JP6717375B2 - 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、その一例が記載されている。特許文献１に記載の蓄電装置では、正極、セパレータ及び負極が積層された積層体の側面から引き出された電極タブが厚み方向に沿って延びるように積層体の側面に設けられている。
特開２０１５−１４６２５２号公報
蓄電デバイスには、高容量化したいという要望がある。
本発明の主な目的は、高容量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、第１の端子と、第２の端子と、第１のリードと、第２のリードと、第１の接続部材と、第２の接続部材とを備える。ケースは、互いに対向する第１及び第２の主壁部を有する。電極体は、ケース内に収容されている。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。第１の端子は、ケースの側面に設けられている。第２の端子は、ケースの側面に設けられている。第１のリードは、第１の電極に接続されている。第１のリードは、電極体の側面から引き出されている。第２のリードは、第２の電極に接続されている。第２のリードは、電極体の側面から引き出されている。第１の接続部材は、第１の部分と、第２の部分とを有する。第１の部分は、第１の端子に接続されている。第１の部分は、第１の端子から側面に沿って第２の主壁部側に向かって延びている。第２の部分は、第１の部分に接続されている。第２の部分は、第１の部分の第２の主壁部側先端から第２の主壁部に沿って電極体側に向かって延びている。第２の接続部材は、第３の部分と、第４の部分とを有する。第３の部分は、第２の端子に接続されている。第３の部分は、第２の端子から側面に沿って第２の主壁部側に向かって延びている。第４の部分は、第３の部分に接続されている。第４の部分は、第３の部分の第２の主壁部側先端から第２の主壁部に沿って電極体側に向かって延びている。第１のリードが第１の接続部材の第２の部分に接続されている。第２のリードが第２の接続部材の第４の部分に接続されている。第２の部分が第２の主壁部に第１の絶縁部材を介して接続されている。第１の絶縁部材が第１の部分の電極体と逆側に延在している。第４の部分が第２の主壁部に第２の絶縁部材を介して接続されている。第２の絶縁部材が第３の部分の電極体と逆側に延在している。
本発明に係る蓄電デバイスでは、第２の主壁部に沿って延びる第２又は第４の部分と、第１又は第２のリードとが接続されている。このため、特許文献１に記載の蓄電装置とは異なり、第１及び第２のリードに、電極体の側方において厚み方向に延びる部分を設ける必要が必ずしもない。従って、ケース内における第１及び第２のリードの占有面積を小さくすることができる。よって、電極体を大きくできる。従って、高容量な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、ケースの平面視形状が切欠部を有する矩形状であってもよい。その場合、ケースの切欠部を構成している側面に第１及び第２の端子の少なくとも一方が設けられていてもよい。この構成によれば、例えば、ケースの切欠部に配された他の電子部品と直接接続することができたり、他の電子部品と接続するための接続部材の長さを短くすることができる。
本発明に係る蓄電デバイスでは、ケースが導電材により構成されており、ケースと、第１及び第２の接続部材の少なくとも一方との間に配された絶縁部材をさらに備えていてもよい。
本発明に係る蓄電デバイスでは、電極体において、第１の電極、第２の電極及びセパレータとが一体化されており、電極体とケースとが接合されていることが好ましい。
本発明に係る蓄電デバイスは、電極体とケースとを接着している接着層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、第１及び第２の電極端子の一方がケースにより構成されていてもよい。
本発明によれば、高容量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。 図１の線ＩＶ−ＩＶにおける模式的断面図である。 図１の線Ｖ−Ｖにおける模式的断面図である。 参考例に係る蓄電デバイスの一部分の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断面図である。 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４は、図１の線ＩＶ−ＩＶにおける模式的断面図である。図５は、図１の線Ｖ−Ｖ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、電解液等の電解質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１〜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、平面視形状が略形状である切欠部２ａを有する矩形状である。なお、本発明において、「切欠部を有する矩形状」には、角部が丸められた、切欠部を有する矩形状が含まれるものとする。
ケース２は、互いに対向する第１及び第２の主壁部２Ａ，２Ｂと、第１の主壁部２Ａと第２の主壁部２Ｂとを接続する側壁部２Ｃとにより構成されている。
蓄電デバイス１では、切欠部２ａは、平面視略矩形状に設けられている。具体的には、角部が丸められた平面視略矩形状の切欠部２ａがひとつ設けられている。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、ケースに複数の切欠部が設けられていてもよい。例えば、ケースの複数の角部のそれぞれに切欠部が設けられていてもよい。ケースに設けられた切欠部の形状も限定されない。ケースに設けられた切欠部は、例えば、円弧状、多角形状、それらを組み合わせた形状等であってもよい。
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、樹脂等により構成することができる。
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、正極３１と、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。本実施形態では、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。
なお、本実施形態では、正極３１が「第１の電極」を構成しており、負極３２が「第２の電極」を構成している。
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。
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。
また、セパレータ３３を設けない代わりに、若しくは、セパレータ３３を設けると共に、正極３１，負極３２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３１，負極３２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。
蓄電デバイス１では、正極３１、セパレータ３３及び負極３２の積層体が一体化されている。換言すれば、電極体３が一体化されている。具体的には、本実施形態では、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７０及び絶縁性テープ５により、一体の電極体３が構成されている。すなわち、電極体３は、絶縁性テープ５により一体化されている。詳細には、絶縁性テープ５は、正極３１、負極３２及びセパレータ３３の積層体７０の側面を覆うように設けられており、積層体７０を一体化している。具体的には、本実施形態では、絶縁性テープ５は、第１の絶縁性テープ５１と、第２の絶縁性テープ５２とを有する。第１の絶縁性テープ５１は、積層体７０のＷ１側に設けられている。第１の絶縁性テープ５１は、積層体７０の幅方向Ｗにおける一方側（Ｗ１側）側面を経由して、積層体７０の第１の主面７０ａと、第２の主面７０ｂとに跨がって設けられている。第１の絶縁性テープ５１と第１の主面７０ａとが接合されており、かつ、第１の絶縁性テープ５１と第２の主面７０ｂ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厚み方向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の絶縁性テープ５２は、積層体７０のＷ２側に設けられている。第２の絶縁性テープ５２は、積層体７０の幅方向Ｗにおける他方側（Ｗ２側）側面を経由して、積層体７０の第１の主面７０ａと、第２の主面７０ｂとに跨がって設けられている。第２の絶縁性テープ５２と第１の主面７０ａとが接合されており、かつ、第２の絶縁性テープ５２と第２の主面７０ｂ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厚み方向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、絶縁性テープ５１，５２と積層体７０との接合方法は、特に限定されない。例えば、絶縁性テープ５１，５２と積層体７０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。絶縁性テープ５１，５２を粘接着テープにより構成して、絶縁性テープ５１，５２を積層体７０に接着してもよい。絶縁性テープ５１，５２を両面粘接着テープにより構成して、絶縁性テープ５１，５２を積層体７０に接着すると共に、絶縁性テープ５１，５２により積層体７０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内において積層体７０が変位することが効果的に抑制される。また、絶縁性テープ５１，５２と積層体７０とを、絶縁性テープ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。
なお、絶縁性テープ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、アルミ箔、銅箔、ステンレス箔、ニッケル箔等の金属箔の表面を絶縁層によりコーティングしたもの等により構成することができる。
電極体３において、正極３１とセパレータ３３とが接着剤ににより接着されており、負極３２とセパレータ３３とが接着剤により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。
電極体３とケース２とは、接合されている。具体的には、図３に示すように、電極体３は、接着層６によりケース２の内面に接着されて固定されている。なお、図３において、電極体３はケース２に対して、図の上方側（Ｔ１側）に接合されているが、図の下方側に接合するようにしてもよい。また、電極体３をケース２の厚み方向Ｔの両側の内面に接合するようにしてもよい。
図４に示すように、複数の正極３１のそれぞれには、第１のリード３１ａが接続されている。第１のリード３１ａは、電極体３の側面から引き出されている。複数の負極３２のそれぞれには、第２のリード３２ａが接続されている。第２のリード３２ａは、電極体３の側面から引き出されている。
図１及び図２に示すように、ケース２の側壁部２Ｃには、正極端子（第１の端子）４１が設けられている。具体的には、正極端子４１は、ケース２の側壁部２Ｃのうち、切欠部２ａを構成している側壁部２Ｃ１に設けられている。図４に示すように、この正極端子４１と、複数の第１のリード３１ａとが電気的に接続されている。具体的には、束ねられた複数の第１のリード３１ａの先端部３１ａ１と、正極端子４１とが、第１の接続部材８１を介して接続されている。第１の接続部材８１は、正極端子４１から側壁部２Ｃに沿って第２の主壁部２Ｂ側に向かって延びる第１の部分８１ａと、第１の部分８１ａに接続されており、第１の部分８１ａの第２の主壁部２Ｂ側の先端から第２の主壁部２Ｂに沿って電極体３側に向かって延びる第２の部分８１ｂとを有する。複数の第１のリード３１ａの先端部は、束ねられて、第１の接続部材８１の第２の部分８１ｂに接続されている。
なお、第１の接続部材８１とケース２とは、絶縁部材８３によって絶縁されている。なお、ケース２の内面が絶縁性を有する場合や、ケース２と第１の接続部材８１とが同電位である場合は、絶縁部材８３を設ける必要は必ずしもない。
図１及び図２に示すように、ケース２の側壁部２Ｃには、負極端子（第２の端子）４２が設けられている。具体的には、負極端子４２は、ケース２の側壁部２Ｃのうち、切欠部２ａを構成している側壁部２Ｃ１に設けられている。なお、本実施形態では、正極端子４１及び負極端子４２のそれぞれが側壁部２Ｃ１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。本発明において、ケースは、直方体状であってもよい。第１及び第２の端子のうちの一方が、切欠部を有するケースの切欠部を構成している側面に設けられていてもよい。
図５に示すように、負極端子４２と、複数の第２のリード３２ａとが電気的に接続されている。具体的には、束ねられた複数の第２のリード３２ａの先端部３２ａ１と、負極端子４２とが、第２の接続部材８２を介して接続されている。第２の接続部材８２は、負極端子４２から側壁部２Ｃに沿って第２の主壁部２Ｂ側に向かって延びる第３の部分８２ａと、第３の部分８２ａに接続されており，第３の部分８２ａの第２の主壁部２Ｂ側の先端から第２の主壁部２Ｂに沿って電極体３側に向かって延びる第４の部分８２ｂとを有する。複数の第２のリード３２ａの先端部は、束ねられて、第２の接続部材８２の第２の部分８２ｂに接続されている。
なお、第２の接続部材８２とケース２とは、絶縁部材８４によって絶縁されている。なお、ケース２の内面が絶縁性を有する場合や、ケース２と第２の接続部材８２とが同電位である場合は、絶縁部材８４を設ける必要は必ずしもない。
蓄電デバイス１では、第２の主壁部２Ｂに沿って延びる第２又は第４の部分８１ｂ、８２ｂと、第１又は第２のリード３１ａ、３２ａとが接続されている。このため、例えば、図６に例示した蓄電デバイスのように、リード３１ａに、電極体３の側方において厚み方向Ｔに沿って延びる先端部３１ａ１を設け、その先端部３１ａ１と端子４１とを接続部材６１を用いて接続する必要が必ずしもない。従って、蓄電デバイス１におけるケース２の側壁部２Ｃと電極体３との間の距離Ｌ１（図４及び図５）を、図６に例示した、厚み方向Ｔに沿って延びる先端部３１ａ１を有するリード３１ａを備える蓄電デバイスにおけるケース２の側壁部２Ｃと電極体３との間の距離Ｌ２よりも短くすることができる。従って、ケース２内における第１及び第２のリード３１ａ、３２ａの占有面積を小さくすることができる分、電極体３を大きくすることができる。従って、高容量な蓄電デバイス１を実現することができる。
さらに、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。このため、電極体３がケース２に対して相対的に変位し、電極体３がケース２と衝突することが抑制されている。よって、電極体３とケース２との間のクリアランスを小さくできるため、電極体３をより大きくすることができる。従って、さらに高容量な蓄電デバイス１を実現することができる。
図１及び図２に示すように、蓄電デバイス１では、ケース２の側壁部２Ｃのうちの切欠部２ａを構成している側壁部２Ｃ１に正極端子４１と負極端子４２とのうちの少なくとも一方が設けられている。このため、例えば、ケース２の切欠部２ａに配された他の電子部品と直接接続することができたり、他の電子部品と接続するための接続部材の長さを短くすることができる。このため、電子機器における接続部材の占有面積を小さくできる分、蓄電デバイス１を大きくすることができる。よって、電極体３を大きくすることができる。従って、さらに高容量な蓄電デバイス１を実現することができる。
なお、本実施形態では、第１及び第２の電極端子が、それぞれケースとは別体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、第１及び第２の電極端子の一方がケースにより構成されていてもよい。
本発明において、セパレータは、正極と負極とを絶縁できるものであれば、特に限定されない。セパレータは、例えば、九十九折り状に設けられていてもよい。
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７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、絶縁性テープ５が第１の絶縁性テープ５１と第２の絶縁性テープ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、図７に示すように、第１の絶縁性テープ５１と第２の絶縁性テープ５２とが接続されて一枚のテープを構成していてもよい。この場合、蓄電デバイス１ａを構成する部品点数を少なくすることができる。
（第３の実施形態）
図８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８に示すように、本発明においては、絶縁性テープ５が、積層体７０を巻回していてもよい。
（その他の実施形態）
第１の実施形態では、平面視形状が切欠部を有する矩形状であるケースを有する蓄電デバイスについて説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。本発明において、ケースの形状は特に限定されない。ケースは、例えば、直方体状や、平面視において角部が丸められた矩形状である略直方体状であってもよい。
１，１ａ、１ｂ 蓄電デバイス
２ ケース
２ａ 切欠部
２Ａ 第１の主壁部
２Ｂ 第２の主壁部
２Ｃ 側壁部
２Ｃ１ 切欠部を構成している側壁部
３ 電極体
４ 電解質
５ 絶縁性テープ
６ 接着層
３１ 正極
３１ａ 第１のリード
３１ａ１ 第１のリードの先端部
３２ 負極
３２ａ 第２のリード
３２ａ１ 第２のリードの先端部
３３ セパレータ
３３ａ 袋状セパレータ
３３ｅ１ 第１の端部
３３ｅ２ 第２の端部
４１ 正極端子
４２ 負極端子
５１ 第１の絶縁性テープ
５２ 第２の絶縁性テープ
６１ 接続部材
７０ 積層体
７０ａ 第１の主面
７０ｂ 第２の主面
８１ 第１の接続部材
８１ａ 第１の部分
８１ｂ 第２の部分
８２ 第２の接続部材
８２ａ 第３の部分
８２ｂ 第４の部分
８３ 絶縁部材
８４ 絶縁部材

Claims (7)

  1. 互いに対向する第１及び第２の主壁部を有するケースと、
    前記ケース内に収容されており、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する電極体と、
    前記ケースの側面に設けられた第１の端子と、
    前記ケースの側面に設けられた第２の端子と、
    前記第１の電極に接続されており、前記電極体の側面から引き出された第１のリードと、
    前記第２の電極に接続されており、前記電極体の側面から引き出された第２のリードと、
    前記第１の端子に接続されており、前記第１の端子から前記側面に沿って前記第２の主壁部側に向かって延びる第１の部分と、前記第１の部分に接続されており、前記第１の部分の前記第２の主壁部側先端から前記第２の主壁部に沿って前記電極体側に向かって延びる第２の部分とを有する第１の接続部材と、
    前記第２の端子に接続されており、前記第２の端子から前記側面に沿って前記第２の主壁部側に向かって延びる第３の部分と、前記第３の部分に接続されており、前記第３の部分の前記第２の主壁部側先端から前記第２の主壁部に沿って前記電極体側に向かって延びる第４の部分とを有する第２の接続部材と、
    を備え、
    前記第１のリードが前記第１の接続部材の前記第２の部分に接続されており、
    前記第２のリードが前記第２の接続部材の前記第４の部分に接続されており、
    前記第２の部分が前記第２の主壁部に第１の絶縁部材を介して接続されており、
    前記第１の絶縁部材が前記第１の部分の前記電極体と逆側に延在しており、
    前記第４の部分が前記第２の主壁部に第２の絶縁部材を介して接続されており、
    前記第２の絶縁部材が前記第３の部分の前記電極体と逆側に延在している、蓄電デバイス。
  2. 前記ケースの平面視形状が切欠部を有する矩形状である、請求項１に記載の蓄電デバイス。
  3. 前記ケースの前記切欠部を構成している側面に前記第１及び第２の端子の少なくとも一方が設けられている、請求項２に記載の蓄電デバイス。
  4. 前記ケースが導電材により構成されており、
    前記ケースと、前記第１及び第２の接続部材の少なくとも一方との間に配された絶縁部材をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電デバイス。
  5. 前記電極体において、前記第１の電極、前記第２の電極及び前記セパレータとが一体化されており、
    前記電極体と前記ケースとが接合されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電デバイス。
  6. 前記電極体と前記ケースとを接着している接着層をさらに備える、請求項５に記載の蓄電デバイス。
  7. 前記第１及び第２の電極端子の一方が前記ケースにより構成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄電デバイス。
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