JP6056642B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電装置に関する。

特許文献１には、正極板と負極板とがセパレータを介して交互に対向してなる二次電池が開示されていている。この二次電池では、正極板又は負極板を２枚のセパレータで挟むと共に、２枚のセパレータの正極板又は負極板の周囲となる部分を接着剤及び粘着テープの少なくとも一方を用いて接着している。

特開２００８−１３０３６０号公報

蓄電装置では、釘刺しや圧壊時など外部から力が加えられたときに、正極板と負極板との短絡を防止する対策が求められている。対策の一つとしては、セパレータの剛性を確保するために、セラミックス層を有するセパレータを用いる構成がある。この構成の場合には、上記のように２枚のセパレータで電極板を挟んで接着する場合、接着性の観点から、セラミックス層が設けられていない面同士を対向配置する必要がある。特に、２枚のセパレータを熱溶着する場合には、セラミックス層が設けられていない面同士を対向配置することが必須となる。そのため、セラミックス層を有するセパレータを用いる場合には、セパレータの向きを確認して接着する必要があり、製造工程おける作業性が良くなく、効率が悪いといった問題があった。

本発明は、正極と負極との短絡の抑制を図れると共に、製造の効率化を図れ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、第１電極と、当該第１電極とは極性の異なる第２電極とがセパレータにより絶縁された層状の構造を有する電極組立体と、を備えた蓄電装置であって、セパレータは、第１セパレータと、セラミックス層を有する第２セパレータと、を含み、第１電極又は第２電極を挟んで、第２セパレータ、及び第１セパレータ、がこの順に配置されていることを特徴とする。

この蓄電装置では、セパレータはセラミックス層を有する第２セパレータを含み、第１電極又は第２電極を挟んで、第２セパレータ及び第１セパレータがこの順に配置されている。蓄電装置では、セパレータを例えば熱溶着する際、電極を第２セパレータで挟んだ後に第２セパレータを第１セパレータで挟み、第１セパレータの縁部を熱溶着する。このとき、第１セパレータは、向きを考慮する必要がない。また、第２セパレータは、セラミックス層により耐熱性を有しているため、第１セパレータを熱溶着する際、電極と第１セパレータとの間での位置決めを特に必要としない。したがって、蓄電装置では、製造の効率化を図ることができる。また、蓄電装置では、セラミックス層を有する第２セパレータが配置されているため、セパレータの剛性を確保できる。したがって、蓄電装置では、釘刺しや圧壊時など外部から力が加えられたときに、第１電極と第２電極（正極と負極）とが短絡することを抑制できる。

一実施形態においては、セラミックス層は、第２セパレータの間に配置された電極と対向していてもよい。セラミックス層は、多孔質であるため、電解液を保持し易い。したがって、蓄電装置では、セラミックス層と電極とを対向配置することにより、電池特性（入出力特性、寿命等）の向上を図ることができる。

一実施形態においては、セラミックス層は、第２セパレータの両面に設けられていてもよい。これにより、第２セパレータは、熱収縮がより一層抑制される。したがって、蓄電装置では、たとえ第１電極と第２電極とが短絡した場合であっても、第２セパレータがその時に発生した熱により収縮することを抑制できるため、第１電極と第２電極との接触面積の増大を抑制し得る。したがって、蓄電装置では、安全性を確保することができる。

一実施形態においては、ケースと電極組立体との間に配置された第１導電板と、ケースと第１導電板との間に配置された第２導電板と、第１導電板と第２導電板とを絶縁する絶縁部材と、を備えていてもよい。これにより、蓄電装置では、釘刺しや圧壊時など外部から力が加えられたときに、電極組立体に先んじて第１導電板と第２導電板とが短絡する。したがって、蓄電装置では、安全性を確保することができる。

一実施形態においては、絶縁部材は、乾式法によって二軸延伸して得られたものであってもよい。乾式法により形成された絶縁部材は、延伸性が比較的低い。したがって、蓄電装置では、釘刺しや圧壊時など外部から力が加えられたときに、絶縁部材が破れ易いため、第１導電板と第２導電板とを短絡させることができる。

一実施形態においては、第１セパレータは、湿式法によって二軸延伸して得られたものであってもよい。湿式法により形成された第１セパレータは、延伸性が高い。したがって、蓄電装置では、釘刺しや圧壊時など外部から力が加えられたときに、第１セパレータが破れ難いため、第１電極と第２電極との短絡を抑制できる。

一実施形態においては、蓄電装置は二次電池である。

本発明によれば、正極と負極との短絡の抑制を図れると共に、製造の効率化を図れる。

一実施形態に係る蓄電装置を模式的に示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 電極組立体の一部を拡大して示す図である。 セパレータに覆われた正極を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、一実施形態に係る蓄電装置を模式的に示す断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１及び図２に示される蓄電装置としての二次電池１００は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。

二次電池１００は、ケース１０と、ケース１０内に収容された電極組立体２０と、を備える。ケース１０は例えばアルミニウム等の金属からなってもよい。電極組立体２０は、正極（第１電極）３０と、負極（第２電極）４０と、正極３０と負極４０との間に配置されたセパレータ５０と、を備え、層状の構造を有する。正極３０、負極４０は、例えばシート状である。ケース１０内には電解液６０が充填され得る。電解液６０としては、例えば有機溶媒系又は非水系の電解液等が挙げられる。

正極３０は、金属箔３０ｂと、金属箔３０ｂの両面に設けられた正極活物質層３０ｃと、を備え得る。金属箔３０ｂは例えばアルミニウム箔である。正極活物質層３０ｃは、正極活物質とバインダとを含んでもよい。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物は、マンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つとリチウムとを含む。

正極３０は、縁に形成されたタブ３０ａを有してもよい。タブ３０ａには、正極活物質が担持されていない。正極３０は、タブ３０ａを介して導電部材３２に接続され得る。導電部材３２は、正極端子３４に接続され得る。正極端子３４は、絶縁リング３６を介してケース１０に取り付けられてもよい。

負極４０は、金属箔４０ｂと、金属箔４０ｂの両面に設けられた負極活物質層４０ｃと、を備え得る。金属箔４０ｂは例えば銅箔である。負極活物質層４０ｃは、負極活物質とバインダとを含んでもよい。負極活物質としては、例えば黒鉛、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、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。

負極４０は、縁に形成されたタブ４０ａを有してもよい。タブ４０ａには、負極活物質が担持されていない。負極４０は、タブ４０ａを介して導電部材４２に接続され得る。導電部材４２は、負極端子４４に接続され得る。負極端子４４は、絶縁リング４６を介してケース１０に取り付けられてもよい。

セパレータ５０は、袋状であり、セパレータ５０内には、例えば正極３０が収容される。図３は、電極組立体の一部を拡大して示す図である。図３に示すように、セパレータ５０は、第１セパレータ５２と、第２セパレータ５４と、を含む。第１セパレータ５２は、湿式法によって二軸延伸により形成されている。第１セパレータ５２は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルムが例示される。

第２セパレータ５４は、シート状であり、基材５４ａと、基材５４ａの一面に配置されたセラミックス層５４ｂと、を有している。基材５４ａは、第１セパレータ５２と同様であり、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルムが例示される。基材５４ａの厚みは、例えば１０μｍ〜３０μｍ程度である。

セラミックス層５４ｂは、例えばセラミックスのペーストを基材５４ａの一面に塗布した後に乾燥させて形成されている。セラミックスは、例えばアルミナ、チタニア、ジルコニア、窒化アルミ、マグネシア、酸化ケイ素、炭化珪素、窒化珪素の少なくとも一つを選択することができる。セラミックス層５４ｂの厚みは、例えば２μｍ〜１０μｍ程度である。第２セパレータ５４の厚みは、例えば１２〜４０μｍ程度である。

本実施形態では、セパレータ５０は、正極３０を挟んで、正極３０側から第２セパレータ５４及び第１セパレータ５２がこの順に配置されている。第２セパレータ５４は、セラミックス層５４ｂが正極３０側に配置されている。すなわち、セラミックス層５４ｂは、正極３０と対向配置されている。図４に示すように、セパレータ５０は、第１セパレータ５２の縁部が熱溶着（接着）され、接着部Ｃが形成されている。これにより、セパレータ５０は、袋状をなしている。すなわち、第１セパレータ５２の外形は、正極３０の外形よりも大きい。また、第２セパレータ５４の外形は、正極３０の外形と略同等とされている。

ケース１０と電極組立体２０との間には、第１導電板１４が配置される。図２では、第１導電板１４は、単一の板状部材であるが、例えば複数の金属箔が積層されて構成されていてもよい。第１導電板１４には、活物質層が設けられていない。第１導電板１４の厚みは、負極４０の金属箔４０ｂの厚みよりも厚くてもよい。

第１導電板１４は、縁に形成されたタブ１４ｄを有してもよい。このタブ１４ｄは、負極４０のタブ４０ａに接続され得る。タブ１４ｄは、タブ４０ａと重なるように配置され得る。

ケース１０と第１導電板１４との間には、第２導電板１６が配置される。図２では、第２導電板１６は、単一の板状部材であるが、例えば複数の金属箔が積層されて構成されていてもよい。第２導電板１６には、活物質層が設けられていない。第２導電板１６の厚みは、正極３０の金属箔３０ｂの厚みよりも厚くてもよい。

第２導電板１６は、縁に形成されたタブ１６ｄを有してもよい。このタブ１６ｄは、正極３０のタブ３０ａに接続され得る。タブ１６ｄは、タブ３０ａと重なるように配置され得る。

第１導電板１４は、正極３０及び負極４０の一方と電気的に接続される。第２導電板１６は、正極３０及び負極４０の他方と電気的に接続される。本実施形態では、第１導電板１４が負極４０と電気的に接続され、第２導電板１６が正極３０と電気的に接続される。第１導電板１４は例えば銅からなり、第２導電板１６は例えばアルミニウムからなる。

第１導電板１４と第２導電板１６との間には、セパレータ（絶縁部材）１８が配置される。セパレータ１８は、乾式法において二軸延伸により形成されている。セパレータ１８は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルムが例示される。本実施形態では、セパレータ５０は、袋状であり、第２導電板１６を覆っている。

以上説明したように、本実施形態の二次電池１００では、セパレータ５０はセラミックス層５４ｂを有する第２セパレータ５４を含み、正極３０を挟んで、正極３０側から第２セパレータ５４及び第１セパレータ５２がこの順に配置されている。この二次電池１００では、セパレータ５０を熱溶着する際、正極３０電極を第２セパレータ５４で挟んだ後に第２セパレータ５４を第１セパレータ５２で挟み、第１セパレータ５２の縁部を熱溶着する。このとき、第１セパレータ５２は、向きを考慮する必要がない。また、第２セパレータ５４は、セラミックス層５４ｂにより耐熱性を有しているため、第１セパレータ５２を熱溶着する際、正極３０と第１セパレータ５２との間での位置決めを特に必要としない。したがって、二次電池１００では、製造の効率化を図ることができる。

また、二次電池１００では、第２セパレータ５４にセラミックス層５４ｂが設けられているため、第２セパレータ５４において緻密性及び剛性が確保されている。これにより、二次電池１００では、釘刺しや圧壊時など外部から力が加えられたときに、セパレータ５０が破けることを抑制でき、正極３０と負極４０との短絡を抑制できる。また、二次電池１００では、例えば正極３０と負極４０とが短絡した場合、第２セパレータ５４においては短絡したときに発生する熱による熱収縮が生じ難いため、破けた部分が拡大することを抑制できる。これにより、二次電池１００では、正極３０と負極４０との接触面積の増大を抑制できる。

本実施形態では、セラミックス層５４ｂは、正極３０側に配置されている。セラミックス層５４ｂは、多孔質であるため、電解液６０を保持し易い。これにより、二次電池１００では、第２セパレータ５４の基材５４ａと正極３０とを対向配置する場合に比べて、セラミックス層５４ｂと正極３０とを対向配置することにより電解液６０をセラミックス層５４ｂと正極３０との間に保持できるため、電池特性（入出力特性、寿命等）の向上を図ることができる。

本実施形態では、第１セパレータ５２は、湿式法によって二軸延伸により得られたものを用いている。これにより、第１セパレータ５２は、延伸性が高い。したがって、二次電池１００では、釘刺しや圧壊時など外部から力が加えられたときに第１セパレータ５２が破れ難いため、正極３０と負極４０との短絡を抑制できる。これにより、二次電池１００では、安全性が確保されている。

本実施形態では、セパレータ１８は、乾式法によって二軸延伸により得られたものを用いている。これにより、セパレータ１８は、延伸性が比較的低い。したがって、二次電池１００では、釘刺しや圧壊時など外部から力が加えられたときにセパレータ１８が容易に破れるため、電極組立体５に先んじて第１導電板１４と第２導電板１６とが短絡する。これにより、二次電池１００では、安全性が確保されている。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、セラミックス層５４ｂが基材５４ａの一面に設けられている構成を一例に説明したが、セラミックス層は、基材５４ａの両面に設けられていてもよい。この場合、第２セパレータでは、剛性がより一層確保されると共に、熱収縮がより一層抑制される。また、この構成では、製造工程において第２セパレータがカールする（反り返る）ことを抑制できると共に、帯電を抑制できる。

上記実施形態では、第２セパレータ５４のセラミックス層５４ｂが正極３０と対向配置された構成を一例に説明したが、第２セパレータ５４の基材５４ａが正極３０と対向配置されていてもよい。

なお、第１セパレータ５０として、乾式法によって二軸延伸により形成されてものを用いないことが好ましい。また、セパレータ１８として、湿式法によって二軸延伸により形成されたものを用いないことが好ましい。

１０…ケース、１４…第１導電板、１６…第２導電板、１８…セパレータ（絶縁部材）、３０…正極（第１電極）、４０…負極（第２電極）、５０…セパレータ、５２…第１セパレータ、５４…第２セパレータ、５４ｂ…セラミックス層、１００…二次電池（蓄電装置）。

Claims (7)

1. ケースと、
   前記ケースに収容され、第１電極と、当該第１電極とは極性の異なる第２電極とがセパレータにより絶縁された層状の構造を有する電極組立体と、を備えた蓄電装置であって、
   前記セパレータは、第１セパレータと、前記第１セパレータとは別体であり、且つセラミックス層を有する第２セパレータと、を含み、
   前記第１電極又は前記第２電極を挟んで、前記第２セパレータ、及び前記第１セパレータ、がこの順に配置されており、
   少なくとも前記第１セパレータの縁部同士が溶着されていることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記セラミックス層は、前記第２セパレータの間に配置された電極と対向していることを特徴とする請求項１記載の蓄電装置。
3. 前記セラミックス層は、前記第２セパレータの両面に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の蓄電装置。
4. 前記ケースと前記電極組立体との間に配置された第１導電板と、
   前記ケースと前記第１導電板との間に配置された第２導電板と、
   前記第１導電板と前記第２導電板とを絶縁する絶縁部材と、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の蓄電装置。
5. 前記絶縁部材は、乾式法によって二軸延伸して得られたものであることを特徴とする請求項４記載の蓄電装置。
6. 前記第１セパレータは、湿式法によって二軸延伸して得られたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の蓄電装置。
7. 二次電池であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の蓄電装置。

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