溶剤、並びに必要に応じて結着剤及び導電助剤を混合してスラリー状の活物質層形成用組成物を製造し、当該活物質層形成用組成物を第1面21a及び第2面21bに塗布後、乾燥する。溶剤は、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、メタノール、メチルイソブチルケトン、水である。電極密度を高めるべく、乾燥後のものを圧縮してもよい。
In order to form the positive electrode
電極積層体12において、積層方向に隣り合うバイポーラ電極14,14は、互いの正極活物質層22と負極活物質層23とが向かい合うように配置されている。バイポーラ電極14,14間には、セパレータ15が配置されている。本実施形態では、セパレータ15は、平面視において矩形状をなすシート状部材であり、積層方向に隣り合うバイポーラ電極14,14間の短絡を防止する。
In the
セパレータ15は、積層方向から見て、正極活物質層22及び負極活物質層23よりも一回り大きく、かつ集電体21よりも一回り小さい矩形状をなしている。セパレータ15の端部15aは、積層方向から見て、正極活物質層22及び負極活物質層23の外側に位置している。セパレータ15の端部15aは、積層方向から見て、正極活物質層22及び負極活物質層23のいずれとも重ならない。
The
セパレータ15は、例えばシート状に形成されている。セパレータ15は、例えば、電解質を吸収保持するポリマーを含む多孔性シート又は不織布である。セパレータ15を構成する材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリエステルなどが挙げられる。セパレータ15は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。多層構造の場合、セパレータ15は、例えば、基材層及び一対の接着層を含み、一対の接着層により正極活物質層22及び負極活物質層23に接着固定されてもよい。セパレータ15は、耐熱層となるセラミック層を含んでもよい。セパレータ15は、フッ化ビニリデン樹脂化合物で補強されていてもよい。
The
セパレータ15に含浸される電解質としては、例えば、非水溶媒と非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む液体電解質(電解液)、又はポリマーマトリックス中に保持された電解質を含む高分子ゲル電解質などが挙げられる。セパレータ15に電解質が含浸される場合、その電解質塩として、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2等の公知のリチウム塩を使用できる。また、非水溶媒として、環状カーボネート類、環状エステル類、鎖状カーボネート類、鎖状エステル類、エーテル類等の公知の溶媒を使用できる。なお、これら公知の溶媒材料を二種以上組合せて用いてもよい。
Examples of the electrolyte impregnated in the
電極積層体12は、バイポーラ電極14の他に、正極終端電極16及び負極終端電極17を有している、正極終端電極16は、集電体21と、集電体21の第1面21aに設けられた正極活物質層22とによって構成されている。正極終端電極16は、第1面21aの正極活物質層22が末端のバイポーラ電極14の負極活物質層23と向かい合うように、電極積層体12における積層方向の一端側に配置されている。正極終端電極16では、集電体21の第2面21bには負極活物質層23が設けられておらず、当該第2面21bは、隣接する導電板Pに対して電気的に接続されている。
In addition to the bipolar electrode 14, the
負極終端電極17は、集電体21と、集電体21の第2面21bに設けられた負極活物質層23とによって構成されている。負極終端電極17は、第2面21bの負極活物質層23が末端のバイポーラ電極14の正極活物質層22と向かい合うように、電極積層体12における積層方向の他端側に配置されている。負極終端電極17では、集電体21の第1面21aには正極活物質層22が設けられておらず、当該第1面21aは、隣接する導電板Pに対して電気的に接続されている。
The negative
上述したセパレータ15は、積層方向に隣り合うバイポーラ電極14,14に加え、バイポーラ電極14と正極終端電極16との間、及びバイポーラ電極14と負極終端電極17との間にも配置されている。セパレータ15の配置により、バイポーラ電極14と正極終端電極16との間の短絡、及びバイポーラ電極14と負極終端電極17との間の短絡が防止される。
In addition to the bipolar electrodes 14 , 14 adjacent in the stacking direction, the
封止部30は、積層方向に隣り合う集電体21間の空間Sを封止する部材である。封止部30は、電気絶縁性を有する。封止部30は、集電体21の縁部に接着(接合)されている。封止部30は、積層方向から見て、正極活物質層22及び負極活物質層23から離間している。封止部30は、積層方向から見て枠状であり、正極活物質層22及び負極活物質層23の周囲を囲むように、積層方向に隣り合う集電体21間に配置されている。蓄電モジュール11では、積層方向に隣り合う集電体21と封止部30とにより空間Sが画成されている。空間Sには、電解質(不図示)が収容されている。封止部30は、積層方向に隣り合う集電体同士の間に配置されることにより、隣り合う集電体同士の間隔を保持するスペーサとしても機能する。
The sealing
一例の封止部30は、第1シール層31、第2シール層32及びスペーサ層33を有している。第1シール層31、第2シール層32及びスペーサ層33は、積層方向から見てそれぞれ枠状をなしている。第1シール層31は、集電体21の周縁21cに沿って、第1面21aに接合されている。一例において、積層方向から見たとき、第1シール層31の外縁31bは、集電体21の端縁21dよりも大きく、集電体21を囲んでいる。また、積層方向から見たとき、集電体21の端縁21dは、第1シール層31の内縁31aよりも大きく、第1シール層31の内縁31aを囲んでいる。第1シール層31と集電体21とは、積層方向から見て互いに重複した領域において互いに接合されている。すなわち、第1シール層31と集電体21とは、第1シール層31の内縁31aから集電体21の端縁21dまでの領域において互いに接合されている。積層方向から見て、第1シール層31の内縁31aは正極活物質層22から離間している。
An
第2シール層32は、集電体21の周縁21cに沿って、第2面21bに接合されている。一例において、第2シール層32の外縁32bは、集電体21の端縁21dよりも大きく、積層方向から見て集電体21を囲んでいる。例えば、第2シール層32と集電体21とは、互いに重複した領域において互いに接合されている。すなわち、第2シール層32と集電体21とは、第2シール層32の内縁32aから集電体21の端縁21dまでの領域において互いに接合されている。積層方向から見て、第2シール層32の内縁32aは負極活物質層23から離間している。
The
なお、正極終端電極16では、集電体21の第1面21aに第1シール層31が接合されており、第2面21bには第2シール層32が接合されていない。また、負極終端電極17では、集電体21の第2面21bに第2シール層32が接合されており、第1面21aには第1シール層31が接合されていない。
In the positive
スペーサ層33は、第1シール層31と第2シール層32との間に設けられ、第1シール層31及び第2シール層32と溶着されている。積層方向から見て第1シール層31の内縁31a及び第2シール層32の内縁32aは、それぞれスペーサ層33の内縁33aよりも内側に位置している。内縁31a,32aは内縁33aよりも、例えば1mm以上内側に位置している。すなわち、第1シール層31の内縁31aは、空間Sに面するようにスペーサ層33から露出している。また、第2シール層32の内縁32aは、空間Sに面するようにスペーサ層33から露出している。
The
スペーサ層33は、積層方向から見て、第1シール層31の内縁31aよりも外側において第1シール層31に溶着されている。また、スペーサ層33は、積層方向から見て、第2シール層32の内縁32aよりも外側において第2シール層32に溶着されている。すなわち、第1シール層31、第2シール層32及びスペーサ層33を互いに溶着する接合領域R1は、第1シール層31の内縁31a及び第2シール層32の内縁32aよりも外側となっている。一例において、接合領域R1は、スペーサ層33の内縁33aよりも外側である。図示例では、集電体21の端縁21dよりも外側の領域が接合領域R1となっている。すなわち、第1シール層31、第2シール層32及びスペーサ層33は、積層方向から見て、集電体21の端縁21dから第1シール層31、第2シール層32及びスペーサ層33のそれぞれの外縁までの領域において互いに溶着されている。そのため、積層方向から見て、スペーサ層33のうちの接合領域R1よりも内側の部分は、第1シール層31及び第2シール層32に溶着(接着)されていない。
The
セパレータ15の端部15aは、スペーサ層33の内縁33aよりも内側で第2シール層32に固定されている。端部15aは、例えば、スポット溶着等により、部分的に第2シール層32に接着(溶着)されている。
An
積層方向から見て、第1シール層31は、正極活物質層22から離間し、内縁31aは、正極活物質層22の外側に位置している。積層方向から見て、第2シール層32は、負極活物質層23から離間し、内縁32aは、負極活物質層23の外側に位置している。本実施形態では、積層方向から見て、第1シール層31は、負極活物質層23からも離間しているが、第1シール層31は、正極活物質層22から離間していれば、負極活物質層23と重なっていてもよい。
The
積層方向において、第1シール層31の厚さ及び第2シール層32の厚さは、例えば、スペーサ層33の厚さよりも薄い。第1シール層31の厚さは、第1シール層31における、集電体21とスペーサ層33とにより挟まれた部分の厚さである。第2シール層32の厚さは、第2シール層32における、集電体21とスペーサ層33とにより挟まれた部分の厚さである。スペーサ層33の厚さは、スペーサ層33における、第1シール層31と第2シール層32とにより挟まれた部分の厚さである。第1シール層31及び第2シール層32の厚さは、例えば、スペーサ層33の厚さの1/10以上1/2以下であってもよい。なお、第1シール層31及び第2シール層32の厚さは、互いに同等であってもよいし、互いに異なっていてもよい。また、第1シール層31及び第2シール層32の厚さは、スペーサ層33よりも厚くてもよい。
In the stacking direction, the thickness of the
第1シール層31、第2シール層32、及びスペーサ層33は、例えば、酸変性ポリエチレン(酸変性PE)、酸変性ポリプロピレン(酸変性PP)、ポリエチレン、又は、ポリエチレン等の耐電解質性を有する樹脂材料により構成される。第1シール層31、第2シール層32、及びスペーサ層33を構成する樹脂材料は、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施形態では、第1シール層31及び第2シール層32は、酸変性ポリエチレン又は酸変性ポリプロピレンにより形成されている。スペーサ層33は、ポリエチレン又はポリプロピレンにより形成されている。
The
図3は、バイポーラ電極14、第1シール層31及び第2シール層32によって構成される電極ユニット40を正極側から見た平面図である。図3では、第1シール層31、第2シール層32及びスペーサ層33を互いに溶着する接合領域R1が、二点鎖線で示されている。一例においては、この二点鎖線の位置が集電体21の端縁21dに一致している。この場合、集電体21と第1シール層31との接合領域R2は、第1シール層31の内縁31aから集電体21の端縁21d(すなわち、図3の二点鎖線の位置)までの領域となる。接合領域R1は、積層方向から見て、接合領域R2の内縁よりも外側の領域であり、特に図3の例では、接合領域R2の外縁から外側の領域である。なお、第1シール層31と集電体21との接合領域は、積層方向から見て接合領域R2に重複していてよい。第1シール層31及び第2シール層32と集電体21との接合領域の内縁(図2における内縁31a,32a)は、スペーサ層33の内縁33aよりも内側に位置している。
FIG. 3 is a plan view of the
第1シール層31は、低剛性領域31rを含む。低剛性領域31rは、電極ユニット40における周縁の剛性を部分的に低くする領域である。なお、図3の例において、第2シール層32は、第1シール層31の低剛性領域31rと同様の低剛性領域を含んでいてもよいし、含まなくてもよい。例えば、第2シール層32が低剛性領域を含まない場合、第2シール層32の内縁32aは、積層方向から見て矩形状をなしていてよい。
The
一例の低剛性領域31rは、第1シール層31の内縁31aに形成された切欠状部分31kによって構成されている。すなわち、第1シール層31は、切欠状部分31kが形成された低剛性領域31rと、切欠状部分31kが形成されていない低剛性領域31r以外の部分(本体部分)とによって構成されている。本体部分は、切欠状部分31kが形成されていない帯状部分であってよい。切欠状部分31kは、直線状に形成される第1シール層31の内縁31aが第1シール層31の外縁31bに向かって凹んだ部分である。図示例の切欠状部分31kは、積層方向から見て略半円形を描く円弧状をなしている。切欠状部分31kと第1シール層31の内縁31aとの境界部分は、湾曲した軌跡を有して接続されている。切欠状部分31kは、その形状が切欠き状であればよく、実際に切り欠かれて形成されている必要はない。図示例の第1シール層31は、一対の長辺31L(長辺部分)を構成する帯状部分及び一対の短辺31S(短辺部分)を構成する帯状部分と、帯状部分同士が交差する角部分と、を有する矩形枠状に形成されている。長辺31Lは、集電体21の長辺に沿って延在し、短辺31Sは、集電体21の短辺に沿って延在している。積層方向から見たとき、低剛性領域31rでは、帯状部分における幅方向(帯状部分の延在方向に交差する方向)の大きさが他の領域に比べて小さくなっている。
An example of the low-
また、図示例では、低剛性領域31rは、第1シール層31を構成する2つの短辺31S及び2つの長辺31Lのそれぞれに1つずつ形成されている。例えば、短辺31Sに形成される低剛性領域31rは、短辺31Sの長手方向の中央に位置している。同様に、長辺31Lに形成される低剛性領域31rは、長辺31Lの長手方向の中央に位置している。すなわち、低剛性領域31rは、第1シール層31を構成する長辺31L又は短辺31Sを等分する位置に形成されている。
In addition, in the illustrated example, one low-
集電体21の第1面21aは、正極活物質が形成されないことで正極活物質層22を分割する溝部22a,22bを含む。溝部22a,22bは、活物質層の外周を画成する4辺のうちの互いに対向する一対の辺の一方の辺から他方の辺にかけて直線状に延在している。一例の溝部22aは、積層方向から見て、集電体21の短辺に平行であり、溝部22bは、積層方向から見て、集電体21の長辺に平行である。溝部22aの幅と溝部22bの幅とは、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。一例において、溝部22a,22bの幅は、切欠状部分31kの開口部分の幅よりも狭くなっている。なお、溝部22a,22bは、活物質層の厚さが薄いことにより溝状に形成されていてもよい。
The
正極活物質層22は、溝部22a,22bによって、複数(図示例では4つ)の領域に分割されている。一例では、溝部22aは、正極活物質層22を短辺方向に沿って長辺方向の中央で分割している。また、溝部22bは、正極活物質層22を長辺方向に沿って短辺方向の中央で分割している。第1シール層31に形成された低剛性領域31rは、溝部22a,22bの延長線(図3において溝部の中心線を一点鎖線で示す)に交差する位置に形成されている。すなわち、図示例では、互いに対向する一対の長辺31Lに形成された低剛性領域31r間に、溝部22aが延在しており、互いに対向する一対の短辺31Sに形成された低剛性領域31r間に、溝部22bが延在している。例えば、低剛性領域31rが円弧状の切欠状部分31kによって形成されている場合、溝部の中心線は、切欠状部分31kを均等に分割するように、切欠状部分31kの中央(円弧の中央)を通る。
The positive electrode
図4は、一例の蓄電装置をエンドプレート側から見た平面図である。図4に示すように、締結部材6は、積層方向から見て、溝部22a,22bの延長線上、を避けた位置に設けられている。すなわち、締結部材6は、積層方向から見て、互いに対向する低剛性領域31r同士を結ぶ仮想線上を避けた位置に設けられている。図示例では、エンドプレート5の長辺及び短辺に沿ってそれぞれ2つの締結部材6が設けられており、2つの締結部材6は、長辺及び短辺を略3等分する位置に設けられている。また、図示例では、締結部材6は、エンドプレート5の四隅を避けて設けられている。
FIG. 4 is a plan view of an example power storage device viewed from the end plate side. As shown in FIG. 4, the
以上説明したように、一例の蓄電装置1は、第1面21aを正極とし、第1面21aに対向する第2面21bを負極として、第1面21a及び第2面21bにそれぞれ矩形状の活物質層(正極活物質層22,負極活物質層23)が設けられた複数の矩形状の集電体21が積層された電極積層体12と、集電体21の積層方向から見て、電極積層体12の周縁を封止する矩形枠状の封止部30と、を備え、封止部30は、それぞれの集電体21の周縁において第1面21a及び第2面21bの少なくとも一方に溶着されたシール層(例えば、第1シール層31)を有し、第1面21a及び第2面21bの少なくとも一方に設けられた活物質層は、活物質層の外周を画成する4辺のうちの互いに対向する一対の辺の一方の辺から他方の辺に直線状に延在する溝部22a,22bを含み、シール層31は、長辺31L及び短辺31Sを含む帯状部分を有し、帯状部分は、切欠状部分31kと切欠状部分31k以外の本体部分とによって構成されており、積層方向から見て、切欠状部分31kにおける帯状部分の延在方向に交差する幅方向の長さは、切欠状部分以外の本体部分における幅方向の長さよりも短く、切欠状部分31kは、積層方向から見て溝部22a,22bの延長線と交差する位置に設けられている。
As described above, the
上記蓄電装置1では、活物質層に溝部22a,22bが形成されているため、充放電時に生じる活物質の膨張収縮によって発生する応力を溝部22a,22bに分散させることができる。また、集電体21の周縁に溶着されたシール層31の帯状部分には、切欠状部分31kが形成されている。この切欠状部分31kでは、集電体21との接合領域が部分的に小さくなっているため、集電体21とシール層31とによって構成される電極ユニット40の剛性が低下している。この場合、活物質層の角部に集中しやすかった応力は、例えば溝部22a,22bを介して切欠状部分31kに分散し得る。以上のように、活物質層の角部に集中していた応力が分散されることにより、集電体21の角部における変形が緩和される。したがって、電池性能の低下を抑制できる。
In the
また、上記のような蓄電装置では、シール層の線膨張係数が集電体の線膨張係数よりも大きいことにより、使用又は環境による温度変化による応力を受けることが考えられる。例えば常温から-40℃程度に冷却された場合には、シール層の収縮に集電体が追従できず、集電体に皺が形成されることが考えられる。この場合、皺が形成される位置によっては、電池性能が低下するなどの不具合が生じることが考えられる。しかしながら、上記の蓄電装置1では、低剛性領域31rが第1シール層31のうちの、溝部22a,22bの延長線に交差する位置に形成されているため、低剛性領域31rに応力が集中した際に、集電体21が溝部22a,22bに沿って変形しやすくなっている。活物質が形成されていない溝部22a,22bにおける変形は、電池性能に影響を与えにくいため、電極ユニット40では、温度変化による不具合が生じ難い。
In addition, since the linear expansion coefficient of the seal layer is larger than that of the current collector, the power storage device as described above may be subjected to stress due to temperature changes due to use or environment. For example, when cooled from room temperature to about −40° C., it is conceivable that the current collector cannot follow the contraction of the seal layer and wrinkles are formed in the current collector. In this case, depending on the position where wrinkles are formed, it is conceivable that problems such as deterioration of battery performance may occur. However, in the
なお、シール層に切欠状部分31kが形成されているため、シール層の封止性の低下が考えられる。しかしながら、上記蓄電装置1では、積層方向から見て、シール層とスペーサ層33との接合領域R1の内縁は、シール層と集電体21との接合領域R2の内縁よりも外側に位置している。このため、封止部30に加わる応力の一部が、シール層と集電体21との接合領域R2の内縁から、シール層とスペーサ層33との接合領域R1の内縁に分散する。封止部30に加わる応力が分散されることで、封止性の低下を抑制できる。
In addition, since the notch-shaped
溝部22a,22bは、第1面21aの正極活物質層22のみに形成されていてもよい。この構成では、第1面21aの正極活物質層22に対向する位置に容易に負極活物質層23を配置することができる。これにより、正極活物質層22に対向する位置に負極活物質層23が存在しないことにより生じるリチウム析出を抑制できる。
The
溝部22a,22bには活物質層が設けられていなくてもよい。この構成では、溝部22a,22bに沿って集電体21に歪みが生じた際に、歪みに伴う活物質層の損傷が抑制される。
The active material layer may not be provided in the
第1面及び第2面の少なくとも一方は粗化面であり、切欠状部分は、粗化面に溶着されたシール層のみに形成されていてもよい。この構成では、粗化面によるアンカー効果によってシール層が強固に接合されるので、集電体に皺が発生しても集電体とシール層とが剥離しにくい。 At least one of the first surface and the second surface may be a roughened surface, and the notched portion may be formed only in the seal layer welded to the roughened surface. In this configuration, the seal layer is strongly bonded by the anchoring effect of the roughened surface, so even if the current collector is wrinkled, the current collector and the seal layer are less likely to separate.
蓄電装置1は、電極積層体12を積層方向に挟む矩形状の一対のエンドプレート5、及び、一対のエンドプレート5同士を締結する締結部材6を備え、締結部材6は、積層方向から見て、エンドプレート5の四隅、及び、溝部22a,22bの延長線上、を避けた位置に設けられている。この構成では、切欠状部分31kと締結部材6とが互いに離れた位置に配置されることにより、切欠状部分31kの周辺に締結部材6による拘束力が強く作用することが抑制される。
The
以上、本開示の一例の形態について詳細に説明されたが、本開示は上記形態に限定されない。 Although an example form of the present disclosure has been described in detail above, the present disclosure is not limited to the above form.
図5は、他の例の電極ユニットを正極側から見た平面図である。図5に示す電極ユニット140は、バイポーラ電極14、第1シール層31及び第2シール層32によって構成されている。なお、図5において第2シール層32は示されていない。一例の電極ユニット140の基本的な構成は、電極ユニット40と同様である。
FIG. 5 is a plan view of another example of the electrode unit viewed from the positive electrode side. The
図示例において、低剛性領域31rは、第1シール層31を構成する2つの長辺31Lのみに形成されており、2つの短辺31Sには形成されていない。一例において、2つの長辺31Lのそれぞれには、低剛性領域31rを構成する複数(図示例では3つ)の切欠状部分32kが形成されている。例えば、切欠状部分32kは、長辺32Lに沿った内縁31aを均等に分割する位置に設けられていてもよい。集電体21の短辺と平行に形成される溝部22aは、互いに対向する一対の長辺31Lに形成された低剛性領域31r間に延在している。すなわち、低剛性領域31rは、溝部22aの延長線(図5において溝部の中心線を一点鎖線で示す)に交差する位置に形成されている。溝部22aは、低剛性領域31rに対応して3本形成されている。それぞれの溝部22aの幅は、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。
In the illustrated example, the low-
切欠状部分31kが、少なくとも長辺31Lに複数形成されているので、短辺31S側よりも活物質層の膨張収縮の影響を受けやすい長辺31L側において、応力のコントロールが適正に行われ得る。
Since a plurality of notch-
図3において、第1シール層31に低剛性領域31rが形成され、第2シール層32に低剛性領域が形成されない例を示したが、例えば、第2シール層32に低剛性領域が形成され、第1シール層31に低剛性領域が形成されない形態であってもよい。この構成では、粗化面によるアンカー効果によって第2シール層32が強固に接合されるので、集電体21に皺が発生しても集電体21と第1シール層31とが剥離しにくい。
FIG. 3 shows an example in which the low-
また、略半円形状の切欠状部分によって形成される低剛性領域を示したが、切欠状部分の形状は図示例に限定されない。例えば、切欠状部分は、略矩形状、略三角形状等であってもよい。 Also, although the low-rigidity region formed by the substantially semicircular notch-shaped portion is shown, the shape of the notch-shaped portion is not limited to the illustrated example. For example, the notched portion may be substantially rectangular, substantially triangular, or the like.
また、接合領域R1の内縁の位置が集電体の端縁に揃っている例を示したが、接合領域R1の内縁は、集電体の端縁よりも内側であってもよいし、外側であってもよい。 Moreover, although an example in which the inner edge of the bonding region R1 is aligned with the edge of the current collector has been shown, the inner edge of the bonding region R1 may be inside or outside the edge of the current collector. may be
低剛性領域は、短辺及び長辺のいずれか一方に形成されてもよい。また、第1シール層又は第2シール層に形成される低剛性領域の数は、特に限定されない。例えば、低剛性領域は、第1シール層又は第2シール層を構成する長辺又は短辺において2つ以上形成されてもよい。また、低剛性領域がシール層を構成する長辺又は短辺を等分する位置に形成される例を示したが、低剛性領域は長辺又は短辺の任意の位置に形成されてもよい。 The low-rigidity region may be formed on either one of the short sides and the long sides. Also, the number of low-rigidity regions formed in the first seal layer or the second seal layer is not particularly limited. For example, two or more low-rigidity regions may be formed on the long side or short side of the first seal layer or the second seal layer. In addition, although an example in which the low-rigidity regions are formed at positions dividing the long side or the short side of the sealing layer into equal parts has been shown, the low-rigidity regions may be formed at any position on the long side or the short side. .
正極活物質層が溝部によって複数に分割されている例を示したが、例えば、負極活物質層も溝部によって分割されていてもよい。負極活物質層に溝部を設ける場合、積層方向から見て、正極活物質層に形成された溝部と負極活物質層に形成された溝部とは互いに重複している。例えば、負極活物質層の溝部は、正極活物質層の溝部の領域内に配置されている。すなわち、第2面のうち、正極活物質層に対向する位置には必ず負極活物質層が存在している。また、活物物質層は、3つ以下に分割されてもよいし、5つ以上に分割されてもよい。なお、溝部は負極活物質層のみに設けられてもよい。 Although an example in which the positive electrode active material layer is divided into a plurality of parts by the groove has been shown, for example, the negative electrode active material layer may also be divided by the groove. When the grooves are provided in the negative electrode active material layer, the grooves formed in the positive electrode active material layer and the grooves formed in the negative electrode active material layer overlap each other when viewed from the stacking direction. For example, the groove of the negative electrode active material layer is arranged in the region of the groove of the positive electrode active material layer. That is, the negative electrode active material layer is always present on the second surface at a position facing the positive electrode active material layer. Also, the active material layer may be divided into three or less, or may be divided into five or more. Note that the groove may be provided only in the negative electrode active material layer.
1…蓄電装置、12…電極積層体(積層体)、21…集電体、21a…第1面、21b…第2面、22…正極活物質層、23…負極活物質層、30…封止部、31…第1シール層、31k…切欠状部分、32…第2シール層、40…電極ユニット。
Claims (5)
前記集電体の積層方向から見て、前記積層体の周縁を封止する矩形枠状の封止部と、を備え、
前記封止部は、それぞれの前記集電体の前記周縁において前記第1面及び前記第2面の少なくとも一方に溶着されたシール層を有し、
前記第1面及び前記第2面の少なくとも一方に設けられた前記活物質層は、前記活物質層の外周を画成する4辺のうちの互いに対向する一対の辺の一方の辺から他方の辺に直線状に延在する溝部を含み、
前記シール層は、矩形状の前記集電体の各辺に沿ってそれぞれ延在する帯状部分を有し、
前記帯状部分は、切欠状部分と前記切欠状部分以外の本体部分とによって構成されており、
前記積層方向から見て、前記切欠状部分における前記帯状部分の延在方向に交差する幅方向の長さは、前記本体部分における前記幅方向の長さよりも短く、
前記切欠状部分は、前記積層方向から見て前記溝部の延長線と交差する位置に設けられている、蓄電装置。 A plurality of rectangular current collectors each having a first surface serving as a positive electrode, a second surface facing the first surface serving as a negative electrode, and a rectangular active material layer provided on each of the first surface and the second surface. a laminated body in which
A rectangular frame-shaped sealing portion that seals the periphery of the laminate when viewed from the stacking direction of the current collector,
The sealing portion has a sealing layer welded to at least one of the first surface and the second surface at the peripheral edge of each of the current collectors,
The active material layer provided on at least one of the first surface and the second surface has a pair of sides facing each other among four sides defining the outer periphery of the active material layer. Including grooves extending linearly along the sides,
The sealing layer has a strip-shaped portion extending along each side of the rectangular current collector,
The band-shaped portion is composed of a notch-shaped portion and a body portion other than the notch-shaped portion,
When viewed from the stacking direction, the length of the notch-shaped portion in the width direction that intersects with the extending direction of the strip-shaped portion is shorter than the length of the main body portion in the width direction,
The power storage device, wherein the notched portion is provided at a position that intersects with the extension line of the groove when viewed from the stacking direction.
前記切欠状部分は、少なくとも前記長辺部分に複数形成されている、請求項1又は2に記載の蓄電装置。 the strip-shaped portion has a long side portion and a short side portion extending along the long side and the short side of the current collector, respectively;
3. The power storage device according to claim 1, wherein a plurality of said notch-shaped portions are formed at least on said long side portion.
前記切欠状部分は、前記粗化面に溶着された前記シール層に形成されている、請求項1~3のいずれか一項に記載の蓄電装置。 At least one of the first surface and the second surface is a roughened surface,
The power storage device according to any one of claims 1 to 3, wherein the notch-shaped portion is formed in the sealing layer welded to the roughened surface.
前記締結部材は、前記積層方向から見て、前記拘束板の四隅、及び、前記溝部の延長線上、を避けた位置に設けられている、請求項1~4のいずれか一項に記載の蓄電装置。 Further comprising a pair of rectangular restraint plates that sandwich the laminate in the stacking direction, and a fastening member that fastens the pair of restraint plates together,
The power storage according to any one of claims 1 to 4, wherein the fastening member is provided at a position avoiding four corners of the restraining plate and an extension line of the groove when viewed from the stacking direction. Device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021154066A JP2023045567A (en) | 2021-09-22 | 2021-09-22 | power storage device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021154066A JP2023045567A (en) | 2021-09-22 | 2021-09-22 | power storage device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023045567A true JP2023045567A (en) | 2023-04-03 |
Family
ID=85776440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021154066A Pending JP2023045567A (en) | 2021-09-22 | 2021-09-22 | power storage device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023045567A (en) |
-
2021
- 2021-09-22 JP JP2021154066A patent/JP2023045567A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2023132181A1 (en) | Electric power storage module | |
WO2022102286A1 (en) | Power storage module | |
JP2023045567A (en) | power storage device | |
JP7367599B2 (en) | Energy storage cells and energy storage devices | |
US20230170582A1 (en) | Power storage cell, power storage device, and method for manufacturing power storage device | |
JP2021174726A (en) | Power storage cell and power storage device | |
JP2023045564A (en) | power storage device | |
JP2023046589A (en) | power storage device | |
JP7444029B2 (en) | Energy storage cells and energy storage devices | |
US20240186645A1 (en) | Power storage module | |
JP7489004B2 (en) | Storage cell and storage device | |
WO2023145294A1 (en) | Electric power storage module | |
JP2022099928A (en) | Power storage device | |
US20210399391A1 (en) | Battery module | |
WO2022130763A1 (en) | Power storage device | |
JP7459774B2 (en) | Energy storage cells and energy storage devices | |
US20240154209A1 (en) | Electrode structure | |
US20240079689A1 (en) | Laminate type solid-state battery | |
WO2022154005A1 (en) | Power storage cell and power storage device | |
JP2021082410A (en) | Power storage module and manufacturing method for power storage module | |
JP2024080295A (en) | Power storage device | |
JP2022064585A (en) | Power storage device | |
JP2023087348A (en) | Method for manufacturing power storage device and power storage device | |
JP2021170487A (en) | Power storage cell | |
JP2022080684A (en) | Power storage module |