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公開番号2025097713
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-01
出願番号2023214061
出願日2023-12-19
発明の名称集電構造及び蓄電デバイス
出願人株式会社豊田中央研究所,トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人アイテック国際特許事務所
主分類H01M 10/04 20060101AFI20250624BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】バイポーラ型の蓄電デバイスにおいて、内部短絡発生時の安全性をより高める。
【解決手段】本開示の集電構造は、正極合材層と負極合材層とそれらの間に介在するイオン伝導媒体とを備えた単セルと、集電体と、が交互に積層されたバイポーラ型蓄電デバイスの集電構造であって、集電体は、格子状の絶縁部と、絶縁部によって複数の多角形領域に区切られた導電部とを有し、集電体のうち単セルを介して隣り合う2つは、積層方向に透視したときに、一方の絶縁部の一部と他方の導電部の一部とが重なり、一方の導電部の一部と他方の絶縁部の一部とが重なるように配置されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極合材層と負極合材層と前記正極合材層と前記負極合材層との間に介在するイオン伝導媒体とを備えた単セルと、集電体と、が交互に積層されたバイポーラ型蓄電デバイスの集電構造であって、
前記集電体は、格子状の絶縁部と、前記絶縁部によって複数の多角形領域に区切られた導電部とを有し、前記集電体のうち前記単セルを介して隣り合う２つは、積層方向に透視したときに、一方の絶縁部の一部と他方の導電部の一部とが重なり、一方の導電部の一部と他方の絶縁部の一部とが重なるように配置されている、
集電構造。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記集電体のうち前記単セルを介して隣り合う２つは、積層方向に透視したときに、一方の導電部と他方の導電部とが重なる部分の最大面積が、一方の多角形領域の面積の８０％以下かつ他方の多角形領域の面積の８０％以下となるように配置されている、
請求項１に記載の集電構造。
【請求項３】
前記多角形領域は、四角形又は六角形である、
請求項１又は２に記載の集電構造。
【請求項４】
前記集電体のうち前記単セルを介して隣り合う２つは、積層方向に透視したときに、前記多角形領域の任意の一辺に平行な平行方向における格子間隔が同じで前記平行方向に格子がずれるか、前記平行方向に垂直な垂直方向における格子間隔が同じで前記垂直方向に格子がずれるか、の少なくとも一方を満たすように配置されている、
請求項１又は２に記載の集電構造。
【請求項５】
前記集電体のうち前記単セルを介して隣り合う２つは、積層方向に透視したときに、前記平行方向における格子間隔が同じで前記平行方向における格子間隔の１／２だけ前記平行方向に格子がずれるか、前記垂直方向における格子間隔が同じで前記垂直方向における格子間隔の１／２だけ前記垂直方向に格子がずれるか、の少なくとも一方を満たすように配置されている、
請求項４に記載の集電構造。
【請求項６】
前記集電体のうち前記単セルを介して隣り合う２つは、積層方向に透視したときに、前記多角形領域の形状が相似又は合同であり、向きが異なるように配置されている、
請求項１又は２に記載の集電構造。
【請求項７】
前記絶縁部の格子幅は２．５ｍｍ以下である、
請求項１又は２に記載の集電構造。
【請求項８】
前記導電部は、アルミニウムを含む、
請求項１又は２に記載の集電構造。
【請求項９】
正極合材層と負極合材層と前記正極合材層と前記負極合材層との間に介在するイオン伝導媒体とを備えた単セルと、集電体と、が交互に積層されたバイポーラ型蓄電デバイスであって、
前記集電体は、格子状の絶縁部と、前記絶縁部によって複数の多角形領域に区切られた導電部とを有し、前記集電体のうち前記単セルを介して隣り合う２つは、積層方向に透視したときに、一方の絶縁部の一部と他方の導電部の一部とが重なり、一方の導電部の一部と他方の絶縁部の一部とが重なるように配置されている、
蓄電デバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書は、集電構造および蓄電デバイスを開示する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、正極合材層と負極合材層とそれらの間に介在するイオン伝導媒体とを備えた単セルと、集電体と、が交互に積層されたバイポーラ型の蓄電デバイスが知られている。こうした蓄電デバイスにおいて、粗面化された表面を有するステンレス箔を集電体に用いたり（例えば、特許文献１参照）、樹脂含有シートの表裏に導電層を形成した積層シートを集電体に用いたり（例えば、特許文献２参照）して、電池特性を向上させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１０－３３７６９号公報
特開２０１３－２５４７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１，２では、電池特性を向上できるものの、内部短絡発生時の安全性については検討されていなかった。このように、バイポーラ型の蓄電デバイスにおいて、内部短絡に対処することができる集電構造が求められていた。
【０００５】
本開示はこのような課題を解決するためになされたものであり、バイポーラ型の蓄電デバイスにおいて、内部短絡発生時の安全性をより高めることができる集電構造および蓄電デバイスを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するために、本発明者らは鋭意研究した結果、格子状の絶縁部と絶縁部によって複数の多角形領域に区切られた導電部とを有する集電体を用い、さらに、隣り合う２つの集電体を積層方向に透視したときに一方の絶縁部の一部と他方の導電部の一部とが重なり一方の導電部の一部と他方の絶縁部の一部とが重なるようにすると、内部短絡発生時の安全性をより高めることができることを見いだし、本明細書で開示する発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本明細書で開示する集電構造は、
正極合材層と負極合材層と前記正極合材層と前記負極合材層との間に介在するイオン伝導媒体とを備えた単セルと、集電体と、が交互に積層されたバイポーラ型蓄電デバイスの集電構造であって、
前記集電体は、格子状の絶縁部と、前記絶縁部によって複数の多角形領域に区切られた導電部とを有し、前記集電体のうち前記単セルを介して隣り合う２つは、積層方向に透視したときに、一方の絶縁部の一部と他方の導電部の一部とが重なり、一方の導電部の一部と他方の絶縁部の一部とが重なるように配置されているものである。
【０００８】
本明細書で開示する蓄電デバイスは、
正極合材層と負極合材層と前記正極合材層と前記負極合材層との間に介在するイオン伝導媒体とを備えた単セルと、集電体と、が交互に積層されたバイポーラ型蓄電デバイスであって、
前記集電体は、格子状の絶縁部と、前記絶縁部によって複数の多角形領域に区切られた導電部とを有し、前記集電体のうち前記単セルを介して隣り合う２つは、積層方向に透視したときに、一方の絶縁部の一部と他方の導電部の一部とが重なり、一方の導電部の一部と他方の絶縁部の一部とが重なるように配置されているものである。
【発明の効果】
【０００９】
本開示は、バイポーラ型の蓄電デバイスにおいて、内部短絡発生時の安全性をより高めることができる。このような効果が得られる理由は、以下のように推察される。例えば、バイポーラ型の蓄電デバイスでは、内部短絡が発生すると、短絡した電極全体から短絡箇所に向かって集電体内を面方向に電流が集中して流れるために、短絡箇所に電流が集中し発熱することがある。一方、本開示では、格子状の絶縁部によって導電部が複数の多角形領域に区切られた集電体を用いている。そのため、短絡箇所に供給されるエネルギーは、格子状の絶縁部で区切られた導電部上の合材電極相当分にまで低減され、発熱が抑制される。さらに本開示では、隣り合う２つの集電体を積層方向に透視したときに一方の絶縁部の一部と他方の導電部の一部とが重なり一方の導電部の一部と他方の絶縁部の一部とが重なるように集電体が配置された集電構造を有している。そのため、短絡部位に供給されるエネルギーは、一方の集電体において格子状の絶縁部で区切られた導電部上の合材電極と、他方の集電体において格子状の絶縁部で区切られた導電部上の合材電極とが対向する部分相当分にまで低減され、発熱がさらに抑制される。その結果、内部短絡発生時の安全性をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
蓄電デバイス１０の分解斜視図。
蓄電デバイス１０の断面図。
集電構造１２を示す模式図。
別例の集電構造１２を示す模式図。
別例の集電構造１２を示す模式図。
実験例１の集電構造１１２を示す模式図。
実験例２の集電構造２１２を示す模式図。
計算モデル１の検討結果。
計算モデル２の検討結果。
計算モデル３の検討結果。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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