JP2004502320A - エネルギ蓄積装置のための積層パッケージ - Google Patents
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Abstract
2つの端子(3,4)を有するスーパーキャパシタ(2)の形態のエネルギ蓄積装置のための積層パッケージ(1)。パッケージ(1)は、装置(2)を収納するためのキャビティ(6)を規定するためのポリエチレン(PE)の内部障壁層(5)を含む。層(5)は対向する2つの端縁(9)を有し、これらの端縁は互いに封止係合されそれらの間のキャビティから端子(3,4)が延びている。Nucrel(商標)樹脂のシーラント層(11)が層と端子(3)との中間に配置される。外部障壁層(12)は層(5)に接合され、アルミニウムの金属層(13)を有する。
Description
【0001】
【発明の分野】
本発明は積層パッケージに関し、特に電荷蓄積装置のための積層パッケージに関する。
【0002】
本発明は主にスーパーキャパシタのパッケージングのために開発されており、以降の説明はその適用例を参照して行なわれる。しかしながら、本発明はその特定の利用分野に限定されることはなく、たとえば電池などの他のエネルギ蓄積装置にも適用可能である。本発明はまた、一般にリチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池またはニッケルカドミウム電池と称されるような湿電池にも特に適している。
【0003】
【先行技術の考察】
電池およびスーパーキャパシタの多くは電解質を使用している。これらの電解質は一般に腐食性であり、そうでなくとも危険であるので、それらが装置から浸み出たり漏れたりしないことが重要である。また、装置が適切に動作するためには、この電解質が酸素、水または他の物質により汚染されないことも重要である。これら両要因により、材料が装置に入ったり装置から出たりするのを防ぐために密封パッケージの使用が奨励されてきた。
【0004】
エネルギ蓄積装置は、一般に、装置を対応の負荷または回路に電気的に接続可能にするための2つの外部電極を有する。パッケージ内部から外部へ端子を延ばす必要があるので、達成されているシールの有効性が損なわれてしまう。端子とともにヒートシールされたプラスチックの積層体を用いることによってパッケージのシーリングに影響を与える試みがなされているが、不十分な成果しか挙げられていない。たとえば、米国特許第5,445,856号には、多くの異なる層を含む電池のための積層パッケージが開示される。
【0005】
この先行技術のパッケージの限定は、電荷蓄積装置、特にスーパーキャパシタからの電流の需要が多くなっていることにより、厳しくなっている。これらの需要に対して、該当のスーパーキャパシタの等価直列抵抗(est)または該当の電池の内部抵抗が最小になるようにより厚い端子を用いる必要性が出てくる。しかしながら、この先行技術のパッケージは、これらのより厚い端子に対して必要なシーリングを可能にするのに適した特性を提供していない。
【0006】
積層パッケージングが金属層を含むことも公知であり、また、電流漏れまたは端子とその金属層との間の短絡が原因でこのパッケージングが破損することも公知である。
【0007】
本明細書全体を通じて行なわれる先行技術のいかなる考察も、このような先行技術が広く知られているということ、または当該分野で慣用の一般知識の部分を形成するということを承認するものとは決してみなされるべきでない。
【0008】
【発明の開示】
本発明の目的は、先行技術の少なくとも1つの欠点を克服もしくは改善すること、または有用な代替策を提供することである。
【0009】
本発明の第1の局面によれば、2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージが提供され、このパッケージは、
エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するための内側障壁層を含み、内側障壁層は、互いに封止係合されそれらの間で端子がキャビティから延びる2つの対向する部分を有し、さらに、
内側障壁層と端子との中間に配置されたシーラント層と、
内側障壁層に接合されかつ金属層を有する外側障壁層とを含む。
【0010】
好ましくは、シーラント層は約5%から10%のエチレンアクリル酸を含有するNucrel(商標)樹脂である。より好ましくは、この接着剤は約6%から9%のエチレンアクリル酸を含有する。
【0011】
他の実施例では、シーラント層は、無水マレイン酸、1つ以上の無水物グラフト化ポリオレフィン、および1つ以上の酸変性ポリオレフィンのうちの1つを含有する。
【0012】
また好ましくは、金属層はアルミニウムシートを含む。より好ましくは、このアルミニウム層は厚さ30μm未満である。さらに好ましくは、このアルミニウム層は厚さ25μm未満である。いくつかの実施例では、このアルミニウム層は厚さ20μm未満である。
【0013】
好ましい形態では、外側障壁層は金属層の外側に接合された第1のプラスチック層を含む。より好ましくは、このプラスチック層はPETである。さらに好ましくは、このプラスチック層は厚さ40μm未満である。また好ましくは、このプラスチック層は厚さ30μm未満である。
【0014】
また好ましくは、外側障壁層は金属層の内側に接合された第2のプラスチック層を含む。より好ましくは、この第2のプラスチック層は、PET、ポリアミド、ポリ塩化ビニリデン(PVdC)およびポリプロピレン(PP)からなる群より選択される。
【0015】
好ましくは、第2のプラスチック層は厚さ約20μm未満である。より好ましくは、第2のプラスチック層は厚さ約15μm未満である。
【0016】
また好ましくは、内側障壁層は、外側障壁層の内側に接合された第3のプラスチック層を含む。より好ましくは、この第3のプラスチック層はヒートシール可能であり、PVdCとポリエチレン(PE)とからなる群より選択される。
【0017】
また好ましくは、第3のプラスチック層は厚さ約40μm未満である。より好ましくは、第3のプラスチック層は厚さ約30μm未満である。
【0018】
好ましくは、外側障壁層および内側障壁層はそれぞれ第1の融点および第2の融点を含み、第1の融点は第2の融点より高い。
【0019】
好ましい形態では、上記パッケージは、内側障壁層が最も内側になるようにその長さに沿って折り畳まれる1枚の積層材料のシートから形成され、この折り畳まれたシートの少なくとも3つの端縁が接触かつヒートシールされている。別の実施例では、上記パッケージは隣接する周縁全体にわたって接触かつヒートシールされる2枚の別個の対向する積層体のシートから形成される。
【0020】
好ましくは、シーラントを含む部分における積層体の厚さは100μm未満である。すなわち、外側障壁層の外側とシーラントの内側との距離は100μm未満である。
【0021】
また好ましくは、上記端子はアルミニウムであり、少なくとも50μmの厚さを有する。しかしながら、他の実施例では、これらの端子は少なくとも100μmの厚さを有する。特に高い電流が引き出されるいくつかの実施例においては、これらの端子は約500μmの厚さを有する。
【0022】
好ましい形態では、上記端子は加熱されることにより内側障壁層のヒートシーリングを補助する。
【0023】
本発明の第2の局面によれば、2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージを生成する方法が提供され、この方法は、
内側障壁層とともに、エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するステップを含み、内側障壁層は、互いに封止係合されそれらの間で端子がキャビティから延びる2つの対向する部分を有し、さらに、
内側障壁層と端子との中間にシーラント層を配置するステップと、
外側障壁層を内側障壁層に接合するステップとを含み、外側障壁層は金属層を有する。
【0024】
本発明の第3の局面によれば、2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージが提供され、このパッケージは、
エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するための内側障壁層と、
内側障壁層と端子との間に配置され、かつ内側障壁層および端子と封止係合されたシーラント層と、
内側障壁層に接合されかつ金属層を有する外側障壁層とを含み、上記パッケージはエネルギ蓄積装置を密封して収納し、上記端子は、エネルギ蓄積装置への外部電気接続を可能にするためにパッケージの外側からアクセス可能である。
【0025】
好ましくは、外側障壁層および内側障壁層はそれぞれ第1の融点および第2の融点を含み、第1の融点が第2の融点より高い。
【0026】
本発明の第4の局面によれば、2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージを形成する方法が提供され、この方法は、
内側障壁層により規定されるキャビティにエネルギ蓄積装置を収納するステップと、
内側障壁層と端子との間に、内側障壁層および端子と封止係合させてシーラント層を配置するステップと、
金属層を有する内側障壁層に外側障壁層を接合するステップとを含み、上記パッケージはエネルギ蓄積装置を密封して収納し、上記端子は、エネルギ蓄積装置への外部電気接続を可能にするためにパッケージの外側からアクセス可能である。
【0027】
本発明の第5の局面によれば、2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージが提供され、このパッケージは、
エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するための内側障壁層を含み、内側障壁層は第1の融点を有し、さらに、
内側障壁層と端子との間に配置され、かつ内側障壁層および端子と封止係合されたシーラント層を含み、シーラント層は第1の融点より低い第2の融点を有し、さらに、
内側障壁層に接合されかつ金属層を有する外側障壁層を含み、外側障壁層は第1の融点より高い第3の融点を有する。
【0028】
本発明の第6の局面によれば、2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージを生成するための方法が提供され、この方法は、
内側障壁層とともに、エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するステップを含み、内側障壁層は第1の融点を有し、さらに、
内側障壁層と端子との間に、内側障壁層および端子と封止係合させてシーラント層を配置するステップを含み、シーラント層は第1の融点より低い第2の融点を有し、さらに、
外側障壁層を内側障壁層に接合するステップを含み、外側障壁層は金属層を有し、かつ第1の融点より大きい第3の融点を有する。
【0029】
本発明の第7の局面によれば、2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージが提供され、このパッケージは、
エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するための内側障壁層を含み、内側障壁層は第1の融点を有し、さらに、
内側障壁層と端子との間に配置され、かつ内側障壁層および端子と封止係合されたシーラント層を含み、シーラント層は第1の融点より小さい第2の融点を有し、さらに、
内側障壁層に接合されかつ金属層を有する外側障壁層を含み、外側障壁層は第1の融点より大きい第3の融点を有する。
【0030】
好ましくは、シーラント層と端子および内側障壁層の両者との間の封止係合は、熱的手段により影響される。より好ましくは、この熱的手段が熱エネルギをパッケージに与えることによりシーラント層を内側障壁層よりも軟化させる。さらに好ましくは、この熱エネルギを与えることにより、内側障壁層を外側障壁層よりも軟化させる。
【0031】
また好ましくは、封止係合は、熱エネルギと層に与えられる圧縮力との組合せによっても影響される。より好ましくは、その組合せによりいずれの端子も金属層と直接接触することはない。
【0032】
本発明の第8の局面によれば、2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージを生成する方法が提供され、この方法は、
内側障壁層とともに、エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するステップを含み、内側障壁層は第1の融点を有し、
内側障壁層と端子との間に、内側障壁層および端子と封止係合させてシーラント層を配置するステップを含み、シーラント層は第1の融点より低い第2の融点を有し、さらに、
外側障壁層を内側障壁層に接合するステップを含み、外側障壁層は金属層を有し、かつ第1の融点より大きい第3の融点を有する。
【0033】
ここで本発明の好ましい実施例を、単に例示の目的で、添付の図面を参照して説明する。
【0034】
【発明の実施の形態の詳細な説明】
図面、特に図1を参照して、エネルギ蓄積装置のための積層パッケージ1が2つの端子3および4を有するスーパーキャパシタ2の形態で表わされる。図1と図3とを組合せると最もよくわかるように、パッケージ1は、装置2を収納するためのキャビティ6を規定するためのポリエチレン(PE)の内側障壁層5を含む。層5は2つの対向する端縁9を有し、それらの端縁は互いに封止係合され、それらの間で端子3および4がキャビティから延びる。Nucrel(商標)樹脂のシーラント層11が層と端子3との中間に配置される。外側障壁層12が層5に接合され、アルミニウムの金属層13を有する。
【0035】
層11は、約6%のエチレンアクリル酸(EAA)を含有するNucrel(商標)樹脂である。ただし他の実施例では異なる割合のEAAが用いられることもあるが、これは約5%から10%の範囲内に収められるのが好ましい。
【0036】
層13は厚さ約20μmであり、1枚のアルミニウムのシートから構成される。これにより、積層体を通ってキャビティ6内への汚染物質が入ることおよびキャビティから電解質が出ることに対する障壁がもたらされる。
【0037】
他の実施例では、層13は異なる厚さを有するが、好ましくは厚さ30μm未満である。
【0038】
層12はまた、層13の外側に接合されたPETの第1のプラスチック層14も含む。層14は厚さ約30μmであるが、他の実施例では厚さ約40μmである。
【0039】
層12はまた、層13の内側に接合されたポリプロピレン(PP)の第2のプラスチック層15も含む。他の実施例では、層15は、PET、ポリアミドおよびポリ塩化ビニリデン(PVdC)からなる群より選択される。
【0040】
層15は厚さ約15μmであるが、他の実施例では、層15は厚さ約20μmである。
【0041】
図示されるように、層5は層15の内側に接合され、厚さ約30μmである。ただし、代替的実施例では、層15は厚さ約40μmである。
【0042】
層5はヒートシール可能であるので、さまざまな代替材料が利用可能である。たとえば、他の実施例では、層5はPVdCおよびポリエチレン(PE)からなる群より選択される材料で構成される。
【0043】
層15および層5はそれぞれ第1の融点および第2の融点を含み、第1の融点が第2の融点より高い。
【0044】
パッケージ1は1枚の積層体材料のシートから形成されており、このシートは層5が最も内側になるようにその長さに沿って折り畳まれる。端子3および4に直接隣接している部分には、さらなる層11が含まれる。折り畳まれたシートの3つの対向する端縁はその後、接触かつヒートシールされ、端子を挟み込む。層11は隣接する層5に端子3および4をシールするのに特に適しており、またキャビティから電解質のキャビティ内への汚染物質の通路に対する障壁をもたらすのに適している。
【0045】
他の実施例では、このパッケージは2枚の別個の対向する積層体のシートから形成されており、これらは隣接する周縁全体に対して接触かつヒートシールされている。
【0046】
シーラントを含む部分における積層体の厚さは100μm未満である。すなわち、層14の外側と層11の内側との距離は100μm未満である。
【0047】
端子3および4はアルミニウムであり、約500μmの厚さおよび約8mmの幅を有する。これらの端子は約100Ampの短期ピーク電流を保持するよう意図されている。より低いピーク電流を供する装置では、端子は約100μmの厚さを有する。
【0048】
端子3および4は層5のヒートシーリング中に加熱され、層11の形成を補助する。
【0049】
代替的な積層体が図4に示され、ここでは対応する特徴部分は対応の参照番号で示される。この実施例では、層の構成は以下のようになっている。
【0050】
・層5:PVdC
・層11:Nucrel(商標)樹脂
・層13:アルミニウム
・層14:PET
・層15:PET
好ましい実施例の薄い積層体により、特に端子周囲の領域におけるキャビティ内へ材料が入ることおよびキャビティ外へ材料が出ることに対して、必要な障壁特性が提供される。すなわち、積層体が薄いので、より端子に合うように曲がることが可能である。層5の融点が低いことは、そのビカット軟化温度が高いこととともに、この点において大きな助けとなる。
【0051】
さらに、層5は層15より低い融点を有するので、ヒートシーリング動作中にタブがアルミニウム層に対して短絡する危険性がかなり減じられる。
【0052】
本発明のさらなる実施例は以下の例で表される。本実施例の層の説明は、パッケージの外側の層から始まりパッケージの内側層へと進む。
【0053】
1) ポリアミドまたはポリエステル。好ましくはナイロンまたはPET。これは、
a) プリンティングを受入れる準備としてのコロナ処理に対して開放されており、
b) 酸素または他の汚染物質が積層体を通って入ってくる速度を遅らせる、という2つの主な利点を有する。
【0054】
2) 結合層(tie layer)。好ましくは、これはポリウレタンである。
3) アルミニウム層、または他の金属。アルミニウムは比較的安価で容易に入手可能であるので好ましい。アルミニウムの好ましい厚さは約20から50μmの範囲であり、より好ましくは40から50μmの範囲である。このシートは可鍛性を持たせるようにアニーリングされ、以下の2つの主な利点を有する。
【0055】
a) より可鍛性であることにより、積層体はより折り畳みやすくなり、またその折り畳まれた形状をよりよく保つことができる。これが、パッケージのシーリングを助けることになる。
【0056】
b) アルミニウムまたは金属がより厚いほど、その中のピンホールの数が少なくなる。したがって、酸素、水または他の汚染物質が金属層を通って浸透する可能性がより少なくなる。
【0057】
4) 結合層。
5) 電気的短絡の保護を提供するポリマー。好ましくは、ポリエチレンもしくはポリプロピレンのうちの1つのようなポリオレフィンか、または代替的にはPETもしくはナイロンが用いられる。その他の本来非導電性のポリマーが他の実施例において用いられる。
【0058】
6) 結合層。
7) シーラント層。これは他の層の性質に依存して厚さが変化することになる。好ましくは、アクリル酸を約10%含有するある等級のNucrel(商標)が用いられる。しかしながら、他の実施例では、無水マレイン酸グラフト化ポリプロピレンが用いられる。さらなる実施例では、酸エッチングされたポリオレフィンが用いられる。シーラント層の厚さは端子の厚さに大きく依存する。
【0059】
結合層以外のすべての層が厚さ15から100μmであるのが好ましく、結合層は一般に厚さ1から10μmである。
【0060】
以下にいくつかの特定の積層体および層の厚さを示すが、これらの層もまた、外側から内側へと示される。
【0061】
【表1】
【0062】
本発明は特定の例を参照して述べられてきたが、当業者にはこれが他の多くの形態で具体化され得ることがわかるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従ったエネルギ蓄積装置のための積層パッケージの、部分的に切断された概略斜視図である。
【図2】図1のエネルギ蓄積装置の端子の1つの、拡大された概略上面図である。
【図3】図2の線3−3に沿って切った概略断面図である。
【図4】代替的な積層体の概略断面図である。
【発明の分野】
本発明は積層パッケージに関し、特に電荷蓄積装置のための積層パッケージに関する。
【0002】
本発明は主にスーパーキャパシタのパッケージングのために開発されており、以降の説明はその適用例を参照して行なわれる。しかしながら、本発明はその特定の利用分野に限定されることはなく、たとえば電池などの他のエネルギ蓄積装置にも適用可能である。本発明はまた、一般にリチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池またはニッケルカドミウム電池と称されるような湿電池にも特に適している。
【0003】
【先行技術の考察】
電池およびスーパーキャパシタの多くは電解質を使用している。これらの電解質は一般に腐食性であり、そうでなくとも危険であるので、それらが装置から浸み出たり漏れたりしないことが重要である。また、装置が適切に動作するためには、この電解質が酸素、水または他の物質により汚染されないことも重要である。これら両要因により、材料が装置に入ったり装置から出たりするのを防ぐために密封パッケージの使用が奨励されてきた。
【0004】
エネルギ蓄積装置は、一般に、装置を対応の負荷または回路に電気的に接続可能にするための2つの外部電極を有する。パッケージ内部から外部へ端子を延ばす必要があるので、達成されているシールの有効性が損なわれてしまう。端子とともにヒートシールされたプラスチックの積層体を用いることによってパッケージのシーリングに影響を与える試みがなされているが、不十分な成果しか挙げられていない。たとえば、米国特許第5,445,856号には、多くの異なる層を含む電池のための積層パッケージが開示される。
【0005】
この先行技術のパッケージの限定は、電荷蓄積装置、特にスーパーキャパシタからの電流の需要が多くなっていることにより、厳しくなっている。これらの需要に対して、該当のスーパーキャパシタの等価直列抵抗(est)または該当の電池の内部抵抗が最小になるようにより厚い端子を用いる必要性が出てくる。しかしながら、この先行技術のパッケージは、これらのより厚い端子に対して必要なシーリングを可能にするのに適した特性を提供していない。
【0006】
積層パッケージングが金属層を含むことも公知であり、また、電流漏れまたは端子とその金属層との間の短絡が原因でこのパッケージングが破損することも公知である。
【0007】
本明細書全体を通じて行なわれる先行技術のいかなる考察も、このような先行技術が広く知られているということ、または当該分野で慣用の一般知識の部分を形成するということを承認するものとは決してみなされるべきでない。
【0008】
【発明の開示】
本発明の目的は、先行技術の少なくとも1つの欠点を克服もしくは改善すること、または有用な代替策を提供することである。
【0009】
本発明の第1の局面によれば、2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージが提供され、このパッケージは、
エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するための内側障壁層を含み、内側障壁層は、互いに封止係合されそれらの間で端子がキャビティから延びる2つの対向する部分を有し、さらに、
内側障壁層と端子との中間に配置されたシーラント層と、
内側障壁層に接合されかつ金属層を有する外側障壁層とを含む。
【0010】
好ましくは、シーラント層は約5%から10%のエチレンアクリル酸を含有するNucrel(商標)樹脂である。より好ましくは、この接着剤は約6%から9%のエチレンアクリル酸を含有する。
【0011】
他の実施例では、シーラント層は、無水マレイン酸、1つ以上の無水物グラフト化ポリオレフィン、および1つ以上の酸変性ポリオレフィンのうちの1つを含有する。
【0012】
また好ましくは、金属層はアルミニウムシートを含む。より好ましくは、このアルミニウム層は厚さ30μm未満である。さらに好ましくは、このアルミニウム層は厚さ25μm未満である。いくつかの実施例では、このアルミニウム層は厚さ20μm未満である。
【0013】
好ましい形態では、外側障壁層は金属層の外側に接合された第1のプラスチック層を含む。より好ましくは、このプラスチック層はPETである。さらに好ましくは、このプラスチック層は厚さ40μm未満である。また好ましくは、このプラスチック層は厚さ30μm未満である。
【0014】
また好ましくは、外側障壁層は金属層の内側に接合された第2のプラスチック層を含む。より好ましくは、この第2のプラスチック層は、PET、ポリアミド、ポリ塩化ビニリデン(PVdC)およびポリプロピレン(PP)からなる群より選択される。
【0015】
好ましくは、第2のプラスチック層は厚さ約20μm未満である。より好ましくは、第2のプラスチック層は厚さ約15μm未満である。
【0016】
また好ましくは、内側障壁層は、外側障壁層の内側に接合された第3のプラスチック層を含む。より好ましくは、この第3のプラスチック層はヒートシール可能であり、PVdCとポリエチレン(PE)とからなる群より選択される。
【0017】
また好ましくは、第3のプラスチック層は厚さ約40μm未満である。より好ましくは、第3のプラスチック層は厚さ約30μm未満である。
【0018】
好ましくは、外側障壁層および内側障壁層はそれぞれ第1の融点および第2の融点を含み、第1の融点は第2の融点より高い。
【0019】
好ましい形態では、上記パッケージは、内側障壁層が最も内側になるようにその長さに沿って折り畳まれる1枚の積層材料のシートから形成され、この折り畳まれたシートの少なくとも3つの端縁が接触かつヒートシールされている。別の実施例では、上記パッケージは隣接する周縁全体にわたって接触かつヒートシールされる2枚の別個の対向する積層体のシートから形成される。
【0020】
好ましくは、シーラントを含む部分における積層体の厚さは100μm未満である。すなわち、外側障壁層の外側とシーラントの内側との距離は100μm未満である。
【0021】
また好ましくは、上記端子はアルミニウムであり、少なくとも50μmの厚さを有する。しかしながら、他の実施例では、これらの端子は少なくとも100μmの厚さを有する。特に高い電流が引き出されるいくつかの実施例においては、これらの端子は約500μmの厚さを有する。
【0022】
好ましい形態では、上記端子は加熱されることにより内側障壁層のヒートシーリングを補助する。
【0023】
本発明の第2の局面によれば、2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージを生成する方法が提供され、この方法は、
内側障壁層とともに、エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するステップを含み、内側障壁層は、互いに封止係合されそれらの間で端子がキャビティから延びる2つの対向する部分を有し、さらに、
内側障壁層と端子との中間にシーラント層を配置するステップと、
外側障壁層を内側障壁層に接合するステップとを含み、外側障壁層は金属層を有する。
【0024】
本発明の第3の局面によれば、2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージが提供され、このパッケージは、
エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するための内側障壁層と、
内側障壁層と端子との間に配置され、かつ内側障壁層および端子と封止係合されたシーラント層と、
内側障壁層に接合されかつ金属層を有する外側障壁層とを含み、上記パッケージはエネルギ蓄積装置を密封して収納し、上記端子は、エネルギ蓄積装置への外部電気接続を可能にするためにパッケージの外側からアクセス可能である。
【0025】
好ましくは、外側障壁層および内側障壁層はそれぞれ第1の融点および第2の融点を含み、第1の融点が第2の融点より高い。
【0026】
本発明の第4の局面によれば、2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージを形成する方法が提供され、この方法は、
内側障壁層により規定されるキャビティにエネルギ蓄積装置を収納するステップと、
内側障壁層と端子との間に、内側障壁層および端子と封止係合させてシーラント層を配置するステップと、
金属層を有する内側障壁層に外側障壁層を接合するステップとを含み、上記パッケージはエネルギ蓄積装置を密封して収納し、上記端子は、エネルギ蓄積装置への外部電気接続を可能にするためにパッケージの外側からアクセス可能である。
【0027】
本発明の第5の局面によれば、2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージが提供され、このパッケージは、
エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するための内側障壁層を含み、内側障壁層は第1の融点を有し、さらに、
内側障壁層と端子との間に配置され、かつ内側障壁層および端子と封止係合されたシーラント層を含み、シーラント層は第1の融点より低い第2の融点を有し、さらに、
内側障壁層に接合されかつ金属層を有する外側障壁層を含み、外側障壁層は第1の融点より高い第3の融点を有する。
【0028】
本発明の第6の局面によれば、2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージを生成するための方法が提供され、この方法は、
内側障壁層とともに、エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するステップを含み、内側障壁層は第1の融点を有し、さらに、
内側障壁層と端子との間に、内側障壁層および端子と封止係合させてシーラント層を配置するステップを含み、シーラント層は第1の融点より低い第2の融点を有し、さらに、
外側障壁層を内側障壁層に接合するステップを含み、外側障壁層は金属層を有し、かつ第1の融点より大きい第3の融点を有する。
【0029】
本発明の第7の局面によれば、2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージが提供され、このパッケージは、
エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するための内側障壁層を含み、内側障壁層は第1の融点を有し、さらに、
内側障壁層と端子との間に配置され、かつ内側障壁層および端子と封止係合されたシーラント層を含み、シーラント層は第1の融点より小さい第2の融点を有し、さらに、
内側障壁層に接合されかつ金属層を有する外側障壁層を含み、外側障壁層は第1の融点より大きい第3の融点を有する。
【0030】
好ましくは、シーラント層と端子および内側障壁層の両者との間の封止係合は、熱的手段により影響される。より好ましくは、この熱的手段が熱エネルギをパッケージに与えることによりシーラント層を内側障壁層よりも軟化させる。さらに好ましくは、この熱エネルギを与えることにより、内側障壁層を外側障壁層よりも軟化させる。
【0031】
また好ましくは、封止係合は、熱エネルギと層に与えられる圧縮力との組合せによっても影響される。より好ましくは、その組合せによりいずれの端子も金属層と直接接触することはない。
【0032】
本発明の第8の局面によれば、2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージを生成する方法が提供され、この方法は、
内側障壁層とともに、エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するステップを含み、内側障壁層は第1の融点を有し、
内側障壁層と端子との間に、内側障壁層および端子と封止係合させてシーラント層を配置するステップを含み、シーラント層は第1の融点より低い第2の融点を有し、さらに、
外側障壁層を内側障壁層に接合するステップを含み、外側障壁層は金属層を有し、かつ第1の融点より大きい第3の融点を有する。
【0033】
ここで本発明の好ましい実施例を、単に例示の目的で、添付の図面を参照して説明する。
【0034】
【発明の実施の形態の詳細な説明】
図面、特に図1を参照して、エネルギ蓄積装置のための積層パッケージ1が2つの端子3および4を有するスーパーキャパシタ2の形態で表わされる。図1と図3とを組合せると最もよくわかるように、パッケージ1は、装置2を収納するためのキャビティ6を規定するためのポリエチレン(PE)の内側障壁層5を含む。層5は2つの対向する端縁9を有し、それらの端縁は互いに封止係合され、それらの間で端子3および4がキャビティから延びる。Nucrel(商標)樹脂のシーラント層11が層と端子3との中間に配置される。外側障壁層12が層5に接合され、アルミニウムの金属層13を有する。
【0035】
層11は、約6%のエチレンアクリル酸(EAA)を含有するNucrel(商標)樹脂である。ただし他の実施例では異なる割合のEAAが用いられることもあるが、これは約5%から10%の範囲内に収められるのが好ましい。
【0036】
層13は厚さ約20μmであり、1枚のアルミニウムのシートから構成される。これにより、積層体を通ってキャビティ6内への汚染物質が入ることおよびキャビティから電解質が出ることに対する障壁がもたらされる。
【0037】
他の実施例では、層13は異なる厚さを有するが、好ましくは厚さ30μm未満である。
【0038】
層12はまた、層13の外側に接合されたPETの第1のプラスチック層14も含む。層14は厚さ約30μmであるが、他の実施例では厚さ約40μmである。
【0039】
層12はまた、層13の内側に接合されたポリプロピレン(PP)の第2のプラスチック層15も含む。他の実施例では、層15は、PET、ポリアミドおよびポリ塩化ビニリデン(PVdC)からなる群より選択される。
【0040】
層15は厚さ約15μmであるが、他の実施例では、層15は厚さ約20μmである。
【0041】
図示されるように、層5は層15の内側に接合され、厚さ約30μmである。ただし、代替的実施例では、層15は厚さ約40μmである。
【0042】
層5はヒートシール可能であるので、さまざまな代替材料が利用可能である。たとえば、他の実施例では、層5はPVdCおよびポリエチレン(PE)からなる群より選択される材料で構成される。
【0043】
層15および層5はそれぞれ第1の融点および第2の融点を含み、第1の融点が第2の融点より高い。
【0044】
パッケージ1は1枚の積層体材料のシートから形成されており、このシートは層5が最も内側になるようにその長さに沿って折り畳まれる。端子3および4に直接隣接している部分には、さらなる層11が含まれる。折り畳まれたシートの3つの対向する端縁はその後、接触かつヒートシールされ、端子を挟み込む。層11は隣接する層5に端子3および4をシールするのに特に適しており、またキャビティから電解質のキャビティ内への汚染物質の通路に対する障壁をもたらすのに適している。
【0045】
他の実施例では、このパッケージは2枚の別個の対向する積層体のシートから形成されており、これらは隣接する周縁全体に対して接触かつヒートシールされている。
【0046】
シーラントを含む部分における積層体の厚さは100μm未満である。すなわち、層14の外側と層11の内側との距離は100μm未満である。
【0047】
端子3および4はアルミニウムであり、約500μmの厚さおよび約8mmの幅を有する。これらの端子は約100Ampの短期ピーク電流を保持するよう意図されている。より低いピーク電流を供する装置では、端子は約100μmの厚さを有する。
【0048】
端子3および4は層5のヒートシーリング中に加熱され、層11の形成を補助する。
【0049】
代替的な積層体が図4に示され、ここでは対応する特徴部分は対応の参照番号で示される。この実施例では、層の構成は以下のようになっている。
【0050】
・層5:PVdC
・層11:Nucrel(商標)樹脂
・層13:アルミニウム
・層14:PET
・層15:PET
好ましい実施例の薄い積層体により、特に端子周囲の領域におけるキャビティ内へ材料が入ることおよびキャビティ外へ材料が出ることに対して、必要な障壁特性が提供される。すなわち、積層体が薄いので、より端子に合うように曲がることが可能である。層5の融点が低いことは、そのビカット軟化温度が高いこととともに、この点において大きな助けとなる。
【0051】
さらに、層5は層15より低い融点を有するので、ヒートシーリング動作中にタブがアルミニウム層に対して短絡する危険性がかなり減じられる。
【0052】
本発明のさらなる実施例は以下の例で表される。本実施例の層の説明は、パッケージの外側の層から始まりパッケージの内側層へと進む。
【0053】
1) ポリアミドまたはポリエステル。好ましくはナイロンまたはPET。これは、
a) プリンティングを受入れる準備としてのコロナ処理に対して開放されており、
b) 酸素または他の汚染物質が積層体を通って入ってくる速度を遅らせる、という2つの主な利点を有する。
【0054】
2) 結合層(tie layer)。好ましくは、これはポリウレタンである。
3) アルミニウム層、または他の金属。アルミニウムは比較的安価で容易に入手可能であるので好ましい。アルミニウムの好ましい厚さは約20から50μmの範囲であり、より好ましくは40から50μmの範囲である。このシートは可鍛性を持たせるようにアニーリングされ、以下の2つの主な利点を有する。
【0055】
a) より可鍛性であることにより、積層体はより折り畳みやすくなり、またその折り畳まれた形状をよりよく保つことができる。これが、パッケージのシーリングを助けることになる。
【0056】
b) アルミニウムまたは金属がより厚いほど、その中のピンホールの数が少なくなる。したがって、酸素、水または他の汚染物質が金属層を通って浸透する可能性がより少なくなる。
【0057】
4) 結合層。
5) 電気的短絡の保護を提供するポリマー。好ましくは、ポリエチレンもしくはポリプロピレンのうちの1つのようなポリオレフィンか、または代替的にはPETもしくはナイロンが用いられる。その他の本来非導電性のポリマーが他の実施例において用いられる。
【0058】
6) 結合層。
7) シーラント層。これは他の層の性質に依存して厚さが変化することになる。好ましくは、アクリル酸を約10%含有するある等級のNucrel(商標)が用いられる。しかしながら、他の実施例では、無水マレイン酸グラフト化ポリプロピレンが用いられる。さらなる実施例では、酸エッチングされたポリオレフィンが用いられる。シーラント層の厚さは端子の厚さに大きく依存する。
【0059】
結合層以外のすべての層が厚さ15から100μmであるのが好ましく、結合層は一般に厚さ1から10μmである。
【0060】
以下にいくつかの特定の積層体および層の厚さを示すが、これらの層もまた、外側から内側へと示される。
【0061】
【表1】
【0062】
本発明は特定の例を参照して述べられてきたが、当業者にはこれが他の多くの形態で具体化され得ることがわかるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従ったエネルギ蓄積装置のための積層パッケージの、部分的に切断された概略斜視図である。
【図2】図1のエネルギ蓄積装置の端子の1つの、拡大された概略上面図である。
【図3】図2の線3−3に沿って切った概略断面図である。
【図4】代替的な積層体の概略断面図である。
Claims (41)
- 2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージであって、前記パッケージは、
エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するための内側障壁層を含み、内側障壁層は、互いに封止係合されそれらの間で端子がキャビティから延びる2つの対向する部分を有し、さらに、
内側障壁層と端子との中間に配置されたシーラント層と、
内側障壁層に接合されかつ金属層を有する外側障壁層とを含む、積層パッケージ。 - 前記シーラント層が約5%から10%のエチレンアクリル酸を含有するNucrel(商標)樹脂である、請求項1に記載のパッケージ。
- 前記シーラント層が約6%から9%のエチレンアクリル酸を含有する、請求項2に記載のパッケージ。
- 前記シーラント層が、1つ以上の無水マレイン酸、マレイン酸、1つ以上の無水物グラフト化ポリオレフィン、および1つ以上の酸変性ポリオレフィンのうちの1つを含有する、請求項1に記載のパッケージ。
- 前記金属層がアルミニウムシートを含む、請求項1に記載のパッケージ。
- 前記アルミニウムシートが厚さ30μm未満である、請求項5に記載のパッケージ。
- 前記アルミニウムシートが厚さ25μm未満である、請求項5に記載のパッケージ。
- 前記アルミニウム層が厚さ20μm未満である、請求項5に記載のパッケージ。
- 前記外側障壁層が、金属層の外側に接合された第1のプラスチック層を含む、請求項1に記載のパッケージ。
- 前記プラスチック層がPETである、請求項9に記載のパッケージ。
- 前記プラスチック層が厚さ40μm未満である、請求項9に記載のパッケージ。
- 前記プラスチック層が厚さ30μm未満である、請求項9に記載のパッケージ。
- 前記外側障壁層が、金属層の内側に接合された第2のプラスチック層を含む、請求項9に記載のパッケージ。
- 前記第2のプラスチック層が、PET、ポリアミド、ポリ塩化ビニリデン(PVdC)、およびポリプロピレン(PP)からなる群より選択される、請求項13に記載のパッケージ。
- 前記第2のプラスチック層が厚さ約20μm未満である、請求項13に記載のパッケージ。
- 前記第2のプラスチック層が厚さ15μm未満である、請求項13に記載のパッケージ。
- 前記内側障壁層が、外側障壁層の内側に接合された第3のプラスチック層を含む、請求項13に記載のパッケージ。
- 前記第3のプラスチック層がヒートシール可能であり、PVdCおよびポリエチレン(PE)からなる群より選択される、請求項17に記載のパッケージ。
- 前記第3のプラスチック層が厚さ約40μm未満である、請求項17に記載のパッケージ。
- 前記第3のプラスチック層が厚さ30μm未満である、請求項17に記載のパッケージ。
- 前記外側障壁層および前記内側障壁層がそれぞれ第1の融点および第2の融点を含み、第1の融点が第2の融点より高い、請求項1に記載のパッケージ。
- 前記パッケージが、内側障壁層が最も内側になるようにその長さに沿って折り畳まれる1枚の積層材料のシートから形成される、請求項1に記載のパッケージ。
- 前記折り畳まれたシートの少なくとも3つの端縁が接触かつヒートシールされる、請求項22に記載のパッケージ。
- 前記パッケージが、隣接する周縁全体にわたって接触かつヒートシールされる2枚の別個の対向する積層体のシートから形成される、請求項1に記載のパッケージ。
- シーラントを含む部分における前記積層体の厚さが100μm未満である、請求項1に記載のパッケージ。
- 前記端子がアルミニウムであり、少なくとも50μmの厚さを有する、請求項1に記載のパッケージ。
- 前記端子が少なくとも100μmの厚さを有する、請求項1に記載のパッケージ。
- 前記端子が約500μmの厚さを有する、請求項1に記載のパッケージ。
- 前記端子が加熱されることにより、内側障壁層のヒートシーリングを補助する、請求項1に記載のパッケージ。
- 2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージを生成する方法であって、前記方法は、
内側障壁層とともに、エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するステップを含み、内側障壁層は、互いに封止係合されそれらの間で端子がキャビティから延びる2つの対向する部分を有し、さらに、
内側障壁層と端子との中間にシーラント層を配置するステップと、
外側障壁層を内側障壁層に接合するステップとを含み、外側障壁層は金属層を有する、方法。 - 2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージであって、前記パッケージは、
エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するための内側障壁層と、
内側障壁層と端子との間に配置され、かつ内側障壁層および端子と封止係合されたシーラント層と、
内側障壁層に接合されかつ金属層を有する外側障壁層とを含み、前記パッケージはエネルギ蓄積装置を密封して収納し、前記端子は、エネルギ蓄積装置への外部電気接続を可能にするためにパッケージの外側からアクセス可能である、積層パッケージ。 - 前記外側障壁層および前記内側障壁層がそれぞれ第1の融点および第2の融点を含み、第1の融点が第2の融点より高い、請求項31に記載のパッケージ。
- 2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージを形成する方法であって、前記方法は、
内側障壁層により規定されるキャビティにエネルギ蓄積装置を収納するステップと、
内側障壁層と端子との間に、内側障壁層および端子と封止係合させてシーラント層を配置するステップと、
金属層を有する内側障壁層に外側障壁層を接合するステップとを含み、前記パッケージはエネルギ蓄積装置を密封して収納し、前記端子は、エネルギ蓄積装置への外部電気接続を可能にするためにパッケージの外側からアクセス可能である、方法。 - 2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージであって、前記パッケージは、
エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するための内側障壁層を含み、内側障壁層は第1の融点を有し、さらに、
内側障壁層と端子との間に配置され、かつ内側障壁層および端子と封止係合されたシーラント層を含み、シーラント層は第1の融点より低い第2の融点を有し、さらに、
内側障壁層に接合されかつ金属層を有する外側障壁層を含み、外側障壁層は第1の融点より高い第3の融点を有する、積層パッケージ。 - 2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージを生成する方法であって、前記方法は、
内側障壁層とともに、エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するステップを含み、内側障壁層は第1の融点を有し、さらに、
内側障壁層と端子との間に、内側障壁層および端子と封止係合させてシーラント層を配置するステップを含み、シーラント層は第1の融点より低い第2の融点を有し、さらに、
外側障壁層を内側障壁層に接合するステップを含み、外側障壁層は金属層を有し、かつ第1の融点より大きい第3の融点を有する、方法。 - 2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージであって、前記パッケージは、
エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するための内側障壁層を含み、内側障壁層は第1の融点を有し、さらに、
内側障壁層と端子との間に配置され、かつ内側障壁層および端子と封止係合されたシーラント層を含み、シーラント層は第1の融点より小さい第2の融点を有し、さらに、
内側障壁層に接合されかつ金属層を有する外側障壁層を含み、外側障壁層は第1の融点より大きい第3の融点を有する、積層パッケージ。 - シーラント層と端子および内側障壁層の両者との間の封止係合は、熱的手段により影響される、請求項36に記載のパッケージ。
- 前記熱的手段がパッケージに熱エネルギを与えることによりシーラント層を内側障壁層よりも軟化させる、請求項37に記載のパッケージ。
- 熱エネルギを与えることにより、内側障壁層を外側障壁層よりも軟化させる、請求項38に記載のパッケージ。
- 前記封止係合が、熱エネルギと層に与えられる圧縮力との組合せによっても影響される、請求項37に記載のパッケージ。
- 2つの端子を有するエネルギ蓄積装置のための積層パッケージを生成する方法であって、前記方法は、
内側障壁層とともに、エネルギ蓄積装置を収納するためのキャビティを規定するステップを含み、内側障壁層は第1の融点を有し、
内側障壁層と端子との間に、内側障壁層および端子と封止係合させてシーラント層を配置するステップを含み、シーラント層は第1の融点より低い第2の融点を有し、さらに、
外側障壁層を内側障壁層に接合するステップを含み、外側障壁層は金属層を有し、かつ第1の融点より大きい第3の融点を有する、方法。
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