(57)【要約】【課題】電流の局所的な集中を防止することによって、局所的な発熱や活物質の局所的な劣化を防止する。【解決手段】それぞれスリット２４，３４を有する正極集電体２１及び負極集電体３１を備える。正極集電体２１の正極端部２１ａは、スリット２４によって端部領域５１，５２に分離され、負極集電体３１の負極端部３１ａは、スリット３４によって端部領域５３，５４に分離される。端部領域５１，５３はスリット２４，３４から見て一方向側に位置し、端部領域５２，５４はスリット２４，３４から見て逆方向側に位置する。端部領域５１には正極タブ２３が設けられ、端部領域５４には負極タブ３３が設けられる。このような構造により、充放電時における電流分布が分散されることから、局所的な発熱やこれに伴う活物質の局所的な劣化を防止することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して互いに対向する正極及び負極を備え、
前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体の表面に形成された正極活物質と、前記正極集電体の第１の方向に延在する正極端部から突出する正極タブとを含み、
前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体の表面に形成された負極活物質と、前記負極集電体の前記第１の方向に延在する負極端部から突出する負極タブとを含み、
前記正極集電体には、前記正極端部から前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する第１のスリットが設けられ、これにより前記正極端部は、第１の端部領域と第２の端部領域に分離され、
前記負極集電体には、前記負極端部から前記第２の方向に延在する第２のスリットが設けられ、これにより前記負極端部は、第３の端部領域と第４の端部領域に分離され、
前記第１の端部領域と前記第３の端部領域は前記第１及び第２のスリットから見ていずれも一方向側に位置し、前記第２の端部領域と前記第４の端部領域は前記第１及び第２のスリットから見ていずれも逆方向側に位置し、
前記正極タブは前記第１の端部領域に設けられ、前記負極タブは前記第４の端部領域に設けられることを特徴とする蓄電池。
【請求項２】
前記正極には、前記第１のスリット及び前記正極タブが前記第１の方向に周期的に設けられ、
前記負極には、前記第２のスリット及び前記負極タブが前記第１の方向に周期的に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電池。
【請求項３】
前記第１及び第２のスリットにそれぞれ挿入された絶縁部材をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蓄電池に関し、特に、正極集電体及び負極集電体の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車やハイブリッド自動車などに用いられる電源として、リチウムイオン電池などの蓄電池が広く用いられている（特許文献１及び２参照）。リチウムイオン電池は、セパレータを介して対向する正極及び負極を有しており、電解液に含まれるリチウムイオンがセパレータを介して正極から負極へ、或いは、負極から正極に移動することにより充放電が実現される。外部の負荷又は発電機は、正極集電体に設けられた正極タブ及び負極集電体に設けられた負極タブに接続され、これら正極タブ及び負極タブを介して電子の授受が行われる。
【０００３】
特許文献１に記載されているように、正極タブと負極タブは平面視で、つまり、積層方向から見て異なる位置に配置され、これによって電流分布の分散が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１７４９５９号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５７５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、正極タブと負極タブを平面視で異なる位置に配置するだけでは、電流の局所的な集中を十分に防止することはできず、局所的な発熱やこれに伴う活物質の局所的な劣化が生じるという問題があった。
【０００６】
したがって、本発明は、電流の局所的な集中をより効果的に防止することによって、局所的な発熱や活物質の局所的な劣化を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による蓄電池は、セパレータを介して互いに対向する正極及び負極を備え、前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体の表面に形成された正極活物質と、前記正極集電体の第１の方向に延在する正極端部から突出する正極タブとを含み、前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体の表面に形成された負極活物質と、前記負極集電体の前記第１の方向に延在する負極端部から突出する負極タブとを含み、前記正極集電体には、前記正極端部から前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する第１のスリットが設けられ、これにより前記正極端部は、第１の端部領域と第２の端部領域に分離され、前記負極集電体には、前記負極端部から前記第２の方向に延在する第２のスリットが設けられ、これにより前記負極端部は、第３の端部領域と第４の端部領域に分離され、前記第１の端部領域と前記第３の端部領域は前記第１及び第２のスリットから見ていずれも一方向側に位置し、前記第２の端部領域と前記第４の端部領域は前記第１及び第２のスリットから見ていずれも逆方向側に位置し、前記正極タブは前記第１の端部領域に設けられ、前記負極タブは前記第４の端部領域に設けられることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、正極集電体及び負極集電体にスリットが設けられていることから、従来の蓄電池と比べて、充放電時における電流分布を分散することができる。これにより、局所的な発熱やこれに伴う活物質の局所的な劣化が防止されると共に電流が極板全体及び活物質に均等に流れることから、製品寿命を延ばすことが可能となる。
【０００９】
本発明において、前記正極には、前記第１のスリット及び前記正極タブが前記第１の方向に周期的に設けられ、前記負極には、前記第２のスリット及び前記負極タブが前記第１の方向に周期的に設けられていても構わない。このようなマルチタブ構造によれば、正極及び負極を巻回して使用する場合に、充放電時における電流をより分散させると共に電流を極板全体及び活物質に均等に流すことが可能となる。
【００１０】
本発明による蓄電池は、前記第１及び第２のスリットにそれぞれ挿入された絶縁部材をさらに備えていても構わない。これによれば、第１の端部領域と第２の端部領域の接触や、第３の端部領域と第４の端部領域の接触を防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
このように、本発明による蓄電池は、充放電時における電流がより分散されることから、局所的な発熱やこれに伴う活物質の局所的な劣化を防止すると共に電流を極板全体及び活物質に均等に流すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態による蓄電池１０の主要部の構造を説明するための分解斜視図である。
【図２】図２（ａ）は正極２０の断面図であり、図２（ｂ）は負極３０の断面図である。
【図３】図３（ａ）は正極集電体２１の平面図であり、図３（ｂ）は負極集電体３１の平面図である。
【図４】図４は、正極２０と負極３０の位置関係を説明するための模式図である。
【図５】図５は、スリット２４，３４がない場合における電流Ｉの流れを説明するための模式図である。
【図６】絶縁部材２５，３５を追加した例を示す斜視図である。
【図７】絶縁部材２５，３５を追加した例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の好ましい実施形態による蓄電池１０の主要部の構造を説明するための分解斜視図である。
【００１５】
本実施形態による蓄電池１０はリチウムイオン電池であり、図１に示すように、外装ケース１１に収容された正極２０、負極３０及びセパレータ４０を備える。正極２０、負極３０及びセパレータ４０はいずれもシート状であり、重ねた状態で巻回することによって、セパレータ４０を介して正極２０と負極３０が交互に積層された構造が実現される。図示しないが、外装ケース１１内は電解液で満たされている。
【００１６】
正極２０には複数の正極タブ２３が設けられており、負極３０には複数の負極タブ３３が設けられている。複数の正極タブ２３の積層方向における位置は互いに一致しており、これらは図示しない正極端子に共通に接続される。同様に、複数の負極タブ３３の積層方向における位置も互いに一致しており、これらは図示しない負極端子に共通に接続される。このように、本実施形態においては、正極２０及び負極３０にそれぞれ複数のタブ２３，３３が設けられていることから、それぞれ単一のタブを使用する場合と比べ、充放電時における電流分布をより分散させることが可能となる。
【００１７】
図２（ａ）は正極２０の断面図であり、図２（ｂ）は負極３０の断面図である。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、正極２０は、正極集電体２１と、正極集電体２１の表面に形成された正極活物質２２とを備える。正極集電体２１は例えばアルミニウム（Ａｌ）からなり、正極活物質２２は例えばＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２など、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料からなる。一方、図２（ｂ）に示すように、負極３０は、負極集電体３１と、負極集電体３１の表面に形成された負極活物質３２とを備える。負極集電体３１は例えば銅（Ｃｕ）からなり、負極活物質３２は例えば活性炭からなる。
【００１９】
図３（ａ）は正極集電体２１の平面図であり、図３（ｂ）は負極集電体３１の平面図である。
【００２０】
図３（ａ）に示すように、正極集電体２１には、正極タブ２３及び第１のスリット２４が第１の方向であるｘ方向に周期的に設けられている。正極タブ２３は、正極集電体２１のｘ方向に延在する正極端部２１ａから第２の方向であるｙ方向に突出した電極であり、正極集電体２１の一部であっても構わないし、正極集電体２１に接続された別の金属体であっても構わない。図３（ａ）に示す符号Ａは巻回時に折り曲げられる折り目部分であり、２つの折り目部分Ａに挟まれた領域ごとに、正極タブ２３及び第１のスリット２４が設けられている。
【００２１】
図３（ｂ）に示すように、負極集電体３１には、負極タブ３３及び第２のスリット３４がｘ方向に周期的に設けられている。負極タブ３３は、負極集電体３１のｘ方向に延在する負極端部３１ａからｙ方向に突出した電極であり、負極集電体３１の一部であっても構わないし、負極集電体３１に接続された別の金属体であっても構わない。図３（ｂ）に示す符号Ｂは巻回時に折り曲げられる折り目部分であり、２つの折り目部分Ｂに挟まれた領域ごとに、負極タブ３３及び第２のスリット３４が設けられている。
【００２２】
図４は、正極２０と負極３０の位置関係を説明するための模式図である。
【００２３】
図４には、正極２０のうち２つの折り目部分Ａに挟まれた領域と、負極３０のうち２つの折り目部分Ｂに挟まれた領域のみを示している。図４に示すように、正極２０と負極３０をｚ方向に重ねると、正極タブ２３はスリット２４，３４のｘ方向における一方向側（図４においては左側）に位置し、負極タブ３３はスリット２４，３４のｘ方向における逆方向側（図４においては右側）に位置する。
【００２４】
より詳細に説明すると、正極集電体２１に設けられた第１のスリット２４は、正極端部２１ａからｙ方向に延在し、これにより、正極端部２１ａは第１の端部領域５１と第２の端部領域５２に分離される。同様に、負極集電体３１に設けられた第２のスリット３４は、負極端部３１ａからｙ方向に延在し、これにより、負極端部３１ａは第３の端部領域５３と第４の端部領域５４に分離される。このように、スリット２４，３４は周囲が閉じた形状ではなく、正極端部２１ａ又は負極端部３１ａを分断するよう、スリット２４，３４で囲まれた部分が開放された形状を有している。
【００２５】
そして、折り目部分Ａと折り目部分Ｂが平面視で（積層方向であるｚ方向から見て）略一致するよう正極２０と負極３０を重ねると、第１の端部領域５１と第３の端部領域５３は、スリット２４，３４から見ていずれも一方向側に位置するとともに、第２の端部領域５２と第４の端部領域５４は、スリット２４，３４から見ていずれも逆方向側に位置する。そして、正極タブ２３は、第２の端部領域５２に設けられることなく第１の端部領域５１にのみ設けられ、負極タブ３３は、第３の端部領域５３に設けられることなく第４の端部領域５４にのみ設けられる。
【００２６】
かかる構成により、図４に示すリチウムイオンＬが例えば負極３０から正極２０に移動すると、正極集電体２１には符号Ｉで示す電流が流れる。電流Ｉは、第１のスリット２４によって大きく迂回することから、特定の部分に電流が集中することがなく、電流分布が均一化される。その結果、局所的な発熱やこれに伴う活物質の局所的な劣化が防止される。
【００２７】
図５は、スリット２４，３４がない場合における電流Ｉの流れを説明するための模式図である。図５に示すように、スリット２４，３４が存在しない場合、正極タブ２３と負極タブ３３の近傍に電流Ｉが集中し、この部分において局所的に発熱する。その結果、正極タブ２３と負極タブ３３の近傍において活物質が劣化してしまう。
【００２８】
これに対し、本実施形態による蓄電池１０は、上述の通り、正極集電体２１及び負極集電体３１にスリット２４，３４が設けられていることから、電流分布をより均一化することができる。これにより、局所的な発熱やこれに伴う活物質の局所的な劣化が防止されることから、製品寿命を延ばすことが可能となる。
【００２９】
スリット２４，３４のｘ方向における幅や、ｙ方向における長さについては特に限定されないが、スリット２４，３４を設けたことによる蓄電容量の減少を最小限に抑えるためには、ｘ方向における幅についてはできるだけ狭く設計することが好ましい。しかしながら、スリット２４，３４のｘ方向における幅が狭すぎると、正極２０又は負極３０の僅かな変形によって、スリット２４，３４によって分離した部分が短絡してしまうおそれがある。これを防止するためには、斜視図である図６及びｘｚ断面図である図７に示すように、スリット２４，３４にそれぞれフィルム状の絶縁部材２５，３５を挿入すればよい。このような絶縁部材２５，３５をスリット２４，３４に挿入すれば、正極２０又は負極３０が変形した場合であっても短絡が生じず、上述した本実施形態による効果を確実に得ることが可能となる。
【００３０】
なお、図６に示す例では、確実に短絡防止の効果を得ることを目的として、絶縁部材２５，３５のｙ方向の長さをスリット２４，３４の長さとほぼ等しく設定しているが、絶縁部材２５，３５のｙ方向の長さをスリット２４，３４の長さとほぼ等しくすることは必須でない。効果は限定的とはなるものの、絶縁部材２５，３５のｙ方向の長さがスリット２４，３４の長さよりも短くても構わない。
【００３１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００３２】
例えば、上記実施形態では、本発明をリチウムイオン電池に適用した場合を例に説明したが、本発明の対象がリチウムイオン電池に限定されるものではなく、他の種類の蓄電池に適用することも可能である。
【００３３】
また、上記実施形態では、正極２０と負極３０を巻回したタイプの蓄電池を例に説明したが、本発明がこれに限定されるものではなく、セパレータ４０を介して複数の正極２０と複数の負極３０を交互に積層したラミネートセル型の蓄電池に本発明を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０    蓄電池
１１    外装ケース
２０    正極
２１    正極集電体
２１ａ    正極端部
２２    正極活物質
２３    正極タブ
２４    第１のスリット
２５，３５    絶縁部材
３０    負極
３１    負極集電体
３１ａ    負極端部
３２    負極活物質
３３    負極タブ
３４    第２のスリット
４０    セパレータ
５１    第１の端部領域
５２    第２の端部領域
５３    第３の端部領域
５４    第４の端部領域
Ａ，Ｂ    折り目部分
Ｉ    電流
Ｌ    リチウムイオン
【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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【図７】
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