(57)【要約】【課題】安全性を向上可能な蓄電装置を提供する。【解決手段】二次電池１００は、ケース１０と、ケース１０内に収容された電極組立体２０と、ケース１０と電極組立体２０とを電気的に絶縁する絶縁フィルム７０と、を備え、電極組立体２０は、セパレータ５０と、セパレータ５０を介して交互に積層された複数の正極３０及び負極４０と、を有し、絶縁フィルム７０は、アラミド繊維を含んで構成され、少なくとも正極３０及び負極４０の積層方向についてケース１０と電極組立体２０との間に配置されている。【選択図】図３
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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を電気的に絶縁する絶縁フィルムと、を備え、
前記電極組立体は、セパレータと、前記セパレータを介して交互に積層された複数の正極及び負極と、を有し、
前記絶縁フィルムは、アラミド繊維を含んで構成され、少なくとも前記正極及び前記負極の積層方向について前記ケースと前記電極組立体との間に配置されている、
ことを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記絶縁フィルムには、張力が付与されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記絶縁フィルムは、前記ケースの内面に接着されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記絶縁フィルムは、所定の支持部材によって支持されている、
ことを特徴とする請求項１又は２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】
上記技術分野の従来の技術として、特許文献１に記載のリチウム系電池が知られている。このリチウム系電池は、正極と負極と正負極間に介在させられたセパレータとを含む単位電池を積層してなる電池構造体群と、電池構造体群を収納する電池容器と、を備えている。また、このリチウム系電池においては、電池構造体群や電池容器等の外周を伸張性高分子シートによって被覆している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５１１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のリチウム系電池は、当該リチウム系電池に釘刺しや圧潰等が生じた際に、伸張性高分子シートを正負極間にずれ込ませることによって、瞬間的に大電流が流れることを抑制し、安全性の向上を図っている。このように、上記技術分野においては、安全性の向上が望まれている。
【０００５】
本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、安全性を向上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を電気的に絶縁する絶縁フィルムと、を備え、電極組立体は、セパレータと、セパレータを介して交互に積層された複数の正極及び負極と、を有し、絶縁フィルムは、アラミド繊維を含んで構成され、少なくとも正極及び負極の積層方向についてケースと電極組立体との間に配置されている、ことを特徴とする。
【０００７】
この蓄電装置においては、アラミド繊維を含んで構成される絶縁フィルムが、正極及び負極の積層方向についてケースと電極組立体との間に配置されている。このため、例えば釘等の先鋭化された導電性の部材（以下「釘」という）がケース外部からケース内に刺し込まれた場合に、ケースと電極組立体との間の絶縁フィルムにおいて釘の進行が抑制され、釘が電極組立体に至ることが抑制される。或いは、電極組立体に釘が至ったとしても、電極組立体の正極又は負極と釘との間に絶縁フィルムが介在させられるので、釘を介した正極と負極との短絡を抑制することができる。その結果、正極と負極とが広範囲において短絡することが避けられるので、安全性が向上する。
【０００８】
本発明に係る蓄電装置においては、絶縁フィルムには、張力が付与されていてもよい。この場合、張力が付与された絶縁フィルムにおいて、釘の進行を確実に抑制することができる。
【０００９】
本発明に係る蓄電装置においては、絶縁フィルムは、ケースの内面に接着されていてもよい。この場合、ケース内に釘が刺し込まれたときに、絶縁フィルムにおける釘が当接する部分に張力を生じさせ、釘の進行を確実に抑制することができる。
【００１０】
本発明に係る蓄電装置においては、絶縁フィルムは、所定の支持部材によって支持されていてもよい。この場合、支持部材による絶縁フィルムの支持の態様を選択することにより、例えば、絶縁フィルムに生じさせる張力を調節することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、安全性を向上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】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る二次電池の構成を示す模式的な断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿っての部分的な断面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿っての模式的な断面図である。
【図４】図３に示された二次電池の変形例を示す模式的な断面図である。
【図５】図３に示された二次電池の変形例を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る蓄電装置の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において、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。また、各図における寸法比率は、実際のものと異なる場合がある。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る二次電池の構成を示す模式的な断面図である。図２は、図１のII−II線に沿った部分的な断面図である。図３は、図２のIII−III線に沿った模式的な断面図である。図１〜３には、直交座標系Ｓが示されている。図１〜３に示される二次電池（蓄電装置）１００は、例えば、リチウムイオン二次電池等の非水電界質二次電池である。二次電池１００は、ケース１０を備えている。ケース１０は、例えば、アルミニウム等の金属から構成することができる。ケース１０内には、電解液Ｒが充填されている。電解液Ｒとしては、例えば、有機溶媒系又は非水系の電解液等が挙げられる。
【００１５】
二次電池１００は、電極組立体２０を備えている。電極組立体２０は、ケース１０内に収容されている。電極組立体２０は、複数の正極３０及び複数の負極４０と、正極３０と負極４０との間に配置された複数のセパレータ５０と、を備えている。正極３０及び負極４０は、セパレータ５０を介して所定の方向（直交座標系Ｓにおけるｘ軸方向）に沿って交互に積層されている。正極３０及び負極４０は、シート状である。セパレータ５０は、ここではシート状であるが、袋状としてもよい。セパレータ５０が袋状である場合には、例えば正極３０がセパレータ５０内に収容される。
【００１６】
正極３０は、金属箔３１と、金属箔３１の両面に設けられた正極活物質層３２とを有している。金属箔３１は、例えばアルミニウム箔である。正極活物質層３２は、例えば、正極活物質とバインダを含んで構成される。正極活物質としては、例えば、複合酸化物、金属リチウム、及び硫黄等が挙げられる。複合酸化物は、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、リチウムとを含む。
【００１７】
正極３０は、縁に形成されたタブ３３を有する。タブ３３には、正極活物質が担持されていない。正極３０は、タブ３３を介して導電部材３４に接続されている。導電部材３４は、正極端子３５に接続されている。したがって、正極３０は、タブ３３及び導電部材３４を介して正極端子３５に電気的に接続されている。正極端子３５は、絶縁リング３６を介してケース１０に取り付けられている。
【００１８】
負極４０は、金属箔４１と、金属箔４１の両面に設けられた負極活物質層４２とを有している。金属箔４１は、例えば銅箔である。負極活物質層４２は、例えば、負極活物質とバインダとを含んで構成される。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、及び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、並びに、ホウ素添加炭素等が挙げられる。
【００１９】
負極４０は、縁に形成されたタブ４３を有する。タブ４３には、負極活物質が担持されていない。負極４０は、タブ４３を介して導電部材４４に接続されている。導電部材４４は、負極端子４５に接続されている。したがって、負極４０は、タブ４３及び導電部材４４を介して負極端子４５に電気的に接続されている。負極端子４５は、絶縁リング４６を介してケース１０に取り付けられている。
【００２０】
セパレータ５０としては、ポリエチレン（ＰＥ）及びポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、並びに、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、及びメチルセルロース等からなる織布や不織布等が挙げられる。
【００２１】
二次電池１００は、短絡ユニット６０を備えている。短絡ユニット６０は、正極３０及び負極４０の積層方向（直交座標系Ｓにおけるｘ軸方向）における電極組立体２０の一方の側について、ケース１０と電極組立体２０との間に配置されている。したがって、短絡ユニット６０は、電極組立体２０よりも外側（すなわち、ケース１０内における最外部）に位置している。
【００２２】
短絡ユニット６０は、金属箔６１及び金属箔６２と、金属箔６１と金属箔６２との間に配置された絶縁部材６３とを有している。金属箔６１及び金属箔６２は、正極３０及び負極４０の積層方向に沿って、絶縁部材６３を介して互いに積層されている。金属箔６１は、例えばアルミニウム箔である。金属箔６２は、例えば銅箔である。
【００２３】
金属箔６１は、縁に形成されたタブ６１ａを有している。金属箔６２は、縁に形成されたタブ６２ａを有している。金属箔６１は、タブ６１ａを介して正極３０及び負極４０の一方に電気的に接続されており、金属箔６２は、タブ６２ａを介して正極３０及び負極４０の他方に電気的に接続されている。
【００２４】
ここでは、一例として、金属箔６１のタブ６１ａが正極３０のタブ３３と重なるように配置されて電気的に接続されており、金属箔６２のタブ６２ａが負極４０のタブ４３と重なるように配置されて電気的に接続されている。このような金属箔６１，６２は、活物質層が形成されておらず（すなわち、正極活物質及び負極活物質が担持されておらず）、安全対策用の未塗工電極とされている。
【００２５】
なお、金属箔６１，６２は、そのタブ６１ａ，６２ａにおいて、他の部分よりも薄く形成されてもよい。絶縁部材６３の材料としては、金属箔６１と金属箔６２とを電気的に絶縁可能な任意の材料を用いることができるが、一例として上記のセパレータ５０の材料と同様のものを用いることができる。
【００２６】
ここで、二次電池１００は、絶縁フィルム７０をさらに備えている。絶縁フィルム７０は、ケース１０と電極組立体２０との間に配置されており、ケース１０と電極組立体２０とを電気的に絶縁する。絶縁フィルム７０は、シート状の絶縁部７１〜７４を有する。絶縁部７１は、正極３０及び負極４０の積層方向における電極組立体２０の一方の側面２１上に配置され、側面２１を覆っている。絶縁部７２は、正極３０及び負極４０の積層方向における電極組立体２０の他方の側面２２上に配置され、側面２２を覆っている。
【００２７】
絶縁部７３は、正極３０及び負極４０の積層方向に交差する方向（直交座標系Ｓにおけるｙ軸方向）における電極組立体２０の一方の側面２３上に配置され、側面２３を覆っている。絶縁部７４は、正極３０及び負極４０の積層方向に交差する方向における電極組立体２０の他方の側面２４上に配置され、側面２４を覆っている。
【００２８】
なお、ここでは、電極組立体２０の側面２１上に短絡ユニット６０が配置されている。このため、絶縁フィルム７０の絶縁部７１は、短絡ユニット６０を介して、電極組立体２０の側面２１上に配置されている。また、絶縁部７３，７４は、電極組立体２０の側面２３，２４に沿った短絡ユニット６０の側面上にも配置され、該側面を覆っている。絶縁フィルム７０は、以上の絶縁部７１〜７２が一体化されることによって、全体として環状に形成されている。
【００２９】
絶縁フィルム７０は、全体として、アラミド繊維（例えばケブラー（登録商標））を含んで構成されている。換言すれば、絶縁フィルム７０は、正極３０及び負極４０の積層方向についてケース１０と電極組立体２０との間に配置され、アラミド繊維を含んで構成される絶縁部７１，７２と、正極３０及び負極４０の積層方向に交差する方向についてケース１０と電極組立体２０との間に配置され、アラミド繊維を含んで構成される絶縁部７３，７４と、を含む。
【００３０】
絶縁フィルム７０（すなわち絶縁部７１〜７４）は、例えば、アラミド繊維を含んでシート状に構成される任意のもの（一例として、アラミド繊維から構成される織布、不織布、又は紙等）とすることができる。また、アラミド繊維を含んで構成されるとは、アラミド繊維のみから構成され場合もあるし、アラミド繊維を他の材料に分散させる等、絶縁性及び防刃性を有する範囲においてアラミド繊維以外の材料を含んで構成される場合もある。アラミド繊維としては、例えば、パラ系アラミド繊維及び／又はメタ系アラミド繊維等を用いることができる。
【００３１】
このような絶縁フィルム７０は、例えば帯状に形成された後に、その両端部を互いに接合することにより、環状に形成される。また、絶縁フィルム７０は、例えば、環状に形成された状態において、電極組立体２０及び短絡ユニット６０に装着され（被せられ）、電極組立体２０及び短絡ユニット６０と共にケース１０内に収容される。その際に、絶縁フィルム７０は、ケース１０の内面１０ｓ及び電極組立体２０の側面２１〜２４等に少なくとも部分的に接触して引っ張られ、張力が付与される。
【００３２】
つまり、絶縁フィルム７０は、張力が付与された状態において、ケース１０と電極組立体２０との間に配置されている。なお、絶縁フィルム７０の厚さは、所定の絶縁性及び防刃性を発揮する範囲において任意に設定することができるが、例えば２０μｍ〜１０００μｍ程度である。
【００３３】
以上説明したように、二次電池１００は、ケース１０と電極組立体２０との間に配置された絶縁フィルム７０を備えている。そして、その絶縁フィルム７０は、アラミド繊維を含んで構成され（アラミド繊維から構成され）、防刃性を有している。このため、例えば釘等の先鋭化された導電性の部材（以下「釘」という）がケース１０外部からケース１０を貫通してケース１０内に刺し込まれた場合に（すなわち、釘刺しが生じた場合に）、ケース１０と電極組立体２０との間の絶縁フィルム７０が釘の貫通を阻止し、絶縁フィルム７０において釘の進行が抑制される。
【００３４】
その結果、釘が電極組立体２０に至ることが抑制され、釘を介して正極３０と負極４０とが短絡することが抑制される。よって、安全性が向上される。特に、二次電池１００においては、絶縁フィルム７０には張力が付与されている。このため、絶縁フィルム７０において釘の進行を確実に抑制することができる。
【００３５】
或いは、絶縁フィルム７０が釘に貫通され難いため、仮に、釘の進行が防止されず、釘が電極組立体２０に至るような場合であっても、釘の先端部分に絶縁フィルム７０が纏わりつくように残存する。このため、そのような場合であっても、電極組立体２０の正極３０又は負極４０と釘との間に絶縁フィルム７０が介在させられるので、釘を介した正極３０と負極４０との短絡を抑制することができる。その結果、正極３０と負極４０とが広範囲において短絡することが避けられる。よって、安全性が向上される。
【００３６】
また、二次電池１００においては、絶縁フィルム７０は、正極３０及び負極４０の積層方向についてケース１０と電極組立体２０との間に配置される絶縁部７１，７２に加えて、正極３０及び負極４０の積層方向に交差する方向ついてケース１０と電極組立体２０との間に配置される絶縁部７３，７４を有している。そして、それらの絶縁部７３，７４も、アラミド繊維を含んで構成される。
【００３７】
つまり、二次電池１００においては、正極３０及び負極４０の積層方向のみならず、正極３０及び負極４０の積層方向に交差する方向についても、ケース１０と電極組立体２０との間にアラミド繊維を含んで構成される絶縁フィルム７０が配置される。このため、二次電池１００においては、正極３０及び負極４０の積層方向からの釘刺しに加えて、正極３０及び負極４０の積層方向に交差する方向からの釘刺しに対しても、安全性が確保される。
【００３８】
また、二次電池１００は、正極３０及び負極４０の積層方向についてケース１０と電極組立体２０との間に配置された短絡ユニット６０を備えている。このため、上述したように、仮に、正極３０及び負極４０の積層方向からの釘の進行が絶縁フィルム７０において防止されない場合であっても、正極３０と負極４０との短絡に先立って、短絡ユニット６０の金属箔６１，６２同士の短絡が生じやすい。正極３０と負極４０との短絡に先立って、活物質層が形成されていない金属箔６１，６２に短絡電流が流れれば、二次電池１００の発熱が抑制される。したがって、安全性が一層向上される。
【００３９】
以上の実施形態は、本発明に係る蓄電装置の一実施形態を説明したものである。したがって、本発明に係る蓄電装置は、上述した二次電池１００に限定されない。本発明に係る蓄電装置は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述した二次電池１００を任意に変更し、或いは、他のものに適用することができる。
【００４０】
例えば、図４に示されるように、絶縁フィルム７０は、ケース１０の内面１０ｓに接着されていてもよい。ここでは、絶縁フィルム７０は、電極組立体２０及び短絡ユニット６０から離間した状態において、ケース１０の内面１０ｓに接着されている。絶縁フィルム７０は、その全体がケース１０の内面１０ｓに接着されていてもよいし、正極３０及び負極４０の積層方向についてケース１０と電極組立体２０との間に配置される絶縁部７１，７２のみにおいてケース１０の内面に接着されていてもよい。また、絶縁フィルム７０は、張力が付与された状態においてケース１０の内面１０ｓに接着されていてもよいし、張力が付与されていない状態においてケース１０の内面１０ｓに接着されていてもよい。
【００４１】
ただし、この場合には、絶縁フィルム７０に予め張力を付与していなくても、釘刺しが生じた場合に、絶縁フィルム７０におけるケース１０を貫通した釘に当接する部分（例えば絶縁部７１，７２の一部分）に対して張力が生じる。このため、絶縁フィルム７０において釘の進行を確実に抑制することができる。また、絶縁フィルム７０によって釘の進行が抑制されるうえに、絶縁フィルム７０と電極組立体２０との間の間隙の分だけ釘の進行が許容される。このため、釘を介した正極３０と負極４０との短絡が確実に抑制される。
【００４２】
また、図５に示されるように、絶縁フィルム７０は、支持部材（所定の支持部材）８０によって支持されていてもよい。支持部材８０は、平板状の基部８１と、基部８１の両端から立設された平板上の一対の支持部８２と、を含む。絶縁フィルム７０は、環状に形成されており、一対の支持部８２に架け渡されるように支持部材８０に装着されている。絶縁フィルム７０には、支持部材８０の弾性力によって張力が付与されている。
【００４３】
この場合には、絶縁フィルム７０は、ケース１０、電極組立体２０、及び短絡ユニット６０から離間した状態で支持部材８０によって支持され、ケース１０と電極組立体２０との間に配置される。このように、絶縁フィルム７０を支持部材８０によって支持するようにすれば、例えば支持部材８０の形状や寸法等を変更し、支持部材８０による絶縁フィルム７０の支持の態様を選択すれば、絶縁フィルム７０に付与する張力を任意に調節することが可能となる。すなわち、絶縁フィルム７０は、張力が付与されない状態において支持部材８０に支持されていてもよい。
【００４４】
また、絶縁フィルム７０は、環状でなく袋状に形成されていてもよい。つまり、絶縁フィルム７０は、上記の絶縁部７１〜７４に加えて、それらの絶縁部７１〜７４同士を接続するように別の絶縁部を有することができる。その場合には、絶縁フィルム７０の開放部分から電極組立体２０及び短絡ユニット６０を袋状の絶縁フィルム７０内に収容し、その状態において、電極組立体２０及び短絡ユニット６０と共に絶縁フィルム７０をケース１０内に収容すればよい。この場合には、電極組立体２０の側面２１〜２４上に加えて、電極組立体２０の底面２５（図１参照）上においても、ケース１０と電極組立体２０との間にアラミド繊維を含んで構成される絶縁フィルム７０が配置されることとなる。
【００４５】
また、上記実施形態においては、絶縁フィルム７０は、正極３０及び負極４０の積層方向についてケース１０と電極組立体２０との間に配置される絶縁部７１，７２と、正極３０及び負極４０の積層方向に交差する方向についてケース１０と電極組立体２０との間に配置される絶縁部７３，７４と、を有する場合について説明した。しかしながら、絶縁フィルム７０は、絶縁部７１，７２のみを有していてもよい。
【００４６】
その場合には、例えば、正極３０及び負極４０の積層方向に交差する方向について、ケース１０と電極組立体２０との間に、アラミド繊維以外の絶縁性の材料からなる他の絶縁フィルムを配置してもよい。つまり、絶縁フィルム７０は、アラミド繊維を含んで構成され、少なくとも正極３０及び負極４０の積層方向についてケース１０と電極組立体２０との間に配置されていればよい。
【００４７】
また、二次電池１００においては、互いに積層されるように複数の絶縁フィルム７０を用いてもよいし、アラミド繊維以外の絶縁性の材料からなる別の絶縁フィルムを絶縁フィルム７０に積層して用いてもよい。また、二次電池１００においては、絶縁フィルム７０に対して張力が付与されていなくてもよい。
【００４８】
また、二次電池１００は、短絡ユニット６０を備えていなくても良いし、正極３０及び負極４０の積層方向における電極組立体２０の他方の側面２２上に配置された別の短絡ユニットをさらに備えていてもよい。
【００４９】
さらに、本発明は、二次電池１００の他に、例えば電気二重層キャパシタ等の任意の蓄電装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０…ケース、１０ｓ…内面、２０…電極組立体、３０…正極、４０…負極、５０…セパレータ、７０…絶縁フィルム、８０…支持部材。
【図１】
2015028865.tif 000003
【図２】
2015028865.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015028865.tif 000006
【図５】
2015028865.tif 000007