(57)【要約】【課題】発熱を確実に抑制することができる蓄電装置を提供する。【解決手段】二次電池１００は、導電性を有するケース１０と、正極３０と、負極４０と、正極３０と負極４０との間に配置されたセパレータ５０と、を備え、ケース１０に収容された電極組立体２０と、ケース１０と電極組立体２０との間に配置され、正極３０及び負極４０の一方と電気的に接続された第１導電板１４と、ケース１０と電極組立体２０との間に配置され、正極３０及び負極４０の他方と電気的に接続された第２導電板１６と、第１導電板１４と第２導電板１６との間に配置され、第１導電板１４と第２導電板１６とを電気的に絶縁する絶縁部材１８と、を備える。第１導電板１４、第２導電板１６及び絶縁部材１８のうち少なくとも一つは、低融点合金からなる低融点合金部を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
正極と、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、を備え、前記ケース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、前記正極及び前記負極の一方と電気的に接続された第１導電板と、
前記ケースと前記電極組立体との間に配置され、前記正極及び前記負極の他方と電気的に接続された第２導電板と、
前記第１導電板と前記第２導電板との間に配置され、前記第１導電板と前記第２導電板とを電気的に絶縁する絶縁部材と、を備え、
前記第１導電板、前記第２導電板及び前記絶縁部材のうち少なくとも一つは、低融点合金からなる低融点合金部を備えている、蓄電装置。
【請求項２】
前記第１導電板及び前記第２導電板のうち前記ケース側に位置するものが前記低融点合金部を備えている、請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記第１導電板及び前記第２導電板のうち前記正極と電気的に接続されたものが前記低融点合金部を備えている、請求項１又は２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記第１導電板又は前記第２導電板が前記低融点合金部を備え、
前記低融点合金部を備えた前記第１導電板又は前記第２導電板が、前記低融点合金部の表面を覆うコーティング部を備え、
前記コーティング部は、前記低融点合金部を備えた前記第１導電板又は前記第２導電板に電気的に接続された前記正極又は前記負極と同電位の金属からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記絶縁部材の少なくとも表面が非多孔質の材料からなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記蓄電装置が二次電池である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【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、正極及び負極を有する電極組立体の両側に、第１導電板及び第２導電板を備えた二次電池が知られている（例えば特許文献１参照）。第１導電板は、正極と電気的に接続されている。第２導電板は、負極と電気的に接続されている。第１導電板と第２導電板との間には絶縁板が配置されている。この電池では、電池が外部から衝撃を受けた場合に、絶縁板が損傷することにより第１導電板と第２導電板とが短絡される。これにより、二次電池の放電が行われ、正極と負極とが直接短絡されることによる発熱が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１９２６０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、上記電池では、第１導電板と第２導電板とが短絡された場合に、第１導電板及び第２導電板の近傍での発熱により、第１導電板又は第２導電板が溶断する場合がある。この場合には、第１導電板と第２導電板との間での短絡状態が解消され、正極と負極とが直接短絡される。このため、二次電池内での発熱を十分に抑制できないおそれがある。
【０００５】
本発明は、発熱を確実に抑制することができる蓄電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る蓄電装置は、ケースと、正極と、負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータと、を備え、ケース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、正極及び負極の一方と電気的に接続された第１導電板と、ケースと電極組立体との間に配置され、正極及び負極の他方と電気的に接続された第２導電板と、第１導電板と第２導電板との間に配置され、第１導電板と第２導電板とを電気的に絶縁する絶縁部材と、を備え、第１導電板、第２導電板及び絶縁部材のうち少なくとも一つは、低融点合金からなる低融点合金部を備えている。
【０００７】
この蓄電装置では、第１導電板、第２導電板、及び第１導電板と第２導電板との間の絶縁部材の少なくとも一つが、低融点合金部を備えている。これにより、第１導電板と第２導電板とが短絡されて熱を発生すると、融点の低い低融点合金部が、広い範囲で融解する。したがって、低融点合金部の融解により絶縁部材が広い範囲で融解し、第１導電板と第２導電板とが、広い範囲で面接触し、これにより第１導電板と第２導電板とが短絡される。このため、第１導電板と第２導電板とが確実に短絡され、蓄電装置での発熱を確実に抑制することができる。
【０００８】
第１導電板及び第２導電板のうちケース側に位置するものが低融点合金部を備えていてもよい。
【０００９】
この場合には、融解した低融点合金部は、電極組立体から遠い場所で広がるため、融解した低融点合金部が電極組立体と接触することを抑制することができる。
【００１０】
第１導電板及び第２導電板のうち正極と電気的に接続されたものが低融点合金部を備えていてもよい。
【００１１】
第１導電板又は第２導電板が低融点合金部を備え、低融点合金部を備えた第１導電板又は第２導電板が、低融点合金部の表面を覆うコーティング部を備え、コーティング部は、低融点合金部を備えた第１導電板又は第２導電板に電気的に接続された正極又は負極と同電位の金属からなっていてもよい。
【００１２】
この場合には、コーティング部は、正極又は負極と同電位の金属からなっており、低融点合金部は、コーティング部に覆われている。したがって、蓄電装置の通常の動作時において、電位の異なる金属同士の電気的な接続により低融点合金部が溶出することを抑制することができる。
【００１３】
絶縁部材の少なくとも表面が非多孔質の材料からなっていてもよい。
【００１４】
この場合には、ケース内の電解液が絶縁部材の表面に浸透しにくい。このため、絶縁部材の熱容量が小さくなる。したがって、絶縁部材がさらに融解しやすくなり、第１導電板と第２導電板とが短絡されやすくなる。
【００１５】
蓄電装置が二次電池であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、発熱を確実に抑制することができる蓄電装置が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施形態に係る蓄電装置を模式的に示す断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿った断面図である。
【図３】第１導電板、絶縁部材及び第２導電板の拡大断面図である。
【図４】蓄電装置の破壊時における第１導電板、絶縁部材及び第２導電板を示す模式的な断面図である。
【図５】変形例に係る蓄電装置における第１導電板、絶縁部材及び第２導電板の断面図である。
【図６】変形例に係る蓄電装置の破壊時における第１導電板、第２導電板及び低融点合金を示す模式的な断面図である。
【図７】第１導電板及び第２導電板に押圧力が加わった状態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】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。
【００１９】
図１は、一実施形態に係る蓄電装置を模式的に示す断面図である。図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。図１及び図２に示される蓄電装置としての二次電池１００は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。
【００２０】
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とを備える。ケース１０は例えばアルミニウム等の金属からなってもよい。電極組立体２０は、正極３０と、負極４０と、正極３０と負極４０との間に配置されたセパレータ５０とを備える。正極３０、負極４０は、例えばシート状である。セパレータ５０は、例えば袋状であるが、シート状であってもよい。袋状のセパレータ５０内には、例えば正極３０が収容される。複数の正極３０及び複数の負極４０が、セパレータ５０を介して交互に積層されてもよい。ケース１０内には電解液６０が充填され得る。電解液６０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。
【００２１】
正極３０は、金属箔３０ｂと、金属箔３０ｂの両面に設けられた正極活物質層３０ｃとを備え得る。金属箔３０ｂは例えばアルミニウム箔である。正極活物質層３０ｃは、正極活物質とバインダとを含んでもよい。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。複合酸化物は、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。
【００２２】
正極３０は、縁に形成されたタブ３０ａを有してもよい。タブ３０ａには、正極活物質が担持されていない。正極３０は、タブ３０ａを介して導電部材３２に接続され得る。導電部材３２は、正極端子３４に接続され得る。正極端子３４は、絶縁リング３６を介してケース１０に取り付けられてもよい。
【００２３】
負極４０は、金属箔４０ｂと、金属箔４０ｂの両面に設けられた負極活物質層４０ｃとを備え得る。金属箔４０ｂは例えば銅箔である。負極活物質層４０ｃは、負極活物質とバインダとを含んでもよい。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。
【００２４】
負極４０は、縁に形成されたタブ４０ａを有してもよい。タブ４０ａには、負極活物質が担持されていない。負極４０は、タブ４０ａを介して導電部材４２に接続され得る。導電部材４２は、負極端子４４に接続され得る。負極端子４４は、絶縁リング４６を介してケース１０に取り付けられてもよい。
【００２５】
セパレータ５０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。
【００２６】
ケース１０と電極組立体２０との間には、第１導電板１４が配置される。第１導電板１４は、例えば複数の金属箔を積層してなるが、単一の板状部材であってもよい。第１導電板１４には、活物質層が設けられていない。第１導電板１４の厚みは、負極４０の金属箔４０ｂの厚みよりも厚くてもよい。第１導電板１４の剛性は、金属箔４０ｂの剛性よりも高くてもよい。
【００２７】
ケース１０と第１導電板１４との間には、第２導電板１６が配置される。第２導電板１６は、例えば複数の金属箔を積層してなるが、単一の板状部材であってもよい。第２導電板１６には、活物質層が設けられていない。第２導電板１６の厚みは、正極３０の金属箔３０ｂの厚みよりも厚くてもよい。第２導電板１６の剛性は、金属箔３０ｂの剛性よりも高くてもよい。
【００２８】
第１導電板１４と第２導電板１６との間には、絶縁部材１８が配置される。絶縁部材１８は、絶縁シート又は絶縁層であってもよい。絶縁部材１８としては、例えば樹脂シート、樹脂層、又はセパレータ５０が用いられてもよい。絶縁部材１８の少なくとも表面は、非多孔質の材料からなっていてもよい。絶縁部材１８は、多孔質の材料からなっていてもよい。
【００２９】
第１導電板１４は、正極３０及び負極４０の一方と電気的に接続される。第２導電板１６は、正極３０及び負極４０の他方と電気的に接続される。本実施形態では、第１導電板１４が負極４０と電気的に接続され、第２導電板１６が正極３０と電気的に接続される。この場合、例えば、第１導電板１４は銅からなる。
【００３０】
第１導電板１４は、縁に形成されたタブ１４ｄを有してもよい。タブ１４ｄは、負極４０のタブ４０ａに接続され得る。タブ１４ｄの厚みは、第１導電板１４における他の部分の厚みに比べて薄くてもよい。タブ１４ｄはタブ４０ａと重なるように配置され得る。第２導電板１６は、縁に形成されたタブ１６ｄを有してもよい。タブ１６ｄは、正極３０のタブ３０ａに接続され得る。タブ１６ｄの厚みは、第２導電板１６における他の部分の厚みに比べて薄くてもよい。タブ１６ｄはタブ３０ａと重なるように配置され得る。
【００３１】
図３は、第１導電板１４、絶縁部材１８及び第２導電板１６の拡大断面図である。第２導電板１６は、第１導電板１４及び第２導電板１６のうちケース１０側に位置するとともに、正極３０に電気的に接続されている。第２導電板１６は、低融点合金部１６ａと、コーティング部１６ｂと、を備える。第２導電板１６はコーティング部１６ｂを備えなくてもよい。低融点合金部１６ａは、低融点合金からなる。低融点合金としては、例えばアルカリ金属系の合金が挙げられる。アルカリ金属系の合金には、例えばナトリウムカリウム合金が含まれる。低融点合金としては、その他、亜鉛、インジウム、ガリウム、スズ、ビスマス、鉛等を主成分とした合金が用いられ得る。
【００３２】
コーティング部１６ｂは、低融点合金部１６ａの表面に形成されたコーティング層である。コーティング部１６ｂは、例えば、アルミニウム、銅、ＳＵＳ（Steel  Use  Stainless、ステンレス鋼）等の金属からなる。コーティング部１６ｂは、樹脂フィルムであってもよい。
【００３３】
コーティング部１６ｂは、第２導電板１６に電気的に接続された正極３０に電気的に接続されてもよい。この場合、コーティング部１６ｂは、正極３０と同電位を有する金属からなる。
【００３４】
図４を参照して、二次電池１００の破壊時における二次電池１００の動作を説明する。図４は、二次電池１００の破壊時における第１導電板１４、絶縁部材１８及び第２導電板１６を示す模式的な断面図である。二次電池１００の外部から、例えば釘等の異物Ａが突き刺されると、異物Ａが第２導電板１６及び第１導電板１４を貫通する。このとき、第２導電板１６と第１導電板１４とは、異物Ａによって電気的に短絡される。この短絡により、異物Ａの周囲において、異物Ａ、第１導電板１４及び第２導電板１６が熱を発生して、異物Ａ、第１導電板１４及び第２導電板１６の温度が上昇する。これにより、低融点合金部１６ａを含む第２導電板１６が融解する。第２導電板１６の融解に伴い、絶縁部材１８が融解する。これにより、第１導電板１４と第２導電板１６とが、異物Ａの周囲において広い範囲で面接触する。これにより、第１導電板１４と第２導電板１６とが短絡される。
【００３５】
図５を参照して、本実施形態の二次電池１００の変形例について説明する。本変形例では、絶縁部材１８は、第１導電板１４に面した側及び第２導電板１６に面した側に設けられる一対の絶縁層１８ａ，１８ａと、これらの一対の絶縁層１８ａ，１８ａに挟まれた低融点合金部１８ｂと、を備える。第２導電板１６は、低融点合金部を備えていない。絶縁層１８ａは、例えば、樹脂等の材料、又はセパレータ５０の材料と同様の材料からなる。
【００３６】
低融点合金部１８ｂは、絶縁層１８ａによって第１導電板１４及び第２導電板１６のいずれとも絶縁されている。したがって、低融点合金部１８ｂは、正極３０及び負極４０のいずれの電位にも接続されていない。
【００３７】
この変形例に係る蓄電装置において、外部から異物が刺さると、異物を介して第１導電板１４と第２導電板１６とが短絡される。これにより、異物、第１導電板１４及び第２導電板１６の温度が上昇する。これにより、低融点合金部１８ｂが融解し、絶縁層１８ａが融解する。絶縁層１８ａの融解により、第１導電板１４と第２導電板１６とが、低融点合金部１８ｂを介して短絡される。
【００３８】
このとき、融解した低融点合金部１８ｂの濡れ性が小さく、表面張力が大きい場合には、図６に示すように、融解した低融点合金部１８ｂが狭い領域に集まる。これにより、低融点合金部１８ｂは、第１導電板１４と第２導電板１６との間隔を広げようとする力を第１導電板１４及び第２導電板１６に作用させる。
【００３９】
このような動作を防止するために、図７に示すように、第１導電板１４と第２導電板１６とを近づける力Ｆを第１導電板１４及び第２導電板１６に作用させると、第１導電板１４と第２導電板１６との間隔が狭くなる。これにより、融解した低融点合金部１８ｂが、第１導電板１４と第２導電板１６との間の広い領域に薄く広がる。したがって、第１導電板１４及び第２導電板１６が広い範囲で低融点合金部１８ｂと面接触し、第１導電板１４と第２導電板１６とが短絡される。上述した力Ｆは、例えば二次電池１００をモジュール化するときの押圧力により得られる。
【００４０】
なお、低融点合金部１８ｂと第１導電板１４との間、及び低融点合金部１８ｂと第２導電板１６との間の濡れ性を高めるために、第１導電板１４及び第２導電板１６に対して次のような処理を行ってもよい。処理の例としては、フラックスの塗布や、酸性又はアルカリ性の薬品による処理、又は濡れ性を高めるために有効な公知の表面処理が挙げられる。
【００４１】
以上説明したように、二次電池１００では、第１導電板１４、第２導電板１６、及び第１導電板１４と第２導電板１６との間の絶縁部材１８の少なくとも一つが、低融点合金部を備えている。これにより、第１導電板１４と第２導電板１６とが短絡されて熱を発生すると、融点の低い低融点合金部が、広い範囲で融解する。したがって、低融点合金部の融解により絶縁部材１８が広い範囲で融解し、第１導電板１４と第２導電板１６とが、広い範囲で面接触し、これにより第１導電板１４と第２導電板１６とが短絡される。このため、第１導電板と第２導電板とが確実に短絡され、二次電池１００での発熱を確実に抑制することができる。
【００４２】
二次電池１００では、第１導電板１４及び第２導電板１６のうちケース１０側に位置する第２導電板１６が低融点合金部１６ａを備えている。これにより、融解した低融点合金部１６ａが電極組立体２０と接触することを抑制することができる。
【００４３】
二次電池１００では、低融点合金部１６ａの表面を覆うコーティング部１６ｂが、第２導電板１６に電気的に接続された正極３０と同電位の金属からなっている。これにより、二次電池１００の通常の動作時において、電位の異なる金属同士の電気的な接続により低融点合金部１６ａが溶出することを抑制することができる。
【００４４】
二次電池１００では、絶縁部材１８の少なくとも表面が非多孔質の材料からなっている。これにより、ケース１０内の電解液６０が絶縁部材１８の表面に浸透しにくい。このため、絶縁部材１８の熱容量が小さくなる。したがって、絶縁部材１８がさらに融解しやすくなり、第１導電板１４と第２導電板１６とが短絡されやすくなっている。
【００４５】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００４６】
例えば、第１導電板１４が正極３０と電気的に接続され、第２導電板１６が負極４０と電気的に接続されてもよい。この場合、第１導電板１４は、負極４０と電気的に絶縁される。
【００４７】
積層型の電極組立体２０に代えて巻回型の電極組立体が用いられてもよい。巻回型の電極組立体は、帯状の正極３０、負極４０及びセパレータ５０を軸線の周りに巻回することによって作製される。
【００４８】
蓄電装置として、二次電池１００の他に、例えば電気二重層キャパシタ等が挙げられる。
【００４９】
第１導電板１４及び第２導電板１６のうちケース１０側に位置するもの以外が低融点合金部を備えていてもよい。第１導電板１４及び第２導電板１６のうち負極と電気的に接続されたものが低融点合金部を備えていてもよい。この場合、第１導電板１４及び第２導電板１６のうち正極３０と電気的に接続されたものは、例えばアルミニウムからなる。
【００５０】
金属箔３０ｂと金属箔４０ｂのうち、金属箔３０ｂの方が電気抵抗が大きい場合には、正極３０に接続される第１導電板１４又は第２導電板１６が低融点合金部を備えていてもよい。このとき、負極４０に接続される第１導電板１４又は第２導電板１６は、負極４０の金属箔４０ｂと同じ材質からなっていてもよい。金属箔３０ｂと金属箔４０ｂのうち、金属箔４０ｂの方が電気抵抗が大きい場合には、負極４０に接続される第１導電板１４又は第２導電板１６が低融点合金部を備えていてもよい。このとき、正極３０に接続される第１導電板１４又は第２導電板１６は、正極３０の金属箔３０ｂと同じ材質からなっていてもよい。
【００５１】
例えば、第１導電板１４が負極４０と電気的に接続され、第２導電板１６が正極３０と電気的に接続されており、金属箔３０ｂがアルミニウム箔であり、金属箔４０ｂが銅箔であるとする。この場合には、第１導電板１４が銅からなり、第２導電板１６が低融点合金部１６ａを備えていてもよい。この場合、第１導電板１４が低融点合金部を備え、第２導電板１６がアルミニウムからなる場合と比較して、第１導電板１４及び第２導電板１６の電気抵抗値の合計が小さくなる。したがって、第１導電板１４と第２導電板１６とを短絡させたときの第１導電板１４と第２導電板１６との間の電気抵抗値が小さくなる。このため、第１導電板１４と第２導電板１６とを短絡させた場合の発熱をより抑制することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０…ケース、１４…第１導電板、１６…第２導電板、１６ａ，１８ｂ…低融点合金部、１６ｂ…コーティング部、１８…絶縁部材、２０…電極組立体、３０…正極、４０…負極、５０…セパレータ、１００…二次電池（蓄電装置）。
【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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