JP6601555B2 - 蓄電デバイス - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電デバイスに関する。
従来、種々の電子機器の電源として、蓄電デバイスが用いられている。例えば、特許文献1には、正極、セパレータ及び負極が積層された電極積層体を有する蓄電デバイスが記載されている。特許文献1に記載された蓄電デバイスでは、正極と負極とが短絡しないように、正極が負極よりも小さく、セパレータが負極よりも大きく設けられている。
特開2015−146252号公報
近年、電子機器の小型化が進んできており、それに伴い、蓄電デバイスの薄型化・小型化への要求が高まってきている。
本発明の主な目的は、薄型かつ小型な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、ケースと、電極積層体と、電解質とを備える。電極積層体は、ケース内に配されている。電極積層体は、対向する一対の辺を有する正極と、対向する一対の辺を有する負極と、セパレータとを有する。負極は、正極と対向している。電解質は、セパレータに含浸されている。セパレータは、正極と負極との間に配されている。セパレータは、平面視において、第1の端部と、第2の端部とを含む。第1の端部は、平面視において、正極及び負極のそれぞれの対向する一対の辺の一方側の辺よりも外側に位置している。第2の端部は、平面視において、正極及び負極のそれぞれの対向する一対の辺の他方側の辺よりも外側に位置している。第1の端部の少なくとも先端部と、第2の端部の少なくとも先端部とが、それぞれ、積層方向の一方側に向かって屈曲している。セパレータの第 の端部と第2の端部とは、第1の主面上に位置している部分が、電極積層体の他の部分よりも積層方向において突出していている蓄電デバイスは、電極積層体の第1の主面上の他の部分にケースとを接着している接着層を備えていている
本発明に係る蓄電デバイスでは、第1の端部の少なくとも先端部と、第2の端部の少なくとも先端部とが、それぞれ、積層方向の一方側に向かって屈曲している。このため、本発明に係る蓄電デバイスは、第1及び第2の端部が平坦である場合より、平面視において小型である(小面積である。)。また、本発明に係る蓄電デバイスは、例えば、第1の端部の少なくとも先端部が積層方向の一方側に向かって屈曲している一方、第2の端部の少なくとも先端部が積層方向の他方側に向かって屈曲している場合よりも薄型である。
本発明に係る蓄電デバイスでは、第1の端部の少なくとも先端部と、第2の端部の少なくとも先端部とが、それぞれ、積層方向の一方側に向かって屈曲した状態となるように、第1の端部の少なくとも先端部と、第2の端部の少なくとも先端部とを保持しているテープをさらに備えることが好ましい。
本発明に係る蓄電デバイスでは、テープが、電極積層体の一方側の辺に沿う一方側側面を経由して、電極積層体の第1の主面と第2の主面とに跨がって設けられており、第1の端部の少なくとも先端部が積層方向の一方側に向かって屈曲した状態となるように、第1の端部の少なくとも先端部を保持している第1のテープと、電極積層体の他方側の辺に沿う他方側側面を経由して、電極積層体の第1の主面と第2の主面とに跨がって設けられており、第2の端部の少なくとも先端部が積層方向の一方側に向かって屈曲した状態となるように、第2の端部の少なくとも先端部を保持している第2のテープとを含んでいてもよい。
本発明に係る蓄電デバイスでは、第1のテープと第2のテープとが、電極積層体の第2の主面上において接続されていてもよい。
本発明に係る蓄電デバイスでは、テープが、電極積層体を巻回していてもよい。
本発明に係る蓄電デバイスでは、電極積層体は、正極と負極とがセパレータを介して複数回積層された積層体により構成されており、積層方向において隣り合う第1の端部同士が接触しており、隣り合う第2の端部同士が接触していることが好ましい。
本発明に係る蓄電デバイスでは、第1の端部の少なくとも先端部が積層方向の一方側に向かって屈曲した状態となるように、積層方向において隣り合う第1の端部同士が接合されており、第2の端部の少なくとも先端部が積層方向の一方側に向かって屈曲した状態となるように、積層方向において隣り合う第2の端部同士が接合されていてもよい。
本発明に係る蓄電デバイスは、テープが両面粘接着テープにより構成されており、テープが電極積層体とケースとの両方に粘接着していてもよい。
本発明によれば、薄型かつ小型な蓄電デバイスを提供することができる。
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の実施形態に係る蓄電デバイスの模式的平面図である。 図3は、図1の線III−IIIにおける模式的断面図である。 図4は、第2の実施形態に係る蓄電デバイスの模式的断面図である。 図5は、第3の実施形態に係る蓄電デバイスの模式的断面図である。 図6は、第1の実施形態の変形例に係る蓄電デバイス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、本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、本実施形態に係る蓄電デバイスの模式的平面図である。図3は、図1の線III−IIIにおける模式的断面図である。
図1〜図3に示す蓄電デバイス1は、電解質4を備える蓄電デバイスである。具体的には、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3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、略直方体状である。平面視において、ケース2の角部は、丸められた形状を有している。ケース2は、後述する電解質4と反応し難い材質により構成されていることが好ましい。ケース2は、絶縁体により構成されていてもよいし、導電体により構成されていてもよい。ケース2は、内面が絶縁コーティング膜によりコーティングされた導電体により構成されていてもよい。なお、ケース2は、絶縁体と導電体の積層構造を有するラミネートフィルムで構成されていてもよい。
なお、図1には、図示していないが、ケース2には、電極端子が設けられていてもよい。ケース2には、プラス端子と、マイナス端子との両方が設けられていてもよいし、一方が設けられており、他方が、導電体により構成されたケース2により構成されていてもよい。
図3に示すように、ケース2の内部には、電極積層体3が配されている。電極積層体3は、正極31と、負極32と、セパレータ33とを有する。
正極31は、対向する一対の辺を有する。具体的には、本実施形態では、正極31は、矩形状である。負極32は、対向する一対の辺を有する。具体的には、本実施形態では、負極32は、矩形状である。もっとも、本発明において、正極及び負極は、それぞれ、対向する一対の辺を有していればどのような形状を有していてもよく、矩形状でなくてもよい。
正極31と負極32とは、セパレータ33を介して積層方向Tにおいて対向している。積層方向Tにおいて、正極31と負極32との間には、セパレータ33が配されている。このセパレータ33により、正極31と負極32とが絶縁されている。具体的には、正極31を介して隣り合うセパレータ33の端辺同士が接続されている。それら隣り合う2枚のセパレータ33によって、袋状のセパレータ33aが構成されている。正極31は、この袋状セパレータ33a内に配されている。
正極31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。例えば、蓄電デバイス1が二次電池である場合は、正極31は、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。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31は、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。
負極32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。例えば、蓄電デバイス1が二次電池である場合は、負極32は、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。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、負極32は、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。
セパレータ33は、例えば、電解質中のイオンが移動可能な連続孔を有する多孔質シートにより構成することができる。セパレータ33は、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33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33の表面が接着性を有していてもよい。また、セパレータ33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。
なお、セパレータ33は、袋状である必要は必ずしもない。セパレータ33は、正極31と負極32の間に一枚ずつ配置される枚葉状でもよい。セパレータ33は、例えば、正極31又は負極32の表面に固着されるようにしてもよい。セパレータ33は、折り返しながら正極31と負極32の間に配置される九十九折状でもよい。
蓄電デバイス1では、正極31、セパレータ33及び負極32が、この順番で複数回積層されている。この複数の正極31、複数のセパレータ33及び複数の負極32の積層体により、電極積層体3が構成されている。
セパレータ33は、電解質4が含浸されている。
ところで、蓄電デバイスにおいては、正極と負極とをセパレータにより絶縁する必要がある。このため、セパレータを正極及び負極よりも大面積に設け、セパレータにより正極と負極とを隔離する必要がある。しかしながら、セパレータが設けられた領域のうち、正極と負極とが対向していない部分は、充放電に寄与しない。このため、セパレータが設けられた領域のうち、正極と負極とが対向していない部分の領域が占める面積が大きくなると、蓄電デバイスのサイズに対するエネルギー密度効率が低くなる傾向になる。
蓄電デバイス1では、セパレータ33が、正極31及び負極32のそれぞれの対向する一対の辺の一方側の辺よりも外側(W1側)に位置している第1の端部33e1と、正極31及び負極32のそれぞれの対向する一対の辺の他方側の辺よりも外側(W2側)に位置している第2の端部33e2とを有する。第1の端部33e1の少なくとも先端部と、第2の端部33e2の少なくとも先端部とが、それぞれ、積層方向Tの一方側(T1側)に向かって屈曲している。このため、平面視において、セパレータ33が設けられた領域のうち、正極31と負極32とが積層方向Tにおいて対向していない領域が占める面積割合が小さい。従って、蓄電デバイス1は、高いエネルギー密度効率を有する。換言すれば、蓄電デバイス1を小型化することができる。第1の端部33e1、第2の端部33e2は、正極31と負極32との絶縁性を確保するために、一方側の辺および他方側の辺から0.1mm以上外側にまで位置していることが好ましい。第1の端部33e1、第2の端部33e2は、屈曲させることで電極積層体の積層方向の寸法が増すため、一方側の辺および他方側の辺から2.0mm外側の部分よりも内側に位置していることが好ましい。
なお、本発明において、「屈曲」には、「湾曲」が含まれるものとする。
蓄電デバイスのエネルギー密度を高くする観点からは、セパレータの第1の端部を積層方向の一方側に屈曲させる一方、セパレータの第2の端部を積層方向の他方側に屈曲させることも考えられる。この場合であっても、セパレータが設けられた領域のうち、正極と負極とが積層方向において対向していない領域が占める面積割合を小さくすることができる。しかしながら、この場合は、電極積層体の積層方向の一方側および他方側の両方に寸法が大きくなる。従って、蓄電デバイスを薄型化することが困難である。
蓄電デバイス1では、第1の端部33e1の少なくとも先端部と、第2の端部33e2の少なくとも先端部とが積層方向Tにおける一方側(同じ側)に屈曲している。このため、蓄電デバイス1は、薄型である。すなわち、蓄電デバイス1では、第1の端部33e1の少なくとも先端部と、第2の端部33e2の少なくとも先端部とが、それぞれ、積層方向Tの一方側(T1側)に向かって屈曲しているため、薄型且つ小型である。
第1の端部33e1の少なくとも先端部と、第2の端部33e2の少なくとも先端部とを屈曲させた状態で保持する方法は、特に限定されない。例えば、本実施形態では、テープ5により、第1の端部33e1の少なくとも先端部と、第2の端部33e2の少なくとも先端部とが屈曲された状態で保持されている。換言すれば、蓄電デバイス1は、第1の端部33e1の少なくとも先端部と、第2の端部33e2の少なくとも先端部とが、それぞれ、積層方向Tの一方側(T1側)に向かって屈曲した状態となるように、第1の端部33e1の少なくとも先端部と、第2の端部33e2の少なくとも先端部とを保持しているテープ5を備えている。
テープ5は、例えば、ポリイミド、ポリプロピレン、アクリル等の樹脂テープ、セパレータと同様の多孔質シート、アルミ箔、銅箔、ステンレス箔、ニッケル箔等の金属箔等により構成することができる。テープ5が金属箔で構成されている場合、テープ5と、正極31及び負極32のうちの少なくとも一方とが直接接触している場合は、テープ5は、絶縁体又は絶縁層によりコーティングされた部材により構成されていることが好ましい。
具体的には、本実施形態では、テープ5は、第1のテープ51と、第2のテープ52とを有する。第1のテープ51は、電極積層体3のW1側に設けられている。第1のテープ51は、電極積層体3の一方側(W1側)側面を経由して、電極積層体3の第1の主面3aと、第2の主面3bとに跨がって設けられている。第1のテープ51と第1の主面3aとが接合されており、かつ、第1のテープ51と第2の主面3bとが接合されていることにより、第1の端部33e1の少なくとも先端部が積層方向Tの一方側(T1側)に向かって屈曲した状態となるように、第1の端部33e1の少なくとも先端部を保持している。
第2のテープ52は、電極積層体3のW2側に設けられている。第2のテープ52は、電極積層体3の幅方向Wにおける他方側(W2側)側面を経由して、電極積層体3の第1の主面3aと、第2の主面3bとに跨がって設けられている。第2のテープ52と第1の主面3aとが接合されており、かつ、第2のテープ52と第2の主面3bとが接合されていることにより、第2の端部33e2の少なくとも先端部が積層方向Tの一方側(T1側)に向かって屈曲した状態となるように、第2の端部33e2の少なくとも先端部を保持している。
なお、テープ51,52と電極積層体3との接合方法は、特に限定されない。例えば、テープ51,52と電極積層体3とを直接接合してもよいし、粘接着剤をもちいて粘接着させることにより接合してもよい。さらに別の粘接着性を有するテープでテープ51,52を電極積層体3に固定するようにしてもよい。テープ51,52を粘接着テープにより構成して、テープ51,52を電極積層体3に接着してもよい。テープ51,52を両面粘接着テープにより構成して、テープ51,52を電極積層体3に接着すると共に、テープ51,52により電極積層体3とケース2とを接着することにより固定してもよい。そうすることにより、ケース2内において電極積層体3が変位することが効果的に抑制される。また、テープ51,52と電極積層体3とを、テープ51,52とは別の粘接着テープを用いて固定してもよい。
ここで、「粘接着」には、「粘着」と「接着」とが含まれるものとする。従って、粘接着剤には、粘着材と、接着剤が含まれる。粘接着テープには、粘着テープと接着テープとが含まれる。
蓄電デバイス1をより小型化する観点からは、積層方向Tにおいて隣り合う第1の端部33e1同士が接触しており、積層方向Tにおいて隣り合う第2の端部33e2同士が接触していることが好ましい。積層方向Tにおいて隣り合う第1の端部33e1同士が接合されており、積層方向Tにおいて隣り合う第2の端部33e2同士が接合されていることがさらに好ましい。
本実施形態においては、積層方向Tにおいて隣り合う袋状セパレータ33aの一方側の端部同士が接触しており、積層方向Tにおいて隣り合う袋状セパレータ33aの他方側端部同士が接触していることがさらに好ましい。積層方向Tにおいて隣り合う袋状セパレータ33aの一方側の端部同士が接合されており、積層方向Tにおいて隣り合う袋状セパレータ33aの他方側端部同士が接合されていることがさらに好ましい。
なお、セパレータ33同士の接合方法は、特に限定されない。例えば、熱溶着、接着剤を用いた接着などによりセパレータ33同士を接合することができる。
なお、テープ51,52は、少なくとも一部において電極積層体3と粘接着していてもよい。具体的には、本実施形態では、第1のテープ51とセパレータ33の第1の端部33e1とが粘接着しており、第2のテープ52とセパレータ33の第2の端部33e2とが粘接着していてもよい。
本実施形態では、正極31を介して積層方向Tにおいて隣接するセパレータ33が袋状セパレータ33aを構成し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のように複数のシート状のセパレータ34が別個に設けられていてもよい。すなわち、セパレータ34の第1の端部34e1同士、第2の端部34e2同士が接合されていない場合でも、テープ5は、第1の端部34e1の少なくとも先端部と、第2の端部34e2の少なくとも先端部とを屈曲した状態で保持することができる。
正極31と負極32との絶縁を保つためには、正極31と負極32との少なくとも一方がセパレータ33よりも小さければよい。但し、積層ずれ等を考慮すれば、正極31と負極32との両方がセパレータ33よりも小さいことが好ましい。本実施形態のように、正極31が袋状セパレータ33a内に挿入されている場合は、正極31が負極32よりも小さく、負極32がセパレータ33よりも小さいことが好ましい。また、蓄電デバイス1の蓄電特性に鑑みれば、負極32は、第1及び第2の端部33e1、33e2に沿って屈曲しない大きさであることが好ましい。但し、正極31と負極32との対向面積を大きくする観点からは、正極31及び負極32は、第1及び第2の端部33e1、33e2に沿って屈曲する大きさに設けられていてもよい。
上述のように、本実施形態では、セパレータ33の第1及び第2の端部33e1,33e2が積層方向Tの一方側(T1側)に屈曲している。このため、電極積層体3の第1の端部33e1と第2の端部33e2とが位置している部分が、電極積層体3の幅方向Wにおける中央部よりも積層方向Tにおいて突出している。換言すれば、電極積層体3の幅方向Wにおける中央部が積層方向Tにおいて凹んでいる。この電極積層体の幅方向Wの中央部に位置する凹部に、電極積層体3とケース2とを接着している接着層6が設けられている。このため、接着層6により、蓄電デバイス1が厚くなることを抑制することができる。なお、本実施形態では、セパレータ33の端部をT1側に屈曲させ、接着層6を電極積層体6のT1側に設け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。セパレータの端部をT1側とは反対側に屈曲させ、接着層6を電極積層体6のT1とは反対側に設けてもよい。
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の実施形態に係る蓄電デバイス1aの模式的断面図である。
第1の実施形態では、テープ5が第1のテープ51と第2のテープ52との複数のテープにより構成さ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。本発明において、テープは、一体に設けられていてもよい。例えば、第1のテープ51と第2のテープ52とが、電極積層体3の第2の主面3b上において接続されていてもよい。この場合、蓄電デバイス1を構成する部品点数を少なくすることができる。また、テープ5を電極積層体3に強固に固定することができる。
(第3の実施形態)
図5は、第3の実施形態に係る蓄電デバイス1bの模式的断面図である。
図5に示すように、本発明においては、テープ5が電極積層体3を巻回していてもよい。この場合であっても、第1及び第2の端部33e1、33e2を屈曲した状態で好適に保持できる。
1,1a,1b 蓄電デバイス
2 ケース
3 電極積層体
3a 電極積層体の第1の主面
3b 電極積層体の第2の主面
4 電解質
5 テープ
6 接着層
31 正極
32 負極
33 セパレータ
34 セパレータ
33a 袋状セパレータ
33e1 第1の端部
34e1 第1の端部
33e2 第2の端部
34e2 第2の端部
51 第1のテープ
52 第2のテープ

Claims (8)

  1. ケースと、
    前記ケース内に配されており、対向する一対の辺を有する正極と、対向する一対の辺を有し前記正極と対向する負極と、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電極積層体と、
    前記セパレータに含浸された電解質と、
    を備え、
    前記セパレータは、
    平面視において、前記正極及び前記負極のそれぞれの対向する一対の辺のうち一方側の辺よりも外側に位置している第1の端部と、
    平面視において、前記正極及び前記負極のそれぞれの対向する一対の辺のうち他方側の辺よりも外側に位置している第2の端部と、
    を含み、
    前記第1の端部の少なくとも先端部と、前記第2の端部の少なくとも先端部とが、それぞれ、積層方向の一方側に向かって屈曲し、
    前記セパレータの前記第1の端部と前記第2の端部とが前記電極積層体の第1の主面上に位置している部分が、前記電極積層体の他の部分よりも積層方向において突出し
    前記電極積層体の第1の主面上の他の部分に、前記ケースとを接着している接着層を備える、蓄電デバイス。
  2. 前記第1の端部の少なくとも先端部と、前記第2の端部の少なくとも先端部とが、それぞれ、積層方向の一方側に向かって屈曲した状態となるように、前記第1の端部の少なくとも先端部と、前記第2の端部の少なくとも先端部とを保持しているテープをさらに備える、請求項1に記載の蓄電デバイス。
  3. 前記テープは、
    前記電極積層体の前記一方側の辺に沿う一方側側面を経由して、前記電極積層体の第1の主面と第2の主面とに跨がって設けられており、前記第1の端部の少なくとも先端部が積層方向の一方側に向かって屈曲した状態となるように、前記第1の端部の少なくとも先端部を保持している第1のテープと、
    前記電極積層体の前記他方側の辺に沿う他方側側面を経由して、前記電極積層体の前記第1の主面と前記第2の主面とに跨がって設けられており、前記第2の端部の少なくとも先端部が積層方向の一方側に向かって屈曲した状態となるように、前記第2の端部の少なくとも先端部を保持している第2のテープと、
    を含む、請求項2に記載の蓄電デバイス。
  4. 前記第1のテープと前記第2のテープとが、前記電極積層体の前記第2の主面上において接続されている、請求項3に記載の蓄電デバイス。
  5. 前記テープは、前記電極積層体を巻回している、請求項2に記載の蓄電デバイス。
  6. 前記電極積層体は、前記正極と前記負極とがセパレータを介して複数回積層された積層体により構成されており、
    積層方向において隣り合う前記第1の端部同士が接触しており、隣り合う前記第2の端部同士が接触している、請求項1〜5のいずれか一項に記載の蓄電デバイス。
  7. 前記第1の端部の少なくとも先端部が積層方向の一方側に向かって屈曲した状態となるように、積層方向において隣り合う前記第1の端部同士が接合されており、
    前記第2の端部の少なくとも先端部が積層方向の一方側に向かって屈曲した状態となるように、積層方向において隣り合う前記第2の端部同士が接合されている、請求項6に記載の蓄電デバイス。
  8. 前記テープが両面粘接着テープにより構成されており、
    前記テープが前記電極積層体と前記ケースとの両方に粘接着している、請求項1〜のいずれか一項に記載の蓄電デバイス。
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