JP2022067753A - ラミネート型蓄電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】ラミネートフィルム外装体への負荷が抑制される、ラミネート型蓄電デバイスを提供する。
【解決手段】電極体と、内部に空洞を有する容積維持部品３０と、電極体と容積維持部品３０を収容したラミネートフィルム製の外装体４０とを備え、外装体４０は、内部が大気圧よりも減圧されている。容積維持部品３０は、対向する一対の外形部３２と、対向する一対の外形部３２の間に配置され、一対の外形部３２を支持する支持部３３ｄ、３３ｅと、対向する一対の外形部３２の間に形成された空間部３４とを有している。外形部３２は、外装体４０の内側面に沿うように設けられている。容積維持部品３０は、空間部３４と外装体４０の内部とを連通させる開口３６を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ラミネート型蓄電デバイスに関する。

特開２０１２－２４３５５６号公報には、内圧上昇によるラミネート電池の膨張を検知するための、ラミネート電池パッケージに封入される構造体に関する発明が開示されている。正極および負極の端子が同一側面から突出しているラミネート電池を封止する際に、減圧環境下で封止を行うため、ラミネート電池を大気圧に開放すると、端子間に凹部が形成される。ここで開示された構造体は、正極および負極の端子間に配置されている。パッケージ内に収容された構造体と、パッケージ外に配置された検知部によって、内圧の変化に伴う凹部の深さの減少を検知でき、ラミネート電池の体積膨張を容易に検知できるとされている。

特開２０１２－２４３５５６号公報

本発明者は、ラミネート型蓄電デバイスについて、使用環境の圧力変化によって加わる、ラミネートフィルム外装体へのダメージを抑制するような構造を提案したいと考えている。

ここで開示されるラミネート型蓄電デバイスは、電極体と、内部に空洞を有する容積維持部品と、電極体と容積維持部品を収容したラミネートフィルム製の外装体とを備えている。外装体の内部は、大気圧よりも減圧されている。
かかるラミネート型蓄電デバイスは、減圧環境に置かれた場合にも、ラミネートフィルム製の外装体内部の空気の膨張を抑えることができ、膨張による外装体の破断等のリスクを低減することができる。

容積維持部品は、対向する一対の外形部と、対向する一対の外形部の間に配置され、一対の外形部を支持する支持部と、対向する一対の外形部の間に形成された空間部とを有していてもよい。外形部は、外装体の内側面に沿うように形成されていてもよい。容積維持部品は、空間部と外装体の内部とを連通させる開口を有していてもよい。また、外形部に沿った外装体の内側面は、９０度未満の角度で折れ曲った屈曲部を有しない構成としてもよい。容積維持部品の空間部の容積は、ラミネートフィルムの内部容積のうち、５％以上４０％以下としてもよい。外装体の内部の圧力は、１１．６ｋＰａ以下であってもよい。

一実施形態に係るラミネート型蓄電デバイスの構造を模式的に示す平面図である。 一実施形態に係るラミネート型蓄電デバイスの一部を模式的に示す断面図である。 一実施形態に係る容積維持部品を模式的に示す斜視図である。 一実施形態に係る容積維持部品を模式的に示す側面図である。 一実施形態に係る容積維持部品を模式的に示す斜視図である。 外装体と電極積層部の間に存在する空間を模式的に示す平面図である。 外装体と電極積層部の間に存在する空間を模式的に示す断面図である。 一実施形態に係る容積維持部品を模式的に示す斜視図である。 一実施形態に係る容積維持部品を模式的に示す側面図である。

以下、ここで提案されるラミネート型蓄電デバイスの一実施形態を説明する。なお、以下に説明する図面において、同じ作用を奏する部材、部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。また、図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。

本明細書においてラミネート型蓄電デバイスとは、外装材にラミネートフィルムが用いられた蓄電デバイスをいう。「蓄電デバイス」とは、充電と放電を行なうことができるデバイスをいう。蓄電デバイスには、一般にリチウムイオン電池やリチウム二次電池などと称される電池の他、リチウムポリマー電池、リチウムイオンキャパシタなどが包含される。二次電池は、正負極間の電荷担体の移動に伴って繰り返しの充放電が可能な電池一般をいう。二次電池は、液系の電解液が用いられたものでもよいし、固体電解質が用いられたいわゆる全固体電池でもよい。本明細書において、特に断らない限り、圧力は「絶対圧」を指す。また、特に断らない限り、「減圧」とは、大気圧よりも低い圧力のことをいう。

図１は、ここで開示されるラミネート型蓄電デバイス１０の構造を模式的に示す平面図である。図２は、ラミネート型蓄電デバイス１０の一部を模式的に示す断面図である。図２では、電極体２０の正極集電端子２７側の断面が図示されている。ラミネート型蓄電デバイス１０は、図１および図２に示されているように、電極体２０と、正極集電端子２７と、負極集電端子２８と、容積維持部品３０，３１と、ラミネートフィルム製の外装体４０とを備えている。外装体４０は、電極体２０と、容積維持部品３０，３１とを収容している。なお、本実施形態において、ラミネート型蓄電デバイス１０は全固体電池である。

電極体２０は、図１に示されているように、電極積層部２１と、正極集電部２３と、負極集電部２４とを備えている。電極体２０は、ラミネート型蓄電デバイス１０の発電要素となる部材である。電極体２０は、正極シートと、負極シートとが固体電解質層を介して交互に積層された積層構造を備えている。本実施形態では、電極積層部２１は、正極シートと負極シートとの積層方向に、幅広い矩形形状の平面を備えている。

図示は省略するが、正極シートは、正極集電箔と、正極活物質層とを備えている。正極集電箔としては、例えば、ステンレス（ＳＵＳ），Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｎなどの金属箔が用いられうる。正極集電箔には、導電性や耐酸化性などが考慮され、適当な金属箔が採用されるとよい。正極集電箔は、上述した電極積層部２１の平面形状に応じた矩形形状を有している。正極集電箔の矩形形状の一端には、集電タブが設けられている。集電タブは、正極集電部２３を構成するように予め定められた形状に正極集電箔の矩形形状の部位から一部が突出した部位である。正極集電部２３には、集電タブを含むみ正極活物質層が形成されない未形成部が設けられている。正極活物質層は、正極活物質を含有する層である。正極活物質層は、未形成部を除いて正極集電箔の両面に形成されている。正極活物質層に含まれる正極活物質としては、例えば、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物に代表される公知の正極活物質が適宜に用いられうる。正極活物質層には、固体電解質、バインダー、導電材等が含まれていてもよい。

負極シートは、負極集電箔と、該負極集電箔に形成された負極活物質層とを備えている。負極集電箔としては、例えば、ＳＵＳ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｎ等の金属箔が用いられうる。負極集電箔は、上述した電極積層部２１の平面形状に応じた矩形形状を有している。負極集電箔の矩形形状の一端には、集電タブが設けられている。集電タブは、負極集電部２４を構成するように予め定められた形状に負極集電箔の矩形形状の部位から一部が突出した部位である。負極集電部２４には、集電タブを含み負極活物質層が形成されない未形成部が設けられている。負極活物質層は、負極活物質を含有する層である。負極活物質層は、未形成部を除いて負極集電箔の両面に形成されている。負極活物質層としては、例えば、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素系負極活物質、Ｓｉ、酸化ケイ素等のＳｉ系負極活物質に代表される、公知の負極活物質が適当に用いられうる。負極活物質層には、固体電解質、バインダー、導電材等が含まれていてもよい。

固体電解質層は、Ｌｉイオン伝導体を含む層であり、正極活物質層と負極活物質層とを絶縁している。固体電解質層は固体電解質を含む。固体電解質としては、硫化物系固体電解質を好適に使用することができ、具体的には、例えば、Ｌｉ_２ＳとＰ_２Ｓ_５との混合物（混合質量比Ｌｉ_２Ｓ：Ｐ_２Ｓ_５＝５０：５０～１００：０、特に、好ましくはＬｉ_２Ｓ：Ｐ_２Ｓ_５＝７０：３０）が挙げられる。固体電解質層は、バインダーを含んでいることが好ましい。バインダーとしてはブタジエンゴム（ＢＲ）が好適である。

電極積層部２１は、正極活物質層と負極活物質層とが固体電解質層を介して交互に積層されている。正極集電部２３を構成する集電タブは、向きを揃えられて電極積層部２１からはみ出ている。負極集電部２４を構成する集電タブは、正極シートの正極集電部２３とは反対側において、向きを揃えられて電極積層部２１からはみ出ている。正極集電部２３は、正極集電部２３を構成する正極集電箔の集電タブが重ねられて集約された部位である。負極集電部２４は、負極集電部２４を構成する負極集電箔の集電タブが重ねられて集約された部位である。本実施形態では、正極活物質層と負極活物質層とが積層された電極積層部２１は、略矩形である。正極集電部２３は、電極積層部２１の片側の短辺からはみ出ている。負極集電部２４は、正極集電部２３がはみ出た側とは反対側の短辺からはみ出ている。

正極集電端子２７は、正極集電部２３と電気的に接続されている。負極集電端子２８は、負極集電部２４と電気的に接続されている。本実施形態では、正極集電端子２７は、矩形形状を有する板状の部材である。正極集電端子２７の一方の表面は、溶接等の方法で正極集電部２３と接合されている。正極集電端子２７は、例えば、正極集電箔と同じ金属から構成されている。負極集電端子２８は、矩形形状を有する板状の部材である。負極集電端子２８の一方の表面は、溶接等の方法で負極集電部２４と接合されている。負極集電端子２８は、例えば負極集電箔と同じ金属から構成されている。

図３は、容積維持部品３０，３１を模式的に示す斜視図である。図４は、容積維持部品３０，３１を模式的に示す側面図である。容積維持部品３０，３１は、図３に示されているように、内部に空洞を有する部材である。本実施形態では、容積維持部品３０，３１は、略直方体形状である。容積維持部品３０，３１は、電極積層部２１の短辺に応じた長さと、電極積層部２１の厚さに応じた高さを有している。本実施形態では、容積維持部品３０，３１は、外形部３２と、支持部３３と、空間部３４とを有している。

外形部３２は、対向する一対の部分である。本実施形態では、外形部３２は、電極積層部２１の短辺に応じた長さを備えた一対の矩形状の板で構成されている。
支持部３３は、対向する一対の外形部３２の間に配置され、一対の外形部３２を支持する部位である。本実施形態では、支持部３３は、外形部３２の間に垂直に配置された板状の部位３３ａ～３３ｅで構成されている。このうち板状の部位３３ａ，３３ｂは、外形部３２の長辺方向の両端において、外形部３２の短辺方向に沿って配置されている。板状の部位３３ｃ，３３ｄは、外形部３２の長辺方向の中間部に間隔を開けて、外形部３２の短辺方向に沿って配置されている。板状の部位３３ｅは、外形部３２の一方の長辺に沿って垂直に配置されている。容積維持部品３０，３１は、板状の部位３３ｅが配置された側とは反対側の長辺に沿って開口した、開口３６ａ～３６ｃを有している。

空間部３４は、対向する一対の外形部３２の間に形成されている。本実施形態では、一対の外形部３２の間には、板状の部位３３ａ～３３ｄで区画された空間がそれぞれ形成されている。このうち、板状の部位３３ｃ，３３ｄの間の開口３６ｂは、正極集電部２３と正極集電端子２７の接続部が収容されるように所要の幅を備えている。板状の部位３２ｅには、板状の部位３３ｃ，３３ｄの間に、正極集電端子２７が挿通される横長の開口３７が形成されている。このように、容積維持部品３０，３１には、空間部３４と外装体の内部とを連通させるための開口３６ａ～３６ｃ，３７を有している。このような開口は、容積維持部品３０，３１に少なくとも一つ形成されているとよい。

図１および図２に示されているように、容積維持部品３０，３１は、電極積層部２１の短辺の両側に沿ってそれぞれ配置されている。図２に示されているように、容積維持部品３０，３１の開口３６は、電極積層部２１に向けられている。容積維持部品３０，３１の開口３７は、電極積層部２１とは反対側に向けられている。正極集電部２３と正極集電端子２７との接合部は、一方の容積維持部品３０の開口３６ｂから容積維持部品３０の内部に収められている。図２に示されているように、正極集電端子２７は、開口３７から容積維持部品３０の外にはみ出ている。負極集電部２４と負極集電端子２８との接合部は、他方の容積維持部品３１の開口３６ｂから容積維持部品３１の内部に収められている。負極集電端子２８は、開口３７から容積維持部品３１の外にはみ出ている。

容積維持部品３０，３１は、所要の剛性を備えているとよい。容積維持部品３０，３１に用いられる材料は、外装体４０内部の圧力と外部の圧力の差圧に対して変形しない強度を持ち、かつ、電池の内部に配置することができるものを特に制限なく用いることができる。かかる材料としては、樹脂等の絶縁性があり軽い材料を好ましく用いることができる。

本実施形態において外装体４０は、電極積層部２１よりも一回り大きい矩形状の２枚のラミネートフィルムから構成されている。ラミネートフィルムとしては、水分等の透過を防止するための金属シートと、金属シートの外側面を覆う絶縁樹脂層と、金属シートの内側面を覆う熱可塑性樹脂層とを有している、多層構造を有するものが好ましく用いられる。

金属シートは、ラミネートフィルムにおいて酸素や水分、電解液の侵入を阻止するガスバリア性を付与する役割を担っている。金属シートとしては、アルミニウム箔や銅箔等を用いることができる。絶縁樹脂層は、絶縁性を有しており、かつ、熱可塑性樹脂層を溶融させ、接着させる際に、溶融しない程度の融点を有している。絶縁樹脂層に用いられる樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリエステル等、熱可塑性樹脂層に用いられる樹脂よりも融点が十分に高い樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂層は、リチウムイオン二次電池等の蓄電デバイスで求められる腐食性に対しても優れた耐薬品性を具備しているとよい。また、熱可塑性樹脂層は、ラミネートフィルムの内側面が重ねられて接着される際に熱溶着されるものであり、ヒートシール性を備えている。熱可塑性樹脂層は、耐薬品性およびヒートシール性の点で、ポリエチレン、ポリプロピレン、オレフィン系共重合体、これらの酸変性物およびアイオノマーで構成されるのが好ましい。

外装体４０は、電極積層部２１の幅広面と対向するように配置されている。外装体４０は、図１に示されているように、正極集電端子２７と負極集電端子２８が部分的にはみ出された状態で、電極体２０と容積維持部品３０，３１を覆っている。外装体４０は、内部に電極体２０と容積維持部品３０，３１を収容しやすいように、電極体２０と容積維持部品３０，３１の寸法に応じた凹みが設けられるよう、エンボス加工が施されていてもよい。
外装体４０は、２枚のラミネートフィルムの周縁部の内側面が互いに熱溶着されることで密封されている。正極集電端子２７と負極集電端子２８が２枚のラミネートフィルムの間から外に出ている部分では、ラミネートフィルムの内側面が正極集電端子２７と負極集電端子２８の表裏両面に熱溶着されている。

ここで開示されるラミネート型蓄電デバイス１０は、上述したように電極体２０と容積維持部品３０，３１を外装体４０内に収容し、周縁部を溶着し密封することによって製造される。収容および密封は、真空チャンバ等を用いて減圧環境下で行われる。
電極体２０と容積維持部品３０，３１が外装体４０に収容される際、外装体４０の内部には余剰空間が存在する。この空間は、減圧環境下で密封されたラミネート型蓄電デバイス１０が大気圧に戻される際に、大気圧と外装体４０内部の圧力差によって押しつぶされ、体積が減少する。その際、余剰空間の体積の減少に伴って外装体４０内部の圧力が上昇する。電極体２０、容積維持部品３０，３１、正極集電端子２７および負極集電端子２８と外装体４０が密着し、それ以上体積が減少できなくなったところで外装体４０内部の圧力の上昇も止まる。大気圧に戻された外装体４０内部の圧力は、密封時の圧力よりも高く、大気圧よりも減圧されている。

ここで開示されるラミネート型蓄電デバイス１０は、外装体４０内部に電極体２０と容積維持部品３０，３１とが収容されている。減圧環境下で密封されたラミネート型蓄電デバイス１０が大気圧に戻される際にも、容積維持部品３０，３１内部の空間は押しつぶされずに維持される。それによって、外装体４０内部の空間の体積の減少が抑えられ、外装体４０内部の圧力の上昇も抑えられる。外装体４０内部の圧力が低く抑えられていることによって、ラミネート型蓄電デバイス１０が減圧環境下で使用される際にも外装体４０内部の空気の膨張が抑えられる。その結果、外装体４０内部の空気の膨張による外装体４０の破断等のリスクが低減される。

容積維持部品３０，３１は、一対の対向する外形部３２と、外形部３２を支持する支持部３３と、一対の外形部３２の間に形成された空間部３４を有している。このような構成によって、空間部３４に外装体４０内部の余剰空間が好適に維持され、上記の効果がより良好に発揮され得る。
また、外形部３２は、外装体４０の内側面に沿うように設けられている。このような構成によって、外装体４０内部の圧力と大気圧との差圧によってかかる力を面で受けることができ、外装体４０にかかる負荷を抑えることができる。

容積維持部品３０，３１は、空間部３４と外装体４０内部とが連通する開口を有している。このような開口によって、容積維持部品３０，３１と外装体４０内部の圧力が均一に保たれる。これによって、外装体４０にかかる差圧が均一になり、外装体４０に部分的に負荷がかかることを抑えることができる。
正極集電部２３と正極集電端子２７との接合部および負極集電部２４と負極集電端子２８との接合部は、容積維持部品３０の内部に収められている。これによって、ラミネート型蓄電デバイス１０に外力が加わった場合にも、接合部が好適に保護されうる。

容積維持部品３０，３１の内部の容積は、ラミネート型蓄電デバイス１０が使用される環境の圧力等に応じて適宜設定され得る。使用環境の圧力変化による外装体４０の内部の空気の膨張収縮を抑制するため、使用環境の圧力が低いほど、外装体４０の内部の圧力を下げる必要がある。容積維持部品３０，３１の空間容積を大きくすることによって、外装体４０の内部の圧力を下げることができる。
以下、外装体４０内部の圧力をねらいの圧力以下とするために必要な容積維持部品３０，３１の容積を概算する方法の一例を説明する。

まず、容積維持部品を有しないラミネート型蓄電デバイスにおいて、密封前の外装体４０内部の余剰空間容積をＶ_ａ、密封時の圧力をＰ_ａ、大気圧開放後の外装体４０内部の余剰空間容積をＶ_ｂ、大気圧開放後の外装体４０内部の圧力をＰ_ｂとする。ここでは、余剰空間容積とは、外装体４０内部の空間容積から、外装体４０内部に収容された電極体２０によって占められる空間を除いた容積のことをいう。
ボイルシャルルの法則より、Ｖ_ａ、Ｐ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｐ_ｂの関係は、
Ｖ_ａ×Ｐ_ａ＝Ｖ_ｂ×Ｐ_ｂ
と表される。大気開放後の外装体４０内部の圧力は、
式１：Ｐ_ｂ＝Ｐ_ａ×（Ｖ_ａ／Ｖ_ｂ）
である。

大気圧開放後の外装体４０内部の圧力Ｐ_ｂを目的の圧力以下とするには、一定以上の空間容積を有する容積維持部品３０，３１を外装体４０内に収容するとよい。ねらいの圧力Ｐ_ｔ、容積維持部品３０，３１の空間容積をＶ_ｃとすると、Ｖ_cは、以下の要領で概算することが可能である。
大気圧開放後の外装体４０内部の空間容積を、容積維持部品３０，３１の空間容積を容積維持部品３０，３１の空間容積Ｖ_ｃと余剰空間容積Ｖ_ｂの和とし、大気圧開放後の外装体４０内部の圧力Ｐ_ｂがねらいの圧力Ｐ_ｔ以下であるとすると、
Ｐ_ｔ≧Ｐ_ｂ＝Ｐ_ａ×Ｖ_ａ／（Ｖ_ｂ＋Ｖ_ｃ）
の関係が得られる。この式を変形すると、
式２：Ｖ_ｃ≧Ｐ_ａ×Ｖ_ａ／Ｐ_ｔ－Ｖ_ｂ
の関係が得られる。式２を満たすように容積維持部品３０，３１の空間容積Ｖ_ｃを設定することにより、外装体４０内部の圧力をねらいの圧力以下とすることができる。

ここでは、Ｖ_ｂとＶ_ｃが独立して存在することを前提としているが、部品を挿入することで挿入しない場合におけるＶ_ｂが減じる場合には、その減じる容積分だけＶ_ｃを増やすことで、外装体４０内部の圧力を目的の圧力を目的の圧力Ｐ_ｔ以下とすることができる。減じる容積については予め実験を行うことやシミュレーション等によって見積もることができる。

上記の式を用いて、下記寸法の電極体２０および外装体４０を有するラミネート型蓄電デバイスについて、外装体４０内部の圧力をねらいの圧力以下とするために必要な容積維持部品３０，３１の内部の空間容積の寸法を計算する。ここでは、外装体４０内部のねらいの圧力は、ＥＮ輸送法規における試験圧力である１１．６ｋＰａとする。密封を行う際の真空チャンバ内の圧力Ｐ_ａは４ｋＰａとする。また、電極体２０の寸法は、集電部と集電端子の体積は無視して、電極積層部２１の寸法として計算する。外装体４０の寸法は、密封前の外装体４０内部の寸法が下記になるようにエンボス加工が施されているものとする。
電極積層部２１の寸法：８０ｍｍ×２５０ｍｍ×６ｍｍ
外装体４０の寸法：１００ｍｍ×３１０ｍｍ×１０ｍｍ

図６は、外装体と電極積層部の間に存在する空間を模式的に示す平面図である。図７は、外装体と電極積層部の間に存在する空間を模式的に示す断面図である。まず、密封前の外装体４０と電極体２０との間の余剰空間の体積を求める。図６および図７に示されているように、外装体４０内部の余剰空間を、電極積層部の短辺側に沿った空間５１、電極積層部の幅広面に沿った空間５２、電極積層部の長辺側に沿った空間５３に分けて計算する。外装体４０内部の余剰空間の体積Ｖ_ａとし、空間５１，５２，５３の体積をそれぞれＶ_５１，Ｖ_５２，Ｖ_５３とすると、
Ｖ_５１＝１０ｍｍ×３０ｍｍ×１００ｍｍ＝３０ｃｍ^３
Ｖ_５２＝２ｍｍ×２５０ｍｍ×８０ｍｍ＝４０ｃｍ^３
Ｖ_５３＝１０ｍｍ×１０ｍｍ×２５０ｍｍ＝２５ｃｍ^３
と求められる。空間５１、５２、５３はそれぞれ電極積層部を挟んで両面または両側に存在するので、余剰空間の合計の体積は、
Ｖ_ａ＝（Ｖ_５１＋Ｖ_５２＋Ｖ_５３）×２＝１９０ｃｍ^３
と求められる。

次に、かかる余剰空間を持って密封されたラミネート型蓄電デバイスについて、大気圧に開放した後の外装体４０内部の余剰空間を概算する。大気圧開放後、外装体４０は内部にある程度の隙間をもって、電極体２０や外装体４０同士が密着する。この隙間はラミネートフィルムの強度や電極体の形状等によって変わり得るが、ここでは、電極積層部と外装体の間に沿って０．５ｍｍの隙間が残ったとして、大気圧開放後の外装体４０内部の余剰空間Ｖ_ｂの体積を計算する。大気圧開放後のＶ_５１、Ｖ_５２およびＶ_５３はそれぞれ、
Ｖ_５１＝０．５ｍｍ×３０ｍｍ×１００ｍｍ＝１．５ｃｍ^３
Ｖ_５２＝０．５ｍｍ×２５０ｍｍ×８０ｍｍ＝１０ｃｍ^３
Ｖ_５３＝０．５ｍｍ×１０ｍｍ×２５０ｍｍ＝１．２５ｃｍ^３
と見積もることができる。Ｖ_５１、Ｖ_５２およびＶ_５３はそれぞれ電極積層部２１を挟んで両面または両側に存在するので、余剰空間の合計の体積は、
Ｖ_ｂ＝（Ｖ_５１＋Ｖ_５２＋Ｖ_５３）×２＝２５．５ｃｍ^３
と見積もることができる。Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｐ_ａを式１に代入すると、
大気圧開放後の外装体内部の圧力Ｐ_ｂ＝Ｐ_ａ×（Ｖ_ａ／Ｖ_ｂ）＝２９．８ｋＰａである。

ここで、上記の方法で算出されたＶ_ａ、Ｖ_ｂを用いて、容積維持部品の空間容積Ｖ_ｃを算出する。ねらいの圧力Ｐ_ｔを１１．６ｋＰａよりも低い１１ｋＰａとし、Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｐ_ａを式２に代入すると、Ｖ_ｃ≧Ｐ_ａ×Ｖ_ａ／Ｐ_ｔ－Ｖ_ｂ＝４３．６ｃｍ^３となる。容積維持部品はこの値以上の空間容積を有する必要がある。例えば、電極積層部の短辺側に沿って、両方の側面に、内部に７．３ｍｍ×３０ｍｍ×１００ｍｍ＝２１．９ｃｍ^３の空間を有する容積維持部品を設けることで、大気圧下において外装体内部の圧力を１１．６ｋＰａ以下とすることができる。

このような空間容積を有する容積維持部品を備えるラミネート型蓄電デバイスは、圧力が１１．６ｋＰａの環境下に置かれても外装体が膨張しない。すなわち、かかる外装体内部の空気の膨張によって起こる、溶着部の引き剥がし等による外装体のダメージを低減することができる。

容積維持部品３０，３１の空間部３４の容積は特に限定されない。空間部３４の容積は外装体４０の内部容積のうち、通常５％以上であり、例えば１５％以上とすることができる。また、空間部３４の容積は、外装体４０の内部容積のうち、通常４０％以下であり、例えば３０％以下とすることができる。
外装体４０の内部容積に対して空間部３４の容積がこのような範囲にあることよって、発電要素として必要とされる電極体の体積を維持しながらも、ラミネート型蓄電デバイスが減圧環境下に置かれた際に外装体にかかる負荷を低減することができる。

図５は、容積維持部品３０，３１の他の実施形態を模式的に示す斜視図である。この実施形態では、容積維持部品３０，３１は、略直方体形状である。外形部３２は、電極積層部２１の短辺に応じた長さを備えた一対の矩形状の板で構成されている。外形部３２は開口３８を有している。支持部３３は、外形部３２の長辺側の端部から垂直に配置された一対の矩形状の板で構成されている。一対の支持部３３は、一方に正極または負極の集電端子が挿通される横長の開口３７を備え、他方に正極または負極の集電露出部が挿通される開口を備えている。容積維持部品３０，３１の幅狭面には、外形部３２と支持部３３によって開口が形成されている。空間部３４は、外形部３２と支持部３３との間に形成された空間である。空間部３４と外装体の内部の空間は、外形部３２および支持部３３に設けられた開口や、外形部３２および支持部３３によって形成された開口によって連通されている。

図８は、容積維持部品３０，３１の他の実施形態を模式的に示す斜視図である。図９は、当該実施形態に係る容積維持部品３０，３１を模式的に示す側面図である。
この実施形態では、容積維持部品３０，３１は五角柱形状である。外形部３２は、連続した４枚の板状の部位３２ａ～３２ｄで構成されている。部位３２ａ～３２ｄは矩形状であり、部位３２ａと部位３２ｄは互いに対向している。部位３２ａ～３２ｄは、隣り合う部位が容積維持部品３０，３１の内側において９０度よりも大きい角度になるように繋がっている。外形部３２は、部位３２ｂと部位３２ｃの境界に沿って、正極または負極の集電端子が挿通される横長の開口３７を備えている。支持部３３は、外形部３２の間に垂直に配置された板状の部位３３ａ～３３ｄで構成されている。空間部は、外形部３２に囲まれて形成されている。容積維持部品３０，３１は、部位３２ａ，３２ｄおよび部位３３ａ～３３ｄによって作られた開口を有している。当該開口を介して空間部は外装体４０の内部と連通されている。
このような構成を有する容積維持部品３０，３１の外形部３２に沿った外装体の内側面は、９０度未満の角度で折れ曲った屈曲部を有しない。かかる構成によって、外装体にかかる負荷を低減することができる。

上述した実施形態において、電極積層部２１は矩形状であり、正極集電部２３と負極集電部２４はそれぞれ反対方向に電極積層部２１の短辺側から延びている。容積維持部品３０，３１は、電極積層部２１の短辺に沿って正極側および負極側の両側に配置されている。容積維持部品の配置や数は、これに限定されない。例えば、容積維持部品は、正極側と負極側で対称に配置されている必要はない。例えば、容積維持部品は、電極積層部２１の１つの側面にのみ配置されていてもよい。また、容積維持部品は、電極積層部２１の４つの側面を囲うように、４つの容積維持部品が配置されていてもよい。また、容積維持部品は、電極積層部２１の側面だけではなく、幅広面に沿って配置されていてもよい。
また、正極集電部２３および負極集電部２４の延びる方向は、これに限定されない。正極集電部２３と負極集電部２４は、互いに重ならないように、同一の辺の異なる部分から延びていてもよい。この場合、容積維持部品３０は、電極積層部２１の側面のうち、正極集電部２３と負極集電部２４が延びている側面に沿って配置されていることが好ましい。

容積維持部品３０，３１は、内部の空間が外装体４０の内部の空間と連通している限りにおいて上述した実施形態に限定されない。容積維持部品３０，３１の外形部３２や支持部３３には、外装体４０の内部との連通を確保する等の目的で、開口や溝等が設けられていてもよい。また、容積維持部品３０，３１の強度を向上させるため、全体としてトラス構造やハニカム構造となるような構造を適宜採用してもよい。

上述した実施形態では、外装体４０の構成は、電極積層部よりも一回り大きい矩形状の２枚のラミネートフィルムから構成されているものであるが、かかる形態に限定されない。例えば、外装体４０は、１枚で電極体の幅広面の両面を包むことができる大きさのラミネートフィルムから構成されていてもよい。この場合、外装体４０が電極体２０と容積維持部品を覆うように、１枚のラミネートフィルムが電極積層部２１の一方の長辺に沿って折り畳まれる。そして、当該折り畳まれた辺を除く３辺が溶着され、密封される。

なお、ここでは、全固体電池を構成する電極体２０を例示したが、電極体２０の構造は、特に言及されない限りにおいて、上記に限定されない。電極体２０の構造は、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー電池、リチウムイオンキャパシタなど蓄電デバイスの種類によって適宜変更されうる。また、液系の電解液が用いられた二次電池にも、ここに開示される技術を適用することができる。その場合、容積維持部品内の空洞が、電解液を溜める場所としても用いられうる。そして、ラミネート型蓄電デバイスの製造工程における、注液にかかる時間が短縮されうる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。ここに開示される発明には上記の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１０ ラミネート型蓄電デバイス
２０ 電極体
２１ 電極積層部
２３ 正極集電部
２４ 負極集電部
２７ 正極集電端子
２８ 負極集電端子
３０，３１ 容積維持部品
３２ 外形部
３３ 支持部
３４ 空間部
３６ 開口（電極積層部側）
３７ 開口（集電端子側）
３８ 開口（外形部）
４０ 外装体
５１，５２，５３ 余剰空間

Claims (7)

1. 電極体と、
   内部に空洞を有する容積維持部品と、
   前記電極体と前記容積維持部品を収容したラミネートフィルム製の外装体と
   を備え、
   前記外装体は、内部が大気圧よりも減圧されている、ラミネート型蓄電デバイス。
2. 前記容積維持部品は、
   対向する一対の外形部と、
   前記対向する一対の外形部の間に配置され、前記一対の外形部を支持する支持部と、
   前記対向する一対の外形部の間に形成された空間部と
   を有している、請求項１に記載されたラミネート型蓄電デバイス。
3. 前記外形部は、前記外装体の内側面に沿うように設けられている、請求項２に記載されたラミネート型蓄電デバイス。
4. 前記容積維持部品は、前記空間部と前記外装体の内部とを連通させる開口を有する、請求項２または３に記載されたラミネート型蓄電デバイス。
5. 前記外形部に沿った前記外装体の内側面は、９０度未満の角度で折れ曲った屈曲部を有しない、請求項２から４までの何れか一項に記載されたラミネート型電池。
6. 前記容積維持部品の空間部の容積は、前記外装体の内部容積のうち、
   ５％以上４０％以下である、請求項２から５までの何れか一項に記載されたラミネート型蓄電デバイス。
7. 前記外装体の内部の圧力が、１１．６ｋＰａ以下である、請求項１から６までの何れか一項に記載されたラミネート型蓄電デバイス。
   
   

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