JP6724785B2 - 二次電池、電動車両、蓄電システム、および製造方法 - Google Patents
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Description
正極板および負極板が積層された電池要素と、
前記電池要素を電解液とともに収容する外装体と、
前記外装体から引き出された正極および負極の電極タブと、
を備える二次電池であって、
さらに、
前記電極タブの一部に形成され所定の電流が流れた場合に他の部位に優先して溶断する溶断部と、
前記電極タブのうち少なくとも前記溶断部を含む部分に、前記外装体から離れた状態で取り付けられた補強部材と、
を備える、二次電池。
「二次電池」には、ラミネートフィルムなどのフィルム外装体を用いるもの(フィルム外装電池)に加え、金属缶や樹脂ケースのような硬質の容器を外装体として用いるものも含まれる。電池の外形形状としては、扁平型(薄型)、角型、円筒型、コイン型、ボタン型等が挙げられる。
「フィルム外装電池」とは、電池要素を電解液とともにフィルム外装体に収容した電池のことをいい、一般的には、全体として偏平な形状をしている。例えば電動車両用の電池では、容量が大きいこと、内部抵抗が低いこと、放熱性が高いこと等が要求されるところ、フィルム外装電池はこれらの点で有利である。1つのフィルム外装電池を「電池セル」または単に「セル」を称することもある。
「フィルム外装体」とは、可撓性を有するフィルムで構成され電池要素を収容する外装体のことをいい、2枚のフィルムを対向配置して互いに溶着することにより電池要素を密閉するものであってもよいし、1枚のフィルムを折り返して対向した面どうしを溶着することにより電池要素を密閉するものであってもよい。
「外装体」に関し、単に外装体と言った場合には、可撓性を有しないもの(例えばハードケース)と、上記フィルム外装体のように可撓性を有するものとの両方を含む。
「溶断部」は、断面積が部分的に小さく形成された部位であってもよいし、または、他の部分よりも融点の低い材質で構成されることで他の部位よりも優先的に溶断する部位であってもよい。
フィルム外装電池の基本的な構成について、図1、図2を参照して説明する。なお、後述するように本実施形態においては電極タブに溶断部(ヒューズ部)が形成されるとともに補強部材が設けられているが、説明の都合上、図1、図2ではそれらの図示は省略している。
<セパレータ>
セパレータとしては、有機材料からなるウェブおよびシート、例えば、セルロースなどの織布、不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系、ポリイミド、多孔性ポリフッ化ビニリデン膜等の多孔性ポリマー膜、またはイオン伝導性ポリマー電解質膜等を用いることができる。これらは単独または組み合わせで使用することができる。
負極は、金属箔で形成される負極集電体と、負極集電体の両面に塗工された負極活物質とを有する。負極活物質は負極用結着材によって負極集電体を覆うように結着される。負極集電体は、負極端子と接続する延長部を有して形成され、この延長部には負極活物質は塗工されない。
正極は、金属箔で形成される正極集電体と、正極集電体の両面に塗工された正極活物質とを有する。正極活物質は正極用結着剤によって正極集電体を覆うように結着される。正極集電体は、正極端子と接続する延長部を有して形成され、この延長部には正極活物質は塗工されない。
(但し、0≦x<1、0<y≦1.2、MはCo、Al、Mn、Fe、Ti及びBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素である。)
本実施形態で用いる電解液は、リチウム塩(支持塩)と、この支持塩を溶解する非水溶媒を含む非水電解液を用いることができる。
外装体としては、電解液に安定で、かつ十分な水蒸気バリア性を持つものであれば、適宜選択することができる。例えば、積層ラミネート型の二次電池の場合、外装体としては、アルミニウムと樹脂のラミネートフィルムを用いることが好ましい。外装体は、単一の部材で構成してもよいし、複数の部材を組み合わせて構成してもよい。
<溶断部>
本発明の一形態においては、図3に模式的に示すように、負極タブ25の一部に、所定の電流が流れた場合に高温となって他の部位に優先して破断する溶断部(ヒューズ部)25bが形成されている。なお、以下の説明では、溶断部25bが負極タブ25に形成された例について説明するが、正極タブ21に溶断部を設けてもよい。また、以下の説明では、基本的に、「負極タブ25」を「電極タブ25」を記載して説明する。
電極タブ25のうち少なくとも上記溶断部25bを含む部分には、補強部材31が設けられている。補強部材31は、電極タブ25に取り付けられてそのタブの機械的強度を補強する役割を果たす。溶断部25bは上記の通り電極タブ25の他の部位よりも断面積が小さく形成された部分であり、何らかの原因でタブに力が加わった際に破断または損傷しやすい。しかしながら、本実施形態のように補強部材31が設けられていることで電極タブ25が補強され、破断や損傷が防止される。図3では補強部材31を抽象的に描いているが、より具体的には、図4Aのような構成としてもよい。
図4Dに示すような固定具61により補強部材33が電極タブ25に固定されてもよい。固定具61としては、ネジ(ボルト)、リベット、クリップ、ハトメ、ファスナー(固定手段)等を利用することができる。固定具61は絶縁性のものであってもよい。また、耐熱性および/または断熱性のものであることも好ましい。補強部材と同様の材質で構成することも可能である。
補強部材としては、例えば図5A、図5Bに示すように、電極タブ25を取り囲むような中空の部材であってもよい。この補強部材35は、一例で、矩形断面の平たい中空部材であり、その内部空間35aに電極タブ25が挿通される。
上記実施形態では、電極タブ25の側縁部から延びるスリット25aを形成して溶断部25bを設けることを説明したが、図6に示すように、電極タブ25に開口部25a′を設け、残った部分が溶断部25bとして機能する構成としてもよい。この例では、2つの開口部25a′を形成しているが、1つの細長い開口部を形成するようにしてもよい。この構成によれば、電極タブの一部のみを残して溶断部とする場合と比較して、複数の溶断部となるので、不測の力が加わった場合でも、より破断や破損が生じにくい。
以上、フィルム外装電池を対象として本発明の幾つかの形態を説明したが、本発明は電池の製造方法として捉えることもできる。すなわち、本発明の一形態に係る電池の製造方法は次のステップを有する:電池要素を用意するステップと;電池要素を電解液とともに外装体の内部に封入するステップと;電極タブの一部に、所定の電流が流れた場合に他の部位に優先して溶断する溶断部を形成するステップと;電極タブのうち少なくとも前記溶断部を含む部分に、前記外装体から離れた状態で、補強部材取り付けるステップ。
図8は、本発明の一形態に係る二次電池を利用した蓄電システムの模式図である。蓄電システム1は、その規模の大小は何ら限定されるものではないが、少なくとも1つの二次電池(例えばフィルム外装電池50)を有する電源部1Aと、その充放電の監視・制御などを行う制御装置1Bとを備えている。このような蓄電システム1としては、例えばバックアップ電源であってもよく、大型施設用、事業所用、家庭用など種々のものとすることができる。
電源部としては、具体的には次に説明するような組電池であってもよい。なお、以下では「電源部1A」として説明するが、蓄電システム用に限らず車載用の電源部であってもよいことは言うまでもない。
図10A〜図10Dに第1の態様を示す。図10Dに示すように、この電源部1Aは、複数の電池パック301を有している。この例では、複数の電池パック301が直列的に接続されることで、電源部1Aとして所定の電力を出力するように構成されている。
図11A〜図11Cに第2の態様を示す。図11Cに示すように、この電源部1Bは、複数の電池パック302を有している。この態様の電源部と上記態様の電源部とでは、(i)電気的接続のための端子部の配置位置や、端子部材と電極タブとの接続構成が異なる点、および、(ii)電池パックの配置の向きが異なる点以外は、上記態様の電源部と共通の構成を有する。共通部分についての重複する説明は省略する。
本明細書は以下の発明を開示する:
1.電池要素(20)と、
上記電池要素(20)を電解液とともに収容する外装体(10)と、
上記外装体(10)から引き出された正極および負極の電極タブ(21、25)と、
を備える二次電池(50)であって、
さらに、
上記電極タブの一部に形成され所定の電流が流れた場合に他の部位に優先して溶断する溶断部(25b)と、
上記電極タブのうち少なくとも上記溶断部(25b)を含む部分に、上記外装体から離れた状態で、取り付けられた補強部材(31、33、35)と、
を備える、二次電池。
上記電池要素を電解液とともに外装体の内部に封入するステップと、
電極タブの一部に、所定の電流が流れた場合に他の部位に優先して溶断する溶断部を形成するステップと、
上記電極タブのうち少なくとも上記溶断部を含む部分に、上記外装体から離れた状態で補強部材を取り付けるステップと、
を備える、二次電池の製造方法。
上記電池要素(20)を電解液とともに収容する外装体(10)と、
上記外装体(10)から引き出された正極および負極の電極タブ(21、25)と、
を備える二次電池(50)であって、
さらに、
上記電極タブに接続された他の導電材(75)に形成され所定の電流が流れた場合に他の部位に優先して溶断する溶断部(75b)と、
上記電極タブおよび/または上記他の導電性部材のうち少なくとも上記溶断部を含む部分に、上記外装体から離れた状態で、取り付けられた補強部材(33)と、
を備える、二次電池。「溶断部」はこのようにタブ以外の部材に設けてもよい。
1A、1B 電源部
1B 制御装置
2 電動車両
2A 電源部
10 フィルム外装体
11、12 フィルム
15 熱溶着部
20 電池要素
21、25 電極タブ
25a スリット
25a′ 開口部
25b 溶断部
25e 係止片
25h 通し孔
31、33、35 補強部材
33h 通し孔
33a 凹部
35a 内部空間
35h 通し孔
50 フィルム外装電池
61 固定具
75、76−1、76−2 導電性部材
75h、76h 通し孔
301、302 電池パック
310 筐体
311、315 端子部材
311a、315a、320a 端子部
311b、311b、320b 電気的接続部
Claims (7)
- 電池要素と、
前記電池要素を電解液と共に収容する外装体と、
前記外装体から引き出された正極および負極の電極タブと、
前記電極タブの一部に形成され所定の電流が流れた場合に他の部位に優先して溶断する溶断部と、
前記電極タブのうち少なくとも前記溶断部を含む部分に、前記外装体から離れた状態で、前記電極タブと機械的に連結される補強部材と、
を備え、
前記補強部材と機械的に連結される電極タブは、その幅方向外側に向かって突出し延在している係止片を前記溶断部の両側に有しており、前記補強部材と前記電極タブとは、前記電極タブの前記係止片と前記補強部材の一部とを係止させることによって前記溶断部の両側でそれぞれ機械的に連結される、二次電池。 - 電池要素と、
前記電池要素を電解液と共に収容する外装体と、
前記外装体から引き出された正極および負極の電極タブと、
前記電極タブに接続された他の導電材に形成され所定の電流が流れた場合に他の部位に優先して溶断する溶断部と、
前記電極タブおよび/または前記他の導電材のうち少なくとも前記溶断部を含む部分に、前記外装体から離れた状態で、取り付けられた補強部材と、
を備え、
前記電極タブに接続された前記他の導電材は、その幅方向外側に向かって突出し延在している係止片を前記溶断部の両側に有しており、
前記補強部材と前記電極タブおよび/または前記他の導電材のうち少なくとも前記溶断部を含む部分とは、前記係止片と前記補強部材の一部とを係止させることによって前記溶断部の両側でそれぞれ機械的に連結される、二次電池。 - 前記補強部材は、前記電極タブの前記係止片と係止される部分に凹部が形成されている、請求項1又は請求項2に記載の二次電池。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の二次電池を複数有する電源部を備える、電動車両。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の二次電池を複数有する電源部を備える、蓄電システム。
- 電池要素を用意するステップと、
前記電池要素を電解液と共に外装体の内部に封入するステップと、
電極タブの一部に、所定の電流が流れた場合に他の部位に優先して溶断する溶断部を形成すると共に前記電極タブの幅方向外側に向かって突出し延在する係止片を形成するステップと、
前記電極タブのうち少なくとも前記溶断部を含む部分に、前記外装体から離れた状態で補強部材を取り付けるステップと、
を備え、
前記電極タブの前記係止片と前記補強部材の一部とを係止させることによって、前記補強部材と前記電極タブとは、前記電極タブの前記溶断部の両側でそれぞれ機械的に連結されて、前記補強部材は取り付けられる、二次電池の製造方法。 - 前記補強部材は、前記電極タブの前記係止片と係止される部分に凹部が形成されている、請求項6に記載の二次電池の製造方法。
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