JP2023100671A - 蓄電デバイス、伝熱体、包装体 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極体の温度が上昇することをより好適に抑制できる蓄電デバイス、伝熱体、および、包装体を提供する。【解決手段】蓄電デバイスは、電極体と、前記電極体を封止する外装フィルムを含む外装体と、前記外装体の表面の少なくとも一部に取り付けられる伝熱体と、を備え、前記外装フィルムは、少なくとも基材層、外装バリア層、および、熱融着性樹脂層を有し、前記外装バリア層は、金属を含む材料によって構成され、前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含み、前記伝熱層の厚さは、前記外装バリア層の厚さ以上の厚さである。【選択図】図4
Description
本発明は、蓄電デバイス、伝熱体、および、包装体に関する。
特許文献1は、蓄電デバイスの一例を開示している。この蓄電デバイスにおいては、ラミネートフィルムによって構成された袋体内に電極体が封止されている。ラミネートフィルムは、アルミニウム等の金属を含む材料によって構成される水蒸気不透過層を含む。このため、袋体内に水蒸気等が侵入することが抑制される。
上記蓄電デバイスにおいて、電極体が発熱した場合、その熱の一部は、水蒸気不透過層を構成する金属に伝わり、外部に放熱される。このため、電極体の温度が過度に上昇することが抑制される。電極体の温度上昇をより好適に抑制する観点から、水蒸気不透過層の厚さをより厚くすることが考えられる。しかし、水蒸気不透過層は、金属を含む材料によって構成されるため、水蒸気不透過層の厚さを厚くした場合、ラミネートフィルムの生産性が低下するおそれがある。
本発明は、電極体の温度が過度に上昇することをより好適に抑制できる蓄電デバイス、伝熱体、および、包装体を提供することを目的とする。
本発明の第1観点に係る蓄電デバイスは、電極体と、前記電極体を封止する外装フィルムを含む外装体と、前記外装体の表面の少なくとも一部に取り付けられる伝熱体と、を備え、前記外装フィルムは、少なくとも基材層、外装バリア層、および、熱融着性樹脂層を有し、前記外装バリア層は、金属を含む材料によって構成され、前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含み、前記伝熱層の厚さは、前記外装バリア層の厚さ以上の厚さである。
本発明の第2観点に係る蓄電デバイスは、第1観点に係る蓄電デバイスであって、前記外装体は、第1面、および、前記第1面よりも面積の大きい第2面を含み、前記伝熱体は、少なくとも前記第2面に取り付けられる。
本発明の第3観点に係る蓄電デバイスは、第1観点または第2観点に係る蓄電デバイスであって、前記伝熱体は、カバー状に構成される。
本発明の第4観点に係る蓄電デバイスは、第1観点~第3観点のいずれか1つに係る蓄電デバイスであって、前記外装体は、冷却機構によって冷却される冷却面を含み、前記伝熱体は、前記冷却面が露出するように、前記外装体の表面のうちの前記冷却面以外の部分の少なくとも一部に取り付けられる。
本発明の第5観点に係る蓄電デバイスは、第1観点~第4観点のいずれか1つに係る蓄電デバイスであって、前記外装バリア層の厚さは、100μm以下である。
本発明の第6観点に係る蓄電デバイスは、第1観点~第5観点のいずれか1つに係る蓄電デバイスであって、前記伝熱体は、前記伝熱層に積層される基材層を含む。
本発明の第7観点に係る蓄電デバイスは、電極体と、前記電極体を封止する外装フィルムを含む外装体と、前記外装体の表面の少なくとも一部が露出するように、前記外装体に取り付けられる伝熱体と、を備え、前記外装フィルムは、少なくとも基材層、外装バリア層、および、熱融着性樹脂層を有し、前記外装バリア層は、金属を含む材料によって構成され、前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含む。
本発明の第8観点の伝熱体は、電極体と、前記電極体を封止する外装フィルムを含む外装体と、を備える蓄電デバイスのうちの前記外装体の表面に取り付けられる伝熱体であって、前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含む。
本発明の第9観点に係る伝熱体は、第8観点に係る伝熱体であって、前記外装フィルムは、金属を含む材料によって構成される外装バリア層を含み、前記伝熱層の厚さは、前記外装バリア層の厚さ以上の厚さである。
本発明の第10観点に係る伝熱体は、第9観点に係る伝熱体であって、前記外装体は、第1面、および、前記第1面よりも面積の大きい第2面を含み、少なくとも前記第2面に取り付けられる。
本発明の第11観点に係る伝熱体は、第8観点~第10観点のいずれか1つに係る伝熱体であって、カバー状に構成される。
本発明の第12観点に係る伝熱体は、第8観点~第11観点のいずれか1つに係る伝熱体であって、前記外装体は、冷却機構によって冷却される冷却面を含み、前記伝熱体は、前記冷却面が露出するように、前記外装体の表面のうちの前記冷却面以外の部分の少なくとも一部に取り付けられる。
本発明の第13観点に係る伝熱体は、第9観点を引用する第10観点~第12観点のいずれか1つに係る伝熱体であって、前記外装バリア層の厚さは、100μm以下である。
本発明の第14観点に係る伝熱体は、第8観点~第13観点のいずれか1つに係る伝熱体であって、前記伝熱体は、前記伝熱層に積層される基材層を含む。
本発明の第15観点に係る包装体は、電極体を封止するための外装フィルムと、前記外装フィルムの表面の少なくとも一部に取り付けられる伝熱体と、を備え、前記外装フィルムは、少なくとも基材層、外装バリア層、および、熱融着性樹脂層を有し、前記外装バリア層は、金属を含む材料によって構成され、前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含み、前記伝熱層の厚さは、前記外装バリア層の厚さ以上の厚さである。
本発明の第16観点に係る包装体は、電極体を封止するための外装フィルムと、前記外装フィルムの表面の少なくとも一部が露出するように、前記外装フィルムの表面に取り付けられる伝熱体と、を備え、前記外装フィルムは、少なくとも基材層、外装バリア層、および、熱融着性樹脂層を有し、前記外装バリア層は、金属を含む材料によって構成され、前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含む。
本発明に関する蓄電デバイス、伝熱体、および、包装体によれば、電極体の温度が過度に上昇することをより好適に抑制できる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る蓄電デバイスについて説明する。なお、本明細書において、「~」で示される数値範囲は「以上」、「以下」を意味する。例えば、2~15mmとの表記は、2mm以上15mm以下を意味する。
<1.蓄電デバイスの全体構成>
図1は、本実施形態に係る蓄電デバイス10、および、蓄電デバイス10を冷却する冷却機構100の正面図である。蓄電デバイス10は、例えば、冷却機構100上に複数並べて使用される。複数の蓄電デバイス10は、隣り合う蓄電デバイス10の間に所定のスペースを有するように並べられる。蓄電デバイス10は、電極体20と、外装体30と、電極端子50と、伝熱体60とを含む。
図1は、本実施形態に係る蓄電デバイス10、および、蓄電デバイス10を冷却する冷却機構100の正面図である。蓄電デバイス10は、例えば、冷却機構100上に複数並べて使用される。複数の蓄電デバイス10は、隣り合う蓄電デバイス10の間に所定のスペースを有するように並べられる。蓄電デバイス10は、電極体20と、外装体30と、電極端子50と、伝熱体60とを含む。
電極体20は、リチウムイオン電池、キャパシタ、または、全固体電池等の蓄電部材を構成する電極(正極および負極)、および、セパレータ等を含む。電極体20の形状は、略直方体である。なお、「略直方体」は、完全な直方体の他に、たとえば、外面の一部の形状を修正することによって直方体とみなせるような立体を含む意味である。
電極端子50は、電極体20における電力の入出力に用いられる金属端子である。電極端子50の一方の端部は電極体20に含まれる電極(正極または負極)に電気的に接続されており、他方の端部は外装体30の端縁から外側に突出している。
電極端子50を構成する金属材料は、例えば、アルミニウム、ニッケル、銅等である。例えば、電極体20がリチウムイオン電池である場合、正極に接続される電極端子50は、通常、アルミニウム等によって構成され、負極に接続される電極端子50は、通常、銅、ニッケル等によって構成される。
外装体30は、外装フィルム40(図4等)で構成されており、電極体20を封止する。外装フィルム40によって電極体20を封止する方法は、任意に選択可能である。例えば、冷間成形を通じて2枚の外装フィルム40の少なくとも一方に電極体20を収容する収容部(窪み)を形成し、窪みに電極体20を収容した後、平面視における外装フィルム40の外周部分に沿ってヒートシールすることによって、電極体20を封止してもよい。別の例では、外装フィルム40を電極体20に巻き付け、開放部分を封止することによって、電極体20を封止してもよい。別の例によれば、電極体20の厚みに拘わらず容易に電極体20を封止することができる。なお、蓄電デバイス10の体積エネルギー密度を向上させるべく電極体20と外装フィルム40との間のデッドスペースを削減するためには、外装フィルム40が電極体20と直接的または間接的に接触している状態が好ましい。また、全固体電池においては、電池性能を発揮させるために高い圧力を電池外面から均一に掛けることが必要とされている観点からも電極体20と外装フィルム40との間の空間を無くすことが必要とされるため、外装フィルム40が電極体20と直接的または間接的にと接触している状態が好ましい。なお、外装フィルム40が電極体20と直接的または間接的に接触している状態とは、例えば、外装フィルム40と、電極体20を構成するセパレータ、集電箔、電極材料、または、絶縁材料等とが接触している状態を含む。
<2.外装フィルムの構成>
図2は、外装フィルム40の層構成の一例を示す断面図である。外装フィルム40は、例えば、基材層41、外装バリア層42、および、熱融着性樹脂層43をこの順に有する積層体(ラミネートフィルム)である。なお、外装フィルム40は、少なくとも外装バリア層42が含まれていればよい。外装フィルム40は、ヒートシール可能であることが好ましい。
図2は、外装フィルム40の層構成の一例を示す断面図である。外装フィルム40は、例えば、基材層41、外装バリア層42、および、熱融着性樹脂層43をこの順に有する積層体(ラミネートフィルム)である。なお、外装フィルム40は、少なくとも外装バリア層42が含まれていればよい。外装フィルム40は、ヒートシール可能であることが好ましい。
基材層41は、耐熱性を外装フィルム40に付与し、加工または流通の際に起こり得るピンホールの発生を抑制するための層である。基材層41は、例えば、延伸ポリエステル樹脂層および延伸ポリアミド樹脂層の少なくとも一層を含んで構成される。例えば、基材層41が延伸ポリエステル樹脂層および延伸ポリアミド樹脂層の少なくとも一層を含むことにより、外装フィルム40の加工時に外装バリア層42を保護し、外装フィルム40の破断を抑制することができる。また、外装フィルム40の引張伸びを大きくする観点から、延伸ポリエステル樹脂層は二軸延伸ポリエステル樹脂層であることが好ましく、延伸ポリアミド樹脂層は二軸延伸ポリアミド樹脂層であることが好ましい。さらに、突刺強度または衝撃強度に優れる点から、延伸ポリエステル樹脂層は二軸延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムであることがより好ましく、延伸ポリアミド樹脂層は二軸延伸ナイロン(ONy)フィルムであることがより好ましい。なお、基材層41は、延伸ポリエステル樹脂層および延伸ポリアミド樹脂層の両層を含んで構成されていてもよい。基材層41の厚さは、フィルム強度の点から、例えば5~300μmであることが好ましく、20~150μmであることがより好ましい。
外装バリア層42は、金属を含む材料によって構成される。金属は、例えば、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン鋼、鋼板等が挙げられる。本実施形態では、外装バリア層42は、アルミニウム合金またはステンレス鋼を含む材料によって構成されることが好ましい。アルミニウム合金は、防湿性、延展性等の加工性およびコストの面に優れる。外装バリア層42を構成する材料は、電極体20を包装する際の包装適性および耐ピンホール性の観点から、鉄を含むことが好ましい。外装バリア層42を構成する材料中の鉄の含有量としては、0.5~5.0質量%であることが好ましく、0.7~2.0質量%であることがより好ましい。鉄の含有量が0.5質量%以上であることにより、外装フィルム40の包装適性、優れた耐ピンホール性および延展性が得られる。また、鉄の含有量が5.0質量%以下であることにより、外装フィルム40の優れた柔軟性が得られる。
外装バリア層42の厚さは、バリア性、耐ピンホール性および包装適性の点から、15μm以上であることが好ましく、30μm以上であることがさらに好ましい。外装バリア層42の厚さは、100μm以下であることが好ましく、90μm以下であることがより好ましく、85μm以下であることがより好ましく、80μm以下であることがさらに好ましい。外装バリア層42の厚さの好ましい範囲は、例えば、15μm~100μm、15μm~90μm、15μm~85μm、15μm~80μm、30μm~100μm、30μm~90μm、30μm~85μm、30μm~80μmである。外装バリア層42の厚さが15μm以上であることによって、包装加工により応力がかかっても外装フィルム40が破断しにくくなる。外装バリア層42の厚さが100μm以下であることにより、外装フィルム40の質量増加を低減でき、蓄電デバイス10の重量エネルギー密度低下を抑制することができる。
また、外装バリア層42が金属を含む材料によって構成されるため、溶解および腐食の防止等のために、外装フィルム40は、少なくとも基材層41と反対側の面に耐腐食性皮膜を備えていることが好ましい。外装バリア層42は、耐腐食性皮膜を両面に備えていてもよい。ここで、耐腐食性皮膜とは、例えば、ベーマイト処理などの熱水変成処理、化成処理、陽極酸化処理、ニッケルやクロムなどのメッキ処理、コーティング剤を塗工する腐食防止処理を外装バリア層42の表面に行ない、外装バリア層42に耐腐食性(例えば耐酸性、耐アルカリ性など)を備えさせる薄膜をいう。耐腐食性皮膜は、具体的には、外装バリア層42の耐酸性を向上させる皮膜(耐酸性皮膜)、外装バリア層42の耐アルカリ性を向上させる皮膜(耐アルカリ性皮膜)などを意味している。耐腐食性皮膜を形成する処理としては、1種類を行なってもよいし、2種類以上を組み合わせて行なってもよい。また、1層だけではなく多層化することもできる。さらに、これらの処理のうち、熱水変成処理および陽極酸化処理は、処理剤によって金属箔表面を溶解させ、耐腐食性に優れる金属化合物を形成させる処理である。なお、これらの処理は、化成処理の定義に包含される場合もある。また、外装バリア層42が耐腐食性皮膜を備えている場合、耐腐食性皮膜を含めて外装バリア層42とする。
耐腐食性皮膜は、外装フィルム40の成形時において、外装バリア層42と基材層41との間のデラミネーション防止、電解質と水分とによる反応で生成するフッ化水素により、外装バリア層42表面の溶解、腐食、外装バリア層42表面に存在する酸化アルミニウムが溶解、腐食することを防止し、かつ、外装バリア層42表面の接着性(濡れ性)を向上させ、ヒートシール時の基材層41と外装バリア層42とのデラミネーション防止、成形時の基材層41と外装バリア層42とのデラミネーション防止の効果を示す。
熱融着性樹脂層43は、外装フィルム40にヒートシールによる封止性を付与する層である。熱融着性樹脂層43としては、ポリオレフィン系樹脂またはポリオレフィン系樹脂を無水マレイン酸等の酸でグラフト変性させた酸変性ポリオレフィン系樹脂からなる樹脂フィルムが挙げられる。熱融着性樹脂層43としては、ポリブチレンテレフタレートであってもよい。熱融着性樹脂層43の厚さは、シール性および強度の点から、例えば20~300μmであることが好ましく、40~150μmであることがより好ましい。
<3.外装体の構成>
図3は、蓄電デバイス10の分解斜視図である。なお、図3では、電極体20の図示を省略している。外装体30は、第1面31、一対の第2面32A、32B、第3面33、および、一対の第4面34A、34Bを含む。第1面31~第4面34A、Bの形状は、電極体20の形状に応じて決められる。本実施形態では、第1面31~第4面34A、34Bの形状は、長方形である。
図3は、蓄電デバイス10の分解斜視図である。なお、図3では、電極体20の図示を省略している。外装体30は、第1面31、一対の第2面32A、32B、第3面33、および、一対の第4面34A、34Bを含む。第1面31~第4面34A、Bの形状は、電極体20の形状に応じて決められる。本実施形態では、第1面31~第4面34A、34Bの形状は、長方形である。
第1面31は、蓄電デバイス10が冷却機構100に載せられた状態において、上側に位置する面である。一対の第2面32A、32Bは、電極体20を介して対向する。一対の第2面32A、32Bは、それぞれ、第1面31よりも面積が大きい。第3面33は、蓄電デバイス10が冷却機構100に載せられた状態において、下側に位置する面、換言すれば、冷却機構100によって冷却される面である。以下では、第3面33を冷却面33と称する場合がある。本実施形態では、冷却面33の面積は、第1面31の面積と等しい。一対の第4面34A、34Bは、電極端子50が貫通する面である。一対の第4面34A、34Bは、電極体20を介して対向する。本実施形態では、一対の第4面34A、34Bは、第1面31および冷却面33の面積よりも小さい。
<4.伝熱体の構成>
図4は、伝熱体60の層構成の一例を示す断面図である。伝熱体60は、外装体30の表面、換言すれば、外装フィルム40の基材層41の表面の少なくとも一部に取り付けられる。伝熱体60は、例えば、冷間成形を通じて電極体20を封止した後、または、外装フィルム40を電極体20に巻き付けることによって電極体20を封止した後、外装フィルム40に取り付けられる。別の例では、外装フィルム40の表面の少なくとも一部に伝熱体60が予め接合された包装体70(図6参照)が製造される。好ましい例では、外装フィルム40の表面の少なくとも一部が露出するように、外装フィルム40の表面に伝熱体60が予め接合された包装体70が製造される。包装体70の形状は、冷間成形を通じて電極体20を収容する収容部(窪み)が形成された形状であってもよく、シート状であってもよい。包装体70が収容部を有する形状である場合、包装体70の収容部に電極体20が収容され、包装体70が封止される。包装体70がシート状である場合、包装体70に電極体20が巻き付けられることによって、電極体20が封止される。伝熱体60は、例えば、基材層60A、伝熱層60B、および、最内層60Cをこの順に有する積層体(ラミネートフィルム)である。伝熱体60は、少なくとも、伝熱層60Bのみの単層であってもよい。すなわち、伝熱体60は、基材層60A、および、最内層60Cの少なくとも1つを省略できる。なお、基材層60Aは、例えば、絶縁性が必要である場合に積層される。最内層60Cは、外装フィルム40と接合するために積層される。最内層60Cは、例えば、粘着層であってもよい。
図4は、伝熱体60の層構成の一例を示す断面図である。伝熱体60は、外装体30の表面、換言すれば、外装フィルム40の基材層41の表面の少なくとも一部に取り付けられる。伝熱体60は、例えば、冷間成形を通じて電極体20を封止した後、または、外装フィルム40を電極体20に巻き付けることによって電極体20を封止した後、外装フィルム40に取り付けられる。別の例では、外装フィルム40の表面の少なくとも一部に伝熱体60が予め接合された包装体70(図6参照)が製造される。好ましい例では、外装フィルム40の表面の少なくとも一部が露出するように、外装フィルム40の表面に伝熱体60が予め接合された包装体70が製造される。包装体70の形状は、冷間成形を通じて電極体20を収容する収容部(窪み)が形成された形状であってもよく、シート状であってもよい。包装体70が収容部を有する形状である場合、包装体70の収容部に電極体20が収容され、包装体70が封止される。包装体70がシート状である場合、包装体70に電極体20が巻き付けられることによって、電極体20が封止される。伝熱体60は、例えば、基材層60A、伝熱層60B、および、最内層60Cをこの順に有する積層体(ラミネートフィルム)である。伝熱体60は、少なくとも、伝熱層60Bのみの単層であってもよい。すなわち、伝熱体60は、基材層60A、および、最内層60Cの少なくとも1つを省略できる。なお、基材層60Aは、例えば、絶縁性が必要である場合に積層される。最内層60Cは、外装フィルム40と接合するために積層される。最内層60Cは、例えば、粘着層であってもよい。
基材層60Aを構成する材料は、外装フィルム40の基材層41で例示した材料と同様の材料を用いることができる。本実施形態では、基材層60Aを構成する材料は、ポリエチレンテレフタレートである。
最内層60Cは、外装フィルム40の基材層41と熱融着できる材料によって構成されること、換言すれば、熱融着性樹脂層であることが好ましい。最内層60Cが熱融着性樹脂層である場合、最内層60Cを構成する材料は、外装フィルム40の熱融着性樹脂層43で例示した材料と同様の材料を用いることができる。本実施形態では、最内層60Cを構成する材料は、ポリプロピレンである。最内層60Cを構成する材料は、例えば、ポリプロピレン以外のオレフィン系樹脂、または、ポリブチレンテレフタレートであってもよい。最内層60Cが熱融着性樹脂層ではない場合、最内層60Cを構成する材料は、例えば、ウレタン樹脂等の接着剤、または、粘着剤であってもよく、両面テープ等を介して外装フィルム40の基材層41と接合できる任意の材料によって構成されてもよい。なお、接着剤の一例は、ウレタン樹脂である。
伝熱層60Bは、外装バリア層42と同様に、金属を含む材料によって構成されてもよいが、熱伝導性の観点から金属は、例えば、アルミニウム合金、銅、金、銀、真鍮、鉄、ステンレス等が挙げられる。本実施形態では、熱伝導性およびコストの観点から、伝熱層60Bは、アルミニウム合金または銅を含む材料によって構成されることが好ましい。伝熱層60Bを構成する材料、および、好ましい構成に関しては、外装バリア層42と同様であるが、電極体20から発生した熱を好適に冷却機構100に伝えるため、伝熱層60Bの厚さは、外装バリア層42の厚さ以上の厚さであることが好ましい。伝熱層60Bの厚さは、15μm以上であることが好ましく、30μm以上であることがさらに好ましい。伝熱体60の成形性および生産性の観点から、伝熱層60Bの厚さは、100μm以下であることが好ましく、90μm以下であることがより好ましく、85μm以下であることがより好ましく、80μm以下であることがさらに好ましい。伝熱層60Bの厚さの好ましい範囲は、例えば、15μm~100μm、15μm~90μm、15μm~85μm、15μm~80μm、30μm~100μm、30μm~90μm、30μm~85μm、30μm~80μmである。伝熱層60Bの厚さが15μm以上であることによって、電極体20から発生した熱を好適に冷却機構100に伝えることができる。伝熱層60Bの厚さが100μm以下であることにより、伝熱体60の成形性および生産性が向上する。なお、電極体20で発生した熱を冷却機構100に好適に伝熱する観点から、伝熱層60Bの厚さはできるだけ厚い方が好ましい。このため、シート状の伝熱体60を成形しない場合、換言すれば、折り曲げる等の加工をしない場合、伝熱層60Bの厚さは、300μm以下であることが好ましい。
電極体20が発熱した場合、その熱の一部は、外装体30の第1面31~第4面34A、Bに伝わる。電極体20の熱を好適に冷却機構100に伝えるため、伝熱体60は、少なくとも、外装体30のうちの面積が大きい面である一対の第2面32A、32Bに取り付けられることが好ましい。一方、蓄電デバイス10の使用状態において、冷却面33は、冷却機構100(図1参照)と接触しているため、冷却面33に伝わった熱は、速やかに冷却機構100に伝わることが好ましい。このため、冷却面33には、伝熱体60が取り付けられないことが好ましい。本実施形態では、伝熱体60は、第1面31、および、一対の第2面32A、32Bの概ね全体に取り付けられる。
伝熱体60の形状は、外装体30の表面に取り付けることができる形状であれば、任意に選択可能である。本実施形態では、伝熱体60を外装体30に容易に取り付けることができるように、伝熱体60は、カバー状に構成される。伝熱体60は、カバー状に成形せずに、単にシート状であってもよい。伝熱体60は、第1部分61、および、一対の第2部分62A、62Bを含む、U字に類似する形状である。第1部分61は、外装体30の第1面31に取り付けられる。第1部分61の形状は、第1面31と同様の形状である。一対の第2部分62A、62Bは、第1部分61と繋がる。一対の第2部分62A、62Bは、外装体30の一対の第2面32A、32Bに取り付けられる。第2部分62Aは、外装体30の第2面32Aに取り付けられる。第2部分62Aの形状は、第2面32Aの形状と同様の形状である。第2部分62Bは、外装体30の第2面32Bに取り付けられる。第2部分62Bの形状は、第2面32Bの形状と同様の形状である。
<5.冷却機構の構成>
図5は、冷却機構100の一例を示す断面図である。冷却機構100の具体的な構成は、蓄電デバイス10を冷却できる構成であれば、水冷式冷却機構または空冷式冷却機構等、公知の冷却機構が任意に選択可能である。本実施形態では、冷却機構100は、支持層110、第1金属層120、および、第2金属層130を含む水冷式冷却機構である。支持層110は、蓄電デバイス10が載せられる層である。支持層110を構成する材料は、例えば、高熱伝導ゲルである。第1金属層120は、支持層110と接合される。第1金属層120を構成する材料は、例えば、アルミニウムである。第2金属層130は、第1金属層120との間に水の流路140が形成されるように、第1金属層120と接合される。第2金属層130を構成する材料は、例えば、アルミニウムである。流路140に流れる水の温度は、蓄電デバイス10を冷却できる温度であれば、任意に選択可能であるが、好ましくは、60℃以下、さらに好ましくは、30℃以下である。
図5は、冷却機構100の一例を示す断面図である。冷却機構100の具体的な構成は、蓄電デバイス10を冷却できる構成であれば、水冷式冷却機構または空冷式冷却機構等、公知の冷却機構が任意に選択可能である。本実施形態では、冷却機構100は、支持層110、第1金属層120、および、第2金属層130を含む水冷式冷却機構である。支持層110は、蓄電デバイス10が載せられる層である。支持層110を構成する材料は、例えば、高熱伝導ゲルである。第1金属層120は、支持層110と接合される。第1金属層120を構成する材料は、例えば、アルミニウムである。第2金属層130は、第1金属層120との間に水の流路140が形成されるように、第1金属層120と接合される。第2金属層130を構成する材料は、例えば、アルミニウムである。流路140に流れる水の温度は、蓄電デバイス10を冷却できる温度であれば、任意に選択可能であるが、好ましくは、60℃以下、さらに好ましくは、30℃以下である。
<6.蓄電デバイスの作用および効果>
本実施形態の蓄電デバイスでは、外装バリア層42を含む外装フィルム40と、伝熱層60Bを含む伝熱体60とが別部材で構成されているため、外装フィルム40および伝熱体60の個々の厚さが厚くなることが抑制される。このため、外装フィルム40および伝熱体60を良好に生産できる。また、電極体20が発熱した場合、その熱は、第1伝熱ルート、第2伝熱ルート、第3伝熱ルート、および、第4伝熱ルートを介して、冷却機構100に伝えられる。
本実施形態の蓄電デバイスでは、外装バリア層42を含む外装フィルム40と、伝熱層60Bを含む伝熱体60とが別部材で構成されているため、外装フィルム40および伝熱体60の個々の厚さが厚くなることが抑制される。このため、外装フィルム40および伝熱体60を良好に生産できる。また、電極体20が発熱した場合、その熱は、第1伝熱ルート、第2伝熱ルート、第3伝熱ルート、および、第4伝熱ルートを介して、冷却機構100に伝えられる。
第1伝熱ルートは、外装体30の第3面33において、外装フィルム40の積層方向の順、すなわち、外装フィルム40の熱融着性樹脂層43、外装バリア層42、基材層41、および、冷却機構100の順に伝熱するルートである。このため、第1伝熱ルートを考慮した場合、外装フィルム40の厚さは、薄い方が好ましい。
第2伝熱ルートは、外装フィルム40の熱融着性樹脂層43、外装バリア層42に伝熱した後、外装バリア層42から冷却機構100、および、基材層41から冷却機構100に伝熱するルートである。なお、第2伝熱ルートにおいて、熱伝導が遅い場合、熱の一部は、伝熱体60に伝熱し、第4伝熱ルートに移行する。伝熱体60は、第2伝熱ルートによる伝熱を補助する機能を有するため、積層方向と直交する方向である面方向の熱伝導が重要となる。このため、伝熱体60の伝熱層60Bの厚さは、できるだけ厚い方が好ましい。
第3伝熱ルートは、外装フィルム40の熱融着性樹脂層43、外装バリア層42、基材層41、および、伝熱体60の最内層60C、伝熱層60B、および、冷却機構100の順に伝熱するルートである。
第4伝熱ルートは、外装フィルム40の熱融着性樹脂層43、外装バリア層42、基材層41、伝熱体60の最内層60C、伝熱層60B、最内層60C、基材層41、外装バリア層42、基材層41、および、冷却機構100の順に伝熱するルートである。
蓄電デバイス10は、伝熱体60を備えるため、第1伝熱ルートおよび第2伝熱ルートに加えて、第3伝熱ルートおよび第4伝熱ルートによる伝熱が進行するため、蓄電デバイス10の温度が過度に上昇することを好適に抑制できる。また、蓄電デバイス10によれば、さらに以下の効果が得られる。
<6-1>
伝熱層60Bの厚さは、外装バリア層42の厚さ以上の厚さであるため、第3伝熱ルートおよび第4伝熱ルートにおいて、伝熱体60を介して熱を好適に冷却機構100に伝えられる。
伝熱層60Bの厚さは、外装バリア層42の厚さ以上の厚さであるため、第3伝熱ルートおよび第4伝熱ルートにおいて、伝熱体60を介して熱を好適に冷却機構100に伝えられる。
<6-2>
伝熱体60が、外装体30のうちの比較的面積の大きい第2面32A、32Bに少なくとも取り付けられている。このため、電極体20から発生した熱をより好適に冷却機構100に伝えることができる。
伝熱体60が、外装体30のうちの比較的面積の大きい第2面32A、32Bに少なくとも取り付けられている。このため、電極体20から発生した熱をより好適に冷却機構100に伝えることができる。
<6-3>
伝熱体60が、カバー状に構成されるため、伝熱体60を外装体30に容易に取り付けることができる。
伝熱体60が、カバー状に構成されるため、伝熱体60を外装体30に容易に取り付けることができる。
<6-4>
冷却面33には、伝熱体60が取り付けられていないため、冷却面33に伝わった熱を速やかに冷却機構100に伝えることができる。
冷却面33には、伝熱体60が取り付けられていないため、冷却面33に伝わった熱を速やかに冷却機構100に伝えることができる。
<6-5>
外装バリア層42の厚さが、100μm以下であるため、伝熱体60の成形性および生産性が良好となる。
外装バリア層42の厚さが、100μm以下であるため、伝熱体60の成形性および生産性が良好となる。
<7.実施例>
本願発明者は、実施例の蓄電デバイスについて、伝熱体を取り付けない場合の温度と、伝熱体を取り付けた場合の温度との関係をシミュレーションによって確認する試験を実施した。なお、以下では、説明の便宜上、実施例の蓄電デバイスを構成する要素のうち、実施形態と同じ要素には、実施形態と同様の符号を付して説明する。
本願発明者は、実施例の蓄電デバイスについて、伝熱体を取り付けない場合の温度と、伝熱体を取り付けた場合の温度との関係をシミュレーションによって確認する試験を実施した。なお、以下では、説明の便宜上、実施例の蓄電デバイスを構成する要素のうち、実施形態と同じ要素には、実施形態と同様の符号を付して説明する。
図7は、実施例の蓄電デバイス10の諸元、および、試験結果を示す表である。図7におけるPET等の材料の略語の横の括弧内の数値は、その層の厚さを示している。また、実施例の蓄電デバイス10の外装フィルム40および伝熱体60を構成する各層は、例えば、接着剤を介して接合される。実施例1~3では、伝熱体60を外装体30に取り付ける場合、伝熱体60を外装体30の第1面31、および、一対の第2面32A、32Bの全体に取り付けた。すなわち、実施例1~3では、伝熱体60を取り付ける場合であっても、冷却面33、および、一対の第4面34A、34Bには、伝熱体60が取り付けられていない。実施例4、5では、伝熱体60を外装体30に取り付ける場合、伝熱体60を外装体30の第1面31~第4面34A、34Bの全体に取り付けた。すなわち、実施例4、5では、伝熱体60が取り付けられた状態では、外装体30の表面の全体が、伝熱体60によって覆われている。
図7に示されるように、実施例1~5において、外装体30に伝熱体60を取り付ける場合の方が、伝熱体60を取り付けない場合よりも、蓄電デバイス10の温度が上昇することを抑制できることが確認された。また、実施例3、4は、外装フィルム40の外装バリア層42の厚さ、および、伝熱体60の伝熱層60Bの厚さが同じである。実施例5は、外装フィルム40の外装バリア層42の厚さが実施例3、4と同じであり、伝熱体60の伝熱層60Bの厚さが実施例3、4よりも厚い。しかし、実施例3は、実施例4、5に比べて、蓄電デバイス10の温度が上昇することをより好適に抑制できることが確認された。これは、実施例3は、冷却面33に伝熱体60が取り付けられていないため、冷却面33に伝わった熱が速やかに冷却機構100に伝わったためであると考えられる。
<8.変形例>
上記実施形態は本発明に関する蓄電デバイス、伝熱体および、包装体が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に関する蓄電デバイス、伝熱体、および、包装体は、実施形態に例示された形態とは異なる形態を取り得る。その一例は、実施形態の構成の一部を置換、変更、もしくは、省略した形態、または、実施形態に新たな構成を付加した形態である。以下に実施形態の変形例の幾つかの例を示す。
上記実施形態は本発明に関する蓄電デバイス、伝熱体および、包装体が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に関する蓄電デバイス、伝熱体、および、包装体は、実施形態に例示された形態とは異なる形態を取り得る。その一例は、実施形態の構成の一部を置換、変更、もしくは、省略した形態、または、実施形態に新たな構成を付加した形態である。以下に実施形態の変形例の幾つかの例を示す。
<8-1>
外装体30うちの伝熱体60が取り付けられる位置は、任意に選択可能である。例えば、外装体30のうちの一対の第4面34A、34Bの少なくとも一方に伝熱体60を取り付けてもよい。
外装体30うちの伝熱体60が取り付けられる位置は、任意に選択可能である。例えば、外装体30のうちの一対の第4面34A、34Bの少なくとも一方に伝熱体60を取り付けてもよい。
<8-2>
上記実施形態では、伝熱体60の第1部分61と、一対の第2部分62A、62Bとは繋がっていたが、第1部分61と、一対の第2部分62A、62Bの少なくとも一方とは、分離していてもよい。
上記実施形態では、伝熱体60の第1部分61と、一対の第2部分62A、62Bとは繋がっていたが、第1部分61と、一対の第2部分62A、62Bの少なくとも一方とは、分離していてもよい。
<8-3>
上記実施形態では、伝熱体60と外装体30とが接合されていたが、伝熱体60がカバー状に構成される場合、伝熱体60と外装体30とは接合されていなくてもよい。また、伝熱体60がシート状である場合、換言すれば、伝熱体60が成形されない場合、伝熱体60は、例えば、外装体30の第1面31に載せられていてもよい。要するに、伝熱体60は、外装体30の表面の少なくとも一部を覆っていればよい。
上記実施形態では、伝熱体60と外装体30とが接合されていたが、伝熱体60がカバー状に構成される場合、伝熱体60と外装体30とは接合されていなくてもよい。また、伝熱体60がシート状である場合、換言すれば、伝熱体60が成形されない場合、伝熱体60は、例えば、外装体30の第1面31に載せられていてもよい。要するに、伝熱体60は、外装体30の表面の少なくとも一部を覆っていればよい。
<8-4>
上記実施形態では、外装バリア層42を構成する材料に含まれる金属、および、伝熱層60Bを構成する材料に含まれる金属は、アルミニウムであった。しかし、外装バリア層42を構成する材料に含まれる金属と、伝熱層60Bを構成する材料に含まれる金属とは、異なっていてもよい。
上記実施形態では、外装バリア層42を構成する材料に含まれる金属、および、伝熱層60Bを構成する材料に含まれる金属は、アルミニウムであった。しかし、外装バリア層42を構成する材料に含まれる金属と、伝熱層60Bを構成する材料に含まれる金属とは、異なっていてもよい。
<8-5>
上記実施形態において、伝熱体60は、伝熱層60Bよりも外側に1または複数の緩衝機能を有する層(以下では、「緩衝層」という)を有していてもよい。緩衝層は、基材層60Aの外側に積層されてもよく、基材層60Aが緩衝層の機能を兼ね備えてもよい。伝熱体60が複数の緩衝層を有する場合、複数の緩衝層は、隣接していてもよく、基材層60Aまたは伝熱層60B等を介して積層されてもよい。
上記実施形態において、伝熱体60は、伝熱層60Bよりも外側に1または複数の緩衝機能を有する層(以下では、「緩衝層」という)を有していてもよい。緩衝層は、基材層60Aの外側に積層されてもよく、基材層60Aが緩衝層の機能を兼ね備えてもよい。伝熱体60が複数の緩衝層を有する場合、複数の緩衝層は、隣接していてもよく、基材層60Aまたは伝熱層60B等を介して積層されてもよい。
緩衝層を構成する材料は、クッション性を有する材料から任意に選択可能である。クッション性を有する材料は、例えば、ゴム、不織布、または、発泡シートである。ゴムは、例えば、天然ゴム、フッ素ゴム、または、シリコンゴムである。ゴム硬度は、20~90程度であることが好ましい。不織布を構成する材料は、耐熱性に優れる材料であることが好ましい。緩衝層が不織布によって構成される場合、緩衝層の厚さの下限値は、好ましくは、100μm、さらに好ましくは、200μm、さらに好ましくは、1000μmである。緩衝層が不織布によって構成される場合、緩衝層の厚さの上限値は、好ましくは、5000μm、さらに好ましくは、3000μmである。緩衝層の厚さの好ましい範囲は、100μm~5000μm、100μm~3000μm、200μm~3000μm、1000μm~5000μm、または、1000μm~3000μmである。この中でも、緩衝層の厚さの範囲は、1000μm~3000μmが最も好ましい。
緩衝層がゴムによって構成される場合、緩衝層の厚さの下限値は、好ましくは、0.5mmである。緩衝層がゴムによって構成される場合、緩衝層の厚さの上限値は、好ましくは、10mm、さらに好ましくは、5mm、さらに好ましくは、2mmである。緩衝層がゴムによって構成される場合、緩衝層の厚さの好ましい範囲は、0.5mm~10mm、0.5mm~5mm、または、0.5mm~2mmである。
伝熱体60が緩衝層を有する場合、緩衝層がクッションとして機能するため、蓄電デバイス10が落下したときの衝撃、または、蓄電デバイス10の製造時のハンドリングによって、伝熱体60が破損することが抑制される。また、全固体電池のように、電池の加圧が必要な場合に、電池に圧力を均一にかけることができる。
<8-6>
上記実施形態では、冷却機構100は、水冷式冷却機構であったが、冷却機構100の構成は、これに限定されない。例えば、冷却機構100は、空冷式冷却機構であってもよい。この変形例では、冷却面33は、空気と接触する。
上記実施形態では、冷却機構100は、水冷式冷却機構であったが、冷却機構100の構成は、これに限定されない。例えば、冷却機構100は、空冷式冷却機構であってもよい。この変形例では、冷却面33は、空気と接触する。
10 :蓄電デバイス
20 :電極体
30 :外装体
31 :第1面
32A:第2面
32B:第2面
33 :第3面(冷却面)
40 :外装フィルム
42 :外装バリア層
60 :伝熱体
60A:基材層
60B:伝熱層
70 :包装体
100:冷却機構
20 :電極体
30 :外装体
31 :第1面
32A:第2面
32B:第2面
33 :第3面(冷却面)
40 :外装フィルム
42 :外装バリア層
60 :伝熱体
60A:基材層
60B:伝熱層
70 :包装体
100:冷却機構
Claims (16)
- 電極体と、
前記電極体を封止する外装フィルムを含む外装体と、
前記外装体の表面の少なくとも一部に取り付けられる伝熱体と、を備え、
前記外装フィルムは、少なくとも基材層、外装バリア層、および、熱融着性樹脂層を有し、
前記外装バリア層は、金属を含む材料によって構成され、
前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含み、
前記伝熱層の厚さは、前記外装バリア層の厚さ以上の厚さである
蓄電デバイス。 - 前記外装体は、第1面、および、前記第1面よりも面積の大きい第2面を含み、
前記伝熱体は、少なくとも前記第2面に取り付けられる
請求項1に記載の蓄電デバイス。 - 前記伝熱体は、カバー状に構成される
請求項1または2に記載の蓄電デバイス。 - 前記外装体は、冷却機構によって冷却される冷却面を含み、
前記伝熱体は、前記冷却面が露出するように、前記外装体の表面のうちの前記冷却面以外の部分の少なくとも一部に取り付けられる
請求項1または2に記載の蓄電デバイス。 - 前記外装バリア層の厚さは、100μm以下である
請求項1または2に記載の蓄電デバイス。 - 前記伝熱体は、前記伝熱層に積層される基材層を含む
請求項1または2に記載の蓄電デバイス。 - 電極体と、
前記電極体を封止する外装フィルムを含む外装体と、
前記外装体の表面の少なくとも一部が露出するように、前記外装体に取り付けられる伝熱体と、を備え、
前記外装フィルムは、少なくとも基材層、外装バリア層、および、熱融着性樹脂層を有し、
前記外装バリア層は、金属を含む材料によって構成され、
前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含む
蓄電デバイス。 - 電極体と、前記電極体を封止する外装フィルムを含む外装体と、を備える蓄電デバイスのうちの前記外装体の表面に取り付けられる伝熱体であって、
前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含む
伝熱体。 - 前記外装フィルムは、金属を含む材料によって構成される外装バリア層を含み、
前記伝熱層の厚さは、前記外装バリア層の厚さ以上の厚さである
請求項8に記載の伝熱体。 - 前記外装体は、第1面、および、前記第1面よりも面積の大きい第2面を含み、
少なくとも前記第2面に取り付けられる
請求項8または9に記載の伝熱体。 - カバー状に構成される
請求項8または9に記載の伝熱体。 - 前記外装体は、冷却機構によって冷却される冷却面を含み、
前記伝熱体は、前記冷却面が露出するように、前記外装体の表面のうちの前記冷却面以外の部分の少なくとも一部に取り付けられる
請求項8または9に記載の伝熱体。 - 前記外装バリア層の厚さは、100μm以下である
請求項9を引用する請求項10~12のいずれか一項に記載の伝熱体。 - 前記伝熱体は、前記伝熱層に積層される基材層を含む
請求項8または9に記載の伝熱体。 - 電極体を封止するための外装フィルムと、
前記外装フィルムの表面の少なくとも一部に取り付けられる伝熱体と、を備え、
前記外装フィルムは、少なくとも基材層、外装バリア層、および、熱融着性樹脂層を有し、
前記外装バリア層は、金属を含む材料によって構成され、
前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含み、
前記伝熱層の厚さは、前記外装バリア層の厚さ以上の厚さである
包装体。 - 電極体を封止するための外装フィルムと、
前記外装フィルムの表面の少なくとも一部が露出するように、前記外装フィルムの表面に取り付けられる伝熱体と、を備え、
前記外装フィルムは、少なくとも基材層、外装バリア層、および、熱融着性樹脂層を有し、
前記外装バリア層は、金属を含む材料によって構成され、
前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含む
包装体。
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