JP5244919B2 - 二次電池および電池システム - Google Patents
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Description
このリチウムイオン二次電池の形態としては、一対の帯状のシート状正極電極とシート状負極電極とをセパレータを介して渦巻状に巻回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のが通常である。一方、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。
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)。
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Gと角型電池缶1との間には一定の空間を設けなければならない。このため絶縁性補助シート6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ている。
すなわち、正極端子および負極端子を備えた角型電池缶と、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、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側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置された第1および第2の絶縁性補助シートと、前記面の短辺方向の前記角型電池缶内法と実質的に同一寸法の幅を前記面の短辺方向に備え、前記短辺側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置され、且つ複数箇所で前記角型電池缶と接して前記電極群を支える第1および第2の保持器とを有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。
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。
また、電極群へ十分に電解液を浸透させるために、保持器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。保持器に貫通穴を設けて当該浸透機能をもたせてもよい。
上記支持部分は、はりのある絶縁性シートの端部を折り曲げて形成してもよいし、当初から上記面部分と複数の上記支持部分とを有するような型により成型してもよい。
上記支持部分は半球形状としてもよい。半球形状の形成については、はりのあるシート状のプラスチック材に複数の凸部のある型を熱して押し当てる熱プレス成型により半球形状を複数形成した構造でもよい。または真空成型して上記半球形状を複数形成した構造でもよい。
1a…缶壁
1b…缶平壁部
1c…角部
2…シート状正極
3…シート状負極
4…絶縁性補助シート
5,10,11,13,15…保持器
5a…支持面部
5b,10b…支持脚部
7…間隙
8…正極端子
9…負極端子
12…補助支持脚部
14…半球状部分
101,102,103,104,105…積層型二次電池
115…家屋
116…配電盤
117…予備二次電池
118…制御ボックス
119…給電電力系統
120…発電設備
121…電気自動車
122…二次電池
G…電極群
図1(a)、図1(b)は、それぞれ本発明の第1の実施形態に係る積層型二次電池101における角型電池缶1の正極端子8、負極端子9が形成された面方向(以下、「第一の方向」という)での断面図および同電池缶の内部斜視図である。なお、図1(b)では、各電極端子8、9の位置も示している。
図1(a)に示すように、積層型二次電池101は、角型電池缶1と、電極群Gと、これら角型電池缶1と電極群Gとの間に設けられた第1絶縁性補助シート(第1絶縁性補助部材)4及び保持器5と、図示しない電解液とから概略構成される。
電池缶1は、図1(b)に示すように、缶壁1aが箱状体を構成する角型のものであり、第一の方向の一方側における缶壁1aに電極端子8、9が設けられている。
この電池缶1は、図1(a)に示すように、第一の方向に直交する閉断面において、互いに交差する方向(後述の積層方向及び第二の方向)に伸びると共に、互いに隣接する二つの缶平壁部1bが曲率を持った角部1cを介して連続する構成とされている。
そして、角型電池缶1の各電極端子8、9が形成された面方向の断面長辺方向(以下、「第二の方向」という)から電極群を挟み込むように配置された2つの絶縁性補助シート4と、上記断面の短辺方向(以下、「積層方向」という)から電極群を挟み込むように配置された2つの保持器5が挿入される。
言い換えれば、各シート状正極2の端部と各シート状負極3の端部とが連続してなる二つの積層端面23が、2つの保持器5によって第二の方向に沿う方向から挟まれている。
これら二つの積層端面23は、第二の方向において、それぞれ缶壁平部1bと間隙7を介して対向している。そして、この間隙7には、上述した図示しない電解液が蓄えられる。
保持器5は、電極群Gの各シート状電極の端部、すなわち積層端面23に接してこれらを支える面部分(支持面部5a)を有する。また、角型電池缶1に点で接する支持部分(支持脚部5b)を2つ有する。支持脚部5bは、支持面部5aの積層方向両端部から缶平壁部1bまで延出して、この缶平壁部1bと接している。
この形状の保持器5では、1つのはりのある絶縁シートの両端を折り曲げることで、上記面部分と略くの字の上記支持部分が形成される。もちろん、当初より、上記面部分と、上記面部分と一体に形成され且つ上記断面の短辺で角型電池缶と接して上記面を支える上記断面短辺方向の形状が略くの字の上記支持部分を2つ有するように型成型してもよい。絶縁性を有しかつ形成容易の点で、保持器5はプラスチック樹脂で形成されることが望ましい。
保持器5の角型電池缶1と接する箇所から上記支持面部5aまでの垂直距離cは、上記断面の長辺方向(第二の方向)の電極面幅をa、上記断面長辺方向内法をb、保持器5の上記支持面部5aの厚みをeとすると、
c ≒ (b−2e−a)÷2
となるよう設計される。電極面幅aは電気容量を極力大きくするために、角型電池缶1の上記断面長辺方向の角の丸み部分(角部1c)を除いた平らな面(缶平壁部1b)の幅寸法とほぼ同一となるよう設計される。
また、上記支持面部5aの厚みeは電極群Gの各電極を支えるに十分なはりを有するように設計される。曲がり、たわみ等の変形困難な板状の厚みとしてもよい。
(f−g)÷2 ≒ d
と設計するのが望ましい。
さらに、保持器5が電極群Gを角型電池缶1へ挿入する際に挿入ガイドの役割を果たすため、電極群を角型電池缶1に高速かつ安全に挿入することができる。よって、製造速度の改善を図ることができる。
絶縁性補助シート4は、角型電池缶1と電極群Gとの電気的絶縁をするためだけのものであるので、はりのないもの、例えば絶縁性のプラスチック膜でもよい。
保持器5ははりのある材料、厚みであることが少なくとも必要である。たわみや折れ曲がりの発生し難い変形困難な材料を用いてもよい。
本発明の第2の実施形態に係る積層型二次電池102について、図2を参照して説明する。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。なお、図1と同様の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
本発明の第3の実施形態に係る積層型二次電池103について、図3を参照して説明する。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。なお、図1、図2と同様の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
本構成では、上記板状の補助支持脚部12により、第2の実施形態よりも、電極群Gを支える保持器11の支持面部5aをさらにしっかりと支えることができる。
図3では、上記板状の補助支持脚部12を角型電池缶1の断面短辺方向のほぼ中間の位置に1つだけ示しているが、電解液を十分に蓄えられる場合には、上記板状の補助支持脚部12を複数形成して、よりしっかりと保持器11の支持面部5aを支える構成としてもよい。
本発明の第4の実施形態に係る積層型二次電池104について、図4(a)、図4(b)を参照して説明する。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。なお、図1、図2および図3と同様の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
図示された保持器13の上部が角型電池缶1の電極端子8、9が形成された面側に、その下部が角型電池缶1の底面側に配置される。
保持器13は、複数の半球状部分14を備えている。半球状部分14が角型電池缶1に接する支持脚部となる。その点以外は、上記第1の実施形態と同様である。
複数の半球状部分14のそれぞれは、はりのあるシート状のプラスチック材料に複数の凸部が整列して形成された金型を熱して押し当てる方法、すなわち熱プレス成型法により形成される。真空成型法を用いて同様に成型してもよい。
本発明の第5の実施形態に係る積層型二次電池105について、図5を参照して説明する。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。なお、図1、図2、図3および図4と同様の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
保持器15は、複数の半球状部分14が千鳥状に配置された点で、保持器13と相違している。その点以外は、上記第4の実施形態と同様である。
シート状電極2、3は図5の上下方向で支持面部5aに当接して保持器15により支えられることとなるが、この上下方向の半球状部分14の数をそろえるように半球状部分14が千鳥状に形成されている。半球状部分14が形成されることで、保持器15が電極群Gを面で支える支持面部5aには凹みが形成されることになるが、各シート状電極の上記凹み部分を除く上記面部分に当たる面積をそれぞれ略同一とできることで、各シート状電極と保持器15間の圧力差をほぼ均一に緩和できる。よって、第4の実施形態における保持器13よりも故障発生率低減の効果が期待できる。
本発明の第6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6を参照して説明する。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。
昼間は配電盤116、夜間は予備二次電池117または電気自動車121の二次電池122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。
制御ボックス118における切り替えにより、予備二次電池117が配電盤116に電気的に接続された場合には、予備二次電池117から配電盤116へ給電され、上記電化製品の駆動が可能となる。
Claims (5)
- 正極端子および負極端子を備えた角型電池缶と、
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、
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側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置された第1および第2の絶縁性補助シートと、
前記面の短辺方向の前記角型電池缶内法と実質的に同一寸法の幅を前記面の短辺方向に備え、前記短辺側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置され、且つ複数箇所で前記角型電池缶と接して前記電極群を支える第1および第2の保持器とを有することを特徴とする二次電池。 - 前記第1および第2の保持器の前記複数箇所で接する部位は、それぞれ半球状であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
- 前記保持器はプラスチック材料の熱プレス成型により形成されることを特徴とする請求項2に記載の二次電池。
- 正極端子および負極端子を備えた角型電池缶と、
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、
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側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置された第1および第2の絶縁性補助シートと、
前記面の短辺方向の前記角型電池缶内法と実質的に同一寸法の幅を前記面の短辺方向に備え、前記短辺側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置され、且つ複数箇所で前記角型電池缶と接して前記電極群を支える第1および第2の保持器とを備えた二次電池と、
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を備えた角型電池缶と、
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、
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側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置された第1および第2の絶縁性補助シートと、
前記面の短辺方向の前記角型電池缶内法と実質的に同一寸法の幅を前記面の短辺方向に備え、前記短辺側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置され、且つ複数箇所で前記角型電池缶と接して前記電極群を支える第1および第2の保持器とを備えた二次電池と、
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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