WO2018159266A1 - 蓄電装置及び蓄電装置の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a power storage device having a rounded corner at an intersection between an inner surface of a pair of side walls of a case body and an inner bottom surface of a bottom wall, and a method of manufacturing the power storage device.
- the secondary battery described in Patent Document 1 contains an electrode assembly in which a rectangular sheet-like positive electrode and a negative electrode having an active material layer are stacked with a separator interposed therebetween, and an electrode assembly And a case.
- the case has a case main body having an opening for accommodating the electrode assembly, and a lid for closing the opening of the case main body.
- a metal case made of aluminum or the like having excellent durability is often used for the case body and the lid of the secondary battery.
- the production of rounded corners is unavoidable in the portions along the respective sides of the inner bottom surface in manufacturing.
- the positive electrode, the negative electrode, and the separator are provided with corners at right angles in plan view at the four corners in production, and both end portions on the bottom side are right angle corners when the electrode assembly is viewed in the stacking direction. .
- the corners of the positive electrode and the negative electrode are in contact with the rounded portions at the corners of the case body, and the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer There is a problem in that the active material falls off from the opposite part of the battery and causes a decrease in battery performance.
- An object of the present invention is to provide a power storage device and a method for manufacturing the power storage device that can suppress contact between a corner portion of an electrode assembly and a corner portion of a case and suppress performance degradation.
- a power storage device for solving the above-described problem is a plurality of negative electrodes having a negative electrode active material layer and a plurality of positive electrodes having a positive electrode active material layer, which are alternately stacked via a separator, and viewed from the stacking direction.
- An electrode assembly disposed in the region of the negative electrode active material layer, the entire surface of the positive electrode active material layer facing the negative electrode active material layer, a case body housing the electrode assembly, and an opening of the case body
- a lid member that closes the bottom of the case body, and the electrode assembly includes a bottom edge of the negative electrode and a bottom edge of the separator, and a bottom surface facing the inner bottom surface of the case body, A side edge of the negative electrode and a side edge of the separator, and a pair of side surfaces connected to the flat surfaces of the bottom surface and both ends in the stacking direction, and the bottom edge and the side edge of the positive electrode
- the edge is the bottom of the negative electrode
- the case body is located on the inner side as viewed from the stacking direction than the end edge and the side edge, and the case body is opposed to the bottom surface of the electrode assembly, and is opposed to the bottom wall constituting the inner bottom surface and the side surface.
- a power storage device having rounded corners when viewed from the stacking direction of the electrode assembly at the intersection of the inner surface of the side wall and the inner bottom surface of the bottom wall.
- the extending direction of a straight line perpendicular to the inner bottom surface of the case body is defined as the depth direction
- a gap in which the bottom surface of the electrode assembly and the inner bottom surface of the case body are separated in the depth direction is defined in the case body.
- the size of the gap in the depth direction is 1 to 1.5 times the radius of the corner.
- a method for manufacturing a power storage device for solving the above problem is that a plurality of negative electrodes having a negative electrode active material layer and a plurality of positive electrodes having a positive electrode active material layer are alternately stacked via a separator, An electrode assembly disposed in the region of the negative electrode active material layer as viewed, the entire surface of the positive electrode active material layer facing the negative electrode active material layer, a case main body for housing the electrode assembly, and the case main body A lid member that closes the opening of the negative electrode, and the electrode assembly includes a bottom edge of the negative electrode and a bottom edge of the separator, and a bottom surface facing the inner bottom surface of the case body And a pair of side surfaces that are constituted by the side edge of the negative electrode and the side edge of the separator and are connected to the bottom surface and the flat surfaces at both ends in the stacking direction, and the bottom edge of the positive electrode and The side edge is the negative The bottom side edge of the electrode and the side edge are located on the inner side when viewed from the stacking direction, the case body
- the negative electrode has a corner at the intersection between the bottom edge and the side edge, and the separator intersects with the bottom edge and the side edge.
- the corner has a corner.
- the bottom surface of the electrode assembly is designed at the boundary between the inner surface of the side wall and the corner. For this reason, the corner
- the corners of the negative electrode and the separator may be located at the rounded corners due to stacking deviations and manufacturing tolerances.
- the corner portion only touches the rounded portion and bends.
- the part which does not oppose a positive electrode active material layer among negative electrode active material layers is located in a round-shaped part. For this reason, in the negative electrode active material layer, the active material does not drop from the portion facing the positive electrode active material layer, and the performance of the power storage device is not deteriorated.
- the corners of the negative electrode and the separator are positioned away from the rounded portion of the corner by design.
- the active material is dropped from the portion facing the positive electrode active material layer in the negative electrode active material layer. Can be prevented and there is no performance degradation.
- the separator is a bag-shaped separator that houses the positive electrode. According to this, the corner
- a power storage device for solving the above-described problem is a plurality of negative electrodes having a negative electrode active material layer and a plurality of positive electrodes having a positive electrode active material layer, which are alternately stacked via a separator, and viewed from the stacking direction.
- An electrode assembly disposed in the region of the negative electrode active material layer, the entire surface of the positive electrode active material layer facing the negative electrode active material layer, a case body housing the electrode assembly, and an opening of the case body
- a lid member that closes the bottom of the case body, and the electrode assembly includes a bottom edge of the negative electrode and a bottom edge of the separator, and a bottom surface facing the inner bottom surface of the case body, A side edge of the negative electrode and a side edge of the separator, and a pair of side surfaces connected to the flat surfaces of the bottom surface and both ends in the stacking direction, and the bottom edge and the side edge of the positive electrode
- the edge is the bottom of the negative electrode
- the case body is located on the inner side as viewed from the stacking direction than the end edge and the side edge, and the case body is opposed to the bottom surface of the electrode assembly and is opposed to the bottom wall constituting the inner bottom surface and the side surface
- a power storage device having rounded corners when viewed from the stacking direction of the electrode assembly at the intersection of the
- the extending direction of a straight line perpendicular to the inner bottom surface of the case body is defined as the depth direction
- a gap in which the bottom surface of the electrode assembly and the inner bottom surface of the case body are separated in the depth direction is defined in the case body.
- the separator includes a bottom edge of the positive electrode and a surplus portion protruding from the side edge along the surface direction of the separator, and the size of the corner in the depth direction is defined as a corner.
- the dimension of the surplus part in the depth direction is the surplus part dimension. If that, the surplus portion size ⁇ corner dimension, and the dimension ⁇ corner dimension of the gap - and summarized in that the surplus portion size is satisfied.
- a method for manufacturing a power storage device for solving the above problem is that a plurality of negative electrodes having a negative electrode active material layer and a plurality of positive electrodes having a positive electrode active material layer are alternately stacked via a separator, The positive electrode active material layer is disposed in the region of the negative electrode active material layer as viewed, and the entire surface of the positive electrode active material layer faces the negative electrode active material layer, and positive electrode tabs protruding from one end edge of the positive electrode are stacked.
- the assembly is the negative electrode A bottom side edge of the pole and a bottom side edge of the separator, and a bottom surface facing the inner bottom surface of the case body; a side edge of the negative electrode; and a side edge of the separator; A pair of side surfaces connected to the bottom surface and the flat surfaces at both ends in the stacking direction, and the bottom edge and the side edge of the positive electrode are stacked more than the bottom edge and the side edge of the negative electrode.
- the case main body has a bottom wall that faces the bottom surface of the electrode assembly and that forms the inner bottom surface, and a side wall that faces the side surface,
- the dimension from the outer surface of the lid member in the depth direction to the bottom surface of the electrode assembly The electrode assembly to the case body in a state where the The gist is to press-fit and press-fit the electrode assembly into the case body until a surplus part dimension ⁇ a corner dimension and a gap dimension ⁇ a corner dimension ⁇ a surplus part dimension is satisfied.
- the negative electrode has a corner at the intersection between the bottom edge and the side edge, and the separator intersects with the bottom edge and the side edge.
- the corner has a corner.
- the active material is removed from the portion of the negative electrode active material layer that faces the positive electrode active material layer. No performance degradation of the power storage device. A gap is secured between the bottom surface of the electrode assembly and the inner bottom surface of the case body.
- a positive electrode can be spaced apart from the inner bottom face of a case main body, and it can suppress that a positive electrode contacts the inner bottom face of a case main body. For this reason, dropping of the active material from the positive electrode active material layer can be suppressed, and the performance of the power storage device is not deteriorated.
- the corners in the surplus part of the separator are located in the rounded corners.
- the separator can be floated from the inner bottom surface of the case body, and the positive electrode can be prevented from coming into contact with the inner bottom surface of the case body.
- falling off of the active material from the positive electrode active material layer can be suppressed, and the performance of the power storage device is not deteriorated.
- the separator is a bag-shaped separator that houses the positive electrode, and the excess portion that protrudes from the bottom end edge is the positive electrode in a pair of separator members that face each other across the positive electrode.
- the part which can be welded among the part which protruded from the edge of this may be formed by welding over the said whole depth direction.
- the area to be welded can be increased and the rigidity of the surplus portion can be increased.
- the surplus portion interferes with the rounded portion at the corner, the positive electrode can be protected via the surplus portion.
- the electrode assembly includes a positive electrode tab group in which a plurality of positive electrode tabs protruding from one edge of the positive electrode are stacked, and a shape protruding from one edge of the negative electrode A negative electrode tab group in which a plurality of negative electrode tabs are stacked, and the power storage device includes electrode terminals of each polarity fixed to the lid member, tab groups of the same polarity, and polarities joined to the electrode terminals.
- the lid terminal assembly integrated with the conductive member, and the lid terminal assembly and the electrode assembly are integrated by joining the conductive member and the tab group of the same polarity,
- the lid member and the case main body may be joined in a state where the dimension from the outer surface of the lid member in the depth direction to the bottom surface of the electrode assembly is a minimum value.
- each of the positive electrode tab group and the negative electrode tab group may be bent so as to approach each other along the depth direction.
- the tab group of each polarity is not bent any further, and the dimension from the outer surface of the lid member to the bottom surface of the electrode assembly in the depth direction is minimized. To be a value. In this way, it is possible to eliminate the displacement of the tab group and secure a gap.
- the surplus portion size is 0.5 to 2 mm
- the corner portion size is 1 to 2 mm
- the gap size is greater than 0 and 5 mm or less.
- the power storage device is a secondary battery.
- contact between the corners of the electrode assembly and the corners of the case can be suppressed, and performance degradation can be suppressed.
- the disassembled perspective view which shows the secondary battery of embodiment.
- the disassembled perspective view which shows the component of an electrode assembly.
- Sectional drawing which shows the inside of the secondary battery of 1st Embodiment.
- (a) is an enlarged view showing the first corner when the size of the gap is one time of the radius r, and (b) is the first corner due to tolerance or the like.
- the enlarged view which shows the state which reached
- (A) is a figure which shows the state which press-fit the electrode assembly covered with the insulating member in the case main body
- (b) is an enlarged view which shows the state which the corner
- the secondary battery 10 as a power storage device includes a rectangular parallelepiped case 11, and an electrode assembly 23 is accommodated in the case 11.
- the case 11 has a bottomed rectangular parallelepiped case main body 12 and a rectangular flat plate-shaped lid member 13, and the lid member 13 and the case main body 12 are welded by laser welding.
- the case body 12 has a rectangular bottom wall 12a, a short side wall 12b as a side wall erected from a pair of opposed short side edges of the bottom wall 12a, and a pair of long side edges of the bottom wall 12a. And a long side wall 12c provided.
- the inner bottom surface 12 e of the case 11 is constituted by the bottom wall 12 a of the case body 12.
- the case main body 12 includes an opening 12 d for inserting the electrode assembly 23.
- the case body 12 and the lid member 13 are both made of metal (for example, stainless steel or aluminum), and the lid member 13 closes the opening 12d.
- the inner surface of the case body 12 is covered with an insulating member Z throughout.
- the case body 12 has a rounded first corner R1 at the intersection between the inner surfaces of both short side walls 12b and the inner bottom surface 12e of the bottom wall 12a.
- the first corner portion R1 is a portion extending in a round shape located between a portion extending in a flat surface shape in the short side wall 12b and a portion extending in a flat surface shape in the bottom wall 12a.
- a boundary between the flat inner surface of the short side wall 12b and the inner surface of the first corner R1 is defined as a boundary K.
- the case body 12 has a rounded second corner R2 at the intersection of the inner surfaces of the long side walls 12c and the inner bottom surface of the bottom wall 12a.
- the second corner R2 is a portion extending in a round shape located between a portion extending in a flat surface shape in the long side wall 12c and a portion extending in a flat surface shape in the bottom wall 12a.
- a boundary between the flat inner surface of the long side wall 12c and the inner surface of the second corner R2 is defined as a boundary K.
- the secondary battery 10 is a square battery whose appearance is a square, and is a lithium ion battery.
- the electrode assembly 23 includes a plurality of electrode storage separators 20 in which the positive electrode 14 is stored in a bag-like separator 21 as a separator, and a plurality of negative electrodes 24.
- the electrode assembly 23 has a laminated structure in which a plurality of electrode storage separators 20 and a plurality of negative electrodes 24 are alternately stacked.
- the direction in which the electrode storage separator 20 and the negative electrode 24 are stacked is defined as the stacking direction.
- the plurality of positive electrodes 14 and the plurality of negative electrodes 24 are alternately stacked with the bag-shaped separator 21 of the electrode storage separator 20 interposed therebetween.
- the positive electrode 14, the bag-shaped separator 21, and the negative electrode 24 are all rectangular when viewed from the stacking direction.
- the positive electrode 14 has a rectangular sheet-like positive metal foil (for example, aluminum foil) 15 as a current collector, and a positive electrode active material layer 16 on both surfaces of the positive metal foil 15.
- the positive electrode 14 has a tab-side edge 14a at one edge of the pair of long edges as viewed from the stacking direction.
- the positive electrode 14 has a positive electrode tab 17 having a shape protruding from a tab side edge 14 a as one edge of the positive electrode 14.
- the positive electrode tab 17 is a portion made of the positive electrode metal foil 15 itself without being coated with the positive electrode active material layer 16.
- the positive electrode 14 has a bottom end edge 14b at an end opposite to the tab side end edge 14a when viewed from the stacking direction, and a pair of end edges connecting the tab side end edge 14a and the bottom end edge 14b. Each has a side edge 14c.
- the positive electrode 14 includes a bottom end edge 14b and a corner 14f formed by intersecting each side edge 14c when viewed from the stacking direction, and the corner 14f is perpendicular to the stacking direction.
- the negative electrode 24 has a rectangular sheet-like negative electrode metal foil (for example, copper foil) 25 as a current collector, and a negative electrode active material layer 26 containing a negative electrode active material on both surfaces of the negative electrode metal foil 25.
- the negative electrode 24 has a tab-side edge 24a at one of the edges along the pair of long sides.
- the negative electrode 24 has a negative electrode tab 27 having a shape protruding from a tab side edge 24 a as one edge of the negative electrode 24.
- the negative electrode tab 27 is a portion constituted by the negative electrode metal foil 25 itself without being coated with the negative electrode active material layer 26.
- the negative electrode 24 has a bottom side edge 24b on the opposite edge of the tab side edge 24a, and an edge along a pair of short sides connecting the tab side edge 24a and the bottom side edge 24b, respectively. It has a side edge 24c.
- the negative electrode 24 includes a bottom edge 24b and a corner 24f formed by intersecting each side edge 24c when viewed from the stacking direction, and the corner 24f is perpendicular to the stacking direction.
- the length of the tab side edge 24a of the negative electrode 24 is longer than the length of the tab side edge 14a of the positive electrode 14, and the bottom side edge of the negative electrode 24
- the length of 24 b is longer than the length of the bottom end edge 14 b of the positive electrode 14.
- the length of the side edge 24 c of the negative electrode 24 is longer than the length of the side edge 14 c of the positive electrode 14. Therefore, the negative electrode 24 is slightly larger than the positive electrode 14 when viewed from the stacking direction.
- the four edges of the positive electrode 14 are located inside the four edges of the negative electrode 24.
- the bottom edge 14b and the side edge 14c of the positive electrode 14 are located on the inner side of the bottom edge 24b and the side edge 24c of the negative electrode 24. positioned. Therefore, when the electrode assembly 23 is viewed from the stacking direction, the positive electrode active material layer 16 is disposed in the region of the negative electrode active material layer 26, and the entire surface of the positive electrode active material layer 16 faces the negative electrode active material layer 26. Yes.
- the bag-like separator 21 includes a pair of separator members 22 in the form of rectangular sheets facing each other. Each separator member 22 is made of an insulating resin (for example, polyethylene).
- the bag-shaped separator 21 has a tab side edge 21 a parallel to the tab side edge 14 a of the positive electrode 14.
- the bag-shaped separator 21 has a bottom-side edge 21 b parallel to the bottom-side edge 14 b of the positive electrode 14 at the edge opposite to the tab-side edge 21 a.
- the bag-like separator 21 has side edge 21c at a pair of edges connecting the tab side edge 21a and the bottom edge 21b, and each side edge 21c is a side edge of the positive electrode 14. 14c.
- the bag-like separator 21 includes a bottom end edge 21b when viewed from the stacking direction and a corner portion 21f formed by intersecting each side end edge 21c, and the corner portion 21f is a right angle when viewed from the stacking direction.
- the bag-shaped separator 21 has a surplus portion 22 a that protrudes along the surface direction of the positive electrode 14 from the tab-side edge 14 a, the bottom-side edge 14 b, and the pair of side edges 14 c of the positive electrode 14.
- the surplus portion 22 a is a square ring surrounding the positive electrode 14.
- the surplus portion 22a is formed by welding portions protruding from the positive electrode 14 in the separator member 22 facing each other with the positive electrode 14 interposed therebetween.
- the excess portion 22a that protrudes from the bottom end edge 14b is a portion of the pair of separator members 22 that protrudes from the bottom end edge 14b and can be welded to each other across the entire depth direction. It is formed by welding.
- the electrode storage separator 20 and the negative electrode 24 are arranged such that the positive electrode tabs 17 are arranged in a line along the stacking direction and the negative electrode tab 27 is stacked in a position where it does not overlap the positive electrode tab 17.
- a dimension of the electrode assembly 23 in the stacking direction is a thickness D.
- D is slightly thicker than the opening width W. For this reason, the electrode assembly 23 is press-fitted into the case main body 12.
- the bottom side edge 21b of the bag-shaped separator 21 and the bottom side edge 24b of the negative electrode 24 are aligned so that the electrode assembly 23 is And a bottom surface 37 constituted by these bottom side edges 21b and 24b.
- the tab-side edge 21a of the bag-like separator 21 is positioned closer to the lid member 13 than the tab-side edge 24a of the negative electrode 24, and the electrode assembly 23 is closer to the tab-side edge 21a. It has a configured tab side end face 36.
- the positive electrode tabs 17 and the negative electrode tabs 27 are collected (bundled) within a range from one end to the other end in the stacking direction of the electrode assembly 23.
- the tab group 18 is bent.
- the tab group 18 of each polarity is bent into two strips so as to approach each other along the depth direction.
- the tab group 18 of each polarity is configured by laminating the positive electrode tab 17 or the negative electrode tab 27 having flexibility, so that each tab group 18 has flexibility.
- the tab group 18 of each polarity is bent until it is maximally contracted in the depth direction, and it cannot be further deformed and loses flexibility. It is in the state.
- the electrode assembly 23 has a pair of side surfaces 38 constituted by the side end edge 21c of the bag-shaped separator 21 and the side end edge 24c of the negative electrode 24.
- the pair of side surfaces 38 are two surfaces that are orthogonal to (intersect) the flat surfaces 44 at both ends in the stacking direction among the surfaces connected to the bottom surface 37 in the electrode assembly 23.
- the positive electrode tabs 17 are electrically connected by welding the portions where the positive electrode tabs 17 overlap each other, and the positive electrode conductive member 61 is connected to the tab group 18 including the positive electrode tabs 17.
- the positive electrode conductive member 61 has a crank shape when the electrode assembly 23 is viewed in the stacking direction.
- the positive electrode conductive member 61 includes a tab side connection portion 61a joined to the tab group 18 including the positive electrode tab 17, a terminal connection portion 61b closer to the tab side end surface 36 of the electrode assembly 23 than the tab side connection portion 61a, and a tab.
- the side connection part 61a and the connection part 61c which connects the terminal connection part 61b are provided.
- a positive electrode terminal 51 for taking out electricity from the electrode assembly 23 is connected to the terminal connection portion 61b.
- the negative electrode tabs 27 are electrically connected by welding the portions where the negative electrode tabs 27 are overlapped, and the negative electrode conductive member 62 is connected to the tab group 18 including the negative electrode tabs 27.
- the negative electrode conductive member 62 has a crank shape.
- the negative electrode conductive member 62 includes a tab side connection portion 62a joined to the tab group 18 including the negative electrode tab 27, a terminal connection portion 62b closer to the tab side end surface 36 of the electrode assembly 23 than the tab side connection portion 62a, and a tab
- the side connection part 62a and the connection part 62c which connects the terminal connection part 62b are provided.
- a negative electrode terminal 52 for taking out electricity from the electrode assembly 23 is connected to the terminal connection portion 62b.
- the electrode assembly 23 described above is manufactured.
- the positive electrode terminal 51 is welded to the terminal connection portion 61 b of the positive electrode conductive member 61.
- the negative electrode terminal 52 is welded to the terminal connection portion 62 b of the negative electrode conductive member 62.
- the male screw of the positive electrode terminal 51 and the male screw of the negative electrode terminal 52 are passed through the lid member 13, the nut 51a is screwed to the male screw of the positive electrode, and the nut 52a is screwed to the male screw of the negative electrode.
- the positive terminal 51 and the negative terminal 52 are fastened to the lid member 13.
- the lid member 13, the positive electrode terminal 51, the negative electrode terminal 52, the positive electrode conductive member 61, and the negative electrode conductive member 62 are integrated to form the lid terminal assembly 53.
- the positive electrode tab group 18 is welded to the tab side connection portion 61 a of the positive electrode conductive member 61, and the negative electrode tab group 18 is welded to the tab side connection portion 62 a of the negative electrode conductive member 62. Then, the lid terminal assembly 53 and the electrode assembly 23 are integrated through the positive electrode tab group 18 and the negative electrode tab group 18.
- the lid member 13 of the lid terminal assembly 53 is pushed toward the electrode assembly 23 with a predetermined force, and the electrode assembly 23 is press-fitted into the case body 12.
- each tab group 18 before being bent has flexibility, and thus is compressed and bent in the depth direction.
- the tab groups 18 lose their flexibility, and the lid terminal assembly 53 and the electrode assembly 23 form one rigid body. It becomes.
- the dimension T from the outer surface of the lid member 13 to the bottom surface 37 of the electrode assembly 23 in the depth direction is a minimum value.
- the “predetermined force” for pushing the lid terminal assembly 53 is a force necessary to press-fit the electrode assembly 23 into the case body 12. Even when a predetermined force is applied, the state in which the dimension T remains at the minimum value can be regarded as a state in which the lid terminal assembly 53 and the electrode assembly 23 become one rigid body.
- the lid member 13 and the case body 12 are joined to close the opening 12d of the case body 12, and the assembly of the secondary battery 10 is completed.
- the inner surface of the case body 12 is covered with an insulating member Z.
- the bottom surface 37 of the electrode assembly 23 and the inner bottom surface 12e of the case body 12 through the insulating member Z are spaced apart in the depth direction.
- a gap 39 exists between the bottom surface 37 and the inner bottom surface 12 e of the case body 12 in the case 11.
- the bottom surface 37 of the electrode assembly 23 is located at the boundary K of the first corner R1 in the depth direction, and the corner 21f of the bag-like separator 21 and the negative electrode The 24 corners 24f are not located in the rounded portion of the first corner R1.
- the dimension F of the gap 39 in the depth direction is 1 to 1.5 times the radius r of the first corner R1.
- the corner 21f of the bag-shaped separator 21 and the corner 24f of the negative electrode 24 are rounded to the first corner R1.
- the corner portions 21f and 24f may be deformed by the first corner portion R1, which is not preferable.
- the dimension F of the gap 39 exceeds 1.5 times the radius r of the first corner R1
- the bottom surface 37 of the electrode assembly 23 is bounded by the boundary K as shown by the two-dot chain line in FIG. It is in a state of being closer to the lid member 13, and the volume of the electrode assembly 23 is reduced, which is not preferable because the battery capacity is reduced. Therefore, the dimension F of the gap 39 is set to 1 to 1.5 times the radius r of the first corner R1.
- the dimension F of the gap 39 is the first.
- the excess portion 22a of the bag-shaped separator 21 is in contact with the rounded portion of the first corner portion R1 when the radius is 1 times the radius r of the corner portion R1.
- the surplus portion 22a contacts the rounded portion of the first corner R1, and the corner 14f of the positive electrode 14 is closer to the lid member 13 than the first corner R1, It does not contact the rounded portion of the corner portion R1.
- the dimension F of the gap 39 is 1 of the radius r of the first corner R1. If it is double, the corner 24f of the negative electrode 24 contacts the rounded portion of the first corner R1. However, even if the negative electrode active material layer 26 is damaged, the corner portion 14f of the positive electrode active material layer 16 does not contact the rounded portion of the first corner portion R1. For this reason, the opposing part of the positive electrode active material layer 16 and the negative electrode active material layer 26 is not affected.
- the corners 21f, 24f is at the boundary K with the first corner R1 in the short side wall 12b and does not contact the rounded portion of the first corner R1.
- the lid terminal assembly 53 and the electrode assembly 23 are integrated with each other as shown in FIG.
- the height H1 that is the dimension from the inner surface to the bottom surface 37 of the electrode assembly 23 or the dimension T from the outer surface of the lid member 13 to the bottom surface 37 of the electrode assembly 23 is adjusted.
- the height H1 is set in a state where the positive electrode tab 17 and the negative electrode tab 27 are bent.
- the thickness D of the electrode assembly 23 is the opening width. Since it is slightly thicker than W, the electrode assembly 23 is press-fitted into the case body 12. Therefore, the electrode assembly 23 does not fall into the case body 12. On the other hand, since it is necessary to press-fit the electrode assembly 23 into the case main body 12, the lid member 13 of the lid terminal assembly 53 is pushed toward the electrode assembly 23 with a predetermined force.
- the force pushing the lid terminal assembly 53 is transmitted to the electrode assembly 23 via the positive electrode tab 17 and the negative electrode tab 27.
- the tab-side edge 21a of the bag-like separator 21 exposed on the tab-side end surface 36 of the electrode assembly 23 is pressed by the terminal connection portions 61b and 62b.
- the bottom surface 37 side of the electrode assembly 23 is image-inspected, and the electrode assembly 23 is press-fitted while confirming the dimension F of the gap 39. That is, the electrode assembly has a dimension 1 to 1.5 times the radius r of the first corner R1, and the bottom surface 37 of the electrode assembly 23 is disposed in a state of being spaced apart from the inner bottom surface 12e in the depth direction.
- the solid 23 is press-fitted into the case main body 12.
- the bottom surface 37 of the electrode assembly 23 is positioned before reaching the first corner R1 or at the boundary K of the first corner R1, and the electrode assembly 23 is in a state where the gap 39 is secured. Housed in the case body 12. Thereafter, when the housing of the electrode assembly 23 in the case main body 12 is completed, the lid member 13 and the case main body 12 are joined to close the opening 12d of the case main body 12, and the assembly of the secondary battery 10 is completed. .
- the dimension F of the gap 39 in the depth direction is set to 1 to 1.5 times the radius r of the first corner R1. Therefore, in design, the bottom surface 37 of the electrode assembly 23 does not reach the rounded portion of the first corner R1, and the bag-shaped separator 21 has a rounded portion of the first corner R1. The corner portion 21f is not bent, the corner portion 24f of the negative electrode 24 is not damaged, and the active material does not fall off.
- the bottom edge 21 b of the bag-shaped separator 21 and the bottom of the negative electrode 24 may be located closer to the bottom wall 12a of the case body 12. Even in this case, if the dimension F of the gap 39 is set to 1.5 times the radius r of the first corner R1, the corner 21f of the bag-like separator 21 and the corner 24f of the negative electrode 24 are used. Is not located at the rounded portion of the first corner R1.
- the dimension F of the gap 39 is set to be 1 time the radius r of the first corner R1
- the stacking deviation of the bag-shaped separator 21 and the negative electrode 24 may occur, or the manufacturing tolerance of the negative electrode 24
- the corner portion 21f of the bag-shaped separator 21 and the corner portion 24f of the negative electrode 24 are located at the rounded portion of the first corner portion R1. Even in this case, even if the negative electrode active material layer 26 is damaged, the portion of the negative electrode active material layer 26 facing the positive electrode active material layer 16 is not damaged, so that the battery performance is not affected.
- the positive electrode 14 is accommodated in the bag-shaped separator 21.
- the bag-shaped separator 21 can prevent the corner portion 14f of the positive electrode 14 from coming into contact with the rounded portion of the first corner portion R1, and the effect on the opposing portion of the positive electrode active material layer 16 and the negative electrode active material layer 26 is not affected. Absent.
- the upper limit value of the dimension F of the gap 39 in the depth direction is set to 1.5 times the radius r of the first corner R1, and the bottom surface 37 of the electrode assembly 23 is separated from the bottom wall 12a. I tried not to leave too far. For this reason, in the inspection of the secondary battery 10, when the state of the electrode assembly 23 on the side of the bottom surface 37 is image-inspected, the bottom surface 37 can be reflected in the image, and the image inspection is not hindered.
- the bottom surface 37, the side surface 38, and the flat surface 44 of the electrode assembly 23 are covered with the insulating member Z.
- the dimension in the depth direction of the surplus part 22a that protrudes from the bottom side edge 14b of the positive electrode 14 in the surplus part 22a is defined as a surplus part dimension S1.
- the dimension in the depth direction is the corner dimension S2.
- the corner dimension S2 of the first corner R1 is a dimension from the boundary K along the depth direction to the inner bottom surface 12e.
- the dimension of the gap 39 in the depth direction is referred to as dimension F.
- the dimension F of the gap 39 is larger than 0 mm and not larger than 5 mm.
- the dimension F of the gap 39 is preferably 3 mm or less, and more preferably 1 mm or less.
- the surplus portion dimension S1 is preferably 0.5 to 2 mm.
- the corner dimension S2 of the first corner R1 is preferably 1 to 2 mm.
- Image inspection is performed on the bottom surface 37 side of the electrode assembly 23, and the electrode assembly 23 is press-fitted while confirming the dimension F of the gap 39. Then, the electrode assembly 23 is press-fitted into the case main body 12 so that the bottom surface 37 of the electrode assembly 23 is spaced apart from the inner bottom surface 12e in the depth direction in the state where Expression 1 and Expression 2 are established. .
- the lid member 13 and the case main body 12 are joined to close the opening 12d of the case main body 12, and the assembly of the secondary battery 10 is completed.
- the negative electrode 24 even if a portion of the negative electrode active material layer 26 that does not face the positive electrode active material layer 16 is located at the first corner R 1, the negative electrode active material layer 26 faces the positive electrode active material layer 16. The active material does not fall off from the part, and the performance of the secondary battery 10 does not deteriorate.
- the bag-shaped separator 21 can be floated from the bottom wall 12a of the case body 12, and the positive electrode 14 accommodated in the bag-shaped separator 21 can be prevented from coming into contact with the inner bottom surface 12e of the bottom wall 12a.
- the falling off of the active material from the positive electrode active material layer 16 of the positive electrode 14 can be suppressed, and the performance of the secondary battery 10 does not deteriorate.
- the surplus portion 22a of the bag-shaped separator 21 is formed by welding the portions that can be welded to each other among the portions protruding from the bottom end edge 14b of the pair of separator members 22, over the entire depth direction. Has been. For this reason, the area welded can be increased and the rigidity of the surplus part 22a can be improved. As a result, even if the surplus portion 22a interferes with the first corner portion R1, the positive electrode 14 can be protected via the surplus portion 22a.
- Each polarity tab group 18 has a shape bent into two strips. Therefore, when the electrode assembly 23 is press-fitted into the case main body 12, the bottom surface 37 of the electrode assembly 23 interferes with the rounded portion of the first corner R1 due to the displacement of the tab group 18, or the gap 39 There is a risk that it will not be possible. However, when the electrode assembly 23 is press-fitted into the case main body 12, the tab group 18 of each polarity is not bent any further, and from the outer surface of the lid member 13 in the depth direction to the bottom surface 37 of the electrode assembly 23. The dimension T is set to the minimum value, or the height H1 from the inner surface of the lid member 13 to the bottom surface 37 of the electrode assembly 23 is set to the minimum value. Therefore, a gap 39 can be secured between the case main body 12 and the inner bottom surface 12e.
- the dimension in the depth direction of the surplus portion 22a is defined as the surplus section dimension S1
- the dimension in the depth direction of the first corner R1 is defined as the corner dimension S2.
- Equation 2 may be satisfied.
- the dimension F of the gap 39 is greater than 0 mm, 5 mm or less, preferably 3 mm or less, and more preferably 1 mm or less.
- the surplus part dimension S1 of the surplus part 22a may be preferably 0.5 to 2 mm, and the corner dimension S2 of the first corner part R1 may be preferably 1 to 2 mm.
- the positive electrode active material layer 16 is made smaller than the negative electrode active material layer 26, but the present invention is not limited to this.
- the positive electrode active material layer 16 is disposed in the region of the negative electrode active material layer 26, and the entire surface of the positive electrode active material layer 16 faces the negative electrode active material layer 26.
- the positive electrode active material layer 16 may have the same size as the negative electrode active material layer 26.
- the insulation between the positive electrode 14 and the negative electrode 24 is not a bag-like separator 21 but a sheet-like separator interposed between the positive electrode 14 and the negative electrode 24 one by one. May be.
- the surplus portion 22a is formed by a portion protruding from the tab side end edge 14a, the bottom side end edge 14b, and the pair of side end edges 14c of the positive electrode 14 along the surface direction of the positive electrode 14 in each separator.
- the negative electrode 24 has the negative electrode active material layer 26 on both sides of the negative electrode metal foil 25, but may have the negative electrode active material layer 26 only on one side of the negative electrode metal foil 25.
- the positive electrode 14 has the positive electrode active material layer 16 on both sides of the positive electrode metal foil 15, but may have the positive electrode active material layer 16 only on one side of the positive electrode metal foil 15.
- the power storage device may be applied not to the secondary battery 10 but to another power storage device such as an electric double layer capacitor.
- the secondary battery 10 is a lithium ion secondary battery, but is not limited thereto, and may be another secondary battery. In short, any material may be used as long as ions move between the positive electrode active material and the negative electrode active material and transfer charge.
- a power storage device in which a dimension of the electrode assembly in the stacking direction is larger than a dimension between inner surfaces of the case main body facing the stacking direction.
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Abstract
蓄電装置は、負極電極と正極電極とをセパレータを介して交互に積層してなる電極組立体と、電極組立体を収容するケース本体と、ケース本体の開口部を閉塞する蓋部材と、を備える。正極電極の底側端縁及び側端縁は、負極電極の底側端縁及び側端縁よりも内側に位置している。ケース本体の側壁の内面とケース本体の底壁の内底面との交差部にはアール状の隅部が形成されている。電極組立体の底面とケース本体の内底面との間には隙間が存在し、その隙間の深さ方向の寸法は、隅部の半径の1~1.5倍である。
Description
本発明は、ケース本体の一対の側壁の内面と底壁の内底面との交差部に、アール状の隅部を有している蓄電装置及び蓄電装置の製造方法に関する。
EV(Electric Vehicle)やPHV(Plug in Hybrid Vehicle)などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。例えば、特許文献1に記載の二次電池は、活物質層を有する矩形シート状の正極電極と負極電極とがセパレータを間に挟んだ状態で積層された電極組立体と、電極組立体を収容するケースと、を有する。ケースは、電極組立体を収容するための開口部を有するケース本体と、ケース本体の開口部を閉塞する蓋と、を有する。
ところで、二次電池のケース本体及び蓋には耐久性に優れるアルミニウム製等の金属製ケースが多用されている。このようなケース本体では、製造上、内底面の各辺に沿う部分にアール状の隅部の発生が避けられない。また、正極電極、負極電極及びセパレータは、製造上、四隅に平面視直角の角部を備えており、電極組立体を積層方向に見て底側の両端部は直角の角部となっている。このため、二次電池では、電極組立体の積層方向に見て、ケース本体の隅部におけるアール状の部分に正極電極や負極電極の角部が接触し、正極活物質層と負極活物質層の対向部から活物質が脱落して電池性能の低下を招くという問題がある。
本発明の目的は、電極組立体の角部とケースの隅部との接触を抑制し、性能低下を抑制できる蓄電装置及び蓄電装置の製造方法を提供することにある。
上記問題点を解決するための蓄電装置は、負極活物質層を有する複数の負極電極と、正極活物質層を有する複数の正極電極をセパレータを介して交互に積層し、積層方向から見て前記負極活物質層の領域内に配置され、かつ前記正極活物質層の全面が前記負極活物質層に対向する電極組立体と、前記電極組立体を収容するケース本体と、前記ケース本体の開口部を閉塞する蓋部材と、を備え、前記電極組立体は、前記負極電極の底側端縁及び前記セパレータの底側端縁により構成され、かつ前記ケース本体の内底面に対向する底面と、前記負極電極の側端縁及び前記セパレータの側端縁により構成され、かつ前記底面及び積層方向両端の偏平面に繋がる一対の側面と、を有し、前記正極電極の底側端縁及び前記側端縁は、前記負極電極の底側端縁及び側端縁よりも積層方向から見て内側に位置しており、前記ケース本体は、前記電極組立体の底面に対向し、かつ前記内底面を構成する底壁と、前記側面に対向する側壁と、を有し、前記側壁の内面と前記底壁の内底面との交差部に、前記電極組立体の積層方向から見てアール状の隅部を有している蓄電装置であって、前記ケース本体の前記内底面に直交する直線の延びる方向を深さ方向とすると、前記電極組立体の底面と前記ケース本体の内底面とが前記深さ方向に離間した隙間を前記ケース本体内に有し、前記深さ方向への前記隙間の寸法は、前記隅部の半径の1~1.5倍であることを要旨とする。
上記問題点を解決するための蓄電装置の製造方法は、負極活物質層を有する複数の負極電極と、正極活物質層を有する複数の正極電極をセパレータを介して交互に積層し、積層方向から見て前記負極活物質層の領域内に配置され、かつ前記正極活物質層の全面が前記負極活物質層に対向する電極組立体と、前記電極組立体を収容するケース本体と、前記ケース本体の開口部を閉塞する蓋部材と、を備え、前記電極組立体は、前記負極電極の底側端縁及び前記セパレータの底側端縁により構成され、かつ前記ケース本体の内底面に対向する底面と、前記負極電極の側端縁及び前記セパレータの側端縁により構成され、かつ前記底面及び積層方向両端の偏平面に繋がる一対の側面と、を有し、前記正極電極の底側端縁及び前記側端縁は、前記負極電極の底側端縁及び側端縁よりも積層方向から見て内側に位置しており、前記ケース本体は、前記電極組立体の底面に対向し、かつ前記内底面を構成する底壁と、前記側面に対向する側壁と、を有し、前記側壁の内面と前記底壁の内底面との交差部に、前記電極組立体の積層方向から見てアール状の隅部を有している蓄電装置の製造方法であって、前記ケース本体の前記内底面に直交する直線の延びる方向を深さ方向とすると、前記電極組立体の底面と前記ケース本体の内底面とが、前記隅部の半径の1~1.5倍の寸法で前記深さ方向に離間した状態で配置されるように、前記電極組立体を前記底面側から前記ケース本体に圧入することを要旨とする。
これによれば、電極組立体の積層方向に見て、負極電極は底側端縁と側端縁との交差部に角部を有し、セパレータは底側端縁と側端縁との交差部に角部を有する。そして、隙間の寸法が隅部の半径の1倍となるように隙間が確保されていると、設計上は、電極組立体の底面は、側壁の内面と隅部との境界に位置する。このため、負極電極及びセパレータの角部が、隅部のアール状の部分に位置することはなく、負極活物質層からの活物質の脱落はない。
ただし、積層ずれや製造公差を原因として、負極電極及びセパレータの角部が隅部のアール状の部分に位置する可能性がある。しかし、セパレータにおいては角部がアール状の部分に接触して撓むだけである。負極電極については、負極活物質層のうち正極活物質層に対向しない部分がアール状の部分に位置する。このため、負極活物質層において、正極活物質層との対向部からは活物質が脱落せず、蓄電装置の性能低下はない。
また、隙間の寸法が隅部の半径の1.5倍となるように隙間が確保されていると、設計上は、負極電極及びセパレータの角部が隅部のアール状の部分より離れて位置し、負極活物質層からの活物質の脱落はない。また、積層ずれや製造公差があっても、負極電極及びセパレータの角部が隅部のアール状の部分に到達することはない。したがって、隙間の寸法が隅部の半径の1~1.5倍となるように隙間が確保されていることにより、負極活物質層において、正極活物質層との対向部から活物質が脱落することを防止でき、性能低下がない。
また、蓄電装置について、前記セパレータは前記正極電極を収納した袋状セパレータである。
これによれば、正極電極の角部が隅部に位置することがない。
これによれば、正極電極の角部が隅部に位置することがない。
上記問題点を解決するための蓄電装置は、負極活物質層を有する複数の負極電極と、正極活物質層を有する複数の正極電極をセパレータを介して交互に積層し、積層方向から見て前記負極活物質層の領域内に配置され、かつ前記正極活物質層の全面が前記負極活物質層に対向する電極組立体と、前記電極組立体を収容するケース本体と、前記ケース本体の開口部を閉塞する蓋部材と、を備え、前記電極組立体は、前記負極電極の底側端縁及び前記セパレータの底側端縁により構成され、かつ前記ケース本体の内底面に対向する底面と、前記負極電極の側端縁及び前記セパレータの側端縁により構成され、かつ前記底面及び積層方向両端の偏平面に繋がる一対の側面と、を有し、前記正極電極の底側端縁及び前記側端縁は、前記負極電極の底側端縁及び側端縁よりも積層方向から見て内側に位置しており、前記ケース本体は、前記電極組立体の底面に対向し、かつ前記内底面を構成する底壁と、前記側面に対向する側壁と、を有し、前記側壁の内面と前記底壁の内底面との交差部に、前記電極組立体の積層方向から見てアール状の隅部を有している蓄電装置であって、前記ケース本体の前記内底面に直交する直線の延びる方向を深さ方向とすると、前記電極組立体の底面と前記ケース本体の内底面とが前記深さ方向に離間した隙間を前記ケース本体内に有し、前記セパレータは、前記正極電極の底側端縁及び側端縁から当該セパレータの面方向に沿ってはみ出した余剰部を備え、前記深さ方向への前記隅部の寸法を隅部寸法とし、前記深さ方向への前記余剰部の寸法を余剰部寸法とすると、余剰部寸法<隅部寸法、及び、隙間の寸法≧隅部寸法-余剰部寸法が成立していることを要旨とする。
上記問題点を解決するための蓄電装置の製造方法は、負極活物質層を有する複数の負極電極と、正極活物質層を有する複数の正極電極をセパレータを介して交互に積層し、積層方向から見て前記負極活物質層の領域内に配置され、かつ前記正極活物質層の全面が前記負極活物質層に対向するとともに、前記正極電極の一端縁から突出した形状の正極タブ同士が積層された正極のタブ群、及び前記負極電極の一端縁から突出した形状の負極タブ同士が積層された負極のタブ群を有し電極組立体と、前記電極組立体を収容するケース本体と、前記ケース本体の開口部を閉塞する蓋部材と、前記蓋部材に固定された各極性の電極端子と、同じ極性のタブ群及び前記電極端子と接合された各極性の導電部材と、を備え、前記電極組立体は、前記負極電極の底側端縁及び前記セパレータの底側端縁により構成され、かつ前記ケース本体の内底面に対向する底面と、前記負極電極の側端縁及び前記セパレータの側端縁により構成され、かつ前記底面及び積層方向両端の偏平面に繋がる一対の側面と、を有し、前記正極電極の底側端縁及び前記側端縁は、前記負極電極の底側端縁及び側端縁よりも積層方向から見て内側に位置しており、前記ケース本体は、前記電極組立体の底面に対向し、かつ前記内底面を構成する底壁と、前記側面に対向する側壁と、を有し、前記側壁の内面と前記底壁の内底面との交差部に、前記電極組立体の積層方向から見てアール状の隅部を有している蓄電装置の製造方法であって、前記ケース本体の前記内底面に直交する直線の延びる方向を深さ方向とすると、前記蓄電装置は、前記電極組立体の底面と前記ケース本体の内底面とが前記深さ方向に離間した隙間を前記ケース本体内に有し、前記セパレータは、前記正極電極の底側端縁及び側端縁から当該セパレータの面方向に沿ってはみ出した余剰部を備え、前記深さ方向への前記隅部の寸法を隅部寸法とし、前記深さ方向への前記余剰部の寸法を余剰部寸法とすると、前記蓋部材と、両極性の前記電極端子と、両極性の前記導電部材とが一体化された蓋端子組立体を製造し、前記導電部材と前記タブ群とを同じ極性同士で接合して前記蓋端子組立体と前記電極組立体とを一体化し、前記深さ方向に力を加えても、前記深さ方向への前記蓋部材の外面から前記電極組立体の前記底面までの寸法が最小値で変位しない状態で前記電極組立体を前記ケース本体に圧入し、余剰部寸法<隅部寸法、及び、隙間の寸法≧隅部寸法-余剰部寸法が成立するまで前記電極組立体を前記ケース本体に圧入することを要旨とする。
これによれば、電極組立体の積層方向に見て、負極電極は底側端縁と側端縁との交差部に角部を有し、セパレータは底側端縁と側端縁との交差部に角部を有する。負極電極については、負極活物質層のうち正極活物質層に対向しない部分がアール状の部分に位置しても、負極活物質層において、正極活物質層との対向部からは活物質が脱落せず、蓄電装置の性能低下はない。また、電極組立体の底面とケース本体の内底面との間に隙間が確保されている。このため、正極電極をケース本体の内底面から離間させ、正極電極がケース本体の内底面に接触することを抑制できる。このため、正極活物質層からの活物質の脱落を抑制でき、蓄電装置の性能低下はない。
ただし、積層ずれや製造公差を原因として、セパレータの余剰部にある角部が、隅部のアール状の部分に位置する可能性がある。しかし、余剰部寸法<隅部寸法、及び、隙間の寸法≧隅部寸法-余剰部寸法を成立させることで、余剰部が、深さ方向の全体に亘って隅部に接触したとしても、ケース本体内には隙間が確保される。その結果、セパレータをケース本体の内底面から浮かすことができ、正極電極がケース本体の内底面に接触することを抑制できる。その結果として、正極活物質層からの活物質の脱落を抑制でき、蓄電装置の性能低下はない。
また、蓄電装置について、前記セパレータは前記正極電極を収納した袋状セパレータであり、前記底側端縁からはみ出した前記余剰部は、前記正極電極を挟んで対峙する一対のセパレータ部材において前記正極電極の端縁からはみ出した部分のうち、溶着できる部位を前記深さ方向の全体に亘って溶着して形成されていてもよい。
これによれば、溶着される面積を多くして余剰部の剛性を高めることができる。その結果、余剰部が隅部のアール状の部分に干渉しても、余剰部を介して正極電極を保護できる。
また、蓄電装置について、前記電極組立体は、前記正極電極の一つの端縁から突出した形状の正極タブが複数積層された正極のタブ群、及び前記負極電極の一つの端縁から突出した形状の負極タブが複数積層された負極のタブ群を有し、前記蓄電装置は、前記蓋部材に固定された各極性の電極端子と、同じ極性のタブ群及び前記電極端子と接合された各極性の導電部材とが一体化された蓋端子組立体を有するとともに、前記蓋端子組立体と前記電極組立体とが、同じ極性の前記導電部材と前記タブ群を接合して一体化されており、前記深さ方向への前記蓋部材の外面から前記電極組立体の底面までの寸法が最小値となる状態で前記蓋部材と前記ケース本体とが接合されていてもよい。
これによれば、ケース内では、電極組立体と蓋端子組立体が一体化され、一つの剛体となっているため、ケース内に隙間が形成された状態を維持できる。
また、蓄電装置について、前記正極のタブ群及び前記負極のタブ群それぞれは、前記深さ方向に沿って互いに近付く状態に折り曲げられていてもよい。
また、蓄電装置について、前記正極のタブ群及び前記負極のタブ群それぞれは、前記深さ方向に沿って互いに近付く状態に折り曲げられていてもよい。
これによれば、電極組立体をケース本体に圧入する際、各極性のタブ群がそれ以上折り曲げられない状態とし、深さ方向への蓋部材の外面から電極組立体の底面までの寸法が最小値となるようにする。このようにすれば、タブ群の変位をなくし、隙間を確保できる。
また、蓄電装置について、前記余剰部寸法は0.5~2mmであり、前記隅部寸法は1~2mmであり、前記隙間の寸法は、0より大きく5mm以下であるのが好ましい。
前記蓄電装置は二次電池である。
前記蓄電装置は二次電池である。
本発明によれば、電極組立体の角部とケースの隅部との接触を抑制し、性能低下を抑制できる。
(第1の実施形態)
以下、蓄電装置及びその製造方法を二次電池及びその製造方法に具体化した第1の実施形態を図1~図6にしたがって説明する。
以下、蓄電装置及びその製造方法を二次電池及びその製造方法に具体化した第1の実施形態を図1~図6にしたがって説明する。
図1に示すように、蓄電装置としての二次電池10は、直方体状のケース11を備え、このケース11内には電極組立体23が収容されている。ケース11は、有底の直方体状のケース本体12と、矩形平板状の蓋部材13とを有し、蓋部材13とケース本体12はレーザ溶接によって溶接される。ケース本体12は、矩形状の底壁12aと、底壁12aの対向する一対の短側縁から立設された側壁としての短側壁12bと、底壁12aの対向する一対の長側縁から立設された長側壁12cとを備える。なお、ケース11の内底面12eは、ケース本体12の底壁12aによって構成されている。以下、内底面12eに直交する直線の延びる方向をケース11の深さ方向とする。ケース本体12は、電極組立体23を挿入するための開口部12dを備える。ケース本体12と蓋部材13は、何れも金属製(例えば、ステンレスやアルミニウム)であり、蓋部材13は開口部12dを閉塞する。ケース本体12の内面は全体に亘って絶縁部材Zによって覆われている。
図4又は図5に示すように、ケース本体12は、両短側壁12bの内面と、底壁12aの内底面12eとの交差部にアール状の第1の隅部R1を有する。詳しくは、第1の隅部R1は、短側壁12bにおける平坦面状に延びる部分と底壁12aにおける平坦面状に延びる部分との間に位置するアール状に延びる部分である。なお、短側壁12bにおける平坦面状な内面と、第1の隅部R1の内面との境界を境界Kとする。また、ケース本体12は、両長側壁12cの内面と、底壁12aの内底面との交差部にアール状の第2の隅部R2を有する。詳しくは、第2の隅部R2は、長側壁12cにおける平坦面状に延びる部分と底壁12aにおける平坦面状に延びる部分との間に位置するアール状に延びる部分である。長側壁12cにおける平坦面状な内面と、第2の隅部R2の内面との境界を境界Kとする。
図1に示すように、二次電池10は、その外観が角型をなす角型電池であり、リチウムイオン電池である。
図2に示すように、電極組立体23は、正極電極14をセパレータとしての袋状セパレータ21に収納した複数の電極収納セパレータ20と、複数の負極電極24とを有する。電極組立体23は、複数の電極収納セパレータ20と複数の負極電極24とを交互に積み重ねた積層構造を有する。電極収納セパレータ20及び負極電極24が積み重なる方向を積層方向とする。複数の正極電極14と複数の負極電極24とは、電極収納セパレータ20の袋状セパレータ21を間に挟んだ状態で交互に積層されている。本実施形態では、正極電極14、袋状セパレータ21、及び負極電極24は、積層方向から見て何れも長方形状である。
図2に示すように、電極組立体23は、正極電極14をセパレータとしての袋状セパレータ21に収納した複数の電極収納セパレータ20と、複数の負極電極24とを有する。電極組立体23は、複数の電極収納セパレータ20と複数の負極電極24とを交互に積み重ねた積層構造を有する。電極収納セパレータ20及び負極電極24が積み重なる方向を積層方向とする。複数の正極電極14と複数の負極電極24とは、電極収納セパレータ20の袋状セパレータ21を間に挟んだ状態で交互に積層されている。本実施形態では、正極電極14、袋状セパレータ21、及び負極電極24は、積層方向から見て何れも長方形状である。
正極電極14は、集電体としての矩形シート状の正極金属箔(例えばアルミニウム箔)15と、正極金属箔15の両面に正極活物質層16と、を有する。正極電極14は、積層方向から見て、一対の長辺に沿う端縁のうちの一方の端縁にタブ側端縁14aを有する。正極電極14は、正極電極14の一つの端縁としてのタブ側端縁14aから突出した形状の正極タブ17を有する。正極タブ17は、正極金属箔15において正極活物質層16が塗工されず、正極金属箔15そのもので構成された部分である。正極電極14は、積層方向から見て、タブ側端縁14aの対辺となる端縁に底側端縁14bを有し、タブ側端縁14aと底側端縁14b同士を繋ぐ一対の端縁にそれぞれ側端縁14cを有する。正極電極14は、積層方向から見て、底側端縁14bと、各側端縁14cとが交差して形成された角部14fを備え、角部14fは積層方向から見て直角である。
負極電極24は、集電体としての矩形シート状の負極金属箔(例えば銅箔)25と、負極金属箔25の両面に負極活物質を含む負極活物質層26と、を有する。負極電極24は、一対の長辺に沿う端縁のうちの一方の端縁にタブ側端縁24aを有する。負極電極24は、負極電極24の一つの端縁としてのタブ側端縁24aから突出した形状の負極タブ27を有する。負極タブ27は、負極金属箔25において負極活物質層26が塗工されず、負極金属箔25そのもので構成された部分である。負極電極24は、タブ側端縁24aの対辺となる端縁に底側端縁24bを有し、タブ側端縁24aと底側端縁24b同士を繋ぐ一対の短辺に沿う端縁にそれぞれ側端縁24cを有する。負極電極24は、積層方向から見て、底側端縁24bと、各側端縁24cとが交差して形成された角部24fを備え、角部24fは積層方向から見て直角である。
負極電極24及び正極電極14を積層方向から見て、負極電極24のタブ側端縁24aの長さは、正極電極14のタブ側端縁14aの長さより長く、負極電極24の底側端縁24bの長さは、正極電極14の底側端縁14bの長さより長い。さらに、負極電極24の側端縁24cの長さは、正極電極14の側端縁14cの長さより長い。よって、積層方向から見て負極電極24は、正極電極14より一回り大きい。電極組立体23において、正極電極14の四つの端縁は、負極電極24の四つの端縁より内側に位置している。具体的には、電極組立体23を積層方向から見て、正極電極14の底側端縁14b及び側端縁14cは、負極電極24の底側端縁24b及び側端縁24cよりも内側に位置している。このため、電極組立体23を積層方向から見て、正極活物質層16は負極活物質層26の領域内に配置され、かつ正極活物質層16の全面が負極活物質層26に対向している。
袋状セパレータ21は、互いに対峙する矩形シート状の一対のセパレータ部材22を含む。各セパレータ部材22は、何れも絶縁性を有する樹脂製(例えばポリエチレン製)である。袋状セパレータ21は、正極電極14のタブ側端縁14aに平行なタブ側端縁21aを有する。袋状セパレータ21は、タブ側端縁21aの対辺となる端縁に、正極電極14の底側端縁14bに平行な底側端縁21bを有する。また、袋状セパレータ21は、タブ側端縁21aと底側端縁21b同士を繋ぐ一対の端縁にそれぞれ側端縁21cを有し、各側端縁21cは、正極電極14の側端縁14cに平行である。袋状セパレータ21は、積層方向から見て底側端縁21bと、各側端縁21cとが交差して形成された角部21fを備え、角部21fは積層方向から見て直角である。
袋状セパレータ21は、正極電極14のタブ側端縁14a、底側端縁14b及び一対の側端縁14cから、正極電極14の面方向に沿ってはみ出す余剰部22aを有する。余剰部22aは、正極電極14を取り囲む四角環状である。余剰部22aは、正極電極14を挟んで対峙するセパレータ部材22において、正極電極14からはみ出した部分同士を溶着して形成されている。余剰部22aのうち、底側端縁14bからはみ出した余剰部22aは、一対のセパレータ部材22において、底側端縁14bからはみ出した部分のうち、互いに溶着できる部分を深さ方向全体に亘って溶着して形成されている。
図1に示すように、電極収納セパレータ20と、負極電極24とは、正極タブ17が積層方向に沿って列状に配置され、且つ正極タブ17と重ならない位置にて負極タブ27が積層方向に沿って列状に配置されるように積層される。積層方向への電極組立体23の寸法を厚みDとする。なお、ケース本体12において、対向する長側壁12cの内面同士を最短距離で結ぶ直線の長さをケース本体12の開口幅Wとすると、ケース本体12に収容される前の電極組立体23の厚みDは、開口幅Wより若干厚い。このため、電極組立体23は、ケース本体12に圧入されている。
図5に示すように、電極組立体23において、袋状セパレータ21の底側端縁21bと負極電極24の底側端縁24bとは面一となるように揃っており、電極組立体23は、これら底側端縁21b,24bにより構成された底面37を有する。また、電極組立体23において、袋状セパレータ21のタブ側端縁21aは、負極電極24のタブ側端縁24aより蓋部材13寄りに位置し、電極組立体23は、タブ側端縁21aより構成されたタブ側端面36を有する。
図1に示すように、タブ側端面36では、各正極タブ17及び各負極タブ27は、電極組立体23における積層方向の一端から他端までの範囲内で集められた(束ねられた)状態で折り曲げられ、タブ群18とされている。各極性のタブ群18は、深さ方向に沿って互いに近付くように二条に折り曲げられている。各極性のタブ群18は、可撓性を有する正極タブ17又は負極タブ27を積層して構成されているため、各タブ群18は可撓性を有する。ただし、ケース11内において二条に折り曲げられた状態では、各極性のタブ群18は深さ方向に最大限に縮まるまで折り曲げられており、それ以上の変形ができない状態であり、可撓性を失った状態にある。
図1又は図3に示すように、電極組立体23は、袋状セパレータ21の側端縁21c、及び負極電極24の側端縁24cにより構成された一対の側面38を有する。一対の側面38は、電極組立体23において、底面37に繋がる面のうち、積層方向両端の偏平面44に直交する(交差する)2つの面である。
各正極タブ17が重なっている箇所を溶接することによって各正極タブ17が電気的に接続されるとともに、正極タブ17からなるタブ群18に正極導電部材61が接続されている。電極組立体23を積層方向に見て正極導電部材61はクランク状である。正極導電部材61は、正極タブ17からなるタブ群18に接合されたタブ側接続部61aと、タブ側接続部61aよりも電極組立体23のタブ側端面36寄りの端子接続部61bと、タブ側接続部61aと端子接続部61bを繋ぐ連結部61cとを備える。端子接続部61bには、電極組立体23から電気を取り出すための正極端子51が接続されている。
同様に、各負極タブ27が重なっている箇所を溶接することによって各負極タブ27が電気的に接続されるとともに、負極タブ27からなるタブ群18に負極導電部材62が接続されている。電極組立体23を積層方向に見て負極導電部材62はクランク状である。負極導電部材62は、負極タブ27からなるタブ群18に接合されたタブ側接続部62aと、タブ側接続部62aよりも電極組立体23のタブ側端面36寄りの端子接続部62bと、タブ側接続部62aと端子接続部62bを繋ぐ連結部62cとを備える。端子接続部62bには、電極組立体23から電気を取り出すための負極端子52が接続されている。
ここで、二次電池10の製造方法について説明する。
まず、上述した電極組立体23を製造する。次に、正極導電部材61の端子接続部61bに正極端子51を溶接する。また、負極導電部材62の端子接続部62bに負極端子52を溶接する。次に、正極端子51の雄ねじと負極端子52の雄ねじを蓋部材13を貫通させ、正極の雄ねじにナット51aを螺合し、負極の雄ねじにナット52aを螺合する。すると、蓋部材13に正極端子51及び負極端子52が締結される。その結果、蓋部材13と、正極端子51と、負極端子52と、正極導電部材61と、負極導電部材62とが一体化されて蓋端子組立体53が構成される。
まず、上述した電極組立体23を製造する。次に、正極導電部材61の端子接続部61bに正極端子51を溶接する。また、負極導電部材62の端子接続部62bに負極端子52を溶接する。次に、正極端子51の雄ねじと負極端子52の雄ねじを蓋部材13を貫通させ、正極の雄ねじにナット51aを螺合し、負極の雄ねじにナット52aを螺合する。すると、蓋部材13に正極端子51及び負極端子52が締結される。その結果、蓋部材13と、正極端子51と、負極端子52と、正極導電部材61と、負極導電部材62とが一体化されて蓋端子組立体53が構成される。
次に、正極のタブ群18を正極導電部材61のタブ側接続部61aに溶接し、負極のタブ群18を負極導電部材62のタブ側接続部62aに溶接する。すると、蓋端子組立体53と電極組立体23とが正極のタブ群18及び負極のタブ群18を介して一体化される。
次に、図6に示すように、蓋端子組立体53の蓋部材13を所定の力で電極組立体23に向けて押し込み、電極組立体23をケース本体12に圧入する。このとき、蓋部材13を電極組立体23に向けて押し込むと、折り曲げられる前の各タブ群18は、それぞれ可撓性を有することから、深さ方向に圧縮され、折り曲げられる。そして、両方のタブ群18が、深さ方向に最大限に縮まるまで折り曲げられると、タブ群18は可撓性を失った状態となり、蓋端子組立体53と電極組立体23とが一つの剛体となる。このときの深さ方向への蓋部材13の外面から電極組立体23の底面37までの寸法Tは、最小値となる。なお、蓋端子組立体53を押し込む「所定の力」とは、ケース本体12に電極組立体23を圧入するのに必要な力である。そして、所定の力を加えても、寸法Tが最小値のままの状態とは、蓋端子組立体53と電極組立体23とが一つの剛体となった状態として捉えることができる。
そして、ケース本体12内への電極組立体23の圧入が完了すると、蓋部材13とケース本体12とを接合してケース本体12の開口部12dを閉塞すると、二次電池10の組立が完了する。なお、図6では、ケース本体12の内面は絶縁部材Zによって覆われている。
図3又は図4(a)に示すように、二次電池10において、電極組立体23の底面37と、絶縁部材Zを介したケース本体12の内底面12eとは、深さ方向に離間し、底面37とケース11におけるケース本体12の内底面12eとの間に隙間39が存在する。二次電池10を積層方向に見て、電極組立体23の底面37は、深さ方向における第1の隅部R1の境界Kに位置しており、袋状セパレータ21の角部21f及び負極電極24の角部24fは第1の隅部R1のアール状の部分に位置していない。
深さ方向への隙間39の寸法Fは、第1の隅部R1の半径rの1~1.5倍である。隙間39の寸法Fが第1の隅部R1の半径rの1倍未満の場合は、袋状セパレータ21の角部21f及び負極電極24の角部24fは、第1の隅部R1のアール状の部分に接触した状態にあり、第1の隅部R1によって各角部21f,24fが変形する虞があり、好ましくない。
隙間39の寸法Fが第1の隅部R1の半径rの1.5倍を越えた場合は、図4(a)の2点鎖線に示すように、電極組立体23の底面37が境界Kより蓋部材13に近付いた状態であり、電極組立体23の容積が小さくなってしまい、電池容量が低下して好ましくない。よって、隙間39の寸法Fは、第1の隅部R1の半径rの1~1.5倍に設定されている。
なお、袋状セパレータ21と負極電極24を積み重ねる工程時、袋状セパレータ21の底側端縁21bと負極電極24の底側端縁24bとがずれる積層ずれが生じる場合がある。また、袋状セパレータ21及び負極電極24について、側端縁21c,24cの寸法に公差が存在する。電極組立体23においては、積層ずれや、袋状セパレータ21及び負極電極24の製造公差を考慮して公差が設定されている。
図4(b)に示すように、袋状セパレータ21の積層ずれや製造公差により、深さ方向への電極組立体23の寸法が公差最大になった場合は、隙間39の寸法Fが第1の隅部R1の半径rの1倍であると、第1の隅部R1のアール状の部分に袋状セパレータ21の余剰部22aが接触する。しかし、第1の隅部R1のアール状の部分に接触するのは余剰部22aまでであって、正極電極14の角部14fは第1の隅部R1よりも蓋部材13寄りにあり、第1の隅部R1のアール状部分には接触しない。
また、負極電極24の積層ずれや製造公差により、深さ方向への電極組立体23の寸法が公差最大になった場合は、隙間39の寸法Fが第1の隅部R1の半径rの1倍であると、第1の隅部R1のアール状の部分に負極電極24の角部24fが接触する。しかし、負極活物質層26が損傷を受けたとしても、正極活物質層16の角部14fは第1の隅部R1のアール状の部分に接触しない。このため、正極活物質層16と負極活物質層26との対向部には影響がない。
また、隙間39の寸法Fが、第1の隅部R1の半径rの1.5倍であると、深さ方向への電極組立体23の寸法が公差最大になっても、角部21f,24fは、短側壁12bにおける第1の隅部R1との境界Kにあり、第1の隅部R1のアール状の部分に接触しない。
上記隙間39の寸法Fを確保するため、本実施形態では、蓋端子組立体53と電極組立体23とを一体化した状態において、図6に示すように、深さ方向における、蓋部材13の内面から電極組立体23の底面37までの寸法である高さH1又は蓋部材13の外面から電極組立体23の底面37までの寸法Tを調整する。この高さH1は、正極タブ17及び負極タブ27が曲げられた状態で設定される。
次に、二次電池10の作用を記載する。
図6に示すように、蓋端子組立体53と一体化された電極組立体23をケース本体12の開口部12dからケース本体12内に挿入する際、電極組立体23の厚みDは、開口幅Wより若干厚いことから、電極組立体23はケース本体12内へ圧入される。よって、電極組立体23は、ケース本体12内に落下することはない。その一方で、電極組立体23をケース本体12に圧入する必要があるため、蓋端子組立体53の蓋部材13を所定の力で電極組立体23に向けて押し込む。
図6に示すように、蓋端子組立体53と一体化された電極組立体23をケース本体12の開口部12dからケース本体12内に挿入する際、電極組立体23の厚みDは、開口幅Wより若干厚いことから、電極組立体23はケース本体12内へ圧入される。よって、電極組立体23は、ケース本体12内に落下することはない。その一方で、電極組立体23をケース本体12に圧入する必要があるため、蓋端子組立体53の蓋部材13を所定の力で電極組立体23に向けて押し込む。
蓋端子組立体53を押す力は、正極タブ17及び負極タブ27を介して電極組立体23に伝わる。各端子接続部61b,62bによって、電極組立体23のタブ側端面36に露出した袋状セパレータ21のタブ側端縁21aが押圧される。そして、電極組立体23の底面37側を画像検査し、隙間39の寸法Fを確認しながら、電極組立体23を圧入する。すなわち、第1の隅部R1の半径rの1~1.5倍の寸法で、電極組立体23の底面37が内底面12eから深さ方向に離間した状態で配置されるように、電極組立体23をケース本体12に圧入する。すると、電極組立体23の底面37が、第1の隅部R1に到達する前、又は第1の隅部R1の境界Kに位置し、隙間39が確保された状態で、電極組立体23がケース本体12に収容される。その後、ケース本体12内への電極組立体23の収容が完了すると、蓋部材13とケース本体12とを接合してケース本体12の開口部12dを閉塞すると、二次電池10の組立が完了する。
上記第1の実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1-1)深さ方向への隙間39の寸法Fを、第1の隅部R1の半径rの1~1.5倍に設定した。このため、設計上は、電極組立体23の底面37が第1の隅部R1のアール状の部分に到達することがなく、第1の隅部R1のアール状の部分によって袋状セパレータ21の角部21fが折れ曲がったり、負極電極24の角部24fが損傷し、活物質が脱落することがない。
(1-1)深さ方向への隙間39の寸法Fを、第1の隅部R1の半径rの1~1.5倍に設定した。このため、設計上は、電極組立体23の底面37が第1の隅部R1のアール状の部分に到達することがなく、第1の隅部R1のアール状の部分によって袋状セパレータ21の角部21fが折れ曲がったり、負極電極24の角部24fが損傷し、活物質が脱落することがない。
また、電極組立体23の製造時、袋状セパレータ21や負極電極24の積層ずれが発生したり、負極電極24の製造公差によって、袋状セパレータ21の底側端縁21bや負極電極24の底側端縁24bがケース本体12の底壁12a寄りに位置する場合がある。この場合であっても、隙間39の寸法Fが第1の隅部R1の半径rの1.5倍に設定してあれば、袋状セパレータ21の角部21fや負極電極24の角部24fが第1の隅部R1のアール状の部分に位置することはない。また、隙間39の寸法Fが第1の隅部R1の半径rの1倍に設定した場合は、袋状セパレータ21や負極電極24の積層ずれが発生したり、負極電極24の製造公差によって、袋状セパレータ21の角部21fや負極電極24の角部24fが第1の隅部R1のアール状の部分に位置する可能性がある。この場合であっても、負極活物質層26は損傷しても、負極活物質層26における正極活物質層16との対向部までは損傷しないため、電池性能に影響はない。
(1-2)正極電極14は袋状セパレータ21に収納されている。袋状セパレータ21によって正極電極14の角部14fが第1の隅部R1のアール状の部分に接触することを防止でき、正極活物質層16と負極活物質層26との対向部に影響はない。
(1-3)深さ方向への隙間39の寸法Fの上限値を、第1の隅部R1の半径rの1.5倍に設定し、電極組立体23の底面37が底壁12aから離れすぎないようにした。このため、二次電池10の検査において、電極組立体23の底面37側の状態を画像検査した際、底面37を画像に映り込ませることができ、画像検査に支障を来さない。
(第2の実施形態)
以下、蓄電装置及びその製造方法を二次電池及びその製造方法に具体化した第2の実施形態を図7にしたがって説明する。なお、第2の実施形態は、第1の実施形態と同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
以下、蓄電装置及びその製造方法を二次電池及びその製造方法に具体化した第2の実施形態を図7にしたがって説明する。なお、第2の実施形態は、第1の実施形態と同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
図7(a)に示すように、電極組立体23の底面37、側面38、及び偏平面44は、絶縁部材Zによって覆われている。
電極収納セパレータ20において、余剰部22aのうち、正極電極14の底側端縁14bからはみ出した余剰部22aについて、深さ方向への寸法を余剰部寸法S1とする。また、第1の隅部R1において、深さ方向への寸法を隅部寸法S2とする。第1の隅部R1の隅部寸法S2は、深さ方向に沿った境界Kから内底面12eまでの寸法である。また、深さ方向への隙間39の寸法を寸法Fと記載する。
電極収納セパレータ20において、余剰部22aのうち、正極電極14の底側端縁14bからはみ出した余剰部22aについて、深さ方向への寸法を余剰部寸法S1とする。また、第1の隅部R1において、深さ方向への寸法を隅部寸法S2とする。第1の隅部R1の隅部寸法S2は、深さ方向に沿った境界Kから内底面12eまでの寸法である。また、深さ方向への隙間39の寸法を寸法Fと記載する。
第2の実施形態では、隙間39の寸法Fは、0mmより大きく、5mm以下である。隙間39の寸法Fが5mmより大きくなると、電極組立体23の底面37が境界Kより蓋部材13に近付いた状態であり、電極組立体23の容積が小さくなってしまい、電池容量が低下して好ましくない。よって、隙間39の寸法Fは、3mm以下が好ましく、1mm以下がより好ましい。袋状セパレータ21において、余剰部寸法S1は、0.5~2mmが好ましい。また、第1の隅部R1の隅部寸法S2は、1~2mmが好ましい。絶縁部材Zを介して、電極組立体23の底面37が境界Kに位置した状態では、隙間39の寸法Fは、1~2mmとなる。
そして、第2の実施形態では、以下の式1及び式2が成立している。
余剰部寸法S1<隅部寸法S2…式1
隙間の寸法F≧隅部寸法S2-余剰部寸法S1…式2
第2の実施形態の二次電池10を製造するには、まず、第1の実施形態と同様に、電極組立体23及び蓋端子組立体53を製造するとともに、電極組立体23と蓋端子組立体53を一体化する。電極組立体23は、絶縁部材Zによって覆われている。そして、蓋部材13を所定の力で電極組立体23に向けて押し込み、電極組立体23をケース本体12に圧入する。
余剰部寸法S1<隅部寸法S2…式1
隙間の寸法F≧隅部寸法S2-余剰部寸法S1…式2
第2の実施形態の二次電池10を製造するには、まず、第1の実施形態と同様に、電極組立体23及び蓋端子組立体53を製造するとともに、電極組立体23と蓋端子組立体53を一体化する。電極組立体23は、絶縁部材Zによって覆われている。そして、蓋部材13を所定の力で電極組立体23に向けて押し込み、電極組立体23をケース本体12に圧入する。
電極組立体23の底面37側を画像検査し、隙間39の寸法Fを確認しながら、電極組立体23を圧入する。そして、式1及び式2が成立する状態で、電極組立体23の底面37が内底面12eから深さ方向に離間した状態で配置されるように、電極組立体23をケース本体12に圧入する。ケース本体12内への電極組立体23の圧入が完了すると、蓋部材13とケース本体12とを接合してケース本体12の開口部12dを閉塞すると、二次電池10の組立が完了する。
上記第2の実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(2-1)電極組立体23の底面37と、ケース本体12の内底面12eとの間に、隙間39を確保した。このため、袋状セパレータ21をケース本体12の底壁12aから浮かすことができ、袋状セパレータ21に収納された正極電極14が底壁12aの内底面12eに接触することを抑制できる。その結果として、正極電極14の正極活物質層16からの活物質の脱落を抑制でき、二次電池10の性能低下はない。負極電極24については、負極活物質層26のうち正極活物質層16に対向しない部分が第1の隅部R1に位置しても、負極活物質層26において、正極活物質層16との対向部からは活物質が脱落せず、二次電池10の性能低下はない。
(2-1)電極組立体23の底面37と、ケース本体12の内底面12eとの間に、隙間39を確保した。このため、袋状セパレータ21をケース本体12の底壁12aから浮かすことができ、袋状セパレータ21に収納された正極電極14が底壁12aの内底面12eに接触することを抑制できる。その結果として、正極電極14の正極活物質層16からの活物質の脱落を抑制でき、二次電池10の性能低下はない。負極電極24については、負極活物質層26のうち正極活物質層16に対向しない部分が第1の隅部R1に位置しても、負極活物質層26において、正極活物質層16との対向部からは活物質が脱落せず、二次電池10の性能低下はない。
(2-2)図7(b)に示すように、袋状セパレータ21の積層ずれや製造公差により、深さ方向への電極組立体23の寸法が公差最大になった場合は、第1の隅部R1のアール状の部分に袋状セパレータ21の角部21fが接触する。そして、袋状セパレータ21の余剰部22aが、深さ方向の全体に亘って第1の隅部R1に接触したとしても、第1の隅部R1の隅部寸法S2が、余剰部22aの余剰部寸法S1より長いことから、深さ方向において、余剰部22a(電極組立体23の底面37)と、ケース本体12の内底面12eとの間には隙間39が確保される。その結果、袋状セパレータ21をケース本体12の底壁12aから浮かすことができ、袋状セパレータ21に収納された正極電極14が底壁12aの内底面12eに接触することを抑制できる。その結果として、正極電極14の正極活物質層16からの活物質の脱落を抑制でき、二次電池10の性能低下はない。
(2-3)袋状セパレータ21の余剰部22aは、一対のセパレータ部材22において、底側端縁14bからはみ出した部分のうち、互いに溶着できる部分を深さ方向全体に亘って溶着して形成されている。このため、溶着される面積を多くして余剰部22aの剛性を高めることができる。その結果、余剰部22aが第1の隅部R1に干渉しても、余剰部22aを介して正極電極14を保護できる。
(2-4)各極性のタブ群18は、それぞれ二条に折り曲げられた形状である。このため、電極組立体23をケース本体12内に圧入する際、タブ群18の変位によって、電極組立体23の底面37が第1の隅部R1のアール状の部分に干渉したり、隙間39ができなくなる虞がある。しかし、電極組立体23をケース本体12内に圧入する際、各極性のタブ群18がそれ以上折り曲げられない状態とし、深さ方向への蓋部材13の外面から電極組立体23の底面37までの寸法Tが最小値、又は蓋部材13の内面から電極組立体23の底面37までの高さH1が最小値となるようにした。このため、ケース本体12の内底面12eとの間に隙間39を確保できる。
(2-5)各極性のタブ群18は、深さ方向に圧縮され、それ以上の折り曲げが規制された状態にある。このようなタブ群18を備えた状態では、深さ方向への蓋部材13の外面から電極組立体23の底面37までの寸法T又は蓋部材13の内面から電極組立体23の底面37までの高さH1は、最小値となる。この状態で蓋端子組立体53と電極組立体23をケース本体12内に押し込むとき、式1及び式2を成立させると、第1の隅部R1に袋状セパレータ21の角部21fが干渉しても、電極組立体23の底面37とケース本体12の内底面12eとの間に隙間39を形成できる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第1の実施形態においても、余剰部22aの深さ方向への寸法を余剰部寸法S1とするとともに、第1の隅部R1の深さ方向への寸法を隅部寸法S2とし、式1及び式2が成立するようにしてもよい。
○ 第1の実施形態においても、余剰部22aの深さ方向への寸法を余剰部寸法S1とするとともに、第1の隅部R1の深さ方向への寸法を隅部寸法S2とし、式1及び式2が成立するようにしてもよい。
○ 第1の実施形態において、隙間39の寸法Fは、0mmより大きく、5mm以下であり、3mm以下が好ましく、1mm以下がより好ましいとしてもよい。また、第1の実施形態において、余剰部22aの余剰部寸法S1を、0.5~2mmが好ましいとし、第1の隅部R1の隅部寸法S2を、1~2mmが好ましいとしてもよい。
○ 各実施形態では、正極活物質層16を負極活物質層26より小さくしたが、これに限らない。電極組立体23を積層方向から見て、正極活物質層16が負極活物質層26の領域内に配置され、かつ正極活物質層16の全面が負極活物質層26に対向しているのであれば、正極活物質層16は負極活物質層26と同じ大きさであってもよい。
○ 各実施形態の電極組立体23において、正極電極14と負極電極24との絶縁は袋状セパレータ21ではなく、正極電極14と負極電極24の間に1枚ずつ介在するシート状のセパレータであってもよい。この場合、余剰部22aは、各セパレータにおいて、正極電極14のタブ側端縁14a、底側端縁14b及び一対の側端縁14cから、正極電極14の面方向に沿ってはみ出す部分によって形成される。
○ 各実施形態において、負極電極24は、負極金属箔25の両面に負極活物質層26を有するとしたが、負極金属箔25の片面のみに負極活物質層26を有していてもよい。同様に、正極電極14は、正極金属箔15の両面に正極活物質層16を有するとしたが、正極金属箔15の片面のみに正極活物質層16を有していてもよい。
○ 蓄電装置は、二次電池10でなく、電気二重層キャパシタ等の他の蓄電装置に適用してもよい。
○ 二次電池10は、リチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、他の二次電池であってもよい。要するに、正極活物質と負極活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。
○ 二次電池10は、リチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、他の二次電池であってもよい。要するに、正極活物質と負極活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
(1)前記積層方向への前記電極組立体の寸法は、前記積層方向に対向することとなる前記ケース本体の内面間の寸法より大きい蓄電装置。
(1)前記積層方向への前記電極組立体の寸法は、前記積層方向に対向することとなる前記ケース本体の内面間の寸法より大きい蓄電装置。
F…寸法、S1…余剰部寸法、S2…隅部寸法、R1…第1の隅部、r…半径、10…蓄電装置としての二次電池、12…ケース本体、12a…底壁、12d…開口部、12e…内底面、13…蓋部材、14…正極電極、14b,21b,24b…底側端縁、14c,21c,24c…側端縁、16…正極活物質層、18…タブ群、21…袋状セパレータ、22…セパレータ部材、22a…余剰部、21f,24f…角部、23…電極組立体、24…負極電極、26…負極活物質層、37…底面、38…側面、39…隙間、44…偏平面、53…蓋端子組立体。
Claims (10)
- 負極活物質層を有する複数の負極電極と、正極活物質層を有する複数の正極電極をセパレータを介して交互に積層し、積層方向から見て前記負極活物質層の領域内に配置され、かつ前記正極活物質層の全面が前記負極活物質層に対向する電極組立体と、
前記電極組立体を収容するケース本体と、
前記ケース本体の開口部を閉塞する蓋部材と、を備え、
前記電極組立体は、前記負極電極の底側端縁及び前記セパレータの底側端縁により構成され、かつ前記ケース本体の内底面に対向する底面と、前記負極電極の側端縁及び前記セパレータの側端縁により構成され、かつ前記底面及び積層方向両端の偏平面に繋がる一対の側面と、を有し、前記正極電極の底側端縁及び前記側端縁は、前記負極電極の底側端縁及び側端縁よりも積層方向から見て内側に位置しており、
前記ケース本体は、前記電極組立体の底面に対向し、かつ前記内底面を構成する底壁と、前記側面に対向する側壁と、を有し、
前記側壁の内面と前記底壁の内底面との交差部に、前記電極組立体の積層方向から見てアール状の隅部を有している蓄電装置であって、
前記ケース本体の前記内底面に直交する直線の延びる方向を深さ方向とすると、
前記電極組立体の底面と前記ケース本体の内底面とが前記深さ方向に離間した隙間を前記ケース本体内に有し、
前記深さ方向への前記隙間の寸法は、前記隅部の半径の1~1.5倍であることを特徴とする蓄電装置。 - 前記セパレータは前記正極電極を収納した袋状セパレータである請求項1に記載の蓄電装置。
- 負極活物質層を有する複数の負極電極と、正極活物質層を有する複数の正極電極をセパレータを介して交互に積層し、積層方向から見て前記負極活物質層の領域内に配置され、かつ前記正極活物質層の全面が前記負極活物質層に対向する電極組立体と、
前記電極組立体を収容するケース本体と、
前記ケース本体の開口部を閉塞する蓋部材と、を備え、
前記電極組立体は、前記負極電極の底側端縁及び前記セパレータの底側端縁により構成され、かつ前記ケース本体の内底面に対向する底面と、前記負極電極の側端縁及び前記セパレータの側端縁により構成され、かつ前記底面及び積層方向両端の偏平面に繋がる一対の側面と、を有し、前記正極電極の底側端縁及び前記側端縁は、前記負極電極の底側端縁及び側端縁よりも積層方向から見て内側に位置しており、
前記ケース本体は、前記電極組立体の底面に対向し、かつ前記内底面を構成する底壁と、前記側面に対向する側壁と、を有し、
前記側壁の内面と前記底壁の内底面との交差部に、前記電極組立体の積層方向から見てアール状の隅部を有している蓄電装置であって、
前記ケース本体の前記内底面に直交する直線の延びる方向を深さ方向とすると、
前記電極組立体の底面と前記ケース本体の内底面とが前記深さ方向に離間した隙間を前記ケース本体内に有し、
前記セパレータは、前記正極電極の底側端縁及び側端縁から当該セパレータの面方向に沿ってはみ出した余剰部を備え、
前記深さ方向への前記隅部の寸法を隅部寸法とし、前記深さ方向への前記余剰部の寸法を余剰部寸法とすると、
余剰部寸法<隅部寸法、及び、
隙間の寸法≧隅部寸法-余剰部寸法
が成立している蓄電装置。 - 前記セパレータは前記正極電極を収納した袋状セパレータであり、前記底側端縁からはみ出した前記余剰部は、前記正極電極を挟んで対峙する一対のセパレータ部材において前記正極電極の端縁からはみ出した部分のうち、溶着できる部位を前記深さ方向の全体に亘って溶着して形成されている請求項3に記載の蓄電装置。
- 前記電極組立体は、前記正極電極の一つの端縁から突出した形状の正極タブが複数積層された正極のタブ群、及び前記負極電極の一つの端縁から突出した形状の負極タブが複数積層された負極のタブ群を有し、前記蓄電装置は、前記蓋部材に固定された各極性の電極端子と、同じ極性のタブ群及び前記電極端子と接合された各極性の導電部材とが一体化された蓋端子組立体を有するとともに、前記蓋端子組立体と前記電極組立体とが、同じ極性の前記導電部材と前記タブ群を接合して一体化されており、前記深さ方向への前記蓋部材の外面から前記電極組立体の底面までの寸法が最小値となる状態で前記蓋部材と前記ケース本体とが接合されている請求項3又は請求項4に記載の蓄電装置。
- 前記正極のタブ群及び前記負極のタブ群それぞれは、前記深さ方向に沿って互いに近付く状態に折り曲げられている請求項5に記載の蓄電装置。
- 前記余剰部寸法は0.5~2mmであり、前記隅部寸法は1~2mmであり、前記隙間の寸法は、0より大きく5mm以下である請求項3~請求項6のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。
- 前記蓄電装置は二次電池である請求項1~請求項7のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。
- 負極活物質層を有する複数の負極電極と、正極活物質層を有する複数の正極電極をセパレータを介して交互に積層し、積層方向から見て前記負極活物質層の領域内に配置され、かつ前記正極活物質層の全面が前記負極活物質層に対向する電極組立体と、
前記電極組立体を収容するケース本体と、
前記ケース本体の開口部を閉塞する蓋部材と、を備え、
前記電極組立体は、前記負極電極の底側端縁及び前記セパレータの底側端縁により構成され、かつ前記ケース本体の内底面に対向する底面と、前記負極電極の側端縁及び前記セパレータの側端縁により構成され、かつ前記底面及び積層方向両端の偏平面に繋がる一対の側面と、を有し、前記正極電極の底側端縁及び前記側端縁は、前記負極電極の底側端縁及び側端縁よりも積層方向から見て内側に位置しており、
前記ケース本体は、前記電極組立体の底面に対向し、かつ前記内底面を構成する底壁と、前記側面に対向する側壁と、を有し、
前記側壁の内面と前記底壁の内底面との交差部に、前記電極組立体の積層方向から見てアール状の隅部を有している蓄電装置の製造方法であって、
前記ケース本体の前記内底面に直交する直線の延びる方向を深さ方向とすると、
前記電極組立体の底面と前記ケース本体の内底面とが、前記隅部の半径の1~1.5倍の寸法で前記深さ方向に離間した状態で配置されるように、前記電極組立体を前記底面側から前記ケース本体に圧入することを特徴とする蓄電装置の製造方法。 - 負極活物質層を有する複数の負極電極と、正極活物質層を有する複数の正極電極をセパレータを介して交互に積層し、積層方向から見て前記負極活物質層の領域内に配置され、かつ前記正極活物質層の全面が前記負極活物質層に対向するとともに、前記正極電極の一端縁から突出した形状の正極タブ同士が積層された正極のタブ群、及び前記負極電極の一端縁から突出した形状の負極タブ同士が積層された負極のタブ群を有し電極組立体と、
前記電極組立体を収容するケース本体と、
前記ケース本体の開口部を閉塞する蓋部材と、
前記蓋部材に固定された各極性の電極端子と、
同じ極性のタブ群及び前記電極端子と接合された各極性の導電部材と、を備え、
前記電極組立体は、前記負極電極の底側端縁及び前記セパレータの底側端縁により構成され、かつ前記ケース本体の内底面に対向する底面と、前記負極電極の側端縁及び前記セパレータの側端縁により構成され、かつ前記底面及び積層方向両端の偏平面に繋がる一対の側面と、を有し、前記正極電極の底側端縁及び前記側端縁は、前記負極電極の底側端縁及び側端縁よりも積層方向から見て内側に位置しており、
前記ケース本体は、前記電極組立体の底面に対向し、かつ前記内底面を構成する底壁と、前記側面に対向する側壁と、を有し、
前記側壁の内面と前記底壁の内底面との交差部に、前記電極組立体の積層方向から見てアール状の隅部を有している蓄電装置の製造方法であって、
前記ケース本体の前記内底面に直交する直線の延びる方向を深さ方向とすると、
前記蓄電装置は、前記電極組立体の底面と前記ケース本体の内底面とが前記深さ方向に離間した隙間を前記ケース本体内に有し、
前記セパレータは、前記正極電極の底側端縁及び側端縁から当該セパレータの面方向に沿ってはみ出した余剰部を備え、
前記深さ方向への前記隅部の寸法を隅部寸法とし、前記深さ方向への前記余剰部の寸法を余剰部寸法とすると、
前記蓋部材と、両極性の前記電極端子と、両極性の前記導電部材とが一体化された蓋端子組立体を製造し、
前記導電部材と前記タブ群とを同じ極性同士で接合して前記蓋端子組立体と前記電極組立体とを一体化し、前記深さ方向に力を加えても、前記深さ方向への前記蓋部材の外面から前記電極組立体の前記底面までの寸法が最小値で変位しない状態で前記電極組立体を前記ケース本体に圧入し、
余剰部寸法<隅部寸法、及び、隙間の寸法≧隅部寸法-余剰部寸法、が成立するまで前記電極組立体を前記ケース本体に圧入することを特徴とする蓄電装置の製造方法。
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