JP2010086753A - 蓄電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造によってガス発生後の所望の時期に当該ガスを確実に外部に放出することが可能になるガス排出部を備えた蓄電デバイスを提供する。
【解決手段】ラミネートフィルム２１からなる収納部１３に、電極部が組み込まれ、集電体に接続された正極および負極の端子１０、１１が外方に延出された状態で収納部１３の外周が全周にわたって形成された封止部２２により封じられた蓄電デバイスにおいて、収納部１３端子の延出部を除く封止部２２との間に、ラミネートフィルム２１が積層されてなるバッファ部２３を形成し、バッファ部２３に、積層されたラミネートフィルム２１同士が封止部２２よりも弱い剥離強度で密着された第２の封止部２４を少なくとも一部に含んで環状に閉じられたガス排出部２５を設け、ガス排出部２５内のラミネートフィルム２１にガス排出孔２６を穿設した。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャパシタや二次電池等のラミネートフィルムからなる外装を有する蓄電デバイスに関し、より詳しくは上記ラミネート外装内で発生したガスを効果的に排出する機構を備えた蓄電デバイスに関するものである。

近年、蓄電デバイスの一種であるリチウムイオンキャパシタは、従来のバッテリと比較して小型・軽量であるにも拘わらず、急速な充放電が可能であるとともに、さらに所望のエネルギー容量も得られることから、風力発電の負荷平準化装置、電圧の瞬低対策装置、ハイブリッド電気自動車や燃料電池車等におけるバックアップ用電源装置等の広い分野において使用されつつある。

上記リチウムイオンキャパシタは、図７および図８に示すように、集電体１の両面に正極２が形成された複数の正極板３と、集電体４の両面に負極５が形成された複数の負極板６とが、セパレータ７を間に介して交互に積層された電極部１２がラミネートフィルムからなる外装８内に収納されるとともに、内部に電解液９が注液されて真空封止することにより概略構成されたものである。

ここで、正極板３の集電体１は、ニッケル箔やアルミニウム箔等の耐酸化性を有して化学的に溶出しない金属箔からなり、その両面に、それぞれ活性炭等からなる炭素材料からなる上記正極２が形成されている。また、負極板６の集電体４は、銅箔からなり、その両面に、炭素材料を主成分とする上記負極５が形成されている。

また、セパレータ７は、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂やガラス繊維等からなる通液性および非電子伝導性を有するシート材からなるもので、電解液９としては、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＡｓＦ₆等のリチウム塩を含む液が注液されている。

さらに、複数の正極板３は、互いの集電体１が外部接続端子となる集電タブ（端子）１０に接続されるとともに、複数の負極板６は、互いの集電体４が集電タブ（端子）１１に接続されている。そして、外装８には、上記電極部１２の集電タブ１０および集電タブ１１を外部に延出された状態で、外周部が熱融着された後に絞り加工されることにより、電極部１２を収納する外観略平板状の収納部１３と、この収納部１３を囲繞する封止部１４とが形成されている。

ところで、上記リチウムイオンキャパシタ等の蓄電デバイスにあっては、荷充電等に起因して内部の電解液が分解することによりガスが発生する。そして、このガスが内部に充満して上記ラミネート外装を膨張させる結果、大きな変形を生じ、最終的に破裂を生じて上記ガスが噴出したり、あるいは漏液したりする等の安全上の問題を発生する。

そこで、例えば下記特許文献１においては、端子の配置部と異なる封止部の適所に、接着部分からなり、かつ耐圧性能（剥離強度）が封止部よりも低い封止部を設け、内部圧力増加時に上記接着部分が剥離してガス放出口が形成されることにより、内部のガスを排出してラミネートフィルムの破裂を防止する非水系扁平型電池が提案されている。
特開平１１−８６８２３号公報

ところが、上記特許文献１に見られる従来の扁平型電池においては、ラミネート外装内の圧力が増加すると、即座に上記接着部分が剥離してガス放出が行われてしまうために、いまだ電池部分が使用可能な状態であるにも拘わらず、その後の使用が不可能になってしまい、経済性に劣るとともに安定性に欠けるという問題点があった。

また、従来の他の解決手段として、ラミネート外装の封止部に、内圧の増加に伴って当該ラミネート外装が膨張した際に、ラミネートフィルムに孔を開けて内部のガスを放出させる突起部が内装された開裂治具を設けた蓄電デバイスも提案されている。

ところが、このような蓄電デバイスにあっては、上記開裂治具によって当該蓄電デバイスの封止部に凸部が形成されてしまうために、封止部の密着性が弱まり、内部に水分などが入って劣化するおそれがあった。加えて、膨張したラミネートフィルムに突起部によって穿孔するためには、上記突起部の大きさや先端位置等の設定が難しいとともに、デバイス全体としてのコストアップを招くという問題点もあった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、ラミネート外装に余分な凸部が形成されることが無く、かつ簡易な構造によってガス発生後の所望の時期に当該ガスを確実に外部に放出することが可能になるガス排出部を備えた蓄電デバイスを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ラミネートフィルムからなる収納部に、集電体の両面に正極が形成された正極板と集電体の両面に負極が形成された負極板とが、セパレータを間に介して複数組積層されるとともに電解液が注液されてなる電極部が組み込まれ、上記集電体に接続された正極および負極の端子が外方に延出された状態で上記収納部の外周が全周にわたって形成された封止部により封じられた蓄電デバイスにおいて、上記収納部と上記端子の延出部を除く上記封止部との間に、上記ラミネートフィルムが積層されてなるバッファ部を形成し、このバッファ部に、積層された上記ラミネートフィルム同士が上記封止部よりも弱い剥離強度で密着された第２の封止部を少なくとも一部に含んで環状に閉じられたガス排出部を設け、このガス排出部内の上記ラミネートフィルムにガス排出孔を穿設したことを特徴とするものである。

ここで、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記ガス排出部が、第２の封止部のみによって形成されていることを特徴とするものである。

これに対して、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記ガス排出部が、上記封止部と上記第２の封止部とによって形成されていることを特徴とするものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記ガス排出孔が、上記収納部および上記バッファ部を形成するラミネートフィルムよりも耐圧強度の小さい膜材によって塞がれていることを特徴とするものである。

さらに、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、上記封止部と上記ガス排出部との間の上記バッファ部には、当該封止部から上記ガス排出部へ向けたガスの流れを迂回させる流路壁を備えたガス迂回流路が形成されていることを特徴とするものである。

請求項１〜５のいずれかに記載の発明においては、ラミネート外装内の電極部が収納された収納部と封止部との間に、単にラミネートフィルムが積層された状態であって互いに接着されていないバッファ部を形成しているために、電極部においてガスが発生して上記収納部の内圧が高まった際に、先ず上記ガスをラミネートフィルム間からバッファ部内へと流入させることができる。

そして、上記バッファ部に、上記封止部よりも弱い剥離強度でラミネートフィルムが密着された第２の封止部を少なくとも一部に含んで環状に閉じられたガス排出部を設け、このガス排出部内にガス排出孔を穿設しているために、上記ガスの発生が続いてバッファ部内の流入ガスの圧力が増加した際に、はじめて上記ガス圧によって第２の封止部のラミネートフィルム同士を剥離させ、上記ガスを環状のガス排出部内へと流入させてガス排出孔から外部へと排出させることができる。

この結果、ガス発生初期において、電極部がいまだ使用可能な状態である場合には、そのまま安定的に使用を継続させることができるために、経済性に優れる。また、予め上記バッファ部内へのガスの流入を検知する手段を設けておけば、最終的に外部へのガスの排出が行われる前に、電極部の劣化を検知して当該蓄電デバイスを交換等することができ、よってガスの排出による隣接装置への被害の発生を未然に防止することが可能になる。

さらに、バッファ部に設けたガス排出孔を、環状に閉じられたガス排出部内に形成しているために、平常時に外部の湿気がラミネート外装内に侵入することを防止することができる。このように、本発明に係る蓄電デバイスによれば、ラミネート外装に余分な凸部が形成されることが無く、かつ簡易な構造によってガス発生後の所望の時期に当該ガスを確実に外部に放出することができる。

ここで、上記ガス排出部は、例えば請求項２に記載の発明のように、収納部から離間した位置においてバッファ部のラミネートフィルム同士を環状に熱融着することによって形成することができる。この際に、上記環状部分の一部のみを上記封止部よりも弱い剥離強度で密着された第２の封止部によって形成することもできる。

さらに、請求項３に記載の発明のように、上記封止部と第２の封止部とによって環状に閉じることにより形成することもできる。例えば、ラミネート外装が方形である場合には、バッファ部の２辺の封止部の角隅部に、全体として直角３角形を形成するようにして第２の封止部を設ければ、収納部から最も離間した位置にガス排出部が形成されることになって好適である。

なお、上記第２の封止部を、ラミネート外装の外周部の上記封止部と同様の方法、例えば熱融着によって形成する場合には、上記第２の封止部の幅を、上記封止部の幅よりも狭くして形成することにより、容易に第２の封止部を、上記封止部よりも弱い剥離強度で形成することが可能である。

また、上記ガス排出孔は、貫通孔として形成することも可能であるが、特に請求項４に記載の発明のように、当該ガス排出孔を、収納部およびバッファ部を形成するラミネートフィルムよりも耐圧強度の小さい膜材によって塞いでおけば、平常時における外部からの湿気の侵入を一層確実に防ぐことができて好適である。

しかも、上記膜材は、他の部分を形成するラミネートフィルムよりも耐圧強度が小さいために、発生したガスがガス排出部内に流入した際には、そのガス圧によって優先的に開裂されて、当該ガスを円滑に外部に排出させることができる。

なお、上記膜材としては、上記ラミネートフィルムのガス排出孔に対向する部分を局所的に薄肉にすることにより形成してもよく、あるいはガス排出孔を貫通孔によって形成するとともに、その開口を上記ラミネートフィルムよりも耐圧強度の小さい別の膜材によって覆うことにより形成することもできる。

さらに、バッファ部についても、ラミネートフィルムを単に積層することによって形成することができるが、当該バッファ部に、例えば請求項５に記載の発明のように、上記封止部からガス排出部へ向けたガスの流れを迂回させる流路壁を備えたガス迂回流路を形成すれば、収納部において急激にガスが発生した際にも、流路抵抗を増加させてガスのみを選択的に流入させることにより、電解液がバッファ部に流入することを抑制することが可能になる。

（第１の実施形態）
図１〜図３は、本発明に係る蓄電デバイスを、リチウムイオンキャパシタに適用した第１の実施形態およびその変形例を示すもので、図６および図７に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してある。また、収納部１３内の電極部１２の構成も、図７に示したものと同一である。

図１に示すように、このリチウムイオンキャパシタにおいては、略長方形の板状を形成する電極部１２の両面を覆ってラミネート外装２０を構成する一対の方形のラミネートフィルム２１の寸法が、図６に示したものよりも大きく形成されている。すなわち、このラミネートフィルム２１においては、集電タブ（端子）１０、１１が延出する側の辺２１ａの長さ寸法が、図６に示したラミネートフィルムの長さ寸法よりも大きく形成されている。

そして、このラミネート外装２０においても、一対のラミネートフィルム２１の外周の幅寸法Ｗ₀の部分が全周にわたって熱融着されることにより、外周部に封止部２２が形成されている。ここで、電極部１２を収納した収納部１３は、上記辺２１ａと直交する１辺２１ｂ側に配置されている。

これにより、ラミネート外装２０の内部には、電極部１２を収納した収納部１３と、上記１辺２１ｂと対向する１辺２１ｃ側の封止部２２との間に、ラミネートフィルム２１が単に積層されて互いに接着されていないバッファ部２３が形成されている。

そして、このバッファ部２３の収納部１３から離間した位置に、積層されたラミネートフィルム２１同士が円環状に熱融着によって接着されてなる第２の封止部２４が形成されている。ここで、第２の封止部２４は、その幅寸法Ｗ₁が封止部２２の幅寸法Ｗ₀よりも小さくなるように形成されている。これにより、第２の封止部２４は、封止部２２よりも弱い剥離強度に形成されるとともに、この第２の封止部２４内に、ガス排出部２５が形成されている。

さらに、この円環状に閉じられたガス排出部２５の中心部には、図２に示すように、一対のラミネートフィルム２１を貫通するガス排出孔２６が穿設されている。

なお、上記ガス排出孔２６は、貫通孔によって形成したが、これに限るものはなく、上記ガス排出孔２６に代えて、図３に示す変形例のように、ガス排出部２５の中心部の円形部分を、他の部分におけるラミネートフィルム２１の厚さよりも薄肉に形成することにより、上記他の部分よりも耐圧強度の小さいラミネートフィルム２１ａ（膜材）によって塞がれたガス排出孔２７を形成することもできる。

以上の構成からなるリチウムイオンキャパシタによれば、ラミネート外装２０内の収納部１３と封止部２２との間に、単にラミネートフィルム２１が積層された状態であって互いに接着されていないバッファ部２３を形成しているために、電極部１２においてガスが発生して収納部１３の内圧が高まった際に、先ずガスを一対のラミネートフィルム２１の間２８（図２、図３参照）を通してバッファ部２３内へと流入させることができる。

そして、バッファ部２３に、封止部２２よりも弱い剥離強度でラミネートフィルム２１が熱融着された円環状の第２の封止部２４を形成し、この第２の封止部２４内にガス排出部２５を設けて、このガス排出部２５の中心部にガス排出孔２６（２７）を形成しているために、上記ガスの発生が続いてバッファ部２３内の流入ガスの圧力が増加した際に、はじめて上記ガス圧によって封止部２２よりも弱い剥離強度で密着された第２の封止部２４のラミネートフィルム２１同士を剥離させて、上記ガスをガス排出部２５内へと流入させ、ガス排出孔２６（２７）から外部へと排出させることができる。

この結果、ガス発生初期において、電極部１２がいまだ使用可能な状態である場合には、そのまま安定的に使用を継続させることができるために、経済性に優れる。また、予めバッファ部２３内へのガスの流入を検知する手段を設けておけば、最終的に外部へのガスの排出が行われる前に、電極部１２の劣化を検知して当該リチウムイオンキャパシタを交換等することができ、よってガスの排出による隣接装置への被害の発生を未然に防止することが可能になる。

さらに、バッファ部２３に設けたガス排出孔２６を、第２の封止部２４によって円環状に閉じられたガス排出部２５内に形成しているために、平常時に外部の湿気がラミネート外装内に侵入することを防止することができる。特に、図３に示したガス排出孔２７によれば、平常時は、薄肉のラミネートフィルム２１ａによって塞がれており、ガス圧が高くなった際に、当該ガス圧によって上記ラミネートフィルム２１ａが優先的に開裂される構造であるために、平常時における外部からの湿気の侵入を一層確実に防ぐことができるという効果が得られる。

以上のように、上記構成からなるリチウムイオンキャパシタによれば、ラミネート外装２０に余分な凸部が形成されることが無く、かつ簡易な構造によってガス発生後の所望の時期に当該ガスを確実にガス排出孔２６（２７）から外部に放出することができる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明に係る蓄電デバイスをリチウムイオンキャパシタに適用した第２の実施形態を示すもので、同様に図１〜図３に示したものと同一構成部分については、同一符号を用いてその説明を簡略化する。
このリチウムイオンキャパシタにおいては、収納部１３から最も離間したバッファ部２３の角隅部、すなわち辺２１ａと辺２１ｃとの交差部に、ガス排出部３０が形成されている。

このガス排出部３０は、上記辺２１ａおよび辺２１ｃの封止部２２の角隅部に、全体として直角３角形を形成するようにして第２の封止部３１を形成することによって設けられたもので、この第２の封止部３１も、その幅寸法Ｗ₂が封止部２２の幅寸法Ｗ₀よりも小さくなるように形成されている。これにより、第２の封止部３１は、封止部２２よりも弱い剥離強度に形成されている。

そして、このガス排出部３０内に、図２または図３に示したものと同様のガス排出孔２６（２７）が形成されている。

上記構成からなるリチウムイオンキャパシタによっても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。加えて、本実施形態においては、ガス排出部３０が、収納部１３から最も離間した位置に形成されているために、バッファ部２３におけるガスのバッファ作用を最大限発揮させることができる。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態を示すもので、このリチウムイオンキャパシタは、図１〜図３に示した第１の実施形態におけるバッファ部２３に、さらに封止部１３からガス排出部２５へ向けたガスの流れを迂回させるガス迂回流路３２を形成したことに特徴がある。

すなわち、このリチウムイオンキャパシタにおいては、収納部１３とガス排出部２５との間に、一端部が一方の辺２１ａ側の封止部２２に接続されるとともに、他方の辺２１ａの近傍まで延出する直線状の流路壁３３ａと、一端部が他方の辺２１ａ側の封止部２２に接続されるとともに、一方の辺２１ａの近傍まで延出する直線状の流路壁３３ｂとが、収納部１３から離間する方向に交互に形成されている。

ちなみに、この流路壁３３ａ、３３ｂは、一対のラミネートフィルム２１同士を直線状に熱融着させることにより形成されたものである。これにより、バッファ部２３には、収納部１３から排出されたガスが、流路壁３３ａ、３３ｂ間に形成されたガス迂回流路３２を流れてガス排出部２５に到達するようになっている。

この結果、第３の実施形態に示したリチウムイオンキャパシタにおいても、第１の実施形態と同様の作用効果が得られるとともに、さらに封止部１３からガス排出部２５へ向けたガスの流れを迂回させる流路壁３３ａ、３３ｂを備えたガス迂回流路３２を形成しているために、収納部１３において急激にガスが発生した際にも、流路抵抗を増加させてガスのみを選択的に流入させることにより、電解液がバッファ部２３に流入することを抑制することができる。

なお、上記実施の形態においては、本発明に係る蓄電デバイスを、リチウムイオンキャパシタに適用した場合についてのみ説明したが、これに限るものではなく、セパレータを介して対向配置された複数層の正極板と負極板との間に、リチウム塩を含む電解液が注液されて封止されたラミネート外装によるリチウムイオン二次電池等の他の蓄電デバイスに対しても、同様に適用することができる。

本発明の第１の実施形態を示す平面図である。 図１のガス排出部近傍を拡大して示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）はＸ−Ｘ線視断面図である。 図２の変形例であって図１のガス排出部近傍を拡大して示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）はＹ−Ｙ線視断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態を示す平面図である。 従来のリチウムイオンキャパシタを示す平面図である。 図６の縦断面図である。

符号の説明

１０、１１ 集電タブ（端子）
１２ 電極部
１３ 収納部
２０ ラミネート外装
２１ ラミネートフィルム
２１ａ ラミネートフィルムの薄肉部分（膜材）
２２ 封止部
２３ バッファ部
２４、３１ 第２の封止部
２５、３０ ガス排出部
２６、２７ ガス排出孔
３２ ガス迂回流路
３３ａ、３３ｂ 流路壁

Claims (5)

1. ラミネートフィルムからなる収納部に、集電体の両面に正極が形成された正極板と集電体の両面に負極が形成された負極板とが、セパレータを間に介して複数組積層されるとともに電解液が注液されてなる電極部が組み込まれ、上記集電体に接続された正極および負極の端子が外方に延出された状態で上記収納部の外周が全周にわたって形成された封止部により封じられた蓄電デバイスにおいて、
   上記収納部と上記端子の延出部を除く上記封止部との間に、上記ラミネートフィルムが積層されてなるバッファ部を形成し、このバッファ部に、積層された上記ラミネートフィルム同士が上記封止部よりも弱い剥離強度で密着された第２の封止部を少なくとも一部に含んで環状に閉じられたガス排出部を設け、このガス排出部内の上記ラミネートフィルムにガス排出孔を穿設したことを特徴とする蓄電デバイス。
2. 上記ガス排出部は、第２の封止部のみによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス。
3. 上記ガス排出部は、上記封止部と上記第２の封止部とによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス。
4. 上記ガス排出孔は、上記収納部および上記バッファ部を形成するラミネートフィルムよりも耐圧強度の小さい膜材によって塞がれていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の蓄電デバイス。
5. 上記封止部と上記ガス排出部との間の上記バッファ部には、当該封止部から上記ガス排出部へ向けたガスの流れを迂回させる流路壁を備えたガス迂回流路が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の蓄電デバイス。

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