JP5455768B2 - Power storage device - Google Patents
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Description
本発明は、正極と負極とがセパレータを介して積層されてなる電極積層体を有し、その電極積層体が電解液とともにラミネートフィルムのケース内に密封封止された蓄電デバイスに関するものである。 The present invention relates to an electricity storage device having an electrode laminate in which a positive electrode and a negative electrode are laminated via a separator, and the electrode laminate is hermetically sealed in a laminate film case together with an electrolytic solution.
太陽光発電や風力発電等の負荷平準化装置、コンピュータ等に代表される電子機器の瞬時電圧低下対策装置、電気自動車やハイブリッドカーのエネルギー回生装置などのような蓄電システムにおいては、エネルギー容量が大きくてかつ急速充放電が可能な蓄電デバイスが必要とされている。従来の鉛蓄電池やその他の二次電池では、大電流の充放電に弱くサイクル寿命が短いため、その蓄電システムに対応することは困難であった。そこで、それらの問題を解決しうる新たな蓄電デバイスとして、近年、非水系の蓄電デバイスが注目されている。 Energy storage systems such as load leveling devices such as photovoltaic power generation and wind power generation, instantaneous voltage drop countermeasure devices for electronic devices such as computers, and energy regeneration devices for electric vehicles and hybrid cars have a large energy capacity. There is a need for an electricity storage device that can be rapidly charged and discharged. Conventional lead-acid batteries and other secondary batteries are difficult to charge and discharge with a large current and have a short cycle life, so it is difficult to cope with the power storage system. Accordingly, in recent years, non-aqueous power storage devices have attracted attention as new power storage devices that can solve these problems.
現在、急速充放電や長寿命化が可能な蓄電デバイスとして、リチウムイオンキャパシタが提案されている。このリチウムイオンキャパシタは、正極、負極及びセパレータを積層してなる電極積層体を備えている。かかる電極積層体は例えば柔らかいアルミラミネート箔からなるラミネートケース内に収容され、そのケース内はリチウムイオンを含んだ有機電解質で満たされている。このリチウムイオンキャパシタにおいて、過充電等の異常時において、ラミネートケース内でガスが発生すると、ラミネートケースの内圧が上昇しケースが膨らむ。従来では、その異常時において、ラミネートケースの破裂を未然に防止するためにラミネートケース内の内圧を解放するための内圧解放機構が設けられている。内圧解放機構の具体例としては、例えば、ラミネートケースの封止部分の一部を他の部位の融着強度よりも弱く形成する(具体的には、融着幅を狭くするか融着力を弱くする)安全機構(例えば、特許文献1等参照)や、ラミネートケースの一部に貫通口を設け、その開口を塞ぐ形で安全弁を取り付けてなる安全機構(例えば、特許文献2等参照)などが提案されている。 Currently, a lithium ion capacitor has been proposed as an electricity storage device capable of rapid charge / discharge and long life. This lithium ion capacitor includes an electrode laminate in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are laminated. Such an electrode laminate is accommodated in a laminate case made of, for example, a soft aluminum laminate foil, and the case is filled with an organic electrolyte containing lithium ions. In this lithium ion capacitor, when gas is generated in the laminate case during an abnormality such as overcharge, the internal pressure of the laminate case increases and the case expands. Conventionally, an internal pressure release mechanism for releasing the internal pressure in the laminate case is provided in order to prevent the laminate case from bursting in the event of an abnormality. As a specific example of the internal pressure release mechanism, for example, a part of the sealing portion of the laminate case is formed to be weaker than the fusion strength of other parts (specifically, the fusion width is narrowed or the fusion force is weakened). Safety mechanism (see, for example, Patent Document 1), a safety mechanism (for example, see Patent Document 2, etc.) in which a through-hole is provided in a part of the laminate case and a safety valve is attached to close the opening. Proposed.
ところが、特許文献1の安全機構では、ラミネートケースにおける封止部分の融着強度を部分的に弱くしているため、その部分から水分が透過するといった問題が懸念される。また、特許文献2の安全機構でも、貫通口を設けそれを安全弁で塞ぐ構成となっているため、その部分から水分が透過するといった問題がある。ラミネートケース内に水分が入り込むと、リチウムが反応してキャパシタ性能を劣化させる原因となってしまう。 However, in the safety mechanism of Patent Document 1, since the fusion strength of the sealing portion in the laminate case is partially weakened, there is a concern that moisture permeates from that portion. Also, the safety mechanism of Patent Document 2 has a configuration in which a through-hole is provided and closed with a safety valve, so that moisture permeates from that portion. When moisture enters the laminate case, lithium reacts to cause deterioration of the capacitor performance.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ケースの信頼性を確保しつつ、ガス発生時にケースの内圧を確実に解放することができる蓄電デバイスを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an electricity storage device that can reliably release the internal pressure of the case when gas is generated while ensuring the reliability of the case. .
上記課題を解決するための手段[1]〜[3]を以下に列挙する。 Means [1] to [ 3 ] for solving the above problems are listed below.
[1]シート状に成形された正極と負極とがセパレータを介して積層されてなる電極積層体を有し、前記電極積層体が電解液とともにラミネートフィルムのケース内に密封封止された蓄電デバイスであって、前記ケースにおいて前記電極積層体を収納する積層体収納部よりも外周側の部位を挟み込んだ状態で固定される固定部と、前記固定部から延設され、ガス発生時に変形した前記ケースに当接してそのケースを破断させる破断部とを有する内圧解放機構を備え、前記破断部は、ガス発生前の未変形の前記ケースに対して非接触の状態で設けられていることを特徴とする蓄電デバイス。 [1] An electricity storage device having an electrode laminate in which a positive electrode and a negative electrode formed in a sheet shape are laminated via a separator, and the electrode laminate is hermetically sealed in a case of a laminate film together with an electrolytic solution In the case, a fixed portion that is fixed in a state of sandwiching a portion on the outer peripheral side of the stacked body storage portion that stores the electrode stacked body in the case, and extended from the fixed portion and deformed at the time of gas generation An internal pressure release mechanism having a breaking portion that abuts the case and breaks the case, and the breaking portion is provided in a non-contact state with respect to the undeformed case before gas generation. An electricity storage device.
従って、手段1に記載の発明によると、従来技術のようにラミネートケースの封止部分において部分的に融着強度を弱くしたり開口部を設けたりして内圧解放機構を構成する必要がない。つまり、ケース側に変更を加えることなく、内圧解放機構を設けることができる。従って、ケースの封止部分を均一の強度で融着することができ、ケース内への水分の浸入を確実に防ぐことができる。また、薄型のケースであっても、ケースの外周側の部分を固定部で挟み込むことで固定することができ、ガス発生時に膨らんだケースを破断部で確実に破断させることができる。これにより、ガス発生時に加わるケースの内圧を確実に解放することができる。また、前記破断部は、ガス発生前の未変形の前記ケースに対して非接触の状態で設けられており、ガスが発生していない通常使用時において、破断部がケースに接触していないため、振動等により誤ってケースが破断されることがなく、ケースの信頼性を維持することができる。 Therefore, according to the invention described in the means 1, it is not necessary to configure the internal pressure release mechanism by partially reducing the fusion strength or providing the opening at the sealing portion of the laminate case as in the prior art. That is, the internal pressure release mechanism can be provided without changing the case side. Therefore, the sealing part of the case can be fused with a uniform strength, and moisture can be reliably prevented from entering the case. Moreover, even if it is a thin case, it can fix by inserting | pinching the outer peripheral side part of a case with a fixing | fixed part, and the case swelled at the time of gas generation can be reliably broken at a fracture | rupture part. Thereby, the internal pressure of the case applied at the time of gas generation can be reliably released . In addition, the rupture portion is provided in a non-contact state with respect to the undeformed case before gas generation, and the rupture portion is not in contact with the case during normal use when no gas is generated. The case is not broken by vibration or the like, and the reliability of the case can be maintained.
[2]手段1において、前記固定部は、前記ケースの外周端部を挟み込むU字状の部材であり、前記破断部は、前記U字状の部材における一方の端部にて前記ケースと対向するよう設けられる切刃状の部材であることを特徴とする蓄電デバイス。 [2] In the means 1, the fixing portion is a U-shaped member that sandwiches an outer peripheral end portion of the case, and the fracture portion is opposed to the case at one end portion of the U-shaped member. A power storage device, wherein the power storage device is a cutting blade-like member.
手段2に記載の発明によれば、固定部がU字状の部材であるため、ケースの外周端部を確実に挟みこむことができる。また、U字状の固定部における一方の端部に破断部を設けることにより、ケースと対向するよう破断部を配置させることができる。さらに、破断部は、切刃状の部材であるので、ガス発生時に変形したケースに当接することでケースを容易に破断させることができる。 According to the invention described in the means 2, since the fixing portion is a U-shaped member, the outer peripheral end portion of the case can be securely sandwiched. Moreover, a fracture | rupture part can be arrange | positioned so that a case may be opposed by providing a fracture | rupture part in one edge part in a U-shaped fixing | fixed part. Furthermore, since the breaking portion is a cutting edge member, the case can be easily broken by coming into contact with the case deformed when gas is generated.
[3]手段1または2において、前記内圧解放機構は、前記ケースよりも硬い部材からなることを特徴とする蓄電デバイス。 [ 3 ] Means 1 or 2 , wherein the internal pressure release mechanism is made of a member harder than the case.
手段3に記載の発明によれば、内圧解放機構は、ケースよりも硬い部材からなるため、ケースの変形に追従することなく、ケースを破断させるための十分な力を作用させることができる。 According to the invention described in means 3 , since the internal pressure release mechanism is made of a member harder than the case, a sufficient force for breaking the case can be applied without following the deformation of the case.
以上詳述したように、手段1〜3に記載の発明によると、ケースの信頼性を確保しつつ、ガス発生時にケースの内圧を確実に解放することができる蓄電デバイスを提供することができる。 As described above in detail, according to the inventions described in the means 1 to 3 , it is possible to provide an electricity storage device that can reliably release the internal pressure of the case when gas is generated while ensuring the reliability of the case.
以下、本発明をリチウムイオンキャパシタに具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図1は本実施の形態におけるリチウムイオンキャパシタ10を示す側面図であり、図2はそのリチウムイオンキャパシタ10の平面図である。また、図3は上記リチウムイオンキャパシタ10を構成する電極積層体11を示す断面図である。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a lithium ion capacitor will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view showing a
図1〜図3に示されるように、リチウムイオンキャパシタ10は、シート状に成形された正極21と負極31とがセパレータ41を介して交互に積み重ねられた構造を有する電極積層体11を備えている。リチウムイオンキャパシタ10において、電極積層体11は、リチウム塩を含んだ電解液とともにケース51内に密封封止されている。本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ10は、電極積層体11の厚さが6mm程度であり、薄型の蓄電デバイスとして構成されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
セパレータ41は、電解液や電極活物質等に対して耐久性があり、連通気孔を有する非導電性の多孔体等からなる。通常、ガラス繊維、ポリエチレン、ポリプロピレン等、セルロース等からなる不織布あるいは多孔体が用いられる。セパレータ41の厚さは、キャパシタの内部抵抗を小さくするために薄いほうが好ましいが、電解液の保持量、流通性、強度等を勘案して適宜設定することができる。
The
正極21は、炭素材料からなる正極材22を正極集電体23上に形成した構造を有している。正極材22を形成する炭素材料としては、活性炭が用いられる。この炭素材料は、必要に応じて導電剤及びバインダとともに混練され、成形される。
The
正極集電体23は、正極材22を支持しつつ集電を行うための部材であって、例えばアルミニウムからなる導電性金属板を用いて形成されている。正極集電体23は平面視矩形状に形成され、その四辺のうちの一辺からタブ24が突出している。このタブ24は、アルミニウムからなる正極用外部端子25に接続されている(図1及び図2参照)。
The positive electrode
負極31は、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料からなる負極材32を負極集電体33上に形成した構造を有している。負極材32の形成材料としては、黒鉛系炭素、易黒鉛化炭素、難黒鉛化炭素等の炭素材料がある。これらの炭素材料は、可逆性が高い等の性質を有するため、負極材料として好適である。負極電極32用の炭素材料は、必要に応じて導電剤及びバインダとともに混練され、成形される。
The
負極集電体33は、負極材32を支持しつつ集電を行うための部材であって、例えば銅からなる導電性金属板を用いて形成されている。負極集電体33は平面視矩形状に形成され、その四辺のうちの一辺からタブ34が引き出されている。このタブ34は、銅からなる負極用外部端子35に接続されている(図1及び図2参照)。
The negative electrode
図1及び図2に示されるように、リチウムイオンキャパシタ10のケース51は、アルミ箔を樹脂フィルムにラミネートしてなるアルミニウム・ラミネートフィルムを用いて矩形袋状に加工したソフト容器である。ケース51における外周部52は、熱融着によって封止されている。熱融着による封止は、融着部に正極用外部端子25及び負極用外部端子35を挟み込んだ状態で行われる。本実施の形態では、ケース51の封止部分は、融着幅が等しくかつ融着力が均一となるように形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
このようにしてケース51内に電極積層体11を収容した場合、ケース51における一方の端部(図1では左側の端部)から正極用外部端子25が引き出され、他方の端部(図1では右側の端部)から負極用外部端子35が引き出される。なお、アルミ箔以外の他の金属箔からなる金属ラミネートフィルム材を用いて、ケース51を形成してもよい。
When the
図1、図2及び図4に示されるように、本実施の形態のケース51において、電極積層体11を収納する積層体収納部53よりも外周側の位置に内圧解放機構60が設けられている。内圧解放機構60は、ケース51の外周端部を挟みこんだ状態で固定される固定部61と、固定部61から延設され、ガス発生時に変形したケース51に当接してそのケース51を破断させる破断部62とを有する。内圧解放機構60を構成する固定部61及び破断部62は、ケース51よりも硬い金属部材からなる。固定部61は、U字状に形成された部材であり、破断部62は、U字状の固定部61の一方の端部61aにてケース51と対向するよう設けられる切刃状の部材である。内圧解放機構60において、固定部61における破断部62の反対側の端部61bが接着剤等を用いてケース51に固定されており、破断部62は、ガス発生前の未変形のケース51に対して非接触の状態で設けられている。
As shown in FIGS. 1, 2, and 4, in the
具体的には、固定部61は、真鍮等からなる細長い棒状の金属材をU字状にプレス加工することで形成される。また、破断部62は、固定部61の端部61aに対して切削加工や研磨加工を施すことで固定部61と一体的に形成される。なお、固定部61と破断部62とを別体で形成し、固定部61の一方の端部61aに破断部62を溶接接続して内圧解放機構60を構成してもよい。本実施の形態において、固定部61の長さは12mm程度であり、固定部61において一方の端部61aと他方の端部61bとの間隔は4mm程度である。この固定部61の長さや間隔は、ケース51のサイズに応じて適宜変更することができる。なお、固定部61における各端部61a,61bの間隔(内圧解放機構60の厚さ)は、積層体収納部53の厚さよりも狭くすることが好ましい。この場合、複数のリチウムイオンキャパシタ10を厚さ方向に積み重ねて収納する際に、積層体収納部53よりも内圧解放機構60が突出することがないため、従来と同様の収納性を確保できる。
Specifically, the fixing
上記のように構成したリチウムイオンキャパシタ10において、過充電等の異常にケース51内でガスが発生すると、図5に示されるように、ケース51が膨らむ。このとき、内圧解放機構60のU字状の固定部61を押し広げる方向にケース51が変形し、ケース51の外周側の部分が内圧解放機構60に挟まるような形になる。そして、固定部61の先端部に設けられた破断部62がケース51表面に押し付けられる。さらに、ケース51の内圧が上昇すると、破断部62の切刃に沿ってケース51に亀裂が入り、ケース51が破断される。この結果、ケース51に穴が開き、ケース51内で発生したガスが外部に放出されることで、ケース51の内圧が解放される。
In the
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ10では、ケース51の外周側の位置に内圧解放機構60が設けられており、内圧解放機構60は、ケース51の外周端部を挟みこんだ状態で固定される固定部61と、そのケース51を破断させる破断部62とを有する。このような内圧解放機構60を用いると、従来技術のようにケースの封止部分において部分的に融着強度を弱くしたり開口部を設けたりする必要がない。つまり、ケース51側に変更を加えることなく、内圧解放機構60を設けることができる。従って、ケース51の封止部分を均一の強度で融着することができ、通常使用時にてケース51内への水分の浸入を確実に防ぐことができる。また、薄型のケース51であっても、ケース51の外周側の部分を固定部61で挟み込むことで固定することができ、ガス発生時に膨らんだケース51を破断部62で確実に破断させることができる。これにより、ガス発生時に加わるケース51の内圧を確実に解放することができるため、ケース51の破裂を未然に防止することができる。
(1) In the
(2)本実施の形態の内圧解放機構60は、固定部61がU字状の部材であるため、ケース51の外周端部を確実に挟み込むことができる。また、U字状の固定部61における一方の端部に破断部62を設けることにより、ケース51と対向するよう破断部62を配置させることができる。さらに、破断部62は、切刃状の部材であるため、ガス発生時に変形したケース51に当接してケース51を容易に破断させることができる。
(2) In the internal
(3)本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ10では、ガスが発生していない通常使用時において、内圧解放機構60の破断部62がケース51に接触していない。このため、振動等により誤ってケース51が破断されることがなく、ケース51の信頼性を十分に維持することができる。
(3) In the
(4)本実施の形態の内圧解放機構60は、ケース51よりも硬い金属部材からなるため、ケース51の変形に追従することなく、ケース51を破断させるための十分な力を作用させることができる。
(4) Since the internal
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。 In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
・上記実施の形態では、内圧解放機構60を金属部材にて構成していたが、これ以外にセラミック部材などを用いて構成してもよい。但し、内圧解放機構60を金属部材で構成する場合、U字状の固定部61や切刃状の破断部62を比較的容易に形成できることに加え、材料コストを抑えることができるので、実用上好ましいものとなる。
-In above-mentioned embodiment, although the internal
・上記実施の形態の内圧解放機構60は、切刃状の破断部62を備えるものであったが、これ以外に鋭利に尖った針状の部材を破断部として備えるものでもよい。さらに、複数の破断部62を設け、ケース51を確実に破断させるように内圧解放機構を構成してもよい。また、固定部61はU字状の部材であったが、ケース51の外周端部を挟みこむ形状であれば、適宜変更することができる。さらに、固定部61は、ケース51の外周端部に固定されるものであったが、タブ状の正極用外部端子25や負極用外部端子35を挟み込んだ状態で固定されるものでもよい。
-Although the internal
・上記実施の形態のリチウムイオンキャパシタ10では、正極用外部端子25及び負極用外部端子35が互いに反対方向に引き出されていたが、これに限定するものではなく、同一方向から正極用外部端子25及び負極用外部端子35を引き出す構成としてもよい。
In the
・上記実施形態では、本発明をリチウムイオンキャパシタ10に具体化したが、ラミネートフィルムのケースを備える蓄電デバイスであれば他の蓄電デバイスに本発明を具体化することができる。例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオン二次電池などに本発明を具体化してもよい。
In the above embodiment, the present invention is embodied in the
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
(1)手段1において、前記固定部は、前記ケースから突出するよう設けられたタブ状の外部端子に固定されることを特徴とする蓄電デバイス。
(2)炭素材料からなる正極材をシート状の集電体に塗布した構造の正極と、リチウムの吸蔵及び放出が可能な材料からなる負極材をシート状の集電体に塗布した構造の負極とをセパレータを介して積層してなる電極積層体を有し、前記電極積層体がリチウム塩を含む電解液とともにラミネートフィルムのケース内に密封封止されたリチウムイオンキャパシタであって、前記ケースにおいて前記電極積層体を収納する積層体収納部よりも外周側の部位を挟み込んだ状態で固定される固定部と、前記固定部から延設され、ガス発生時に変形した前記ケースに当接してそのケースを破断させる破断部とを有する内圧解放機構を備えたことを特徴とするリチウムイオンキャパシタ。
Next, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the embodiments described above are listed below.
(1) The electric storage device according to (1), wherein the fixing portion is fixed to a tab-like external terminal provided so as to protrude from the case.
(2) A positive electrode having a structure in which a positive electrode material made of a carbon material is applied to a sheet-like current collector, and a negative electrode having a structure in which a negative electrode material made of a material capable of occluding and releasing lithium is applied to the sheet-like current collector. A lithium ion capacitor that is hermetically sealed in a laminate film case together with an electrolyte solution containing a lithium salt. A fixed portion that is fixed in a state in which a portion on the outer peripheral side of the stacked body storing portion that stores the electrode stacked body is sandwiched, and a case that contacts the case that extends from the fixed portion and is deformed when gas is generated. A lithium ion capacitor comprising an internal pressure release mechanism having a breaking portion that breaks the battery.
10…リチウムイオンキャパシタ
11…電極積層体
21…正極
31…負極
41…セパレータ
51…ケース
53…積層体収納部
60…内圧解放機構
61…固定部
61a…一方の端部
62…破断部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ケースにおいて前記電極積層体を収納する積層体収納部よりも外周側の部位を挟み込んだ状態で固定される固定部と、前記固定部から延設され、ガス発生時に変形した前記ケースに当接してそのケースを破断させる破断部とを有する内圧解放機構を備え、
前記破断部は、ガス発生前の未変形の前記ケースに対して非接触の状態で設けられている
ことを特徴とする蓄電デバイス。 An electrical storage device having an electrode laminate in which a positive electrode and a negative electrode formed in a sheet shape are laminated via a separator, and the electrode laminate is hermetically sealed in a laminate film case together with an electrolyte solution. ,
In the case, a fixed portion that is fixed in a state of sandwiching a portion on the outer peripheral side of the stacked body storage portion that stores the electrode stacked body, and abuts on the case that extends from the fixed portion and is deformed when gas is generated. And an internal pressure release mechanism having a breaking portion for breaking the case ,
The electricity storage device , wherein the fracture portion is provided in a non-contact state with respect to the undeformed case before gas generation .
前記破断部は、前記U字状の部材における一方の端部にて前記ケースと対向するよう設けられる切刃状の部材であることを特徴とする請求項1に記載の蓄電デバイス。 The fixed portion is a U-shaped member that sandwiches the outer peripheral end portion of the case,
The power storage device according to claim 1, wherein the breaking portion is a cutting blade-like member provided to face the case at one end of the U-shaped member.
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