WO2018180475A1 - 蓄電装置 - Google Patents

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electrode
positive electrode
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厚志 南形
雅人 小笠原
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a power storage device including an electrode assembly, a case that houses the electrode assembly, and an insulating sheet that insulates the electrode assembly from the case.
  • the secondary battery includes an electrode assembly in which rectangular sheet-shaped positive electrodes and rectangular sheet-shaped negative electrodes are alternately stacked, and a rectangular parallelepiped case that accommodates the electrode assemblies. Moreover, the electrode assembly is covered from the case by covering the electrode assembly with an insulating sheet formed in a bag shape (see Patent Document 1).
  • the positive electrode and the negative electrode expand when the secondary battery is charged and contract when discharging. Therefore, when the insulating sheet is sandwiched between the corners of the expanded positive electrode and negative electrode and the inner surface of the case, the insulating sheet may be broken. When the insulating sheet is broken, the electrode assembly and the case are short-circuited.
  • An object of the present invention is to provide a power storage device that can suppress breakage of an insulating sheet due to expansion of an electrode.
  • a power storage device for solving the above problems includes a plurality of rectangular sheet-shaped positive electrodes, a plurality of rectangular sheet-shaped negative electrodes, and a plurality of separators, and the separators include the positive electrodes and the negative electrodes.
  • the puncture strength of the insulating sheet is 30N or more and 70N or less.
  • the disassembled perspective view of the secondary battery of embodiment. is sectional drawing of the secondary battery of FIG. 1, (b) is the elements on larger scale of (a).
  • the secondary battery 10 that is a power storage device includes a case 11.
  • the secondary battery 10 includes an electrode assembly 12 accommodated in a case 11.
  • the case 11 includes a rectangular parallelepiped case main body 13 and a rectangular flat cover 14 that covers the opening 13 a of the case main body 13.
  • Both the case body 13 and the lid 14 are made of metal (for example, stainless steel or aluminum).
  • the secondary battery 10 of the present embodiment is a square battery whose outer shape is a square.
  • the secondary battery 10 of the present embodiment is a lithium ion battery.
  • the case body 13 includes a bottom wall 13b (see FIG. 2A) and first to fourth wall portions 13c to 13f connected to the bottom wall 13b.
  • the first wall portion 13c and the second wall portion 13d are wall portions connected to the two long edges of the bottom wall 13b, respectively, and are disposed so as to face each other.
  • the third wall portion 13e extends between the first end portion of the first wall portion 13c and the first end portion of the second wall portion 13d
  • the fourth wall portion 13f extends from the second end portion of the first wall portion 13c and the first end portion.
  • the second wall 13d extends between the second ends.
  • the 3rd wall part 13e and the 4th wall part 13f are arrange
  • the case body 13 has a rounded corner portion 13g, which is a curved corner, at a portion where the inner surface of the bottom wall 13b and the inner surfaces of the first to fourth wall portions 13c to 13f intersect.
  • the case body 13 is manufactured by plastically deforming a metal plate by plastic working such as deep drawing or impact pressing.
  • the curved round corner 13g is unavoidably formed during plastic working.
  • the secondary battery 10 includes a positive electrode terminal 15 and a negative electrode terminal 16 for taking out electricity from the electrode assembly 12.
  • the lid 14 has two holes 14a that are arranged at intervals in the longitudinal direction.
  • the positive terminal 15 and the negative terminal 16 protrude from the case 11 through the two holes 14a.
  • an annular insulating ring 17 a for insulating the terminals 15 and 16 from the case 11 is attached to the positive terminal 15 and the negative terminal 16, respectively.
  • the electrode assembly 12 includes a plurality of rectangular sheet-like positive electrodes 20 as first electrodes, a plurality of rectangular sheet-like negative electrodes 21 as second electrodes, and a rectangular sheet-like shape. And a plurality of separators 28.
  • the separator 28 is disposed between the positive electrode 20 and the negative electrode 21 to insulate the positive electrode 20 and the negative electrode 21 from each other.
  • the electrode assembly 12 has a structure in which the positive electrode 20 and the negative electrode 21 are alternately stacked with the separator 28 interposed therebetween.
  • the electrode assembly 12 has a rectangular parallelepiped shape.
  • the positive electrode 20 includes a positive electrode metal foil (for example, an aluminum foil) 22 that is a rectangular sheet-shaped current collector, and two positive electrode active material layers 23 disposed on both surfaces of the positive electrode metal foil 22.
  • the positive electrode 20 includes a first edge portion 20a and a second edge portion 20b that are two edge portions along two long sides located on opposite sides.
  • the positive electrode 20 has a rectangular positive electrode tab 24 protruding from a part of the first edge 20a.
  • the positive electrode active material layer 23 is not disposed on both surfaces of the positive electrode tab 24.
  • the positive electrode tab 24 is integrally formed with the positive electrode metal foil 22. That is, the positive electrode tab 24 is a portion of the positive electrode metal foil 22 where the positive electrode active material layer 23 is not disposed.
  • the positive electrode 20 includes a third edge 20c extending between the first ends of the first edge 20a and the second edge 20b, and a distance between the second ends of the first edge 20a and the second edge 20b. And a fourth edge portion 20d extending in the direction. The fourth edge 20d is located on the opposite side of the third edge 20c.
  • the positive electrode 20 includes a first corner 20e where the second edge 20b and the third edge 20c intersect, and a second where the second edge 20b and the fourth edge 20d intersect. And a corner 20f.
  • the negative electrode 21 has a negative electrode metal foil (for example, copper foil) 25 that is a rectangular sheet-shaped current collector, and two negative electrode active material layers 26 disposed on both surfaces of the negative electrode metal foil 25, respectively.
  • the negative electrode active material layer 26 is formed by applying an active material paste, in which an active material, a conductive additive, a solvent, and a binder are mixed, to a current collector and then drying it.
  • the active material of this embodiment is silicon. By using silicon as the active material, for example, the capacity of the secondary battery 10 can be increased compared to the case of using carbon.
  • the negative electrode active material layer 26 containing silicon has a large amount of expansion when the secondary battery 10 is charged and a large amount of shrinkage when discharged.
  • the negative electrode 21 includes a first edge 21a and a second edge 21b that are two edges along two long sides.
  • the negative electrode 21 has a rectangular negative electrode tab 27 protruding from a part of the first edge 21a.
  • the negative electrode active material layer 26 is not disposed on both surfaces of the negative electrode tab 27.
  • the negative electrode tab 27 is integrally formed with the negative electrode metal foil 25. That is, the negative electrode tab 27 is a portion of the negative electrode metal foil 25 where the negative electrode active material layer 26 is not disposed.
  • the negative electrode 21 includes a third edge 21c extending between the first ends of the first edge 21a and the second edge 21b and a distance between the second ends of the first edge 21a and the second edge 21b. And a fourth edge portion 21d extending in the direction.
  • the fourth edge 21d is located on the opposite side of the third edge 21c.
  • the negative electrode 21 is a second portion where the first corner portion 21e where the second edge portion 21b and the third edge portion 21c intersect, and a portion where the second edge portion 21b and the fourth edge portion 21d intersect.
  • a corner portion 21f the direction orthogonal to the surface of the negative electrode 21 (the thickness direction of the negative electrode 21) is defined as a first direction X1.
  • the direction in which the first and second edge portions 21a and 21b extend is defined as a second direction X2
  • the direction in which the third and fourth edge portions 21c and 21d extend is defined as a third direction X3.
  • the plurality of positive electrodes 20 are stacked such that the respective positive electrode tabs 24 are aligned in the stacking direction of the electrode assembly 12.
  • the plurality of negative electrodes 21 are stacked so that the respective negative electrode tabs 27 are aligned in the stacking direction of the electrode assemblies 12 so as not to overlap the positive electrode tabs 24.
  • the some positive electrode tab 24 is folded so that it may mutually contact within the range from the one end of the lamination direction in the electrode assembly 12 to the other end, and the positive electrode tab group 24a is formed.
  • the positive electrode terminal 15 is electrically joined to the positive electrode tab group 24a.
  • the plurality of negative electrode tabs 27 are folded so as to contact each other within a range from one end to the other end in the stacking direction of the electrode assembly 12, thereby forming a negative electrode tab group 27 a.
  • the negative electrode terminal 16 is electrically connected to the negative electrode tab group 27a.
  • the electrode assembly 12 includes a tab-side end surface 12 a that is an end surface facing the lid 14. From the tab side end surface 12a, the positive electrode tab group 24a and the negative electrode tab group 27a protrude.
  • the electrode assembly 12 includes a bottom-side end surface 12b that is an end surface facing the inner surface of the bottom wall 13b of the case body 13.
  • the bottom-side end surface 12b is formed by the second edges 20b and 21b of the stacked positive electrode 20 and negative electrode 21.
  • the electrode assembly 12 has a first side surface 12c that is an end surface facing the inner surface of the first wall portion 13c of the case main body 13 and a second end surface that is opposed to the inner surface of the second wall portion 13d of the case main body 13. And a side surface 12d.
  • the electrode assembly 12 includes a third side surface 12e that is an end surface facing the inner surface of the third wall portion 13e of the case main body 13, and a fourth side surface 12f that is an end surface facing the inner surface of the fourth wall portion 13f of the case main body 13.
  • the third side surface 12 e is formed by the third edge portions 20 c and 21 c of the stacked positive electrode 20 and negative electrode 21.
  • the fourth side surface 12 f is formed by the fourth edge portions 20 d and 21 d of the stacked positive electrode 20 and negative electrode 21.
  • Such an electrode assembly 12 is accommodated in an insulating film 30 which is a bag formed of an insulating sheet.
  • the positive electrode 20 and the negative electrode 21 during charging / discharging of the secondary battery 10 will be described.
  • the positive electrode active material layer 23 of the positive electrode 20 and the negative electrode active material layer 26 of the negative electrode 21 undergo volume changes in the second direction X2 and the third direction X3. That is, when the secondary battery 10 is charged, the positive electrode active material layer 23 and the negative electrode active material layer 26 expand in the second direction X2 and the third direction X3, and when the secondary battery 10 is discharged, the positive electrode active material.
  • the layer 23 and the negative electrode active material layer 26 contract in the second direction X2 and the third direction X3.
  • the positive electrode active material layer 23 and the negative electrode active material layer 26 try to cause a volume change (expansion and contraction) in the first direction X1
  • the secondary battery 10 is charged / discharged by a restraining jig (not shown). Since it is performed in a state where the electrode assembly 12 is constrained in the first direction X1, the amount of expansion and contraction in the first direction X1 is sufficiently small.
  • the positive electrode active material layer 23 and the negative electrode active material layer 26 expand, the positive electrode metal foil 22 of the positive electrode 20 and the negative electrode metal foil 25 of the negative electrode 21 also expand in the second direction X2 and the third direction X3.
  • a load is applied to the first portion 30a of the insulating film 30 from the first corner portions 20e and 21e of the positive electrode 20 and the negative electrode 21.
  • a load is applied to the second portion 30 b of the insulating film 30 from the second corner portions 20 f and 21 f of the positive electrode 20 and the negative electrode 21.
  • the insulating film 30 is an insulating sheet for insulating the electrode assembly 12 from the metal case 11.
  • the puncture strength of the insulating film 30 is set to 30N or more and 70N or less.
  • the insulating film 30 of this embodiment is made of polypropylene (PP) having a thickness of 150 ⁇ m, and the piercing strength is 58N.
  • the piercing strength is measured by the following method.
  • the restraining tool includes two restraining plates, a bolt that connects the two restraining plates, and a nut that is screwed to the bolt.
  • Each constraining plate includes a through hole.
  • Each constraining plate includes an annular silicon rubber attached to one side.
  • Each through hole communicates with the inner periphery of the corresponding silicon rubber.
  • one restraining plate is disposed so that the silicon rubber faces one surface of the insulating film 30, and the other restraining plate has the silicon rubber facing the other surface of the insulating film 30.
  • the two restraining plates restrain the insulating film 30 via silicon rubber.
  • the insulating film 30 is restrained in a stretched state (a state without wrinkles and deflection).
  • a nail (not shown) is lowered with respect to the restrained insulating film 30 at a constant speed (25 mm / min), and a load is applied to the insulating film 30.
  • the nail has a diameter of 8 mm and has a tapered portion at the tip.
  • the inclination angle of the tapered portion with respect to the central axis of the nail is 60 degrees.
  • the load immediately after the nail contacts the insulating film 30 and immediately before the tip of the nail penetrates the insulating film 30 is measured.
  • the measured load is the puncture strength. That is, the piercing strength is a load applied to the insulating film 30 immediately before a hole is opened in the insulating film 30 by a nail.
  • the piercing strength of the insulating film 30 is smaller than 30N, it is not preferable because the insulating film 30 is likely to be broken by the expansion of the positive electrode 20 and the negative electrode 21 described above.
  • the degree of expansion of the positive electrode 20 and the negative electrode 21 is large and the load applied to the insulating film 30 from each corner 20e, 20f, 21e, 21f of the positive electrode 20 and the negative electrode 21 exceeds 70 N, the entire electrode assembly 12 is Move toward the lid 14.
  • the insulating film 30 is not sandwiched between the corner portions 20e, 20f, 21e, 21f of the positive electrode 20 and the negative electrode 21 and the round corner portion 13g of the case body 13, and the insulating film 30 is torn.
  • the piercing strength of the insulating film 30 may be 70 N or less.
  • the piercing strength of the insulating film 30 increases as the thickness of the insulating film 30 increases.
  • the insulating film 30 becomes thicker, it is necessary to reduce the volume of the electrode assembly 12 that occupies the case 11, and the capacity of the secondary battery 10 is reduced. Therefore, for example, in the case of the insulating film 30 made of polypropylene (PP), it is preferable to set the thickness to 120 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less in consideration of both the piercing strength of the insulating film 30 and the capacity of the secondary battery 10.
  • PP polypropylene
  • the insulating film 30 of the present embodiment is formed into a bag shape by folding and welding one insulating film 30.
  • the insulating film 30 covers five surfaces (the bottom side end surface 12b and the first to fourth side surfaces 12c to 12f) excluding the tab side end surface 12a of the electrode assembly 12.
  • the insulating film 30 includes a first portion 30a that is a portion that covers the first corner portions 20e and 21e of the positive electrode 20 and the negative electrode 21, and a second portion 30b that is a portion that covers the second corner portions 20f and 21f. .
  • the first portion 30 a is located between the first corner portions 20 e and 21 e and the round corner portion 13 g of the case main body 13
  • the second portion 30b is located between the second corner portions 20f and 21f and the round corner portion 13g of the case body 13 (see FIG. 2B).
  • the puncture strength of the insulating film 30 of this embodiment is set to 30 N or more and 70 N or less, even if the positive electrode 20 and the negative electrode 21 expand, the first part 30 a and the second part 30 b are not easily broken. .
  • the puncture strength of the insulating film 30 is set to 30N or more and 70N or less. Accordingly, when the secondary battery 10 is charged, the positive electrode 20 and the negative electrode 21 expand, and the first corners 20e and 21e and the second corners 20f and 21f of the positive electrode 20 and the negative electrode 21 are the first of the insulating film 30, respectively.
  • the first portion 30a When pressed against the first portion 30a and the second portion 30b, the first portion 30a is sandwiched between the first corner portions 20e, 21e and the round corner portion 13g of the case body 13, or the second portion 30b is Even if the insulating film 30 is sandwiched between the second corner portions 20f and 21f and the round corner portion 13g of the case body 13, the insulating film 30 is hardly broken.
  • the insulating film 30 is made of polypropylene (PP) having a thickness of 120 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less. Since the puncture strength increases as the thickness of the insulating film 30 increases, the tearing can be suppressed by increasing the thickness of the insulating film 30. On the other hand, as the insulating film 30 becomes thicker, the volume for housing the electrode assembly 12 in the case 11 becomes smaller, and the capacity of the secondary battery 10 decreases. Therefore, by setting both the piercing strength of the insulating film 30 and the capacity of the secondary battery 10 and setting the thickness of the insulating film 30, the tearing of the insulating film 30 is suppressed while suppressing the capacity reduction of the secondary battery 10. it can. Further, by making the insulating film 30 made of polypropylene (PP), for example, the production cost of the insulating film 30 can be suppressed as compared with the case of making polyphenylene sulfide (PPS).
  • PP polypropylene
  • the negative electrode active material layer 26 contains silicon, the amount of expansion is larger than that of the negative electrode active material layer not containing silicon. Therefore, the load applied to the insulating film 30 from the corners 21e and 21f of the negative electrode 21 is also increased. For this reason, it is good to suppress the tear of the insulating film 30 by employ
  • the current collector is not limited to the one provided with the positive electrode metal foil 22 and the negative electrode metal foil 25 as long as the positive electrode active material layer 23 and the negative electrode active material layer 26 can be formed.
  • the current collector may be a woven or net-like sheet.
  • the positive electrode 20 may have a structure in which the positive electrode active material layer 23 is disposed on one surface of the positive electrode metal foil 22.
  • the negative electrode 21 may have a configuration in which the negative electrode active material layer 26 is disposed on one side of the negative electrode metal foil 25.
  • the outer shape of one polarity electrode of the positive electrode 20 and the negative electrode 21 may be larger than the outer shape of the other polarity electrode.
  • the insulating film 30 is sandwiched between the corner of the electrode having the larger outer shape and the round corner 13 g of the case body 13.
  • the active material of the negative electrode active material layer 26 may be carbon, or may include both silicon and carbon.
  • the type and ratio of the material used for the active material may be changed according to the capacity of the secondary battery 10.
  • the puncture strength of the insulating film 30 of the above embodiment was 58N, but may be appropriately changed within a range of 30N or more and 70N or less.
  • the insulating film 30 of the above embodiment was made of polypropylene (PP) having a thickness of 150 ⁇ m, but the material and thickness of the insulating film 30 may be changed as appropriate within a range where the puncture strength is 30 or more and 70 N or less.
  • Examples of other materials for the insulating film 30 include polyphenylene sulfide (PPS) and polyethylene (PE).
  • the electrode assembly 12 may be covered with a plurality of insulating films 30 formed in a bag shape.
  • the method of forming the insulating film 30 in a bag shape is not limited to welding.
  • the electrode assembly 12 is covered with a single insulating film 30. And you may affix with the tape so that the part which protruded from the electrode assembly 12 in the insulating film 30 may overlap with the part which has covered the electrode assembly 12.
  • FIG. As another method, the electrode assembly 12 is housed in a bag-like insulating film 30 that is slightly larger than the electrode assembly 12, and then the insulating film 30 is thermally contracted, thereby the electrode assembly 12 and the insulating film. 30 may be brought into close contact with each other.
  • the secondary battery 10 may be a lithium ion secondary battery or another secondary battery. In short, any ion may be used as long as ions move between the active material for the positive electrode and the active material for the negative electrode and charge is transferred.
  • the power storage device can also be applied to power storage devices other than secondary batteries, such as capacitors.

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Abstract

蓄電装置は、矩形シート状の複数の正極電極と、矩形シート状の複数の負極電極と、複数のセパレータとを有し、前記セパレータで前記正極電極と前記負極電極とを絶縁した状態で、前記正極電極及び前記負極電極を交互に積層した直方体状の電極組立体と、前記電極組立体を収容する直方体状のケースと、前記電極組立体と前記ケースとの間に配置され、前記電極組立体を前記ケースから絶縁するように前記電極組立体を収容する袋状の絶縁シートと、を備える。前記絶縁シートの突き刺し強度は、３０Ｎ以上かつ７０Ｎ以下である。

Description

蓄電装置
　本発明は、電極組立体と、電極組立体を収容するケースと、電極組立体をケースから絶縁する絶縁シートとを備える蓄電装置に関する。
　ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）などの車両には、走行用モータへの供給電力を蓄える蓄電装置としての二次電池が搭載されている。二次電池は、矩形シート状の正極電極と矩形シート状の負極電極とが交互に積層された電極組立体と、当該電極組立体を収容する直方体状のケースとを備える。また、電極組立体を袋状に形成された絶縁シートによって覆うことで、電極組立体をケースから絶縁している（特許文献１参照）。
特開２０１４－３８７３６号公報
　正極電極及び負極電極は、二次電池の充電時に膨張し、放電時に収縮する。そのため、膨張した正極電極及び負極電極の角部とケースの内面との間に絶縁シートが挟まれたときに、絶縁シートが破れるおそれがある。絶縁シートが破れると、電極組立体とケースが短絡してしまう。
　本発明の目的は、電極の膨張による絶縁シートの破れを抑制できる蓄電装置を提供することにある。
　上記問題点を解決するための蓄電装置は、矩形シート状の複数の正極電極と、矩形シート状の複数の負極電極と、複数のセパレータとを有し、前記セパレータで前記正極電極と前記負極電極とを絶縁した状態で、前記正極電極及び前記負極電極を交互に積層した直方体状の電極組立体と、前記電極組立体を収容する直方体状のケースと、前記電極組立体と前記ケースとの間に配置され、前記電極組立体を前記ケースから絶縁するように前記電極組立体を収容する袋状の絶縁シートと、を備える。前記絶縁シートの突き刺し強度は、３０Ｎ以上かつ７０Ｎ以下である。
実施形態の二次電池の分解斜視図。 （ａ）は図１の二次電池の断面図、（ｂ）は（ａ）の一部拡大図。 図２の二次電池が備える電極組立体の分解斜視図。
　以下、蓄電装置を具体化した一実施形態を図１～図３にしたがって説明する。
　図１及び図２（ａ）に示すように、蓄電装置である二次電池１０は、ケース１１を備える。二次電池１０は、ケース１１に収容された電極組立体１２を備える。ケース１１は、直方体状のケース本体１３と、ケース本体１３の開口部１３ａを覆う矩形平板状の蓋１４とを有する。ケース本体１３と蓋１４とは、何れも金属製（例えば、ステンレスまたはアルミニウム）である。また、本実施形態の二次電池１０は、その外形が角型の角型電池である。また、本実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン電池である。
　ケース本体１３は、底壁１３ｂ（図２（ａ）参照）と、底壁１３ｂに繋がる第１～第４壁部１３ｃ～１３ｆとを備える。第１壁部１３ｃ及び第２壁部１３ｄは、それぞれ底壁１３ｂの２つの長縁部に繋がる壁部であり、互いに対向するように配置される。第３壁部１３ｅは第１壁部１３ｃの第１端部及び第２壁部１３ｄの第１端部の間に延び、第４壁部１３ｆは第１壁部１３ｃの第２端部及び第２壁部１３ｄの第２端部の間に延びる。第３壁部１３ｅと第４壁部１３ｆは、互いに対向するように配置される。図２に示すように、ケース本体１３は、底壁１３ｂの内面と第１～第４壁部１３ｃ～１３ｆの内面とが交差する部分に、曲面状の角である丸角部１３ｇを有する。ケース本体１３は、深絞り加工またはインパクトプレス加工などの塑性加工によって金属板を塑性変形させることで製造されている。曲面状の丸角部１３ｇは、塑性加工の際に不可避に形成される。
　二次電池１０は、電極組立体１２から電気を取り出すための正極端子１５と負極端子１６とを備える。蓋１４は、長手方向に間隔をあけて並ぶ２つの孔１４ａを有する。正極端子１５及び負極端子１６は、それぞれ２つの孔１４ａからケース１１の外部に突出する。また、正極端子１５及び負極端子１６には、これらの端子１５，１６をケース１１から絶縁するための環状の絶縁リング１７ａがそれぞれ取り付けられている。
　図３に示すように、電極組立体１２は、第１の電極である矩形シート状の複数の正極電極２０と、第２の電極である矩形シート状の複数の負極電極２１と、矩形シート状の複数のセパレータ２８とを備える。セパレータ２８は、正極電極２０と負極電極２１との間に配置されることにより、正極電極２０と負極電極２１とを互いから絶縁する。電極組立体１２は、セパレータ２８を挟んで正極電極２０及び負極電極２１を交互に積層した構造を備える。電極組立体１２は、直方体状をなす。
　正極電極２０は、矩形シート状の集電体である正極金属箔（例えばアルミニウム箔）２２と、正極金属箔２２の両面にそれぞれ配置される２つの正極活物質層２３とを有する。正極電極２０は、互いに反対側に位置する２つの長辺に沿う２つの縁部である第１縁部２０ａ及び第２縁部２０ｂを備える。正極電極２０は、第１縁部２０ａの一部から突出した矩形状の正極タブ２４を有する。正極タブ２４の両面には正極活物質層２３が配置されていない。正極タブ２４は正極金属箔２２と一体形成されている。すなわち、正極タブ２４は、正極金属箔２２のうち、正極活物質層２３が配置されていない部分である。
　正極電極２０は、第１縁部２０ａ及び第２縁部２０ｂの第１端同士の間に延びる第３縁部２０ｃと、第１縁部２０ａ及び第２縁部２０ｂの第２端同士の間に延びる第４縁部２０ｄと、を備える。第４縁部２０ｄは、第３縁部２０ｃの反対側に位置する。正極電極２０は、第２縁部２０ｂと第３縁部２０ｃとが交差する部分である第１角部２０ｅと、第２縁部２０ｂと第４縁部２０ｄとが交差する部分である第２角部２０ｆとを備える。
　負極電極２１は、矩形シート状の集電体である負極金属箔（例えば銅箔）２５と、負極金属箔２５の両面にそれぞれ配置される２つの負極活物質層２６とを有する。負極活物質層２６は、活物質、導電助剤、溶媒及びバインダを混合した活物質ペーストを集電体に塗布した後、乾燥させることで形成される。本実施形態の活物質はケイ素である。活物質にケイ素を用いることで、例えばカーボンを用いる場合と比較して、二次電池１０の容量を増大させることができる。一方で、ケイ素を含む負極活物質層２６は、二次電池１０の充電時の膨張量及び放電時の収縮量が大きくなる。負極電極２１は、２つの長辺に沿う２つの縁部である第１縁部２１ａ及び第２縁部２１ｂを備える。負極電極２１は、第１縁部２１ａの一部から突出した矩形状の負極タブ２７を有する。負極タブ２７の両面には、負極活物質層２６が配置されていない。負極タブ２７は負極金属箔２５と一体形成されている。すなわち、負極タブ２７は、負極金属箔２５のうち、負極活物質層２６が配置されていない部分である。
　負極電極２１は、第１縁部２１ａ及び第２縁部２１ｂの第１端同士の間に延びる第３縁部２１ｃと、第１縁部２１ａ及び第２縁部２１ｂの第２端同士の間に延びる第４縁部２１ｄとを備える。第４縁部２１ｄは、第３縁部２１ｃの反対側に位置する。負極電極２１は、第２縁部２１ｂと第３縁部２１ｃとが交差する部分である第１角部２１ｅと、第２縁部２１ｂと第４縁部２１ｄとが交差する部分である第２角部２１ｆとを備える。以下、負極電極２１の面と直交する方向（負極電極２１の厚さ方向）を第１方向Ｘ１とする。また、第１及び第２縁部２１ａ，２１ｂが延びる方向を第２方向Ｘ２とし、第３及び第４縁部２１ｃ，２１ｄが延びる方向を第３方向Ｘ３とする。
　図１に示すように、複数の正極電極２０は、それぞれの正極タブ２４が電極組立体１２の積層方向に並ぶように積層される。同様に、複数の負極電極２１は、それぞれの負極タブ２７が、正極タブ２４と重ならないように、電極組立体１２の積層方向に並ぶように積層される。そして、複数の正極タブ２４は、電極組立体１２における積層方向の一端から他端までの範囲内で互いに接触するように折り重ねられることにより、正極タブ群２４ａを形成する。正極タブ群２４ａには、正極端子１５が電気的に接合される。また、複数の負極タブ２７も同様に、電極組立体１２における積層方向の一端から他端までの範囲内で互いに接触するように折り重ねられることにより、負極タブ群２７ａを形成する。負極タブ群２７ａには、負極端子１６が電気的に接続される。
　電極組立体１２は、蓋１４に対向する端面であるタブ側端面１２ａを備える。タブ側端面１２ａからは、正極タブ群２４ａ及び負極タブ群２７ａが突出する。電極組立体１２は、ケース本体１３の底壁１３ｂの内面に対向した端面である底側端面１２ｂを備える。底側端面１２ｂは、積層された正極電極２０及び負極電極２１の第２縁部２０ｂ，２１ｂにより形成される。また、電極組立体１２は、ケース本体１３の第１壁部１３ｃの内面に対向した端面である第１側面１２ｃと、ケース本体１３の第２壁部１３ｄの内面に対向した端面である第２側面１２ｄとを備える。電極組立体１２は、ケース本体１３の第３壁部１３ｅの内面に対向した端面である第３側面１２ｅと、ケース本体１３の第４壁部１３ｆの内面に対向した端面である第４側面１２ｆとを備える。第３側面１２ｅは、積層された正極電極２０及び負極電極２１の第３縁部２０ｃ，２１ｃにより形成される。第４側面１２ｆは、積層された正極電極２０及び負極電極２１の第４縁部２０ｄ，２１ｄにより形成される。このような電極組立体１２は、絶縁シートで形成される袋である絶縁フィルム３０に収容されている。
　ここで、二次電池１０の充放電時の正極電極２０及び負極電極２１について説明する。
　二次電池１０の充放電を行うと、正極電極２０の正極活物質層２３及び負極電極２１の負極活物質層２６は、第２方向Ｘ２及び第３方向Ｘ３に体積変化を生じる。すなわち、二次電池１０の充電を行うと、正極活物質層２３及び負極活物質層２６は第２方向Ｘ２及び第３方向Ｘ３へ膨張し、二次電池１０の放電を行うと、正極活物質層２３及び負極活物質層２６は第２方向Ｘ２及び第３方向Ｘ３へ収縮する。なお、正極活物質層２３及び負極活物質層２６は第１方向Ｘ１にも体積変化（膨張及び収縮）を生じようとするが、一般に二次電池１０の充放電は、図示しない拘束治具によって電極組立体１２を第１方向Ｘ１に拘束した状態で行われるため、第１方向Ｘ１への膨張量及び収縮量は十分小さい。正極活物質層２３及び負極活物質層２６の膨張に伴い、正極電極２０の正極金属箔２２及び負極電極２１の負極金属箔２５も第２方向Ｘ２及び第３方向Ｘ３に膨張する。これにより、正極電極２０及び負極電極２１の第１角部２０ｅ，２１ｅから絶縁フィルム３０の第１部位３０ａに荷重が加わる。同様に、正極電極２０及び負極電極２１の第２角部２０ｆ，２１ｆから絶縁フィルム３０の第２部位３０ｂに荷重が加わる。
　絶縁フィルム３０は、電極組立体１２を金属製のケース１１と絶縁するための絶縁性のシートである。絶縁フィルム３０の突き刺し強度は、３０Ｎ以上かつ７０Ｎ以下に設定される。本実施形態の絶縁フィルム３０は、厚みが１５０μｍのポリプロピレン（ＰＰ）製であり、突き刺し強度は５８Ｎである。
　突き刺し強度は、次の方法で測定される。まず、拘束具（図示せず）によって絶縁フィルム３０を拘束する。拘束具は、２つの拘束板と、２つの拘束板を連結するボルトと、ボルトに螺合されるナットとを備える。各拘束板は、貫通孔を備える。各拘束板は、片面に取り付けられた円環状のシリコンゴムを備える。各貫通孔は、対応するシリコンゴムの内周と連通する。２つの拘束板のうち、一方の拘束板は、シリコンゴムが絶縁フィルム３０の一方の面と対向するように配置され、他方の拘束板は、シリコンゴムが絶縁フィルム３０の他方の面と対向するように配置される。この状態でボルトにナットを螺合することで、２つの拘束板はシリコンゴムを介して絶縁フィルム３０を拘束する。絶縁フィルム３０は、張った状態（皺及び撓みがない状態）で拘束される。次に、拘束された絶縁フィルム３０に対して釘（図示せず）を一定速度（２５ｍｍ／ｍｉｎ）で降下させ、絶縁フィルム３０に荷重を加えていく。釘は、φ８ｍｍであり、先端にテーパ部を備える。釘の中心軸線に対するテーパ部の傾斜角度は６０度である。そして、絶縁フィルム３０に釘が接触した後であって、釘の先端が絶縁フィルム３０を突き抜ける直前の荷重を測定する。測定された荷重が突き刺し強度である。つまり、突き刺し強度とは、釘によって絶縁フィルム３０に孔が開く直前に絶縁フィルム３０に加わっている荷重である。
　絶縁フィルム３０の突き刺し強度が３０Ｎより小さい場合、上述した正極電極２０及び負極電極２１の膨張によって絶縁フィルム３０に破れが発生する可能性が高く好ましくない。正極電極２０及び負極電極２１の膨張度合いが大きく、正極電極２０及び負極電極２１の各角部２０ｅ，２０ｆ，２１ｅ，２１ｆから絶縁フィルム３０に加わる荷重が７０Ｎを超える場合、電極組立体１２全体が蓋１４の方へ移動する。これにより、絶縁フィルム３０は、正極電極２０及び負極電極２１の各角部２０ｅ，２０ｆ，２１ｅ，２１ｆとケース本体１３の丸角部１３ｇとの間で挟まれず、絶縁フィルム３０に破れが発生する可能性は低い。このことから、絶縁フィルム３０の突き刺し強度を７０Ｎ以下にしてよい。
　絶縁フィルム３０の突き刺し強度は、絶縁フィルム３０の厚みを厚くするほど強くなる。その一方で、絶縁フィルム３０が厚くなるほどケース１１内を占める電極組立体１２の容積を小さくする必要があり、二次電池１０の容量が低下してしまう。したがって、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）製の絶縁フィルム３０の場合、絶縁フィルム３０の突き刺し強度と二次電池１０の容量との両方を加味した厚みとして１２０μｍ以上かつ１５０μｍ以下に設定することが好ましい。
　本実施形態の絶縁フィルム３０は、１枚の絶縁フィルム３０を折り畳み、かつ溶着して袋状に形成されている。絶縁フィルム３０は、電極組立体１２のタブ側端面１２ａを除く５面（底側端面１２ｂ及び第１～第４側面１２ｃ～１２ｆ）を覆っている。絶縁フィルム３０は、正極電極２０及び負極電極２１の第１角部２０ｅ，２１ｅを覆う部分である第１部位３０ａと、第２角部２０ｆ，２１ｆを覆う部分である第２部位３０ｂとを有する。絶縁フィルム３０に覆われた電極組立体１２をケース本体１３に収容した状態において、第１部位３０ａは、第１角部２０ｅ，２１ｅとケース本体１３の丸角部１３ｇとの間に位置し、第２部位３０ｂは、第２角部２０ｆ，２１ｆとケース本体１３の丸角部１３ｇとの間に位置する（図２（ｂ）参照）。
　次に、本実施形態の作用について説明する。
　本実施形態の絶縁フィルム３０の突き刺し強度は３０Ｎ以上かつ７０Ｎ以下に設定されているため、正極電極２０及び負極電極２１が膨張したとしても第１部位３０ａ及び第２部位３０ｂに破れが生じにくくなる。
　次に、本実施形態の効果を記載する。
　（１）絶縁フィルム３０の突き刺し強度は３０Ｎ以上かつ７０Ｎ以下に設定される。よって、二次電池１０の充電時に正極電極２０及び負極電極２１が膨張し、正極電極２０及び負極電極２１の第１角部２０ｅ，２１ｅ及び第２角部２０ｆ，２１ｆがそれぞれ絶縁フィルム３０の第１部位３０ａ及び第２部位３０ｂに押し当てられたときに、第１部位３０ａが第１角部２０ｅ，２１ｅとケース本体１３の丸角部１３ｇとの間に挟まれたり、第２部位３０ｂが第２角部２０ｆ，２１ｆとケース本体１３の丸角部１３ｇの間に挟まれたりしても、絶縁フィルム３０に破れが生じにくくなる。
　（２）絶縁フィルム３０は、厚みが１２０μｍ以上かつ１５０μｍ以下のポリプロピレン（ＰＰ）製である。絶縁フィルム３０の厚みが厚いほど、突き刺し強度は強くなるため、絶縁フィルム３０の厚みを厚くすることで破れを抑制できる。その一方で、絶縁フィルム３０が厚くなるほどケース１１内で電極組立体１２を収容するための容積が小さくなり、二次電池１０の容量が低下してしまう。よって、絶縁フィルム３０の突き刺し強度と二次電池１０の容量の両方を加味して絶縁フィルム３０の厚みを設定することで、二次電池１０の容量低下を抑制しつつ絶縁フィルム３０の破れを抑制できる。また、絶縁フィルム３０をポリプロピレン（ＰＰ）製にすることで、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）製にする場合と比べて、絶縁フィルム３０の生産コストを抑えられる。
　（３）負極活物質層２６は、ケイ素を含むため、ケイ素を含まない負極活物質層と比較して膨張量が大きい。よって、負極電極２１の各角部２１ｅ，２１ｆから絶縁フィルム３０に加わる荷重も大きくなる。このため、突き刺し強度が３０Ｎ以上かつ７０Ｎ以下の絶縁フィルム３０を採用することで絶縁フィルム３０の破れを抑制するとよい。
　なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
　○　集電体は、正極活物質層２３及び負極活物質層２６が形成できるものであれば、正極金属箔２２及び負極金属箔２５を備えるものに限定されない。例えば、集電体は、織物状または網状のシートであってもよい。
　○　正極電極２０は、正極金属箔２２の片面に正極活物質層２３が配置された構造でもよい。同様に、負極電極２１は、負極金属箔２５の片面に負極活物質層２６が配置された構成でもよい。
　○　正極電極２０及び負極電極２１の一方の極性の電極の外形を他方の極性の電極の外形よりも大きくしてもよい。この場合、絶縁フィルム３０は、外形の大きい方の極性の電極の角部とケース本体１３の丸角部１３ｇの間に挟まれる。
　○　負極活物質層２６の活物質は、カーボンでもよいし、シリコンとカーボンの両方を含んでもよい。活物質に用いる材料の種類や割合は、二次電池１０の容量に応じて変更してよい。
　○　上記実施形態の絶縁フィルム３０の突き刺し強度は５８Ｎであったが、３０Ｎ以上かつ７０Ｎ以下の範囲で適宜変更してよい。
　○　上記実施形態の絶縁フィルム３０は、厚みが１５０μｍのポリプロピレン（ＰＰ）製であったが、絶縁フィルム３０の材料及び厚みは、突き刺し強度が３０以上かつ７０Ｎ以下となる範囲で適宜変更してよい。絶縁フィルム３０の他の材料としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリエチレン（ＰＥ）などが挙げられる。
　○　袋状に形成された複数枚の絶縁フィルム３０で、電極組立体１２を覆ってもよい。
　○　絶縁フィルム３０を袋状に形成する方法は、溶着に限定されない。例えば、１枚の絶縁フィルム３０によって電極組立体１２を覆う。そして、絶縁フィルム３０において電極組立体１２からはみ出した部分を、電極組立体１２を覆っている部分に重ねるようにテープで貼り付けてもよい。また、他の方法として、電極組立体１２より一回り大きい袋状の絶縁フィルム３０の中に電極組立体１２を収納し、その後で絶縁フィルム３０を熱収縮させることで電極組立体１２と絶縁フィルム３０とを密着させてもよい。
　○　二次電池１０は、リチウムイオン二次電池でもよいし、他の二次電池であってもよい。要は、正極用の活物質と負極用の活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。
　○　蓄電装置は、例えばキャパシタなど、二次電池以外の蓄電装置にも適用可能である。

Claims (3)

  1. 　矩形シート状の複数の正極電極と、矩形シート状の複数の負極電極と、複数のセパレータとを有し、前記セパレータで前記正極電極と前記負極電極とを絶縁した状態で、前記正極電極及び前記負極電極を交互に積層した直方体状の電極組立体と、
    　前記電極組立体を収容する直方体状のケースと、
    　前記電極組立体と前記ケースとの間に配置され、前記電極組立体を前記ケースから絶縁するように前記電極組立体を収容する袋状の絶縁シートと、
    を備えた蓄電装置であって、
    　前記絶縁シートの突き刺し強度は、３０Ｎ以上かつ７０Ｎ以下である蓄電装置。
  2. 　前記絶縁シートは、１２０μｍ以上かつ１５０μｍ以下の厚みを有するポリプロピレン製である請求項１に記載の蓄電装置。
  3. 　前記負極電極は、集電体及び該集電体の両面又は片面に配置される活物質層を有し、
    　前記活物質層は、ケイ素を含む請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
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