(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ここで、特許文献1のように電極組立体にテープが貼り付けられている場合、充放電に伴って電極組立体が電極の積層方向に膨張すると、テープから電極組立体に対して付与される局所的な荷重が増加して、その結果デンドライト析出等といった不都合が生じ得る。また、電極組立体が電極の積層方向に膨張することに伴ってテープが剥がれると、電極及びセパレータの積層ずれ等が生じ得る。
【0005】
本発明の目的は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、電極組立体が電極の積層方向に膨張した場合であっても、電極及びセパレータを好適に保持できる蓄電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成する蓄電装置は、電極がセパレータを介して積層された電極組立体と、前記電極及び前記セパレータを保持するテープと、を備え、前記電極組立体は、直方体形状であって、前記電極の積層方向と直交する一対の端面と、前記一対の端面と直交する側面とを有し、前記テープは、前記電極組立体の外形に沿って折り曲げられて、前記側面を介して前記電極組立体の前記一対の端面に跨って存在し、前記テープにおける前記一対の端面に貼り付けられている端面貼付部分同士を連結し且つ前記側面と対向する側面対向部分の少なくとも一部は、
JIS K6251又はJIS K7127に準拠する測定によって得られる伸び率が前記端面貼付部分よりも高
く、前記端面貼付部分には硬化処理が施されている一方、前記側面対向部分の少なくとも一部には、前記硬化処理が施されていないことを特徴とする。
【0007】
かかる構成によれば、側面対向部分の少なくとも一部
の伸び率が端面貼付部分よりも高
いため、電極組立体が電極の積層方向に膨張することに伴って側面対向部分が電極の積層方向に伸びる。これにより、電極の積層方向における電極組立体の膨張に伴うテープから電極組立体への荷重の増加を低減できる。一方、端面貼付部分は、相対的に低
い伸び率であるため、側面対向部分が電極の積層方向に伸びた場合であっても、端面貼付部分が剥がれにくい。よって、電極の積層方向における電極組立体の膨張に伴う各種不都合、電極組立体への荷重の増加、及び、テープの剥がれを抑制できる。
また、前記端面貼付部分には硬化処理が施されている一方、前記側面対向部分の少なくとも一部には前記硬化処理が施されていない。かかる構成によれば、硬化処理の有無によって伸び率の高低が生じるため、端面貼付部分と側面対向部分とで材料を異ならせる必要がない。これにより、比較的容易に側面対向部分の少なくとも一部の伸び率を、端面貼付部分よりも高くできる。なお、硬化処理とは、例えば加熱処理やUV照射処理等が考えられる。
【0010】
上記目的を達成する蓄電装置は、電極がセパレータを介して積層された電極組立体と、前記電極及び前記セパレータを保持するテープと、を備え、前記電極組立体は、直方体形状であって、前記電極の積層方向と直交する一対の端面と、前記一対の端面と直交する側面とを有し、前記テープは、前記電極組立体の外形に沿って折り曲げられて、前記側面を介して前記電極組立体の前記一対の端面に跨って存在し、前記テープにおける前記一対の端面に貼り付けられている端面貼付部分同士を連結し且つ前記側面と対向する側面対向部分の少なくとも一部は、JIS K6251又はJIS K7127に準拠する測定によって得られる伸び率が前記端面貼付部分よりも高く、前記側面対向部分は、前記電極の積層方向と比較して、前記側面に沿い且つ前記電極の積層方向と直交する方向に伸びにくい
ことを特徴とする。
かかる構成によれば、側面対向部分の少なくとも一部の伸び率が端面貼付部分よりも高いため、電極組立体が電極の積層方向に膨張することに伴って側面対向部分が電極の積層方向に伸びる。これにより、電極の積層方向における電極組立体の膨張に伴うテープから電極組立体への荷重の増加を低減できる。一方、端面貼付部分は、相対的に低い伸び率であるため、側面対向部分が電極の積層方向に伸びた場合であっても、端面貼付部分が剥がれにくい。よって、電極の積層方向における電極組立体の膨張に伴う各種不都合、電極組立体への荷重の増加、及び、テープの剥がれを抑制できる。
また、かかる構成によれば、電極組立体の側面に沿い且つ電極の積層方向と直交する方向にテープが伸びることに起因する不都合、例えば電極組立体の側面を構成する電極及びセパレータの端部がテープの伸びに引っ張られて、積層ずれが生じてしまうことを抑制できる。
【0011】
上記蓄電装置について、前記側面対向部分の全体の前記伸び率が前記端面貼付部分よりも高いとよい。かかる構成によれば、側面対向部分の全体が端面貼付部分よりも高い伸び率を有しているため、電極の積層方向における電極組立体の膨張に対して側面対向部分がより好適に追従することができる。これにより、電極の積層方向における電極組立体の膨張に伴う電極組立体への荷重の増加をより好適に低減できる。
上記蓄電装置は二次電池であるとよい。
【発明の効果】
【0012】
この発明によれば、電極組立体が電極の積層方向に膨張した場合であっても、電極及びセパレータを好適に保持できる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、蓄電装置の一実施形態について
図1〜
図5を用いて説明する。なお、図示の都合上、硬化領域A1についてはドットハッチで示す。また、
図4においては、電極組立体14を簡略化して示す。
【0015】
図1に示すように、蓄電装置としての二次電池10は、直方体形状のケース11を備えている。ケース11は、上方に開口した有底箱状のケース本体12と、ケース本体12の開口部分を塞ぐ長方形平板状の蓋13とを備えている。
【0016】
二次電池10は、ケース11に収容されている電極組立体14及び電解液15と、電極組立体14と電力のやり取りを行う正極端子16及び負極端子17とを備えている。各端子16,17は、ケース11の蓋13にあり、蓋13を貫通した状態で配置されている。なお、本実施形態の二次電池10は、例えばリチウムイオン電池である。
【0017】
図2に示すように、電極組立体14は、正極電極21及び負極電極22が、電気伝導に係るイオンが通過可能な多孔質膜であるセパレータ23を介して交互に積層された構造である。各電極21,22及びセパレータ23は、長方形状のシートである。
【0018】
正極電極21は、長方形状の正極金属箔(例えばアルミニウム箔)21aと、当該正極金属箔21aの両面にある正極活物質層21bと、を有する。負極電極22は、長方形状の負極金属箔(例えば銅箔)22aと、当該負極金属箔22aの両面にある負極活物質層22bと、を有する。電極組立体14を構成している状態において、正極活物質層21bは負極活物質層22bに覆われ、且つ、各電極21,22はセパレータ23によって覆われている。
【0019】
図2に示すように、正極電極21には、端部21cから突出した形状の正極タブ31が存在する。同様に、負極電極22には、端部22cから突出した形状の負極タブ32が存在する。各電極21,22は、各タブ31,32の同一極性同士が列状に配置されるように積層されている。そして、
図3に示すように、各負極タブ32は電極21,22の積層方向Yの一方に寄せて集められ、その集められた状態で他方に折り返されている。同様に、各正極タブ31は、電極21,22の積層方向Yの一方に寄せて集められた状態で他方に折り返されている。
【0020】
図3に示すように、電極組立体14は直方体形状となっている。ここで、電極組立体14の外周において、電極21,22の積層方向Yと直交する一対の面を単に一対の端面14a,14bという。そして、電極組立体14の外周において一対の端面14a,14bと直交する4つの側面14c〜14fのうち、各タブ31,32がある面を上側面14cといい、上側面14cとは反対側にある面を下側面14dという。また、上記4つの側面14c〜14fのうち、上側面14cと下側面14dとの対向方向Z及び電極21,22の積層方向Yの双方と平行な面を左側面14e及び右側面14fという。各側面14c〜14fは、各電極21,22及びセパレータ23の各端部で構成されている。例えば電極組立体14の上側面14cは、正極電極21の端部21c、負極電極22の端部22c及びセパレータ23の端部23c(
図2参照)で構成されている。
【0021】
なお、上記対向方向Z及び電極21,22の積層方向Yの双方と直交する方向を、電極組立体14の幅方向Xという。電極組立体14の幅方向Xは、上側面14c又は下側面14dに沿う方向であって、電極21,22の積層方向Yに直交する方向である。また、対向方向Zは、左側面14e又は右側面14fに沿う方向であって、電極21,22の積層方向Yに直交する方向である。
【0022】
図3に示すように、二次電池10は、各タブ31,32と各端子16,17との同一極性同士を電気的に接続する正極導電部材41及び負極導電部材42を備えている。各導電部材41,42は板状であり、ケース11の蓋13と電極組立体14との間に配置されている。正極導電部材41は、正極タブ31及び正極端子16の双方に接合されている。同様に、負極導電部材42は、負極タブ32及び負極端子17の双方に接合されている。なお、接合態様としては、例えば溶接が考えられる。
【0023】
図3及び
図4に示すように、二次電池10は、電極組立体14とケース11とを絶縁する絶縁シート43を備えている。絶縁シート43は、例えば一枚の長方形状の樹脂シートが折り曲げられて、上方に開口した箱形状となっている。電極組立体14は、箱形状の絶縁シート43内に収容されている。
【0024】
二次電池10は、正極電極21、負極電極22及びセパレータ23を保持するテープ50を複数備えている。複数のテープ50はそれぞれ、電極組立体14の外形に沿って折り曲げられて、各側面14c〜14fのいずれかを介して、電極組立体14の一対の端面14a,14bに跨って存在している。
【0025】
テープ50の詳細について
図3及び
図4を用いて詳細に説明する。なお、複数のテープ50は、貼り付けられている箇所が異なる点を除いて、基本的には同一の構成であるため、複数のテープ50のうち左側面14eに貼り付けられているものについてのみ詳細に説明する。また、
図3においては、電極組立体14の2点鎖線で示した領域に貼り付けられるテープ50を分解して示す。
【0026】
図3及び
図4に示すように、テープ50における左側面14eに貼り付けられている側面貼付部分51の全体は、テープ50における一対の端面14a,14bに貼り付けられている端面貼付部分52よりも高い伸縮性を有している。側面貼付部分51は、例えば伸び率が5%以上である。なお、伸び率とは、例えばJIS K6251や、JIS K7127に準拠する測定により得られる数値等が考えられる。
【0027】
側面貼付部分51は、一対の端面14a,14bに貼り付けられている端面貼付部分52同士を連結している。そして、側面貼付部分51は左側面14eに対向している。側面貼付部分51が側面対向部分に対応する。
【0028】
テープ50の端面貼付部分52は、硬化処理が施されている硬化領域A1であり、側面貼付部分51は、硬化処理が施されていない未硬化領域A2となっている。詳細には、テープ50は、基材と当該基材の表面に有る接着層とを備え、上記基材は、加熱処理やUV照射処理等の硬化処理によって硬化する熱硬化樹脂やUV硬化樹脂などで構成されている。そして、端面貼付部分52の基材には硬化処理が施されている一方、側面貼付部分51の基材には硬化処理が施されていない。
【0029】
ちなみに、本実施形態の二次電池10の具体的な製造工程は任意であるが、例えば各電極21,22を、セパレータ23を介して交互に積層して電極組立体14を形成し、その電極組立体14に対して硬化処理が施されていないテープ50を貼り付ける。そして、貼り付けられたテープ50のうち端面貼付部分52のみに対して、加熱処理やUV照射処理等の硬化処理を施すとよい。
【0030】
なお、局所的な硬化処理を施す構成に代えて、例えば側面貼付部分51にマスキングテープの貼り付け等のマスク処理を施した状態で、テープ50全体に加熱処理やUV照射処理を施す構成であってもよい。
【0031】
次に本実施形態の作用について
図5を用いて説明する。
図5は、電極21,22の積層方向Yにおける電極組立体14の長さである電極組立体14の厚さD(
図4参照)と、電極21,22の積層方向Yから電極組立体14に付与される荷重との関係を示すグラフである。なお、
図5の直線は、本実施形態のテープ50が貼り付けられた場合の電極組立体14の荷重の変化を示し、
図5の2点鎖線は、比較例として側面貼付部分51が低伸縮性のテープが貼り付けられた場合の電極組立体14の荷重の変化を示す。
【0032】
図5に示すように、側面貼付部分51の伸縮性の高低によって、電極組立体14の厚さDの増加に対する電極組立体14への荷重の変化が異なっている。詳細には、電極組立体14の厚さDが初期値D0からδDだけ増加した条件下において、本実施形態のテープ50を用いた場合の電極組立体14に付与される荷重の増加量F1は、比較例のテープを用いた場合の電極組立体14に付与される荷重の増加量F0よりも小さい。
【0033】
以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
(1)二次電池10は、電極組立体14の外形に沿って折り曲げられて、各側面14c〜14fのいずれかを介して一対の端面14a,14bに跨って貼り付けられたテープ50を備えている。当該テープ50における各側面14c〜14fのいずれかに貼り付けられている側面貼付部分51は、一対の端面14a,14bに貼り付けられている端面貼付部分52よりも高い伸縮性を有する。これにより、電極組立体14が電極21,22の積層方向Yに膨張することに伴って側面貼付部分51が伸びることにより、電極組立体14の厚さDの増加に対する電極組立体14に付与される荷重の増加を低減できる。
【0034】
ここで、例えば端面貼付部分52が高伸縮性である場合、側面貼付部分51が電極21,22の積層方向Yに伸びると、端面貼付部分52が引っ張られて伸びようとする。すると、端面貼付部分52と端面14a,14bとの境界にて力が働き、端面貼付部分52が剥がれてしまう場合がある。
【0035】
これに対して、本実施形態のテープ50の端面貼付部分52は、低伸縮性であるため、側面貼付部分51が電極21,22の積層方向Yに伸びることに起因して引っ張られた場合であっても剥がれにくい。これにより、電極組立体14の厚さDの増加に対する電極組立体14に付与される荷重の増加を低減しつつ、テープ50が剥がれてしまうことを抑制できる。よって、各電極21,22及びセパレータ23を好適に保持できる。
【0036】
(2)特に、側面貼付部分51の全体が高い伸縮性を有しているため、テープ50は、電極組立体14の厚さDの増加に対して、より好適に追従することができる。これにより、電極組立体14の厚さDの増加に伴う電極組立体14への荷重の増加を、より好適に低減できる。
【0037】
(3)端面貼付部分52には硬化処理が施されている一方、側面貼付部分51には硬化処理が施されていない。これにより、端面貼付部分52と側面貼付部分51とでテープ50の材料を異ならせることなく、両者の伸縮性を異ならせることができる。特に、伸縮性の異なる材料を接合することによって得られたテープが伸縮すると、接合面にせん断力が付与され、テープが破れるといった不都合が生じ得る。これに対して、本実施形態によれば、上記のような接合面が生じないため、上記不都合を回避できる。
【0038】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、側面貼付部分51の全体が高い伸縮性を有していたが、これに限られず、側面貼付部分51の一部が、端面貼付部分52と比較して高い伸縮性を有する構成であってもよい。要は、側面貼付部分51の少なくとも一部が高い伸縮性を有していればよい。
【0039】
○ 軟化処理によって軟化するテープを用いてもよい。この場合、側面貼付部分51の少なくとも一部には軟化処理が施されている一方、端面貼付部分52には軟化処理が施されていないとよい。この場合であっても、上記実施形態の作用効果を奏する。なお、軟化処理とは、例えば加熱処理やUV照射処理などである。
【0040】
○
図6に示すように、側面貼付部分51には、硬化処理が施された領域であって対向方向Zに延びる硬化領域A1が、電極21,22の積層方向Yに複数並んで存在してもよい。この場合、未硬化領域A2は、側面貼付部分51のうち硬化領域A1以外の領域である。これにより、側面貼付部分51は、電極21,22の積層方向Yと比較して、対向方向Zに伸びにくい。よって、側面貼付部分51が対向方向Zに延びることに起因する不都合、例えば電極組立体14の左側面14eを構成する各電極21,22及びセパレータ23の端部が側面貼付部分51の対向方向Zへの伸びに引っ張られて、各電極21,22及びセパレータ23の積層ずれが生じてしまうことを抑制できる。他の側面14c,14d,14fに貼り付けられているテープ50についても同様である。
【0041】
なお、上記別例においては、対向方向Zに延びた硬化領域A1が存在することによってテープ50の伸縮性に異方性が生じる構成であったが、これに限られず、伸縮性に異方性を有する材料で構成されたテープを用いてもよい。また、軟化処理によって軟化するテープを用いる場合には、軟化処理が施された領域であって電極21,22の積層方向Yに延びる軟化領域が、対向方向Zに複数並んで存在するとよい。
【0042】
○ 側面貼付部分51と端面貼付部分52とで伸縮性を異ならせる具体的な構成は任意である。例えば、電解液15に含浸することによって軟化又は硬化する材料で構成されたテープと当該テープの一部をマスクするマスキングテープを用いてもよい。この場合、軟化する材料で構成されたテープを用いる場合には、端面貼付部分52にマスキングテープが貼り付けられるとよい。一方、硬化する材料で構成されたテープを用いる場合には、側面貼付部分51にマスキングテープが貼り付けられるとよい。
【0043】
○
図7に示すように、側面貼付部分51の全体に亘って複数のスリット60が存在してもよい。この場合、テープ50全体が未硬化領域A2であっても、側面貼付部分51は、端面貼付部分52と比較して、高い伸縮性を有する。なお、スリット60の数は任意であり、1つであってもよい。また、側面貼付部分51の一部の領域にスリット60が存在してもよい。要は、側面貼付部分51の少なくとも一部の領域に、1又は複数のスリット60が存在するとよい。
【0044】
○ 端面貼付部分52が低伸縮性の材料で構成され、側面貼付部分51が高伸縮性の材料で構成されていてもよい。
○ 端面貼付部分52に、別途テープが貼り付けられてもよい。この場合であっても、端面貼付部分52は、側面貼付部分51と比較して、伸縮性が低くなる。なお、端面貼付部分52に別途貼り付けられるテープは、比較的低伸縮性のものであるとよい。
【0045】
○ 電極組立体は、長尺状の正極電極及び負極電極が長尺状のセパレータを介して捲回されることにより電極が積層された捲回型であってもよい。この場合、電極組立体は、電極の積層方向に直交する一対の扁平面と、捲回軸方向に直交する上側面及び下側面とを備えている。この場合、テープ50は、上側面又は下側面を介して一対の扁平面に跨って貼り付けられているとよい。そして、テープにおける上側面又は下側面に貼り付けられている側面貼付部分の少なくとも一部が、扁平面に貼り付けられている部分よりも高い伸縮性を有するとよい。
【0046】
○ 実施形態では、側面貼付部分51は、電極組立体14の各側面14c〜14fのいずれかに貼り付けられていたが、これに限られず、貼り付けられていなくてもよい。例えば、テープ50における一対の端面14a,14bと対向する部分には接着層がある一方、各側面14c〜14fのいずれかと対向する部分には接着層がない構成であってもよい。要は、テープは、電極組立体14の一対の端面14a,14bに貼り付けられている端面貼付部分52と、当該端面貼付部分52同士を連結し且つ各側面14c〜14fのいずれかと対向する側面対向部分とを有すればよい。
【0047】
○ 電極組立体14に貼り付けられているテープ50の数は任意であり、1枚であってもよい。また、電極組立体14に貼り付けられているテープ50の位置は任意である。
○ 二次電池10は、車両に搭載して走行に用いてもよいし、定置用の電源として用いてもよい。
【0048】
○ 二次電池10は、リチウムイオン電池であったが、これに限られず、他の二次電池であってもよい。要は、正極活物質層21bと負極活物質層22b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。また、蓄電装置として電気二重層キャパシタでもよい。
【0049】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる好適な一例について以下に記載する。
(イ)側面対向部分の少なくとも一部には軟化処理が施されている一方、端面貼付部分には軟化処理が施されていなくてもよい。
【0050】
(ロ)端面対向部分に別途テープが貼り付けられていてもよい。
(ハ)側面対向部分の少なくとも一部の領域には、1又は複数のスリットが存在してもよい。
【0051】
(ニ)側面対向部分には、硬化処理が施された領域であって電極組立体の側面に沿い且つ電極の積層方向と直交する方向に延びた硬化領域が、電極の積層方向に複数並んで存在してもよい。