JP2019071255A

JP2019071255A - 電気化学デバイス及び電気化学デバイスパック

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Publication number: JP2019071255A
Application number: JP2017197781A
Authority: JP
Inventors: 三紀夫鶴岡; Mikio Tsuruoka
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2037-10-11
Also published as: JP6953982B2

Abstract

【課題】異物の混入による内部短絡や過充電によって蓄電部が発熱した場合でも、外部の温度上昇を緩やかにすることができる電気化学デバイスを提供する。【解決手段】蓄電部１０と、蓄電部１０の少なくとも一部を覆う被覆体２０と、被覆体２０の少なくとも一部を覆う吸熱部材４０と、を含む電気化学デバイス１である。吸熱部材は、セパレータ１３のシャットダウン温度より高い温度で、かつ、セパレータの融点より低い温度で吸熱する材料で構成される。【選択図】図３

Description

本発明は、電気化学デバイス及び電気化学デバイスパックに関するものである。

蓄電池（リチウムイオン二次電池）や蓄電器（キャパシタ）などの電気化学デバイスは、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータなどの電子機器や電気自動車の電源として利用されている。特に、大型の電子機器や電気自動車の電源としては、複数個の電気化学デバイスを組み合わせた電気化学デバイスパックとして利用されている。

また、電気化学デバイスは、一般に、電気エネルギーを充放電するための蓄電部と、この蓄電部を覆う被覆体とを有する。電気化学デバイスでは、異物の混入による内部短絡や過充電によって、蓄電部が発熱し、高温になることがある。特に、電気化学デバイスパックでは、１個の電気化学デバイスが高温になると、連鎖的に他の電気化学デバイスも高温となることがある。このため、電気化学デバイスでは、蓄電部にて発生した熱を効率よく外部に放出させることが検討されている。

特許文献１には、蓄電部で発生した熱を外部に放出させるための伝熱部材を備えた電気化学デバイスが開示されている。この特許文献１に開示されている伝熱部材は、被覆体（ラミネート外装材）の内部に収容されており、蓄電部（電極積層体）から電気絶縁されている本体部と、この本体部から延伸してこの被覆体から少なくとも一部が突出している伝熱端子部とをもつ。この特許文献１によると、蓄電部にて発生した熱は、伝熱部材を通じて被覆体の外部へ導出されるので、蓄電部を効率よく放熱できるとされている。

特開２０１４−２０３７９２号公報

上記特許文献１に開示されている伝熱部材を備えた電気化学デバイスでは、蓄電部にて発生した熱を外部に効率よく放熱できる。しかしながら、電気化学デバイスの外部に放熱された熱によって、その電気化学デバイスを電源とする電子機器や自動車の内部の温度が急激に上昇し、電子機器や自動車の誤作動や故障の原因となるおそれがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、異物の混入による内部短絡や過充電によって蓄電部が発熱した場合でも、外部の温度上昇を緩やかにすることができる電気化学デバイス及び電気化学デバイスパックを提供することである。

本発明の発明者は、電気化学デバイスの蓄電部を覆う被覆体の少なくとも一部を吸熱部材で覆って、その吸熱部材に蓄電部にて発生した熱を吸熱させて、電気化学デバイスの外部に放出される熱量を低減させることによって、蓄電部が発熱した場合でも、外部の温度上昇を緩やかにさせることが可能となることを見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

（１）本発明の一態様にかかる電気化学デバイスは、蓄電部と、前記蓄電部の少なくとも一部を覆う被覆体と、前記被覆体の少なくとも一部を覆う吸熱部材と、を含む。
（２）前記電気化学デバイスにおいて、前記蓄電部は、正極と、負極と、前記正極と負極との間に配置されているセパレータと、を有する充放電可能な蓄電素子を含んでいてもよい。
（３）前記電気化学デバイスにおいて、前記吸熱部材は、前記セパレータのシャットダウン温度より高い温度で、かつ前記セパレータの融点より低い温度で吸熱する材料で構成されていてもよい。
（４）前記電気化学デバイスにおいて、さらに、前記吸熱部材の少なくとも一部を覆う外装体を有していてもよい。
（５）前記電気化学デバイスにおいて、前記吸熱部材は炭酸カリウム水溶液であってもよい。

（６）本発明の一態様にかかる電気化学デバイスパックは、前述の電気化学デバイスを含む。

本発明によれば、異物の混入による内部短絡や過充電によって蓄電部が発熱した場合でも、外部の温度上昇を緩やかにすることができる電気化学デバイス及び電気化学デバイスパックを提供することが可能となる。

第１実施形態にかかる電気化学デバイスの正面図である。図１のII−II線断面図である。図１のIII−III線断面図である。第２実施形態にかかる電気化学デバイスの正面図である。図２のＶ−Ｖ線断面図である。第３実施形態にかかる電気化学デバイスパックの正面図である。

以下、本発明の実施形態を、添付した図面を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。

［第１実施形態］
第１実施形態にかかる電気化学デバイスを、添付した図１〜３を参照して説明する。図１は、第１実施形態にかかる電気化学デバイスの正面図であり、図２は、図１のII−II線断面図であり、図３は、図１のIII−III線断面図である。

図１〜３に示すように、本実施形態の電気化学デバイス１は、１つの蓄電部１０と、蓄電部１０の少なくとも一部を覆う被覆体２０と、被覆体２０の少なくとも一部を覆う吸熱部材４０とを含む。本実施形態の電気化学デバイスでは、吸熱部材４０の少なくとも一部を覆う外装体５０を有している。本実施形態の電気化学デバイスでは、蓄電部１０と被覆体２０とでリチウムイオン二次電池３０を構成しており、被覆体２０の内部には、電解液（図示せず）が収容されている。

＜蓄電部＞
蓄電部１０は、正極１１と、負極１２と、前記正極１１と負極１２との間に配置されているセパレータ１３とを有する充放電可能な蓄電素子とされている。また、蓄電部１０は、正極１１に接続された正極リード線１４と、負極１２に接続された負極リード線１５を備える。

（正極）
正極１１は、正極集電体１１Ａと、その一面に設けられた正極活物質層１１Ｂとを有する。正極集電体１１Ａは、導電性を有する材料により構成されていればよく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル箔の金属薄板を用いることができる。

正極活物質層１１Ｂに用いる正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入（インターカレーション）、又は、リチウムイオンとリチウムイオンのカウンターアニオン（例えば、ＰＦ_６ ⁻）とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能な電極活物質を用いることができる。

例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ_２）、リチウムマンガンスピネル（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、及び、一般式：ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＭｎ_ｚＭ_ａＯ_２（ｘ＋ｙ＋ｚ＋ａ＝１、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０≦ａ＜１、Ｍは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒより選ばれる１種類以上の元素）で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物（ＬｉＶ_２Ｏ_５）、オリビン型ＬｉＭＰＯ_４（ただし、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒより選ばれる１種類以上の元素又はＶＯを示す）、チタン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＡｌ_ｚＯ_２（０．９＜ｘ＋ｙ＋ｚ＜１．１）等の複合金属酸化物、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセンなどが挙げられる。

また正極活物質層１１Ｂは、導電材を有していてもよい。導電材としては、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ＩＴＯ等の導電性酸化物が挙げられる。正極活物質のみで十分な導電性を確保できる場合は、正極活物質層１１Ｂは導電材を含んでいなくてもよい。

また正極活物質層１１Ｂは、バインダーを含む。バインダーは、公知のものを用いることができる。例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂、が挙げられる。

また、上記の他に、バインダーとして、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＭＶＥ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＣＴＦＥ系フッ素ゴム）等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムを用いてもよい。

（負極）
負極１２は、負極集電体１２Ａと、その一面に設けられた負極活物質層１２Ｂとを有する。負極活物質層１２Ｂは、負極活物質とバインダーとを含み、必要に応じて導電材を有する。負極集電体１２Ａ、導電材及びバインダーは、正極と同様のものを用いることができる。また、バインダーとしては正極に挙げたものの他に、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等を用いてもよい。

負極活物質層１２Ｂに用いる負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な化合物であればよく、公知の負極活物質を使用できる。負極活物質としては、例えば、金属リチウム、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛）、カーボンナノチューブ、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、アルミニウム、シリコン、スズ等のリチウムと化合することのできる金属、ＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ＜２）、二酸化スズ等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）等を含む粒子が挙げられる。

（セパレータ）
セパレータ１３は、電気絶縁性で、微細な孔を有する多孔質構造から形成されていればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの単層体、積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、あるいはセルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも１種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。

セパレータ１３は、例えば、異物の混入による正極１１と負極１２の短絡や過充電によって、蓄電部１０の内部温度が上昇した場合には、熱収縮することによって微細な孔を閉塞（シャットダウン）して、リチウムイオンの透過を遮断するように設計されている。セパレータ１３のシャットダウン温度は、９０℃以上１５０℃以下の範囲にあることが好ましい。シャットダウン温度を上記範囲内とすることで、短絡や過充電による蓄電部１０内での過度な発熱を未然に防ぐことが可能となる。シャットダウン温度が９０℃未満であると、電気化学デバイス１の使用環境の温度によってシャットダウンが起こり、電気化学デバイスが使用できなくなるおそれがある。一方、シャットダウン温度が１５０℃を超えると、短絡や過充電が進み、蓄電部１０内の温度が過剰に高温となるおそれがある。

（電解液）
電解液には、リチウム塩を含む電解質溶液（電解質水溶液、有機溶媒を使用する電解質溶液）を使用することができる。ただし、電解質水溶液は電気化学的に分解電圧が低いため、充電時の耐用電圧が低く制限される。そのため、有機溶媒を使用する電解質溶液（非水電解質溶液）であることが好ましい。

非水電解液は、非水溶媒に電解質が溶解されており、非水溶媒として環状カーボネートと、鎖状カーボネートと、を含有してもよい。

環状カーボネートとしては、電解質を溶媒和することができるものを用いることができる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートなどを用いることができる。

鎖状カーボネートは、環状カーボネートの粘性を低下させることができる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが挙げられる。その他、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタンなどを混合して使用してもよい。

非水溶媒中の環状カーボネートと鎖状カーボネートの割合は体積にして１：９〜１：１にすることが好ましい。

電解質としては、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＣＦ_２ＳＯ_３、ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＣＦ_２ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）（Ｃ_４Ｆ_９ＳＯ_２）、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＣＦ_２ＣＯ）_２、ＬｉＢＯＢ等のリチウム塩が使用できる。なお、これらのリチウム塩は１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。特に、電離度の観点から、ＬｉＰＦ_６を含むことが好ましい。

ＬｉＰＦ_６を非水溶媒に溶解する際は、非水電解液中の電解質の濃度を、０．５〜２．０ｍｏｌ／Ｌに調整することが好ましい。電解質の濃度が０．５ｍｏｌ／Ｌ以上であると、非水電解液のリチウムイオン濃度を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすい。また、電解質の濃度が２．０ｍｏｌ／Ｌ以内に抑えることで、非水電解液の粘度上昇を抑え、リチウムイオンの移動度を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすくなる。

ＬｉＰＦ_６をその他の電解質と混合する場合にも、非水電解液中のリチウムイオン濃度は０．５〜２．０ｍｏｌ／Ｌに調整することが好ましく、ＬｉＰＦ_６からのリチウムイオン濃度がその５０ｍｏｌ％以上含まれることがさらに好ましい。

（リード線）
正極リード線１４及び負極リード線１５は、それぞれアルミニウム等の導電性材料から形成されている。そして、正極リード線１４は正極集電体１１Ａに、負極リード線１５は負極集電体１２Ａにそれぞれ溶接などの公知の方法によって接続されている。

＜被覆体＞
被覆体２０は、その内部に蓄電部１０及び電解液を密封し、リチウムイオン二次電池３０を形成するものである。被覆体２０は、電解液の外部への漏出や、外部からのリチウムイオン二次電池３０内部への水分や異物の侵入等を抑止できるものであれば特に限定されない。

例えば、被覆体２０としては、図３に示すように、金属箔２１と、金属箔２１の内側と外側の両側をコーティングしている高分子膜２２とを備える金属ラミネートフィルムを利用できる。金属箔２１としては、例えばアルミニウム箔を利用できる。また、外側の高分子膜２２の材料としては、融点の高い高分子、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ＰＡ）等が好ましい。内側の高分子膜２２の材料としては、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等が好ましい。

＜吸熱部材＞
吸熱部材４０は、蓄電部１０にて発生した熱を、化学反応を伴って、あるいは化学反応を伴わずに吸収する材料で構成されている。吸熱部材４０は、蓄電部１０のセパレータ１３のシャットダウン温度より高い温度で、かつセパレータ１３の融点より低い温度で吸熱する材料で構成されている。この場合、吸熱部材４０は、蓄電部１０のセパレータ１３のシャットダウン温度より高い温度となったときに吸熱するので、短絡や過充電などの異常状態によって発生した熱を確実に吸収することができる。また、セパレータ１３の融点より低い温度で吸熱するので、セパレータ１３が溶融し、消失して、正極１１と負極１２とが全体的に接触することによって大量の熱が発生する前に、蓄電部１０内の熱を吸収することができる。

本実施形態の電気化学デバイス１では、吸熱部材４０として、水系消火剤として利用されている炭酸カリウムの水溶液（濃度約４０質量％）が用いられている。水系消火剤として用いられる炭酸カリウム水溶液は、水の高い気化潜熱と炭酸カリウムの高い定圧熱容量とにより優れた吸熱剤として作用する。炭酸カリウムは定圧熱容量が高いので、化学変化を伴わずに、蓄電部１０内の熱を吸収することができる。

＜外装体＞
外装体５０は、吸熱部材４０を外部に漏出させないように密閉状態で収容している。外装体５０は、例えば、吸熱部材４０に対して化学的に安定な樹脂フィルムで形成されている。外装体５０を形成する樹脂フィルムの材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）を用いることができる。

本実施形態の電気化学デバイスは、例えば、次のようして製造することができる。
先ず、蓄電部１０と電解液とを、金属ラミネートフィルム製の容器に挿入し、その後、金属ラミネートフィルム製の容器を封止して被覆体２０を形成する。これによって、リチウムイオン二次電池３０が作製される。次いで、被覆体２０を樹脂フィルム製の容器に収容し、吸熱部材４０を、被覆体２０と樹脂フィルム製の容器との間に挿入した後、樹脂フィルム製の容器を封止して、外装体５０を形成する。

以上の本実施形態の電気化学デバイス１によれば、リチウムイオン二次電池３０の被覆体２０は、吸熱部材４０で覆われているので、例えば、異物混入による正極１１と負極１２の短絡や過充電によって、蓄電部１０が発熱した場合には、その熱を吸熱部材４０が吸収するので、外部に放出される熱量を低減させることができ、これによって、外部の温度上昇を緩やかにすることが可能となる。このため、例えば、電子機器に装着された状態で、リチウムイオン二次電池３０の蓄電部１０が発熱した場合は、電子機器の内部温度が過剰に上昇する前に、電気化学デバイス１を取り外すことができる。

また、本実施形態の電気化学デバイス１では、吸熱部材４０は、セパレータのシャットダウン温度より高い温度で、かつセパレータの融点より低い温度で吸熱する材料で構成されているので、短絡や過充電などの異常状態によって発生した熱を、確実に吸収することができ、また、セパレータ１３が溶融し、消失して、正極１１と負極１２とが全体的に接触することによって大量の熱が発生する前に、蓄電部１０内の熱を吸収することができる。

また、本実施形態の電気化学デバイス１では、吸熱部材４０を覆う外装体５０を有するので、吸熱部材４０を漏出させずに、密閉状態で収納することができる。

さらに、本実施形態の電気化学デバイス１では、吸熱部材４０として炭酸カリウム水溶液を用いるので、短絡や過充電などの異常状態に発生した熱を効率よく吸収することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態にかかる電気化学デバイスについて、図４〜５を参照して説明する。図４は、第２実施形態にかかる電気化学デバイスの正面図であり、図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。なお、第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図４〜５に示すように、本実施形態の電気化学デバイス２は、複数個（８個）のリチウムイオン二次電池３０が導電部材６３を介して直列に接続している点と、導電部材６３に接続していない正極リード線１４が正極端子タブ６１に接続し、導電部材６３に接続していない負極リード線１５が負極端子タブ６２に接続している点において、第１実施形態の電気化学デバイス１と異なっている。この複数個のリチウムイオン二次電池３０が接続している構成は、電気化学デバイスモジュールとも呼ばれる。

正極端子タブ６１、負極端子タブ６２、導電部材６３は、それぞれアルミニウム等の導電性材料から形成されている。そして、正極端子タブ６１と正極リード線１４、負極端子タブ６２と負極リード線１５、導電部材６３と正極リード線１４及び導電部材６３と負極リード線１５はそれぞれ溶接などの公知の方法によって接続されている。

以上の本実施形態の電気化学デバイス２では、吸熱部材４０が複数個のリチウムイオン二次電池３０を覆うように配置されている。このため、吸熱部材４０のサイズが、第１実施形態の電気化学デバイス１の場合と比較して相対的に大きくなり、吸熱部材４０で吸収できる熱量が多くなる。よって、本実施形態の電気化学デバイス２は、複数個のリチウムイオン二次電池３０のうちの１個のリチウムイオン二次電池３０が発熱した場合には、吸熱部材４０によって吸収される熱量が第１実施形態の電気化学デバイス１と比較して相対的に多くなるので、外部の放出される熱量をさらに小さくすることができる。

［第３実施形態］
次に、本実施形態の電気化学デバイスパックについて、図６を参照して説明する。図６は、第３実施形態にかかる電気化学デバイスパックの正面図である。本実施形態にかかる電気化学デバイスパック３では、電気化学デバイスとして、第１実施形態の電気化学デバイス１を１個備えている。このため、第３実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

電気化学デバイスパック３は、１個の電気化学デバイス１と、保護回路７１と、これらを収容する収容ケース７２とを有する。収容ケース７２は、正極リード線１４と保護回路７１を介して接続する正極端子７３及び負極リード線１５と保護回路７１を介して接続する負極端子７４が備えられている。保護回路７１は、例えば、リチウムイオン二次電池３０の電圧を計測し、充電時は、電池電圧が規定値を越えたときに充電電流を遮断して過充電を防止し、一方放電時は、電池電圧が規定値未満となったときに放電電流を遮断して過放電を防止する。

以上の本実施形態の電気化学デバイスパック３は、本実施形態の電気化学デバイス１を用いているので、異物の混入による内部短絡や過充電によってリチウムイオン二次電池３０の蓄電部１０が発熱した場合でも、収容ケース７２内の温度上昇が緩やかになる。このため、例えば、電子機器に装着された状態で、リチウムイオン二次電池３０の蓄電部１０が発熱した場合は、電子機器の内部温度が過剰に上昇する前に、電気化学デバイスパック３を取り外すことができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。各実施形態は、その他様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが可能であることに加え、各実施形態における変形例を適宜組み合わせてもよい。さらに、これら実施形態やその変形例には、例えば当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものなどが含まれる。

例えば、本実施形態では、蓄電部１０と被覆体２０とから構成されたリチウムイオン二次電池３０を用いているが、この場合に限定されるものではない。例えば、リチウムイオン二次電池３０の代わりに、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタなどのキャパシタを用いてもよい。

また、本実施形態では、吸熱部材４０として、炭酸カリウム水溶液を用いているが、この場合に限定されるものではない。吸熱部材４０の材料は、熱を吸収する吸熱性材料であれば、特に制限はない。吸熱性材料としては、例えば、気化反応を伴って吸熱するもの、相転移反応を伴って吸熱するものを用いてもよい。気化反応を伴って吸熱する材料の例としては、硫酸ナトリウム・１０水和物が挙げられる。相転移反応を伴って吸熱する材料の例としては、バナジウム含有複合酸化物が挙げられる。

また、吸熱部材４０は、液体であってもよいし、固体であってもよいし、さらに吸熱性材料を含むゲルであってもよい。なお、吸熱部材４０が固体あるいはゲルである場合には、外装体５０で吸熱部材４０を覆う必要はない。

また、本実施形態では、吸熱部材４０は、正極リード線１４及び負極リード線１５と接触しないように被覆体２０の一部を覆っているが、この場合に限定されるものではない。例えば、正極リード線１４及び負極リード線１５を絶縁部材で被覆して、両者が短絡しないようにされていれば、吸熱部材４０は正極リード線１４及び負極リード線１５と接触していてもよい。

また、第２実施形態の電気化学デバイス２では、複数個のリチウムイオン二次電池３０を直列に接続しているが、この場合に限定されるものではない。リチウムイオン二次電池３０は並列に接続してもよい。

さらに、第３実施形態の電気化学デバイスパック３では、電気化学デバイス１を１個備えた構成であるが、この場合に限定されるものではない。電気化学デバイスパック３は、電気化学デバイス１を複数個備えていてもよいし、複数個のリチウムイオン二次電池３０を備えた電気化学デバイス２を１個もしくは複数個備えていてもよい。複数個の電気化学デバイスを備える場合、各電気化学デバイスは、直列で接続してもよいし、並列で接続してもよい。

１、２…電気化学デバイス、３…電気化学デバイスパック、１０…蓄電部、１１…正極、１１Ａ…正極集電体、１１Ｂ…正極活物質層、１２…負極、１２Ａ…負極集電体、１２Ｂ…負極活物質層、１３…セパレータ、１４…正極リード線、１５…負極リード線、２０…被覆体、２１…金属箔、２２…高分子膜、３０…リチウムイオン二次電池、４０…吸熱部材、５０…外装体、６１…正極端子タブ、６２…負極端子タブ、６３…導電部材、７１…保護回路、７２…収容ケース、７３…正極端子、７４…負極端子

Claims

蓄電部と、
前記蓄電部の少なくとも一部を覆う被覆体と、
前記被覆体の少なくとも一部を覆う吸熱部材と、を含む電気化学デバイス。
前記蓄電部は、正極と、負極と、前記正極と負極との間に配置されているセパレータと、を有する充放電可能な蓄電素子を含む請求項１に記載の電気化学デバイス。
前記吸熱部材は、前記セパレータのシャットダウン温度より高い温度で、かつ前記セパレータの融点より低い温度で吸熱する材料で構成されている請求項２に記載の電気化学デバイス。
さらに、前記吸熱部材の少なくとも一部を覆う外装体を有する請求項１から３のうちいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
前記吸熱部材は炭酸カリウム水溶液であることを特徴とする請求項４に記載の電気化学デバイス。
請求項１から５のうちいずれか１項に記載の電気化学デバイスを含む、電気化学デバイスパック。