JP2012119620A - 蓄電セル - Google Patents
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Abstract
【課題】フィルム状ケースの液漏れを防止すること。
【解決手段】積層された集電極２，３を電解液と共に収容するフィルム状ケース１０と、集電極２，３に接続されフィルム状ケース１０の外部に露出する電極端子２０Ａ，２０Ｂと、を備え、電極端子２０Ａ，２０Ｂを介して充放電可能な蓄電セルであって、フィルム状ケース１０の曲がり部１４ａ〜１４ｄは平行に形成される。
【選択図】図２
【解決手段】積層された集電極２，３を電解液と共に収容するフィルム状ケース１０と、集電極２，３に接続されフィルム状ケース１０の外部に露出する電極端子２０Ａ，２０Ｂと、を備え、電極端子２０Ａ，２０Ｂを介して充放電可能な蓄電セルであって、フィルム状ケース１０の曲がり部１４ａ〜１４ｄは平行に形成される。
【選択図】図２
Description
本発明は、充放電可能な蓄電セルに関するものである。
ラミネートフィルムなどの薄膜材料をケースとして用いた蓄電セルは、スペース効率や放熱性が高いことから、電気二重層キャパシタのみならず、リチウムイオン電池などの２次電池においても用いられている。
この種の蓄電セルのケースは、一般的にプレス加工によって成形されるため、局所的に見ると引っ張り変形や曲げ変形の度合いが大きい箇所が偏在している。このような箇所には、液漏れの原因とするシワや亀裂が発生し易い。
特許文献１には、フィルム外装体の凹部の内表面の角部に補強部材を設けることが開示されている。
引用文献１に記載のフィルム外装体は、応力緩和を目的として補強部材を用い、亀裂の発生を防止するものである。しかし、補強部材を用いる方法では、亀裂の発生を完全に無くすことはできず、また、補強部材とフィルムが密着していなければ、液漏れを防ぐことができない。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、フィルム状ケースの液漏れを防止することを目的とする。
本発明は、積層された集電極を電解液と共に収容するフィルム状ケースと、前記集電極に接続され、前記フィルム状ケースの外部に露出する電極端子と、を備え、前記電極端子を介して充放電可能な蓄電セルであって、前記フィルム状ケースの曲がり部は平行に形成されることを特徴とする。
本発明によれば、フィルム状ケースの曲がり部は平行に形成されるため、フィルム状ケースには角部が存在しない。曲がり部は塑性変形量が少ないため、亀裂発生の原因となる欠陥を生じ難い。したがって、フィルム状ケースからの液漏れを防止することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る蓄電セルについて説明する。
蓄電セルは、充放電可能なものであり、電気二重層キャパシタの他、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの２次電池である。以下の実施の形態では、蓄電セルが電気二重層キャパシタ（以下、単に「キャパシタ」と称する。）である場合について説明する。
以下、図１〜図５を参照して、キャパシタ１００について説明する。
図１に示すように、キャパシタ１００は、両端に開口部１０ａ，１０ｂを有するフィルム状ケース１０と、フィルム状ケース１０の開口部１０ａ，１０ｂを閉塞してフィルム状ケース１０の外部に露出する一対の電極端子２０と、を備える。
フィルム状ケース１０の内部には、正極集電極２と、負極集電極３と、正極集電極２と負極集電極３の間に介在され両者を隔離するセパレータ（図示省略）とを所定数積層した積層体５が収容される。また、フィルム状ケース１０の内部には、電解液が密封される。つまり、フィルム状ケース１０内には積層体５と電解液が収容される。
セパレータは、正極集電極２と負極集電極３の接触を防ぐが、イオンの流通は妨げないものであり、紙または樹脂製のシートで構成される。正極集電極２及び負極集電極３の表面には電気二重層を構成する活性炭が塗布される。
キャパシタ１００は、正極集電極２と負極集電極３の両極それぞれで電気二重層による静電容量によって電荷を蓄えるとともに、蓄えた電荷を放出するものである。充放電は電極端子２０を介して行われる。
次に、図２を参照して、フィルム状ケース１０について説明する。
フィルム状ケース１０は、積層体５を収容する断面形状が略コの字状の本体部１１と、本体部１１の両端部から略垂直に外側に向かって延在する鍔部１２とからなる枠体１３を２つ向かい合わせて、互いの鍔部１２の表面１２ａを接合することによって構成される。これにより、フィルム状ケース１０の両端に開口部１０ａ，１０ｂが形成される。なお、図２は２つの枠体１３を接合する前の図であり、フィルム状ケース１０の分解斜視図である。
１つの枠体１３は、ラミネートフィルムのシートを折り曲げることによって成形される。ラミネートフィルムのシートを折り曲げて本体部１１と鍔部１２を成形することによって、枠体１３には４つの直線状の曲がり部１４ａ〜１４ｄが形成されることになる。４つの曲がり部１４ａ〜１４ｄは平行に形成される。このように、枠体１３に形成される全ての曲がり部１４ａ〜１４ｄは平行に形成される。したがって、フィルム状ケース１０の内部空間の断面積は長手方向に一様であり、両端の開口部１０ａ，１０ｂの開口面積は、積層体５が収容される空間の断面積と同じである。
ラミネートフィルムは、金属箔の金属層を樹脂層にて被服した多層構造のフィルム材である。ラミネートフィルムの少なくとも一方の表層は、熱可塑性樹脂にて形成される。２つの枠体１３の接合は、鍔部１２の表面層である熱可塑性樹脂を互いに突き合わせ、熱可塑性樹脂を熱溶着させることによって行われる。なお、シートは、ラミネートフィルムに限られるものではなく、フィルム状のシートであれば樹脂製や金属製のシートを用いてもよい。
図３に、比較例として従来のフィルム状ケース３０を示す。フィルム状ケース３０は、箱状の本体部３１と、本体部３１の開口縁から略垂直に外側に向かって延在する鍔部３２とからなる枠体３３を２つ向かい合わせて、互いの鍔部３２の表面３２ａを接合することによって構成される。なお、図３は２つの枠体３３を接合する前の図であり、フィルム状ケース３０の分解斜視図である。
１つの枠体３３は、ラミネートフィルムのシートをプレスすることによって成形される。このようにして成形されたフィルム状ケース３０では、曲がり部は平行に形成されない。したがって、例えば角部３５は、それぞれ方向の異なる３つの曲がり部３４ａ，３４ｂ，３４ｃによって造形される。つまり、角部３５は、３軸方向の曲げによって造形され、３次元的な応力による塑性変形を受けている。そのため、角部３５におけるラミネートフィルムの各層は薄くなり、角部３５に亀裂が発生するおそれがある。特に、ラミネートフィルムの金属層は塑性変形による加工硬化によって靭性が失われ易く、亀裂発生の原因となる欠陥を生じ易い。
これに対して、本実施の形態のフィルム状ケース１０では、全ての曲がり部１４ａ〜１４ｄが１軸方向の曲げによって造形されるものであるため、角部は存在せず単純な曲げ形状が存在するだけである。曲がり部１４ａ〜１４ｄは塑性変形量が少ないため、亀裂発生の原因となる欠陥を生じ難い。さらに、図４に示すように、曲がり部１４ａ〜１４ｄを丸みのある曲面状とすることによって、塑性変形量がさらに少なくなり、曲がり部１４ａ〜１４ｄの肉厚を他の部位と同等の厚さに維持することができ、亀裂発生の原因となる欠陥がより生じ難くなる。
次に、図５を参照して、フィルム状ケース１０の開口部１０ａ，１０ｂに設けられる電極端子２０について説明する。
電極端子２０は、正極集電極２に電気的に接続される正電極端子２０Ａと、負極集電極３に電気的に接続される負電極端子２０Ｂとからなる。正電極端子２０Ａはフィルム状ケース１０の一方の開口部１０ａを閉塞して設けられ、負電極端子２０Ｂは他方の開口部１０ｂを閉塞して設けられる。正電極端子２０Ａと負電極端子２０Ｂは同一形状であるため、以下では正電極端子２０Ａについて説明する。
正電極端子２０Ａは、アルミニウムなど導電性を有する金属にて構成される。正電極端子２０Ａは、カップ状に形成され開口部１０ａの内周に接合される本体部２１と、本体部２１に延設されフィルム状ケース１０の外部に引き出される外部端子部２２と、本体部２１の底面に突設され正極集電極２に接続される集電極接続部２３とを有する。負電極端子２０Ｂの集電極接続部２３は、負極集電極３に接続される。
本体部２１は、略長円形の開口を有し、深さのある有底のカップ状に形成される。本体部２１は、その全外周に亘って形成されるシール面２５を有する。シール面２５には、均一な厚さの熱可塑性樹脂が設けられる。本体部２１は、熱可塑性樹脂を介してフィルム状ケース１０の開口部１０ａの内周に接合される。このように、本体部２１は、その全外周がフィルム状ケース１０の開口部１０ａの全内周に接合される。シール面２５の熱可塑性樹脂は、ラミネートフィルムの表面層の熱可塑性樹脂と同一であることが望ましい。このように構成すれば、熱溶着が容易となり、本体部２１外周と開口部１０ａ内周とのシール性能が高くなる。なお、シール面２５に熱可塑性樹脂を設けずに、ラミネートフィルムの表面層の熱可塑性樹脂によって本体部２１外周と開口部１０ａ内周とを直接接合するようにしてもよい。
ここで、一般的に、キャパシタは、ケース内部の熱を電極端子を通じて放熱する。キャパシタの発熱量は化学反応を利用する化学電池と比べると小さいものであるが、ケース内部で発生した熱については外部へ排出する必要がある。電極端子２０は、それぞれフィルム状ケース１０の開口部１０ａ，１０ｂを閉塞する形状であるため、開口部１０ａ，１０ｂの開口面積と同じ大きさに形成される。したがって、キャパシタ１００では、電極端子２０が外部と熱交換し易く、フィルム状ケース１０内部の熱を効率的に外部へ排出することができる。
外部端子部２２は、矩形の平板状に形成される。外部端子部２２は、フィルム状ケース１０の外部に引き出され、隣接して設けられる他のキャパシタ１００の外部端子部２２と接続される。
集電極接続部２３は、本体部２１を挟んで外部端子部２２の反対側に形成される。集電極接続部２３は、フィルム状ケース１０の内部に突出し、平面状の接続面２３ａに正極集電極２が接続される。負電極端子２０Ｂの集電極接続部２３の接続面２３ａには、負極集電極３が接続される。
以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。
フィルム状ケース１０の曲がり部１４ａ〜１４ｄは平行に形成されるため、フィルム状ケース１０には角部が存在せず単純な曲げ形状のみが存在する。曲がり部１４ａ〜１４ｄは塑性変形量が少ないため、亀裂発生の原因となる欠陥を生じ難い。したがって、フィルム状ケース１０からの液漏れを防止することができ、キャパシタ１００の信頼性が向上し、寿命を長くすることができる。
次に、図６を参照して、本発明の他の実施の形態について説明する。上記実施の形態では、電極端子２０は、フィルム状ケース１０の開口部１０ａ，１０ｂを閉塞する形状である。これに対して、図６に示す実施の形態では、電極端子２０はアルミニウム板などの導電性の板材にて構成される。開口部１０ａ，１０ｂは熱可塑性樹脂４０にて閉塞され、電極端子２０は熱可塑性樹脂４０にて固定される。
次に、図７を参照して、本発明の他の実施の形態について説明する。上記実施の形態では、フィルム状ケース１０は、ラミネートフィルムのシートを折り曲げることによって成形された２つの枠体１３を接合することによって構成されるものである。これに対して、図７に示す実施の形態では、フィルム状ケース１０は、１枚のラミネートフィルムのシートを折り曲げて成形され、シートの両端が接合されて構成される。
フィルム状ケース１０は、積層体５を収容する断面形状が略矩形の本体部５１と、ラミネートフィルムのシートの両端を折り曲げて成形された対向する一対の鍔部５２とからなり、鍔部５２の対向する表面５２ａを接合することによって構成される。具体的には、鍔部５２の表面層である熱可塑性樹脂を互いに突き合わせ、熱可塑性樹脂を熱溶着させることによって接合が行われる。これにより、フィルム状ケース１０の両端に開口部１０ａ，１０ｂが形成される。なお、図７は鍔部５２を接合する前の図である。
フィルム状ケース１０には、６つの直線状の曲がり部５４ａ〜５４ｆが形成される。６つの曲がり部５４ａ〜５４ｆは平行に形成される。このように、フィルム状ケース１０に形成される全ての曲がり部５４ａ〜５４ｆは平行に形成される。したがって、フィルム状ケース１０の内部空間の断面積は長手方向に一様であり、両端の開口部１０ａ，１０ｂの開口面積は、積層体５が収容される空間の断面積と同じである。
フィルム状ケース１０は、１枚のラミネートフィルムのシートを折り曲げて成形されるものであり、熱溶着されるのは１箇所のみであるため、フィルム状ケース１０からの液漏れをより効果的に防止することができる。
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
１００ 電気二重層キャパシタ（キャパシタ）
２ 正極集電極（集電極）
３ 負極集電極（集電極）
５ 積層体
１０ フィルム状ケース
１０ａ，１０ｂ 開口部
１１ 本体部
１２ 鍔部
１３ 枠体
１４ａ〜１４ｄ 曲がり部
２０ 電極端子
２０Ａ 正電極端子
２０Ｂ 負電極端子
２１ 本体部
２２ 外部端子部
２３ 集電極接続部
３５ 角部
５１ 本体部
５２ 鍔部
５４ａ〜５４ｆ 曲がり部
２ 正極集電極（集電極）
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５ 積層体
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１０ａ，１０ｂ 開口部
１１ 本体部
１２ 鍔部
１３ 枠体
１４ａ〜１４ｄ 曲がり部
２０ 電極端子
２０Ａ 正電極端子
２０Ｂ 負電極端子
２１ 本体部
２２ 外部端子部
２３ 集電極接続部
３５ 角部
５１ 本体部
５２ 鍔部
５４ａ〜５４ｆ 曲がり部
Claims (8)
- 積層された集電極を電解液と共に収容するフィルム状ケースと、
前記集電極に接続され、前記フィルム状ケースの外部に露出する電極端子と、
を備え、前記電極端子を介して充放電可能な蓄電セルであって、
前記フィルム状ケースの曲がり部は平行に形成されることを特徴とする蓄電セル。 - 前記フィルム状ケースは、内部空間の断面積が長手方向に一様に形成されることを特徴とする請求項１に記載の蓄電セル。
- 前記フィルム状ケースは、フィルム状のシートを折り曲げることによって成形された２つの枠体が接合されて構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄電セル。
- 前記枠体は、
断面形状が略コの字状の本体部と、
前記本体部の両端部から外側に向かって延在する鍔部と、を備え、
前記フィルム状ケースは、前記枠体を２つ向かい合わせて互いの前記鍔部の表面を接合することによって構成されることを特徴する請求項３に記載の蓄電セル。 - 前記フィルム状ケースは、１枚のフィルム状のシートを折り曲げて成形され、シートの両端が接合されて構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄電セル。
- 前記フィルム状ケースは、
断面形状が略矩形の本体部と、
前記シートの両端を折り曲げて成形された対向する一対の鍔部と、を備え、
前記鍔部の対向する表面を接合することによって構成されることを特徴する請求項５に記載の蓄電セル。 - 前記曲がり部は曲面状に形成されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の蓄電セル。
- 前記電極端子は、その全外周が前記フィルム状ケースの端部の開口部の全内周に接合されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の蓄電セル。
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