KR-20260061240-A - 축전 모듈

Abstract

복수의 바이폴라 전극을 포함하는 전극을 제 1 방향을 따라 복수 적층한 전극 적층체와, 상기 전극 적층체에 형성되고, 상기 전극 적층체를 봉지하기 위한 봉지체를 구비하고, 복수의 상기 바이폴라 전극의 각각은, 상기 제 1 방향에 교차하는 제 1 표면, 및, 상기 제 1 표면의 반대측의 제 2 표면을 포함하는 집전체와, 상기 제 1 표면에 형성된 제 1 활물질층과, 상기 제 2 표면에 형성되고, 상기 제 1 활물질층과 다른 극성의 제 2 활물질층을 갖고, 상기 봉지체는, 상기 제 1 방향을 따라 적층된 복수의 시일재와, 상기 제 1 방향을 따라 이웃하는 상기 시일재의 사이에 개재된 복수의 스페이서를 갖는, 축전 모듈.

Inventors

• 사카모토 šœ야
• 이시구로 후미히코
• 히로세 다카유키
• 오타케 마사나리
• 나츠이 게이스케
• 나카무라 도모히로

Assignees

• 가부시키가이샤 도요다 지도숏키

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20240903

Priority Date

20230906

Claims (9)

1. 복수의 바이폴라 전극을 포함하는 전극을 제 1 방향을 따라 복수 적층한 전극 적층체와, 상기 전극 적층체에 형성되고, 상기 전극 적층체를 봉지하기 위한 봉지체 를 구비하고, 복수의 상기 바이폴라 전극의 각각은, 상기 제 1 방향에 교차하는 제 1 표면, 및, 상기 제 1 표면의 반대측의 제 2 표면을 포함하는 집전체와, 상기 제 1 표면에 형성된 제 1 활물질층과, 상기 제 2 표면에 형성되고, 상기 제 1 활물질층과 다른 극성의 제 2 활물질층 을 갖고, 상기 봉지체는, 상기 제 1 방향을 따라 적층된 복수의 시일재와, 상기 제 1 방향을 따라 이웃하는 상기 시일재의 사이에 개재된 복수의 스페이서 를 갖고, 복수의 상기 시일재의 각각은, 상기 제 1 방향으로부터 보아 상기 집전체의 외형을 따른 프레임 형상으로 형성되고, 상기 집전체의 둘레 가장자리부에 있어서 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면에 용착되어 있고, 복수의 상기 스페이서의 각각은, 상기 제 1 방향으로부터 보아 상기 집전체의 외형을 따른 프레임 형상으로 형성되고, 상기 제 1 방향을 따라 이웃하는 상기 시일재와 함께, 상기 제 1 방향으로 이웃하는 상기 집전체의 사이에 내부 공간을 형성하고 있고, 상기 제 1 방향으로부터 보았을 때, 상기 제 1 활물질층의 외측 가장자리는, 상기 제 2 활물질층의 외측 가장자리보다 외측에 위치하고, 상기 스페이서는, 상기 제 1 방향으로부터 보았을 때, 당해 스페이서의 내측 가장자리가 상기 제 1 활물질층의 외측 가장자리와 상기 제 2 활물질층의 외측 가장자리 사이에 위치하는, 축전 모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스페이서는, 상기 제 1 방향으로부터 보아 상기 제 1 활물질층에 중복되는 중복부를 포함함과 함께, 당해 중복부에 있어서, 상기 제 2 활물질층보다 보다 얇게 되어 있는, 축전 모듈.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스페이서는, 상기 제 1 방향으로부터 보아 상기 제 1 활물질층에 중복되는 중복부를 포함하고, 복수의 상기 전극은, 상기 제 1 방향의 상기 전극 적층체의 최외부에 위치하고, 상기 집전체와, 상기 제 2 표면에 형성된 상기 제 2 활물질층을 갖는 제 1 종단 전극을 포함하고, 복수의 상기 스페이서 중 상기 제 1 방향의 최외부의 상기 스페이서는, 상기 중복부에 있어서 상기 제 1 종단 전극의 상기 집전체에 접촉하고 있는, 축전 모듈.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 활물질층은, 상기 제 1 방향으로부터 보아 상기 제 2 활물질층과 겹치는 제 1 부분과, 상기 제 1 방향으로부터 보아 상기 제 2 활물질층의 외측 가장자리보다 외측에 위치하고, 당해 제 1 활물질층의 외측 가장자리를 포함하는 제 2 부분 을 포함하고, 상기 제 1 방향에 있어서의 상기 제 2 부분의 두께는, 상기 제 1 방향에 있어서의 상기 제 1 부분의 두께보다 두꺼운, 축전 모듈.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시일재의 외측 가장자리부와 상기 스페이서의 외측 가장자리부는, 서로 용착되어 용착부를 구성하고 있는, 축전 모듈.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집전체는, 상기 제 1 방향으로부터 보아 상기 제 1 활물질층 및 상기 시일재와 겹치지 않는 제 1 영역과, 상기 제 1 방향으로부터 보아 상기 제 1 활물질층과 겹치고, 또한, 상기 제 2 활물질층과 겹치지 않는 제 2 영역 을 포함하고, 상기 제 1 방향으로부터 보았을 때의 상기 제 1 영역의 폭은, 상기 제 1 방향으로부터 보았을 때의 상기 제 2 영역의 폭보다 좁은, 축전 모듈.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 적층체는, 상기 제 1 방향으로부터 보아 상기 제 1 활물질층과 상기 제 2 활물질층이 겹치는 제 1 적층부와, 상기 제 1 방향으로부터 보아 상기 제 2 활물질층보다 외측으로서 상기 제 1 활물질층과 상기 스페이서가 겹치는 제 2 적층부 를 포함하고, 상기 봉지체는, 상기 제 1 방향으로부터 보아 상기 시일재와 상기 스페이서가 겹치는 제 1 봉지부를 포함하고, 상기 제 2 적층부의 상기 제 1 방향에 대한 두께는, 상기 제 1 적층부의 상기 제 1 방향에 대한 두께보다 얇고, 상기 제 1 봉지부의 상기 제 1 방향에 대한 두께는, 상기 제 2 적층부의 상기 제 1 방향에 대한 두께보다 얇은, 축전 모듈.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스페이서는, 상기 제 1 방향으로부터 보아 상기 제 1 활물질층의 외측 가장자리와 상기 시일재의 내측 가장자리 사이에 있어서, 당해 스페이서에 대향하는 상기 제 1 표면측으로 돌출되는 돌출부를 포함하는, 축전 모듈.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스페이서는, 상기 제 1 방향으로부터 보아 직사각형 프레임 형상이고, 상기 집전체는, 상기 제 2 표면에, 상기 제 1 방향으로부터 보아, 상기 제 2 활물질층이 형성된 직사각 형상의 제 1 영역과, 상기 제 1 영역의 외측이 되는 직사각형 프레임 형상의 제 2 영역을 갖고, 직사각 형상의 상기 제 1 영역의 외측 가장자리는, 서로 대향하는 1 쌍의 제 1 변과, 상기 1 쌍의 제 1 변끼리를 접속하여 서로 대향하는 제 2 변에 의해 구획 형성되고, 상기 제 1 방향으로부터 보아, 상기 1 쌍의 제 1 변을 연장한 제 1 구획선과 상기 1 쌍의 제 2 변을 연장한 제 2 구획선에 의해 상기 스페이서를 구분한 경우, 상기 스페이서는, 상기 제 1 구획선끼리에 의해 구획되어 상기 1 쌍의 제 2 변을 따른 1 쌍의 제 1 구획과, 상기 제 2 구획선끼리에 의해 구획되어 상기 제 1 변을 따른 1 쌍의 제 2 구획과, 상기 제 1 구획선과 상기 제 2 구획선에 의해 구획되어 상기 제 1 구획과 상기 제 2 구획을 접속하고, 상기 스페이서의 4 개의 모서리부를 포함하는 4 개의 제 3 구획으로 구분되고, 복수의 상기 스페이서 중의 적어도 하나는, 적어도 1 개의 제 3 구획에 있어서, 당해 스페이서의 외측 가장자리로부터 상기 내부 공간까지의 상기 스페이서의 폭 방향 길이가, 인접하는 상기 제 1 구획 또는 상기 제 2 구획에 있어서의 상기 스페이서의 상기 폭 방향 길이보다 짧아지도록 형성된 절결 형상 부분을 구비하는, 축전 모듈.

Description

축전 모듈 본 개시는 축전 모듈에 관한 것이다. 특허문헌 1 에는, 바이폴라 전지가 기재되어 있다. 이 바이폴라 전지는, 하나의 집전체의 일면에 정극 활물질층을 형성하고, 타면에 부극 활물질층을 형성한 바이폴라 전극과, 정극 활물질층과 부극 활물질층 사이에 끼워진 겔 전해질과, 정극 활물질층, 부극 활물질층, 및 겔 전해질에 의해 구성된 단전지의 주위를 둘러싸고 집전체의 사이에 형성된 시일층을 갖고, 당해 단전지가 복수 적층된 구조를 갖고 있다. 도 1 은, 본 실시형태에 관련된 축전 모듈의 모시적인 단면이다. 도 2 는, 도 1 에 나타낸 축전 모듈의 모식적인 평면도이다. 도 3 은, 도 1 에 나타낸 축전 모듈의 일부를 확대하여 나타내는 모식적인 단면도이다. 도 4 는, 제 1 변형예에 관련된 축전 모듈의 일부를 확대하여 나타내는 모식적인 단면도이다. 도 5 는, 제 2 변형예에 관련된 축전 모듈의 일부를 확대하여 나타내는 모식적인 단면도이다. 도 6 은, 제 3 변형예에 관련된 축전 모듈의 일부를 확대하여 나타내는 모식적인 단면도이다. 도 7 은, 제 4 변형예에 관련된 축전 모듈의 일부를 확대하여 나타내는 모식적인 단면도이다. 도 8 은, 도 7 에 나타낸 축전 모듈의 제 1 양태의 모식적인 평면도이다. 도 9 는, 도 7 에 나타낸 축전 모듈의 제 2 양태의 모식적인 평면도이다. 도 10 은, 도 7 에 나타낸 축전 모듈의 제 3 양태의 모식적인 평면도이다. 도 11 은, 다른 변형예에 관련된 축전 모듈 (1) 의 개략 평면도이다. 이하, 일 실시형태에 관련된 축전 모듈에 대해, 도면을 참조하여 설명한다. 각 도면의 설명에 있어서, 동일 또는 상당하는 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다. 또, 각 도면에는, X 방향, X 방향에 직교하는 Y 방향, 및, X 방향과 Y 방향에 직교하는 Z 방향을 규정하는 직교 좌표계가 나타나는 경우가 있다. 도 1 은, 본 실시형태에 관련된 축전 모듈의 모시적인 단면이다. 도 2 는, 도 1 에 나타낸 축전 모듈의 모식적인 평면도이다. 도 1 및 도 2 에 나타내는 축전 모듈 (1) 은, 예를 들어, 포크리프트, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 각종 차량의 배터리에 사용되는 축전 모듈이다. 축전 모듈 (1) 은, 예를 들어 니켈 수소 이차 전지 또는 리튬 이온 이차 전지 등의 이차 전지이다. 축전 모듈 (1) 은, 전기 이중층 커패시터여도 되고, 전고체 전지여도 된다. 여기서는, 축전 모듈 (1) 이 리튬 이온 이차 전지인 경우를 예시한다. 축전 모듈 (1) 은, 전극 적층체 (10) 와 봉지체 (20) 를 구비하고 있다. 전극 적층체 (10) 는, Z 방향 (제 1 방향) 을 따라 적층된 복수의 전극을 포함한다. 복수의 전극은, 복수의 바이폴라 전극 (11) 과, 부극 종단 전극 (12) 과, 정극 종단 전극 (13) 을 포함한다. 서로 이웃하는 전극의 사이에는, 세퍼레이터 (14) 가 개재되어 있다. 바이폴라 전극 (11) 은, 집전체 (15) 와, 정극 활물질층 (16) (제 2 활물질층) 과, 부극 활물질층 (17) (제 1 활물질층) 을 갖고 있다. 집전체 (15) 는, 예를 들어 직사각형 시트 형상을 나타내고 있다. 집전체 (15) 는, 일방면 (15a) 및 타방면 (15b) 을 포함한다. 일례로서, 타방면 (15b) 은, Z 방향에 교차하는 제 1 표면이며, 일방면 (15a) 은, Z 방향에 교차함과 함께 제 1 표면의 반대측의 제 2 표면이다. 여기서는, 집전체 (15) 의 일방면 (15a) 은, Z 방향의 일방 (도 1 에 있어서 정극 종단 전극 (13) 으로부터 부극 종단 전극 (12) 으로 향하는 방향) 을 향하는 면이며, 집전체 (15) 의 타방면 (15b) 은, Z 방향의 타방 (도 1 에 있어서 부극 종단 전극 (12) 으로부터 정극 종단 전극 (13) 으로 향하는 방향) 을 향하는 면이다. 정극 활물질층 (16) (제 2 활물질층) 은, 집전체 (15) 의 일방면 (15a) (제 2 표면) 에 형성되어 있다. 부극 활물질층 (17) (제 1 활물질층) 은, 집전체 (15) 의 타방면 (15b) (제 1 표면) 에 형성되어 있다. 복수의 바이폴라 전극 (11) 은, 하나의 바이폴라 전극 (11) 의 정극 활물질층 (16) 과 다른 바이폴라 전극 (11) 의 부극 활물질층 (17) 이 대향하도록 적층되어 있다. 정극 활물질층 (16) 및 부극 활물질층 (17) 에는, 홈이 형성되어 있어도 된다. 정극 활물질층 (16) 및 부극 활물질층 (17) 은, Z 방향으로부터 보아 직사각 형상이다. 부극 활물질층 (17) 은, Z 방향으로부터 보아 정극 활물질층 (16) 보다 한 사이즈 크다. 요컨대, Z 방향에서 본 평면에서 보아, 정극 활물질층 (16) 의 형성 영역의 전체가 부극 활물질층 (17) 의 형성 영역 내에 위치하고 있다. 바꾸어 말하면, Z 방향으로부터 보았을 때, 부극 활물질층 (17) 의 외측 가장자리 (17e) 는, 정극 활물질층 (16) 의 외측 가장자리 (16e) 보다 외측에 위치한다. 부극 종단 전극 (12) (제 2 종단 전극) 은, 집전체 (15) 와, 집전체 (15) 의 타방면 (15b) 에 형성된 부극 활물질층 (17) 을 갖고 있다. 부극 종단 전극 (12) 은, 집전체 (15) 의 일방면 (15a) 에 있어서 정극 활물질층 (16) 및 부극 활물질층 (17) 을 갖지 않는다. 요컨대, 부극 종단 전극 (12) 의 집전체 (15) 의 일방면 (15a) 에는, 활물질층이 형성되어 있지 않다. 부극 종단 전극 (12) 은, 전극 적층체 (10) 의 Z 방향의 반대 방향 (Z 부방향) 의 최외부에 위치하고, 바이폴라 전극 (11) 에 적층되어 있다. 부극 종단 전극 (12) 은, 그 부극 활물질층 (17) 이 바이폴라 전극 (11) 의 정극 활물질층 (16) 에 대향하도록 바이폴라 전극 (11) 에 적층되어 있다. 정극 종단 전극 (13) (제 1 종단 전극) 은, 집전체 (15) 와, 집전체 (15) 의 일방면 (15a) 에 형성된 정극 활물질층 (16) 을 갖고 있다. 정극 종단 전극 (13) 은, 집전체 (15) 의 일방면 (15a) 의 반대면인 타방면 (15b) 에 있어서 정극 활물질층 (16) 및 부극 활물질층 (17) 을 갖지 않는다. 요컨대, 정극 종단 전극 (13) 의 집전체 (15) 의 타방면 (15b) 에는, 활물질층이 형성되어 있지 않다. 정극 종단 전극 (13) 은, 전극 적층체 (10) 의 Z 방향의 최외부에 위치하고, 바이폴라 전극 (11) 에 적층되어 있다. 정극 종단 전극 (13) 은, 그 정극 활물질층 (16) 이 바이폴라 전극 (11) 의 부극 활물질층 (17) 에 대향하도록 바이폴라 전극 (11) 에 적층되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 바이폴라 전극 (11), 부극 종단 전극 (12), 및, 정극 종단 전극 (13) 의 집전체를 집전체 (15) 로 하여 동일한 부호를 부여하고 있지만, 바이폴라 전극 (11), 부극 종단 전극 (12), 및, 정극 종단 전극 (13) 의 집전체는, 서로 동일해도 되고, 서로 상이해도 된다. 또, 부극 종단 전극 (12) 에 있어서의 부극 활물질층 (17) 이 형성되어 있지 않은 면, 및, 정극 종단 전극 (13) 에 있어서의 정극 활물질층 (16) 이 형성되어 있지 않은 면은, 예를 들어 전류를 취출하기 위한 탭 등과 접촉하기 때문에, 전해액에 접촉하지 않는다. 세퍼레이터 (14) 는, 이웃하는 바이폴라 전극 (11) 의 사이, 부극 종단 전극 (12) 과 바이폴라 전극 (11) 의 사이, 및, 정극 종단 전극 (13) 과 바이폴라 전극 (11) 의 사이에 배치되어 있다. 세퍼레이터 (14) 는, 정극 활물질층 (16) 과 부극 활물질층 (17) 의 사이에 개재되어 있다. 세퍼레이터 (14) 는, 리튬 이온 등의 전하 담체를 통과시키는 부재이고, 정극 활물질층 (16) 과 부극 활물질층 (17) 을 격리함으로써, 이웃하는 전극의 접촉에 의한 단락을 방지한다. 집전체 (15) 는, 리튬 이온 이차 전지가 방전 또는 충전되는 동안, 정극 활물질층 (16) 및 부극 활물질층 (17) 에 전류를 계속 흘리기 위한 화학적으로 불활성인 전기 전도체이다. 집전체 (15) 의 재료는, 예를 들어, 금속 재료, 도전성 수지 재료 또는 도전성 무기 재료 등이다. 도전성 수지 재료로는, 예를 들어, 도전성 고분자 재료 또는 비도전성 고분자 재료에 필요에 따라 도전성 필러가 첨가된 수지 등을 들 수 있다. 집전체 (15) 는, 복수의 층을 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 집전체 (15) 의 각 층은, 상기 금속 재료 및/또는 도전성 수지 재료를 포함하고 있어도 된다. 집전체 (15) 의 표면에는, 피복층이 형성되어 있어도 된다. 당해 피복층은, 예를 들어 도금 처리 또는 스프레이 코트 등의 공지된 방법에 의해 형성되어 있어도 된다. 집전체 (15) 는, 예를 들어, 판상, 박상 (예를 들어 금속박), 필름상 또는 메시상 등을 나타내고 있어도 된다. 금속박으로는, 예를 들어, 알루미늄박, 동박, 니켈박, 티탄박 또는 스테인리스강박 등을 들 수 있다. 집전체 (15) 는, 상기 금속의 합금박 또는 복수의 금속박을 일체화시킨 박이어도 된다. 집전체 (15) 가 박상을 나타내고 있는 경우, 집전체 (15) 의 두께는, 예를 들어, 1 ㎛ ∼ 200 ㎛ 여도 된다. 본 실시형태에서는, 집전체 (15) 는, 알루미늄박과 동박을 일체화시킨 박, 혹은 알루미늄박에 구리 증착시킨 박이다. 정극 활물질층 (16) 은, 리튬 이온 등의 전하 담체를 흡장 및 방출할 수 있는 정극 활물질을 포함하고 있다. 정극 활물질로는, 예를 들어, 층상 암염 구조를 갖는 리튬 복합 금속 산화물, 스피넬 구조를 갖는 금속 산화물, 폴리