(57)【要約】【課題】  圧壊時に短絡ユニットが短絡しやすい蓄電装置を提供する。【解決手段】  二次電池１０は、正極３１Ｂ、負極３１Ａ、及び、正極３１Ｂと負極３１Ａとの間に配置されたセパレータ３２を有する電極組立体３０と、電極組立体３０に対向配置され、かつ、正極３１Ｂと電気的に接続される第１の金属箔４１Ｂと、負極３１Ａと電気的に接続される第２の金属箔４１Ａと、第１の金属箔４１Ｂと第２の金属箔４１Ａとの間に配置される絶縁膜４２とを有する短絡ユニット４０とを備えている。そして、短絡ユニット４０が絶縁膜４２の下面４２２に接する金属板４３をさらに有し、その金属板４３が絶縁膜４２との間の摩擦を増大させる摩擦増大部として複数の貫通孔４４を有している。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、負極、及び、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータを有する電極組立体と、
前記電極組立体の主面に対向するように配置され、かつ、前記正極と電気的に接続される第１の金属箔と、前記負極と電気的に接続される第２の金属箔と、前記第１の金属箔と前記第２の金属箔との間に配置される絶縁膜とを有する短絡ユニットと
を備え、
前記短絡ユニットが前記絶縁膜の少なくとも一方の面に接する金属板をさらに有し、該金属板が前記絶縁膜との間の摩擦を増大させる摩擦増大部を有する、蓄電装置。
【請求項２】
前記金属板は、前記摩擦増大部として、複数の貫通孔を有する、請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記金属板の厚さが前記絶縁膜の厚さよりも薄い、請求項２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記金属板は、前記摩擦増大部として、前記絶縁膜との接触面に凹凸部を有する、請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記金属板の前記凹凸部の高低差が、前記絶縁膜の厚さよりも小さい、請求項４に記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記金属板がパンチングメタルである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項７】
前記金属板が、前記絶縁膜と前記第２の金属箔との間に配置されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項８】
前記金属板の前記摩擦増大部が形成された領域が、前記正極の活物質塗工領域よりも広い、請求項１〜７のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項９】
二次電池である、請求項１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。
【背景技術】
【０００２】
従来より、正極、負極およびセパレータを有する電極組立体と、電極組立体と主面同士が対向するように配置した短絡ユニットとを備える蓄電装置が知られている。短絡ユニットは、通常、一対の電極箔と電極箔間に設けられた絶縁体とを有する。釘刺しや圧壊時において、電極組立体に先んじて短絡ユニットが短絡することで、蓄電装置の安全性が高められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３５１６７０号公報
【特許文献２】特開２００１−６８１５６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、上述の短絡ユニットでは、釘刺しや圧壊のときに短絡ユニットの短絡が生じない場合がある。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、圧壊時に短絡ユニットが短絡しやすい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】
本発明に係る蓄電装置は、正極、負極、及び、正極と負極との間に配置されたセパレータを有する電極組立体と、電極組立体の主面に対向するように配置され、かつ、正極と電気的に接続される第１の金属箔と、負極と電気的に接続される第２の金属箔と、第１の金属箔と第２の金属箔との間に配置される絶縁膜とを有する短絡ユニットとを備え、短絡ユニットが絶縁膜の少なくとも一方の面に接する金属板をさらに有し、該金属板が絶縁膜との間の摩擦を増大させる摩擦増大部を有する。
【０００７】
この蓄電装置においては、摩擦増大部を有する金属板が絶縁膜に接しているため、絶縁膜の変位が抑制されている。そのため、圧壊時において、絶縁膜が裂けやすくなっており、その結果、短絡ユニットが短絡しやすくなる。
【０００８】
金属板は、摩擦増大部として、複数の貫通孔を有する態様であってもよい。この場合、従来のパンチプレス加工等を用いて、容易に摩擦増大部を形成することができる。
【０００９】
金属板の厚さが絶縁膜の厚さよりも薄い態様であってもよい。この場合、金属板が絶縁膜を貫くことがなく、短絡ユニットが誤って短絡する事態が防止される。
【００１０】
金属板は、摩擦増大部として、絶縁膜との接触面に凹凸部を有する態様であってもよい。この場合、従来のプレス加工やエッチング加工等を用いて、容易に摩擦増大部を形成することができる。
【００１１】
金属板の凹凸部の高低差が、絶縁膜の厚さよりも小さい態様であってもよい。この場合、金属板の凹凸部が絶縁膜を貫くことがなく、短絡ユニットが誤って短絡する事態が防止される。
【００１２】
金属板がパンチングメタルである態様であってもよい。この場合、金属膜として、公知のパンチングメタルを採用することができる。
【００１３】
金属板が、絶縁膜と第２の金属箔との間に配置されている態様であってもよい。正極に比べて負極のほうが電位が低いため、負極と電気的に接続される第２の金属箔の側に金属板を配置することで、金属板が腐食する事態が抑制される。
【００１４】
金属板の摩擦増大部が形成された領域が、正極の活物質塗工領域よりも広い態様であってもよい。金属板の摩擦増大部が形成された領域を、（負極の活物質塗工領域よりも狭く設計される）正極の活物質塗工領域より広くすることで、全領域において摩擦増大部が機能する。
【００１５】
なお、上述した蓄電装置が二次電池である態様であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、圧壊時に短絡ユニットが短絡しやすい蓄電装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る二次電池の構成を示した概略断面図である。
【図２】図２は、図１に示した二次電池の短絡ユニットの要部拡大図である。
【図３】図３は、従来技術に係る短絡ユニットの釘刺し時の様子を示した図である。
【図４】図４は、図１に示した二次電池の短絡ユニットの釘刺し時の様子を示した図である。
【図５】図５は、異なる態様の金属板を示した図である。
【図６】図６は、異なる態様の金属板を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
【００１９】
まず、本発明の実施形態に係る蓄電装置としての二次電池１０の構成について、図１および図２を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１に示すように、二次電池１０は、ケース２０を備えている。ケース２０は、金属（例えばステンレスやアルミニウムなど）で構成されており、その内側面には絶縁フィルム２１が配置されている。ケース２０内には、例えばリチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池といった、二次電池１０の種類に応じた電解質（電解液）が充填されている。
【００２１】
ケース２０内には、電極組立体３０が収容されている。電極組立体３０は、負極３１Ａおよび正極３１Ｂがセパレータ３２を介して交互に積層された構造（積層構造、たとえば数十〜数百層）を有しており、充電により蓄えた電力を供給する。
【００２２】
負極３１Ａは、負極金属箔３３Ａの両面に負極活物質３４Ａが塗工された構成を有している。負極金属箔３３Ａは、たとえば銅箔で構成されている。なお、各負極３１Ａは、その一端部に未塗工部分であるタブを有し、このタブが導電部材を介して電極端子（負極端子）に接続される。
【００２３】
正極３１Ｂは、正極金属箔３３Ｂの両面に正極活物質３４Ｂが塗工された構成を有している。正極金属箔３３Ｂは、たとえばアルミ箔で構成されている。なお、各正極３１Ｂも、負極３１Ａ同様、その一端部に未塗工部分であるタブを有し、このタブが導電部材を介して電極端子（正極端子）に接続される。なお、図１では、正極３１Ｂの正極活物質３４Ｂが塗工された領域（正極活物質塗工領域）と、負極３１Ａの負極活物質３４Ａが塗工された領域（負極活物質塗工領域）とは、同一であるように図示しているが、実際には、正極活物質塗工領域は負極活物質塗工領域よりも狭くなっている。
【００２４】
また、ケース２０内には、上述した電極組立体３０に重ねられて、電極組立体３０とケース２０との間に介在する短絡ユニット４０が収容されている。短絡ユニット４０は、電極組立体３０の主面である負極活物質３４Ａに対向するように配置されている。本実施形態では、負極活物質３４Ａの上面に接して配置されている。なお、短絡ユニット４０は、電極組立体３０の両面に（すなわち、図１に示した電極組立体３０の上面だけでなく、下面にも）設けることができるが、以下では、上面に設けた短絡ユニット４０についてのみ説明する。
【００２５】
短絡ユニット４０は、上から順に、第１の金属箔４１Ｂ、絶縁膜４２、金属板４３、第２の金属箔４１Ａが積層された積層体である。
【００２６】
第１の金属箔４１Ｂは、上述した正極３１Ｂの正極金属箔３３Ｂを構成する金属箔と同一種類の金属で構成された金属箔であって、正極活物質３４Ｂが塗工されていない金属箔（未塗工箔）である。第１の金属箔４１Ｂは、その一端部にタブを有し、正極３１Ｂ同様、このタブが導電部材を介して電極端子（正極端子）に接続されている。このように、第１の金属箔４１Ｂも正極３１Ｂも正極端子に接続されているため、第１の金属箔４１Ｂは正極３１Ｂと電気的に接続されている。
【００２７】
第２の金属箔４１Ａは、上述した負極３１Ａの負極金属箔３３Ａを構成する金属箔と同一種類の金属で構成された金属箔であって、負極活物質３４Ａが塗工されていない金属箔（未塗工箔）である。第２の金属箔４１Ａは、その一端部にタブを有し、負極３１Ａ同様、このタブが導電部材を介して電極端子（負極端子）に接続されている。このように、第２の金属箔４１Ａも負極３１Ａも負極端子に接続されているため、第２の金属箔４１Ａは負極３１Ａと電気的に接続されている。
【００２８】
絶縁膜４２は、第１の金属箔４１Ｂと第２の金属箔４１Ａとの間に介在する膜であり、絶縁性材料で構成されている。絶縁膜４２を構成する絶縁性材料は、特に限定されず、公知の材料を用いることができ、たとえば上述したセパレータの構成材料と同一の材料を用いることもできる。
【００２９】
金属板４３は、絶縁膜４２と第２の金属箔４１Ａとの間に位置しており、絶縁膜４２の下面４２２と直接的に接している。以下、図２を参照しつつ、金属板４３の構成について詳しく説明する。
【００３０】
金属板４３は、銅からなるパンチングメタルで構成されている。金属板４３には、絶縁膜４２との間の摩擦を増大させる摩擦増大部として、その上面４３１と下面４３２との間において厚さ方向に延びる貫通孔４４が、パンチプレス加工により複数形成されている。複数の貫通孔４４は、金属板４３の全面の領域Ｒに亘って形成されており、各貫通孔４４は円形の断面形状を有している。貫通孔４４の深さおよび金属板４３の厚さをＤ２とすると、Ｄ２は、絶縁膜４２の厚さＤ１よりも薄くなっている（Ｄ２＜Ｄ１）。
【００３１】
ここで、短絡ユニット４０に金属板４３が設けられている場合と設けられていない場合における、釘刺し／圧壊時の短絡ユニットの挙動について、図３および図４を参照しつつ説明する。
【００３２】
図３は、短絡ユニット４０に金属板４３を設けない場合の短絡ユニットの挙動を示している。図３に示すように、釘５０により、短絡ユニット４０が押圧されると、第１の金属箔４１Ｂを介して、絶縁膜４２に局所的に大きな圧力が加わる。すると、絶縁膜４２は、圧力が加わった箇所から離れる方向に面方向に沿って変位（横滑り）する。第１の金属箔４１Ｂ、絶縁膜４２、第２の金属箔４１Ａは、互いに固定されておらず、単に重ね合わされているだけであるため、上述の変位が生じ得る。このようにして絶縁膜４２が変位すると、圧力が緩和されて、絶縁膜４２の破断が阻止されたり遅延したりするため、短絡ユニットとして十分に機能しない虞がある。
【００３３】
図４は、短絡ユニット４０に金属板４３を設けた場合の短絡ユニットの挙動を示している。図４に示すように、釘５０により絶縁膜４２に局所的に大きな圧力が加わって、絶縁膜４２が、圧力が加わった箇所から離れる向きに面方向に沿って変位しようとする。ところが、絶縁膜４２の下面４２２に接するように金属板４３が、その変位を妨げる。具体的には、金属板４３に設けられた貫通孔４４が、絶縁膜４２と金属板４３との間の摩擦を増大させ、その大きな摩擦力により絶縁膜４２の変位を妨げる。その結果、絶縁膜４２は、変位による圧力緩和がほとんどできずに容易に裂けて、短絡ユニット４０が容易に短絡（つまり、第１の金属箔４１Ｂと第２の金属箔４１Ａとが導通）する。なお、金属板４３においては、貫通孔４４の凹凸が絶縁膜４２に食い込むことで、絶縁膜４２の破断が促進される。
【００３４】
以上で説明したように、上述した二次電池１０は、正極３１Ｂ、負極３１Ａ、及び、正極３１Ｂと負極３１Ａとの間に配置されたセパレータ３２を有する電極組立体３０と、電極組立体３０に対向配置され、かつ、正極３１Ｂと電気的に接続される第１の金属箔４１Ｂと、負極３１Ａと電気的に接続される第２の金属箔４１Ａと、第１の金属箔４１Ｂと第２の金属箔４１Ｂとの間に配置される絶縁膜４２とを有する短絡ユニット４０とを備えている。そして、短絡ユニット４０が絶縁膜４２の下面４２２に接する金属板４３をさらに有し、その金属板４３が絶縁膜４２との間の摩擦を増大させる摩擦増大部として複数の貫通孔４４を有している。
【００３５】
釘刺し／圧壊時において、図３に示したように絶縁膜４２が変位した場合には破断が阻止されたり遅延したりする事態が生じ得るが、上述した二次電池１０においては、摩擦増大部を有する金属板４３が絶縁膜４２に接しているため、図４に示したように絶縁膜４２の変位が抑制され、絶縁膜４２が裂けやすくなっている。その結果、釘刺し／圧壊時に、短絡ユニット４０が短絡しやすく、（遅延することなく）適切なタイミングで短絡が生じることとなる。
【００３６】
また、上述した二次電池１０の短絡ユニット４０においては、金属板４３の厚さＤ２が絶縁膜４２の厚さＤ１よりも薄くなっている。この場合、釘刺し／圧壊時以外に、金属板４３が絶縁膜４２に対して押しつけられることがあっても、金属板４３が絶縁膜４２を貫くことがなく、短絡ユニット４０が誤って短絡する事態が防止されている。
【００３７】
なお、上述した金属板の摩擦増大部は、貫通孔に限らず、以下に示すような凹凸部であってもよい。
【００３８】
図５に示す金属板１４３には、摩擦増大部として、その上面４３１に有底の穴１４４が複数設けられた凹凸部が形成されている。各穴１４４は、円形の断面形状を有している。穴１４４の深さをｄとすると、ｄは、絶縁膜４２の厚さＤ１よりも薄くなっている（ｄ＜Ｄ１）。複数の穴１４４は、金属板１４３の全領域に亘って形成されている。金属板１４３は、パンチプレス加工で形成したパンチングメタルであってもよく、また、プレス加工や圧延加工で穴１４４を形成した金属板であってもよい。
【００３９】
図６に示す金属板２４３は、摩擦増大部として、その上面に４３１に、粗面化処理が施された粗面化処理面４５である凹凸部が形成されている。粗面化処理面４５は、微細な凹凸が無数に形成された面であり、金属板２４３の全領域に亘って形成されている。金属板２４３の粗面化処理面４５は、たとえば、エッチング処理により化学的に形成することができ、また、ショットブラストやプレス加工、圧延加工により物理的に形成することもできる。
【００４０】
図５に示した金属板１４３や図６に示した金属板２４３であっても、釘刺し／圧壊時において、摩擦増大部として凹凸部（穴１４４、粗面化処理面４５）を有するため、絶縁膜４２の変位が抑制される。加えて、金属板１４３、２４３においては、凹凸部の高低差（穴１４４の深さｄや粗面化処理面４５の微細な凹凸の高低差）は、絶縁膜４２の厚さＤ１よりも小さいため、金属板４３同様、釘刺し／圧壊時以外に、短絡ユニット４０が誤って短絡する事態が防止されている。
【００４１】
なお、上述した実施形態においては、金属板４３、１４３、２４３は、絶縁膜４２の下面４２２に接するように配置されているが、反対に、絶縁膜４２の上面４２１に接するように配置してもよい。この場合、絶縁膜４２の上面４２１との間の摩擦が増大するように金属板の下面側に摩擦増大部を設けることで、やはり釘刺し／圧壊時における絶縁膜４２の変位を抑制することができる。また、２枚の金属板を用い、絶縁膜４２の下面４２２および上面４２１に接するような配置（サンドイッチ構造）にしてもよく、この場合にはより効果的に絶縁膜４２の変位が抑制される。
【００４２】
ただし、金属板４３、１４３、２４３は、絶縁膜４２と、負極３１Ａと電気的に接続される第２の金属箔４１Ａとの間に配置することが好ましい。二次電池１０においては、正極３１Ｂに比べて負極３１Ａのほうが電位が低いため、負極３１Ａと電気的に接続される第２の金属箔４１Ａの側に金属板４３、１４３、２４３を配置することで、金属板が腐食する事態を抑制することができる。
【００４３】
また、金属板の摩擦増大部（貫通孔、凹凸部）が形成される領域Ｒは、必ずしも金属板表面の全領域である必要はなく、一部領域であってもよい。ただし、この領域Ｒは、正極３１Ｂの活物質塗工領域よりも広いことが好ましい。上述したとおり、正極活物質塗工領域は負極活物質塗工領域よりも狭いため、正極活物質塗工領域よりも上記領域Ｒを広く設計することで、上記領域Ｒの全領域が正極活物質塗工領域により支持される。したがって、釘刺し／圧壊時において、領域Ｒのどの箇所に圧力が加わった場合でも摩擦増大部が機能し、摩擦の増大により絶縁膜の変位を抑制することができる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。たとえば、蓄電装置は、リチウムイオン二次電池等の二次電池に限らず、その他の蓄電装置（たと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）であってもよい。また、蓄電装置は、積層型に限らず捲回型であってもよい。
【００４５】
金属板に設ける貫通孔や穴の断面形状は、円形に限らず、多角形状や楕円形状等であってもよいが、金属板表面の全方位（３６０度）で摩擦増大を図ることができる点において円形であることが好ましい。さらに、金属板の構成材料は、銅に限らず、その他の金属材料であってもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０…二次電池、３０…電極組立体、３１Ａ…負極、３１Ｂ…正極、３２…セパレータ、４０…短絡ユニット、４１Ａ…第２の金属箔、４１Ｂ…第１の金属箔、４２…絶縁膜、４３…金属板、４４…貫通孔、１４４…穴、４５…粗面化処理面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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