(57)【要約】【課題】充放電サイクルを繰り返しても充放電特性の劣化を抑制できる蓄電装置等を提供する。【解決手段】この蓄電装置は、正極、負極、及び、前記正極及び前記負極の間に配置された空孔２３ａを有するセパレータ２３を備える。セパレータ２３の厚み方向に沿った断面において、厚み方向（Ｙ方向）における空孔２３ａの径が、厚み方向と直交する方向における空孔２３ａの径よりも大きい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、負極、及び、前記正極及び前記負極の間に配置された空孔を有するセパレータを備え、
前記セパレータの厚み方向に沿った断面において、前記厚み方向における前記空孔の径が、前記厚み方向と直交する方向における前記空孔の径よりも大きい、蓄電装置。
【請求項２】
前記空孔は、前記セパレータの厚み方向に直線状に貫通している、請求項１記載の蓄電装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の蓄電装置と、
前記正極、前記負極、及び、前記セパレータの合計厚みを制限する拘束部材と、を備える、蓄電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置、及び、蓄電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、リチウムイオン二次電池等の電極を有する種々の蓄電装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２１１１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
充放電サイクルを繰り返すことによって電極の厚みは徐々に増えていく。蓄電装置が金属製の容器などに収容されている場合、及び、蓄電装置の厚みが拘束部材などに拘束されている場合など、電極及びセパレータを有する電極組立体の厚みが制限されている場合、充放電サイクルの経過に伴って電極の厚みが増えると、電極に比べて相対的に柔らかいセパレータが厚み方向に圧縮される。したがって、セパレータの空孔の断面積が大幅に縮小して、リチウムイオン等のイオンの移動抵抗が増え、電池の充放電性能が劣化する場合がある。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、充放電サイクルを繰り返しても充放電特性の劣化を抑制できる蓄電装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る蓄電装置は、正極、負極、及び、前記正極及び前記負極の間に配置された空孔を有するセパレータを備え、
前記セパレータの厚み方向に沿った断面において、前記厚み方向における前記空孔の径が、前記厚み方向と直交する方向における前記空孔の径よりも大きい。
【０００７】
本発明によれば、正極、負極、及びセパレータを含む電極組立体の厚みの増加が制限される場合に、充放電サイクルの経過に伴って電極が厚くなると、セパレータが厚み方向に圧縮される。しかしながら、空孔の断面が上記の構造を有するので、セパレータが厚み方向につぶれた場合でも、厚み方向に垂直な断面における空孔の径が変化しにくい。従って、イオンの移動抵抗の低下が抑制される。
【０００８】
ここで、前記空孔は、前記セパレータの厚み方向に直線状に貫通していることができる。
【０００９】
本発明に係る蓄電モジュールは、上記の蓄電装置と、
前記正極、前記負極、及び、前記セパレータの合計厚みを制限する拘束部材と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、充放電サイクルを繰り返しても充放電特性の劣化を抑制できる蓄電装置等が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る蓄電装置の概略断面図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図３は、図２のセパレータの拡大断面図である。
【図４】図４は、図１の蓄電装置を備える蓄電モジュールの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る蓄電装置の一例であるリチウムイオン二次電池の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
リチウムイオン二次電池（蓄電装置）１１は、例えば図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１２と、ケース１２内に収容された電極組立体１３とを備えている。ケース１２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１２の内部には、例えば有機溶媒系の電解液が注入されている。ケース１２の頂面には、図２に示すように、正極端子１５と負極端子１６とが互いに離間して配置されている。正極端子１５は、絶縁部材１７を介してケース１２の頂面における幅方向の一方側に固定され、負極端子１６は、絶縁部材１８を介してケース１２の頂面における幅方向の他方側に固定されている。
【００１４】
電極組立体１３は、図２に示すように、正極２１と、負極２２と、正極２１と負極２２との間に配置されたセパレータ２３を有する。正極２１と負極２２とがセパレータ２３を介して交互に積層されている。電極組立体１３の厚み方向の両端は、ケースの両側面１２ａと接触している。
【００１５】
正極２１は、例えばアルミニウム箔からなる金属箔２１ａと、金属箔２１ａの両面に形成された正極活物質層２１ｂとを有している。正極活物質層２１ｂ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、例えばリチウム含有複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物は、リチウム以外に、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つを含むことができる。また、正極２１の上縁部には、正極端子１５の位置に対応してタブ２１ｃが形成されている。タブ２１ｃは、正極２１の上縁部から上方に延び、導電部材２４を介して正極端子１５に接続されている。
【００１６】
一方、負極２２は、例えば銅箔からなる金属箔２２ａと、金属箔２２ａの両面に形成された負極活物質層２２ｂとを有している。負極活物質層２２ｂ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、シリコン、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。特に、Ｓｉ及びＳｉＯｘは、サイクル経過による膨張が大きい。また、負極２２の上縁部には、負極端子１６の位置に対応してタブ２２ｃが形成されている。タブ２２ｃは、負極２２の上縁部から上方に延び、導電部材２５を介して負極端子１６に接続されている。
【００１７】
セパレータ２３は、図３に示すように、空孔２３ａを有する。セパレータ２３の形成材料の例は、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、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル系樹脂などの樹脂である。
【００１８】
本実施形態において、セパレータの厚み方向（Ｙ方向）に沿う断面において、厚み方向（Ｙ方向）における空孔の径が、厚み方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）における径よりも大きい。特に、本実施形態のセパレータ２３は、厚み方向に直線状に貫通する空孔２３ａを有する。空孔２３ａのＸ方向の径は、例えば、１０〜５０ｎｍであることができる。また、セパレータの厚みは、例えば、１０〜３０μｍとすることができる。空孔２３ａのＸ方向におけるピッチ（空孔２３ａの軸の間隔）は、例えば、１０〜５０ｎｍとすることができる。
このようなセパレータは、樹脂シートに、針又はレーザビームで貫通孔を開けることにより容易に形成できる。
【００１９】
続いて本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１１の作用を説明する。通常、ケース１２によって、正極、負極、及びセパレータ２３を含む電極組立体の厚みの増加は制限される。この場合、充放電サイクルの経過に伴い、電極（正極及び／又は負極）の厚みが増加すると、最も柔らかい部材であるセパレータ２３が厚み方向に圧縮されることになる。しかしながら、本実施形態では、セパレータ２３の空孔２３ａの断面が上記の構造を有するので、セパレータ２３の厚みが圧縮された場合でも、厚み方向に垂直な断面における空孔の径（Ｘ方向の径）が変化しにくい。従って、セパレータを介したイオン等の移動抵抗の低下が抑制される。したがって、サイクル特性の劣化を抑制できる。
【００２０】
続いて、上記リチウムイオン二次電池１１を採用した電池モジュール（蓄電モジュール）について図４を参照して説明する。
【００２１】
図４は、本発明に係る電池モジュール１の一実施形態を示す図である。同図に示すように、電池モジュール１は、複数のリチウムイオン二次電池１１を配列してなる配列体２と、配列体２に対してリチウムイオン二次電池１１の配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材３と、を備えている。
【００２２】
配列体２では、伝熱プレート５を間に介して、複数のリチウムイオン二次電池１１が配列されている。これらのリチウムイオン二次電池１１は、互いにその電極組立体の厚み方向に隣接して配列されている。
【００２３】
拘束部材３は、例えば一対のエンドプレート３１と、エンドプレート３１同士を締結する締結部材３２とを備えている。エンドプレート３１は、例えばリチウムイオン二次電池１１を配列方向から見た場合の面積よりも大きい面積を有する略矩形の板状をなしており、エンドプレート３１の外縁部分がリチウムイオン二次電池１１の外縁部分よりも外側に張り出した状態で、配列体２及び弾性体４の配列方向の両端にそれぞれ配置されている。
【００２４】
締結部材３２は、例えば長尺のボルト３３と、ボルト３３に螺合されるナット３４とによって構成されている。ボルト３３は、例えばエンドプレート３１の外縁部分において、配列体２の四隅に対応する位置でエンドプレート３１の貫通孔に挿通されている。各ボルト３３の両端にエンドプレート３１の外側からナット３４が螺合されることで、リチウムイオン二次電池１１、及び伝熱プレート５が一対のエンドプレート３１に挟持されてユニット化されると共に、各リチウムイオン二次電池１１に対して、その電極組立体の厚み方向に拘束荷重が付加される。
【００２５】
この電池モジュール１では、拘束部材３によって各リチウムイオン二次電池１１、即ち、各電極組立体１３の厚み方向の膨張が厳しく規制されている。したがって、サイクルの経過に伴って電極が膨張すると、セパレータが圧縮されやすい。しかしながら、上述したように、本実施形態のセパレータは厚み方向に圧縮されても、イオンの通過底孔が増加しにくいため、サイクル特性を悪化させにくい。
【００２６】
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、セパレータの空孔がセパレータの厚み方向に直線状に貫通しているが、セパレータの厚み方向に沿った断面において、その厚み方向における空孔の径が、厚み方向と直交する方向における空孔の径よりも大きい部分を有していれば、非直線状に貫通していても実施は可能である。
【００２７】
また、蓄電装置もリチウムイオン二次電池に限定されず、正極と負極との間が上述のセパレータで離間されていれば良く、例えば、電気二重層キャパシタでも良い。
【００２８】
また、電極組立体が、正極、負極、セパレータ以外に、電極保護層や、釘刺し時の短絡用の電極などを含んでいてもよい。これらの場合でも、ケース及び／又は拘束部材が電極組立体の厚みを制限する場合、本発明の効果を奏しうる。
【００２９】
また、拘束部材の構造も少なくとも、正極、負極、及び、セパレータの合計厚みを制限するものであれば上記構造に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３０】
１…電池モジュール（蓄電モジュール）、２…配列体、３…拘束部材、４…弾性体、１１…リチウムイオン二次電池（蓄電装置）、１２…ケース。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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