(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】
ところで、複数の正極電極と複数の負極電極とを交互に積層した電極組立体を用いる場合、各電極の角と、ケースの底壁及び側壁とで絶縁シートが挟まれる。この状態で蓄電装置に振動や衝撃が加わると、各電極の角から絶縁シートに加わる荷重により絶縁シートが損傷し、短絡の原因となる。
【0005】
本発明の目的は、ケースと電極組立体との短絡を抑制できる蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決する蓄電装置は、複数の正極電極と複数の負極電極とを前記正極電極と前記負極電極との間に配置したセパレータで絶縁した状態で交互に積層した電極組立体と、前記電極組立体が収容されたケースと、前記電極組立体と前記ケースとの間に介在し、前記電極組立体と前記ケースとを絶縁している絶縁シートと、を備え、前記ケースは、底壁と、側壁と、前記底壁と前記側壁とを繋ぐケース隅部と、を備え、前記負極電極は、負極金属箔に負極活物質層を設けた負極本体と、前記負極金属箔からなり、前記負極本体から延びる負極タブと、を備え、前記負極本体は、前記絶縁シートを介して前記底壁に向かい合う第1負極面と、前記絶縁シートを介して前記側壁に向かい合う第2負極面と、前記第1負極面と前記第2負極面との間に位置して前記第1負極面と前記第2負極面とを接続し、前記絶縁シートを介して前記ケース隅部に向かい合う負極面取部と、を備え、前記セパレータは、前記絶縁シートを介して前記底壁に向かい合う第1セパレータ面と、前記絶縁シートを介して前記側壁に向かい合い、前記第1セパレータ面に接続する第2セパレータ面と、を備え、前記正極電極と前記負極電極との積層方向から見て、前記負極本体の外形は前記セパレータの外形内に収まり、前記第1セパレータ面と前記第2セパレータ面とが接続する角は、前記積層方向から見て、前記負極面取部と前記絶縁シートとの間に位置している。
【0007】
これによれば、負極面取部を設けることで、第1負極面と第2負極面とで、直角や鋭角が形成されないようにしている。更に、正極電極と負極電極との積層方向から見て、セパレータの角を、負極面取部と絶縁シートとの間に位置させることで、セパレータの一部が負極面取部と絶縁シートとの間に介在する。負極面取部が絶縁シートに接触しようとすると、セパレータを介して絶縁シートに接触することになる。これにより、ケースと電極組立体との短絡を抑制することができる。
【0008】
上記蓄電装置について、前記正極電極は、正極金属箔に正極活物質層を設けた正極本体と、前記正極金属箔からなり、前記正極本体から延びる正極タブと、を備え、前記正極本体は、前記絶縁シートを介して前記底壁に向かい合う第1正極面と、前記絶縁シートを介して前記側壁に向かい合う第2正極面と、前記第1正極面と前記第2正極面の間に位置して前記第1正極面と前記第2正極面とを接続し、前記絶縁シートを介して前記ケース隅部に向かい合う正極面取部と、を備えていてもよい。
【0009】
これによれば、正極電極に正極面取部を設けることで、正極電極と絶縁シートの接触によって絶縁シートが損傷することを抑制することができる。
上記蓄電装置について、前記ケース隅部の内面は、アール状であり、前記負極面取部は、前記ケース隅図の内面に向けて膨らむアール状であり、前記ケース隅部の前記内面の半径は、前記負極面取部の半径に前記絶縁シートの厚みを加えた寸法よりも小さくてもよい。
【0010】
これによれば、負極面取部と、絶縁シートとの間の隙間が維持されやすい。負極面取部が絶縁シートに接触しにくく、絶縁シートの損傷が更に抑制される。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、ケースと電極組立体との短絡を抑制できる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、蓄電装置の一実施形態について説明する。
図1に示すように、蓄電装置としての二次電池10は、箱状のケース20と、ケース20に収容された電極組立体40とを備える。本実施形態の二次電池10は、角型電池であり、リチウムイオン電池である。ケース20は、本体22と、蓋部材21とを備える。
【0014】
図1及び
図2に示すように、本体22は、矩形状の底壁23と、四角筒状の側壁25と、底壁23と側壁25とを繋ぐケース隅部24と、を備える。側壁25は、ケース隅部24を介して、底壁23から立設している。ケース隅部24は、底壁23から側壁25に向けて、ケース20の外側に凸となるアール形状(円弧形状)である。ケース20は、深絞り加工や、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。ケース隅部24は、塑性加工に際して生じるものである。
【0015】
側壁25は、互いに向かい合う一対の第1側部26と、互いに向かい合う一対の第2側部27と、を備える。第1側部26は、底壁23の短辺からケース隅部24を介して立設している。第2側部27は、底壁23の長辺からケース隅部24を介して立設している。
【0016】
電極組立体40は、本体22に収容されている。蓋部材21は、本体22に電極組立体40を収容した後に本体22に溶接されることで、側壁25によって囲まれた開口部28を閉塞している。
【0017】
二次電池10は、ケース20に収容された電極組立体40と、ケース20とを電気的に絶縁している絶縁シート30を備える。絶縁シート30は、本体22の内面と電極組立体40との間に介在している。絶縁シート30は、例えば、ポロプロピレン製である。絶縁シート30の厚みTは、例えば、150μm以上である。絶縁シート30は、本体22の内面に沿っている。
【0018】
図3に示すように、電極組立体40は、複数の負極電極41と、複数の正極電極51と、複数の袋状セパレータ81と、を備える。正極電極51は、袋状セパレータ81に収納されている。
【0019】
負極電極41は、負極本体42と、負極タブ43とを備える。負極本体42は、負極金属箔(本実施形態では銅箔)44と、負極金属箔44の両面に設けられた負極活物質層45とを備える。負極活物質層45は、負極用の活物質、バインダ、及び導電助剤などを含有している。負極タブ43は、負極金属箔44の一部を負極本体42から突出するように延ばした部分である。
【0020】
正極電極51は、正極本体52と、正極タブ53とを備える。正極本体52は、正極金属箔(本実施形態ではアルミニウム箔)54と、正極金属箔54の両面に設けられた正極活物質層55とを備える。正極活物質層55は、正極用の活物質、バインダ、及び導電助剤などを含有している。正極タブ53は、正極金属箔54の一部を正極本体52から突出するように延ばした部分である。
【0021】
リチウムイオン電池においては、負極電極41でのリチウムの析出を抑制するために負極電極41の容量を正極電極51の容量に比べて多くしている。したがって、負極本体42を正面視したときの面積は正極本体52を正面視したときの面積よりも大きく、厚みを除く負極本体42の外形寸法は正極本体52の外形寸法よりも大きい。まず、負極本体42について説明する。
【0022】
図3及び
図4に示すように、負極本体42は、正面視したときに短辺と長辺とを備える略矩形状である。負極本体42は、互いに平行に延びる面である負極上端面62及び負極下端面63を周縁に備える。負極上端面62及び負極下端面63は、矩形状である。負極上端面62及び負極下端面63は、負極本体42を正面視したときに長辺を構成する面である。負極本体42は、互いに平行に延びる面である一対の負極側端面64,65を周縁に備える。負極側端面64,65は、負極本体42を正面視したときに短辺を構成する面である。負極タブ43は、負極上端面62に一体に設けられている。
【0023】
負極本体42は、負極下端面63と各負極側端面64,65との間に位置して負極下端面63と各負極側端面64,65とを接続している負極面取部66を備える。負極面取部66は、2つ設けられている。負極面取部66は、負極下端面63と各負極側端面64,65に対して斜めに交わる面である。負極上端面62、負極下端面63、及び、負極側端面64,65によって負極本体42の周縁は構成されている。本実施形態の負極面取部66は、C面状である。
【0024】
「負極面取部」とは、負極面取部66がなければ直角、あるいは、鋭角に交わる面同士を繋ぐことで、電極組立体40における底壁23及び側壁25と対向する部位に直角、あるいは、鋭角が生じないようにしている面である。「負極面取部」とは、実際に面取りを行うことで生じた面のみを示すものではなく、直角、あるいは、鋭角を底壁23と対向する部位に備える負極本体42を面取りしたと想定した面も含む。例えば、切断加工によって、負極上端面62、負極下端面63、各負極側端面64,65、及び、負極面取部66が同時に製造され、実際に面取りが行われていない負極本体42であっても負極下端面63と負極側端面64,65に対して斜めに交わる面が負極面取部66に該当する。
【0025】
正極本体52は、正面視したときに短辺と長辺とを備える略矩形状である。正極本体52は、互いに平行に延びる面である正極上端面72及び正極下端面73を周縁に備える。正極上端面72及び正極下端面73は、矩形状である。正極上端面72及び正極下端面73は、正極本体52を正面視したときに長辺を構成する面である。正極本体52は、互いに平行に延びる面である一対の正極側端面74,75を周縁に備える。正極側端面74,75は、正極本体52を正面視したときに短辺を構成する面である。正極タブ53は、正極上端面72に一体に設けられている。
【0026】
正極本体52は、正極下端面73と各正極側端面74,75との間に位置して正極下端面73と各正極側端面74,75とを接続している正極面取部76を備える。正極面取部76は、2つ設けられている。正極面取部76は、正極下端面73と各正極側端面74,75に対して斜めに交わる面である。正極上端面72、正極下端面73、及び、正極面取部76によって正極本体52の周縁は構成されている。本実施形態の正極面取部76は、C面状である。
【0027】
「正極面取部」とは、正極面取部76がなければ直角、あるいは、鋭角に交わる面同士を繋ぐことで、電極組立体40における底壁23及び側壁25と対向する部位に直角、あるいは、鋭角が生じないようにしている面である。「正極面取部」とは、実際に面取りを行うことで生じた面のみを示すものではなく、直角、あるいは、鋭角を底壁23と対向する部位に備える正極本体52を面取りしたと想定した面も含む。例えば、切断加工によって、正極上端面72、正極下端面73、各正極側端面74,75、及び、正極面取部76が同時に製造され、実際に面取りが行われていない正極本体52であっても正極下端面73と正極側端面74,75に対して斜めに交わる面が正極面取部76に該当する。
【0028】
図4に示すように、正極上端面72の長手方向(各正極側端面74,75が向かい合う方向)の寸法L21は、負極上端面62の長手方向(各負極側端面64,65の向かい合う方向)の寸法L11に比べて短い。正極下端面73の長手方向(各正極側端面74,75が向かい合う方向)の寸法L22は、負極下端面63の長手方向(各負極側端面64,65が向かい合う方向)の寸法L12に比べて短い。各正極側端面74,75の長手方向(正極上端面72と正極下端面73とが向かい合う方向)の寸法L23,L24は、各負極側端面64,65の長手方向(負極上端面62と負極下端面63とが向かい合う方向)の寸法L13,L14に比べて短い。
【0029】
図3に示すように、袋状セパレータ81は、セパレータとしての2つのセパレータ片82を備える。各セパレータ片82は同一形状である。セパレータ片82は、矩形状である。2つのセパレータ片82の周縁は、溶着などで接合されている。これにより、2つのセパレータ片82における接合された部分の内側に収納スペースが区画されている。袋状セパレータ81には、正極電極51が収納されている。正極タブ53の一部は、袋状セパレータ81から突出している。
【0030】
図4に示すように、袋状セパレータ81は、互いに平行であるセパレータ上端面83及びセパレータ下端面84と、互いに平行である一対のセパレータ側端面85とを備える。セパレータ上端面83の長手方向(セパレータ側端面85が向かい合う方向)の寸法L31とセパレータ下端面84の長手方向(セパレータ側端面85が向かい合う方向)の寸法L32とは同一である。各セパレータ側端面85の長手方向(セパレータ上端面83とセパレータ下端面84とが向かう合う方向)の寸法L33は同一である。セパレータ上端面83とセパレータ側端面85とが接続する角C1、及び、セパレータ下端面84とセパレータ側端面85とが接続する角C2は直角である。
【0031】
なお、袋状セパレータ81は、同一形状のセパレータ片82を溶着することで構成されているため、セパレータ上端面83、セパレータ下端面84、及び、各セパレータ側端面85は、各セパレータ片82の端面で連続することで構成されているものである。即ち、各セパレータ片82のそれぞれが、セパレータ上端面、セパレータ下端面、及び、各セパレータ側端面を備え、これらが連なることで袋状セパレータ81のセパレータ上端面83、セパレータ下端面84、及び、各セパレータ側端面85は、各セパレータ片82を構成していると捉えることもできる。
【0032】
厚みを除く袋状セパレータ81の外形寸法は、負極面取部66が設けられていないと仮定した場合の負極電極41の外形寸法以上であり、本実施形態では同一である。セパレータ上端面83の長手方向の寸法L31、及び、セパレータ下端面84の長手方向の寸法L32は、負極上端面62の長手方向の寸法L11と同一である。セパレータ側端面85の長手方向の寸法L33は、負極上端面62と負極下端面63との間隔L15と同一である。
【0033】
図3に示すように、正極電極51は、セパレータ上端面83と正極上端面72とが同一方向を向き、セパレータ下端面84と正極下端面73とが同一方向を向く状態で袋状セパレータ81に収納されている。
【0034】
図5及び
図6に示すように、電極組立体40は、負極電極41と、袋状セパレータ81に収納された正極電極51とを交互に積層することで構成されている。以下の説明において、「積層方向」とは、負極電極41と正極電極51の積層方向を示すものとする。
【0035】
袋状セパレータ81によって負極電極41と正極電極51とは絶縁されている。負極下端面63、正極下端面73、及び、セパレータ下端面84は同一方向を向いている。負極上端面62、正極上端面72、及び、セパレータ上端面83は同一方向を向いている。正極電極51と負極電極41の積層方向から見て、袋状セパレータ81の角C2は、負極面取部66よりも外方に突出している。
【0036】
負極本体42の外形寸法と袋状セパレータ81の外形寸法は、厚みを除いて同一であるため、積層方向から見て負極本体42と、袋状セパレータ81とは全体が対向する。積層方向から見て、負極本体42の外形は袋状セパレータ81の外形内に収まっているといえる。換言すれば、積層方向から見て、負極本体42は、袋状セパレータ81の領域内に投影される。
【0037】
電極組立体40の外面は、負極電極41、及び、袋状セパレータ81が連なることで構成される。負極電極41に負極面取部66を設けることで、電極組立体40は、全体として、負極面取部66が連なる面取部を備えることになる。負極上端面62とセパレータ上端面83とは積層方向に並び、負極下端面63とセパレータ下端面84とは積層方向に並ぶ。負極側端面64,65とセパレータ側端面85とは積層方向に並ぶ。
【0038】
図1及び
図2に示すように、電極組立体40は、負極下端面63、正極下端面73、及び、セパレータ下端面84が絶縁シート30を介して底壁23と向かい合うようにケース20に収容されている。負極下端面63は第1負極面となり、セパレータ下端面84は第1セパレータ面となる。正極下端面73は第1正極面となる。
【0039】
負極側端面64,65、及び、セパレータ側端面85は、絶縁シート30を介して第1側部26に向かい合っている。正極側端面74,75は、袋状セパレータ81及び絶縁シート30を介して第1側部26に向かい合っている。負極側端面64,65、セパレータ側端面85、及び、正極側端面74,75は、積層方向に延びている。負極側端面64,65は第2負極面となり、セパレータ側端面85は第2セパレータ面となる。正極側端面74,75は第2正極面となる。
【0040】
負極面取部66は、ケース隅部24に向かい合っている。袋状セパレータ81の角C2は、負極面取部66よりもケース20(ケース隅部24)の内面側に位置している。積層方向から見て、袋状セパレータ81の角C2は、負極面取部66と、ケース隅部24を覆う絶縁シート30との間に位置している。ここで、ケース隅部24の内面の半径R1は、負極面取部66の面取寸法L41に絶縁シート30の厚みTを加えた寸法よりも小さい。負極面取部66の面取寸法L41とは、負極下端面63の延長線と負極側端面64,65の延長線とが交わる角C11から負極下端面63(あるいは負極側端面64,65)までの寸法である。負極面取部66の面取寸法L41を上記のようにすることで、負極面取部66と絶縁シート30との間には隙間が維持されやすい。
【0041】
次に、二次電池10の作用について説明する。
二次電池10に衝撃や振動が加わると、負極下端面63から絶縁シート30に荷重が加わる。この際、負極下端面63と負極側端面64,65により直角や鋭角の角が形成されている場合、角と底壁23によって絶縁シート30が挟まれることで、絶縁シート30における角と接触する部位に荷重が集中しやすい。
【0042】
本実施形態では、負極下端面63と負極側端面64,65とを接続している負極面取部66を設けているため、負極下端面63と負極側端面64,65とで直角や鋭角の角が形成されていない。これにより、直角や鋭角の部位と、ケース20とで絶縁シート30が挟まれることが抑制されている。
【0043】
図7に示すように、積層方向から見て、袋状セパレータ81の角C2は、負極面取部66よりもケース20の内面側に突出している。袋状セパレータ81における負極面取部66よりもケース20の内面側に突出した部分は、積層方向に屈曲し、隣接する負極電極41の負極面取部66を覆うことになる。負極面取部66と絶縁シート30との間に袋状セパレータ81が介在することで、負極面取部66から絶縁シート30に力が加わる際には、袋状セパレータ81を介して絶縁シート30に力が加わることになる。袋状セパレータ81は、負極電極41に比べて軟らかく、袋状セパレータ81がクッションとして機能することになる。
【0044】
なお、二次電池10に衝撃や振動が加わった場合の二次電池10の作用について説明したが、二次電池10の充放電に伴う負極電極41の膨張によって負極電極41から絶縁シート30に荷重が加わる際にも同様の作用が生じる。
【0045】
したがって、上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)負極電極41は、負極面取部66を備える。ケース20内での電極組立体40の移動により負極面取部66が絶縁シート30に接したとしても、直角や鋭角の部位が絶縁シート30に接する場合に比べて荷重の集中が少ない。したがって、絶縁シート30が損傷することが抑制される。
【0046】
更に、袋状セパレータ81の一部が負極面取部66と絶縁シート30との間に介在するようにしている。負極面取部66から絶縁シート30に加わる力はセパレータ片82によって軽減されるため、絶縁シート30の損傷は更に抑制されている。したがって、ケース20と電極組立体40との絶縁が維持されやすく、ケース20と電極組立体40との短絡が抑制されている。
【0047】
(2)正極電極51は、正極面取部76を備える。負極電極41の場合と同様に、ケース20内での電極組立体40の移動に伴い、正極電極51の角により絶縁シート30が損傷することが抑制されている。また、正極面取部76を設けることで、負極電極41と正極電極51の容量比が維持されやすい。
【0048】
(3)絶縁シート30と負極面取部66との間の隙間が維持されやすいようにしている。このため、負極面取部66が絶縁シート30に接触することを抑制することができ、絶縁シート30の損傷を更に抑制することができる。
【0049】
なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ケース隅部24の内面の半径R1は、負極面取部66の面取寸法L41に絶縁シート30の厚みTを加えた寸法以上であってもよい。この場合であっても、直角や鋭角の部位が絶縁シート30に接する場合に比べると絶縁シート30が損傷しにくい。
【0050】
○正極電極51は、正極面取部76を備えていなくてもよい。即ち、正極下端面73と正極側端面74,75とは直角に交わっていてもよい。リチウムイオン電池においては、正極電極51の外形寸法は負極電極41の外形寸法よりも小さい。正極電極51は負極電極41に比べて絶縁シート30に接しにくいため、正極電極51が正極面取部76を備えていなくても、絶縁シート30の損傷を抑制することができる。
【0051】
○
図8に示すように、負極面取部66は、ケース隅部24の内面に向けて膨らむアール状であってもよい。この場合、面取寸法とは、負極面取部66の半径R2となる。ケース隅部24の内面の半径は、負極面取部66の半径に絶縁シート30の厚みTを加えた寸法よりも小さくてもよい。
【0052】
○負極電極41は、負極上端面62と負極側端面64,65との間に位置し負極上端面62と負極側端面64,65とを接続する面取部を備えていてもよい。また、正極電極51は、正極上端面72と正極側端面74,75との間に位置し正極上端面72と正極側端面74,75とを接続する面取部を備えていてもよい。
【0053】
○複数の負極電極41のうちの一部が負極面取部66を備えていなくてもよい。この場合であっても、全ての負極電極41が負極面取部66を備えていない場合に比べ、絶縁シート30の損傷を抑制することができる。
【0054】
○ケース20の形状は、電極組立体40を収容することができればどのような形状でもよい。
○ケース隅部24の内面は、アール状に限られず、直角状などでもよい。
【0055】
○負極金属箔44の一方の面にのみ負極活物質層45が設けられていてもよい。正極金属箔54の一方の面にのみ正極活物質層55が設けられていてもよい。
○負極本体42と正極本体52の外形寸法は同一でもよい。
【0056】
○セパレータ片82同士は溶着されていなくてもよい。
○蓄電装置は、キャパシタでもよい。