(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記第1シート面は、1枚のセパレータシートを折り返すことにより形成された一方の面であり、前記第2シート面は、前記1枚のセパレータシートを折り返すことにより形成された他方の面である
ことを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の電極収納セパレータ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、近年、熱収縮に対する耐久性向上を目的として、両面がセラミックスによりコートされたセラミックスセパレータを使用したいニーズがある。しかし、袋状セパレータの場合、重ね合わせたセパレータを例えば溶着するなどして袋状に形成する必要があるが、セラミックスセパレータは両面がセラミックスでコートされているので、溶着等によってシート同士を貼り合わせることができない現状がある。よって、セラミックスセパレータであっても、袋状に形成できる技術の開発ニーズがあった。
【0006】
本発明の目的は、セラミックスでコートされた第1シート面及び第2シート面を、しっかりと組み付け固定することができる電極収納セパレータ、電極体、蓄電装置及び車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記問題点を解決するために、請求項1では、セラミックスでコートされた互いに対峙する第1シート面及び第2シート面を有するセパレータにより電極を挟み込む電極収納セパレータにおいて、前記第1シート面に形成された切り込み部と、前記第2シート面に形成され、前記切り込み部に挿し込まれている係止片とを備え
、前記係止片は、前記セパレータの周りである端縁部から外方に突出して配置されることを要旨とする。
【0008】
本発明の構成によれば、第1シート面及び第2シート面がセラミックスセパレータであっても、これらを重ね合わせ、互いの係止片と切込み部とで係止状態とすることにより、一体に組み付けることが可能となる。また、本発明の場合、係止片を複雑に折り曲げるなどの形状変形を伴うことなく、単に切り込み部に止めるだけあるので、係止片及び切り込み部がセラミックスからできていても、これらの係止状態が維持され易い。よって、セパレータを組み付け状態のまま長期間に亘り維持することが可能である。
また、第1シート面の周縁を省略することが可能となるので、セパレータのサイズを、省略部を設けた分だけ小さくすることが可能となる。
【0009】
請求項2では、請求項1の発明において、前記係止片及び前記切り込み部は、複数形成されるとともに、前記電極の面方向の両側に配置されていることを要旨とする。この構成によれば、電極の面方向両側の係止片及び切り込み部によって位置決めするので、電極収納セパレータ内部の電極の位置ズレ防止に効果が高くなる。
【0011】
請求項
3では、請求項1
又は2に記載の発明において、電極体として積層された前記係止片及び前記切り込み部の組は、前記積層された層単位で交互に、前記積層された面方向に位置をずらして配置されていることを要旨とする。この構成によれば、電極収納セパレータと電極とを交互に積み重ねて形成される電極体において、係止片及び切り込み部の部分がかさばらないようになる。
【0012】
請求項
4では、請求項1〜
3のうちいずれか一項に記載の発明において、前記第1シート面は、1枚のセパレータシートを折り返すことにより形成された一方の面であり、前記第2シート面は、前記1枚のセパレータシートを折り返すことにより形成された他方の面であることを要旨とする。この構成によれば、1枚のセパレータシートを折り返すという簡単な作業によって、電極収納セパレータを組立てることが可能となる。
【0013】
請求項
5では、請求項1〜
3のうちいずれか一項に記載の発明において、前記第1シート面及び前記第2シート面は、重ね合わされた互いに別々のシート面であることを要旨とする。この構成によれば、第1シート面及び第2シート面が別々のシートであっても、これらを重ね合わせることにより、電極収納セパレータとして製造することが可能となる。
【0014】
請求項
6では、請求項1〜
5のうちいずれか一項に記載の発明において、前記電極は、正極であることを要旨とする。この構成によれば、例えば電極収納セパレータの外寸と負極の外寸とを合わせるという寸法をとることが可能となるので、電極体の組立て時において、電極収納セパレータ及び負極を交互に積み重ねていく際の位置合わせなどが容易となる。
【0015】
請求項
7では、請求項1〜
6のうちいずれか一項に記載の電極収納セパレータを備える電極体であることを要旨とする。
請求項
8では、請求項
7に記載の電極体を備える蓄電装置であることを要旨とする。
【0016】
請求項
9では、請求項
8に記載の蓄電装置を備える車両であることを要旨とする。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、セラミックスでコートされた第1シート面及び第2シート面を、しっかりと組み付け固定することができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した電極収納セパレータ、電極体、蓄電装置及び車両の第1実施形態を
図1〜
図9に従って説明する。
【0020】
図1及び
図2に示すように、例えばハイブリッド車(プラグインハイブリッド車)やEV車等の車両1(
図2に図示)には、車両1の駆動源として使用されるモータ(図示略)の電源として二次電池2が搭載されている。二次電池2には、例えば金属製のケース3が設けられ、ケース本体4の内部には、発電要素である電極体5が収納されている。ケース本体4の上部の開口部4aは、金属製の板状のケース蓋6によって密封状態に封止される。なお、二次電池2が蓄電装置に相当する。
【0021】
図2に示すように、二次電池2の上面には、正極用の電極端子である正極端子7と、負極用の電極端子である負極端子8とが設けられている。正極端子7及び負極端子8は、ケース蓋6の開口孔6aからケース3の外部に露出されている。正極端子7及び負極端子8とケース3との間には、正極端子7及び負極端子8をケース3から絶縁するリング状の絶縁部材9が各々取り付けられている。
【0022】
図3に示すように、電極体5は、袋内部に電極(正極)を収納した袋状セパレータ(以降、電極収納袋状セパレータ10)と、負極電極となる薄い負極シート11とからなる層を複数層有する組立体からなる。電極収納袋状セパレータ10は、袋状のセパレータ本体12の内部に、正極電極となる薄い正極シート13を収納した部材である。電極体5は、電極収納袋状セパレータ10及び負極シート11が、電極体5の厚み方向(積層方向:
図1等のY軸方向)に沿って、一定方向に積み重ねられた積層構造をとる。なお、負極シート11及び正極シート13が電極を構成する。なお、負極シート11及び正極シート13が正負電極を構成する。
【0023】
正極シート13には、金属製のシート状の箔14が設けられ、箔14に両面に正極活物質層15が塗布されることにより、この部分が塗工部16として形成されている。正極シート13の周縁の一部分には、箔14の一部がタブとして引き出され、この部分が正極活物質層15を塗布していない未塗工部17として形成されている。負極シート11も、金属製のシート状の箔18が設けられ、箔18の両面に負極活物質層19が塗布され、正極シート13と同様に、塗工部20及び未塗工部21が形成されている。
【0024】
図1及び
図4に示すように、正極シート13及び負極シート11の各々には、同極の未塗工部17,21同士を積層方向Yにおいて束ねた各集電部22,23において、リード24,25が溶接されている。正極リード24及び負極リード25は、各々の集電部22,23の根元付近を溶接部26,27として各集電部22,23に固定される。また、正極端子7が正極リード24に接続され、負極端子8が負極リード25に接続される。集電部22,23は、電極体5の本体部である電極対28の上面から上方に飛び出し、電極対28の幅方向(
図1のX軸方向)において、それぞれ離れる側の端寄りの位置に配置されている。
【0025】
図5(a)に示すように、電極収納袋状セパレータ10は、1枚のセパレータシート29を、中央付近を折り曲げ部30として折り返すことにより、袋状に形成可能である。本例の場合、セパレータシート29において、折り曲げ部30より一方側(
図5の紙面上側)を第1シート面31とし、折り曲げ部30より他方側(
図5の紙面下側)を第2シート面32とする。第1シート面31及び第2シート面32は、互いに対峙して配置されている。本例の場合、第1シート面31と第2シート面32とは、ほぼ同じ大きさに形成されている。
【0026】
図5(b)に示すように、セパレータシート29のシート基材29aの表面及び裏面の両方には、略全域においてセラミックスが各々塗布されることにより、この部分がセラミックスのコート部33として形成されている。このように、本例の電極収納袋状セパレータ10は、両面がセラミックスコートされることによりセラミックスセパレータとなり、熱収縮に対する耐久性が高くなっている。
【0027】
図5(a)に示すように、第1シート面31には、シート幅方向(X軸方向:電極の面方向)の左右両側に、略矢印状を呈する舌片34が複数抜き形成されている。抜き形成とは、シートに切り込みを入れて、所望の形状を得る製造工法の一種である。本例の舌片34は、シート幅方向の左右にそれぞれ2つずつ、計4つ形成されている。舌片34は、セパレータシート29の左右各辺の端縁寄りの位置に配置されるとともに、縁を向く方向、つまり外方を向く方向に抜き形成されている。即ち、紙面右側の2つの舌片34a,34bは、セパレータシート29の端縁部から外方に突出(本例では紙面右側に突出)して配置され、紙面左側の2つの舌片34c,34dも、セパレータシート29の端縁部から外方に突出(本例では紙面左側に突出)して配置される。また、舌片34a,34bと舌片34c,34dは、互いに逆方向に飛び出す向きをとる。
図6に示すように、第1シート面31には、舌片34をめくると、そのめくった部位が孔部35として現れる。なお、舌片34(34a〜34d)が係止片に相当する。
【0028】
図5及び
図7に示すように、第2シート面32には、セパレータシート29を折り返した後、各舌片34を挿し込み可能なスリット部36が複数形成されている。本例のスリット部36は、シート幅方向の左右にそれぞれ2つずつ、計4つ形成されている。スリット部36は、シート上下方向(
図5のZ軸方向)に延びる切り込み(切り口)である。本例の場合、舌片34aがスリット部36aに、舌片34bがスリット部36bに、舌片34cがスリット部36cに、舌片34dがスリット部36dに各々挿し込み可能である。なお、スリット部36(36a〜36d)が切り込み部に相当する。
【0029】
図3及び
図5(a)に示すように、舌片34及びスリット部36の組は、セパレータ本体12の内部に収納される正極シート13の左右両側に2つずつ、合計4組形成されている。電極収納袋状セパレータ10内の正極シート13は、セパレータシート29を折り返すことで形成される収納部37に収納される。このとき、収納状態の正極シート13は、舌片34及びスリット部36の組により、シート幅方向(
図3のX軸方向)の移動が規制されている。また、収納状態の正極シート13は、紙面下方(
図3の−Z軸方向)への移動が、セパレータシート29の折り曲げ部30によって規制されている。
【0030】
図8に示すように、正極シート13を収納部37に収納したとき、正極シート13の周縁部分は、舌片34の根元部42で支持されるようになっている。このため、舌片34をセパレータシート29に抜き形成した際、セパレータシート29に孔部35が形成されることになっても、正極シート13の周縁を根元部42で支持するので、正極シート13が孔部35から外部に露出しない。このため、電極収納袋状セパレータ10と負極シート11を交互に積層したとき、正極シート13と負極シート11とが接触してしまうことがない。
【0031】
次に、本例の電極収納袋状セパレータ10の製造工程を、
図9を用いて説明する。
図9(a)から
図9(b)に示すように、セパレータ製造工程において、表面がセラミックスコートされた1枚のセパレータシート29を、中央の折り曲げ部30に沿って折り返し、第1シート面31と第2シート面32とを重ね合わせる。そして、
図9(c)に示すように、各舌片34a〜34dを、対向するスリット部36a〜36dに各々挿し込むことにより、セパレータシート29を袋状にする。このとき、舌片34を折り曲げたりすることなく、単にスリット部36に挿し込むだけであるので、舌片34をスリット部36に簡単に挿し込み可能である。
【0032】
続いて、
図9(d)に示すように、セパレータ本体12の上部に形成される開口部41から、正極シート13をセパレータ本体12の内部に挿し込み、
図9(e)に示すように、正極シート13をセパレータ本体12内の収納部37に収納する。
図9(e)の拡大円内に示すように、正極シート13の周縁の裏面は舌片34a〜34dの根元部42で支持されるので、正極シート13が孔部35から露出しない。よって、正極シート13が裏面の負極シート11と接触する可能性が低くなる。このようにして、電極収納袋状セパレータ10が1枚ずつ製造される。
【0033】
続いて、積層工程において、電極収納袋状セパレータ10と負極シート11とを交互に重ねていく。そして、必要枚数重ねた後、同極の未塗工部17,21同士を束ねて、リード24,25を溶接し、電極体5を組立てる。電極体5の組立て後、この電極体5をケース本体4に収納し、ケース本体4の開口部4aをケース蓋6で閉じることにより、二次電池2が組立てられる。
【0034】
ところで、両面がセラミックスによりコートされたセパレータシート29は、通常のセパレータに比べて剛性があるので、舌片34をスリット部36に係止するに際し、仮に舌片34に大きな曲げを課す場合には、舌片34が曲がり難く、かつ曲げ状態がキープされない現状がある。よって、1枚のセパレータシート29を折り曲げて袋状にした際、舌片34を大きく曲げて止める構造をとると、舌片34が相手側にしっかり止まらず、袋状態を維持できない可能性に繋がる。
【0035】
そこで、本例においては、セパレータシート29に抜き加工した舌片34を、相手側のスリット部36に単に挿し込むだけの構造であるので、舌片34を大きく曲げることなく、スリット部36に係止することが可能である。よって、舌片34とスリット部36との係止状態を維持させ易くなるので、電極収納袋状セパレータ10の袋状態を確保することが可能となる。
【0036】
ここで、セパレータシート29に舌片34を抜き形成した際には、その抜き部分に孔部35が形成されてしまうので、収納した正極シート13が、仮に孔部35から露出してしまうと、裏面側に位置する負極シート11と接触する可能性がある。しかし、本例の場合は、舌片34の飛び出し方向をシート幅方向の外側とすることにより、正極シート13の端縁を舌片34の根元部42で裏面から支持可能としたので、正極シート13が孔部35から露出しない。よって、正極シート13と負極シート11との接触も回避することが可能となる。
【0037】
本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
(1)両面がセラミックスによりコートされたセパレータシート29に舌片34とスリット部36の組を複数形成し、このセパレータシート29を折り畳んで、舌片34をスリット部36に挿し込むことにより、セパレータシート29を袋状に固定する。よって、セラミックスセパレータを使用しても、セパレータシート29を袋状に閉じることができる。また、この種のセラミックスセパレータは剛性を持っているので、舌片34を曲げるのは困難であるが、舌片34はそのまま単にスリット部36に挿し込むだけであるので、セラミックスセパレータを使用しても、舌片34とスリット部36との係止状態が維持され易い。よって、セパレータシート29を袋状のまま長期間に亘り維持することができる。また、袋内の正極シート13は、収納状態において舌片34の根元部42によって裏面から支持される。よって、舌片34を形成することによりセパレータシート29にできる孔部35から、正極シート13が外部に露出し難くなるので、袋内の正極シート13と袋外の負極シート11との絶縁を確保することもできる。
【0038】
(2)電極収納袋状セパレータ10の内部には、正負電極のうち正極(正極シート13)を収納する。ところで、この種の電極体5においては、電極間のイオンのやり取りの関係上、負極を正極よりも大きく形成する必要がある。このため、本例のように、電極収納袋状セパレータ10の内部に正極を収納するようにすれば、結果として、電極収納袋状セパレータ10の外寸と負極シート11の外寸とを同じにするという寸法をとることができる。よって、電極体5の組立て時において、電極収納袋状セパレータ10及び負極シート11を交互に積み重ねていく際の位置合わせが容易になる。また、電極体5の内部において、積み重ねた電極収納袋状セパレータ10や負極シート11が位置ズレし難くもなる。
【0039】
(3)舌片34及びスリット部36の組を、シート幅方向(
図5等のX軸方向)の両側に設けた。よって、正極シート13をシート幅方向の両側から舌片34及びスリット部36の組によって挟み込み支持することが可能となるので、正極シート13のシート幅方向における位置ズレを生じ難くすることができる。
【0040】
(4)舌片34及びスリット部36を、セパレータシート29の端縁寄りの位置に配置するので、舌片34やスリット部36が正極シート13の邪魔になることがない。
(5)1枚のセパレータシート29を折り返して袋状に形成するので、1枚のシートを単に折り返すという簡素な作業によって、電極収納袋状セパレータ10を製造することができる。
【0041】
(6)舌片34を矢印形状としたので、スリット部36に挿し込んだ舌片34を、引っ掛かりにより、スリット部36から外れ難くすることができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態を
図10に従って説明する。なお、第2実施形態は、セパレータシート29の形状を変更した実施例であって、他の基本的な構成は同一である。よって、第1実施形態と同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【0042】
図10に示すように、セパレータシート29のシート幅方向(
図10のX軸方向)の両側には、左右の周縁部分を所定の長さ分、省くことにより、省略部45が形成されている。これにより、セパレータシート29のシート幅方向のサイズが、必要最低限の大きさに形成されている。本例の各舌片34は、セパレータシート29の左右に省略部45を形成することにより、シートの端縁から側方に飛び出した形状をとっている。
【0043】
本実施形態の構成によれば、第1実施形態の(1)〜(6)に加え、以下に記載の効果を得ることができる。
(7)セパレータシート29の大きさを必要最小限にすることが可能となるので、電極体5のサイズ小型化に寄与する。よって、ケース3内におけるデッドスペースの削減に寄与し、二次電池2のエネルギー密度確保に効果が高くなる。
【0044】
(第3実施形態)
次に、第3実施形態を
図11に従って説明する。なお、第3実施形態も第1実施形態と異なる部分についてのみ詳述する。
【0045】
図11(a)に示すように、電極体5として積層される複数の電極収納袋状セパレータ10のうち、舌片34及びスリット部36の組が、積層された層単位で交互に、積層された面方向に位置をずらして配置されている。本例では、舌片34及びスリット部36の組は、奇数枚目と偶数枚目とが交互に違いに配置されている。具体的には、奇数枚目の電極収納袋状セパレータ10は、舌片34及びスリット部36の組が、シート高さ方向(
図11(a)のZ軸方向)において、未塗工部17寄りの位置に配置されている。一方、偶数枚目の電極収納袋状セパレータ10は、舌片34及びスリット部36の組が、シート高さ方向(
図11(a)のZ軸方向)において、未塗工部17から離れる側の位置に配置されている。
【0046】
図11(b)に示すように、電極体5を組立てる際、電極収納袋状セパレータ10と負極シート11とを交互に積層していくが、本例の場合、奇数枚目の電極収納袋状セパレータ10と偶数枚目の電極収納袋状セパレータ10とで、舌片34及びスリット部36の組がずらして配置されているので、これらが同一箇所に重なることがない。よって、舌片34及びスリット部36の重なり部分の厚みが分散されるので、これらシート群を重ねた際のかさばりを薄く抑えることが可能となる。
【0047】
本実施形態の構成によれば、第1実施形態の(1)〜(6)に加え、以下に記載の効果を得ることができる。
(8)電極収納袋状セパレータ10の舌片34とスリット部36の組の位置を、奇数枚目と偶数枚目とでずらし配置したので、シート群を積層した際の舌片34及びスリット部36のかさばりを薄く抑えることができる。
【0048】
(第4実施形態)
次に、第4実施形態を
図12に従って説明する。なお、第3実施形態も第1実施形態と異なる部分についてのみ詳述する。
【0049】
図12に示すように、本例の電極収納袋状セパレータ10は、それぞれ別シートとなった2枚のシート(第1シート面31、第2シート面32)を重ね合わせ、舌片34をスリット部36に挿し込むことにより、袋状に形成されている。本例の場合、第1シート面31の紙面左端、紙面右端、紙面下端の各箇所に2つずつ、合計6つ形成されている。また、第2シート面32の紙面左端、紙面右端、紙面下端の各箇所に2つずつ、合計6つ形成されている。また、本例の舌片34は、矢印状ではなく、単なる四角形状に形成されている。
【0050】
そして、本例の場合、組をなす舌片34及びスリット部36同士を引っ掛けることにより、第1シート面31と第2シート面32とを袋状にする。収納状態の正極シート13は、紙面左右に位置する舌片34及びスリット部36の計4組により、シート幅方向の位置決めがなされている。また、収納状態の正極シート13は、紙面下端に位置する舌片34及びスリット部36の計2組により、シート下方向の位置決めがなされている。これにより、正極シート13は電極収納袋状セパレータ10の内部で位置が設定される。
【0051】
本実施形態の構成によれば、第1実施形態の(1)〜(5)に加え、以下に記載の効果を得ることができる。
(9)1枚の大きなセパレータシート29のみならず、2枚の別々のシート部材であっても、これらを重ね合わせて電極収納袋状セパレータ10を製造することができる。
【0052】
なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・各実施形態において、舌片34及びスリット部36の組は、偶数枚目と奇数枚目との2種で位置を変えるパターンに限定されない。
図13に示すように、舌片34及びスリット部36の配置位置を3箇所以上に分散(
図13の例では3箇所)することにより、かさばりを一層薄く抑えることも可能である。
【0053】
・各実施形態において、舌片34及びスリット部36は、シート面左右の端部に設けられることに限定されない。
図14に示すように、第4実施形態の変形例を例として挙げると、同図のようにシート高さ方向(Z軸方向:電極の面方向)の上下各辺に設けられてもよい。
【0054】
・各実施形態において、正極シート13のセットは、セパレータシート29を袋状にしてから、セパレータ本体12内の収納部37に挿し込む組み付け順に限定されない。例えば、折り返す前のセパレータシート29に正極シート13をセットした後、セパレータシート29を折り返して袋状に形成する組み付け順でもよい。
【0055】
・各実施形態において、舌片34及びスリット部36の組の個数や配置場所は、必要に応じて、異なる個数や場所に適宜変更可能である。
・各実施形態において、舌片34の形状は、矢印形状や四角形状に限定されず、例えば三角形状など、他の形状に変更してもよい。
【0056】
・各実施形態において、セラミックスセパレータは、シート片面のみセラミックスコートされたシートでもよい。
・各実施形態において、正極端子7及び負極端子8は、電極対28の同一辺に配置されることに限定されず、各々異なる辺に配置されてもよい。
【0057】
・各実施形態において、集電部22,23の配置位置は、電極対28の上面に限らず、側面や下面などに変更可能である。
・各実施形態において、正極集電部22は、1つに限定されず、例えば複数でもよく、これらを1つ、或いは複数のリードで電気接続してもよい。なお、これは、負極集電部23でも同様に言える。
【0058】
・各実施形態において、正極や負極は、シート状の部材に限定されず、例えば所定量厚みのある板状の部材を使用してもよい。
・各実施形態において、正極シート13、負極シート11及びセパレータシート29の素材は、適宜変更可能である。
【0059】
・各実施形態において、正極端子7、負極端子8、集電部22,23の構造は、実施形態に述べた例に限らず、他の構造に変更可能である。
・各実施形態において、ケース本体4の開口部4aは、ケース本体4の上面に形成されることに限らず、ケース本体4の側面など、別の箇所に変更可能である。
【0060】
・各実施形態において、電極体5は、積層構造に限定されず、シート状の電極対を何層にも巻いて正負の電極層を持つ捲回構造としてもよい。
・各実施形態において、蓄電装置は、二次電池に限定されず、例えば電気二重層キャパシタによって充放電する蓄電器としてもよい。
【0061】
・各実施形態において、電極収納袋状セパレータ10内の電極は、正極に限定されず、負極としてもよい。
・各実施形態において、リード溶接(抵抗溶接)は、スポット溶接、バット溶接、プロジェクション溶接などの種々の溶接が使用可能である。また、溶接は、抵抗溶接に限らず、他の方式を採用可能である。
【0062】
・各実施形態において、係止片は、実施形態で述べたような舌片34に限定されず、切り込みに差し込める突起であればよい。
・各実施形態において、切り込み部は、孔状のスリット部36に限定されず、シート端縁をカットした切り込み部分でもよい。
【0063】
・電極収納セパレータは、袋状に限定されず、例えば筒状など、他の形状に変更可能である。
・セパレータ形状は、四角状に限定されず、種々の形状に適宜変更可能である。
【0064】
・各実施形態において、電極体5(二次電池2)は、車両1に搭載されることに限定されず、他の機器や装置に搭載可能である。
・本発明は、各実施形態の思想を適宜組み合わせてもよい。