JP6631703B2 - 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、ケースに電極組立体（電極体）が収容された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、電極組立体とケースの内面との間隙を調整するためのスペーサがケース内に設けられている。具体的には、ケース内において、電極組立体の両側にスペーサが設けられている。すなわち、特許文献１に記載の蓄電デバイスでは、ケース内に複数のスペーサが設けられている。
特開２０１５−１４６２５２号公報
ところで、電子機器を小型化する観点から、電子機器において、蓄電デバイスの配置スペースとして平面視矩形状でない配置スペースしか確保できない場合もある。したがって、平面視形状が矩形状でない蓄電デバイスが求められている。
また、近年、電子機器の薄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への要求が高まってきている。
本発明の主な目的は、平面視形状が矩形状でない蓄電デバイスであって、薄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、電極体と、電解質とを備える。ケースは、第１の主壁部と、第２の主壁部とを有する。第２の主壁部は、第１の主壁部と厚み方向に対向している。ケースは、平面視形状が切欠部を有する矩形状である。電極体は、ケース内に配されている。電極体は、第１の電極と、第２の電極と、セパレータとを有する。セパレータは、第１の電極と第２の電極との間に配されている。電極体は、一体化されている。電解質は、ケース内に充填されている。電極体は、第１の主壁部より折り曲げ強度が高い。第１の主壁部と、電極体とが接合されている。
本発明に係る蓄電デバイスでは、第１の主壁部よりも折り曲げ強度の高い電極体と、第１の主壁部とが接合されている。このため、例えば、第１の主壁部が薄く、第１の主壁部の強度が低い場合でも、高強度な電極体が第１の主壁部に接合されているため、電極体によって第１の主壁部の変形等が抑制される。従って、第１の主壁部を薄くすることができる。よって、蓄電デバイスを薄型化することができる。
本発明に係る蓄電デバイスでは、デースの第１の主壁部の厚みが、２００μｍ以下であることが好ましい。
本発明に係る蓄電デバイスでは、デースの第１の主壁部の厚みが、１００μｍ以下であることが好ましい。
本発明に係る蓄電デバイスでは、接合部が、平面視において、切欠部を構成している側面と対向する側面と、当該側面と交わる側面とにより構成された角部と、切欠部を構成している側面のうち、角部から最も近い部位とをむすぶ仮想直線に跨がるように設けられていることが好ましい。
本発明に係る蓄電デバイスでは、ケースの平面視形状が、切欠部を有する矩形状である。このため、本発明に係る蓄電デバイスにおいては、平面視において、切欠部を構成している側面と対向する側面と、当該側面と交わる側面とにより構成された角部と、切欠部を構成している側面のうち、角部から最も近い部位とをむすぶ仮想直線が位置する部分において第１の主壁部に最も応力が集中しやすい。このため、接合部を仮想直線に跨がるように設けることにより、第１の主壁部が変形することをより効果的に抑制することができる。従って、蓄電デバイスをさらに薄型化することができる。
本発明に係る蓄電デバイスでは、ケースと電極体の最外層に位置する電極とが同電位であることが好ましい。
本発明に係る蓄電デバイスでは、接合部が離間して複数設けられていることが好ましい。この場合、隣接する接合部間が電解質の流動経路となるため、充放電時において電解質が流動しやすくなる。このため、蓄電デバイスの充放電特性を向上することができる。
本発明によれば、平面視形状が矩形状でない蓄電デバイスであって、薄型な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の実施形態に係る蓄電デバイスの模式的平面図である。 図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける模式的断面図である。 第２の実施形態に係る蓄電デバイスの模式的平面図である。 第３の実施形態に係る蓄電デバイスの模式的平面図である。 第４の実施形態に係る蓄電デバイスの模式的平面図である。 第５の実施形態に係る蓄電デバイスの模式的平面図である。
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４に示す蓄電デバイス１は、電解質やゲル電解質などの電解質４（図３を参照）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、平面視形状が切欠部２ａを有する略直方体状である。具体的には、平面視において、各角部が丸められた切欠部２ａを有し、かつ、角部が丸められた矩形状である。
ケース２は、第１の主壁部２１と、第２の主壁部２２とを有する。第１の主壁部２１と第２の主壁部２２とは、厚み方向Ｔにおいて対向している。第１の主壁部２１と第２の主壁部２２とは、側壁部２３により接続されている。第１及び第２の主壁部２１，２２の厚みは、それぞれ、２００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることが好ましい。なお、主壁部２１，２２の厚みは、主壁部２１，２２の平面視した際の中央における厚みをデジタルマイクロメーターを用いて測定することができる。
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、金属等の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、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、正極端子と、負極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、電極体３が配されている。電極体３は、矩形状の正極３１と、矩形状の負極３２と、セパレータ３３とを有する。正極３１と負極３２とは、セパレータ３３を介して厚み方向Ｔにおいて対向している。厚み方向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。もっとも、本発明において、厚み方向Ｔにおいて隣り合うセパレータが接合されて袋状にされていなくてもよい。本発明においては、シート状又は九十九折り状のセパレータが正極と負極との間に設けられていてもよい。
本実施形態では、電極体３が、シート状の正極３１、セパレータ３３及びシート状の負極３２が積層された積層型の電極体である例について説明した。但し、本発明は、これに限定されない。本発明において、電極体は、電力を蓄積できる構成を有していれば特に限定されない。例えば、電極体は、正極、セパレータ及び負極がこの順番で積層された積層シートが巻回された巻回体により構成されていてもよい。もっとも、蓄電デバイスを薄型化する観点からは、電極体が積層型の電極体であることが好ましい。
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。通常、正極３１は、バインダーを含む。具体的には、正極３１の正極活物質層や分極性電極層等がバインダーを含んでいる。
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。通常、負極３２は、バインダーを含む。具体的には、負極３２の負極活物質層や分極性電極層等がバインダーを含んでいる。
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気泡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。
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。この正極３１、セパレータ３３及び負極３２の積層体３４が一体化されている。具体的には、電極体３は、テープ５をさらに有する。このテープ５により、積層体３４が一体化され、一体の電極体３が構成されている。テープ５の基材は、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド等であってもよい。粘着性テープの場合は、粘着剤は、耐電解質性を有するアクリル、シリコーン、ゴム系等で構成されていてもよい。もっとも、本発明において、正極、セパレータ及び負極を一体化する方法は、特に限定されない。例えば、正極とセパレータとが接着されており、セパレータと負極とが接着されていることにより電極体３が一体化されていてもよい。
なお、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、積層体３４のＷ１側に設けられている。第１のテープ５１は、積層体３４の幅方向Ｗにおける一方側（Ｗ１側）側面を経由して、積層体３４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。この第１のテープ５１によりセパレータ３３のＷ１側端部が厚み方向ＴのＴ１側に向かって屈曲した状態で固定されている。
第２のテープ５２は、積層体３４のＷ２側に設けられている。第２のテープ５２は、電極体３の幅方向Ｗにおける他方側（Ｗ２側）側面を経由して、積層体３４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。この第２のテープ５２によりセパレータ３３のＷ２側端部が厚み方向ＴのＴ１側に向かって屈曲した状態で固定されている。
なお、本実施形態では、テープ５により電極体３を一体化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、隣り合う正極及びセパレータとが接着されており、かつ、隣り合う負極及びセパレータとが接着されることにより電極体３が一体化されていてもよい。
一体化された電極体３の折り曲げ強度は、ケース２の第１の主壁部２１の折り曲げ強度より高い。具体的には、電極体３の折り曲げ強度は、ケース２の第１の主壁部２１の折り曲げ強度の２倍以上であることが好ましく、３倍以上であることがより好ましい。
なお、蓄電デバイス１では、ケース２と電極体３の最外層に位置する電極とが同電位であることが好ましい。ケース２と電極体３の最外層に位置する電極とが接触した場合であっても短絡が生じないためである。
ケース２内には、電解質４が充填されている。電極体３は、電解質４を含浸している。
図３に示すように、蓄電デバイス１では、電極体３と、ケース２とが接合されている。具体的には、本実施形態では、電極体３と、第１の主壁部２１とが接着層６ａにより接着されている。従って、電極体３と第１の主壁部２１との接合部６（図２を参照）は、接着層６ａにより構成されている。より具体的には、図２に示すように、接合部６は、平面視において、切欠部２ａを構成している側面と対向する側面と、当該側面と交わる側面とにより構成された角部２４と、切欠部２ａを構成している側面のうち、角部から最も近い部位Ｐとをむすぶ仮想直線Ｌ１に跨がるように設けられている。
なお、本実施形態では、電極体３と第１の主壁部２１とが接合されており、電極体３と第２の主壁部２２とが接合されていな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、電極体と第１の主壁部とが接合されていると共に、電極体と第２の主壁部とが接合されていてもよい。
なお、本発明において、電極体とケースとが接着層により接着されることにより接合されていなくてもよい。本発明においては、例えば、直接接合されていてもよい。
接着層６ａは、特に限定されないが、電解質４と反応し難いものであることが好ましい。具体的には、接着層６ａは、樹脂または樹脂を含む樹脂組成物により構成されていることが好ましい。より具体的には、接着層６ａは、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）・ポリアクリル酸（ＰＡＡ）等のアクリル系樹脂、）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）・イソプレンゴム・エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）等の合成ゴム、天然ゴム、セルロース、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）・イソプレンゴム・エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）等の合成ゴム、天然ゴム、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂、フッ素ゴム、シリコーン樹脂及びエポキシ樹脂等からなる群より選ばれた少なくとも一種又は、それを含む樹脂組成物（これら２種以上からなる混合物、共重合体など）、により構成されていることが好ましい。
接着層６ａに含まれる樹脂は、正極３１又は負極３２に含まれるバインダーとしての樹脂と同種の樹脂であることが好ましい。さらには、接着層６ａが接着している電極（正極３１又は負極３２）に含まれるバインダーとしての樹脂と同種の樹脂であることが好ましい。本実施形態では、電極体３の最もケース２の内面側（Ｔ１側）に位置する電極が負極３２であり、負極３２が接着層６ａにより接着されている。このため、負極３２に含まれるバインダー及び接着層６ａが、ＳＢＲを共に含むことが好ましい。接着層に、接着層形成時のスラリーの粘度調整のためにカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等で構成される増粘材が含まれていてもよい。
正極３１及び負極３２等の電極では、集電体の片面の上に活物質層が設けられていてもよいし、集電体の両面の上に活物質層が設けられていてもよい。蓄電デバイス１を薄型化する観点からは、負極集電体の片面の上に負極活物質層が設けられていることが好ましい。 以上説明したように、蓄電デバイス１では、第１の主壁部２１よりも折り曲げ強度が高い電極体３が第１の主壁部２１に接合されている。このため、第１の主壁部２１において、折り曲げ強度が低い部分が、高い折り曲げ強度を有する電極体３により支持されており、第１の主壁部２１が変形しにくい。よって、第１の主壁部２１を薄くすることができる。例えば、第１の主壁部２１を２００μｍ以下、さらには１００μｍ以下とすることができる。従って、蓄電デバイス１を薄型化することができる。
同様の観点から、第２の主壁部２２を、折り曲げ強度が高い電極体３と接合することが好ましい。そうすることにより、第２の主壁部２２を薄くすることができる。例えば、第２の主壁部２２を２００μｍ以下、さらには１００μｍ以下とすることができる。従って、蓄電デバイス１をさらに薄型化することができる。
ところで、蓄電デバイス１では、仮想直線Ｌ１が位置する部分において第１の主壁部２１が最も変形しやすい。ここで、蓄電デバイス１では、接合部６が仮想直線Ｌ１を跨ぐように設けられている。このため、第１の主壁部２１の変形しやすい部分が、高い折り曲げ強度を有する電極体３により強化されている。従って、第１の主壁部２１をより薄くすることができる。よって、蓄電デバイス１をさらに薄型化することができる。
同様の観点から、第２の主壁部２２と電極体３とを接合した場合には、その接合部が仮想直線Ｌ１を跨がるように設けられていることが好ましい。
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の模式的平面図である。
第１の実施形態では、第１の主壁部２１の実質的に全体が電極体３と接合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４に示す蓄電デバイス１ａのように、第１の主壁部２１の一部分と電極体３の一部分とが接合されていてもよい。この場合であっても、第１の実施形態と同様に蓄電デバイス１を薄型化することができる。
また、第２の実施形態においても、接合部６が仮想直線Ｌ１を跨ぐように設けることが好ましい。
（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の模式的平面図である。
第１の実施形態では、切欠部２ａがケース２の角部に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５に示すように、切欠部２ａを一の側面に設けてもよい。この場合、２本の仮想直線Ｌ１２、Ｌ３が存在する。よって、第１の主壁部２１を薄型化し、蓄電デバイス１ｂを薄型化する観点からは、接合部６が、２本の仮想直線Ｌ１２、Ｌ３のうちの少なくとも１本を跨ぐように設けられていることが好ましく、両方の仮想直線Ｌ１２、Ｌ３を跨ぐように設けられていることが好ましい。
（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態に係る蓄電デバイス１ｃの模式的平面図である。
第１〜第３の実施形態では、接合部６をひとつ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。図６に示すように、例えば、接合部６を複数設けてもよい。
本実施形態においても、２つの接合部６のうちの一方が仮想直線Ｌ１２を跨ぐように設けられており、他方の接合部６が、仮想直線Ｌ１３を跨ぐように設けられているため、蓄電デバイス１ｃをさらに薄型化することができる。
本実施形態のように、複数の接合部６を設ける場合、複数の接合部６は、離間して設けられていることが好ましい。この場合、隣り合う接合部６間が電解質の流動経路となるため、蓄電デバイス１ｃの充放電時において電解質が流動しやすい。従って、蓄電デバイス１の充放電特性を向上することができる。
（第５の実施形態）
図７は、第５の実施形態に係る蓄電デバイスの模式的平面図である。
第３の実施形態では、第１の主壁部２１の実質的に全体が電極体３と接合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７に示す蓄電デバイス１ｄのように、第１の主壁部２１の一部分と電極体３の一部分とが接合されていてもよい。この場合であっても、第１の実施形態と同様に蓄電デバイス１を薄型化することができる。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ ：蓄電デバイス
２ ：ケース
２ａ ：切欠部
３ ：電極体
３ａ ：第１の主面
３ｂ ：第２の主面
４ ：電解質
５ ：テープ
６ ：接合部
６ａ ：接着層
２１ ：第１の主壁部
２２ ：第２の主壁部
２３ ：側壁部
２４ ：角部
３１ ：正極
３２ ：負極
３３ ：セパレータ
３３ａ ：袋状セパレータ
３４ ：積層体
５１ ：第１のテープ
５２ ：第２のテープ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ ：仮想直線

Claims (5)

  1. 第１の主壁部と、前記第１の主壁部と厚み方向に対向する第２の主壁部とを有し、平面視形状が切欠部を有する矩形状であるケースと、
    前記ケース内に配されており、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配されたセパレータとを有し、一体化された電極体と、
    前記ケース内に充填された電解質と、
    前記第１の主壁部と、前記電極体とが接合される接合部と、
    を備え、
    前記電極体は、前記第１の主壁部より折り曲げ強度が高く、
    前記ケースと前記電極体の最外層に位置する電極とが同電位である、蓄電デバイス。
  2. 前記ケースの第１の主壁部の厚みが、２００μｍ以下である、請求項１に記載の蓄電デバイス。
  3. 前記ケースの第１の主壁部の厚みが、１００μｍ以下である、請求項２に記載の蓄電デバイス。
  4. 前記接合部が、平面視において、前記切欠部を構成している側面と対向する側面と、当該側面と交わる側面とにより構成された角部と、前記切欠部を構成している側面のうち、前記角部から最も近い部位とをむすぶ仮想直線に跨がるように設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電デバイス。
  5. 前記接合部が離間して複数設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電デバイス。
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