JP5970829B2 - 蓄電装置及び蓄電装置用電極 - Google Patents
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また、本発明において、異なる前記第1電極の前記第1分極性電極と前記第2分極性電極とが順次対向して複数の前記第1電極が連続する第1電極群を形成し、かつ前記第1電極群の一方側の前記第1電極が有する前記第1分極性電極と前記第2電極が有する前記第3分極性電極とが対向し、前記第1電極群の他方側の前記第1電極が有する前記第2分極性電極と前記第3電極が有する前記第4分極性電極とが対向するとともに、対向する前記第1分極性電極と前記第3分極性電極との間、対向する前記第2分極性電極と前記第4分極性電極との間及び対向する前記第1分極性電極と前記第2分極性電極との間にセパレータが設けられることが好ましい。
また、本発明において、対向する前記第1分極性電極及び前記第3分極性電極と、対向する前記第2分極性電極及び前記第4分極性電極と、対向する前記第1分極性電極及び前記第2分極性電極とは、いずれも前記セパレータとともに捲回されて、それぞれ第1捲回体、第2捲回体及び第3捲回体となることが好ましい。
第1集電部及び第3集電部等をセパレータとともに捲回して蓄電素子とすることにより、コンパクトかつ必要な静電容量を確保した蓄電装置を得ることができる。
また、本発明において、前記第1捲回体、前記第2捲回体及び前記第3捲回体は、平面視が長方形形状の外装体に覆われており、前記外装体は、前記第1接続部の位置に設けられて、隣接する捲回体同士を仕切る封止部を有することが好ましい。
このように、複数の捲回体を外装体で覆うことにより、蓄電装置が使用される環境下での耐久性を向上させることができるとともに、封止部が外装体の強度を向上させることができる。
また、本発明において、前記封止部が折り曲げられて、前記第1捲回体が前記第2捲回体と前記第3捲回体との間に配置されることが好ましい。
この蓄電装置は、第1接続部を覆う封止部を折り曲げることにより、第1接続部を折り曲げて、複数の捲回体(蓄電素子)を積層することができる。第1接続部は封止部に覆われているため、第1接続部の耐久性低下が抑制される。
また、本発明において、前記第1捲回体と前記第2捲回体と前記第3捲回体とがそれぞれ外装体で覆われるとともに、前記第1接続部が折り曲げられて前記第1捲回体が前記第2捲回体と前記第3捲回体との間に配置されて積層されることが好ましい。
このように、複数の捲回体(蓄電素子)を個別に外装体で覆った後に、捲回体同士を接続する第1接続部を折り曲げて複数の捲回体を積層させてもよい。このようにすれば、第1接続部が露出しているので、バランス回路等を接続しやすくなる。
図1−1は、実施形態1に係る蓄電装置の平面図である。図1−2は、図1−2のV−V断面図である。図2は、実施形態1に係る蓄電装置が有する、捲回されたそれぞれの蓄電素子を解いた状態を示す平面図である。図3は、実施形態1に係る蓄電装置に含まれる第1電極の平面図である。図4は、実施形態1に係る蓄電装置に含まれる第2電極の平面図である。図5は、実施形態1に係る蓄電装置に含まれる第3電極の平面図である。図6は、図3のA−A断面、図4のB−B断面及び図5のC−C断面を示す断面図である。本実施形態に係る蓄電装置1は、本実施形態に係る蓄電素子10A、10B、10Cを含んでいる。すなわち、蓄電装置1は、複数(3個)の蓄電素子10A、10B、10Cを含んでいる。それぞれの蓄電素子10A、10B、10Cは、電荷を蓄える。それぞれの蓄電素子10A、10B、10Cは、帯状の電極を捲回した構造である。本実施形態において、蓄電素子10A、10B、10Cは、EDLCである。しかし、蓄電素子10A、10B、10Cは、EDLCに限定されるものではなく、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ、電解コンデンサ又は二次電池等であってもよい。二次電池には、電解液を固体電解質に変更した全固体電池、リチウムイオン電池、マグネシウムイオン電池又はカルシウムイオン電池その他の二次電池が含まれる。
図11−1は、セパレータの第1変形例を示す図である。図11−2は、セパレータの第1変形例を用いた蓄電素子の断面図である。蓄電素子10Aaが有するセパレータ18aは、途中で折り曲げられて、第1集電部11Aと第2集電部11Bと第3集電部12Aと第4集電部13Aとのうち、対向するもの同士のいずれか一方を挟み込む。本変形例において、セパレータ18aは、対向する第1集電部11Aと第2集電部11Bとの一方、具体的には第1集電部11Aを挟み込んでいる。セパレータ18aは、長手方向の中央部で折り曲げられているので、折り曲げた状態におけるセパレータ18a長さをLsとすると、セパレータ18aの長さ、すなわち、セパレータ18の捲回を解いて引き延ばした状態の長さは2×Lsになる。セパレータ18が折り曲げられる位置が長手方向の中央部でない場合、セパレータ18aの長さは、セパレータ18が折り曲げられた位置からセパレータ18の一端部までの距離と前記折り曲げられた位置からセパレータ18aの他端部までの距離との和である。
図12−1は、セパレータの第2変形例を示す図である。図12−2は、セパレータの第2変形例を用いた蓄電素子の断面図である。本変形例において、蓄電素子10Abが有するセパレータ18bは、途中で折り曲げられて、第1集電部11Aと第2集電部11Bと第3集電部12Aと第4集電部13Aとのうち、対向するもの同士の両方を、途中まで挟み込む。
図14−1は、第1電極の変形例を示す平面図である。図14−2、図14−3は、第1電極の変形例を用いた蓄電素子の断面図である。図14−2に示す蓄電素子10Acは、第1集電部11Ac、第2集電部11Bc及びセパレータ18(図10参照)を捲回したものである。図14−3に示す蓄電素子10Ac’は、第1集電部11Ac、第2集電部11Bc及びセパレータ18a(図11−1参照)を捲回したものである。
図15は、第1電極の変形例を示す平面図である。図16は、第2電極の変形例を示す平面図である。図17は、第3電極の変形例を示す平面図である。本変形例において、第1電極11dが有する第1集電部11Adと第2集電部11Bdとは、いずれか一方の面積が他方の面積より小さい。また、第1電極11dが有する第1集電部11Adと第2電極12dが有する第3集電部12Adとは、いずれか一方の面積が他方の面積より小さく、第1電極11dが有する第2集電部11Bdと第3電極13dが有する第4集電部13Adとは、いずれか一方の面積が他方の面積より小さい。
図18は、実施形態1の変形例に係る蓄電装置の変形例を示す平面図である。図18に示す蓄電装置1Aは、本実施形態に係る蓄電素子10B、10Cを含んでいる。すなわち、蓄電装置1は、複数(2個)の蓄電素子10B、10Cを含んでいる。それぞれの蓄電素子10B、10Cは、帯状の電極を捲回した構造である。1個の第1電極11を含む蓄電装置1Aは、2つの蓄電素子10B、10Cが第1電極11の第1接続部11Cによって電気的に接続されることになる。蓄電装置1Aは、複数の蓄電素子10B、10Cが接続(本実施形態では直列)されている。
図19は、実施形態2に係る蓄電装置の平面図である。図20は、図19のE−E断面図である。蓄電装置1Cは、実施形態1の蓄電装置1を、外装体3aで覆うとともに、第1接続部11Cの位置に設けられて、隣接する捲回体同士を仕切る封止部6を有する点に特徴がある。外装体3aは、平面視が長方形形状の構造体である。図19、図20に示す蓄電装置1Cは、4個の蓄電素子10A、10A、10B、10Cを1つの外装体3で覆い、かつ封止部6で仕切ったものであるが、蓄電素子の数は2以上であれば限定されない。なお、蓄電装置1Cは、4個の蓄電素子10A、10A、10B、10Cを有するので、3個の第1電極11と、1個の第2電極12と、1個の第3電極13とを有している。本実施形態において、蓄電素子10Aは第1捲回体に相当し、蓄電素子10Bは第2捲回体に相当し、蓄電素子10Cは第3捲回体に相当する(以下の実施形態でも同様)。
図21は、実施形態3に係る蓄電装置の平面図である。図22は、図21のF−F断面図である。蓄電装置1Dは、実施形態2の蓄電装置1Cと同様であるが、封止部6の位置に開口部7を有し、第1接続部11Cを開口部7から露出させている点が異なる。他の構造は蓄電装置1Cと同様である。蓄電装置1Dが有する外装体3bの第1外装体3Ab及び第2外装体3Bbは、蓄電装置1Dが有する蓄電素子10A、10B、10Cの数分の凹部を有しており、隣接する凹部同士の間が封止部6となる。本実施形態において、第1外装体3Abは、封止部6となる部分に開口部7となる孔を有している。なお、第1外装体3Abのみならず、第2外装体3Bbも、封止部6となる部分に開口部7となる孔を有していてもよい。
図23は、実施形態3の変形例に係る蓄電装置を示す図である。蓄電装置1D’は、実施形態3に係る蓄電装置1Dの封止部6を折り曲げて、複数(この例では4個)の蓄電素子10B、10A、10A、10Cをこの順に積層させたものである。蓄電装置1D’は、4個の蓄電素子10B、10A、10A、10Cを有するので、図3に示す第1電極11を3個有する。蓄電装置1D’は、第1電極11が2個以上である場合、封止部6が折り曲げられて、第1捲回体としての蓄電素子10A、10Aが第2捲回体としての蓄電素子10Bと第3捲回体としての蓄電素子10Cとの間に配置されて、蓄電素子10B、10A、10A、10Cが積層される。また、蓄電装置1D’は、第1電極11が1個である場合、封止部6が折り曲げられて、第2捲回体としての蓄電素子10Bと第3捲回体としての蓄電素子10Cとが積層される。
図24は、実施形態4に係る蓄電装置の側面図である。蓄電装置1Fは、実施形態1の蓄電装置1が有する蓄電素子10A、10B、10Cをそれぞれ外装体3dで覆い、第1接続部11Cを折り曲げて積層したものである。本実施形態において、蓄電装置1Fは、4個の蓄電素子10B、10A、10A、10Cがこの順に積層されている。蓄電装置1Fは、4個の蓄電素子10A、10A、10B、10Cを有するが、蓄電装置1Fが有する第1電極11(図3参照)が1個であって、2個の蓄電素子10B、10Cを有していてもよい。
図25は、実施形態5に係る蓄電装置の側面図である。実施形態1〜実施形態4の蓄電装置1、1A等は、複数の蓄電素子10A、10B、10Cが直列接続されたものである。実施形態5の蓄電装置1Gは、複数の蓄電素子10A、10B、10Cが並列接続されたものである。本実施形態では、3個の蓄電素子10A、10B、10Cを並列接続しているが、蓄電素子は2以上であればよい。
図26−1から図26−6は、実施形態1に係る蓄電装置の製造方法を示す説明図である。ここでは、実施形態1に係る蓄電装置1(図1参照)を製造する方法を説明する。まず、図3に示す第1電極11、図4に示す第2電極12及び図5に示す第3電極13を製造するための電極材料100を製造する。図26−1に示すように、電極材料100は、箔状の導体100Bの両面に、分極性電極となる活物質層101を設ける。活物質層101は、原料を溶媒に分散させた原料溶液を、例えば、アプリケータ方式で導体100Bの両方の表面に塗布した後、乾燥させることにより溶媒を除去して導体100Bの両面に設けられる。原料溶液を導体100Bの表面に塗布するにあたり、ノズルから吐出される原料溶液が導体100Bの表面に付着する箇所を制御することにより活物質層101と導電部102とが交互に設けられた電極材料100を得る。また、原料溶液を導体100Bの表面に塗布する場合、導電部102となる部分をレジスト等でマスキングしておき、原料溶液の溶媒が除去された後に、レジストを除去する。このようにすることで、導体100Bの両面に、活物質層101と導電部102とが交互に設けられた電極材料100を得る。
図27−1から図27−3は、実施形態3に係る蓄電装置の製造方法を示す説明図である。図27−4は、実施形態3の変形例に係る蓄電装置の製造方法を示す説明図である。図21、図22に示す蓄電装置1Dを製造するにあたり、複数の凹部5Uを有する第1外装体3Ab及び第2外装体3Bbの凹部5U内に、蓄電装置1が有する蓄電素子10A、10B、10Cを配置する。第1外装体3Abは、封止部6となる部分に開口部7となる孔を有している。平面視が長方形である第1外装体3Ab及び第2外装体3Bbの一辺(この例では、1つの長辺)を残して両者の外周部及び封止部6を圧接することにより接合する。
図28−1から図28−4は、実施形態4に係る蓄電装置の製造方法を示す説明図である。図28−5は、実施形態4に係る蓄電装置を筐体に格納した蓄電装置を示す図である。実施形態4に係る蓄電装置1F(図24参照)を製造するにあたり、蓄電装置1が有する複数の蓄電素子10A、10B、10Cを、それぞれ第1外装体3Adと第2外装体3Bdと間に配置する。次に、平面視が正方形である第1外装体3Ad及び第2外装体3Bdの一辺を残して、両者の外周部を圧接することにより接合する。
2 第1電極群
3a、3b、3d 外装体
3Aa、3Ab、3Ad 第1外装体
3Ba、3Bb、3Bd 第2外装体
4a、4b、4d 外周封止部
5a 外装体内部空間
5U 凹部
6 封止部
7 開口部
8 引出端子
10A、10Aa、10Ab、10B、10C 蓄電素子
11、11c、11d 第1電極
11A、11Ac、11Ad 第1集電部
11B、11Bc、11Bd 第2集電部
11C、11Cc 第1接続部
12 第2電極
12A、12Ad 第3集電部
12B 第2接続部
13、13d 第3電極
13A、13Ad 第3集電部
13A 第4集電部
13B 第3接続部
14 第1分極性電極
15 第2分極性電極
16 第3分極性電極
17 第4分極性電極
18、18a、18b セパレータ
19 導電体(端子電極)
19A、19B 接続導体
20 筐体
100 電極材料
100B 導体
101 活物質層
102 導電部
103 切断線
104 第1電極材料
105 第2電極材料
ES 電解液
Claims (8)
- 表面に第1分極性電極が設けられる第1集電部と、表面に第2分極性電極が設けられる第2集電部と、前記第1集電部と前記第2集電部とを電気的に接続する第1接続部とを含み、前記第1集電部と前記第2集電部と前記第1接続部とは、一体で成形される、少なくとも1個の第1電極と、
表面に第3分極性電極が設けられる第3集電部と、前記第3集電部と電気的に接続される第2接続部とを含む第2電極と、
表面に第4分極性電極が設けられる第4集電部と、前記第4集電部と電気的に接続される第3接続部とを含む第3電極と、を含み、
前記第1電極が有する前記第1分極性電極と前記第2電極が有する前記第3分極性電極とが対向し、かつ前記第1電極が有する前記第2分極性電極と前記第3電極が有する前記第4分極性電極とが対向するとともに、対向する前記第1分極性電極と前記第3分極性電極との間及び対向する前記第2分極性電極と前記第4分極性電極との間にセパレータが設けられ、
前記セパレータの長手方向の長さは、前記第1集電部、前記第2集電部、前記第3集電部、および前記第4集電部の長手方向の長さよりも大きく、
前記第1集電部と前記第3集電部とは、いずれか一方の面積が他方の面積より小さく、前記第2集電部と前記第4集電部とは、いずれか一方の面積が他方の面積より小さく、
前記セパレータは、前記第1集電部と前記第2集電部と前記第3集電部と前記第4集電部とのうち、対向する一対の集電部の間に配置されるとともに、前記対向する集電部の一端部と他端部とから一部が延出しており、前記延出した部分は、前記一端部と他端部とで前記対向する集電部の一方および他方の長手方向における中央部に向かって折り返されており、前記対向する集電部の一方の一端部および他方の他端部は、前記折り返された部分で覆われており、前記折り返された部分の長さは、前記対向する集電部の一方および他方の一端部から長手方向における中央部までの長さであることを特徴とする蓄電装置。 - 異なる前記第1電極の前記第1分極性電極と前記第2分極性電極とが順次対向して複数の前記第1電極が連続する第1電極群を形成し、かつ前記第1電極群の一方側の前記第1電極が有する前記第1分極性電極と前記第2電極が有する前記第3分極性電極とが対向し、前記第1電極群の他方側の前記第1電極が有する前記第2分極性電極と前記第3電極が有する前記第4分極性電極とが対向するとともに、対向する前記第1分極性電極と前記第3分極性電極との間、対向する前記第2分極性電極と前記第4分極性電極との間及び対向する前記第1分極性電極と前記第2分極性電極との間にセパレータが設けられ、
前記セパレータの長手方向の長さは、前記第1集電部、前記第2集電部、前記第3集電部、および前記第4集電部の長手方向の長さよりも大きく、
前記第1集電部と前記第2集電部とは、いずれか一方の面積が他方の面積より小さく、前記第1集電部と前記第3集電部とは、いずれか一方の面積が他方の面積より小さく、前記第2集電部と前記第4集電部とは、いずれか一方の面積が他方の面積より小さく、
前記セパレータは、前記第1集電部と前記第2集電部と前記第3集電部と前記第4集電部とのうち、対向する一対の集電部の間に配置されるとともに、前記対向する集電部の一端部と他端部とから一部が延出しており、前記延出した部分は、前記一端部と他端部とで前記対向する集電部の一方および他方の長手方向における中央部に向かって折り返されており、前記対向する集電部の一方の一端部および他方の他端部は、前記折り返された部分で覆われており、前記折り返された部分の長さは、前記対向する集電部の一方および他方の一端部から長手方向における中央部までの長さである請求項1に記載の蓄電装置。 - 対向する前記第1分極性電極及び前記第3分極性電極と、対向する前記第2分極性電極及び前記第4分極性電極とは、いずれも前記セパレータとともに捲回されて、それぞれ第1捲回体及び第2捲回体となる請求項1に記載の蓄電装置。
- 対向する前記第1分極性電極及び前記第3分極性電極と、対向する前記第2分極性電極及び前記第4分極性電極と、対向する前記第1分極性電極及び前記第2分極性電極とは、いずれも前記セパレータとともに捲回されて、それぞれ第1捲回体、第2捲回体及び第3捲回体となる請求項2に記載の蓄電装置。
- 表面に第1分極性電極が設けられる第1集電部と、表面に第2分極性電極が設けられる第2集電部と、前記第1集電部と前記第2集電部とを電気的に接続する第1接続部とを含み、前記第1集電部と前記第2集電部と前記第1接続部とは、一体で成形される、少なくとも1個の第1電極と、
表面に第3分極性電極が設けられる第3集電部と、前記第3集電部と電気的に接続される第2接続部とを含む第2電極と、
表面に第4分極性電極が設けられる第4集電部と、前記第4集電部と電気的に接続される第3接続部とを含む第3電極と、を準備し、
前記第1電極が有する前記第1分極性電極と前記第2電極が有する前記第3分極性電極とが対向し、かつ前記第1電極が有する前記第2分極性電極と前記第3電極が有する前記第4分極性電極とが対向するとともに、対向する前記第1分極性電極と前記第3分極性電極との間及び対向する前記第2分極性電極と前記第4分極性電極との間にセパレータを設け、
前記セパレータを途中で折り曲げて、前記第1集電部と前記第2集電部と前記第3集電部と前記第4集電部とのうち、対向するもの同士の両方を途中まで挟み込み、
前記セパレータの長手方向の長さは、前記第1集電部、前記第2集電部、前記第3集電部、および前記第4集電部の長手方向の長さよりも大きく、
前記第1集電部と前記第3集電部とは、いずれか一方の面積が他方の面積より小さく、前記第2集電部と前記第4集電部とは、いずれか一方の面積が他方の面積より小さいことを特徴とする蓄電装置の製造方法。 - 異なる前記第1電極の前記第1分極性電極と前記第2分極性電極とが順次対向して複数の前記第1電極が連続する第1電極群を形成し、かつ前記第1電極群の一方側の前記第1電極が有する前記第1分極性電極と前記第2電極が有する前記第3分極性電極とが対向し、前記第1電極群の他方側の前記第1電極が有する前記第2分極性電極と前記第3電極が有する前記第4分極性電極とが対向するとともに、対向する前記第1分極性電極と前記第3分極性電極との間、対向する前記第2分極性電極と前記第4分極性電極との間及び対向する前記第1分極性電極と前記第2分極性電極との間にセパレータを設け、
前記セパレータを途中で折り曲げて、前記第1集電部と前記第2集電部と前記第3集電部と前記第4集電部とのうち、対向するもの同士の両方を途中まで挟み込み、
前記セパレータの長手方向の長さは、前記第1集電部、前記第2集電部、前記第3集電部、および前記第4集電部の長手方向の長さよりも大きく、
前記第1集電部と前記第2集電部とは、いずれか一方の面積が他方の面積より小さく、前記第1集電部と前記第3集電部とは、いずれか一方の面積が他方の面積より小さく、前記第2集電部と前記第4集電部とは、いずれか一方の面積が他方の面積より小さい請求項5に記載の蓄電装置の製造方法。 - 対向する前記第1分極性電極及び前記第3分極性電極と、対向する前記第2分極性電極及び前記第4分極性電極とは、いずれも前記セパレータとともに捲回されて、それぞれ第1捲回体及び第2捲回体となる請求項5に記載の蓄電装置の製造方法。
- 対向する前記第1分極性電極及び前記第3分極性電極と、対向する前記第2分極性電極及び前記第4分極性電極と、対向する前記第1分極性電極及び前記第2分極性電極とは、いずれも前記セパレータとともに捲回されて、それぞれ第1捲回体、第2捲回体及び第3捲回体となる請求項6に記載の蓄電装置の製造方法。
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