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JP-2026076814-A - 電極体および蓄電デバイス

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Abstract

【課題】ケース内における体積効率がよい電極体を提供する。 【解決手段】ここに開示される電極体の電極ユニット２５は、第１電極シート１０１と、第１電極シート１０１とは極性が異なる第２電極シート１０２と、セパレータ５０とを含む。第１電極シート１０１は、第１面３０ａと、第２面３０ｂとを有する。第２電極シート１０２は、第１電極シート１０１の第１面３０ａに対向する第１対向部と、第２面３０ｂに対向する第２対向部４５ｂと、第１対向部と第２対向部４５ｂとを連結する連結部４６とを有する。セパレータ５０は、第１電極シート１０１と第２電極シート１０２の第１対向部との間に介在する第１シート部と、第１電極シート１０１と第２電極シート１０２の第２対向部４５ｂとの間に介在する第２シート部５５ｂと、第２電極シート１０２の第１対向部の外側を被覆する第３シート部５５ｃとを有している。 【選択図】図６

Inventors

  • 前園 寛志

Assignees

  • プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20241024

Claims (7)

  1. 蓄電デバイスの電極体であって、 相互に積層された複数の電極ユニットを備えており、 前記電極ユニットのそれぞれは、 矩形状の第１電極シートと、 前記第１電極シートとは極性が異なる矩形状の第２電極シートと、 セパレータと、 を含み、 前記第１電極シートは、 第１面と、該第１面の裏面である第２面と、を有し、 前記第２電極シートは、 前記第１電極シートの第１面に対向して接する第１対向部と、 前記第１電極シートの第２面に対向して接する第２対向部と、 前記第１対向部と前記第２対向部とを連結する連結部と、を有し、 前記セパレータは、 前記第１電極シートの第１面と前記第２電極シートの第１対向部との間に介在する第 １シート部と、 前記第１電極シートの第２面と前記第２電極シートの第２対向部との間に介在する第 ２シート部と、 前記第２電極シートの第１対向部の外側を被覆する第３シート部と、 前記第１シート部および前記第２シート部を連結する第１折り曲げ部と、 前記第２シート部および前記第３シート部を連結する第２折り曲げ部と、を有する、電極体。
  2. 前記第２電極シートは、 電極集電箔と、 前記電極集電箔の表面に形成された電極活物質層と、を有し、 前記連結部において前記電極集電箔が露出している、請求項１に記載の電極体。
  3. 前記連結部において露出している電極集電箔の表面に絶縁コートが施されている、請求項２に記載の電極体。
  4. 前記セパレータは、シート状に形成され、１枚である、請求項１に記載の電極体。
  5. 前記複数の電極ユニットは、 前記第１電極シートが正極であり、前記第２電極シートが負極である第１ユニットと、 前記第１電極シートが負極であり、前記第２電極シートが正極である第２ユニットと、 を含み、 隣接する２つの電極ユニットにおいて、前記第１ユニットの第２電極シートと、前記第２ユニットの前記第２電極シートとが、一方の電極ユニットの第３シート部を介して対向している、請求項１に記載の電極体。
  6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の電極体と、 前記電極体を収容するケースと、 を有する、蓄電デバイス。
  7. 前記電極体を収容するケースは、角型である、請求項６に記載の蓄電デバイス。

Description

本開示は、電極体および該電極体を用いた蓄電デバイスに関する。 リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池その他の二次電池あるいはキャパシタ等の蓄電デバイスは、パソコン、携帯端末等のポータブル機器の電源や、電気自動車（ＢＥＶ）の車両駆動用電源等の車両の高出力電源として用いられている。このような蓄電デバイスには、一般的に、正極と負極とがセパレータを介して積層された電極体を備える。この電極体は、より具体的には、積層型電極体と巻回電極体とに大別される。 例えば、特開２０１８－１３７１６６号公報では、複数枚の極板がセパレータを介して積層されている積層型電極体が開示されている。また、特開２０１６－１３９５９６号公報には、第１電極と第２電極との間にセパレータを介在して巻き取られた巻回電極体が開示されている。 特開２０１８－１３７１６６号公報特開２０１６－１３９５９６号公報 図１は、ここで開示される一実施形態に係る蓄電デバイスの斜視図である。図２は、ここで開示される一実施形態に係る蓄電デバイスの縦断面図である。図３は、ここで開示される一実施形態に係る電極ユニットの斜視図である。図４は、ここで開示される一実施形態に係る電極ユニットを第１電極シート側から平面視した展開図である。図５は、ここで開示される一実施形態に係る電極ユニットを第２電極シート側から平面視した展開図である。図６は、ここで開示される一実施形態に係る電極ユニットの縦断面図である。図７は、ここで開示される一実施形態に係る複数の電極ユニットが積み重ねられた電極体を模式的に示す斜視図である。図８は、従来の巻回電極体をケースに収容した状態を模式的に示す図である。図９は、従来の積層型電極体をケースに収容した状態を模式的に示す図である。図１０は、ここで開示される一実施形態に係る電極体を蓄電デバイスに収容した状態を模式的に示す図である。図１１は、他の実施形態に係る電極ユニットの縦断面図である。 ＜用語の定義＞ 以下、本開示における電極体（若しくは電極ユニット）の典型的な実施形態の１つについて、図面を参照にしながら詳細に説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄（例えば、本開示を特徴づけない蓄電デバイスの一般的な構成及び製造プロセス等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本開示は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識に基づいて実施することができる。なお、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。 本明細書において「蓄電デバイス」とは、一対の電極（正極及び負極）の間で電荷担体が移動することによって充放電反応が生じる装置を包含する概念である。すなわち、蓄電デバイスには、二次電池（例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池）等の電池と、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ（物理電池）とが包含される。なお、以下、典型的な蓄電デバイスの１つであるリチウムイオン二次電池を例に、本実施形態について説明する。また、本明細書において「リチウムイオン二次電池」とは、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により繰り返し充放電が実現される蓄電デバイスを指す。 本明細書において数値範囲を「Ａ～Ｂ（ここでＡ、Ｂは任意の数値）」と記載している場合は、「Ａ以上Ｂ以下」を意味すると共に、「Ａを超えてＢ未満」、「Ａを超えてＢ以下」、および「Ａ以上Ｂ未満」の意味を包含する。 ＜蓄電デバイス＞ 本実施形態におけるリチウムイオン二次電池１は、ケース１０と、該ケース１０に収容された電極体２０と、電解質とを備える。図１は、一実施形態に係るリチウムイオン二次電池１の斜視図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿うリチウムイオン二次電池１の模式的な縦断面図である。図２では、電極体２０の構成が分かるように、電極体２０の一部を透過して表示している。なお、以下の説明において、図面中の符号Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄ、Ｆ、Ｒｒは、リチウムイオン二次電池１の左、右、上、下、前、後を表すものとする。また、図面において、上下方向（高さ方向Ｙ）、左右方向（幅方向Ｘ）、前後方向（厚み方向Ｚ）として規定されている。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、リチウムイオン二次電池１の設置形態をなんら限定するものではない。例えば、以下に記載される説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「表」または「裏」などの特定の位置及び方向は、実際の実施時の位置及び方向とは必ず一致しなくてもよい。 ＜ケース＞ ケース１０は、主として電極体２０及び電解液（図示せず）などを収容するケースである。図１に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１では、ケース１０の形状は、六面体箱型形状である。より具体的にいえば、ケース１０の形状は、直方体形状であり、扁平な角型である。ケース１０は、電極体２０と電解液（図示せず）を収容するケース１０の本体１１と、本体１１の開口を封止する封口板（蓋体）１２と、を備えている。本体１１と封口板１２とは、レーザー溶接等によって溶接されて封止される。 ケース１０の材料は、従来のこの種の蓄電デバイスで使用されるものと同じであればよく、特に制限はない。一例として、ケース１０の材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の軽量で熱伝導性の良い金属材料が用いられる。ケース１０の厚みは、特に制限されない。なお、ケース１０の構成を変更することも可能である。例えば、ケースとして、可撓性を有するラミネートフィルムが用いられてもよい。 ケース１０には、安全弁１３と、注液孔（図示せず）とが設けられている。安全弁１３は、ケース１０の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように設定された薄肉の弁である。注液孔は、電解液を注入するための穴である。注液孔は、電解液の注入後において不要となるため、レーザー溶接等によって封止され得る。あるいは、注入孔は、栓を取り付けることでも封止することができる。本実施形態では、ケース１０の本体１１は、長尺な矩形の底壁１１ａと、底壁１１ａから延び相互に対向する一対の長側面１１ｂ１、１１ｂ２と、短側面１１ｃ１、１１ｃ２とから構成されている。ここでは、封口板１２に、安全弁１３と、注液孔とが設けられている。 外部接続用の正極外部端子１４および負極外部端子１５が、ケース１０の外部に露出された状態で設けられている。これらの外部端子はケース１０内に収容された電極体２０に正極内部端子１６又は負極内部端子１７を介して電気的に接続されている。これらの外部端子は、金属製である。正極外部端子１４としては、例えば、アルミニウム又はアルミニウムを主体とする合金等が用いられ得る。負極外部端子１５としては、例えば、銅又は銅合金等が用いられ得る。 正極内部端子１６および負極内部端子１７は、金属製である。正極内部端子１６としては、正極タブ３１ｃ（若しくは、正極活物質層非形成部分３１ａ）との接合強度を向上させる観点から、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等が用いられ得る。負極内部端子１７としては、負極タブ４１ｃ（若しくは、負極活物質層非形成部分４１ａ）との接合強度を向上させる観点から、例えば、銅又は銅合金等が用いられ得る。 この実施形態では、正極外部端子１４および負極外部端子１５は、ガスケット１８を介して、封口板１２の外側に取り付けられている。また、正極内部端子１６および負極内部端子１７は、インシュレータ１９を介して、封口板１２の内側に取り付けられている。ガスケット１８及びインシュレータ１９の材料は、特に限定されない。ガスケット１８及びインシュレータ１９の材料には、耐薬品性や耐候性に優れた絶縁材料が用いられうる。例えば、ガスケット１８及びインシュレータ１９の材料は、テロラフルオロエチレン・ポーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂が用いられうる。 ＜電解液＞ 電解液は、適当な非水系溶媒に支持塩を溶解させた非水電解液を使用できる。非水電解液は、従来公知のものを特に制限なく採用することができる。非水系溶媒の一例として、カーボネート類、エーテル類、エステル類、スルホン類、またはラクトン類等があげられる。このうち、蓄電デバイスの性能を向上させるという観点から、カーボネート類が好ましい。カーボネート類としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等を用いることができる。また、支持塩の一例としてリチウム塩（例えば、ＬｉＢＯＢ、ＬｉＰＦ６など）を用いることができる。 ＜電極体＞ ここで開示される電極体２０は、相互に積層された複数の電極ユニット２５を備えている（図７参照）。電極ユニット２５は、正極３０または負極４０のいずれかからなる第１電極シート１０１と、第１電極シート１０１とは極性が異なる第２電極シート１０２と、セパレータ５０とを有する（図６参照）。第１電極シート１０１は、電極集電箔と、電極集電箔の表面に形成された電極活物質層とを有している。第２電極シート１０２は、電極集電箔と、電極集電箔の表面に形成された電極活物質層とを有している。また、第２電極シート１０２の電極活物質層は、第１電極シート１０１の電極活物質層とは、異なる極性である。 ＜電極ユニット＞ 以下、電極ユニット２５の構成の一例を説明する。この実施形態では、第１電極シート１０１が正極３０であり、第２電極シート１０２が負極４０である。なお、これに限らず、電極ユニットは、第１電極シートが負極、そして第２電極シートが正極であってもよい。 図３は、ここで開示される一実施形態に係る電極ユニット２５ａの斜視図である。図３に示されるように、電極ユニット２５ａの形状は、矩形であり、かつ扁平である。電極ユニット２５ａは、第１辺２６ａと、第２辺２６ｂと、第１辺２６ａに対向する第３辺２６ｃと、第２辺２６ｂに対向する第４辺２６ｄとを有している。ここでは、第４辺２６ｄから正極タブ３１ｃが突き出している。また、正極タブ３１ｃに対向するように第２辺２６ｂから負極タブ４１ｃが突き出している。第３辺２６ｃは、第２電極シート１０２およびセパレータ５０を折り返すことにより生じる辺である。第３辺２６ｃにおいて、第２電極シート１０２は、連結部４６に沿って折り曲げられている。また、第３辺２６ｃにおいて、セパレータ５０は、第１折り曲げ部５６に沿って折り曲げられている。第１辺２６ａは、セパレータ５０を第２折り曲げ部５７に沿って折り曲げることによって生じる辺である。すなわち、電極ユニット２５ａの第３辺２６ｃは、第２電極シート１０２の連結部４６およびセパレータ５０の第１折り曲げ部５６に対応している。また、電極ユニット２５ａの第１辺２６ａは、セパレータ５０の第２折り曲げ部５７に対応している。 図４は、ここで開示される一実施形態に係る電極ユニット２５ａを第１電極シート１０１側から平面視した展開図ある。また、図５は、ここで開示される一実施形態に係る電極ユニット２５を第２電極シート１０２側から平面視した展開図ある。図４および図５では、折り畳まれていた電極ユニット２５ａ（図３参照）を展開して示している。図４では、第２電極シート１０２（ここでは、負極４０）、セパレータ５０、第１電極シート１０１（ここでは、正極３０）がこの順で後から前へ重ねて示されている。したがって、図４において、正極３０が最表面（最も手前）に示されている