JP6547906B2

JP6547906B2 - 蓄電デバイス

Info

Publication number: JP6547906B2
Application number: JP2018520356A
Authority: JP
Inventors: 徹川合; 大塚　正博; 正博大塚
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2037-02-15
Also published as: WO2017208511A1; CN109196703B; JPWO2017208511A1; US20190044189A1; CN109196703A; US10964978B2

Description

本発明は、蓄電デバイスに関する。

近年、電子機器の小型化や薄型化が進んでいる。このため、電子機器に搭載される蓄電デバイスの配置スペースに対する制約が厳しくなってきている。例えば、直方体状でないスペースに蓄電デバイスを配置したいという要望もある。例えば、特許文献１には、直方体状ではない蓄電デバイス（電池組立体）が開示されている。特許文献１に記載された電池組立体は、側面視において矩形状ではない形状を有している。

特表２０１４−５２４１３１号公報

平面視において矩形状でない蓄電デバイスに対する要望もある。

本発明の主な目的は、平面視において矩形状でない蓄電デバイスを提供することにある。

本発明に係る蓄電デバイスは、第１の電極体と、第２の電極体とを備える。第１の電極体は、巻回体と、延設部とを有する。巻回体は、正極と、負極と、正極と負極との間に配されたセパレータとを有する積層体により構成されており、積層体が巻回されたものである。延設部は、巻回体から延びる積層体の一方側の端部により構成されている。第２の電極体は、延設部の上に設けられている。第２の電極体は、第１の電極体の巻回体の中心軸の延びる方向において、第１の電極体の巻回体と長さが異なる。

本発明に係る蓄電デバイスでは、第１の電極体の巻回体の中心軸の延びる方向において、延設部の上に設けられた第２の電極体の長さと、第１の電極体の巻回体の同方向における長さとが異なる。このため、本発明に係る蓄電デバイスによれば、平面視において矩形でない蓄電デバイスを実現することができる。

本発明に係る蓄電デバイスでは、第２の電極体が、正極と、負極と、正極と負極との間に配されたセパレータとを有する積層体が巻回された巻回体を有していてもよい。

本発明に係る蓄電デバイスでは、第２の電極体は、シート状の正極と、正極に積層されたシート状の負極と、正極と負極との間に設けられたセパレータとを有する積層体により構成されていてもよい。

本発明に係る蓄電デバイスでは、第１の電極体と、第２の電極体とで、単位容量あたりにおける抵抗値が異なっていてもよい。

本発明に係る蓄電デバイスでは、第１の電極体の巻回体の中心軸の延びる方向における第２の電極体の長さが、同方向における第１の電極体の巻回体の長さよりも短くてもよい。

本発明に係る蓄電デバイスでは、第１の電極体の延接部において第１の電極体と第２の電極体とが電気的に接続されていてもよい。

本発明によれば、平面視において矩形状でない蓄電デバイスを提供することができる。

第１の実施形態に係る蓄電デバイスの模式的斜視図である。第１の実施形態における電極体の模式的平面図である。図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける電極体の模式的断面図である。第２の実施形態における電極体の模式的断面図である。第３の実施形態における電極体の模式的断面図である。第４の実施形態における電極体の模式的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る蓄電デバイスの模式的斜視図である。図２は、第１の実施形態における電極体の模式的平面図である。図３は、図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける電極体の模式的断面図である。

図１に示す蓄電デバイス１は、例えば、二次電池等の電池、電気二重層コンデンサ等のコンデンサ等であってもよい。

図１に示すように、蓄電デバイス１は、ケース２を備えている。ケース２は、平面視において、矩形状ではない形状を有している。ケース２の平面視形状は、例えば、Ｌ字状、Ｈ字状、Ｕ字状、Ｔ字状等であってもよい。すなわち、本発明において、ケースは、平面視形状が矩形状でない形状のものであれば、どのような形状のものであってもよい。

ケース２は、導電体により構成されていても良いし、絶縁体により構成されていても良い。ケース２は、例えば、アルミニウム、ステンレス、銅等の金属や、ラミネート箔や樹脂等により構成することができる。

ケース２の一側面には、第１の端子２ａと、第２の端子２ｂとが設けられている。第１の端子２ａと第２の端子２ｂとのうちの一方が、正極端子を構成しており、他方が負極端子を構成している。もっとも、本発明において、正極端子と負極端子との両方が設けられている必要は必ずしもない。例えば、正極端子のみを設け、負極端子を導電性のケース２により構成してもよい。第１の端子２ａと第２の端子２ｂはケース２の側面に直接設けられていてもよいし、ケース２の側面からタブにより引き出されていてもよい。

ケース２の内部には、図３に示す電極体３が配されている。なお、図３においては、電極体３の一部分のみを描画しており、電極体の端子部の描画を省略している。

電極体３の平面視形状は、ケース２の平面視形状に沿った形状である。具体的には、本実施形態では、ケース２及び電極体３の両方が、Ｌ字状に設けられている。例えば、ケースがＨ字状である場合は、電極体は、Ｈ字状に設けられる。ケースがＵ字状である場合には、電極体は、Ｕ字状に設けられる。

電極体３は、第１の電極体３ａと、第２の電極体３ｂとを有する。

図３に示すように、第１の電極体３ａは、正極１１ａと、負極１２ａと、正極１１ａと負極１２ａとの間に配されており、正極１１ａと負極１２ａとを絶縁しているセパレータ１３ａとの積層体により構成されている。第１の電極体３ａは、その積層体が巻回された巻回体３ａ１と、積層体の一方側の端部により構成されており、巻回体３ａ１から延びる延設部３ａ２とを有する。巻回体３ａ１は、略直方体状に設けられている。延設部３ａ２は、略直方体状の巻回体３ａ１の一の面と平行に延びている。

図２及び図３に示すように、第２の電極体３ｂは、延設部３ａ２の上に設けられている。第２の電極体３ｂと延設部３ａ２とは、接着されていてもよいし、接着されていなくてもよい。

図３に示すように、第２の電極体３ｂは、正極１１ｂと、負極１２ｂと、正極１１ｂと負極１２ｂとの間に配されており、正極１１ｂと負極１２ｂとを絶縁しているセパレータ１３ｂとの積層体により構成されている。図２及び図３に示すように、第２の電極体３ｂは、その積層体が巻回された巻回体３ｂ１と、積層体の一方側の端部により構成されており、巻回体３ｂ１から延びる延設部３ｂ２とを有する。巻回体３ｂ１は、略直方体状に設けられている。延設部３ｂ２は、略直方体状の巻回体３ｂ１の延設部３ａ２と接する一の面と平行に延びている。

なお、第１の電極体３ａの延設部３ａ２のｙ軸方向に沿った長さは、第２の電極体３ｂのｙ軸方向に沿った長さと実質的に同一とされている。

本実施形態では、図２に示すように、巻回体３ａ１の中心軸の延びる方向であるｙ軸方向において、第１の電極体の巻回体３ａ１の長さと、第２の電極体３ｂの長さとが異なっている。このため、平面視において矩形状でない電極体３が実現されている。この平面視において矩形状でない電極体３を用いることにより、平面視において矩形状でない蓄電デバイス１を実現することができる。また、本実施形態では、第１及び第２の電極体３ａ、３ｂの両方が巻回型であるため、蓄電デバイス１の低コスト化を図ることができる。

なお、本実施形態では、巻回体３ａ１における巻回方向と、巻回体３ｂ１における巻回方向とが同じである。この場合、巻回体３ａ１から延びる延設部（タブ）３ａ２と、巻回体３ｂ１から延びる延設部（タブ）３ｂ２とを合わせて集電を取りやすいため、延設部３ａ２，３ｂ２と端子２ａ、２ｂとの接続が容易となる。

本実施形態のように、第１の電極体３ａの延設部３ａ２の上に第２の電極体３ｂを設けることにより、第１の電極体の巻回体３ａ１と第２の電極体３ｂとに起こる充放電時の厚み方向の寸法変化の影響を、第１の電極体の巻回体３ａ１と第２の電極体３ｂとが互いに受けなくなる。このため、蓄電デバイス１の寸法安定性が向上する。

本実施形態では、第１及び第２の電極体３ａ、３ｂの両方が巻回体であるため、例えば、第１の電極体３ａの巻回体３ａ１と第２の電極体３ｂの巻回体３ｂ１とで巻回数を異ならせることにより、ｚ軸方向における厚みを巻回体３ａ１と巻回体３１とで異ならせることができる。従って、ｚ軸方向においても段差を有する蓄電デバイスを実現することができる。

蓄電デバイス１のように、複数の電極体３ａ、３ｂを有する場合、複数の電極体３ａ、３ｂ間で単位容量あたりにおける抵抗値を異ならせることで、例えば、高容量と低抵抗を併せ持つ蓄電デバイスを実現することができる。例えば、第１の電極体３ａを、高容量、高抵抗型の電極体とし、第２の電極体３ｂを、低容量、低抵抗型とすることで、高容量と低抵抗を併せ持つ蓄電デバイスを実現することができる。

なお、本実施形態では、巻回体３ａ１の中心軸の延びる方向であるｙ軸方向における第１の電極体３ａの巻回体３ａ１が、第２の電極体３ｂの巻回体３ｂ１よりも長い例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、第１の電極体の巻回体が、第２の電極体の巻回体よりも短くてもよい。その場合であっても電極体の平面視形状が矩形状でなくなるため、平面視形状が矩形状でない蓄電デバイスを実現することができる。

本実施形態では、正極１１ａ、１１ｂの両側にセパレータ１３ａ、１３ｂが設けられている例について説明した。この構成により、図３では第１の巻回体３ａ１の負極１２ａと第２の巻回体３ｂ１の負極１２ｂとを接触させていないが、第１の巻回体３ａ１の負極１２ａと第２の巻回体３ｂ１の負極１２ｂとを接触させて同電位にすることができる。

本実施形態では、巻回体３ａ１の中心軸の延びる方向と、巻回体３ａ２の中心軸の延びる方向とが平行である例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。巻回体３ａ１の中心軸の延びる方向と、巻回体３ａ２の中心軸の延びる方向とが異なっていてもよい。例えば、巻回体３ａ１の中心軸の延びる方向と、巻回体３ａ２の中心軸の延びる方向とが略垂直であってもよい。

正極１１ａ、１１ｂの構成は、蓄電デバイス１の種類によって適宜決定することができる。正極１１ａと正極１１ｂとは、実質的に同様の材料により構成されていてもよいし、異なる材料により構成されていてもよい。例えば、蓄電デバイス１が二次電池である場合は、正極１１ａ、１１ｂは、それぞれ、正極集電体と、正極集電体の少なくとも一方面の上に設けられた活物質層とにより構成することができる。この場合、正極１１ａに含まれる正極活物質等と、正極１１ｂに含まれる正極活物質等とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、蓄電デバイス１が、電気二重層コンデンサである場合は、正極１１ａ、１１ｂは、それぞれ、正極集電体と、正極集電体の少なくとも一方面の上に設けられた分極性電極層とにより構成することができる。また、正極１１ａと正極１１ｂとは、正極活物質層における単位面積あたりの容量が同じであってもよいし、異なっていてもよい。

負極１２ａ、１２ｂの構成は、蓄電デバイス１の種類によって適宜決定することができる。負極１２ａと負極１２ｂとは、実質的に同様の材料により構成されていてもよいし、異なる材料により構成されていてもよい。例えば、蓄電デバイス１が二次電池である場合は、負極１２ａ、１２ｂは、それぞれ、負極集電体と、負極集電体の少なくとも一方面の上に設けられた活物質層とにより構成することができる。この場合、負極１２ａに含まれる正極活物質等と、負極１２ｂに含まれる正極活物質等とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、蓄電デバイス１が、電気二重層コンデンサである場合は、１２ａ、１２ｂは、それぞれ、負極集電体と、負極集電体の少なくとも一方面の上に設けられた分極性電極層とにより構成することができる。また、負極１２ａと負極１２ｂとは、負極活物質層における単位面積あたりの容量が同じであってもよいし、異なっていてもよい。

セパレータ１３ａ、１３ｂは、それぞれ、例えば、電解質中のイオンが移動可能な連続気孔を有する多孔質シートにより構成することができる。第１の電極体３ａのセパレータ１３ａと、第２の電極体３ａのセパレータ１３ｂとは、同じ材料により構成されていてもよいし、異なる材料により構成されていてもよい。

セパレータ１３ａ、１３ｂは、それぞれ、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、セルロース、アラミド、ポリフッ化ビニリデン、テフロン（登録商標）等により構成されていてもよい。また、セパレータ１３ａ、１３ｂのそれぞれの表面がセラミックコート層や接着層等により覆われていてもよい。セパレータ１３ａ、１３ｂのそれぞれの表面が接着性を有していてもよい。また、セパレータ１３ａ、１３ｂのそれぞれは、１種の材料からなる単層膜であってもよく、１種または２種類以上の材料からなる複合膜または多層膜であってもよい。

また、セパレータ１３ａ、１３ｂを設けない代わりに、若しくは、セパレータ１３ａ、１３ｂを設けると共に、正極１１ａ、１１ｂ、負極１２ａ、１２ｂの表面の上にセラミックコート層等の絶縁層を設けてもよい。

なお、正極１１ａ、１１ｂ、負極１２ａ、１２ｂの集電体と活物質層との間にカーボン等を含むアンダーコート層を設けてもよい。

セパレータ１３ａ、１３ｂには、電解質が含浸している。電解質は溶質と溶媒を含む。溶質には、例えば、蓄電デバイス１が二次電池である場合は、ＬｉＰＦ_６やＬｉＢＦ_４などのＬｉ塩が好ましく用いられる。溶媒には、例えば、蓄電デバイス１が二次電池である場合は、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの有機溶媒が好ましく用いられる。電解質は液体でもよいし、ポリマー状のものを用いてもよい。

以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態における電極体の模式的断面図である。

第１の実施形態では、正極１１ａ、１１ｂの両側にセパレータ１３ａ、１３ｂを配置した例について説明した。但し本発明は、この構成に限定されない。例えば、図４に示すように、負極１２ａ、負極１２ｂの両側にセパレータ１３ａ、１３ｂを配置する構成にしてもよい。

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態における電極体の模式的断面図である。

第１及び第２の実施形態では、第２の電極体３ｂが巻回型である例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図５に示すように、第２の電極体３ｂが、シート状の正極１１ｂと、シート状の負極１２ｂと、正極１１ｂ及び負極１２ｂとの間に設けられたセパレータ１３ｂとにより構成された積層型であってもよい。この場合、セパレータ１３ｂは、例えば、図５に示すようにシート状であってもよいし、九十九折状であってもよいし、正極１１ｂ及び負極１２ｂを内包する巻回状であってもよい。

本実施形態のように、第２の電極体３ｂを積層型とすることにより、第２の電極体３ｂを矩形状でない形状にすることが可能となり、より蓄電デバイス１の形状の自由度を高めることができる。

（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態における電極体の模式的断面図である。

第３の実施形態では、負極１２ｂの両側にセパレータ１３ａが設けられている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図６に示すように、正極１２ａの両側にセパレータ１３ａを設けてもよい。

１蓄電デバイス
２ケース
２ａ第１の端子
２ｂ第２の端子
３電極体
３ａ第１の電極体
３ａ１巻回体
３ａ２延設部
３ｂ第２の電極体
３ｂ１巻回体
３ｂ２延設部
１１ａ，１１ｂ正極
１２ａ，１２ｂ負極
１３ａ，１３ｂセパレータ

Claims

正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配されたセパレータとを有する積層体により構成されており、前記積層体が巻回された巻回体と、前記積層体の一方側の端部により構成されており、前記巻回体から延びる延設部とを有する第１の電極体と、
前記延設部の上に設けられており、前記第１の電極体の前記巻回体の中心軸の延びる方向において、前記第１の電極体の巻回体と長さが異なる第２の電極体と、
を備える、蓄電デバイス。
前記第２の電極体は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配されたセパレータとを有する積層体が巻回された巻回体を有する、請求項１に記載の蓄電デバイス。
前記第２の電極体は、シート状の正極と、前記正極に積層されたシート状の負極と、前記正極と前記負極との間に設けられたセパレータとを有する積層体により構成されている、請求項１に記載の蓄電デバイス。
前記第１の電極体と、前記第２の電極体とで、単位容量当たりの抵抗値が異なる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電デバイス。
前記第１の電極体の前記巻回体の中心軸の延びる方向における第２の電極体の長さが、同方向における前記第１の電極体の前記巻回体の長さよりも短い、請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電デバイス。
前記第１の電極体の延接部において前記第１の電極体と前記第２の電極体とが電気的に接続されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電デバイス。