JP2015012255A - 蓄電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】端子部材の延伸方向の振動に対して高い耐振動性を有する蓄電デバイスを提供すること。【解決手段】蓄電デバイスは、互いに重ね合わせた外装フィルムのそれぞれの外周縁部が接合された外周接合部を有する外装体と、外装体の内部に形成された収容部に収容された蓄電デバイス要素および電解液と、外装体の内部において蓄電デバイス要素の集電体に電気的に接続され、外周接合部における少なくとも一辺から外部に突出するよう設けられた端子部材とを備え、外装体は、互いに重ね合わせた前記外装フィルムの外周縁部において、外周接合部における端子部材が設けられた一辺と収容部との間に、端子部材における集電体との接続部が配置される非接合領域を有しており、外装体の内部には、その一部が非接合領域と蓄電デバイス要素との間に位置するように抑止部材が設けられていることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電デバイスに関し、更に詳しくは、電池やキャパシタ（コンデンサ）などの蓄電デバイス要素が外装体に収容されたラミネート外装蓄電デバイスに関する。

近年、正極板と負極板とがセパレータを介して巻回または交互に積層されて構成された電池要素などの蓄電デバイス要素を、電解液と共に外装体の内部に形成された収容部に収容したラミネート外装蓄電デバイス（電池やキャパシタ）は、自動車、船舶、飛行機および電車などの移動体の電源として検討されつつある。特に、ラミネート外装積層型蓄電デバイスは、軽量であることや高体積エネルギー密度が期待できることから好適と考えられている。

一方、ラミネート外装蓄電デバイスは、外装体の外部に電極端子を引き出すにあたり、通常、蓄電デバイス要素における正極板および負極板を構成する金属製の集電体に取り出し部を設け、この取り出し部を、電極端子を構成する金属製の端子部材に溶接などによって電気的に接続する。このようにして形成される端子部材における集電体（取り出し部）との接続部は、２枚の外装フィルムの外周縁部が融着封止された外周接合部に向かう方向に伸び、その一部が外周接合部の一辺から外部に突出した状態とされている。また、接続部は、複数の集電体と端子部材とが重なっていて厚みがあることから、この接続部を挟んだ状態で２枚の外装フィルムを融着封止することが困難であるため、外装体の内部に位置している。そのため、外装体の内部には、蓄電デバイス要素の端子部材を臨む側面側、すなわち蓄電デバイス要素における取り出し部が位置される側面側の周辺に余剰空間が存在している。この余剰空間（デッドスペース）は、外装体の内部で少量のガスが発生した場合において、発生したガスを収容するバッファとしても機能する。

しかしながら、このような構成のラミネート外装蓄電デバイスにおいては、移動体の電源として用いる際、特に外装体の内部で少量のガスが発生した状態では、移動時に発生する振動によって蓄電デバイス要素が外装体の内部で振動し、それに起因して接続部および当該接続部の構成部材における外装体の内部に位置する部分（具体的には、端子部材における外装体の内部に位置する部分および集電体における取り出し部）に振動による金属疲労が生じる。そして、端子部材および取り出し部に金属疲労が生じることに起因して内部抵抗が上昇したり、外装体の内部で端子部材および／または取り出し部が破断される、という問題が生じることが懸念されている。

而して、外装体の内部に位置する取り出し部の一部に、絶縁膜などを塗布形成して強度を強め、蓄電デバイスの耐振動性を高める技術が開示されている（特許文献１参照。）。
しかしながら、このような蓄電デバイスにおいては、上下方向、すなわち端子部材の厚み方向の微小振動に対する耐久性が得られるが、端子部材の延伸方向の振動に対する耐久性が充分でない、という問題がある。また、接続部および端子部材に生じる金属疲労を緩和させることができない、という問題がある。

特開２０１３−０４５７９５号公報

本発明は、以上の事情に基づいてなされたものであって、その目的は、端子部材の延伸方向の振動に対して高い耐振動性を有する蓄電デバイスを提供することにある。

本発明の蓄電デバイスは、互いに重ね合わせた外装フィルムのそれぞれの外周縁部が接合された外周接合部を有する外装体と、当該外装体の内部に形成された収容部に収容された蓄電デバイス要素および電解液と、前記外装体の内部において前記蓄電デバイス要素の集電体に電気的に接続され、前記外周接合部における少なくとも一辺から外部に突出するよう設けられた端子部材とを備えてなる蓄電デバイスであって、
前記外装体は、互いに重ね合わせた前記外装フィルムの外周縁部において、前記外周接合部における端子部材が設けられた一辺と前記収容部との間に、当該端子部材における前記集電体との接続部が配置される非接合領域を有しており、
前記外装体の内部には、その一部が前記非接合領域と前記蓄電デバイス要素との間に位置するように抑止部材が設けられていることを特徴とする。

本発明の蓄電デバイスにおいては、前記抑止部材が、前記端子部材の延伸方向に垂直な方向に伸びるデバイス要素対向面および当該端子部材の延伸方向に伸びる外装フィルム対向面を有していることが好ましい。

本発明の蓄電デバイスにおいては、前記抑止部材は、絶縁性を有するものであることが好ましい。

本発明の蓄電デバイスにおいては、前記抑止部材のデバイス要素対向面が前記蓄電デバイス要素に接触していることが好ましい。また、前記抑止部材は、外装フィルム対向面の一部が前記非接合領域に位置していることが好ましく、更に外装フィルム対向面の一部が前記外周接合部に位置していることが好ましい。

本発明の蓄電デバイスにおいては、前記抑止部材は、断面Ｌ字状の板部材であることが好ましい。

本発明の蓄電デバイスにおいては、前記抑止部材は、前記非接合領域において、前記端子部材および前記集電体が位置する領域以外の領域に位置することが好ましい。

本発明の蓄電デバイスは、移動体に搭載されることが好ましい。

本発明の蓄電デバイスは、リチウムイオンキャパシタであることが好ましい。

本発明の蓄電デバイスは、外装体の収容部において、蓄電デバイス要素の端子部材を臨む側面側に存在する空間に抑止部材が設けられている。そのため、蓄電デバイス全体に振動が生じても、蓄電デバイス要素が端子部材の延伸方向に振動することが抑制されるので、端子部材および集電体における接続部とその周辺部分の金属疲労による内部抵抗の上昇を抑制することができると共に、当該端子部材および集電体における接続部とその周辺部分に破断が生じることを抑制することができる。
従って、本発明の蓄電デバイスによれば、端子部材の延伸方向の振動に対して高い耐振動性が得られる。
このように、本発明の蓄電デバイスは、例えば移動体に搭載されて動的な使用を行うことによって振動が加えられた場合において、内部抵抗の上昇を抑制すると共に、端子部材および集電体における接続部とその周辺部分の破断の発生を抑制することができるものであるため、自動車、船舶、飛行機および電車などの移動体の電源として好適に用いることができる。

本発明の蓄電デバイスの一例を示す説明用平面図である。 図１の蓄電デバイスの要部を拡大して示す説明用拡大図である。 図２のＡ−Ａ線断面を示す説明用断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面を示す説明用断面図である。 図１のＣ−Ｃ線断面を示す説明用断面図である。 図１のＤ−Ｄ線断面を示す説明用断面図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の蓄電デバイスの一例を示す説明用平面図であり、図２は、図１の蓄電デバイスの要部を拡大して示す説明用拡大図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線断面を示す説明用断面図であり、図４は、図２のＢ−Ｂ線断面を示す説明用断面図である。また、図５は、図１のＣ−Ｃ線断面を示す説明用断面図であり、図６は、図１のＤ−Ｄ線断面を示す説明用断面図である。
この蓄電デバイス１０において、外装体２０は、それぞれ熱融着性を有する長方形の上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂが、互いに重ね合わせた状態で、それぞれの外周縁部の全周にわたって形成された外周接合部２２において相互に気密に接合されて構成されている。外装体２０の内部には、蓄電デバイス要素１１が収容される収容部２３が形成され、当該収容部２３内には、略直方体状の蓄電デバイス要素１１が電解液と共に収容されている。また、外装体２０の内部には、蓄電デバイス要素１１および電解液と共に、抑止部材３１，３３が設けられている。
外装体２０の外周接合部２２における１つの辺（図１において左辺）２２ａには、正極用端子部材１４が設けられている。この正極用端子部材１４は、その一端が外装体２０の内部において蓄電デバイス要素１１の正極集電体１２ａに電気的に接続されており、その他端が辺２２ａから外部に突出している。また、辺２２ａにおいて、正極用端子部材１４が設けられた部分では、上部外装フィルム２１Ａと下部外装フィルム２１Ｂとは、正極用端子部材１４を介して接合されている。一方、辺２２ａに対向する辺（図１において右辺）２２ｃには、負極用端子部材１５が設けられている。この負極用端子部材１５は、その一端が外装体２０の内部において蓄電デバイス要素１１の負極集電体１３ａに電気的に接続されており、その他端が辺２２ｃから外部に突出している。また、辺２２ｃにおいて、負極用端子部材１５が設けられた部分では、上部外装フィルム２１Ａと下部外装フィルム２１Ｂとは、負極用端子部材１５を介して接合されている。
図示の例では、上部外装フィルム２１Ａにおける収容部２３を形成する部分には、絞り加工が施されている。また、外周接合部２２の辺２２ｂ，２２ｄの少なくとも一方には安全弁（図示せず）が形成されている。

そして、互いに重ね合わされた上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの外周縁部には、辺２２ａおよび辺２２ｃの各々と収容部２３との間に、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂが接合されていない非接合領域２５ａ，２５ｂが存在している。
この非接合領域２５ａには、正極用端子部材１４における正極集電体１２ａとの接続部１４ａが配置されている。一方、非接合領域２５ｂには、負極用端子部材１５における負極集電体１３ａとの接続部１５ａが配置されている。
図示の例において、非接合領域２５ａには、接続部１４ａと共に、当該接続部１４ａに連続する正極用端子部材１４の一部および正極集電体１２ａ（取り出し部１６）の一部が配置されており、これらの接続部１４ａ、正極用端子部材１４および正極集電体１２ａによって２つの領域（辺２２ｂ側の領域および辺２２ｄ側の領域）が区画されている。この２つの領域は、当該領域を区画する部材（正極用端子部材１４および正極集電体１２ａ）と上部外装フィルム２１Ａとの間の間隙、および当該領域を区画する部材と下部外装フィルム２１Ｂとの間の間隙を介して連通している。一方、非接合領域２５ｂには、接続部１５ａと共に、当該接続部１５ａに連続する負極用端子部材１５の一部および負極集電体１３ａ（取り出し部１７）の一部が配置されており、これらの接続部１５ａ、負極用端子部材１５および負極集電体１３ａによって２つの領域（辺２２ｂ側の領域および辺２２ｄ側の領域）が区画されている。この２つの領域は、当該領域を区画する部材（負極用端子部材１５および負極集電体１３ａ）と上部外装フィルム２１Ａとの間の間隙、および当該領域を区画する部材と下部外装フィルム２１Ｂとの間の間隙を介して連通している。

また、外装体２０の内部においては、蓄電デバイス要素１１と辺２２ａとの間に、抑止部材３１が設けられている。一方、蓄電デバイス要素１１と辺２２ｃとの間には、抑止部材３３が設けられている。
ここに、外装体２０の内部において、蓄電デバイス要素１１と辺２２ａとの間、および蓄電デバイス要素１１と辺２２ｃとの間には、各々、抑止部材３１，３３が少なくとも１つ配設されていればよく、図示されているように複数配設されていてもよい。

抑止部材３１，３３は、蓄電デバイス要素１１が、収容部２３において端子部材（正極用端子部材１４または負極用端子部材１５）の延伸方向に移動することを抑止するデバイス要素移動抑止機能を有している。
具体的には、抑止部材３１は、収容部２３においてデバイス要素１１が正極用端子部材１４の延伸方向に移動することを抑止するデバイス要素移動抑止機能を有している。一方、抑止部材３３は、収容部２３においてデバイス要素１１が負極用端子部材１５の延伸方向に移動することを抑止するデバイス要素移動抑止機能を有している。

この抑止部材３１は、正極用端子部材１４の延伸方向に垂直な方向に蓄電デバイス要素１１に沿って伸びるデバイス要素対向面３１ａと、正極用端子部材１４の延伸方向に下部外装フィルム２１Ｂに沿って収容部２３から辺２２ａに向かって伸びる外装フィルム対向面３１ｂを有する形状のものである。一方、抑止部材３３は、負極用端子部材１５の延伸方向に垂直な方向に蓄電デバイス要素１１に沿って伸びるデバイス要素対向面３３ａと、負極用端子部材１５の延伸方向に下部外装フィルム２１Ｂに沿って収容部２３から辺２２ｃに向かって伸びる外装フィルム対向面３３ｂを有する形状のものである。
ここに、抑止部材３１，３３は、デバイス要素対向面３１ａ，３３ａと外装フィルム対向面３１ｂ，３３ｂとを有するものに限定されず、収容部２３において蓄電デバイス要素１１が端子部材（正極用端子部材１４または負極用端子部材１５）の延伸方向に移動することを抑止することのできるものであれば、その形状が特に限定されるものではないが、図１〜図６に示されているような断面Ｌ字状の板部材、断面直角三角形状の三角柱部材または平板状の板部材であることが好ましく、更に好ましくは断面Ｌ字状の板部材または断面直角三角形状の三角柱部材であり、特に好ましくは断面Ｌ字状の板部材である。
抑止部材３１，３３が断面Ｌ字状の板部材であることにより、外装体２０の内部において、蓄電デバイス要素１１と辺２２ａとの間の空間（以下、「正極用端子部材側空間」ともいう。）、および蓄電デバイス要素１１と辺２２ｃとの間の空間（以下、「負極用端子部材側空間」ともいう。）を有効に利用して抑止部材３１，３３を所期の状態に配設することができる。
図示の例において、断面Ｌ字状の板部材よりなる抑止部材３１は、一方の平板部３２ａの一面によってデバイス要素対向面３１ａが構成されており、他方の平板部３２ｂの一面によって外装フィルム対向面３１ｂが構成されている。そして、デバイス要素対向面３１ａと外装フィルム対向面３１ｂとは互いに接しており、これらのデバイス要素対向面３１ａおよび外装フィルム対向面３１ｂの交わる稜は、正極用端子部材側空間において下部外装フィルム２１Ｂ側に位置している。一方、断面Ｌ字状の板部材よりなるデバイス要素移動抑止部材３３は、一方の平板部３４ａの一面によってデバイス要素対向面３３ａが構成されており、他方の平板部３４ｂの一面によって外装フィルム対向面３３ｂが構成されている。そして、デバイス要素対向面３３ａと外装フィルム対向面３３ｂとは互いに接しており、これらのデバイス要素対向面３３ａおよび外装フィルム対向面３３ｂの交わる稜は、負極用端子部材側空間において下部外装フィルム２１Ｂ側に位置している。

抑止部材３１，３３において、デバイス要素対向面３１ａ，３３ａは、収容部２３に位置し、蓄電デバイス要素１１に接触していることが好ましい。
デバイス要素対向面３１ａ，３３ａが蓄電デバイス要素１１に接触することにより、蓄電デバイス１０に振動が加えられた場合において、その振動によって、蓄電デバイス要素１１が端子部材（正極用端子部材１４または負極用端子部材１５）の延伸方向に移動することを抑止できる。
また、外装フィルム対向面３１ｂ，３３ｂは、一部が非接合領域２５ａ，２５ｂに位置していることが好ましい。すなわち、外装フィルム対向面３１ｂ，３３ｂは、一部が非接合領域２５ａ，２５ｂに位置し、当該一部以外の他部が収容部２３に位置していることが好ましい。
外装フィルム対向面３１ｂ，３３ｂの一部が非接合領域２５ａ，２５ｂに位置することにより、抑止部材３１，３３を所期の状態、例えばデバイス要素対向面３１ａ，３３ａが蓄電デバイス要素１１に接触した状態に保持することができる。しかも、抑止部材３１，３３における、外装フィルム対向面３１ｂ，３３ｂが非接合領域２５ａ，２５ｂに位置する部分の一部分または全部を、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂに熱融着することによって抑止部材３１，３３を固定することができる。そして、抑止部材３１，３３は、熱融着によって固定化することにより、一層確実に所期の状態で保持される。
そして、デバイス要素対向面３１ａ，３３ａが蓄電デバイス要素１１に接触し、かつ外装フィルム対向面３１ｂ，３３ｂの一部が非接合領域２５ａ，２５ｂに位置することにより、蓄電デバイス１０に振動が加えられた場合において、その振動によって蓄電デバイス要素１１が端子部材（正極用端子部材１４または負極用端子部材１５）の延伸方向に移動しても、端子部材（正極用端子部材１４または負極用端子部材１５）および集電体（正極集電体１２ａまたは負極集電体１３ａ）における接続部１４ａ，１５ａとその周辺部分に負荷がかかりにくくなる。そのため、端子部材および集電体における接続部１４ａ，１５ａとその周辺部分に金属疲労が生じることを抑制できる。その結果、これらの端子部材および集電体における接続部１４ａ，１５ａとその周辺部分の金属疲労による内部抵抗の上昇および破断の発生を抑制できる。
図示の例において、抑止部材３１，３３は、デバイス要素対向面３１ａ，３３ａを構成する平板部３２ａ，３４ａが収容部２３に位置し、また外装フィルム対向面３１ｂ，３３ｂを構成する平板部３２ｂ，３４ｂの一部が非接合領域２５ａ，２５ｂに位置すると共に当該一部以外の他部が収容部２３に位置している。
また、抑止部材３１，３３は、デバイス要素対向面３１ａ，３３ａが蓄電デバイス要素１１におけるリチウム極取り出し部材１９に接触した状態とされている。

抑止部材３１，３３は、図示されているように、非接合領域２５ａ，２５ｂにおいて、各々、端子部材および集電体が位置する領域に存在しないことが好ましい。すなわち、抑止部材３１は、外装フィルム対向面３１ｂが、非接合領域２５ａにおける正極用端子部材１４および正極集電体１２ａが位置する領域（以下、「正極端子集電体領域」ともいう。）以外の領域に位置されていることが好ましい。この正極端子集電体領域には、勿論、正極用端子部材１４における正極集電体１２ａとの接続部１４ａが位置する領域が含まれる。一方、抑止部材３３は、外装フィルム対向面３３ｂが、非接合領域２５ｂにおける負極用端子部材１５および負極集電体１３ａが位置する領域（以下、「負極端子集電体領域」ともいう。）以外の領域に位置されていることが好ましい。この負極端子集電体領域には、勿論、負極用端子部材１５における負極集電体１３ａとの接続部１５ａが位置する領域が含まれる。
抑止部材３１，３３が、それぞれ正極端子集電体領域および負極端子集電体領域以外の領域に存在することにより、抑止部材３１，３３が端子部材（正極用端子部材１４または負極用端子部材１５）および接続部１４ａ，１５ａに接触して応力がかかることに起因して内部抵抗が上昇することを抑制できる。
図示の例において、非接合領域２５ａには、接続部１４ａ、正極用端子部材１４および正極集電体１２ａによって区画された２つの領域の各々に、１つの抑止部材３１の外装フィルム対向面３１ｂが位置されている。また、非接合領域２５ｂには、接続部１５ａ、負極用端子部材１５および負極集電体１３ａによって区画された２つの領域の各々に、１つの抑止部材３３の外装フィルム対向面３３ｂが位置されている。

抑止部材３１，３３は、正極用端子部材側空間または負極用端子部材側空間に収容することができ、また収容部２３において蓄電デバイス要素１１が端子部材（正極用端子部材１４または負極用端子部材１５）の延伸方向に移動することを抑止することのできるものであれば、その寸法が特に限定されるものではなく、正極用端子部材側空間または負極用端子部材側空間の形状および寸法、当該抑止部材３１，３３の形状、当該抑止部材３１，３３の構成材料などに応じて適宜に定められる。
具体的には、抑止部材３１，３３の端子部材（正極用端子部材１４および負極用端子部材１５）の延伸方向に垂直な方向の長さは、蓄電デバイス要素１１の高さ（正極用端子部材１４および負極用端子部材１５の延伸方向に垂直な方向の長さ）に対して２０〜１００％であることが好ましい。
抑止部材３１，３３の端子部材の延伸方向に垂直な方向の長さが蓄電デバイス要素１１の高さの２０％未満である場合には、蓄電デバイス１０に振動が加えられた場合において、その振動によって蓄電デバイス要素１１が抑止部材３１，３３に乗り上げてしまうことに起因して所期のデバイス要素移動抑止効果が得られないおそれがある。一方、抑止部材３１，３３の端子部材の延伸方向に垂直な方向の長さが蓄電デバイス要素１１の高さの１００％を超える場合には、抑止部材３１，３３が、蓄電デバイス要素１１の上面（図５および図６における下面）および／または下面（図５および図６における上面）から突出した状態となり、その突出部分の先端が外装体２０に圧接（加圧接触）することに起因して外装体２０が破損しやすくなるおそれがある。

また、抑止部材３１の正極用端子部材１４の延伸方向の長さは、外周接合部２２における辺２２ａと蓄電デバイス要素１１との離間距離以下である。好ましくは、辺２２ａと蓄電デバイス要素１１との離間距離と略同等である。一方、抑止部材３３の負極用端子部材１４の延伸方向の長さは、外周接合部２２における辺２２ｃと蓄電デバイス要素１１との離間距離以下である。好ましくは、辺２２ｃと蓄電デバイス要素１１との離間距離と略同等である。
抑止部材３１，３３の端子部材（正極用端子部材１４または負極用端子部材１５）の延伸方向の長さが過大である場合には、外装フィルム対向面３１ｂ，３３ｂ側の端部が外装体２０に圧接（加圧接触）するため、外装体２０が破損しやすくなるおそれがある。

また、抑止部材３１，３３の外装フィルム対向面３１ｂ，３３ｂの一部が非接合領域２５ａ，２５ｂに位置している場合において、その非接合領域２５ａ，２５ｂに位置される部分の厚み（図３〜図６における上下方向の寸法）は、接続部１４ａおよび接続部１５ａの厚み未満であることが好ましい。
非接合領域２５ａ，２５ｂに位置される部分の厚みが過大である場合には、外装フィルム対向面３１ｂ，３３ｂの端部が外装体２０を突き抜けて外装体２０が破損するため、好ましくない。

抑止部材３１，３３は、電解液に対する耐性と共に、正極層１２、負極層１３および必要に応じて設けられる導電層の構成材料に対する耐性を有するものであり、また絶縁性を有するものであることが好ましい。
抑止部材３１，３３が絶縁性を有するものであることにより、蓄電デバイス要素１１と接触した場合においても短絡が生じることがないため、蓄電デバイス１０に長い使用寿命が得られる。

抑止部材３１，３３の構成材料の具体例としては、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリイミド等の樹脂材料などが挙げられる。

外装体２０を構成する上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂとしては、例えば内側からポリプロピレン（以下、「ＰＰ」という。）層、アルミニウム層およびナイロン層などがこの順で積層されてなるものを好適に用いることができる。
上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂとして、例えばＰＰ層、アルミニウム層およびナイロン層が積層されてなるものを用いる場合には、その厚みは、通常、５０〜３００μｍである。

上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの縦横の寸法は、収容部２３に収容される蓄電デバイス要素１１の寸法に応じて適宜選択されるが、例えば縦方向の寸法が４０〜２００ｍｍ、横方向の寸法が６０〜３００ｍｍである。
また、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの外周接合部２２の幅は、例えば２〜１５ｍｍである。
また、非接合領域２５ａ，２５ｂの縦横の寸法は、接続部１４ａ，１５ａの寸法などに応じ、また収容部２３の寸法、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの寸法および抑止部材３１，３３の形状や寸法などを勘案して適宜に選択される。

蓄電デバイス１０を構成する蓄電デバイス要素１１は、図５に示すように、セパレータＳを介して、それぞれ正極集電体１２ａ上に正極層１２が形成されてなる複数の正極板と、それぞれ負極集電体１３ａ上に負極層１３が形成されてなる複数の負極板とが交互に積層されて構成された電極積層体１１ａを有している。この電極積層体１１ａの上面には、リチウムイオンの供給源であるリチウム金属（リチウム極層）１８が配置され、このリチウム金属１８上には、リチウム極集電体１８ａが積層されている。また、１９は、リチウム極取り出し部材である。
複数の正極板の各々における正極集電体１２ａには、それぞれ一端側部分（図５における左側部分）に取り出し部１６が形成され、これらの取り出し部１６は、外装体２０における非接合領域２５ａ内において互いに溶接されて正極用端子部材１４の接続部１４ａに電気的に接続されている。一方、複数の負極板の各々における負極集電体１３ａには、それぞれ一端側部分（図５における右側部分）に取り出し部１７が形成され、外装体２０における非接合領域２５ｂ内において互いに溶接されて負極用端子部材１５の接続部１５ａに電気的に接続されている。
ここに、正極集電体１２ａは、図示されているように正極層１２が形成される部分と取り出し部１６とが一体のものであってもよく、あるいは正極層１２が形成される部分と取り出し部１６とが個別の部材よりなり、これらの部材が接合されてなるものであってもよい。一方、負極集電体１３ａは、図示されているように負極層１３が形成される部分と取り出し部１７とが一体のものであってもよく、あるいは負極層１３が形成される部分と取り出し部１７とが個別の部材よりなり、これらの部材が接合されてなるものであってもよい。

蓄電デバイス要素１１を構成する正極層１２としては、電極材料を、必要に応じて導電材（例えば、活性炭、カーボンブラック等）およびバインダー等を加えて成形したものが用いられる。正極層１２を構成する電極材料としては、リチウムを可逆的に担持可能であれば、特に限定されないが、例えば、ＬｉＣｏＯ₂ 、ＬｉＮｉＯ₂ 、ＬｉＦｅＯ₂ 等の一般式：Ｌｉ_x Ｍ_y Ｏ_z （但し、Ｍは金属原子を示し、ｘ、ｙおよびｚは整数である。）で表される金属酸化物等の正極活物質、活性炭などが挙げられる。
また、蓄電デバイス要素１１を構成する負極層１３としては、電極材料をバインダーで成形したものが用いられる。負極層１３の電極材料としては、リチウムを可逆的に担持できるものであれば特に限定されないが、例えばグラファイト、種々の炭素材料、ポリアセン系物質、錫酸化物、珪素酸化合物等の粉末状、粒状の負極活物質などが挙げられる。

また、電解液としては、適宜の有機溶媒中に電解質が溶解されてなるものを用いることが好ましい。有機溶媒の具体例としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、アセトニトリル、ジメトキシエタン等の非プロトン性有機溶媒が挙げられ、これらは単独でまたは２種類以上を組み合わせて用いることができる。また、電解質としては、リチウムイオンを生成しうるものが用いられ、その具体例としては、ＬｉＩ、ＬｉＣＩＯ₄ 、ＬｉＡｓＦ₄ 、ＬｉＢＦ₄ 、ＬｉＰＦ₆ などが挙げられる。

このような蓄電デバイス１０は、例えば以下のようにして製造することができる。
下部外装フィルム２１Ｂ上における収容部２３となる位置に、正極用端子部材１４および負極用端子部材１５が接続された蓄電デバイス要素１１と抑止部材３１，３３とを配置すると共に、非接合領域２５ａ，２５ｂとなる位置に必要に応じてヒートブロックを配置し、その後、蓄電デバイス要素１１上に上部外装フィルム２１Ａを重ね合わせ、上部外装フィルムおよび下部外装フィルムの外周縁部における３辺を熱融着することにより、外周接合部２２における３辺を形成する。また、必要に応じて、抑止部材３１，３３における非接合領域２５ａ，２５ｂに位置する部分を、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂに熱融着する。
そして、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの間に電解液を注入した後、上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの外周縁部における未融着の１辺を熱融着して外装体２０を形成することにより、蓄電デバイス１０が得られる。

以上のような蓄電デバイス１０においては、外装体２０における互いに重ね合わされた上部外装フィルム２１Ａおよび下部外装フィルム２１Ｂの外周縁部に、接続部１４ａ，１５ａを配置するための非接合領域２５ａ，２５ｂが存在している。そして、外周接合部２２における辺２２ａと蓄電デバイス１１との間には、抑止部材３１が設けられており、また辺２２ａに対向する辺２２ｃと蓄電デバイス要素１１との間には、抑止部材３３が設けられている。そのため、蓄電デバイス１０全体に移動による振動が生じた場合であっても、蓄電デバイス要素１１を介して対向するように配設された抑止部材３１，３３によって蓄電デバイス要素１１が正極用端子部材１４の延伸方向および負極用端子部材１５の延伸方向に振動しにくくなる。その結果、外装体２０の内部に位置する、端子部材（正極用端子部材１４および負極用端子部材１５）および集電体（正極集電体１２ａおよび負極集電体１３ａ）における接続部１４ａ，１５ａとその周辺部分が金属疲労を起こして、内部抵抗が上昇したり、破断されたりすることが抑制される。
このように、蓄電デバイス１０は、例えば移動体に搭載されて動的な使用を行うことによって振動が加えられた場合において、内部抵抗の上昇を抑制すると共に、端子部材および集電体における接続部とその周辺部分の破断の発生を抑制することができるものであるため、自動車、船舶、飛行機および電車などの移動体の電源として好適に用いることができる。

このような構成を有する本発明の外装蓄電デバイスは、リチウムイオンキャパシタに適用することが好ましいが、リチウムイオンキャパシタなどの有機電解質キャパシタであるものの他、有機電解質電池であるものにも適用することができる。

以上、本発明の蓄電デバイスについて、その実施の形態を具体的に説明したが、本発明の蓄電デバイスは上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、抑止部材は、外装体の内部において、その一部が非接合領域と蓄電デバイス要素との間に位置するように設けられたものであれば、他の一部が外周接合部に位置していてもよい。抑止部材の一部が外周接合部に位置する構成においては、外周接合部における抑止部材の一部が位置している部分では、上部外装フィルムと下部外装フィルムとが当該抑止部材の一部を介して接合されている。また、抑止部材の端子部材の延伸方向の長さは、外周接合部２２における当該端子部材が設けられた辺と蓄電デバイス要素との離間距離を超えていてもよい。このような場合には、抑止部材は、固定化されるため、一層確実に所期の状態で保持される。
また、蓄電デバイスは、図１に示されているように正負極の端子部材（正極用端子部材１４および負極用端子部材１５）が外周接合部における対向する２辺（辺２２ａ，２２ｃ）から外部に突出した構造に限定されるものではなく、正負極の端子部材が何れの辺から外部に突出した構成のものであってもよい。具体的には、例えば、正負極の端子部材の両方が外周接合部における１辺から外部に突出した構造、または正負極の端子部材が互いに隣り合う２辺から外部に突出した構造であってもよい。そして、これらのいずれの構造においても、図１に係る蓄電デバイス１０と同様に、蓄電デバイス要素の端子部材を臨む側面側に存在する空間に抑止部材を設けたものであってもよい。

以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

〈実施例１〉
図１〜図６の構成に基づいて、以下のようにしてリチウムイオンキャパシタを製造した。

（１）正極板の作製：
幅２００ｍｍ、厚み１５μｍ、開口面積０．７９ｍｍ² の複数の貫通孔を有する、開口率４２％の帯状のアルミニウム箔よりなる集電体の一部分に、縦型ダイ方式の両面塗工機を用いて導電塗料を両面塗工した後、減圧乾燥することにより、集電体の表裏面に導電層を形成した。
次いで、集電体の表裏面に形成された導電層上に、正極塗料を、縦型ダイ方式の両面塗工機を用いて両面塗工した後、減圧乾燥することにより、導電層上に正極層を形成した。
このようにして得られた、集電体の一部分に導電層および正極層が積層されてなる材料を、導電層および正極層が積層された部分（以下、正極板について「塗工部」ともいう。）が９８ｍｍ（縦幅）×１２８ｍｍ（横幅）、いずれの層も形成されてない部分（以下、正極板について「未塗工部」ともいう。）が５０ｍｍ（縦幅）×１５ｍｍ（横幅）となるように切断することにより、正極板を作製した。

（２）負極板の作製：
幅２００ｍｍ、厚み１０μｍ、開口面積０．７９ｍｍ² の複数の貫通孔を有する、開口率４２％の帯状の銅箔よりなる集電体の一部分に、負極塗料を、縦型ダイ方式の両面塗工機を用いて両面塗工した後、減圧乾燥することにより、集電体の表裏面に負極層を形成した。
このようにして得られた、集電体の一部分に負極層が積層されてなる材料を、負極層が積層された部分（以下、負極板について「塗工部」ともいう。）が１００ｍｍ（縦幅）×１２８ｍｍ（横幅）、いずれの層も形成されてない部分（以下、負極板について「未塗工部」ともいう。）が５０ｍｍ（縦幅）×１５ｍｍ（横幅）となるように切断することにより、負極板を作製した。

（３）リチウムイオンキャパシタ要素の作製：
先ず、正極板１０枚、負極板１１枚、厚みが５０μｍのセパレータ２２枚を用意し、正極板と負極板とを、それぞれの塗工部は重なるが、それぞれの未塗工部は反対側になり重ならないよう、セパレータ、負極板、セパレータ、正極板の順で積重し、積重体の４辺をテープにより固定することにより、電極積層ユニットを作製した。
次いで、リチウム箔を用意し、このリチウム箔をステンレス網に圧着することにより、リチウムイオン供給部材を作製し、このリチウムイオン供給部材を電極積層ユニットの上側に負極と対向するよう配置した。以上のようにして、リチウムイオンキャパシタ要素を作製した。
そして、作製したリチウムイオンキャパシタ要素における１０枚の正極板の各々の未塗工部に、予めシール部分にシーラントフィルムを熱融着した、幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのアルミニウム製の正極用端子部材の接続部を重ねて超音波溶接した。一方、リチウムイオンキャパシタ要素の１１枚の負極板の各々の未塗工部およびリチウムイオン供給部材の各々に、予めシール部分にシーラントフィルムを熱融着した、幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの銅製の負極用端子部材の接続部を重ねて抵抗溶接した。

（４）ラミネート外装リチウムイオンキャパシタの作製：
先ず、ＰＰ層、アルミニウム層およびナイロン層が積層され、寸法が１２５ｍｍ（縦幅）×１８０ｍｍ（横幅）×０．１５ｍｍ（厚み）で、収容部となる中央部分に、１０５ｍｍ（縦幅）×１４０ｍｍ（横幅）の絞り加工が施された上部外装フィルム（外周接合部となる部分の幅が１０ｍｍ）と、ＰＰ層、アルミニウム層およびナイロン層が積層され、寸法が１２５ｍｍ（縦幅）×１８０ｍｍ（横幅）×０．１５ｍｍ（厚み）の下部外装フィルムとを作製した。
また、抑止部材として、寸法が２０ｍｍ（長さ）×９ｍｍ（幅；外装フィルム対向面の長さ）×２．５ｍｍ（高さ；デバイス要素対向面の長さ）のポリプロピレン製の厚み１ｍｍの断面Ｌ字状の板部材を４つ用意した。
次いで、下部外装フィルム上における収容部となる中央位置に、リチウムイオンキャパシタ要素を、正極用端子部材および負極用端子部材の各々の他端が下部外装フィルムの一辺およびこれに対向する他辺から外方に突出するよう配置した。更に、リチウムイオンキャパシタ要素における正極用端子部材が配設された側面側に、デバイス要素対向面がリチウムイオンキャパシタ要素に接触すると共に外装フィルム対向面に係る一部が非接合領域となる部分に位置し、正極用端子部材および正極板の未塗工部が接触しないようにして抑止部材を２つ配置した。また、リチウムイオンキャパシタ要素における負極用端子部材が配設された側面側にも、デバイス要素対向面がリチウムイオンキャパシタ要素に接触すると共に外装フィルム対向面に係る一部が非接合領域となる部分に位置し、負極用端子部材および負極板の未塗部が接触しないようにして抑止部材を２つ配置した。そして、このリチウムイオンキャパシタ要素および４つの抑止部材に上部外装フィルムを重ね合わせた。また、正極用端子部材の接続部が位置する一辺、および負極用端子部材の接続部が位置する他辺には、各々、上部外装フィルムと下部外装フィルムとの間に適宜の形状を有するヒートブロックを配置した。その後、上部外装フィルムおよび下部外装フィルムの外周縁部における３辺（正極用端子部材および負極用端子部材が突出する２辺を含む）を熱融着することにより、幅１０ｍｍの外周接合部における３辺を形成した。また、正極用端子部材および負極用端子部材が突出する２辺には、各々、寸法が１０５ｍｍ（縦幅）×１０ｍｍ（横幅）の非接合領域が存在していた。
そして、上部外装フィルムおよび下部外装フィルムの間に、電解液を注入した後、上部外装フィルムおよび下部外装フィルムの外周縁部における残りの一辺を熱融着し、幅１０ｍｍの外周接合部を形成した。
以上のようにして、ラミネート外装リチウムイオンキャパシタ（以下、「リチウムイオンキャパシタ（１）」ともいう。）を合計３個作製した。
作製したリチウムイオンキャパシタ（１）において、正極用端子部材における集電体との接続部は、その全体が非接合領域に位置されている。一方、負極端子部材における集電体との接続部は、その全体が非接合領域に位置されている。また、断面Ｌ字状の板部材の高さ（デバイス要素対向面の長さ）は、リチウムイオンキャパシタ要素の高さ（正極用端子部材および負極用端子部材の延伸方向に垂直な方向の長さ）より小さかった。

〔内部抵抗測定：振動による内部抵抗の変化率の確認〕
先ず、アルゴンボックス内において、作製した３個のリチウムイオンキャパシタ（１）の各々の内部に、注射器を用いて５ｍｌのアルゴンガスを注入した後、注射器によって生じた孔を、カプトン（登録商標）テープを貼付することによって封止した。その後、日置電機社製の抵抗測定装置を用いて内部抵抗の初期値を測定した。
次いで、３個のリチウムイオンキャパシタ（１）の各々に対して、ＩＭＶ社製の振動試験機（型番：ｉ２２０）に外装体の四隅を固定した状態で下記の振動条件によって振動を加えた。その後、日置電機社製の抵抗測定装置を用いて内部抵抗を測定し、初期値からの変化率（増減率）を算出し、下記の評価基準に基づいて評価（判定）を行った。結果を表１に示す。

（振動条件）
振動：正弦波振動
加速度：８０ｍ／ｓ²
周波数：１０〜２００Ｈｚ
時間：３時間
温度：２５℃

（評価基準）
初期値からの変化率（増減率）が±１０％以下である場合：○
初期値からの変化率（増減率）が±１０％を超えて±５０％未満である場合：△
初期値からの変化率（増減率）が±５０％以上である場合：×

〔破断の発生有無の確認〕
前記内部抵抗測定で使用した振動を施したリチウムイオンキャパシタを解体し、外装体の内部に位置する、正極用端子部材および正極集電体における接続部とその周辺部分（具体的には、接続部、正極用端子部材における外装体の内部に位置する部分および正極集電体の未塗工部）と、負極用端子部材および負極集電体における接続部とその周辺部（具体的には、接続部、負極用端子部材における外装体の内部に位置する部分および負極集電体の未塗工部）とを目視にて観察し、破断の有無を確認した。結果を表１に示す。

〈実施例２〉
実施例１において、抑止部材として、寸法が２０ｍｍ（長さ）×９ｍｍ（幅；外装フィルム対向面の長さ）×２．５ｍｍ（高さ；デバイス要素対向面の長さ）のポリプロピレン製の厚み０．５ｍｍの断面Ｌ字状の板部材を用いたこと以外は当該実施例１と同様にしてラミネート外装リチウムイオンキャパシタ（以下、「リチウムイオンキャパシタ（２）」ともいう。）を合計で３個作製し、得られたリチウムイオンキャパシタ（２）について、実施例１と同様の手法によって評価試験を行った。結果を表１に示す。
作製したリチウムイオンキャパシタ（２）において、正極用端子部材における集電体との接続部は、その全体が非接合領域に位置されている。一方、負極端子部材における集電体との接続部は、その全体が非接合領域に位置されている。また、断面Ｌ字状の板部材の高さ（デバイス要素対向面の長さ）は、リチウムイオンキャパシタ要素の高さ（正極用端子部材および負極用端子部材の延伸方向に垂直な方向の長さ）より小さかった。

〈実施例３〉
実施例１において、抑止部材として、寸法が２０ｍｍ（長さ）×１２ｍｍ（幅；外装フィルム対向面の長さ）×２．５ｍｍ（高さ；デバイス要素対向面の長さ）のポリプロピレン製の厚み１ｍｍの断面Ｌ字状の板部材を用いたこと以外は当該実施例１と同様にしてラミネート外装リチウムイオンキャパシタ（以下、「リチウムイオンキャパシタ（３）」ともいう。）を合計で３個作製した。
得られたリチウムイオンキャパシタ（３）について、実施例１と同様の手法によって評価試験を行った。結果を表１に示す。
作製したリチウムイオンキャパシタ（３）において、正極用端子部材における集電体との接続部は、その全体が非接合領域に位置されている。一方、負極端子部材における集電体との接続部は、その全体が非接合領域に位置されている。また、断面Ｌ字状の板部材の高さ（デバイス要素対向面の長さ）は、リチウムイオンキャパシタ要素の高さ（正極用端子部材および負極用端子部材の延伸方向に垂直な方向の長さ）より小さかった。そして、抑止部材の一部が外周接合部に位置しており、外周接合部における抑止部材の一部が位置している部分では、上部外装フィルムと下部外装フィルムとが当該抑止部材の一部を介して接合されているものであった。

〈実施例４〉
実施例１において、抑止部材として、寸法が２０ｍｍ（長さ）×９ｍｍ（幅；外装フィルム対向面の長さ）のポリプロピレン製の厚み１ｍｍの平板状の板部材を用いたこと以外は当該実施例１と同様にしてラミネート外装リチウムイオンキャパシタ（以下、「リチウムイオンキャパシタ（４）」ともいう。）を合計で３個作製した。なお、リチウムイオンキャパシタ（４）において、平板状の板部材よりなる抑止部材のデバイス要素対向面の長さは１ｍｍである。
得られたリチウムイオンキャパシタ（４）について、実施例１と同様の手法によって評価試験を行った。結果を表１に示す。
作製したリチウムイオンキャパシタ（４）において、正極用端子部材における集電体との接続部は、その全体が非接合領域に位置されている。一方、負極端子部材における集電体との接続部は、その全体が非接合領域に位置されている。

〈比較例１〉
実施例１において、断面Ｌ字状の板部材（抑止部材）を用いなかったこと以外は当該実施例１と同様にしてリチウムイオンキャパシタ（以下、「リチウムイオンキャパシタ（５）」ともいう。）を合計で３個作製し、得られたラミネート外装リチウムイオンキャパシタ（５）について、実施例１と同様の手法によって評価試験を行った。結果を表１に示す。

表１において、実施例１〜実施例４および比較例１に係る３個のリチウムイオンキャパシタ（１）〜リチウムイオンキャパシタ（５）の各々を、セル（１−１）〜セル（１−３）、セル（２−１）〜セル（２−３）、セル（３−１）〜セル（３−３）、セル（４−１）〜セル（４−３）およびセル（５−１）〜セル（５−３）と示す。

表１の結果から、本発明に係る実施例１のリチウムイオンキャパシタ（１）〜（４）は、良好な結果が得られており、よって端子部材の延伸方向の振動に対して高い耐振動性を有するものであることが確認された。
一方、比較例１のリチウムイオンキャパシタ（５）においては、抑止部材が配設されていないことから、良好な結果が得られず、よって端子部材の延伸方向の振動に対して十分な耐振動性が得られなかった。

１０ 蓄電デバイス
１１ 蓄電デバイス要素
１１ａ 電極積層体
１２ 正極層
１２ａ 正極集電体
１３ 負極層
１３ａ 負極集電体
１４ 正極用端子部材
１４ａ 接続部
１５ 負極用端子部材
１５ａ 接続部
１６ 取り出し部
１７ 取り出し部
１８ リチウム金属（リチウム極層）
１８ａ リチウム極集電体
１９ リチウム極取り出し部材
２０ 外装体
２１Ａ 上部外装フィルム
２１Ｂ 下部外装フィルム
２２ 外周接合部
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ 辺
２３ 収容部
２５ａ，２５ｂ 非接合領域
３１ 抑止部材
３１ａ デバイス要素対向面
３１ｂ 外装フィルム対向面
３２ａ，３２ｂ 平板部
３３ 抑止部材
３３ａ デバイス要素対向面
３３ｂ 外装フィルム対向面
３４ａ，３４ｂ 平板部
Ｓ セパレータ

Claims (10)

1. 互いに重ね合わせた外装フィルムのそれぞれの外周縁部が接合された外周接合部を有する外装体と、当該外装体の内部に形成された収容部に収容された蓄電デバイス要素および電解液と、前記外装体の内部において前記蓄電デバイス要素の集電体に電気的に接続され、前記外周接合部における少なくとも一辺から外部に突出するよう設けられた端子部材とを備えてなる蓄電デバイスであって、
   前記外装体は、互いに重ね合わせた前記外装フィルムの外周縁部において、前記外周接合部における端子部材が設けられた一辺と前記収容部との間に、当該端子部材における前記集電体との接続部が配置される非接合領域を有しており、
   前記外装体の内部には、その一部が前記非接合領域と前記蓄電デバイス要素との間に位置するように抑止部材が設けられていることを特徴とする蓄電デバイス。
2. 前記抑止部材が、前記端子部材の延伸方向に垂直な方向に伸びるデバイス要素対向面および当該端子部材の延伸方向に伸びる外装フィルム対向面を有し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. 前記抑止部材は、絶縁性を有するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電デバイス。
4. 前記抑止部材のデバイス要素対向面が前記蓄電デバイス要素に接触していることを特徴とする請求項３に記載の蓄電デバイス。
5. 前記抑止部材は、外装フィルム対向面の一部が前記非接合領域に位置していることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の蓄電デバイス。
6. 前記抑止部材は、更に外装フィルム対向面の一部が前記外周接合部に位置していることを特徴とする請求項５に記載の蓄電デバイス。
7. 前記抑止部材は、断面Ｌ字状の板部材であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の蓄電デバイス。
8. 前記抑止部材は、前記非接合領域において、前記端子部材および前記集電体が位置する領域以外の領域に位置することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の蓄電デバイス。
9. 移動体に搭載されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の蓄電デバイス。
10. リチウムイオンキャパシタであることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の蓄電デバイス。
    

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