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公開番号2021106127
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210726
出願番号2019237198
出願日20191226
発明の名称蓄電装置
出願人株式会社豊田自動織機
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 10/04 20060101AFI20210625BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】集電体上に複数の活物質部材を配置した場合であっても、容量低下を抑制可能な蓄電装置を提供する。
【解決手段】蓄電装置は、第1主面を有する第1集電体、及び複数の第1活物質部材を有する第1電極と、第2主面を有する第2集電体、及び複数の第2活物質部材を有する第2電極と、第1方向において互いに重なる第1電極及び第2電極の間の空間を封止する封止体と、第1主面上に配置される第1規制部材と、を備える。第1活物質部材のそれぞれは、第1方向において第2活物質部材のいずれかにセパレータを介して重なり、第1活物質部材の第2方向における寸法は、第2活物質部材の第2方向における寸法よりも小さく、複数の第2活物質部材のそれぞれに含まれる第2方向における一対の端部は、第1方向において複数の第1規制部材のいずれかに重なる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
第1主面を有する第1集電体、及び前記第1主面上において並んで配置される複数の第1活物質部材を有する第1電極と、
第2主面を有する第2集電体、及び前記第2主面上において並んで配置される複数の第2活物質部材を有し、前記第1電極とは異なる極性の第2電極と、
第1方向において互いに重なる前記第1電極及び前記第2電極の間の空間を封止する封止体と、
前記第1主面上に配置され、前記第1方向に交差する第2方向における前記複数の第1活物質部材の移動を規制する複数の第1規制部材と、を備え、
前記第1活物質部材のそれぞれは、前記第1方向において前記第2活物質部材のいずれかにセパレータを介して重なり、
前記第1活物質部材の前記第2方向における寸法は、前記第2活物質部材の前記第2方向における寸法よりも小さく、
前記複数の第2活物質部材のそれぞれに含まれる前記第2方向における一対の端部は、前記第1方向において前記複数の第1規制部材のいずれかに重なる、
蓄電装置。
続きを表示(約 690 文字)【請求項2】
前記第1規制部材の前記第1方向における寸法は、前記第1活物質部材の前記第1方向における寸法よりも小さい、
請求項1に記載の蓄電装置。
【請求項3】
前記第1規制部材は、ポリプロピレン、ポリエチレン、及び不織布のうちのいずれか一つを含む、
請求項1又は2に記載の蓄電装置。
【請求項4】
前記第1規制部材は、多孔質体である、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項5】
前記複数の第2活物質部材に含まれ、前記第2方向に隣り合う2つの前記第2活物質部材は、互いに接触している、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項6】
前記封止体と前記第2活物質部材との間に配置された第2規制部材をさらに備える、
請求項5に記載の蓄電装置。
【請求項7】
前記複数の第1活物質部材のそれぞれは、第1分割箔と、前記第1方向において前記第1分割箔上に設けられた第1活物質層と、を含み、
前記複数の第2活物質部材のそれぞれは、第2分割箔と、前記第1方向において前記第2分割箔上に設けられた第2活物質層と、を含み、
前記第1分割箔は前記第1主面に接しており、前記第2分割箔は前記第2主面に接している、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項8】
前記第1規制部材の前記第1方向における寸法は、前記第1活物質層の前記第1方向における寸法よりも大きい、
請求項7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。
続きを表示(約 6,800 文字)【背景技術】
【0002】
蓄電装置として、リチウムイオン電池等の二次電池が知られている。特許文献1には、正極用導電性芯体に正極活物質層が設けられた正極板と、負極用導電性芯体に負極活物質層が設けられた負極板とが、セパレータを介して複数積層されて構成された積層電極体を備えるリチウムイオン電池が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2013−48054号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
例えば、車両等への搭載性を考慮し、蓄電装置の高さを抑えつつ、容量を増加させることが求められる場合がある。その一環として、長尺の金属箔上に、複数の活物質部材を配置することが挙げられる。この場合、正極活物質部材が負極活物質部材に重ならない箇所が生じやすくなる。このような箇所が生じると、蓄電装置の容量を低下させる要因となり得る。
【0005】
本発明の一側面は、集電体上に複数の活物質部材を配置した場合であっても、容量低下を抑制可能な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】
【0006】
本発明の一側面に係る蓄電装置は、第1主面を有する第1集電体、及び第1主面上において並んで配置される複数の第1活物質部材を有する第1電極と、第2主面を有する第2集電体、及び第2主面上において並んで配置される複数の第2活物質部材を有し、第1電極とは異なる極性の第2電極と、第1方向において互いに重なる第1電極及び第2電極の間の空間を封止する封止体と、第1主面上に配置され、第1方向に交差する第2方向における複数の第1活物質部材の移動を規制する複数の第1規制部材と、を備え、第1活物質部材のそれぞれは、第1方向において第2活物質部材のいずれかにセパレータを介して重なり、第1活物質部材の第2方向における寸法は、第2活物質部材の第2方向における寸法よりも小さく、複数の第2活物質部材のそれぞれに含まれる第2方向における一対の端部は、第1方向において複数の第1規制部材のいずれかに重なる。
【0007】
この蓄電装置では、複数の第2活物質部材のそれぞれに含まれる第2方向における一対の端部は、第1方向において複数の第1規制部材のいずれかに重なる。また、複数の第1活物質部材のそれぞれは、第1方向において複数の第2活物質部材のいずれかに重なる。加えて、第1活物質部材の第2方向における移動が第1規制部材によって規制されている。このため、第1活物質部材が、第2方向において隣り合う第2活物質部材同士の界面若しくは隙間に重なることを防止できる。すなわち、第1活物質部材が、第1方向においてセパレータを介して第2活物質部材と向かい合う状態を確保できる。したがって、蓄電装置の容量低下を抑制できる。
【0008】
第1規制部材の第1方向における寸法は、第1活物質部材の第1方向における寸法よりも小さくてもよい。この場合、第1活物質部材と第2方向に隣り合う領域において、電解液を保持するための空間が確保されるので、蓄電装置内に収容される電解液の量を増大できる。
【0009】
第1規制部材は、ポリプロピレン、ポリエチレン、及び不織布のうちのいずれか一つを含んでいてもよい。この場合、電解液に起因する第1規制部材の変形及び変質を抑制できるので、蓄電装置の容量低下をより確実に抑制できる。
【0010】
第1規制部材は、多孔質体であってもよい。この場合、第1規制部材内に電解液が含浸するので、蓄電装置内に収容される電解液の量を増大できる。
【0011】
第2方向に隣り合う2つの第2活物質部材は、互いに接触していてもよい。この場合、所望の大きさの蓄電セルを得るために複数の第1活物質部材及び複数の第2活物質部材を用いる構成において、箔上に配置される活物質量を増加できる。
【0012】
封止体と第2活物質部材との間に配置された第2規制部材をさらに備えていてもよい。この場合、第2活物質部材の位置ずれが第2規制部材によって抑制されるので、蓄電装置の容量低下をより確実に抑制できる。
【0013】
複数の第1活物質部材のそれぞれは、第1分割箔と、第1方向において第1分割箔上に設けられた第1活物質層と、を含み、複数の第2活物質部材のそれぞれは、第2分割箔と、第1方向において第2分割箔上に設けられた第2活物質層と、を含み、第1分割箔は第1主面に接しており、第2分割箔は第2主面に接していてもよい。この場合、塗工設備を大型化することなく大容量化した蓄電装置を製造できる。
【0014】
第1規制部材の第1方向における寸法は、第1活物質層の第1方向における寸法よりも大きくてもよい。この場合、例えば、第1規制部材が第1方向に移動し得る構成においても、第1規制部材と第1分割箔とが第2方向に隣り合う状態が確保される。これにより、第1規制部材と第1分割箔との干渉によって第1規制部材が第1活物質層に埋め込まれるように移動することが阻止され得る。したがって、蓄電装置の容量低下をより確実に抑制できる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、集電体上に複数の活物質部材を配置した場合であっても、蓄電装置の容量低下を抑制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】
【0016】
図1は、一実施形態に係る蓄電装置の一部を示す概略的な断面図である。
図2は、図1のII−II線に沿った断面図である。
図3は、図1の蓄電セルを示す断面図である。
図4は、集電体の変形例を示す断面図である。
図5は、蓄電セルの変形例を示す断面図である。
図6(a)は負極集電板の変形例を示す断面図であり、図6(b)は正極集電板の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図面を参照して一実施形態について説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素同士、或いは、相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。また、以下の図面には、X軸、Y軸、及び、Z軸により規定される直交座標系を示す。
【0018】
図1は、一実施形態に係る蓄電装置の一部を示す概略的な断面図である。図2は、図1のII−II線に沿った断面図である。図1及び図2に示される蓄電装置1は、例えば、フォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の各種車両のバッテリに用いられる蓄電モジュールである。蓄電装置1は、例えばニッケル水素二次電池又はリチウムイオン二次電池等の二次電池である。蓄電装置1は、電気二重層キャパシタであってもよいし、全固体電池であってもよい。本実施形態では、蓄電装置1がリチウムイオン二次電池である場合を例示する。
【0019】
蓄電装置1は、蓄電セル2が第1方向(本実施形態においてはZ方向であって、以下、「積層方向」という。)にスタックされたセルスタック5を含む。蓄電セル2は、正極11(第1電極)と、負極12(第2電極)と、セパレータ13と、封止体14と、複数の規制部材17(第1規制部材)と、複数の規制部材18と、複数の規制部材19(第2規制部材)とを備えている。
【0020】
正極11は、集電体21(第1集電体)と、集電体21上に設けられた複数の正極活物質部材22(第1活物質部材)とを有する電極である。負極12は、集電体23(第2集電体)と、集電体23上に設けられた複数の負極活物質部材24(第2活物質部材)とを有する電極である。
【0021】
集電体21は、積層方向に交差(例えば直交)する一対の主面21a,21bを有する板状部材である。主面21a(第1主面)は、複数の正極活物質部材22が配置される面である。主面21bは、積層方向において主面21aと反対側に位置する面である。本実施形態において、集電体21は、メッキ処理が施された鋼板(例えばJIS G 3141:2005にて規定される冷間圧延鋼板(SPCC等))、又はメッキ処理が施されたステンレス鋼板である。主面21aは、複数の微細突起が設けられた粗化メッキ面である。微細突起は、例えば集電体21に対する電解メッキによって形成された突起状の析出金属(付与物)であり、主面21aの全領域に設けられている。
【0022】
主面21aは粗化メッキ面でなくてもよい。この場合、集電体21は、例えば、銅箔、アルミニウム箔、チタン箔、もしくはニッケル箔であってもよい。集電体21は、合金箔であってもよい。この場合、集電体21は、機械的強度を確保する観点から、ステンレス鋼箔(例えばJIS G 4305:2015にて規定されるSUS304、SUS316、SUS301等)であってもよい。或いは、集電体21は、上記金属の合金箔であってもよい。集電体21が合金箔である場合、又はアルミニウム箔以外の金属箔である場合、その表面にアルミニウムが被覆されていてもよい。
【0023】
複数の正極活物質部材22は、主面21a上において、積層方向に交差する第2方向に並んで配置されている。本実施形態では、3つの正極活物質部材22が、X方向に一定の間隔をもって主面21a上に並んでいる。複数の正極活物質部材22のそれぞれは、例えば正極活物質層である。複数の正極活物質部材22は、例えば単体で形成された長尺帯状の正極活物質層を、その長手方向に分割することによって形成され得る。なお、当該長手方向における長尺帯状の正極活物質層の寸法は、積層方向から見た集電体21の各寸法よりも大きい。正極活物質層は、例えば複合酸化物、金属リチウム、及び硫黄等の正極活物質を含む。複合酸化物の組成には、例えば鉄、マンガン、チタン、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、リチウムとが含まれる。複合酸化物の例には、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO

)が挙げられる。
【0024】
正極活物質部材には、正極活物質のほか、結着剤及び導電助剤が含まれ得る。結着剤は、活物質又は導電助剤を互いに繋ぎ、電極中の導電ネットワークを維持する役割を果たす。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、ポリ(メタ)アクリル酸等のアクリル系樹脂、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸アンモニウム等のアルギン酸塩、水溶性セルロースエステル架橋体、デンプン−アクリル酸グラフト重合体を例示することができる。これらの結着剤は、単独で又は複数で用いられ得る。導電助剤は、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等である。粘度調整溶媒には、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等が用いられる。
【0025】
集電体23は、積層方向に交差(例えば直交)する一対の主面23a,23bを有する板状部材である。主面23a(第2主面)は、複数の負極活物質部材24が配置される面である。主面23bは、積層方向において主面23aと反対側に位置する面である。本実施形態において、集電体23は、集電体21と同様に、メッキ処理が施された鋼板、又はメッキ処理が施されたステンレス鋼板である。主面23aは、複数の微細突起が設けられた粗化メッキ面である。なお、主面23aは粗化メッキ面でなくてもよい。集電体23は、例えば集電体21と同様に、種々の金属箔又は合金箔であってもよい。集電体23が合金箔である場合、又はアルミニウム箔以外の金属箔である場合、集電体23の表面には、集電体21と同様に、アルミニウムが被覆されていてもよい。
【0026】
複数の負極活物質部材24は、主面23a上において第2方向に並んで配置されている。本実施形態では、3つの負極活物質部材24が、X方向に間隔をあけずに主面23a上に並んでいる。換言すると、第2方向に隣り合う2つの負極活物質部材24は、互いに接触している。蓄電セル2においては、複数の正極活物質部材22のそれぞれが、積層方向において複数の負極活物質部材24のいずれかに重なっている。各負極活物質部材24は、対応する1つの正極活物質部材22と積層方向に向かい合うように配置されている。第2方向における正極活物質部材22の幅D1(寸法)は、第2方向における負極活物質部材24の幅D2(寸法)よりも小さい。
【0027】
複数の負極活物質部材24のそれぞれは、例えば負極活物質層である。複数の負極活物質部材24は、例えば単体で形成された長尺帯状の負極活物質層を、その長手方向に分割することによって形成され得る。なお、当該長手方向における長尺帯状の負極活物質層の寸法は、積層方向から見た集電体23の各寸法よりも大きい。負極活物質層は、例えば黒鉛、人造黒鉛、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、金属化合物、リチウムと合金化可能な元素もしくはその化合物、ホウ素添加炭素等の負極活物質を含む。リチウムと合金化可能な元素の例としては、シリコン(ケイ素)及びスズが挙げられる。導電助剤及び結着剤は、正極活物質層と同様のものを用いることができる。
【0028】
セルスタック5においては、図1に示されるように、積層方向に隣り合う2つの蓄電セル2のうち、一方の集電体21の主面21bと他方の集電体23の主面23bとが互いに接する。セルスタック5では、積層方向に隣り合う2つの蓄電セル2により、互いに接する集電体21,23を電極体とする疑似的なバイポーラ電極16が形成される。セルスタック5の積層方向における一方の端部には、正極集電板26が接続されている。本実施形態においては、正極集電板26は、セルスタック5の下端に位置する集電体21の主面21b上に配置されている。セルスタック5の積層方向における他方の端部には、負極集電板27が接続されている。本実施形態において、負極集電板27は、セルスタック5の上端に位置する集電体23の主面23b上に配置されている。
【0029】
セパレータ13は、正極11と負極12との間(より具体的には、正極活物質部材22と負極活物質部材24との間)に配置されている。セパレータ13は、蓄電セル2をスタックした際に隣り合う2つのバイポーラ電極16間の短絡を防止する。セパレータ13としては、例えばポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂から構成される多孔質フィルムが用いられる。セパレータ13は、ポリプロピレン、メチルセルロース等から構成される織布又は不織布等であってもよい。セパレータ13は、フッ化ビニリデン樹脂化合物で補強されていてもよい。本実施形態では、セパレータ13の縁部は、封止体14の内縁に近接或いは接触した状態となっており、正極11と負極12とがセパレータ13を介さずに向かい合うことが抑制されている。
【0030】
封止体14は、積層方向において互いに重なる正極11及び負極12との間の空間を封止する樹脂製の部材であり、電気絶縁性を有している。封止体14は、積層方向から見て矩形枠形状を呈する。封止体14は、集電体21の縁部21cと、集電体23の縁部23cとにそれぞれ溶着されている。この封止体14は、例えば、図1に示されるように、正極11における集電体21の縁部21cに溶着された樹脂部と、負極12における集電体23の縁部23cに溶着された樹脂部とが互いに溶着された樹脂部25によって形成されている。
(【0031】以降は省略されています)

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