(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池であって、
各々が活物質層および集電体層を有する２つの電極と、
前記２つの電極の活物質層とそれぞれ接触しつつ、当該活物質層どうしを絶縁して配置される電気絶縁体であって、
２つの面および外側面を有し、前記２つの電極の活物質層に対し、正射影で当該活物質層の間に介在する関係をなし且つそれぞれと接触する分離部材と、
前記分離部材の周囲の構造強度を改善するように前記２つの面の一方の面の周囲を覆うとともに、前記外側面の一部分または全てを覆い、前記２つの電極の活物質層に対し、正射影で当該活物質層の間に介在する関係をなし、且つ少なくとも一部分がそれぞれと接触して配置される支持部材と、
を有する電気絶縁体と、
前記２つの電極および前記電気絶縁体を包むパッケージ構造物と、を備える、
ことを特徴とする電池。
【請求項２】
電池であって、
各々が活物質層および集電体層を有する２つの電極と、
前記２つの電極の活物質層とそれぞれ接触しつつ、当該活物質層どうしを絶縁して配置される電気絶縁体であって、
２つの面および外側面を有し、前記２つの電極の活物質層に対し、正射影で当該活物質層の間に介在する関係をなし且つそれぞれと接触する分離部材と、
前記分離部材の周囲の構造強度を改善するように前記２つの面の双方の面の周囲を覆い、前記２つの電極の活物質層に対し、正射影で当該活物質層の間に介在する関係をなし、且つ少なくとも一部分がそれぞれと接触して配置される支持部材と、
を有する電気絶縁体と、
前記２つの電極および前記電気絶縁体を包むパッケージ構造物と、を備える、
ことを特徴とする電池。
【請求項３】
電池であって、
各々が活物質層および集電体層を有する２つの電極と、
前記２つの電極の活物質層とそれぞれ接触しつつ、当該活物質層どうしを絶縁して配置される電気絶縁体であって、
２つの面および外側面を有し、前記２つの電極の活物質層に対し、正射影で当該活物質層の間に介在する関係をなし且つそれぞれと接触する分離部材と、
前記分離部材の周囲の構造強度を改善するように前記２つの面の双方の面の周囲を覆うとともに前記外側面の一部分または全てを覆い、前記２つの電極の活物質層に対し、正射影で当該活物質層の間に介在する関係をなし、且つ少なくとも一部分がそれぞれと接触して配置される支持部材と、
を有する電気絶縁体と、
前記２つの電極および前記電気絶縁体を包むパッケージ構造物と、を備える、
ことを特徴とする電池。
【請求項４】
前記電気絶縁体と前記２つの電極の一方の電極とは、正射影で当該電気絶縁体が当該一方の電極を覆う関係をなし、当該一方の電極に対応する活物質層は、正の活物質層または負の活物質層であることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の電池。
【請求項５】
前記分離部材と前記２つの電極の一方の活物質層とは、当該分離部材の正射影範囲が当該活物質層の正射影範囲以下の関係をなし、当該活物質層は、正の活物質層または負の活物質層であることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の電池。
【請求項６】
前記分離部材は、セラミックセパレータ、重合体セパレータ、およびセラミックでコーティングされた重合体セパレータのうちのいずれかであることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の電池。
【請求項７】
前記パッケージ構造物は、前記２つの電極および前記電気絶縁体を収容する、独立した容器であることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の電池。
【請求項８】
前記２つの電極の集電体層の少なくとも一方は、その外面に保護層を有することを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の電池。
【請求項９】
前記分離部材は、多孔性且つイオン導電性を有することを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の電池。
【請求項１０】
前記支持部材は、イオン導電性を有する、または、イオン導電性を有さないことを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の電池。
【請求項１１】
前記支持部材は、可撓性を有することを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の電池。
【請求項１２】
前記支持部材は、イオン導電性を有さない支持材料を有することを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の電池。
【請求項１３】
電池であって、
各々が活物質層および集電体層を有する２つの電極と、
前記２つの電極の活物質層とそれぞれ接触しつつ、当該活物質層どうしを絶縁して配置される電気絶縁体であって、
２つの面および外側面を有し、前記２つの電極の活物質層に対し、正射影で当該活物質層の間に介在する関係をなし且つそれぞれと接触する分離部材と、
前記分離部材の周囲の構造強度を改善するように前記２つの面の一方の面の周囲を覆うとともに、前記外側面の一部分または全てを覆い、前記２つの電極の活物質層に対し、正射影で当該活物質の間に介在する関係をなし、且つ少なくとも部分がそれぞれと接触して配置される支持部材と、
を有する電気絶縁体と、
前記集電体層と前記支持部材の少なくとも部分と密着して、前記活物質層および前記分離部材を密封する密封フレームと、を備え、
前記電気絶縁体の全体が隠れるように、電気絶縁体が密封フレームに密封されている、
ことを特徴とする電池。
【請求項１４】
電池であって、
各々が活物質層および集電体層を有する２つの電極と、
前記２つの電極の活物質層とそれぞれ接触しつつ、当該活物質層どうしを絶縁して配置される電気絶縁体であって、
２つの面および外側面を有し、前記２つの電極の活物質層に対し、正射影で当該活物質層の間に介在する関係をなし且つそれぞれと接触する分離部材と、
前記分離部材の周囲の構造強度を改善するように前記２つの面の双方の面の周囲を覆い、前記２つの電極の活物質層に対し、正射影で当該活物質の間に介在する関係をなし、且つ少なくとも部分がそれぞれと接触して配置される支持部材と、
を有する電気絶縁体と、
前記集電体層と前記支持部材の少なくとも部分と密着して、前記活物質層および前記分離部材を密封する密封フレームと、を備え、
前記電気絶縁体の全体が隠れるように、電気絶縁体が密封フレームに密封されている、
ことを特徴とする電池。
【請求項１５】
電池であって、
各々が活物質層および集電体層を有する２つの電極と、
前記２つの電極の活物質層とそれぞれ接触しつつ、当該活物質層どうしを絶縁して配置される電気絶縁体であって、
２つの面および外側面を有し、前記２つの電極の活物質層に対し、正射影で当該活物質層の間に介在する関係をなし且つそれぞれと接触する分離部材と、
前記分離部材の周囲の構造強度を改善するように前記２つの面の双方の面の周囲を覆うとともに前記外側面の一部分または全てを覆い、前記２つの電極の活物質層に対し、正射影で当該活物質の間に介在する関係をなし、且つ少なくとも部分がそれぞれと接触して配置される支持部材と、
を有する電気絶縁体と、
前記集電体層と前記支持部材の少なくとも部分と密着して、前記活物質層および前記分離部材を密封する密封フレームと、を備え、
前記電気絶縁体の全体が隠れるように、電気絶縁体が密封フレームに密封されている、
ことを特徴とする電池。
【請求項１６】
前記電気絶縁体と前記２つの電極の一方の電極とは、正射影で当該電気絶縁体が当該一方の電極を覆う関係をなし、当該一方の電極に対応する活物質層は、正の活物質層または負の活物質層であることを特徴とする、請求項１３乃至１５の何れか一項に記載の電池。
【請求項１７】
前記分離部材と前記２つの電極の一方の活物質層とは、当該分離部材の正射影範囲が当該活物質層の正射影範囲以下の関係をなし、当該活物質層は、正の活物質層または負の活物質層であることを特徴とする、請求項１３乃至１５の何れか一項に記載の電池。
【請求項１８】
前記２つの電極の集電体層の少なくとも一方は、その外面に保護層を有することを特徴とする、請求項１３乃至１５の何れか一項に記載の電池。
【請求項１９】
前記分離部材は、多孔性且つイオン導電性を有することを特徴とする、請求項１３乃至１５の何れか一項に記載の電池。
【請求項２０】
前記支持部材は、イオン導電性を有する、または、イオン導電性を有さないことを特徴とする、請求項１３乃至１５の何れか一項に記載の電池。
【請求項２１】
前記支持部材は、可撓性を有することを特徴とする、請求項１３乃至１５の何れか一項に記載の電池。
【請求項２２】
前記支持部材は、イオン導電性を有さない支持材料を有することを特徴とする、請求項１３乃至１５の何れか一項に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気絶縁体に関し、詳細には電気絶縁体を具備した電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電池の内部短絡を回避するために、正極と負極の間にセパレータを置かなければならなかった。セパレータの材料は通常、ポリエチレン、ポリプロピレンである。これらの材料を使用するセパレータは、高温動作の下で容易にカールする。
セパレータのサイズは正極および負極の表面積より大きくなるように常に設計されるが、セパレータがカールしたときに、正極および負極は依然として接触し、電池の内部短絡を引き起こす。内部短絡により発生した熱で、セパレータはより大きくカールする。したがって、広範囲にわたる内部短絡がトリガされ、熱暴走が発生する。
【０００３】
上述の問題を解決するために、セラミックでコーティングされたセパレータが開発された。セラミックでコーティングされたセパレータは、セラミックの特性によって高温動作の下で保証できる。しかしながら、セパレータは依然として重合体（たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン）から構成され、高温動作の下で熱が蓄積するために、重合体の構造は変化する。セパレータは依然としてカールし、内部短絡を引き起こす。最後には、熱暴走が依然として発生する場合がある。
【０００４】
したがって、上記の問題を克服するために、本発明では、電気絶縁体およびそれに関連する電池が開示される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、電気絶縁体およびそれに関連する電池を提供するためにあり、それにより、電気絶縁体の支持部材によって分離部材の周囲の構造強度を改善でき、その結果、電気絶縁体が高温動作の下で簡単にはカールしない。
【０００６】
本発明は、電気絶縁体およびそれに関連する電池を提供するためにある。支持部材が配置され、分離部材の周囲を覆い、その結果、分離部材の周囲は簡単には亀裂がはいらず、負極は正極と簡単には接触しないので、内部短絡の確率を低減できる。
【０００７】
本発明は、電気絶縁体およびそれに関連する電池を提供するためにあり、それにより、電気絶縁体の支持部材および電池のパッケージ構造物を互いに密着させることによって、組立ての工程を簡略化できる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記を達成するために、本発明は電気絶縁体を開示する。電気絶縁体は、分離部材および支持部材を備える。この電気絶縁体では、分離部材は２つの面および外側面を有し、支持部材が配置され、面の少なくとも一方の周囲を覆う。
【０００９】
上記を達成するために、本発明は電池を開示する。電池は２つの電極、電気絶縁体、およびパッケージ構造物を備える。パッケージ構造物は、電極および電気絶縁体を包んでいる。電気絶縁体は、分離部材および支持部材を備える。この電気絶縁体では、分離部材は、活物質層の間に正射影で配置され、活物質層と接触し、支持部材は活物質層の間に正射影で配置され、支持部材の少なくともいくつかの部分は活物質層と接触する。
【００１０】
上記を達成するために、本発明は電池を開示する。電池は２つの電極、電気絶縁体、および密封フレームを備える。密封フレームは、電極の集電体層および電気絶縁体の支持部材に密着し、その結果、電極の活物質層および電気絶縁体の分離部材を密封できる。分離部材は、活物質層の間に正射影で配置され、活物質層と接触し、支持部材は活物質層の間に正射影で配置され、支持部材の少なくとも一部分は活物質層と接触する。
【００１１】
本発明の電気絶縁体およびそれに関連する電池では、電気絶縁体の周囲は、支持部材によって、高温動作の下でも簡単にはカールしない。正極と負極の間で接触する確率を低減できる。したがって、電池の内部短絡を防止することが可能である。
【００１２】
以下、本発明の技術的内容、特性、および成果を簡単に理解するように、図面と併せて実施形態について詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電気絶縁体の一実施形態の概略図である。
【図２】電気絶縁体の一実施形態の概略図である。
【図３】電気絶縁体の一実施形態の概略図である。
【図４】電気絶縁体の一実施形態の概略図である。
【図５】電気絶縁体の一実施形態の概略図である。
【図６】電気絶縁体の一実施形態の概略図である。
【図７】本発明の電池の一実施形態の概略図である。
【図８】本発明の電池の一実施形態の概略図である。
【図９】本発明の電池の一実施形態の概略図である。
【図１０】本発明の電池の一実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１〜図６には、電気絶縁体の概略図が６つ示されている。電気絶縁体１は、分離部材１２および支持部材１４を備え、そこでは、分離部材１２は２つの面Ｓ１、Ｓ２および外側面Ｓ３を有し、支持部材１４が配置され、分離部材１２の面の少なくとも一方Ｓ１またはＳ２の周囲を覆う。
【００１５】
図１を参照する。支持部材１４が配置され、分離部材１２の面Ｓ１の周囲を覆うが、分離部材１２の外側面Ｓ３を覆うように延在しない。
図２を参照する。支持部材１４が配置され、分離部材１２の面Ｓ１の周囲を覆い、外側面Ｓ３のいくつかの部分を覆うように延在する。
図３を参照する。支持部材１４が配置され、分離部材１２の面Ｓ１の周囲を覆い、外側面Ｓ３の全てを覆うように延在する。
【００１６】
続けて、図４を参照する。支持部材１４が配置され、分離部材１２の２つの面Ｓ１およびＳ２の周囲を覆うが、分離部材１２の外側面Ｓ３を覆うように延在しない。
図５を参照する。支持部材１４が配置され、分離部材１２の２つの面Ｓ１およびＳ２を覆い、面Ｓ１の一方によって外側面Ｓ３のいくつかの部分を覆うように延在する。
図６を参照する。支持部材１４が配置され、分離部材１２の２つの面Ｓ１およびＳ２の周囲を覆い、外側面Ｓ３の全てを覆うように延在する。
【００１７】
上記の実施形態では、分離部材１２は多孔性であり、イオン導電性である。実際の動作では、分離部材１２を、セラミックセパレータ、重合体セパレータ、またはセラミックでコーティングされた重合体セパレータから作ることが可能である。支持部材１４は可撓性があり、イオン導電性である。しかしながら、電気絶縁体１では、イオン導電のための主要な部材は分離部材１２であるので、支持部材１４をイオン導電性ではないいくつかの特定の材料から作ることができる。
支持部材１４は、重合体材料、シリコーン材料、エポキシ樹脂材料、アクリル樹脂材料、およびそれらの組合せからなるグループから選択される。さらに、イオン導電性ではないいくつかの支持材料（たとえば、セラミック粒子、重合体粒子）を加えることにより、支持部材１４の構造強度を改善できる（図に示していない）。
【００１８】
図７〜図９には、本発明の電池の概略図が３つ示されている。
【００１９】
図７は電池２を開示する。電池２は、２つの電極２２および２４、電気絶縁体１、ならびにパッケージ構造物２６を備える。この電池２では、電極２２および２４はそれぞれ、活物質層２２２および２４２、集電体層２２４および２４４を有する。正射影では、電気絶縁体１の分離部材１２は、２つの活物質層２２２および２４２の間に配置され、同時に活物質層２２２および２４２と接触する。正射影では、支持部材１４は、２つの活物質層２２２および２４２の間に配置され、活物質層２２２および２４２と部分的に接触する、すなわち、支持部材１４は活物質層２２２および２４２上に直接広がる。
パッケージ構造物２６は独立した容器であり、電極２２、２４、および電気絶縁体１を収容する。ここで、図７では、例示のためにアルミニウム積層フィルムパッケージが使用されている。この実施形態では、電池２を袋状の電池または可撓性のある電池とすることが可能である。
【００２０】
さらに、図８および図９を参照する。電池２は、２つの電極２２、２４、電気絶縁体１、および密封フレームを備える。上記の実施形態と同様に、分離部材１２は、２つの活物質層２２２および２４２の間に正射影で配置され、同時に活物質層２２２および２４２と接触する。支持部材１４は２つの活物質層２２２および２４２の間に配置され、活物質層２２２および２４２と部分的に接触する。すなわち、支持部材１４は活物質層２２２および２４２を直接覆う。
上記の実施形態と異なり、密封フレーム２８は、集電体層２２４、２４４に、支持部材１４の一部分の間で密着させられる。活物質層２２２および２４２、ならびに電気絶縁体１は、密封フレーム２８、集電体層２２４および２４４、ならびに支持部材１４のいくつかの部分により完全に密封される。これらの実施形態では、電池２を袋状の電池または可撓性のある電池とすることが可能である。
【００２１】
さらに、図１０を参照する。支持部材１４および密封フレーム２８は、単一構造物に一体化され、その結果、支持部材１４ならびに集電体層２２４および２４４を密着することにより、活物質層２２２、２４２および分離部材１２を完全に密封できる。
【００２２】
上記の実施形態では、正射影では、（分離部材および支持部材を備える）電気絶縁体の表面積は、電極の大きい方の表面積より大きい。確かに、実際の状況では、電気絶縁体の正射影範囲は、電極の大きい方の表面積以上とする必要があるだけである。しかしながら、安全性の問題を考慮すると、負の電極は通常、正の電極より大きな表面積を有する。本発明は電極の表面積を制限しなかったが、電気絶縁体は電極の一方を完全に覆わなければならない。電池の一般的な設計に合わせて、電気絶縁体は負の電極を確実に覆うべきである。
【００２３】
より詳細には、特にセラミック材料を使用する状況で、電気絶縁体の分離部材を考慮する。分離部材がセラミックセパレータであれ、セラミックでコーティングされた重合体セパレータであれ、セラミックの特性のために、分離部材の周囲には簡単に亀裂がはいる。特に、電極の端部に近いほど（より詳細には、電極の端部が活物質層の周囲にある）、それだけ簡単に分離部材に亀裂がはいる。その結果、本発明で開示する分離部材は、活物質層の一方の正射影範囲より狭い正射影範囲を有する。この場合、活物質は、正の活物質層または負の活物質層とすることが可能である。
分離部材は、できるだけ多く活物質層を覆うべきであり、特に、活物質層の端部を確実に覆うべきである。しかしながら、支持部材は、活物質層の外側面および分離部材を覆うために、活物質層の周囲上、および分離部材の周囲上に配置される。支持部材は分離部材よりも可撓性があり、その結果、簡単に亀裂がはいる分離部材の周囲を保護できる。さらに、支持部材は、電池設計に従ってイオン導電性である、またはイオン導電性ではないとすることが可能である。たとえば、正の活物質および負の活物質の割合（正の活物質の表面積および負の活物質の表面積）は、電池設計に影響を及ぼす要因の１つである。
【００２４】
さらに、上記の実施形態は本発明の範囲を制限するものではない、すなわち、上述の電池で任意の種類の電気絶縁体を使用できる。
【００２５】
例示していないが、集電体層の外面の任意の一方上に保護層を配置できる。保護層の主要な機能は、外部環境から集電体層を絶縁することである（酸化、衝突などから保護する）。また、保護層は集電体に構造強度を提供でき、何度も屈曲した後に、または過度に屈曲する状況で、金属箔のしわまたは破断を防止する。
集電体層の端部は、密封フレーム、密着する能力を有する支持部材、および保護層により覆われる。密封フレーム、密着する能力を有する支持部材、および保護層は絶縁されるので、正の集電体層および負の集電体層が偶然接触することによる外部短絡の可能性を低減できる。端部をコーティングされた集電体層の実施形態は、電池の設計、または工程要件で変えることが可能である。
【００２６】
上述の結論では、電池の活物質層は、電気絶縁体の分離部材および支持部材によって絶縁される。支持部材は、さらに活物質層間の障壁とすることが可能であり、分離部材の亀裂を防止できる。したがって、内部短絡の状況を防止でき、セラミックの含有量が高いセラミック電池を達成できる。
【００２７】
以上のように本発明について説明してきたが、本発明を多くの方法で変更してもよいことは明らかであろう。そのような変更は、本発明の趣旨および範囲からの逸脱と見なされるべきではなく、そのような修正は全て以下の特許請求の範囲に含まれることが意図されることは当業者に明らかである。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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