(57)【要約】【課題】未塗工電極の短絡をより確実に生じさせることができる蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置１では、導電板群Ｐを構成する第１の導電板２１が、シート状の第１の未塗工電極２４と、千鳥状に配列されたスリット２６によって面内方向にエキスパンド可能な第２の未塗工電極２５と、を含むエキスパンド電極群２７によって構成されている。この蓄電装置１では、釘刺しが行われた場合に、第１の未塗工電極２４が一定の厚みで存在する一方で、エキスパンド電極群２７の第２の未塗工電極２５が面内方向にエキスパンドし、階段状に厚みを持つように変形する。これにより、第１の導電板２１と釘Ｖとが十分に接触し、釘Ｖと第１の導電板２１及び第２の導電板２２との短絡をより確実に生じさせることができる。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
前記ケース内に収容された電極組立体と、
前記ケースと前記電極組立体との間に配置された導電板群と、を備え、
前記電極組立体は、
正極及び負極と、
前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、を有し、
前記導電板群は、
前記ケース側に配置され、前記正極及び前記負極の一方に電気的に接続された第１の導電板と、
前記電極組立体側に配置され、前記正極及び前記負極の他方に電気的に接続された第２の導電板と、
前記第１の導電板と前記第２の導電板との間に配置された絶縁部材と、を有し、
前記第１の導電板及び前記第２の導電板の少なくとも一方は、
シート状の第１の未塗工電極と、
千鳥状に配列されたスリットが形成され、面内方向にエキスパンド可能な第２の未塗工電極と、を含むエキスパンド電極群によって構成されていることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記エキスパンド電極群において、前記第２の未塗工電極を挟むように前記第１の未塗工電極が配置されていることを特徴とする請求項１記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記第１の導電板が前記エキスパンド電極群によって構成され、当該エキスパンド電極群における前記第１の未塗工電極及び前記第２の未塗工電極がアルミニウム系金属によって形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記第２の未塗工電極における刻み幅をＷ、前記絶縁部材の厚みをＴとしたときに、２Ｗ＞Ｔを満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記第２の未塗工電極は、非エキスパンド状態で前記エキスパンド電極群に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記蓄電装置が二次電池であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の蓄電装置。
【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、例えば特許文献１に記載の積層型ポリマー電解質電池のように、正極及び負極をポリマー電解質層を介して積層した積層電極群を外装体内に収容してなる蓄電装置がある。この従来の蓄電装置では、積層電極群の少なくとも一方の外層側に、絶縁層を介して所定厚さの２枚の金属板（且活物質層を有しない未塗工電極）を配置し、短絡経路を兼ねた放熱促進ユニットを形成している。これにより、釘刺しや圧壊によって２枚の金属板間が短絡し、蓄電装置の発熱が抑制されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】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】
上述したような蓄電装置では、釘刺しを行った場合に、釘を介して一対の未塗工電極間を短絡させることを予定している。しかしながら、釘が刺さったときに絶縁部材が未塗工電極側に伸びたり、短絡電流によって釘の周囲の未塗工電極が溶けてしまった場合、釘と未塗工電極とが電気的に非接触となってしまうことが考えられる。また、短絡電流に起因する発熱によってケース内の電解液が膨張し、ケースや未塗工電極が外側に膨れてしまった場合にも同様の事象が生じることが考えられる。
【０００５】
釘と未塗工電極とが電気的に非接触となると、短絡電流が十分に流れなくなり、活物質層が形成された正極及び負極間で大きな短絡電流が流れてしまうおそれがある。したがって、未塗工電極の短絡をより確実に生じさせることができる蓄電装置の構成が必要となる。
【０００６】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、未塗工電極の短絡をより確実に生じさせることができる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】
【０００７】
上記課題の解決のため、本発明に係る蓄電装置は、ケースと、ケース内に収容された電極組立体と、ケースと電極組立体との間に配置された導電板群と、を備え、電極組立体は、正極及び負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータと、を有し、導電板群は、ケース側に配置され、正極及び負極の一方に電気的に接続された第１の導電板と、電極組立体側に配置され、正極及び負極の他方に電気的に接続された第２の導電板と、第１の導電板と第２の導電板との間に配置された絶縁部材と、を有し、第１の導電板及び第２の導電板の少なくとも一方は、シート状の第１の未塗工電極と、千鳥状に配列されたスリットが形成され、面内方向にエキスパンド可能な第２の未塗工電極と、を含むエキスパンド電極群によって構成されていることを特徴としている。
【０００８】
この蓄電装置では、釘刺しが行われた場合に、第１の未塗工電極が一定の厚みで存在する一方で、エキスパンド電極群の第２の未塗工電極が面内方向にエキスパンドし、階段状に厚みを持つように変形する。これにより、短絡電流によって釘の周囲の未塗工電極の一部が溶けることを防止でき、また、仮に未塗工電極の一部が溶けてしまったとしても、釘と第１の導電板及び第２の導電板との電気的な接触が保たれ易くなる。また、第２の未塗工電極が階段状に変形することで、絶縁部材が未塗工電極側に伸びた場合でも第２の未塗工電極のエッジによって絶縁部材が削ぎ落とされ、釘と第１の導電板及び第２の導電板との電気的な接触が阻害されることを抑制できる。さらに、発熱によってケースや未塗工電極が外側に膨れてしまった場合でも、第２の未塗工電極が変形を吸収することで釘の周囲の穴径が維持されるので、釘と第１の導電板及び第２の導電板との電気的な接触が保たれる。
【０００９】
また、エキスパンド電極群において、第２の未塗工電極を挟むように第１の未塗工電極が配置されていることが好ましい。この場合、エキスパンド電極群の厚みを一層確保できるので、釘と第１の導電板及び第２の導電板との電気的な接触がより確実に保たれる。また、蓄電装置の通常の使用時に膨張が生じたとしても、第２の未塗工電極によって絶縁部材が破損することを防止できる。
【００１０】
また、第１の導電板がエキスパンド電極群によって構成され、当該エキスパンド電極群における第１の未塗工電極及び第２の未塗工電極がアルミ系金属によって形成されていることが好ましい。釘刺しを行った場合、外側に位置する導電板は、内側に位置する導電板よりも変形量が大きくなる傾向にある。したがって、外側に位置する第１の導電板にエキスパンド電極群を適用し、かつその電極の形成材料をアルミニウム系金属とすることで、釘と第１の導電板及び第２の導電板との電気的な接触を一層確実に保つことが可能となる。
【００１１】
また、第２の未塗工電極における刻み幅をＷ、絶縁部材の厚みをＴとしたときに、２Ｗ＞Ｔを満たすことが好ましい。この場合、絶縁部材の厚み方向における第２の未塗工電極の変形量を十分に確保できるので、釘と第１の導電板及び第２の導電板との電気的な接触を一層確実に保つことができる。
【００１２】
また、第２の未塗工電極は、非エキスパンド状態でエキスパンド電極群に配置されていることが好ましい。この場合、エキスパンド電極群を構成する際の第２の未塗工電極の配置が容易となる。
【００１３】
また、蓄電装置が二次電池であることが好ましい。本発明は、二次電池である蓄電装置に好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る蓄電装置によれば、未塗工電極の短絡をより確実に生じさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る蓄電装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】第２の未塗工電極の平面図である。
【図４】図３に示した第２の未塗工電極を面内方向にエキスパンドしたときの様子を示す平面図である。
【図５】図４におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図６】比較例において釘と未塗工電極との短絡が阻害される一例を模式的に示す断面図である。
【図７】比較例において釘と未塗工電極との短絡が阻害される別の例を模式的に示す断面図である。
【図８】比較例において釘と未塗工電極との短絡が阻害される更に別の例を模式的に示す断面図である。
【図９】実施例において釘と未塗工電極との短絡が保持される一例を模式的に示す断面図である。
【図１０】実施例において釘と未塗工電極との短絡が保持される別の例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る蓄電装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る蓄電装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。また、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１及び図２に示す蓄電装置１は、例えばリチウムイオン二次電池といった非加水電解質二次電池として構成されている。
【００１８】
この蓄電装置１は、図１及び図２に示すように、例えば略直方体形状をなす中空のケース２と、ケース２内に収容された電極組立体３とを備えている。ケース２は、例えばアルミニウム等の金属によって形成され、ケース２の内部には、例えば有機溶媒系又は非水系の電解液４が充填されている。ケース２の頂面には、正極端子５と負極端子６とが互いに離間して配置されている。正極端子５は、絶縁リング７を介してケース２の頂面に固定され、負極端子６は、絶縁リング８を介してケース２の頂面に固定されている。また、ケース２の内壁面には、絶縁フィルム９が配置されている。
【００１９】
電極組立体３は、図２に示すように、正極１１と、負極１２と、正極１１と負極１２との間に配置された袋状のセパレータ１３とによって構成されている。電極組立体３では、セパレータ１３に正極１１が収容されており、この状態で正極１１と負極１２とがセパレータ１３を介して交互に配置された状態となっている。
【００２０】
正極１１は、例えばアルミニウム箔からなる金属箔１１ａと、金属箔１１ａの両面に形成された正極活物質層１１ｂとを有している。正極活物質層１１ｂは、正極活物質とバインダとを含んで形成されている。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物には、例えばマンガン、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。また、正極１１の上縁部には、正極端子５の位置に対応してタブ１１ｃが形成されている。タブ１１ｃは、正極１１の上縁部から上方に延び、導電部材１４を介して正極端子５に接続されている。
【００２１】
一方、負極１２は、例えば銅箔からなる金属箔１２ａと、金属箔１２ａの両面に形成された負極活物質層１２ｂとを有している。負極活物質層１２ｂは、負極活物質とバインダとを含んで形成されている。負極活物質としては、例えば黒鉛、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、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。また、負極１２の上縁部には、負極端子６の位置に対応してタブ１２ｃが形成されている。タブ１２ｃは、負極１２の上縁部から上方に延び、導電部材１５を介して負極端子６に接続されている。
【００２２】
セパレータ１３は、図２に示すように、例えば袋状に形成され、内部に正極１１のみを収容している。セパレータ１３の形成材料としては、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なる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。なお、セパレータ１３は、袋状に限られず、シート状のものを用いてもよい。
【００２３】
ケース２の内部において、ケース２の内壁面と電極組立体３との間には、図２に示すように、正極１１及び負極１２とは別体の導電板群Ｐが更に配置されている。導電板群Ｐは、ケース２側に配置された第１の導電板２１と、電極組立体３側に配置された第２の導電板２２と、第１の導電板２１と第２の導電板２２との間に配置された絶縁部材２３とによって構成されている。
【００２４】
第１の導電板２１は、シート状の第１の未塗工電極２４及び第２の未塗工電極２５の積層によって構成され、例えば正極１１と電気的に接続されている。第１の未塗工電極２４及び第２の未塗工電極２５は、いずれも活物質層を有しておらず、例えば正極１１を構成する金属箔１１ａと同様に、アルミニウム箔によって形成されている。
【００２５】
第２の未塗工電極２５には、図３に示すように、千鳥状に配列されたスリット２６が全面にわたって形成されている。本実施形態において、千鳥状に配列とは、複数のスリット２６をその長手方向を揃えて並べた列が多数平行に並び、かつ隣り合う列のスリット２６同士が互いに長手方向にずれた位置となっていることを指す。このスリット２６により、第２の未塗工電極２５は、面内方向にエキスパンド可能となっており、エキスパンド状態では、図４及び図５に示すようなメッシュ状となり、エキスパンド量に応じて階段状に厚みを持つように変形する。第１の導電板２１では、非エキスパンド状態（スリット２６が開いていない状態）の第２の未塗工電極２５が第１の未塗工電極２４で挟み込まれた状態となっており、これにより、エキスパンド電極群２７が構成されている。
【００２６】
なお、第２の未塗工電極２５は、スリット２６がケース２の高さ方向に伸びるように配置されていてもよく、幅方向に伸びるように配置されていてもよい。また、エキスパンド状態となった第２の未塗工電極２５のメッシュの短目方向の中心間距離ＳＷ及び長目方向の中心間距離ＬＷは、いずれも釘の径以下に設定されることが好ましい。
【００２７】
一方、第２の導電板２２は、複数枚のシート状の未塗工電極２８の積層によって構成され、例えば負極１２と電気的に接続されている。未塗工電極２８は、いずれも活物質層を有しておらず、例えば負極１２を構成する金属箔１２ａと同様に、銅箔によって形成されている。絶縁部材２３としては、例えばセパレータが用いられる。セパレータの他、樹脂シート、樹脂層といった各種の絶縁部材を用いてもよい。また、第２の未塗工電極２５において隣り合う列間のスリット２６の間隔である刻み幅をＷ（図３参照）、絶縁部材２３の厚みをＴ（図２参照）としたときに、２Ｗ＞Ｔを満たすようにＷ及びＴがそれぞれ設定されている。
【００２８】
続いて、上述した構成を有する蓄電装置１の作用効果について説明する。
【００２９】
ケースと電極組立体との間に導電板群を配置した蓄電装置では、ケースに釘刺しを行った場合に、釘を介して第１の導電板と第２の導電板との間を短絡させることを予定している。しかしながら、図６〜図８に示すように、シート状の未塗工電極１２８，１２８で構成した第１の導電板１２１及び第２の導電板１２２を絶縁部材１２３を介して積層した導電板群を有する従来の蓄電装置１００では、釘刺しを行った際に種々の原因で短絡が阻害される不具合が生じることがあった。
【００３０】
例えば図６に示すように、釘Ｖが刺さったときに、ケース１０２の内壁面の絶縁フィルム１０９が未塗工電極１２４側に伸びたり、未塗工電極１２４，１２８間の絶縁部材１２３が未塗工電極１２８側に伸びたりすることによって、釘Ｖが絶縁フィルム１０９や絶縁部材１２３のみに接触した状態となり、釘Ｖと第１の導電板１２１及び第２の導電板１２２とが電気的に非接触となってしまうことがあった。また、例えば図７に示す例のように、釘Ｖが刺さったときに、一旦は釘Ｖと未塗工電極１２４，１２８との間が短絡したものの、短絡電流によって釘Ｖの周囲の未塗工電極１２４の一部１２４ａが溶けてしまい、釘Ｖと第１の導電板１２１及び第２の導電板１２２とが電気的に非接触となってしまうことがあった。さらに、例えば図８に示す例のように、短絡電流に起因する発熱によってケース１０２内の電解液が膨張し、ケース１０２や未塗工電極１２４，１２８が外側に膨れることによって釘Ｖと第１の導電板１２１及び第２の導電板１２２とが電気的に非接触となってしまうこともあった。
【００３１】
これに対し、蓄電装置１では、導電板群Ｐを構成する第１の導電板２１が、シート状の第１の未塗工電極２４と、千鳥状に配列されたスリット２６によって面内方向にエキスパンド可能な第２の未塗工電極２５と、を含むエキスパンド電極群２７によって構成されている。したがって、この蓄電装置１では、図９に示すように、釘刺しが行われた場合に、エキスパンド電極群２７において第１の未塗工電極２４が一定の厚みで存在する一方で、第１の未塗工電極２４，２４間で第２の未塗工電極２５が第１の未塗工電極２４の面内方向にエキスパンドし、階段状に厚みを持つように変形する。
【００３２】
これにより、第１の導電板２１と釘Ｖとが十分な面積で接触するため、短絡電流によって釘Ｖの周囲の第１の未塗工電極２４及び第２の未塗工電極２５の一部が溶けることを防止でき、また、仮に第１の未塗工電極２４及び第２の未塗工電極２５の一部が溶けてしまったとしても、釘Ｖと第１の導電板２１及び第２の導電板２２との電気的な接触が保たれ易くなる。また、第２の未塗工電極２５が階段状に変形することで、絶縁フィルム９や絶縁部材２３が未塗工電極２４，２５，２８側に伸びた場合でも第２の未塗工電極２５のエッジによって絶縁フィルム９及び絶縁部材２３が削ぎ落とされ、釘と第１の導電板２１及び第２の導電板２２との電気的な接触が阻害されることを抑制できる。さらに、発熱によってケース２や未塗工電極２４が外側に膨れてしまった場合でも、第２の未塗工電極２５が変形を吸収することで釘Ｖの周囲の穴径が維持されるので、図１０に示すように、第２の未塗工電極２５と釘Ｖとの接触が保たれ易くなる。したがって、釘Ｖと第１の導電板２１及び第２の導電板２２との電気的な接触が保たれる。
【００３３】
また、蓄電装置１では、エキスパンド電極群２７において、第２の未塗工電極２５を挟むように第１の未塗工電極２４，２４が配置されている。これにより、エキスパンド電極群２７の厚みを一層確保できるので、釘Ｖと第１の導電板２１及び第２の導電板２２との電気的な接触がより確実に保たれる。また、第２の未塗工電極２５が第１の未塗工電極２４，２４によって挟まれているので、蓄電装置１の通常の使用時に膨張が生じたとしても、第２の未塗工電極２５がエキスパンドした時に生じるエッジによって絶縁部材２３が破損してしまうことを防止できる。
【００３４】
また、蓄電装置１では、ケース２側に位置する第１の導電板２１がエキスパンド電極群２７によって構成され、当該エキスパンド電極群２７における第１の未塗工電極２４及び第２の未塗工電極２５がアルミ系金属によって形成されている。釘刺しを行った場合、外側に位置する第１の導電板２１は、内側に位置する第２の導電板２２よりも変形量が大きくなる傾向にある。したがって、外側に位置する第１の導電板２１にエキスパンド電極群２７を適用し、かつその電極の形成材料をアルミニウム系金属とすることで、釘Ｖと第１の導電板２１及び第２の導電板２２との電気的な接触を一層確実に保つことが可能となる。なお、アルミニウム系金属には、アルミニウム合金等も含まれる。
【００３５】
また、蓄電装置１では、第２の未塗工電極２５における刻み幅をＷ、絶縁部材２３の厚みをＴとしたときに、２Ｗ＞Ｔを満たしている。このような関係を満たすことにより、絶縁部材２３の厚み方向における第２の未塗工電極２５の変形量を十分に確保できるので、釘Ｖと第１の導電板２１及び第２の導電板２２との電気的な接触を一層確実に保つことができる。さらに、蓄電装置１では、第２の未塗工電極２５が非エキスパンド状態でエキスパンド電極群２７に配置されている。これにより、エキスパンド電極群２７を構成する際の第２の未塗工電極２５の配置が容易となる。
【００３６】
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、第１の導電板２１のみにエキスパンド電極群２７を適用しているが、エキスパンド電極群は、第２の導電板２２のみに適用してもよく、第１の導電板２１及び第２の導電板２２の双方に適用してもよい。また、エキスパンド電極群２７においては、必ずしも第２の未塗工電極２５を第１の未塗工電極２４で挟み込む必要はなく、第２の未塗工電極２５を任意の積層順で配置してもよい。さらに、第２の未塗工電極２５は、一定量のエキスパンドを加えた状態でエキスパンド電極群２７に適用してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１…蓄電装置、２…ケース、３…電極組立体、１１…正極、１２…負極、１３…セパレータ、２１…第１の導電板、２２…第２の導電板、２３…絶縁部材、２４…第１の未塗工電極、２５…第２の未塗工電極、２６…スリット、２７…エキスパンド電極群、Ｐ…導電板群。
【図１】
2014175084.tif 000003
【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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【図７】
2014175084.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014175084.tif 000011
【図１０】
2014175084.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月8日(2013.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2014175084.tif 000013