JP5244918B2 - 二次電池および電池システム - Google Patents
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Description
本発明は、正極電極と負極電極とをセパレータを介して積層した二次電池および同電池を用いた給電・蓄電システムに関するものである。
充電可能な電池としての二次電池のうち、特にリチウムイオン二次電池は、高いエネルギー密度を有し高容量であるため、家電製品の電源として用いられるほか、近年、電気自動車用電源、住宅用電源、発電所等の余剰電力保存用蓄電池としても着目されている。
リチウムイオン二次電池の形態としては、一対の帯状の正極電極と負極電極とをセパレータを介して積層し渦巻状とした巻回型リチウムイオン二次電池と、複数のシート状正極とシート状負極とを複数のセパレータを介して積層した積層型リチウムイオン二次電池がある。
積層型リチウムイオン二次電池では、上記複数のシート状正極とシート状負極とからなる電極群は、断面が略長方形の角型の電池缶に封入される。巻回型リチウムイオン二次電池では、断面が略円形の円筒型の電池缶に封入される場合もあれば、角型電池缶に封入される場合もある。
リチウムイオン二次電池の形態としては、一対の帯状の正極電極と負極電極とをセパレータを介して積層し渦巻状とした巻回型リチウムイオン二次電池と、複数のシート状正極とシート状負極とを複数のセパレータを介して積層した積層型リチウムイオン二次電池がある。
積層型リチウムイオン二次電池では、上記複数のシート状正極とシート状負極とからなる電極群は、断面が略長方形の角型の電池缶に封入される。巻回型リチウムイオン二次電池では、断面が略円形の円筒型の電池缶に封入される場合もあれば、角型電池缶に封入される場合もある。
積層型、巻回型いずれのリチウムイオン二次電池においても、シート状正極とシート状負極がセパレータを介して積層される構造であるため、電池缶内でシート状正極とシート状負極との位置がズレる場合、すなわち積層ズレの生じる場合がある。この積層ズレが生じると、正極と負極が接触し電池内でショートするなど故障が発生する危険性がある。また、電池缶は導電体であるため、正極、負極との電気的絶縁をする必要もある。
そこで、角型電池缶に積層型リチウムイオン二次電池の電極群を封入する場合に、絶縁性であるポリプロピレン製の補助シートを電極群の最端部にあるシート状電極面上に設け、電極群とともにテープ固定する提案がなされている（下記特許文献１参照）。
特開２００８−９１０９９号公報
そこで、角型電池缶に積層型リチウムイオン二次電池の電極群を封入する場合に、絶縁性であるポリプロピレン製の補助シートを電極群の最端部にあるシート状電極面上に設け、電極群とともにテープ固定する提案がなされている（下記特許文献１参照）。
上記提案によれば積層方向の絶縁を図るとともに、補助シートと積層された電極がテープ固定されることで積層ズレが防止できるとするが、これでは積層ズレ防止が不十分であって、このため設計通りの性能を十分に発揮できないとの知見を得た。これにつき図５、図６、図７を用いて説明する。
図５に角型電池缶１の面のうち、図示しない正極端子および負極端子が形成された面と平行な面で切断した断面を示す。シート状の正極２と負極３が図示しないセパレータを介して積層された電極群は角型電池缶１内に挿入されている。電極群と導電体である角型電池缶１との絶縁をするために、電極群の４隅にはポリプロピレン製の絶縁膜４、５が、上記正極端子および負極端子が形成された面の長辺方向と短辺方向にそれぞれ図のとおり配置される。電極面幅ａを上記長辺方向Ｘの内法（うちのり）ｂと同一寸法にすると、角型電池缶角部が丸みを帯びているために角部１ａ付近のシート状電極が圧迫され変形し、これによりセパレータ破れ等が発生し、結果としてショートなど故障を引き起こす危険性が高い。このようなシート状電極の変形を回避するため電極面幅は上記長辺方向Ｘの内法ｂよりもやや小さく、電池缶角部１ａの丸みの影響を受けない寸法に設計されている。
また、角型電池缶１には電解液を蓄える必要があるため、電極群と角型電池缶１との間には一定の空間、すなわち中空部分６を設けなければならない。このため絶縁膜５は絶縁に最低限耐えられる程度の厚み、言い換えれば極めて薄くはりのない絶縁体が用いられる。
また、角型電池缶１には電解液を蓄える必要があるため、電極群と角型電池缶１との間には一定の空間、すなわち中空部分６を設けなければならない。このため絶縁膜５は絶縁に最低限耐えられる程度の厚み、言い換えれば極めて薄くはりのない絶縁体が用いられる。
ところが、この構成では、例えば電気自動車用電源として用いられた場合、角型電池缶１に継続的な振動が加えられると、絶縁膜５が電極群の重みにより角型電池缶１の形状に沿って変形するとともに、シート状正極２、シート状負極３が図６に示すように上記長辺方向にズレを生じる。すなわち、正極２、負極３の自身の面に沿う方向、すなわち積層方向に直交する方向にズレを生じる。このズレが生じると、角型電池缶１の角部を拡大した図７に示すように、電極群の端部付近にあるシート状正極２、シート状負極３が角型電池缶１に沿って変形し、この変形した状態でさらに振動が加えられるとセパレータ破れなどが発生し、結果としてショートなどの故障が生じることが判明した。なお、電極群の中央部のシート状電極は、仮にズレたとしても上記角型電池缶１の内壁と垂直な角度で当たるため、電極が曲がるなどの変形は生じ難く、故障の原因となる可能性は小さい。
本発明は、上記問題に鑑み、継続的な振動が加えられた場合であっても、角型電池缶角部での電極変形を極力防止し、設計通りの性能を最大限発揮することのできる二次電池および同電池を用いた給電または蓄電システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の二次電池は以下の構成を採用する。
すなわち、正極端子および負極端子が設けられた角型電池缶と、前記角型電池缶内に配置され、前記正極端子に電気的に接続されたシート状正極及び前記負極端子に電気的に接続されたシート状負極がセパレータを介して積層された電極群と、固定用テープと、前記角型電池缶の前記正極端子および前記負極端子が形成された面の長辺方向に前記電極群の幅と実質的に同一幅の第１部分と、前記第１部分の前記長辺方向の中心と前記面の実質的に同一垂直線上に中心があり且つ前記長辺方向に前記電極群の幅より大きな幅の第２部分とを備えた第１および第２の絶縁性補助シートとを有し、
前記第１および第２の絶縁性補助シートは前記長辺側から前記電極群を挟んで対向する位置に配置され且つ前記電極群を圧迫して前記第１部分において互いに前記固定用テープで連結されていることを特徴とする。
すなわち、正極端子および負極端子が設けられた角型電池缶と、前記角型電池缶内に配置され、前記正極端子に電気的に接続されたシート状正極及び前記負極端子に電気的に接続されたシート状負極がセパレータを介して積層された電極群と、固定用テープと、前記角型電池缶の前記正極端子および前記負極端子が形成された面の長辺方向に前記電極群の幅と実質的に同一幅の第１部分と、前記第１部分の前記長辺方向の中心と前記面の実質的に同一垂直線上に中心があり且つ前記長辺方向に前記電極群の幅より大きな幅の第２部分とを備えた第１および第２の絶縁性補助シートとを有し、
前記第１および第２の絶縁性補助シートは前記長辺側から前記電極群を挟んで対向する位置に配置され且つ前記電極群を圧迫して前記第１部分において互いに前記固定用テープで連結されていることを特徴とする。
また、本発明による給電システムとしての電気自動車は、
正極端子および負極端子が設けられた角型電池缶と、前記角型電池缶内に配置され、前記正極端子に電気的に接続されたシート状正極及び前記負極端子に電気的に接続されたシート状負極がセパレータを介して積層された電極群と、固定用テープと、前記角型電池缶の前記正極端子および前記負極端子が形成された面の長辺方向に前記電極群の幅と実質的に同一幅の第１部分と、前記第１部分の前記長辺方向の中心と前記面の実質的に同一垂直線上に中心があり且つ前記長辺方向に前記電極群の幅より大きな幅の第２部分とを備えた第１および第２の絶縁性補助シートとを備え、前記第１および第２の絶縁性補助シートは前記長辺側から前記電極群を挟んで対向する位置に配置され且つ前記電極群を圧迫して前記第１部分において互いに前記固定用テープで連結されている二次電池と、
車輪を駆動するモーターとを有し、
前記モーターは前記二次電池から給電を受けて駆動することを特徴とする。
電気自動車としては、電気で駆動可能な自動車であればよく、ハイブリッド自動車でもよい。
正極端子および負極端子が設けられた角型電池缶と、前記角型電池缶内に配置され、前記正極端子に電気的に接続されたシート状正極及び前記負極端子に電気的に接続されたシート状負極がセパレータを介して積層された電極群と、固定用テープと、前記角型電池缶の前記正極端子および前記負極端子が形成された面の長辺方向に前記電極群の幅と実質的に同一幅の第１部分と、前記第１部分の前記長辺方向の中心と前記面の実質的に同一垂直線上に中心があり且つ前記長辺方向に前記電極群の幅より大きな幅の第２部分とを備えた第１および第２の絶縁性補助シートとを備え、前記第１および第２の絶縁性補助シートは前記長辺側から前記電極群を挟んで対向する位置に配置され且つ前記電極群を圧迫して前記第１部分において互いに前記固定用テープで連結されている二次電池と、
車輪を駆動するモーターとを有し、
前記モーターは前記二次電池から給電を受けて駆動することを特徴とする。
電気自動車としては、電気で駆動可能な自動車であればよく、ハイブリッド自動車でもよい。
また、本発明による蓄電システムは、
正極端子および負極端子が設けられた角型電池缶と、前記角型電池缶内に配置され、前記正極端子に電気的に接続されたシート状正極及び前記負極端子に電気的に接続されたシート状負極がセパレータを介して積層された電極群と、固定用テープと、前記角型電池缶の前記正極端子および前記負極端子が形成された面の長辺方向に前記電極群の幅と実質的に同一幅の第１部分と、前記第１部分の前記長辺方向の中心と前記面の実質的に同一垂直線上に中心があり且つ前記長辺方向に前記電極群の幅より大きな幅の第２部分とを備えた第１および第２の絶縁性補助シートとを備え、前記第１および第２の絶縁性補助シートは前記長辺側から前記電極群を挟んで対向する位置に配置され且つ前記電極群を圧迫して前記第１部分において互いに前記固定用テープで連結されている二次電池と、
発電設備とを有し、
前記二次電池は前記発電設備から給電を受けて蓄電することを特徴とする。
発電設備としては、太陽電池、燃料電池、風車、火力発電設備、水力発電設備、原子力発電設備など、発電を行う設備であればいずれのものでもよく、自動車、自転車などに備えられる単なる発電機でもよい。発電所でなくとも、一般家庭に設置される発電設備でもよい。
正極端子および負極端子が設けられた角型電池缶と、前記角型電池缶内に配置され、前記正極端子に電気的に接続されたシート状正極及び前記負極端子に電気的に接続されたシート状負極がセパレータを介して積層された電極群と、固定用テープと、前記角型電池缶の前記正極端子および前記負極端子が形成された面の長辺方向に前記電極群の幅と実質的に同一幅の第１部分と、前記第１部分の前記長辺方向の中心と前記面の実質的に同一垂直線上に中心があり且つ前記長辺方向に前記電極群の幅より大きな幅の第２部分とを備えた第１および第２の絶縁性補助シートとを備え、前記第１および第２の絶縁性補助シートは前記長辺側から前記電極群を挟んで対向する位置に配置され且つ前記電極群を圧迫して前記第１部分において互いに前記固定用テープで連結されている二次電池と、
発電設備とを有し、
前記二次電池は前記発電設備から給電を受けて蓄電することを特徴とする。
発電設備としては、太陽電池、燃料電池、風車、火力発電設備、水力発電設備、原子力発電設備など、発電を行う設備であればいずれのものでもよく、自動車、自転車などに備えられる単なる発電機でもよい。発電所でなくとも、一般家庭に設置される発電設備でもよい。
本発明の二次電池および電池システムによれば、角型電池缶の正極端子および負極端子が形成された面の長辺方向に電極群の幅と実質的に同一幅の第１部分と、同長辺方向に電極群より大きな幅の第２部分とを備えた２つの絶縁性補助シートで電極群を圧迫し、しかもこの２つの絶縁性補助シートの第１部分同士を固定用テープで連結することで、２つの絶縁性補助シートの間に電極群をしっかりと固定できる。すなわち、電極群を挟みこむ２つの絶縁性補助シートの第１部分同士を連結することで、第１部分は電極群幅とほぼ同一であることから、電極群をゆるみなくしっかりと固定できる。
そして、振動等で電極群が角型電池缶内で振られた場合においても、上記長辺方向に電極群よりせり出した幅広形状の第２部分が角型電池缶の角の丸み部分に当たってつっかえる機能を果たすため、結果として電極群端部のシート状電極が角型電池缶の角の丸みに沿って変形することを防止することができる。この効果は、積層型と巻回型のいずれの二次電池でも、例えば積層型リチウムイオン二次電池や巻回型リチウムイオン二次電池のいずれにおいても得られるものである。
上記つっかえる機能が必要であるため、絶縁性補助シートは少なくともはりのある材料、厚みである必要がある。絶縁性補助シートは成型容易の観点からプラスチック樹脂が望ましい。絶縁性補助シートは、電解液で劣化しないものである必要がある。また、電極群へ十分に電解液を浸透させるために、絶縁性補助シートそれ自体に電解液を浸透させる機能があるものが望ましい。絶縁性補助シートに貫通穴を設けて当該浸透機能をもたせてもよい。
絶縁性補助シートの材料、厚みを調整し、たわみや変形困難なプレート（絶縁性補助プレート）とすれば、より強固に上記電極の変形を防止できる。
そして、振動等で電極群が角型電池缶内で振られた場合においても、上記長辺方向に電極群よりせり出した幅広形状の第２部分が角型電池缶の角の丸み部分に当たってつっかえる機能を果たすため、結果として電極群端部のシート状電極が角型電池缶の角の丸みに沿って変形することを防止することができる。この効果は、積層型と巻回型のいずれの二次電池でも、例えば積層型リチウムイオン二次電池や巻回型リチウムイオン二次電池のいずれにおいても得られるものである。
上記つっかえる機能が必要であるため、絶縁性補助シートは少なくともはりのある材料、厚みである必要がある。絶縁性補助シートは成型容易の観点からプラスチック樹脂が望ましい。絶縁性補助シートは、電解液で劣化しないものである必要がある。また、電極群へ十分に電解液を浸透させるために、絶縁性補助シートそれ自体に電解液を浸透させる機能があるものが望ましい。絶縁性補助シートに貫通穴を設けて当該浸透機能をもたせてもよい。
絶縁性補助シートの材料、厚みを調整し、たわみや変形困難なプレート（絶縁性補助プレート）とすれば、より強固に上記電極の変形を防止できる。
固定用テープは、絶縁性テープが望ましく、電解液で容易に劣化しない材質であることが望ましい。また、固定用テープの粘着剤も電解液で容易に劣化しない材質であることが望ましく、天然ゴム系、合成ゴム系、アクリル系、ビニルアルキルエーテル系、シリコーン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ウレタン系、エチレン−アクリル酸エステル系、スチレン−ブタジエンブロック共重合体系、スチレン−イソプレンブロック共重合体系等の粘着剤が使用可能である。ただし、粘着面がなくても外部からの加熱で固定用テープが絶縁性補助シートに熱融着して固定されるという方法も使用可能である。
上記正極端子および負極端子が形成された角型電池缶の面の垂直方向に電極群の幅より大きな幅をさらに有する上記絶縁性補助シートと電極群とを固定用テープで圧迫して固定することで、積層型の二次電池における上記正極端子に電気的に接続される複数のシート状正極の電極タブおよび上記負極端子に電気的に接続される複数のシート状負極の電極タブの折れ曲がりを緩和し、故障発生を防止することができる。すなわち、電極群の電極タブ側にせり出した幅広形状の絶縁性補助シートによってそのシート面内に電極群が固定されることで、仮に二次電池が誤って天地逆転に置かれた場合にも、絶縁性補助シートが角型電池缶につっかえて電極群を電池缶内で中空状態に浮かせるため、この絶縁性補助シートがない場合に比べ電極タブの折れ曲がりを緩和できるものである。
２つの絶縁性補助シートが、上記面の垂直方向に電極幅と実質的に同一幅の第３部分と、第３部分の上記垂直方向の中心と上記長辺方向の実質的に同一線上に中心があり且つ上記垂直方向に電極群幅より大きな幅の第４部分とを備え、第３部分において互いに固定用テープで連結されることで、上記天地逆転の場合にも、電極群を上記垂直方向にさらにしっかり固定することができる。すなわち、第３部分の上記垂直方向の幅は上記垂直方向の電極群の幅とほぼ同一であるので、電極群を２つの絶縁性補助シート間にゆるみなく固定できるものである。これにより、より強固に上記電極タブの折れ曲がりを緩和できる。
なお、２つの絶縁性補助シートの第１部分同士の連結および第３部分同士の連結により、２つの絶縁性補助シート間で電極群は中空状に位置することになる。
なお、２つの絶縁性補助シートの第１部分同士の連結および第３部分同士の連結により、２つの絶縁性補助シート間で電極群は中空状に位置することになる。
また、絶縁性補助シートははりのあるもの又は変形困難なプレートであるので、電極群を角型電池缶内に挿入する際に、絶縁性テープで電極群と一体とされた絶縁性補助シートが挿入ガイドの役割を果たす。よって、電極群の角型電池缶への挿入が容易となる。
上記二次電池を直列または並列に複数接続することにより、組電池を構成してもよい。
本発明によれば、角型電池缶に継続的な振動が加えられた場合においても、電極群の端部のシート状電極が角型電池缶の角部の丸みに沿って変形することが防止できるため、結果として故障が少なく、設計通りの性能を発揮する二次電池および同電池を用いた給電・蓄電システムを得ることができる。
１ 角型電池缶
２ シート状正極（シート状電極）
３ シート状負極（シート状電極）
４ 絶縁膜
５ 絶縁膜
６ 中空部分
７ 絶縁性補助シート
８ 絶縁性補助シート
９ 固定用テープ
１０ 固定用テープ
１１ 正極タブ
１２ 負極タブ
１３ 電極群
１４ 絶縁性補助シート
１５ 家屋
１６ 配電盤
１７ 制御ボックス
１８ 予備二次電池
１９ 給電電力系統
２０ 発電設備
２１ 電気自動車
２２ 二次電地
２ シート状正極（シート状電極）
３ シート状負極（シート状電極）
４ 絶縁膜
５ 絶縁膜
６ 中空部分
７ 絶縁性補助シート
８ 絶縁性補助シート
９ 固定用テープ
１０ 固定用テープ
１１ 正極タブ
１２ 負極タブ
１３ 電極群
１４ 絶縁性補助シート
１５ 家屋
１６ 配電盤
１７ 制御ボックス
１８ 予備二次電池
１９ 給電電力系統
２０ 発電設備
２１ 電気自動車
２２ 二次電地
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る二次電池について、図面を参照して説明する。本発明は以下の最良の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施できる。
以下に、本発明の第１の実施形態に係る二次電池について、図面を参照して説明する。本発明は以下の最良の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施できる。
図１（ａ）は、積層型二次電池の断面構成を示す。図示しないが、アルミ等で成型された角型電池缶１には、角型電池缶１の一面に、正極端子及び負極端子が設けられている。そして、図１（ａ）は、この正極端子及び負極端子が設けられた一面に沿って切断した断面を表わしており、角型電池缶１に封入されるシート状正極２、シート状負極３及び絶縁性補助シート８の位置関係を示している。
また、図１（ｂ）は、角型電池缶１の面のうち、図示しない正極端子および負極端子が形成された一面に交差する面で切断した断面であり、シート状正極２及びシート状負極３の積層方向視した断面図である。また、図１（ｃ）は絶縁性補助シート８を積層方向視して、その形状の詳細を示す部品図である。
また、図１（ｂ）は、角型電池缶１の面のうち、図示しない正極端子および負極端子が形成された一面に交差する面で切断した断面であり、シート状正極２及びシート状負極３の積層方向視した断面図である。また、図１（ｃ）は絶縁性補助シート８を積層方向視して、その形状の詳細を示す部品図である。
アルミ等で成型された角型電池缶１の内部には図示しない正極端子に正極タブ１１を介して電気的に接続された略長方形のシート状正極２と図示しない負極端子に負極タブ１２を介して電気的に接続された略長方形のシート状負極３がセパレータを介して複数積層されて電極群を構成している。
絶縁性補助シート８は、図１（ｃ） に示すように、積層されるシート状正極およびシート状負極のそれぞれの電極タブ１１、１２のある方向と垂直方向に幅ｅの部分と幅ａの部分を有するように成型されている。すなわち、絶縁性補助シート８の上記幅aの部分は、電極タブ方向と垂直方向の両側から絶縁性補助シート８に凹みをつけるように形成されている。具体的には、上記幅ａの部分の電極タブ方向と垂直方向における中心は、上記幅ｅの部分の上記垂直方向の中心と電極タブ方向の同一線上に存在するように設計される。
絶縁性補助シート８は、図１（ｃ） に示すように、積層されるシート状正極およびシート状負極のそれぞれの電極タブ１１、１２のある方向と垂直方向に幅ｅの部分と幅ａの部分を有するように成型されている。すなわち、絶縁性補助シート８の上記幅aの部分は、電極タブ方向と垂直方向の両側から絶縁性補助シート８に凹みをつけるように形成されている。具体的には、上記幅ａの部分の電極タブ方向と垂直方向における中心は、上記幅ｅの部分の上記垂直方向の中心と電極タブ方向の同一線上に存在するように設計される。
また、絶縁性補助シート８は、電極タブ方向の電極面幅ｆと同様の幅を電極タブ方向に有している。寸法ａは、角型電池缶１の電極端子が形成された面と平行な面で切断した断面の長辺方向における最大の電極面幅、すなわち電極群の幅である。絶縁性補助シートは成型容易の点でポリプロピレン等のプラスチック樹脂で形成されるのが望ましい。
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、２つの絶縁性補助シート８で電極群を圧迫して挟みこみ、上記凹み部分に固定用テープ９が貼付されて２つの絶縁性補助シート同士が連結される。連結をしっかりするために、固定用テープ９の幅ｈは、上記凹み部分の幅ｇより小さい必要がある。
本実施形態では、電極タブ方向と垂直方向に、すなわち、電極タブ１１、１２が突出する方向と直交する方向に２本の固定用テープで２つの絶縁性補助シートを連結しているが、連結を強固にし且つ電極群の上記絶縁性補助シート面内での固定をしっかりするために、３本以上の固定用テープで連結してもよい。この場合には、固定用テープの本数に応じて、絶縁性補助シート８に上記幅ａの部分が複数設けられることになる。
さらに、電極タブ方向への積層ズレを防止するために、図１（ｂ）に示すように、電極タブ方向へ固定用テープ１０を貼付し、２つの絶縁性補助シート８を連結してもよい。この場合、固定用テープ１０の幅ｉは固定用テープ９の幅ｈと異なってもよく、さらに、両固定用テープ９、１０の材質が異なっていてもよい。
電極タブ方向へは、電極タブ１１、１２がある都合上、複数の固定用テープ１０を設けることは困難である。よって、固定用テープ１０は１本のみで電極群を十分に固定することができるよう幅広のものを用いるのが望ましく、例えばｈ＜ｉとするのが望ましい。
なお、電極群および２つの絶縁性補助シート８の全てを周回するように固定用テープ９、１０を貼付してもよく、この場合はより強固に電極群を２つの絶縁性補助シート間に固定できるので、積層ズレを十分に防止できる。
さらに、電極タブ方向への積層ズレを防止するために、図１（ｂ）に示すように、電極タブ方向へ固定用テープ１０を貼付し、２つの絶縁性補助シート８を連結してもよい。この場合、固定用テープ１０の幅ｉは固定用テープ９の幅ｈと異なってもよく、さらに、両固定用テープ９、１０の材質が異なっていてもよい。
電極タブ方向へは、電極タブ１１、１２がある都合上、複数の固定用テープ１０を設けることは困難である。よって、固定用テープ１０は１本のみで電極群を十分に固定することができるよう幅広のものを用いるのが望ましく、例えばｈ＜ｉとするのが望ましい。
なお、電極群および２つの絶縁性補助シート８の全てを周回するように固定用テープ９、１０を貼付してもよく、この場合はより強固に電極群を２つの絶縁性補助シート間に固定できるので、積層ズレを十分に防止できる。
上記絶縁性補助シート８を配置し且つ固定用テープで連結することで、振動等によるシート状電極のズレを防止することができる。そして、電極群より幅広の絶縁性補助シート８が角型電池缶１の角の丸み部分にひっかかることで、電極群の端部にあるシート状電極が上記丸み部分に進入することが防止される。これにより、結果として故障の防止ができる。上記幅ｅが、角型電池缶１の電極端子が形成された一面に平行な面で切断した断面の長辺方向Ｘに沿う内法（うちのり）ｂと実質的に同じ寸法であると、上記シート電極の上記丸み部分への進入を阻止する効果がさらに良好に得られる。
さらに、上記構成によれば、振動により絶縁性補助シート８の上記幅ｅ部分が上記断面短辺方向Ｙ（本実施形態では積層方向と一致）の角型電池缶に接した場合においても、電極群はこの絶縁性補助シート８の面の内側で固定されているため角型電池缶への接触が防止される。このため、図５における絶縁膜５を設置する必要がなくなり、製造コストを低減させることもできる。
さらに、上記構成によれば、振動により絶縁性補助シート８の上記幅ｅ部分が上記断面短辺方向Ｙ（本実施形態では積層方向と一致）の角型電池缶に接した場合においても、電極群はこの絶縁性補助シート８の面の内側で固定されているため角型電池缶への接触が防止される。このため、図５における絶縁膜５を設置する必要がなくなり、製造コストを低減させることもできる。
もちろん、安全を期すために、２つの絶縁性補助シート７を電極端子が形成された面の短辺方向から電極群を挟んで形成してもよい。この場合、絶縁性補助シート７は、２つの絶縁性補助シート８を固定用テープで連結する際に、固定用テープで巻き込んで絶縁性補助シート８とともに連結してもよい。
絶縁性補助シート７は、絶縁性補助シート８と同じ材質でもよく、異なる材質でもよい。絶縁性補助シート８と異なり電気的絶縁をするためだけに必要であるので、電解液を電極群と角型電池缶１内に多く蓄えるために、できるだけ薄く設計するのが望ましい。
絶縁性補助シート８も絶縁性補助シート７も、電解液を浸透しやすい機能を有していることが望ましい。
なお、本実施形態の場合には、角型電池缶１の底面に電極群との電気的絶縁を図るための図示しない絶縁膜が配置される。
絶縁性補助シート７は、絶縁性補助シート８と同じ材質でもよく、異なる材質でもよい。絶縁性補助シート８と異なり電気的絶縁をするためだけに必要であるので、電解液を電極群と角型電池缶１内に多く蓄えるために、できるだけ薄く設計するのが望ましい。
絶縁性補助シート８も絶縁性補助シート７も、電解液を浸透しやすい機能を有していることが望ましい。
なお、本実施形態の場合には、角型電池缶１の底面に電極群との電気的絶縁を図るための図示しない絶縁膜が配置される。
本実施形態では、積層型の電極群の場合を示したが、巻回型の電極群を角型電池缶に封入する場合にも同様の効果が得られることはいうまでもない。二次電池としては、例えばリチウムイオン二次電池を対象とできる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る二次電池について、図２を参照して説明する。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。また、本実施形態は、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施できる。
第２の実施形態に係る二次電池について、図２を参照して説明する。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。また、本実施形態は、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施できる。
図２では、上記第１の実施形態と異なり、角型電池缶１の中に複数、例えば３つの電極群１３を配置している。すなわち、角型電池缶１内に、２つの絶縁性補助シート８で１つの電極群を圧迫し、固定用テープ９、１０でこれら２つの絶縁性補助シート８を連結することでこの電極群を絶縁性補助シート８の面内に固定した構成を３組、互いに接した状態で並べて配置している。ただし、この３組の構成による上記短辺方向Ｙの総幅は、実質的に角型電池缶１の電極端子が形成された面に平行な面で切断した断面の短辺方向Ｙに沿う内法ｃと同様になるのが望ましい。
その点以外は、上記第１の実施形態で述べたと同様である。
３組の上記構成を接して並べた配置における最端部の絶縁性補助シート８が角型電池缶の角の丸み部分にひっかかり、結果として電極群の端部におけるシート状電極の曲がりを防止することができる。
本実施形態では、角型電池缶１内に３組の上記構成を配置したが、２組でもよく、また、４組以上配置してもよい。
その点以外は、上記第１の実施形態で述べたと同様である。
３組の上記構成を接して並べた配置における最端部の絶縁性補助シート８が角型電池缶の角の丸み部分にひっかかり、結果として電極群の端部におけるシート状電極の曲がりを防止することができる。
本実施形態では、角型電池缶１内に３組の上記構成を配置したが、２組でもよく、また、４組以上配置してもよい。
（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る二次電池について、図３（ａ）、図３（ｂ）を参照して説明する。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。また、本実施形態は、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施できる。
第３の実施形態に係る二次電池について、図３（ａ）、図３（ｂ）を参照して説明する。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。また、本実施形態は、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施できる。
図３（ａ）、図３（ｂ）では、上記第１の実施形態と異なり、電極タブ１１、１２方向に、絶縁性補助シート８が幅ｆの部分と幅ｆより大きな幅ｊの部分を有する構成として、これを絶縁性補助シート１４としている。絶縁性補助シート１４の上記幅ｆの部分は、電極タブ方向の両側から上記絶縁性補助シート１４に凹みをつけるように形成されている。具体的には、上記幅ｆの部分の電極タブ方向における中心は、上記ｊの部分の電極タブ方向の中心と電極タブ方向と垂直方向の同一線上に存在するように設計される。
そして、上記凹み部分に固定用テープ１０が貼付されて２つの絶縁性補助シート１４が電極群を圧迫して連結されるため、凹み部分の幅ｋは固定用テープ１０の幅ｉより小さい必要がある。また、上記第１の実施形態と同様に、２本の固定用テープ９によっても２つの絶縁性補助シート１４は連結される。
その点以外は、上記第１の実施形態及び第２の実施形態で述べたと同様である。
そして、上記凹み部分に固定用テープ１０が貼付されて２つの絶縁性補助シート１４が電極群を圧迫して連結されるため、凹み部分の幅ｋは固定用テープ１０の幅ｉより小さい必要がある。また、上記第１の実施形態と同様に、２本の固定用テープ９によっても２つの絶縁性補助シート１４は連結される。
その点以外は、上記第１の実施形態及び第２の実施形態で述べたと同様である。
本実施形態によれば、絶縁性補助シート１４の面内に中空状に電極群を固定できるため、仮に電池缶が天地逆転した場合においても、絶縁性補助シート１４が角型電池缶に当たることで電極タブ１１、１２の折れ曲がりを緩和でき、結果として故障を防止できる。
さらに、上記中空状に、すなわち電極群が絶縁性補助シート１４の両縁端よりも凹むようにして、両縁端において絶縁性補助シート１４の間に空間を形成されるように固定されているので、角型電池缶１の底面に絶縁膜を設置する必要がなくなる。これにより、製造コスト低減を図ることもできる。
さらに、上記中空状に、すなわち電極群が絶縁性補助シート１４の両縁端よりも凹むようにして、両縁端において絶縁性補助シート１４の間に空間を形成されるように固定されているので、角型電池缶１の底面に絶縁膜を設置する必要がなくなる。これにより、製造コスト低減を図ることもできる。
（第４の実施形態）
第４の実施形態に係る二次電池を利用した蓄電・給電システムについて、図４を参照して説明する。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。また、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施できる。
第４の実施形態に係る二次電池を利用した蓄電・給電システムについて、図４を参照して説明する。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。また、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施できる。
電気自動車２１に搭載された二次電池２２および家屋１５外に配置された予備二次電池１８は、先述の第１〜第３の実施形態で述べた本発明に係る二次電池、例えば積層型リチウムイオン二次電池である。
まず、蓄電システムにつき説明する。風力発電、火力発電、水力発電、原子力発電、太陽電池、燃料電池等の発電設備２０から発電された電力は、供給電力系統１９を経由してユーザーの利用する制御ボックス１７へ供給される。制御ボックス１７でユーザーが切り替え操作することで、電気自動車２１の駆動用電源である二次電池２２、予備二次電池１８、配電盤１６のいずれかに発電設備２０から送電された電力を供給する。予備二次電池１８または電気自動車２１の二次電池２２は電力供給がなされると充電・蓄電を行う。災害等により発電設備２０からの給電が停止した場合に予備電源とするため、予備二次電池１８には充分な蓄電を行っておくのが望ましい。
昼間は配電盤１６、夜間は予備二次電池１８または電気自動車２１の二次電池２２へ電力供給するように制御ボックスをプログラム制御してもよい。
昼間は配電盤１６、夜間は予備二次電池１８または電気自動車２１の二次電池２２へ電力供給するように制御ボックスをプログラム制御してもよい。
次に給電システムにつき説明する。上記蓄電システムにより充電がなされた予備二次電池１８は、制御ボックス１７を介して家屋１５内の配電盤１６に電気的に接続されている。配電盤１６は、家屋１５内のプラグに接続されたエアコン、テレビ等の電化製品と電気的に接続されている。ユーザーは給電電力系統１９からの電力を受けて家屋１５内の電化製品を駆動するかまたは上記蓄電システムにより蓄電した予備二次電池１８の電力を利用して電化製品を駆動するかを選択でき、この選択・切り替えを制御ボックス１７により行う。
制御ボックス１７における切り替えにより、予備二次電池１８が配電盤１６に電気的に接続された場合には、予備二次電池１８から配電盤１６へ給電され、上記電化製品の駆動が可能となる。
制御ボックス１７における切り替えにより、予備二次電池１８が配電盤１６に電気的に接続された場合には、予備二次電池１８から配電盤１６へ給電され、上記電化製品の駆動が可能となる。
電気自動車２１は、上記蓄電システムにより蓄電した二次電池２２から車輪を駆動するモーターに給電することで、走行可能となる。電気自動車２１は電気モーターで車輪を駆動することが可能な自動車であればよく、ハイブリッド自動車でもよい。
本発明に係る二次電池を利用した蓄電・給電システムでは、同二次電池において故障の一因である振動による角型電池缶内角部での積層ズレ及び電極曲がりを極力防止することができるので、振動の多い自動車における給電システムとしても、地震の多発国における給電・蓄電システムとしても、故障の少ない安定した動作が可能となる。
Claims (6)
- 正極端子および負極端子が設けられた角型電池缶と、
前記角型電池缶内に配置され、前記正極端子に電気的に接続されたシート状正極及び前記負極端子に電気的に接続されたシート状負極がセパレータを介して積層された電極群と、
固定用テープと、
前記角型電池缶の前記正極端子および前記負極端子が形成された面の長辺方向に前記電極群の幅と実質的に同一幅の第１部分と、前記第１部分の前記長辺方向の中心と前記面の実質的に同一垂直線上に中心があり且つ前記長辺方向に前記電極群の幅より大きな幅の第２部分とを備えた第１および第２の絶縁性補助シートとを有し、
前記第１および第２の絶縁性補助シートは前記長辺側から前記電極群を挟んで対向する位置に配置され且つ前記電極群を圧迫して前記第１部分において互いに前記固定用テープで連結されていることを特徴とする二次電池。 - 前記第１および第２の絶縁性補助シートは、前記正極端子および前記負極端子が形成された前記角型電池缶の面の垂直方向に前記電極群の幅より大きな幅を備えていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 前記第１および第２の絶縁性補助シートは、上記面の垂直方向に前記電極幅と実質的に同一幅の第３部分と、前記第３部分の前記垂直方向の中心と前記長辺方向の実質的に同一線上に中心があり且つ前記垂直方向に前記大きな幅の第４部分とを備え、前記第３部分において互いに前記固定用テープで連結されていることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
- 前記シート状正極および前記シート状負極を複数有し、前記シート状正極と前記シート状負極はそれぞれセパレータを介して積層されていることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
- 正極端子および負極端子が設けられた角型電池缶と、
前記角型電池缶内に配置され、前記正極端子に電気的に接続されたシート状正極及び前記負極端子に電気的に接続されたシート状負極がセパレータを介して積層された電極群と、
固定用テープと、
前記角型電池缶の前記正極端子および前記負極端子が形成された面の長辺方向に前記電極群の幅と実質的に同一幅の第１部分と、前記第１部分の前記長辺方向の中心と前記面の実質的に同一垂直線上に中心があり且つ前記長辺方向に前記電極群の幅より大きな幅の第２部分とを備えた第１および第２の絶縁性補助シートとを備え、
前記第１および第２の絶縁性補助シートは前記長辺側から前記電極群を挟んで対向する位置に配置され且つ前記電極群を圧迫して前記第１部分において互いに前記固定用テープで連結されている二次電池と、
車輪を駆動するモーターとを有し、
前記モーターは前記二次電池から給電を受けて駆動することを特徴とする電気自動車。 - 正極端子および負極端子が設けられた角型電池缶と、
前記角型電池缶内に配置され、前記正極端子に電気的に接続されたシート状正極及び前記負極端子に電気的に接続されたシート状負極がセパレータを介して積層された電極群と、
固定用テープと、
前記角型電池缶の前記正極端子および前記負極端子が形成された面の長辺方向に前記電極群の幅と実質的に同一幅の第１部分と、前記第１部分の前記長辺方向の中心と前記面の実質的に同一垂直線上に中心があり且つ前記長辺方向に前記電極群の幅より大きな幅の第２部分とを備えた第１および第２の絶縁性補助シートとを備え、
前記第１および第２の絶縁性補助シートは前記長辺側から前記電極群を挟んで対向する位置に配置され且つ前記電極群を圧迫して前記第１部分において互いに前記固定用テープで連結されている二次電池と、
発電設備とを有し、
前記二次電池は前記発電設備から給電を受けて蓄電することを特徴とする蓄電システム。
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