(57)【要約】【課題】蓄電装置の電池ケース内に配置された間隙充填部材に金属製の異物が付着していても金属製の異物による短絡を発生させることのない蓄電装置の提供にある。【解決手段】複数のシート状の電極が積層された電極組立体２０と、前記電極組立体２０を収容する電池ケース１１と、を備え、前記電池ケース１１は、前記電極の積層方向における一対の最外層電極２３、２４と対向する一対の側面２５、２６を有する蓄電装置であって、前記最外層電極２４と前記側面２６との間に存在する隙間に間隙充填部材が配され、前記間隙充填部材は延伸性を有することを特徴とする蓄電装置。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のシート状の電極が積層された電極組立体と、前記電極組立体を収容する電池ケースと、を備え、
前記電池ケースは、前記電極の積層方向における一対の最外層電極と対向する一対の側面を有する蓄電装置であって、
前記最外層電極と前記側面との間に存在する隙間に間隙充填部材が配され、
前記間隙充填部材は延伸性を有することを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記間隙充填部材は、延伸性材料により夫々形成される複数のフィルムを備える複層フィルムであることを特徴とする請求項１記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記複数のフィルムは、ポリエチレンテレフタレートにより形成されるフィルムと、ナイロンにより形成されるフィルムと、ポリプロピレンにより形成されるフィルムであることを特徴とする請求項２記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン二次電池は、電子機器の電源だけでなく、ハイブリッド車や電気自動車の電源として採用されている。
通常、リチウムイオン二次電池の電池ケースには、発電要素として電極組立体と電解液とが収容されている。電極組立体は、金属箔に正極活物質を塗布した電極としての正極と、金属箔に負極活物質を塗布した電極としての負極と、正極と負極との間に介在される絶縁部材としてのセパレータとを備える。電極組立体には、例えば、巻回型と積層型とがある。
【０００３】
蓄電装置の従来技術として、特許文献１に開示された組電池が知られている。この組電池は複数の巻回型の単電池が配列されて構成されている。各単電池の容器内には、容器の一対の側壁と電極組立体との間に存在する隙間を塞ぐ間隙充填部材が挿入されており、組電池の放熱性を確保しつつ、組電池を構成する各単電池の配列方向の厚みを均一化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１２０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示された組電池の間隙充填部材の製造時には、金属製の異物が生じて間隙充填部材に付着している場合がある。このため、金属製の異物が間隙充填部材に付着されたまま蓄電装置の組み立てが行われると、金属製の異物により間隙充填部材が突き破られる恐れがある。さらには電極と、セパレータと、電池ケースを覆う絶縁シートとが金属製の異物により突き破られる恐れがある。電極とセパレータとが破られてしまうと電極が短絡する恐れがあり、絶縁シートが破られてしまうと電極と電池ケースとが短絡する恐れがある。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、蓄電装置の電池ケース内に配置された間隙充填部材に金属製の異物が付着していても金属製の異物による短絡を発生させることのない蓄電装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、複数のシート状の電極が積層された電極組立体と、前記電極組立体を収容する電池ケースと、を備え、前記電池ケースは、前記電極の積層方向における一対の最外層電極と対向する一対の側面を有する蓄電装置であって、前記最外層電極と前記側面との間に存在する隙間に間隙充填部材が配され、前記間隙充填部材は延伸性を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、金属製の異物が間隙充填部材に付着しても、金属製の異物により間隙充填部材が破られずに引き延ばされる。
【０００９】
また、上記の蓄電装置において、前記間隙充填部材は、延伸性材料により夫々形成される複数のフィルムを備える複層フィルムであっても良い。上記の構成によれば、金属製の異物により間隙充填部材がさらに破られにくく引き延ばされ易い。
【００１０】
前記複数のフィルムは、ポリエチレンテレフタレートにより形成されるフィルムと、ナイロンにより形成されるフィルムと、ポリプロピレンにより形成されるフィルムとであっても良い。上記の構成によれば、間隙充填部材を安価に実現することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、蓄電装置の電池ケース内に配置された間隙充填部材に金属製の異物が付着していても金属製の異物による短絡を発生させることのない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】本発明の実施形態に係る二次電池の分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る二次電池の長手方向の縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る二次電池の電極組立体の一部を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る二次電池の短手方向の縦断面図である。
【図５】（ａ）は基準空間に基準電極組立体が収容された場合の基準空間を示す模式図であり、（ｂ）は厚みが比較的小さい電極組立体を電池ケースに配した場合の空き空間を示す模式図である。
【図６】（ａ）は充填フィルムの間に存在する金属製の異物を示す模式図であり、（ｂ）は充填フィルムと電極組立体の間に存在する金属製の異物を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係る蓄電装置について図面を参照して説明する。
本実施形態では、蓄電装置としての二次電池について例示し、本実施形態の二次電池は具体的にはリチウムイオン二次電池である。
【００１４】
図１及び図２に示すように、本実施形態の電池１０は角型の二次電池である。電池１０の電池ケース１１には電極組立体２０が収容されている。電池ケース１１は有底直方体状のケース本体１２と、ケース本体１２の開口１３を閉塞する矩形平板状の蓋体１４を有している。ケース本体１２及び蓋体１４は金属材料（例えば、アルミニウム）により形成されている。本実施形態の電池１０は、本発明の蓄電装置である。
【００１５】
ケース本体１２は矩形状の底部１９と、底部１９から立設する底部１９の長手方向に沿った一対の側壁部１５、１６と、底部１９から立設する底部１９の短手方向に沿った一対の側壁部１７、１８とを有する。長手方向に沿った一対の側壁部１５、１６のケース本体１２の内側の面が一対の側面２５、２６である。側面２５は側面２６と対向する。ケース本体１２の内側の面には、電池ケース１１に収容された電極組立体２０との絶縁を図るための絶縁部材としての絶縁シート（図示せず）が貼着されている。また、蓋体１４の内側の面には、電池ケース１１に収容された電極組立体２０との絶縁を図るための絶縁部材としての絶縁シート（図示せず）が貼着されている。蓋体１４には一対の通孔４７が形成されている。
【００１６】
電極組立体２０は、充電及び放電などの電池機能を生じさせる発電要素である。
図３に示すように、電極組立体２０は、複数のシート状の正極２１と複数のシート状の負極２２とが互いに面対向するように交互に積層されて形成されている。電極組立体２０の電極の積層方向を電極積層方向Ａとする。正極２１と負極２２の間には、正極２１と負極２２とを絶縁するセパレータ２９が配置されている。セパレータ２９は、例えば、多孔質樹脂シートにより形成された絶縁部材である。本実施形態の正極２１及び負極２２は、本発明の電極である。
【００１７】
図３に示すように、複数の正極２１は同一形状を有するように形成されている。正極２１は、シート面が矩形状の正極シート３０と、正極シート３０の縁部に形成される帯状の正極タブ部３１を有する。正極シート３０は、正極金属箔３２と、正極金属箔３２の両面に塗工された正極活物質により形成された正極活物質層３３を有する。正極活物質は、例えば、リチウム化合物である。正極タブ部３１は正極金属箔により形成されており、正極タブ部３１には、正極活物質が塗工されていない。なお、本実施形態の正極金属箔３２はアルミニウム箔である。
【００１８】
図３に示すように、複数の負極２２は同一形状を有するように形成されている。負極２２は、シート面が矩形状の負極シート３４と、負極シート３４の縁部に形成される帯状の負極タブ部３５とを有する。負極シート３４は、負極金属箔３６と、負極金属箔３６の両面に塗工された負極活物質により形成された負極活物質層３７とを有する。負極活物質は、例えば、炭素化合物である。負極タブ部３５は負極金属箔により形成されており、負極タブ部３５には、負極活物質が塗工されていない。なお、本実施形態の負極金属箔３６は銅箔である。
【００１９】
図３に示すように、各正極タブ部３１は、電極積層方向Ａに沿って列状に配置されている。各負極タブ部３５は、正極タブ部３１と電極積層方向Ａにおいて重ならないように、正極タブ部３１と同様に、電極積層方向Ａに沿って列状に配置されている。本実施形態において、各正極タブ部３１は、互いに同一寸法に形成され、負極タブ部３５も、互いに同一寸法に形成されている。図１に示すように、複数の正極２１の正極タブ部３１は、電極積層方向Ａの一端側に集められて正極集電群３８を形成し、複数の負極２２の負極タブ部３５は、正極集電群３８と同じ側に集められて負極集電群３９を形成する。
【００２０】
図１及び図２に示すように、正極集電群３８には正極集電板４０が接合され、負極集電群３９には負極集電板４１が接合されている。正極集電板４０には、過電流遮断装置４２を介して電気的に接続されている正極端子４３が設けられている。また、負極集電板４１には、過電流遮断装置４４を介して電気的に接続される負極端子４５が設けられている。電極組立体２０が電池ケース１１に収容された状態では、正極端子４３と負極端子４５は、蓋体１４の一対の通孔４７から電池ケース１１の外部に露出する。正極端子４３および負極端子４５には、正極端子４３および負極端子４５を蓋体１４から絶縁するための樹脂製の筒状の絶縁リング４６がそれぞれ取り付けられている。
【００２１】
図４に示すように、電極組立体２０の厚みを厚みＴ１とする。電極組立体２０には電極積層方向Ａにおいて最外層となる一対の電極（以下、「最外層電極」とする）２３、２４が備えられている。電極組立体２０が電池ケース１１に収容された状態で、最外層電極２３のシート面２７は電池ケース１１の側面２５と対向し、最外層電極２４のシート面２８は側面２６と対向する。
【００２２】
電池ケース１１の内部の空間には、電極組立体２０が収容されている。電極組立体２０の製造時の公差により正極２１、負極２２及びセパレータ２９の厚みにばらつきが生じ、電極組立体２０の厚みＴ１がばらつく。このため、電池ケース１１の内部において電極組立体２０が占める空間の大きさにばらつきが生じる。基準とする電極組立体２０は、電池ケース１１に収容されて側面２５、２６に拘束される。複数の正極２１の正極シート３０と複数の負極２２の負極シート３４とが電池ケース１１の側面２５、２６からの荷重を受けることにより、基準とする電極組立体２０は電極積層方向Ａにおいて側面２５、２６と互いに接触する状態である。基準とした電極組立体２０を基準電極組立体とする。図５（ａ）に示すように、電池ケース１１の内部の空間における基準電極組立体が占める空間を基準空間Ｓ１とする。基準空間Ｓ１の電極積層方向Ａの距離は電池ケース１１の短手方向の長さと同じ距離Ｄ１である。
【００２３】
電極組立体２０の厚みＴ１が比較的小さい場合、電極組立体２０を最外層電極２３が電池ケース１１の側面２５に接するように電池ケース１１に収容すると、図５（ｂ）に示すように、基準空間Ｓ１には、電極組立体２０が占める空間と空き空間Ｓ２とが存在することとなる。空き空間Ｓ２は、電極組立体２０の最外層電極２４と電池ケース１１の側面２６との間に存在する隙間である。空き空間Ｓ２の電極積層方向Ａの距離は距離Ｄ２である。
【００２４】
本実施形態では、空き空間Ｓ２が存在する場合、図４に示すように、空き空間Ｓ２には充填フィルム５０が配置される。充填フィルム５０は、本発明の間隙充填部材である。充填フィルム５０は、延伸性を有するものである。本実施形態では、充填フィルム５０として、樹脂製のフィルムである複層フィルムを用いる。複層フィルムは、延伸性材料により夫々形成される複数のフィルムを備える。例えば、複層フィルムは、図４に示すポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）により形成されるフィルム５０Ａと、延伸ナイロン（ＯＮ）により形成されるフィルム５０Ｂと、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）により形成されるフィルム５０Ｃを備え、複層フィルムの厚みは、２０〜２５０μｍ（マイクロメートル）程度である。
【００２５】
図４に示すように、１枚の充填フィルム５０は厚みＴ２である。図１に示すように、充填フィルム５０は矩形状のシート面５２を有する。充填フィルム５０のシート面５２の大きさは、最外層電極２４のシート面２８を覆うことができる大きさであって、電池ケース１１に収容されて充填フィルム５０を介して間接的に最外層電極２４のシート面２８全体に均一に荷重を付与することができる大きさとすることが好ましい。
【００２６】
本実施形態では、図４に示すように、空き空間Ｓ２に３枚の充填フィルム５０が重ねられて配置されている。充填フィルム５０の枚数は、空き空間Ｓ２の距離Ｄ２の大きさに基づき決定される。本実施形態では、厚みＴ２の充填フィルム５０が３枚重ねられ、３枚分の充填フィルム５０の厚さを厚みＴ３（Ｔ２×３）とすると、空き空間Ｓ２の距離Ｄ２は厚みＴ３とほぼ一致する。厚みＴ２の充填フィルム５０の３枚分の厚みＴ３が、距離Ｄ２より小さくかつ最大となっているように、充填フィルム５０の枚数は充填フィルムの厚みＴ２と空き空間の距離Ｄ２により決定される。因みに、空き空間Ｓ２の距離Ｄ２が大きい場合には、厚みＴ２の充填フィルム５０の使用枚数は増大する。逆に、空き空間Ｓ２の距離Ｄ２が小さい場合には、厚みＴ２の充填フィルム５０の使用枚数は減少する。
【００２７】
以下、本実施形態に係る電池１０に用いた充填フィルム５０の作用について説明する。
空き空間Ｓ２に３枚の充填フィルム５０が重ねられて配置された電池１０を例として説明する。
【００２８】
電池１０の電池ケース１１の内部には、厚みＴ１の電極組立体２０と厚みＴ２の３枚の充填フィルム５０が収容されている。電極組立体２０は最外層電極２３のシート面２７が電池ケース１１の側面２５に接するように配置されており、充填フィルム５０は電池ケース１１の側面２６と電極組立体２０の最外層電極２４のシート面２８とに接するように配置されている。
【００２９】
充填フィルム５０の製造工程において、充填フィルム５０を裁断する際、裁断機の刃の欠片等の金属製の異物が充填フィルム５０に付着してしまう場合がある。目視で確認することができない寸法（例えば、長さが５００μｍ［マイクロメートル］）程度の金属製の異物が充填フィルム５０に付着すると、電池１０の組み立ての際に、充填フィルム５０のシート面５２に金属製の異物が付着したまま電池ケース１１の内部に配置されてしまうことがある。
【００３０】
例えば、図６（ａ）に示すように、金属製の異物Ｂが隣り合う充填フィルム５０のシート面５２の間に存在する場合がある。電池１０の組み立てにおいて、電極組立体２０が電池ケース１１に挿入された後、３枚の充填フィルム５０が電池ケース１１の空き空間Ｓ２に挿入される。充填フィルム５０のシート面５２に金属製の異物Ｂが付着している場合、金属製の異物Ｂは隣り合う充填フィルム５０のシート面５２の間に挟まれて存在する。３枚の充填フィルム５０は、電池ケース１１の側面２６と電極組立体２０の最外層電極２４のシート面２８とに接するように配置され、電池ケース１１の側面２６及び電極組立体２０の最外層電極２４のシート面２８から押圧されている。押圧により隣り合う充填フィルム５０のシート面５２の間に存在する比較的硬度の高い金属製の異物Ｂが充填フィルム５０のシート面５２を押すことにより延伸性を有する充填フィルム５０は破られずに引き延ばされている。
【００３１】
また、例えば、図６（ｂ）に示すように、金属製の異物Ｂが充填フィルム５０と最外層電極２４の間に存在する場合がある。電池１０の組み立てにおいて、電極組立体２０が電池ケース１１に挿入された後、３枚の充填フィルム５０が電池ケース１１の空き空間Ｓ２に挿入される。最外層電極２４のシート面２８に接する充填フィルム５０のシート面５２に金属製の異物Ｂが付着している場合、金属製の異物Ｂは充填フィルム５０と最外層電極２４との間に挟まれて存在する。３枚の充填フィルム５０は、電池ケース１１の側面２６及び電極組立体２０の最外層電極２４のシート面２８に接するように配置され、電池ケース１１の側面２６及び電極組立体２０の最外層電極２４のシート面２８から押圧されている。押圧により充填フィルム５０と最外層電極２４との間に存在する比較的硬度の高い金属製の異物Ｂが充填フィルム５０を押すことにより延伸性を有する充填フィルム５０は破られずに引き延ばされている。なお、図中の金属製の異物Ｂは、説明の便宜上、誇張して図示している。
【００３２】
本実施形態に係る電池１０は以下の作用効果を奏する。
（１）充填フィルム５０は、延伸性を有する複層フィルムである。したがって、充填フィルム５０の製造工程において、金属製の異物が充填フィルム５０に付着しても、充填フィルム５０が金属製の異物により引き延ばされ、充填フィルム５０を突き破らない。したがって、金属製の異物によりさらに正極シート３０又は負極シート３４とセパレータ２９とが破られて正極２１と負極２２とが短絡したり、電池ケース１１を覆う絶縁シートとが破られて最外層電極２４と電池ケース１１とが短絡することを防ぐことができる。
【００３３】
なお、上記の実施形態は、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。
○  上記の実施形態では、充填フィルム５０として複層フィルムを用いたがこの限りでない。充填フィルムは電解液に対する耐溶剤性と延伸性のある部材であれば良く、単層フィルムであっても良い。
【００３４】
○  上記の実施形態では、空き空間Ｓ２に３枚の充填フィルム５０が重ねられて配置されたが、空き空間Ｓ２の大きさや充填フィルム５０の枚数は、特に制限されない。また、充填フィルムの厚みは、フィルムの材料に応じて変更されて良い。
【００３５】
○  上記の実施形態では、充填フィルム５０として複層フィルムを用い、複層フィルムは、図４に示すように、ＰＥＴにより形成されるフィルム５０ＡとＯＮにより形成されるフィルム５０Ｂとの間にＣＰＰにより形成されるフィルム５０Ｃを挟んだ層状であるがこの限りでない。複層フィルムは層状であれば良く、ＯＮにより形成されるフィルムとＣＰＰにより形成されるフィルムとの間にＰＥＴにより形成されるフィルムを挟んだ層状としても良く、また、ＰＥＴにより形成されるフィルムとＣＰＰにより形成されるフィルムとの間にＯＮにより形成されるフィルムを挟んだ層状としても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１０  電池（蓄電装置としての）
１１  電池ケース
２０  電極組立体
２１  正極（電極としての）
２２  負極（電極としての）
２３、２４  最外層電極
２５、２６  側面
５０  充填フィルム（間隙充填部材としての）
【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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