JP5742869B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、正極電極、負極電極、及びセパレータを一体に保持する保持テープを備える蓄電装置に関する。

ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＰＨＶ（Ｐｌｕｇ ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの車両には、走行用モータへの供給電力を蓄える蓄電装置としての二次電池が搭載されている。二次電池は、例えば両面に活物質層が形成された正極電極及び両面に活物質層が形成された負極電極がセパレータを間に挟んだ状態で積層された電極組立体を備えるとともに、電極組立体はケース内に収容されている。二次電池のケースには耐久性に優れるアルミニウム製等の金属製ケースが多用されている。このようなケースでは、製造上、内底面の各辺にアール部の発生が避けられない。このため、二次電池では、ケースのアール部を避けるような電極組立体の形状が提案されており、例えば特許文献１には、電極組立体を構成する正極電極及び負極電極において、それらのコーナ部を、面取りコーナ部とした構成が記載されている。

特開２００２−３４３３５０号公報

二次電池において、金属製のケースを用いると、電極組立体とケースとを絶縁する必要がある。このため、例えば、電極組立体とケースとの間に絶縁フィルムを配置する。コーナ部を面取り形状とした正極電極及び負極電極を用いた電極組立体は、電極組立体の底面が、ケースの内底面に支持されている。しかし、二次電池が振動、又は傾斜すると、電極組立体において、底面と面取りコーナ部との境界部に応力集中が生じて、絶縁フィルムが損傷を受ける虞がある。

本発明は、コーナ部に面取り部を有する電極組立体においても、絶縁を損うことを防止することができる蓄電装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の蓄電装置は、複数の正極電極と負極電極を両者の間を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、前記電極組立体を収容するケースと、前記電極組立体と前記ケースとの間に配置される絶縁層と、前記正極電極、前記負極電極、及び前記セパレータを一体に保持する保持テープを備える蓄電装置であって、前記電極組立体は、前記ケースの内底面に支持される底面を有するとともに、該底面に繋がる面のうち前記電極組立体の積層方向の両端面を除く２つの側面を有し、前記底面と前記側面で形成される前記電極組立体の２つのコーナ部に、それぞれ面取り部を有するとともに前記面取り部と前記底面の境界部を備え、前記底面に沿って前記積層方向に直交する方向を前記電極組立体の幅方向とすると、前記保持テープは、前記幅方向における前記側面よりも前記電極組立体の内側で前記境界部を前記底面側から覆っていることを要旨とする。

これによれば、電極組立体が面取り部を備えるため、例えば、コーナ部が面取りされず角張っている場合と比べると、電極組立体のコーナ部がケースの内面に接触しにくくなり、損傷を受け難くなる。そして、電極組立体がコーナ部に面取り部を有することで、電極組立体には、面取り部と底面との境界部が形成されている。境界部は、底面と面取り部との間で形状が不連続となる部位であるため、蓄電装置が振動等したときに、境界部には応力集中が発生しやすい。しかし、境界部が保持テープによって覆われているため、応力集中した境界部が絶縁層を損傷させることを防止でき、絶縁を損なうことを防止することができる。

また、例えば、保持テープが電極組立体の側面から飛び出していると、保持テープがケースの内面に接触しないようにするため、保持テープの飛び出した分、電極組立体の幅方向への大きさが小さくなってしまう。しかし、保持テープは、電極組立体の側面よりも内側に位置しており、電極組立体の側面から飛び出していないため、保持テープを用いても、電極組立体の幅方向の大きさが小さくなることがない。

また、蓄電装置において、前記面取り部と前記底面との境界部は角張っている。
これによれば、境界部が角張っているため、より応力集中しやすいが、保持テープで覆うことで、境界部が絶縁層を損傷させることを防止できる。

また、蓄電装置において、前記絶縁層は、前記電極組立体の底面と、前記ケースの内底面との間に介在して前記電極組立体と前記ケースとを絶縁する絶縁フィルムである。
これによれば、蓄電装置が振動等し、境界部に応力集中が発生したとき、境界部によって絶縁フィルムが損傷を受けることを防止できる。

また、前記蓄電装置は二次電池である。

本発明によれば、コーナ部に面取り部を有する電極組立体においても、絶縁を損うことを防止することができる。

実施形態の二次電池を示す部分破断斜視図。 電極組立体の構成要素を示す分解斜視図。 電極組立体及び保持テープを示す斜視図。 電極組立体及び保持テープを示す正面図。 ケースの内底面側を示す拡大断面図。

以下、蓄電装置を二次電池に具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１及び図５に示すように、二次電池１０はリチウムイオン二次電池であり、その外郭を構成する金属製のケース１１を備えている。ケース１１は、一面に開口部１２ａを備える有底直方体状の容器１２と、開口部１２ａを塞ぐ蓋１３とを備えている。容器１２は、長方形状の底板１２ｂと、底板１２ｂの対向する一対の短側縁から立設された短側壁１２ｃと、底板１２ｂの対向する一対の長側縁から立設された長側壁１２ｄとを備える。容器１２の内面において、両短側壁１２ｃの底板１２ｂ側は、開口部１２ａに向かって円弧状に広がるアール部Ｒとなっている。ケース１１には、充放電要素としての電極組立体１４及び電解質としての電解液（図示略）が収容されている。電極組立体１４は、容器１２の内部空間が直方体形状であることに対応させて、全体として直方体形状である。

図２に示すように、電極組立体１４は、矩形シート状の正極電極２１、及び矩形シート状の負極電極２２と、電気伝導に係るイオン（リチウムイオン）が通過可能な多孔質膜で形成されたセパレータ２３とを備えている。

正極電極２１は、矩形状の正極用金属箔（本実施形態ではアルミニウム箔）２１ａと、その正極用金属箔２１ａの両面（表面）に設けられた矩形状の正極活物質層２１ｂと、を有する。正極電極２１は、その外周縁に沿って、正極用の活物質の設けられていない正極未塗工部を有する。そして、正極未塗工部の第１の辺（上辺）２１ｃの一部には、正極集電タブ４１が突出する状態に設けられている。

正極電極２１において、正極集電タブ４１が設けられた第１の辺２１ｃの対辺を第２の辺２１ｅとし、第１の辺２１ｃと第２の辺２１ｅを繋ぐ一対の辺を第３の辺２１ｆとする。正極電極２１は、第２の辺２１ｅと、第３の辺２１ｆとの間に形成されるコーナ部に、正極面取り部２１ｇを備える。正極面取り部２１ｇと、第２の辺２１ｅとの境界部は角張っている。

負極電極２２は、矩形状の負極用金属箔（本実施形態では銅箔）２２ａと、その負極用金属箔２２ａの両面（表面）に設けられた矩形状の負極活物質層２２ｂと、を有する。負極電極２２は、その外周縁に沿って、負極用の活物質の設けられていない負極未塗工部を有する。そして、負極電極２２において、負極未塗工部の第１の辺（上辺）２２ｃ一部には、負極集電タブ４２が突出する状態に設けられている。負極活物質層２２ｂは、正極活物質層２１ｂ全体を覆うことが可能となるように、正極活物質層２１ｂよりも大きく形成されている。

負極電極２２において、負極集電タブ４２の第１の辺（上辺）２２ｃの対辺を第２の辺２２ｅとし、第１の辺２２ｃと第２の辺２２ｅを繋ぐ一対の辺を第３の辺２２ｆとする。負極電極２２は、第２の辺２２ｅと、第３の辺２２ｆとの間に形成されるコーナ部に、負極面取り部２２ｇを備える。負極面取り部２２ｇと、第２の辺２２ｅとの境界部は角張っている。

セパレータ２３において、正極集電タブ４１及び負極集電タブ４２側に配置される辺を、第１の辺２３ｃとし、第１の辺２３ｃの対辺を第２の辺２３ｅとする。また、セパレータ２３において、第１の辺２３ｃと第２の辺２３ｅを繋ぐ一対の辺を第３の辺２３ｆとする。セパレータ２３は、第２の辺２３ｅと、第３の辺２３ｆとの間に形成されるコーナ部に、セパレータ面取り部２３ｇを備える。セパレータ面取り部２３ｇと、第２の辺２３ｅとの境界部は角張っている。

負極用金属箔２２ａ及び正極用金属箔２１ａは、各タブ４１，４２を除き、セパレータ２３と同じ大きさに形成されている。しかしながら、負極活物質層２２ｂの隣り合う２辺の各辺の長さ（長手方向の長さ及び短手方向の長さ）は、正極活物質層２１ｂの隣り合う２辺の各辺の長さ（長手方向の長さ及び短手方向の長さ）よりも長く設定されている。そして、セパレータ２３の隣り合う２辺の各辺の長さ（長手方向の長さ及び短手方向の長さ）は、負極活物質層２２ｂの隣り合う２辺の各辺の長さよりも長く設定されている。つまり、負極活物質層２２ｂは、正極活物質層２１ｂの面を覆うことが可能な大きさに設定さており、セパレータ２３は、負極活物質層２２ｂの面及び正極活物質層２１ｂの面の双方を覆うことが可能な大きさに形成されている。

図３及び図４に示すように、正極電極２１と、負極電極２２と、セパレータ２３は、正極集電タブ４１が積層方向に沿って列状に配置され、且つ正極集電タブ４１と重ならない位置にて負極集電タブ４２が積層方向に沿って列状に配置されるように積層される。そして、電極組立体１４は、各第１の辺２１ｃ，２２ｃ，２３ｃが寄せ集められて形成されたタブ側端面３６を備え、このタブ側端面３６では、各正極集電タブ４１及び各負極集電タブ４２は、電極組立体１４における積層方向の一端から他端までの範囲内で集められた（束ねられた）状態で折り曲げられている。各正極集電タブ４１が重なっている箇所を溶接することによって各正極集電タブ４１が電気的に接続されるとともに、正極集電タブ４１に正極導電部材６１が接続されている。正極導電部材６１には、電極組立体１４から電気を取り出すための正極端子５１が接続されている。

同様に、各負極集電タブ４２が重なっている箇所を溶接することによって各負極集電タブ４２が電気的に接続されるとともに、負極集電タブ４２に負極導電部材６２が接続されている。負極導電部材６２には、電極組立体１４から電気を取り出すための負極端子５２が接続されている。

また、電極組立体１４は、各第２の辺２１ｅ，２２ｅ，２３ｅが寄せ集められた底面３７を備え、底面３７はタブ側端面３６の反対側に位置している。さらに、電極組立体１４は、各第３の辺２１ｆ，２２ｆ，２３ｆを寄せ集めた一対の側面３８を備える。一対の側面３８は、電極組立体１４において、底面３７に繋がる面のうち、積層方向の両端面４４を除く２つの面である。

また、電極組立体１４は、正極面取り部２１ｇ、負極面取り部２２ｇ、及びセパレータ面取り部２３ｇを寄せ集めた面取り部３９を備え、この面取り部３９は、底面３７と各側面３８とで形成されるコーナ部に設けられている。電極組立体１４の両端面４４に直交する方向から電極組立体１４を見て、面取り部３９は、電極組立体１４の積層方向に沿って平坦面である。また、面取り部３９と底面３７との間に形成されるコーナ部は角張っている。電極組立体１４の両端面４４に直交する方向から電極組立体１４を見て、面取り部３９と底面３７との境界部４０は積層方向に直線状に延びている。

電極組立体１４の底面３７側には、第１の保持テープ４５が各境界部４０を覆うように底面３７側から接合され、各第１の保持テープ４５はＵ字型に成形されている。電極組立体１４において、底面３７に沿って積層方向に直交する方向を幅方向とすると、２つの第１の保持テープ４５は、電極組立体１４の幅方向に離間している。また、第１の保持テープ４５は、電極組立体１４の幅方向に沿って、各側面３８よりも電極組立体１４の内側で、面取り部３９、境界部４０、及び底面３７の一部を底面３７側から覆っている。

図５に示すように、電極組立体１４の幅方向に沿った境界部４０と側面３８との距離をＬとする。このとき、第１の保持テープ４５において、電極組立体１４の側面３８側の端縁４５ａは、境界部４０と側面３８との距離Ｌの中間位置よりも側面３８側に位置している。

図３及び図４に示すように、電極組立体１４のタブ側端面３６側には、第２の保持テープ４６がタブ側端面３６を覆うように接合され、各第２の保持テープ４６は逆Ｕ字型に成形されている。さらに、電極組立体１４の各側面３８側には、第３の保持テープ４７が各側面３８を覆うように接合されている。

そして、第１〜第３の保持テープ４５，４６，４７によって、正極電極２１、負極電極２２、及びセパレータ２３が積層方向、幅方向、及び端面４４に沿った全方位への移動が規制された状態で一体に保持されている。また、第１〜第３の保持テープ４５，４６，４７はポリプロピレン（ＰＰ）やポリフィニレンサルファイド（ＰＰＳ）製の基材の一面に粘着層が設けられたものであり、破れにくい材質のものが使用される。

図１及び図５に示すように、電極組立体１４とケース１１とは、絶縁層としての絶縁フィルム７０によって絶縁されている。絶縁フィルム７０は、有底箱状である。絶縁フィルム７０は、電極組立体１４の底面３７と、容器１２の内底面（底板１２ｂ）との間を絶縁する底側被覆部７０ａを備える。また、絶縁フィルム７０は、電極組立体１４の各側面３８と、容器１２の短側壁１２ｃとの間を被覆する第２被覆部７０ｂを備える。さらに、絶縁フィルム７０は、電極組立体１４の各端面４４と、容器１２の長側壁１２ｄとの間を被覆する第３被覆部７０ｃを備える。

図５に示すように、電極組立体１４は、底面３７が両アール部Ｒ上に載らないように容器１２内に収容されており、電極組立体１４は、絶縁フィルム７０の底側被覆部７０ａを介して容器１２の内底面（底板１２ｂ）上に支持されている。絶縁フィルム７０は、底側被覆部７０ａにおける第２被覆部７０ｂ側がアール部Ｒに倣って変形しているとともに、第１の保持テープ４５も各アール部Ｒに倣って変形している。また、第１の保持テープ４５は、底側被覆部７０ａと底板１２ｂとの間に介在し、第２の保持テープ４６は、第２被覆部７０ｂと短側壁１２ｃとの間に介在している。

次に、二次電池１０の作用を記載する。
電極組立体１４の境界部４０は、第１の保持テープ４５によって覆われている。このため、二次電池１０が振動等して、電極組立体１４がケース１１内で振動して境界部４０に応力集中が発生しても、第１の保持テープ４５が、境界部４０より絶縁フィルム７０に加わる力の集中を緩和する。

また、第１の保持テープ４５は、電極組立体１４の両側面３８から電極組立体１４外に飛び出していない。このため、第１の保持テープ４５を電極組立体１４に接合して境界部４０を保護しても、電極組立体１４の外形が大きくなることはない。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）コーナ部に面取り部３９を備える電極組立体１４において、その面取り部３９と底面３７との境界部４０を第１の保持テープ４５で覆った。このため、境界部４０に応力集中が発生しても、第１の保持テープ４５が絶縁フィルム７０に加わる力の集中を緩和し、絶縁フィルム７０の損傷を抑制する。これにより、電極組立体１４とケース１１との絶縁が維持される。

（２）第１の保持テープ４５は、電極組立体１４の幅方向において、両側面３８よりも電極組立体１４の内側に位置しており、第１の保持テープ４５は、電極組立体１４の両側面３８から飛び出していない。このため、境界部４０を第１の保持テープ４５により保護しながらも、第１の保持テープ４５によって電極組立体１４の幅方向の大きさが大きくなることがない。

（３）第１の保持テープ４５によって、面取り部３９と底面３７の境界部４０を覆った。第１の保持テープ４５は、正極電極２１、負極電極２２、及びセパレータ２３を保持するために電極組立体１４に接合されるテープである。この第１の保持テープ４５を、境界部４０を覆うために利用したため、電極組立体１４の部品点数を増やすことなく、境界部４０を覆うことができる。

（４）底面３７と面取り部３９の境界部４０は、角張っている。このような面取り部３９は、境界部４０が円弧状に形成されている場合と比較し、形状について精度の良い製造が容易であるが、境界部４０にはより応力が集中する。このような境界部４０を第１の保持テープ４５で覆ったため、境界部４０が底板１２ｂに損傷を与えることを確実に防止できる。

（５）容器１２の内底面は、両短側壁１２ｃ側にアール部Ｒを備える。電極組立体１４は、アール部Ｒに底面３７が載らずに面取り部３９が対応する状態で収容されている。このとき、第１の保持テープ４５は、アール部Ｒに倣って変形するため、第１の保持テープ４５によって面取り部３９をアール部Ｒから保護することができる。

（６）第１の保持テープ４５の端縁４５ａは、電極組立体１４の幅方向に沿った境界部４０と側面３８との距離Ｌの中間位置よりも側面３８側に位置している。このため、境界部４０を確実に第１の保持テープ４５で覆うことができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 面取り部３９は、底面３７から側面３８に向かって円弧状や弧状に湾曲する形状であってもよい。

○ 第１の保持テープ４５以外の第２の保持テープ４６及び第３の保持テープ４７は無くてもよい。
○ 第１の保持テープ４５の端縁４５ａは、電極組立体１４の幅方向に沿った境界部４０と側面３８との距離Ｌの中間位置よりも底面３７側に位置していてもよい。

○ 第１の保持テープ４５は、端縁４５ａが境界部４０上に位置するように電極組立体１４に接合されていてもよい。
○ 電極組立体１４とケース１１との絶縁は、絶縁フィルム７０に限定されない。例えば、ケース１１の内側面に、蓋１３との溶接部を避けて、絶縁性の樹脂でコーティングしてもよく、電極組立体１４とケース１１との間に絶縁層が形成されていればよい。

○ 二次電池１０はリチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、ニッケル水素等の他の二次電池であってもよい。
○ 蓄電装置は、二次電池１０に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタであってもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）前記保持テープは前記面取り部を前記底面側から覆っている蓄電装置。

１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１４…電極組立体、２１…正極電極、２２…負極電極、２３…セパレータ、３７…底面、３８…側面、３９…面取り部、４０…境界部、４４…端面、４５…第１の保持テープ、７０…絶縁層としての絶縁フィルム。

Claims (4)

1. 複数の正極電極と負極電極を両者の間を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、
   前記電極組立体を収容するケースと、
   前記電極組立体と前記ケースとの間に配置される絶縁層と、
   前記正極電極、前記負極電極、及び前記セパレータを一体に保持する保持テープを備える蓄電装置であって、
   前記電極組立体は、前記ケースの内底面に支持される底面を有するとともに、該底面に繋がる面のうち前記電極組立体の積層方向の両端面を除く２つの側面を有し、
   前記底面と前記側面で形成される前記電極組立体の２つのコーナ部に、それぞれ面取り部を有するとともに前記面取り部と前記底面の境界部を備え、
   前記底面に沿って前記積層方向に直交する方向を前記電極組立体の幅方向とすると、
   前記保持テープは、前記幅方向における前記側面よりも前記電極組立体の内側で前記境界部を前記底面側から覆っていることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記面取り部と前記底面との境界部は角張っている請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記絶縁層は、前記電極組立体の底面と、前記ケースの内底面との間に介在して前記電極組立体と前記ケースとを絶縁する絶縁フィルムである請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記蓄電装置は二次電池である請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。