特開 2024-55266 蓄電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024055266

(43)【公開日】2024-04-18

(54)【発明の名称】蓄電装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20240411BHJP

   H01M 50/103 20210101ALI20240411BHJP

   H01M 50/184 20210101ALI20240411BHJP

   H01M 50/569 20210101ALI20240411BHJP

   H01M 50/548 20210101ALI20240411BHJP

【ＦＩ】

H01M10/04 Z

H01M50/103

H01M50/184 A

H01M50/569

H01M50/548 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022162052

(22)【出願日】2022-10-07

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【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】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中山 博之

(72)【発明者】

【氏名】岡本 夕紀

(72)【発明者】

【氏名】石黒 文彦

(72)【発明者】

【氏名】弘瀬 貴之

【テーマコード（参考）】

5H011

5H028

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H011AA03

5H011CC02

5H011DD14

5H011FF01

5H011GG01

5H011HH02

5H011JJ12

5H028AA07

5H028BB01

5H028CC05

5H028CC08

5H028CC11

5H028CC19

5H028HH05

5H043AA05

5H043BA11

5H043CA04

5H043DA01

5H043DA08

5H043DA20

5H043DA27

5H043HA11D

5H043JA13D

5H043KA36D

5H043KA45D

5H043LA02D

5H043LA21D

(57)【要約】

【課題】大型化を回避することが可能な蓄電装置を提供すること。
【解決手段】蓄電装置１は、複数のバイポーラ電極１１０と一対の最外集電体１３０とを含む電極積層体１００と、内部電圧検出端子３００と、ハウジング４００と、一対の外部電圧検出端子７００と、を備える。複数のバイポーラ電極１１０の各々は、集電体１１１と、正極活物質層１１２と、負極活物質層１１３と、を有する。内部電圧検出端子３００は、集電体１１１に電気的に接続されている。一対の外部電圧検出端子７００の各々は、内部電圧検出端子３００の厚みよりも大きな厚みを有する。ハウジング４００は、積層方向における一対の外部電圧検出端子７００間に位置する。積層方向におけるハウジング４００の寸法Ｔ１は、積層方向における一対の外部電圧検出端子７００間の長さＴ３以下である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに積層された複数のバイポーラ電極と、前記複数のバイポーラ電極の積層方向における前記複数のバイポーラ電極の外側に配置された一対の最外集電体と、を含む電極積層体と、
前記複数のバイポーラ電極の少なくとも１つに接続された内部電圧検出端子と、
前記内部電圧検出端子の少なくとも１つを保持するハウジングと、
前記一対の最外集電体の各々と電気的に接続された一対の外部電圧検出端子と、を備え、
前記複数のバイポーラ電極の各々は、
集電体と、
前記集電体の一方の面に設けられた正極活物質層と、
前記集電体の他方の面に設けられた負極活物質層と、を有し、
前記内部電圧検出端子は、前記バイポーラ電極に電気的に接続されており、
前記一対の外部電圧検出端子の各々は、前記少なくとも１つの内部電圧検出端子の厚みよりも大きな厚みを有し、
前記ハウジングは、前記積層方向における前記一対の外部電圧検出端子間に位置し、
前記積層方向における前記ハウジングの寸法は、前記積層方向における前記一対の外部電圧検出端子間の長さ以下である、蓄電装置。

【請求項2】

前記積層方向に互いに隣接する一対の前記集電体間に形成される内部空間を封止する封止部材をさらに備え、
前記封止部材は、前記一対の外部電圧検出端子間に位置しており、
前記積層方向における前記ハウジングの寸法は、前記積層方向における前記封止部材の長さ以下である、請求項１に記載の蓄電装置。

【請求項3】

前記積層方向における前記電極積層体の外側に配置された外部集電板と、
導電性を有し、前記最外集電体と前記外部集電板とを接続する第１接着部と、
導電性を有し、前記最外集電体と前記外部電圧検出端子とを接続する第２接着部と、をさらに備え、
前記外部電圧検出端子は、前記外部集電板から電気的に絶縁されている、請求項１又は２に記載の蓄電装置。

【請求項4】

前記外部電圧検出端子と前記外部集電板との間に設けられた絶縁部材をさらに備える、請求項３に記載の蓄電装置。

【請求項5】

前記外部電圧検出端子は、前記外部集電板から離間している、請求項３に記載の蓄電装置。

【請求項6】

前記積層方向における前記一対の外部電圧検出端子間の長さは、前記積層方向における前記一対の最外集電体間の長さ以下である、請求項３に記載の蓄電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、蓄電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０２０－６１２２１号公報には、複数の双極型電極と、各双極型電極における集電体に接続された電圧検出端子と、を備える双極型電池が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－６１２２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特開２０２０－６１２２１号公報に記載される双極型電池では、電圧検出端子がハウジングで保持される場合があり、この場合において積層方向における最外セルにも電圧検出端子が接続されると、積層方向におけるハウジングの長さが大型化する。そうすると、蓄電装置が全体として大型化する。

【0005】

本開示の目的は、大型化を回避することが可能な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】

本開示の一局面に従った蓄電装置は、互いに積層された複数のバイポーラ電極と、前記複数のバイポーラ電極の積層方向における前記複数のバイポーラ電極の外側に配置された一対の最外集電体と、を含む電極積層体と、前記複数のバイポーラ電極の少なくとも１つに接続された内部電圧検出端子と、前記内部電圧検出端子の少なくとも１つを保持するハウジングと、前記一対の最外集電体の各々と電気的に接続された一対の外部電圧検出端子と、を備え、前記複数のバイポーラ電極の各々は、集電体と、前記集電体の一方の面に設けられた正極活物質層と、前記集電体の他方の面に設けられた負極活物質層と、を有し、前記内部電圧検出端子は、前記バイポーラ電極に電気的に接続されており、前記一対の外部電圧検出端子の各々は、前記少なくとも１つの内部電圧検出端子の厚みよりも大きな厚みを有し、前記ハウジングは、前記積層方向における前記一対の外部電圧検出端子間に位置し、前記積層方向における前記ハウジングの寸法は、前記積層方向における前記一対の外部電圧検出端子間の長さ以下である。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、大型化を回避することが可能な蓄電装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の一実施形態における蓄電装置を概略的に示す断面図である。

【図2】蓄電装置における外部集電板、外部電圧検出端子及び絶縁部材の平面図である。

【図3】図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線での断面図である。

【図4】外部集電板及び外部電圧検出端子間の絶縁態様の変形例を概略的に示す平面図である。

【図5】図４におけるＶ－Ｖ線での断面図である。

【図6】外部集電板及び外部電圧検出端子間の絶縁態様の変形例を概略的に示す平面図である。

【図7】図６におけるＶＩＩ－ＶＩＩ線での断面図である。

【図8】外部集電板及び外部電圧検出端子間の絶縁態様の変形例を概略的に示す平面図である。

【図9】図８におけるＩＸ－ＩＸ線での断面図である。

【図10】外部集電板及び外部電圧検出端子間の絶縁態様の変形例を概略的に示す平面図である。

【図11】図１０におけるＸＩ－ＸＩ線での断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

【0010】

図１は、本開示の一実施形態における蓄電装置を概略的に示す断面図である。図１に示されるように、蓄電装置１は、電極積層体１００と、封止部材２００と、少なくとも１つの内部電圧検出端子３００と、ハウジング４００と、一対の外部集電板５００と、導電性接着材６００と、一対の外部電圧検出端子７００と、絶縁部材８００（図２を参照）と、を備えている。

【0011】

電極積層体１００は、複数のバイポーラ電極１１０と、複数のセパレータ１２０と、一対の最外集電体１３０と、を有している。

【0012】

複数のバイポーラ電極１１０は、互いに積層されている。各バイポーラ電極１１０は、集電体１１１と、正極活物質層１１２と、負極活物質層１１３と、を有している。

【0013】

集電体１１１は、例えば金属からなる。集電体１１１は、例えば矩形状に形成される。

【0014】

正極活物質層１１２は、集電体１１１の一方（図１における下側）の面に設けられている。

【0015】

負極活物質層１１３は、集電体１１１の他方（図１における上側）の面に設けられている。

【0016】

複数のバイポーラ電極１１０は、一のバイポーラ電極１１０における正極活物質層１１２と、前記一のバイポーラ電極１１０に隣接するバイポーラ電極１１０における負極活物質層１１３と、が互いに対向するように積層されている。

【0017】

セパレータ１２０は、正極活物質層１１２と負極活物質層１１３との間に配置されている。セパレータ１２０は、イオンを透過させる一方、正極活物質層１１２と負極活物質層１１３とが直接接触しないように両者を絶縁する機能を有している。セパレータ１２０の厚みは、正極活物質層１１２の厚み及び負極活物質層１１３の厚みよりも小さくてもよい。

【0018】

各最外集電体１３０は、複数のバイポーラ電極１１０の積層方向（図１における上下方向）における複数のバイポーラ電極１１０の外側に配置されている。一方の最外集電体１３０には、当該最外集電体１３０に隣接するバイポーラ電極１１０の負極活物質層１１３にセパレータ１２０を介して対向するように正極活物質層１１２のみが設けられており、他方の最外集電体１３０には、当該最外集電体１３０に隣接するバイポーラ電極１１０の正極活物質層１１２にセパレータ１２０を介して対向するように負極活物質層１１３のみが設けられている。

【0019】

積層方向に互いに隣接する一対の集電体１１１と、この一対の集電体１１１間に配置された正極活物質層１１２、セパレータ１２０及び負極活物質層１１３と、によって１つのセルが構成されている。すなわち、電極積層体１００は、互いに積層された複数のセルで構成されており、複数のセルのうち積層方向における最も外側に配置されたセルの外側の集電体が最外集電体１３０を構成している。

【0020】

複数のセルが積層されることで構成されるバイポーラ電池では、各バイポーラ電極１１０が互いに隣接するセルの正極と負極とを兼ねており、複数のセルが直列に接続されている。

【0021】

封止部材２００は、積層方向に互いに隣接する一対の集電体間に形成される内部空間を封止している。封止部材２００は、絶縁部材からなる。封止部材２００は、積層方向と直交する方向における集電体１１１、最外集電体１３０及びセパレータ１２０の各端部を保持している。本実施形態では、内部空間には、電解液が充填されている。ただし、電極積層体１００を構成する各セルは、固体電解質を有するいわゆる全固体電池で構成されてもよい。この場合、セパレータ１２０は省略される。

【0022】

内部電圧検出端子３００は、積層方向における一対の最外集電体１３０の内側に配置されたバイポーラ電極１１０に電気的に接続されている。具体的に、内部電圧検出端子３００は、集電体１１１に接続されており、封止部材２００の外部に引き出されている。本実施形態では、少なくとも１つの内部電圧検出端子３００は、集電体１１１の数と同数の内部電圧検出端子３００を含み、各内部電圧検出端子３００は、集電体１１１に接続されている。ただし、内部電圧検出端子３００の数は、集電体１１１の数よりも少なくてもよい。この場合、内部電圧検出端子３００は、積層方向に並ぶ所定数の集電体１１１に１つの割合で接続される。つまり、積層方向に並ぶ複数の集電体１１１のうち、内部電圧検出端子３００が接続されない集電体１１１が存在してもよい。内部電圧検出端子３００は、例えば、積層方向と直交する方向に封止部材２００から突出している。内部電圧検出端子３００の厚みは、０．０５ｍｍ～０．１ｍｍ程度である。内部電圧検出端子３００は、検出回路（図示略）に接続される。内部電圧検出端子３００が隣り合う集電体１１１間では、内部電圧検出端子３００は、積層方向と直交する方向にずれて配置される。

【0023】

ハウジング４００は、内部電圧検出端子３００を保持している。ハウジング４００は、絶縁材料からなる。ハウジング４００は、積層方向と直交する方向における封止部材２００の外側面に固定されている。ハウジング４００の大きさは、内部電圧検出端子３００を保持する程度に設定されている。図１に示されるように、積層方向におけるハウジング４００の寸法Ｔ１は、積層方向における封止部材２００の長さＴ２以下に設定されることが好ましい。ただし、積層方向におけるハウジング４００の寸法Ｔ１は、積層方向における一対の外部電圧検出端子７００の外表面間の長さＴ３以下に設定されてもよい。

【0024】

各外部集電板５００は、積層方向における電極積層体１００の外側に配置されている。より詳細には、各外部集電板５００は、積層方向における最外集電体１３０の外側に配置されている。図２に示されるように、各外部集電板５００は、例えば矩形状に形成されている。各外部集電板５００の厚みは、０．５ｍｍ～３ｍｍ程度に設定されている。

【0025】

導電性接着材６００は、積層方向における最外集電体１３０の外表面に設けられている。

【0026】

各外部電圧検出端子７００は、最外集電体１３０と電気的に接続されている。より詳細には、図１及び図３に示されるように、各外部電圧検出端子７００は、導電性接着材６００を介して最外集電体１３０に電気的に接続されている。すなわち、導電性接着材６００は、導電性を有し、最外集電体１３０と外部集電板５００とを接続する第１接着部６１０と、導電性を有し、最外集電体１３０と外部電圧検出端子７００とを接続する第２接着部６２０と、を有している。各外部電圧検出端子７００は、検出回路（図示略）に接続される。

【0027】

各外部電圧検出端子７００の厚みは、各外部集電板５００の厚みと等しくてもよいし、異なっていてもよい。各外部電圧検出端子７００の厚みは、当該外部電圧検出端子７００が自重で撓まない程度の剛性が確保される厚さであればよく、例えば、０．５ｍｍ～３ｍｍ程度である。外部電圧検出端子７００の厚みは、例えば、外部集電板５００の厚み以下に設定される。積層方向における各外部電圧検出端子７００の外表面は、積層方向における各外部集電板５００の外表面と面一に形成されていてもよい。このようにすれば、前記長さＴ３が、積層方向における一対の外部集電板５００の外表面間の長さよりも大きくなることが回避される。

【0028】

各外部電圧検出端子７００は、封止部材２００から内部電圧検出端子３００が突出する方向（図１及び図２における右方向）と同方向に外部集電板５００から突出している。図２に示されるように、外部集電板５００から外部電圧検出端子７００が突出する方向と積層方向との双方と直交する方向（図２における上下方向）における外部電圧検出端子７００の幅は、同方向における外部集電板５００の幅よりも小さい。

【0029】

各外部電圧検出端子７００は、積層方向における封止部材２００の外側に位置している。各外部電圧検出端子７００は、積層方向におけるハウジング４００の外側に位置している。

【0030】

絶縁部材８００は、外部電圧検出端子７００と外部集電板５００との間に設けられている。絶縁部材８００は、外部集電板５００及び外部電圧検出端子７００間を絶縁している。絶縁部材８００は、インサート成形や絶縁性を有する接着材の塗布等によって形成される。なお、図２において、絶縁部材８００に斜線が施されている。

【0031】

図３において矢印ＡＲ１で示されるように、第１接着部６１０を介して電極積層体１００から外部集電板５００に向けて大きな電流が流れ、一方、外部電圧検出端子７００による最外集電体１３０の電圧の検出は、外部電圧検出端子７００及び最外集電体１３０間に介在する第２接着部６２０によって可能となる。なお、外部集電板５００から外部電圧検出端子７００への通電は、絶縁部材８００によって遮断される。

【0032】

以上に説明したように、本実施形態における蓄電装置１では、各外部電圧検出端子７００の厚みが内部電圧検出端子３００の厚みよりも大きいことにより、外部電圧検出端子７００は内部電圧検出端子３００と比較して自重による撓みが抑制されるため、ハウジングによる外部電圧検出端子７００の保持を不要とすることができ、さらに、積層方向におけるハウジング４００の寸法Ｔ１が積層方向における一対の外部電圧検出端子７００間の長さＴ３以下であるため、蓄電装置１の大型化が回避される。

【0033】

また、蓄電装置が、積層された複数のセルとハウジング４００とを含む蓄電モジュールが複数個積層されることで構成される場合、隣り合う蓄電モジュール同士が接触しないように、積層方向に並ぶ蓄電モジュール間には所定の間隔が設けられる。このため、積層方向におけるハウジング４００の寸法Ｔ１が積層方向における一対の外部電圧検出端子７００間の長さＴ３よりも大きい場合、隣り合う蓄電モジュール間に設けられる外部集電板５００の厚みが増大するものの、本実施形態における蓄電装置１では、積層方向におけるハウジング４００の寸法Ｔ１が積層方向における一対の外部電圧検出端子７００間の長さＴ３以下であるため、外部集電板５００の厚みの増大が回避され、蓄電装置全体の大型化が回避される。

【0034】

上記実施形態において、図４及び図５に示されるように、絶縁部材８００は、外部集電板５００と外部電圧検出端子７００の基端部７１０との間に設けられてもよい。

【0035】

図６及び図７に示されるように、絶縁部材８００は、外部集電板５００のうち外部電圧検出端子７００が接続されている側（図６における右側）の端部と外部電圧検出端子７００との間に設けられてもよい。

【0036】

図８及び図９に示されるように、導電性接着材６００の厚みが外部電圧検出端子７００の厚みよりも大きく形成される場合、外部電圧検出端子７００の基端部７１０は、絶縁部材８００を介して、導電性接着材６００に埋め込まれてもよい。すなわち、絶縁部材８００は、基端部７１０の端面を被覆する被覆部８１０と、外部集電板５００と基端部７１０との間に介在する介在部８２０と、を有していてもよい。

【0037】

図１０及び図１１に示されるように、外部電圧検出端子７００は、外部集電板５００から離間していてもよい。すなわち、外部集電板５００及び外部電圧検出端子７００間は、空間で絶縁されていてもよい。この場合、絶縁部材８００が省略される。また、この場合、一対の外部電圧検出端子７００の外表面間の長さは、一対の外部集電板５００の外表面間の長さ以下に設定される。

【0038】

上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

【0039】

［態様１］
互いに積層された複数のバイポーラ電極と、前記複数のバイポーラ電極の積層方向における前記複数のバイポーラ電極の外側に配置された一対の最外集電体と、を含む電極積層体と、
前記複数のバイポーラ電極の少なくとも１つに接続された内部電圧検出端子と、
前記内部電圧検出端子の少なくとも１つを保持するハウジングと、
前記一対の最外集電体の各々と電気的に接続された一対の外部電圧検出端子と、を備え、
前記複数のバイポーラ電極の各々は、
集電体と、
前記集電体の一方の面に設けられた正極活物質層と、
前記集電体の他方の面に設けられた負極活物質層と、を有し、
前記少なくとも１つの内部電圧検出端子は、前記バイポーラ電極に電気的に接続されており、
前記一対の外部電圧検出端子の各々は、前記少なくとも１つの内部電圧検出端子の厚みよりも大きな厚みを有し、
前記ハウジングは、前記積層方向における前記一対の外部電圧検出端子間に位置し、
前記積層方向における前記ハウジングの寸法は、前記積層方向における前記一対の外部電圧検出端子間の長さ以下である、蓄電装置。

【0040】

この蓄電装置では、各外部電圧検出端子の厚みが内部電圧検出端子の厚みよりも大きいため、ハウジングによる外部電圧検出端子の保持が不要となり、また、積層方向におけるハウジングの寸法が積層方向における一対の外部電圧検出端子間の長さ以下であるため、蓄電装置の大型化が回避される。

【0041】

［態様２］
前記積層方向に互いに隣接する一対の前記集電体間に形成される内部空間を封止する封止部材をさらに備え、
前記封止部材は、前記一対の外部電圧検出端子間に位置しており、
前記積層方向における前記ハウジングの寸法は、前記積層方向における前記封止部材の長さ以下である、態様１に記載の蓄電装置。

【0042】

この態様では、ハウジングによる内部電圧検出端子の保持と蓄電装置の大型化の回避との双方がより確実に達成される。

【0043】

［態様３］
前記積層方向における前記電極積層体の外側に配置された外部集電板と、
導電性を有し、前記最外集電体と前記外部集電板とを接続する第１接着部と、
導電性を有し、前記最外集電体と前記外部電圧検出端子とを接続する第２接着部と、をさらに備え、
前記外部電圧検出端子は、前記外部集電板から電気的に絶縁されている、態様１又は２に記載の蓄電装置。

【0044】

この態様では、外部電圧検出端子が外部集電板から電気的に絶縁されているため、第１接着部を通じて電極積層体から外部集電板に向かって流れた比較的大きな電流が外部集電板から外部電圧検出端子に向かって流れる場合に比べ、第１接着部の抵抗により生じる電圧降下によって外部電圧検出端子に接続される検出回路において測定される電圧の精度が低下することが抑制される。

【0045】

［態様４］
前記外部電圧検出端子と前記外部集電板との間に設けられた絶縁部材をさらに備える、態様３に記載の蓄電装置。

【0046】

［態様５］
前記外部電圧検出端子は、前記外部集電板から離間している、態様３に記載の蓄電装置。

【0047】

［態様６］
前記積層方向における前記一対の外部電圧検出端子間の長さは、前記積層方向における前記一対の最外集電体間の長さ以下である、態様３から５のいずれかに記載の蓄電装置。

【0048】

この態様では、全ての検出端子がハウジングで保持される場合に比べ、積層方向において蓄電装置が小型化される。

【0049】

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【符号の説明】

【0050】

１ 蓄電装置、１００ 電極積層体、１１０ バイポーラ電極、１１１ 集電体、１１２ 正極活物質層、１１３ 負極活物質層、１２０ セパレータ、１３０ 最外集電体、２００ 封止部材、３００ 内部電圧検出端子、４００ ハウジング、５００ 外部集電板、６００ 導電性接着材、６１０ 第１接着部、６２０ 第２接着部、７００ 外部電圧検出端子、８００ 絶縁部材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】