JP6032060B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電装置に関する。

従来から、蓄電装置の一種である二次電池として、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などがよく知られている。このような二次電池は、蓄電要素である電極組立体がケースに収容された構成を有する。電極組立体は、アルミ箔等の金属箔に活性質を塗工した電極が層状をなしたものである。また、二次電池は、外部に電力を取り出すための一対の電極端子を備え、その正極端子に電極組立体の正極が導電部材を介して接続され、その負極端子に電極組立体の負極が導電部材を介して接続される（以下、外部に電力を取り出すための電極端子及び導電部材を含む導電性の部分を総称して「電極部」と記載することがある）。このような二次電池においては、ケースとして導電性のケースを用いることが多く、その場合には、電極組立体とケースとの短絡を避けるために電極組立体とケースとの間に絶縁カバーが設けられることがある。

例えば、下記特許文献１には、電極組立体とケースとの間にシート状樹脂素材からなる絶縁カバーが設けられた二次電池が開示されている。該二次電池のケースは、上側開口を有する直方体状の電池缶と、電池缶の上側開口を塞ぐとともに電極部が設けられた電池蓋とで構成されており、このケース内に電極組立体が収容されている。

特開２０１１−１９８６６３号公報 特開平１−２３９７６９号公報 特開２０１１−１５５００１号公報 特開平１１−２０４０９５号公報 特開昭５７−５７４７１号公報 特開平１−２０４３７０号公報

しかしながら、上述した従来の二次電池においては、以下に示すような問題がある。すなわち、通常の配置では、上側開口を塞ぐ電池蓋に設けられた電極部と、電極組立体とは、上下方向に離間して互いに絶縁が図られているが、電池缶が上下逆さとなり電極組立体の下方に電池蓋が位置する状態となった場合には、電極組立体が電極部側に移動し、電極組立体と電極部とが接触するおそれがある。

このような問題は、二次電池だけではなく、電気二重層キャパシタ等のその他の蓄電装置においても同様に生じ得る。

そこで、本発明は、電極組立体の電極部側への移動を抑制できる蓄電装置を提供することを目的とする。

本発明に係る蓄電装置は、ケースと、ケースに収容された電極組立体と、電力を外部に取り出す電極部と、を備える蓄電装置であって、ケースは、筒状の側周部と、側周部の上側に位置する上面部と、側周部の下側に位置する下面部とを有し、電極組立体は、ケース内部において側周部と対面する電極組立体側周面と、ケース内部において上面部と対面する電極組立体上面と、ケース内部において下面部と対面する電極組立体下面とを有し、電極部は、ケースの上面部に設けられており、蓄電装置はさらに、電極組立体下面を覆う下面被覆部と、電極組立体側周面を覆う側周面被覆部とを有する袋状であり、電極組立体に固定された絶縁フィルムと、絶縁フィルムの下面被覆部及び側周面被覆部の少なくともいずれか一方とケースとを固定する固定部と、を備える。

この蓄電装置においては、電極組立体下面を覆う下面被覆部、及び、電極組立体側周面を覆う側周面被覆部を有する袋状の絶縁フィルムは、電極組立体に固定されており、且つ、絶縁フィルムの下面被覆部及び側周面被覆部の少なくともいずれか一方とケースとが固定部により固定されている。すなわち、絶縁フィルムが介在した状態で、電極組立体がケースに固定されている。よって、蓄電装置が上下逆さとなった場合であっても、電極組立体が上面部に設けられた電極部の側に移動することを抑制できる。

また、固定部が絶縁フィルムの下面被覆部とケースの下面部とを固定する態様であってもよい。この場合、電極組立体の側周面からの放熱性を維持しながら、電極組立体とケースとを固定できる。

また、電極組立体上面を部分的に覆うように電極組立体上面に固定されるとともに、絶縁フィルムの側周面被覆部に接続された接続部をさらに備える態様であってもよい。この場合、接続部により、電極組立体が袋状の絶縁フィルムから抜け出ることを抑制できる。

また、電極組立体が、ケース内部において電極部に対して相対的に移動可能な状態とされていてもよい。本発明では、電極組立体が移動可能な状況下であっても、固定部により、電極組立体が上面部に設けられた電極部の側に移動することが抑制される。

また、蓄電装置が二次電池であってもよい。

本発明によれば、電極組立体の電極部側への移動を抑制できる蓄電装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る二次電池の内部構成を示した図である。 図２は、図１の二次電池の電極組立体と電極組立体に固定された絶縁フィルムとを示した図である。 図３は、図１の二次電池のケースが上下逆さになった状態を示した図である。 図４は、従来の二次電池においてケースが上下逆さになった状態を示した図である。 変形例に係る二次電池の電極組立体と電極組立体に固定された絶縁フィルムとを示した図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

まず、本発明の実施形態に係る蓄電装置としての二次電池１の構成について、図１及び図２を参照しつつ説明する。

図１に示すように、二次電池１は、ケース１０と、ケース１０に収容された電極組立体２０と、電力を二次電池１の外部に取り出す電極部３０とを備えている。

ケース１０は、例えば、ステンレスやアルミニウムなどの金属で構成されている。ケース１０は、上側開口を有する電池缶１１と、該電池缶１１の上側開口を塞ぐ電池蓋である上面部１２と、からなる。電池缶１１は、扁平な内部空間を有した角筒状の側周部１１ａ、及び、該側周部１１ａの下側に位置し該側周部１１ａと一体に形成された下面部１１ｂを有している。すなわち、側周部１１ａの上側には上面部１２が位置し、下側には下面部１１ｂが位置している。ケース１０は、内部に直方体形状の密封空間を形成している。

電極組立体２０は、シート状のセパレータ（隔膜）を間に挟んだ状態（介在させた状態）で、同一規格の矩形形状のシート状の正極及び負極（電極シート）が層状（積層構造）に積層された扁平な直方体形状の外形を有する積層構造体であり、充電によって電力を蓄え供給する。電極シートは、金属箔に活物質が塗工されたものであり、ケース１０の内部空間において、活物質の塗工面が下面部１１ｂのケース内部の面と垂直になるように配置されている。

電極組立体２０は、ケース内部に収容された際、ケース１０の側周部１１ａと対面する側周面２１（電極組立体側周面）と、上面部１２と対面する上面２２（電極組立体上面）と、下面部１１ｂと対面する下面２３（電極組立体下面）と、を有している。側周面２１は、より詳しくは、電極組立体２０を構成する電極シートのうち最外の電極シートの塗工面である塗工面側周面２１ａと、各電極シートの端面から構成される端面側周面２１ｂとから構成されている。

電極シートの上端には、活物質の未塗工部であるタブ２４，２５が設けられている。タブ２４は正極の電極シートの上端に設けられており、タブ２５は負極の電極シートの上端に設けられている。タブ２４，２５は、それぞれ、電極シートの上端から上方に延出している。電極シートの積層方向から見ると、正極の各電極シートに設けられたタブ２４はそれぞれ同一の位置に配置されており、負極の各電極シートに設けられたタブ２５はそれぞれ同一の位置に配置されている。なお、ケース１０内には、例えばリチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池といった、二次電池１の種類に応じた電解質（電解液）が充填されている。

電極部３０は、一対の電極端子（正極端子３１、負極端子３２）と、正極端子３１と接続された導電部材３３と、負極端子３２と接続された導電部材３４と、電流遮断装置３５とで構成されており、電極組立体２０が充電により蓄えた電力をケース１０外部に取り出す部分である。

正極端子３１及び負極端子３２は、ケース１０の上面部１２を貫通する柱状の導電性の部材であり、上面部１２の厚さ方向に沿って延在するように上面部１２に取り付けられている。導電部材３３は正極端子３１と溶接されるとともに正極の電極シートのタブ２４と溶接されている。同様に、導電部材３４は負極端子３２と溶接されるとともに負極の電極シートのタブ２５と溶接されている。すなわち、タブ２４は導電部材３３を介して正極端子３１に電気的に接続され、タブ２５は導電部材３４を介して負極端子３２に電気的に接続される。

導電部材３３，３４とタブ２４，２５との電気的な接続は、間に介在する電流遮断装置（ＣＩＤ）３５により制御されている。電流遮断装置３５は、電流の内圧が規定値よりも高くなった場合に、二次電池１の電流路を遮断する、電流遮断弁としての機能を有する。

電流遮断装置３５による電流路の遮断例について説明する。電流遮断装置３５による電流路の遮断を行うために、例えば、導電部材３３（導電部材３４）を２つの導電板（第１の導電板、第２の導電板）により構成する。そして、第１の導電板は正極端子３１（負極端子３２）と、第２の導電板はタブ２４（タブ２５）と、それぞれ接続する。この状態で、通常時は、第１の導電板と第２の導電板とを接続し、タブ２４（タブ２５）と正極端子３１（負極端子３２）とを電気的に接続しておく。そして、二次電池１の内圧が規定値よりも高くなった場合には、電流遮断装置３５は、第１の導電板と第２の導電板とを分離することにより、タブ２４（タブ２５）から正極端子３１（負極端子３２）への電流路を遮断する。このような電流遮断装置３５による電流路の遮断方法は一例であり、その他の方法によって電流路が遮断されるものであってもよい。

図１に示すように二次電池１は、電極組立体２０の周囲を覆うとともに電極組立体２０に固定された袋状の絶縁フィルム４０をさらに備えている。絶縁フィルム４０は絶縁性を有し、電極組立体２０とケース１０との間に介在して、電極組立体２０とケース１０との絶縁を図っている。絶縁フィルム４０は、内部に電極組立体２０を包含した状態において下面２３を覆う下面被覆部４１と、側周面２１を覆う側周面被覆部４２とを有する。絶縁フィルム４０の構成材料としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、あるいはそれらの複合体などが用いられている。

図２に示すように二次電池１は、さらに、絶縁性を有する接続テープ６０（接続部）を備え、この接続テープ６０により電極組立体２０が絶縁フィルム４０から抜け出ることを抑制している。図２に示すように、接続テープ６０は、上面２２を部分的に覆うとともに、絶縁フィルム４０の一方の側周面被覆部４２から他方の側周面被覆部４２まで架け渡されるように接続されている。接続テープ６０は粘着性のあるテープであればよく、例えば、耐熱性に優れたカプトン系のテープや、テフロン（登録商標）系のテープなどを用いることができる。図２に示す例では接続テープ６０による接続を２箇所で行っているが、１箇所又は３箇所以上であってもよい。なお、図２においては、電極組立体２０を構成する各電極シートのタブ２４，２５を省略して記載している。

図１に示すように二次電池１は、絶縁フィルム４０の下面被覆部４１とケース１０の下面部１１ｂとの間に介在する固定部５０をさらに備えている。固定部５０は、下面被覆部４１と下面部１１ｂとを固定する部材であり、例えば両面テープである。固定部５０である両面テープは下面被覆部４１の略全域にわたって延在している。固定部５０が両面テープである場合には、両面テープを下面部１１ｂのケース１０内部の面に予め貼付した状態で、絶縁フィルム４０で覆われた電極組立体２０をケース１０に収容することで、絶縁フィルム４０の下面被覆部４１が下面部１１ｂに固定される。

以上で詳細に説明したように、上述した二次電池１においては、下面２３を覆う下面被覆部４１、及び、側周面２１を覆う側周面被覆部４２を有する袋状の絶縁フィルム４０は、電極組立体２０に固定されており、且つ、絶縁フィルム４０の下面被覆部４１とケース１０の下面部１１ｂとが両面テープ等の固定部５０により固定されている。すなわち、絶縁フィルム４０が介在した状態で、電極組立体２０がケース１０に固定されている。

このことで、図３に示すように、二次電池１が上下逆さとなった場合、もしくは大きな揺れを受けた場合等においても、電極組立体２０が上面部１２に設けられた電極部３０側に移動することを抑制できる。

一方、図４に示すように、従来の二次電池１００では、二次電池１００が上下逆さとなり、電極組立体２０の下方に上面部１２が位置する状態となった場合には、電極組立体２０が上面部１２に設けられた電極部３０側に移動し、電極部３０と接触するおそれがある。製造時においては、電極組立体２０が移動し構成部材と接触することで、電極組立体２０を構成する電極シートに塗工された活物質が剥がれ、製造不良となるおそれがある。また、使用時においても、電極組立体２０と電極部３０とが接触することにより、電極組立体２０や電極部３０の変形や互いの接続の断線のおそれがある。

この点、本実施形態に係る二次電池１では、固定部５０により電極組立体２０が電極部３０側に移動することを抑制できる。よって、製造時における電極組立体２０と構成部材との接触も発生し得ないため、電極組立体２０を構成する電極シートに塗工された活物質の剥がれ等による製造不良も起こらない。また、使用時においても、電極組立体２０と電極部３０との接触のおそれはない。

なお、固定部５０は両面テープに限られず、例えば接着剤であってもよい。この場合も両面テープの場合と同様、下面部１１ｂのケース１０内部の面に接着剤を塗布した状態で、絶縁フィルム４０の下面被覆部４１が下面部１１ｂに固定される。

また、固定部５０は、絶縁フィルム４０の側周面被覆部４２とケース１０の側周部１１ａとの間に介在し、側周面被覆部４２と側周部１１ａとを固定するものであってもよい。この場合にも、両面テープ又は接着剤等を固定部５０として採用できる。側周面被覆部４２と側周部１１ａとの固定部５０を介した固定は、電極組立体２０の充電時の膨張を利用して行われてもよい。すなわち、充電時には電極組立体２０は電極シートの積層方向に膨張するところ、充電前に、固定部５０を側周部１１ａに設けておき、充電を行うことで膨張した電極組立体２０を覆う絶縁フィルム４０の側周面被覆部４２と固定部５０とが接触することにより、側周面被覆部４２と側周部１１ａとの固定部５０を介した固定が行われてもよい。

ただし、図１及び図３に示すように、固定部５０が絶縁フィルム４０の下面被覆部４１とケース１０の下面部１１ｂとを固定することで、二次電池１の放熱性を阻害しない構成とできる。

すなわち、側周面２１のうち、活物質が塗工された塗工面側周面２１ａは発熱しやすいところ、塗工面側周面２１ａに対応する箇所に熱伝導率の低い固定部５０を設けないことで、側周面２１における放熱性が維持される。また、下面２３を覆う下面被覆部４１を固定部５０によりケース１０と固定する箇所とし、下面２３と比較して面積の大きい側周面２１を放熱箇所とすることで、固定する箇所と放熱箇所とを逆にした場合（側周面被覆部を固定部５０により固定する箇所とし、下面２３を放熱箇所とした場合）と比較して高い放熱性を実現できる。

また、二次電池１では、接続テープ６０が、上面２２を部分的に覆うとともに、絶縁フィルム４０の側周面被覆部４２に接続されていることにより、絶縁フィルム４０を電極組立体２０に確実に固定でき、電極組立体２０が袋状の絶縁フィルム４０から抜け出ることを抑制できる。なお、接続テープ６０が絶縁性のテープであるため、上面２２を接続テープが覆うことにより、仮に電極組立体２０と電極部３０とが接触する場合にも、電極組立体２０内の正極や負極と電極部３０とが直接接触することを防止できる。ただし、接続テープ６０は必ずしも絶縁性のテープでなくてもよい。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

接続部として、絶縁フィルム４０とは別体の接続テープ６０を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、図５に示すように、絶縁フィルム４０の一方の側周面被覆部４２から一体的に延びて他方の側周面被覆部４２まで架け渡された舌部４２ａにより、上面２２を部分的に覆うものであってもよい。

また、蓄電装置は二次電池に限らず、その他の蓄電装置（例えば電気二重層キャパシタ等）であってもよい。

また、ケース１０は、側周部１１ａ及び該側周部１１ａと一体に形成された下面部１１ｂを有する電池缶１１の上側開口を上面部１２が塞いた構成であるとして説明したが、これに限定されず、例えば、側周部、上面部、及び下面部が、それぞれ別部材で構成されており、側周部の上側開口を上面部が塞ぎ、下側開口を下面部が塞ぐ構成であってもよい。

１…二次電池、１０…ケース、１１ａ…側周部、１１ｂ…下面部、１２…上面部、２０…電極組立体、２１…側周面、２２…上面、２３…下面、３０…電極部、４０…絶縁フィルム、４１…下面被覆部、４２…側周面被覆部、４２ａ…舌部、５０…固定部、６０…接続テープ。

Claims (3)

1. ケースと、前記ケースに収容された電極組立体と、電力を外部に取り出す電極部と、を備える蓄電装置であって、
   前記ケースは、筒状の側周部と、前記側周部の上側に位置する上面部と、前記側周部の下側に位置する下面部とを有し、
   前記電極組立体は、前記ケース内部において前記側周部と対面する電極組立体側周面と、前記ケース内部において前記上面部と対面する電極組立体上面と、前記ケース内部において前記下面部と対面する電極組立体下面とを有し、
   前記電極部は、前記ケースの前記上面部に設けられており、
   前記蓄電装置はさらに、
   前記電極組立体下面を覆う下面被覆部と、前記電極組立体側周面を覆う側周面被覆部とを有する袋状であり、前記電極組立体に固定された絶縁フィルムと、
   前記絶縁フィルムの前記下面被覆部及び前記側周面被覆部の少なくともいずれか一方と前記ケースとを固定する固定部と、を備え、
   前記電極組立体上面を部分的に覆うように前記電極組立体上面に固定されるとともに、前記絶縁フィルムの前記側周面被覆部に接続された接続部をさらに備える蓄電装置。
2. 前記固定部が前記絶縁フィルムの前記下面被覆部と前記ケースの前記下面部とを固定する、請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記蓄電装置が二次電池である、請求項１または２に記載の蓄電装置。

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