特許 6015595 蓄電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6015595

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年10月26日

(54)【発明の名称】蓄電装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/34 20060101AFI20161013BHJP

   H01M 2/26 20060101ALI20161013BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20161013BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/34 A

   H01M2/26 A

   H01M10/04 Z

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-172233(P2013-172233)

(22)【出願日】2013年8月22日

(65)【公開番号】特開2015-41527(P2015-41527A)

(43)【公開日】2015年3月2日

【審査請求日】2015年11月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140453

【弁理士】

【氏名又は名称】戸津 洋介

(72)【発明者】

【氏名】山下 裕介

(72)【発明者】

【氏名】立花 智明

(72)【発明者】

【氏名】篠田 英明

(72)【発明者】

【氏名】奥田 元章

【審査官】 田中 永一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１５７４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１３５３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−２１５７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１６１０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−２８２８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９２５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６０４２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／３４

Ｈ０１Ｍ ２／２６

Ｈ０１Ｍ １０／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケースと、
前記ケース内に収容された電極組立体と、
前記ケース内に配置され、前記ケース内の圧力に応じて電流を遮断する電流遮断装置と、
を備え、
前記電極組立体は、正極と、負極と、前記正極と前記負極とを絶縁するセパレータと、を備え、
前記電流遮断装置は、開口部が形成された底面を有し、
前記底面は前記電極組立体側に配置され、
前記電極組立体は、前記電流遮断装置の前記底面に対向する対向面を有し、
前記対向面には、前記開口部に対向する凹部が形成されており、
前記凹部は、前記対向面の法線方向から見て、前記底面の少なくとも一部の外縁よりも外側から前記開口部の少なくとも一部の外縁よりも内側まで延在している、蓄電装置。

【請求項2】

前記凹部は、前記対向面に沿った第１の方向に延びており、
前記対向面に沿い、かつ前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記凹部の幅は、前記電流遮断装置の前記底面の幅よりも小さい、請求項１に記載の蓄電装置。

【請求項3】

前記対向面の法線方向から見て、前記凹部は、前記電流遮断装置の前記底面を覆っている、請求項１に記載の蓄電装置。

【請求項4】

前記電流遮断装置の前記底面が、前記凹部内に位置する、請求項３に記載の蓄電装置。

【請求項5】

前記電極組立体は、複数の正極と、複数の負極と、複数のセパレータとが積層された構造を有しており、
前記凹部は、前記複数の正極、前記複数の負極、及び前記複数のセパレータの積層方向に貫通している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電装置。

【請求項6】

前記正極は正極タブを有し、
前記負極は負極タブを有し、
前記正極タブ及び前記負極タブは、前記対向面に設けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電装置。

【請求項7】

前記蓄電装置が二次電池である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ケース内の圧力が設定値よりも高くなると、ケース内に収容される電極組立体とケースに取り付けられる端子との間を流れる電流を遮断する電流遮断装置（ＣＩＤ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｄｅｖｉｃｅ）を備えた電池が知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１５７４５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電流遮断装置は、ケース内に配置される。例えば、電流遮断装置の底面は、電極組立体の上面に対向して配置される。電流遮断装置の底面には開口部が形成されている。ケース内のガスは、その開口部を通って電流遮断装置内に導入される。

【0005】

電極組立体は、例えば活物質の膨張等によって膨張することがある。この場合、電極組立体の上面が電流遮断装置の底面に接触して開口部を塞ぐ可能性がある。開口部が塞がれると、ケース内のガスが電流遮断装置内に導入されなくなるので、電流遮断装置が所望の圧力で動作しなくなってしまう。

【0006】

本発明は、電流遮断装置を所望の圧力で動作させることができる蓄電装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面に係る蓄電装置は、ケースと、前記ケース内に収容された電極組立体と、前記ケース内に配置され、前記ケース内の圧力に応じて電流を遮断する電流遮断装置と、を備え、前記電極組立体は、正極と、負極と、前記正極と前記負極とを絶縁するセパレータと、を備え、前記電流遮断装置は、開口部が形成された底面を有し、前記底面は前記電極組立体側に配置され、前記電極組立体は、前記電流遮断装置の前記底面に対向する対向面を有し、前記対向面には、前記開口部に対向する凹部が形成されており、前記凹部は、前記対向面の法線方向から見て、前記底面の少なくとも一部の外縁よりも外側から前記開口部の少なくとも一部の外縁よりも内側まで延在している。

【0008】

この蓄電装置では、電極組立体が膨張しても、電極組立体の対向面が電流遮断装置の底面の開口部を塞ぐことが抑制される。そのため、ケース内のガスが凹部内の空間を通って開口部内の空間に到達できる。よって、電流遮断装置を所望の圧力で動作させることができる。

【0009】

前記凹部は、前記対向面に沿った第１の方向に延びており、前記対向面に沿い、かつ前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記凹部の幅は、前記電流遮断装置の前記底面の幅よりも小さくてもよい。

【0010】

この場合、電極組立体の対向面と電流遮断装置の底面とが接触しても、ケース内のガスが凹部内の空間を通って開口部内の空間に到達できる。また、電極組立体の体積を極力大きくできるので、蓄電装置の容量を大きくすることができる。

【0011】

前記対向面の法線方向から見て、前記凹部は、前記電流遮断装置の前記底面を覆ってもよい。

【0012】

この場合、電極組立体の対向面と電流遮断装置の底面との間の距離を大きくできる。その結果、電極組立体が膨張しても、電極組立体の対向面が電流遮断装置の底面に接触して開口部が塞がれる可能性を低減できる。

【0013】

前記電流遮断装置の前記底面が、前記凹部内に位置してもよい。

【0014】

この場合、蓄電装置を小型化できる。

【0015】

前記電極組立体は、複数の正極と、複数の負極と、複数のセパレータとが積層された構造を有しており、前記凹部は、前記複数の正極、前記複数の負極、及び前記複数のセパレータの積層方向に貫通してもよい。

【0016】

この場合、正極、負極及びセパレータのそれぞれについて、同じ形状にすることができる。よって、正極、負極及びセパレータの製造が容易になる。

【0017】

前記正極は正極タブを有し、前記負極は負極タブを有し、前記正極タブ及び前記負極タブは、前記対向面に設けられてもよい。

【0018】

この場合、正極タブ及び負極タブと電流遮断装置との間の距離を短くできる。

【0019】

前記蓄電装置が二次電池であってもよい。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、電流遮断装置を所望の圧力で動作させることができる蓄電装置が提供され得る。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】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】一実施形態に係る蓄電装置の一部を模式的に示す図である。

【図3】他の実施形態に係る蓄電装置の一部を模式的に示す図である。

【図4】他の実施形態に係る蓄電装置の一部を模式的に示す図である。

【図5】他の実施形態に係る蓄電装置の一部を模式的に示す図である。

【図6】他の実施形態に係る蓄電装置の一部を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。図面には、ＸＹＺ直交座標系が示されている。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は互いに直交する。

【0023】

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の蓄電装置の一部を模式的に示す図である。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。

【0024】

ケース１０は導電性を有し、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金等の金属からなってもよい。ケース１０の形状は例えば直方体状である。

【0025】

電極組立体２０の形状は、例えば直方体状である。電極組立体２０は、上面２０Ａと、下面２０Ｂと、２つの側面２０Ｃと、２つの側面２０Ｄとを備え得る。上面２０Ａ及び下面２０Ｂは、ＸＹ平面に平行な平面である。側面２０Ｃは、ＸＺ平面に平行な平面である。側面２０Ｄは、ＹＺ平面に平行な平面である。上面２０Ａ、下面２０Ｂ、側面２０Ｃ及び側面２０Ｄの形状は、例えば矩形状である。

【0026】

電極組立体２０は、正極３０と、負極４０と、正極３０と負極４０とを絶縁するセパレータ５０とを備える。正極３０、負極４０は、例えばシート状である。セパレータ５０は、例えば袋状であるが、シート状であってもよい。袋状のセパレータ５０内には、例えば正極３０が収容される。電極組立体２０は、複数の正極３０と、複数の負極４０と、複数のセパレータ５０とがＹ方向に積層された構造を有してもよい。Ｙ方向から見て、負極４０は正極３０よりも大きい。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。

【0027】

正極３０は、金属箔と、金属箔の両面に設けられた正極活物質層とを備え得る。金属箔は例えばアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔等である。正極活物質層は、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。

【0028】

正極３０は、縁に形成された正極タブ３０Ａを有してもよい。正極タブ３０Ａは電極組立体２０の上面２０Ａに設けられ得る。正極タブ３０Ａには、正極活物質が担持されていない。正極３０は、正極タブ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。

【0029】

負極４０は、金属箔と、金属箔の両面に設けられた負極活物質層とを備え得る。金属箔は例えば銅箔又は銅合金箔等である。負極活物質層は、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。

【0030】

負極４０は、縁に形成された負極タブ４０Ａを有してもよい。負極タブ４０Ａは電極組立体２０の上面２０Ａに設けられ得る。負極タブ４０Ａには、負極活物質が担持されていない。負極４０は、負極タブ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。

【0031】

セパレータ５０としては、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、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。

【0032】

二次電池１００は、ケース１０内に配置される電流遮断装置７０を備える。電流遮断装置７０は、例えば絶縁部材によってケース１０に取り付けられてもよい。電流遮断装置７０は、ケース１０内の圧力に応じて電極組立体２０を流れる電流を遮断する。電流遮断装置７０は、導電部材４２の途中に設けられ得る。ケース１０内の圧力が閾値以上となった場合に、電流遮断装置７０は導電部材４２を流れる電流を遮断する。

【0033】

電流遮断装置７０は、開口部７６が形成された底面７０Ａを有する。底面７０Ａは電極組立体２０側に配置される。底面７０ＡはＸＹ平面に平行な平面である。底面７０Ａ及び開口部７６の形状は例えば円形又は楕円形であるが、矩形状であってもよい。電流遮断装置７０は、Ｚ方向に延びる貫通孔が形成されたリング状の筐体７２と、筐体７２の貫通孔を塞ぐ導電板７４とを備え得る。導電板７４は、Ｚ方向において筐体７２の中央部に配置され得る。導電板７４は、導電部材４２に電気的に接続される。導電板７４は、Ｚ方向において下方に突出するように湾曲している。筐体７２の下端部は、開口部７６を形成する。開口部７６からガスが電流遮断装置７０内に導入されると、導電板７４がＺ方向において上方に押圧される。ケース１０内の圧力が上昇して閾値に達すると、導電板７４が破断して電流が遮断される。

【0034】

電流遮断装置７０は、導電板７４の突出部に接触する平らな導電板を更に備えてもよい。この場合、ケース１０内の圧力が上昇して閾値に達すると、導電板７４が変形して、Ｚ方向において上方に突出するように湾曲する。その結果、導電板７４の突出部と平らな導電板とが接触しなくなるので、電流が遮断される。導電板７４は反転板として機能する。

【0035】

電極組立体２０の上面２０Ａは、電流遮断装置７０の底面７０Ａに対向する対向面である。上面２０Ａには、電流遮断装置７０の開口部７６に対向する凹部２２が形成されている。凹部２２は、上面２０ＡがＺ方向に窪むことによって形成され得る。

【0036】

凹部２２は、上面２０Ａの法線方向（Ｚ方向）から見て、電流遮断装置７０の底面７０Ａの少なくとも一部の外縁７０Ｂよりも外側から開口部７６の少なくとも一部の外縁７６Ｂよりも内側まで延在している。本実施形態において、凹部２２は、上面２０Ａに沿ったＸ方向（第１の方向）に延びている。Ｚ方向から見て、凹部２２の形状は例えば矩形状であるが、円形又は楕円形であってもよいし、リング状であってもよい。Ｘ方向において、凹部２２の長さは電流遮断装置７０の底面７０Ａの長さよりも長い。上面２０Ａに沿ったＹ方向（第２の方向）において、凹部２２の幅Ｄ１は、電流遮断装置７０の底面７０Ａの幅Ｄ２よりも小さい。

【0037】

凹部２２は、例えば負極４０の金属箔及びセパレータ５０に切り欠きを形成することによって形成され得る。積層方向（Ｙ方向）から見て、負極４０の金属箔は正極３０の金属箔よりも大きい。そのため、正極３０の金属箔に切り欠きを形成しなくても、凹部２２を形成することができる。Ｙ方向から見て、負極４０の負極活物質層の周囲には、余白としての金属箔が残存している。

【0038】

二次電池１００では、例えば活物質の膨張により電極組立体２０が膨張しても、電極組立体２０の上面２０Ａが電流遮断装置７０の底面７０Ａの開口部７６を塞ぐことが抑制される。そのため、ケース１０内のガスが凹部２２内の空間を通って開口部７６内の空間に到達できる。よって、電流遮断装置７０を所望の圧力で動作させることができる。

【0039】

本実施形態では、凹部２２がＸ方向に延びており、凹部２２の幅Ｄ１が電流遮断装置７０の底面７０Ａの幅Ｄ２よりも小さい。そのため、電極組立体２０の上面２０Ａと電流遮断装置７０の底面７０Ａとが接触しても、ケース１０内の空間と開口部７６内の空間とが凹部２２内の空間を介して連通したままになる。よって、ケース１０内のガスが凹部２２内の空間を通って開口部７６内の空間に到達できる。したがって、電極組立体２０の上面２０Ａと電流遮断装置７０の底面７０Ａとの間の設計距離を短くできるので、二次電池１００を小型化することができる。また、凹部２２内の空間が小さくて済むので、電極組立体２０の体積を極力大きくできる。よって、二次電池１００の容量を大きくすることができる。

【0040】

また、正極タブ３０Ａ及び負極タブ４０Ａが上面２０Ａに設けられている場合、正極タブ３０Ａ及び負極タブ４０Ａと電流遮断装置７０との間の距離を短くできる。その結果、導電部材４２を極力短くできる。

【0041】

図３は、他の実施形態に係る蓄電装置の一部を模式的に示す図である。本実施形態に係る蓄電装置としての二次電池は、凹部２２に代えて凹部２２Ａを有すること以外は二次電池１００と同じ構造を有する。

【0042】

凹部２２Ａは、Ｚ方向から見て、電流遮断装置７０の底面７０Ａを覆っている。よって、電極組立体２０の上面２０Ａと電流遮断装置７０の底面７０Ａとの間の距離を大きくできる。その結果、例えば活物質の膨張により電極組立体２０が膨張しても、電極組立体２０の上面２０Ａが電流遮断装置７０の底面７０Ａに接触して開口部７６が塞がれる可能性を低減できる。

【0043】

図４は、他の実施形態に係る蓄電装置の一部を模式的に示す図である。本実施形態に係る蓄電装置としての二次電池は、凹部２２に代えて凹部２２Ｂを有すること以外は二次電池１００と同じ構造を有する。

【0044】

凹部２２Ｂは、Ｙ方向（積層方向）に貫通している。そのため、正極３０、負極４０及びセパレータ５０のそれぞれについて、同じ形状にすることができる。よって、同じ型を使用できるので、正極３０、負極４０及びセパレータ５０の製造が容易になる。Ｘ方向において、凹部２２Ｂの幅は、電流遮断装置７０の底面７０Ａの幅よりも小さくてもよい。

【0045】

図５は、他の実施形態に係る蓄電装置の一部を模式的に示す図である。本実施形態に係る蓄電装置としての二次電池は、電極組立体２０の積層方向から見たとき、電流遮断装置７０の底面７０Ａが凹部２２Ａ内に位置すること以外は図３の二次電池と同じ構造を有する。この場合、二次電池を小型化できる。凹部２２Ａを凹部２２Ｂに置き換えてもよい。

【0046】

図６は、他の実施形態に係る蓄電装置の一部を模式的に示す図である。本実施形態に係る蓄電装置としての二次電池は、凹部２２Ａに代えて凹部２２Ｃを有すること以外は図５の二次電池と同じ構造を有する。凹部２２Ｃの深さは凹部２２Ａの深さよりも深い。凹部２２Ｃは、負極４０の金属箔及びセパレータ５０に切り欠きを形成するだけでなく、正極３０の金属箔にも切り欠きを形成することによって形成される。Ｙ方向から見て、正極３０の正極活物質層の周囲には、余白としての金属箔が残存している。凹部２２Ａを凹部２２Ｂに置き換えてもよい。

【0047】

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されない。

【0048】

例えば、各実施形態における各構成要素は任意に組み合わされ得る。

【0049】

また、複数の凹部２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃが上面２０Ａに形成されてもよい。さらに、凹部２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃは、電極組立体２０の側面２０Ｃに形成されてもよい。この場合、電流遮断装置７０は、電極組立体２０の側面２０Ｃ（対向面）とケース１０との間に配置される。同様に、凹部２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃは、電極組立体２０の側面２０Ｄに形成されてもよい。この場合、電流遮断装置７０は、電極組立体２０の側面２０Ｄ（対向面）とケース１０との間に配置される。

【0050】

積層型の電極組立体２０に代えて巻回型の電極組立体が用いられてもよい。巻回型の電極組立体は、帯状の正極３０、負極４０及びセパレータ５０を軸線の周りに巻回することによって作製される。

【0051】

蓄電装置として、二次電池１００の他に、例えば電気二重層キャパシタ等が挙げられる。

【0052】

例えば二次電池１００等の蓄電装置は、車両に搭載されてもよい。車両としては、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド鉄道車両、電気車椅子、電動アシスト自転車、電動二輪車等が挙げられる。

【符号の説明】

【0053】

１０…ケース、２０…電極組立体、２０Ａ…上面（対向面）、２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ…凹部、３０…正極、３０Ａ…正極タブ、４０…負極、４０Ａ…負極タブ、５０…セパレータ、７０…電流遮断装置、７０Ａ…底面、７０Ｂ…外縁、７６…開口部、７６Ｂ…外縁、１００…二次電池（蓄電装置）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】