JP7230061B2 - 電気化学セル - Google Patents

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Description

本開示は、電気化学セルに関する。
従来、電気化学セルとして、例えば、特許文献１に記載の電気化学セルが提案されている。特許文献１に記載の電気化学セルは、シート状の電極群と非水電解質と前記電極群と前記非水電解質とを密閉収納する第１外装体とを含む薄型電池と、薄型電池を密閉収納する第２外装体と、を備えている。
特開２０１３－４８０４２号公報
本開示の電気化学セルは、第１セルと、第２セルと、前記第１セルと前記第２セルとを収納する外容器と、を有する。前記第１セルは、第１発電要素と、前記第１発電要素を収納する第１内容器と、を有する。前記第２セルは、第２発電要素と、前記第２発電要素を収納する第２内容器と、を有する。前記第１内容器は、表面に凸部を有し、前記第２内容器は、表面に凹部を有する。前記電気化学セルは、前記凸部が前記凹部に入り込んでいる嵌合部を有している。前記第１発電要素は、単一の正極と、単一の負極と、単一のセパレータと、から構成される。前記第２発電要素は、単一の正極と、単一の負極と、単一のセパレータと、から構成される。
図１は、本開示の電気化学セル２０の一例の斜視図である。 図２は、図１の電気化学セル２０をＩＩ－ＩＩ線で切断した断面図である。 図３は、本開示の電気化学セル２０の他の例の斜視図である。 図４は、図３の電気化学セル２０をＩＶ－ＩＶ線で切断した断面図である。 図５は、図３の電気化学セル２０の外容器から第１単セルと第２単セルとが積層されたものを、第１単セルと第２単セルとの積層方向から見たときの上面図である。 図６は、本開示の電気化学セル２０の他の例の斜視図である。 図７は、図６の電気化学セル２０をＶＩＩ－ＶＩＩ線で切断した断面図である。 図８は、図６の電気化学セル２０の外容器から第１単セルと第２単セルとが積層されたものを、第１単セルと第２単セルとの積層方向から見たときの上面図である。 図９は、本開示の電気化学セル２０の他の例の斜視図である。 図１０は、図９の電気化学セル２０をＸ－Ｘ線で切断した断面図である。 図１１は、図９の電気化学セル２０の外容器から第１単セルと第２単セルとが積層されたものを、第１単セルと第２単セルとの積層方向から見たときの上面図である。 図１２は、本開示の電気化学セル２０の他の例の斜視図である。 図１３は、図１２の電気化学セル２０をＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線で切断した断面図である。 図１４は、本開示の電気化学セルモジュールの一例の斜視図である。 図１５は、図１４の電気化学セルモジュールをＸＶ面で切断した断面図である。 図１６は、本開示の蓄電池システムの一例の概略図である。
本開示の電気化学セル２０の一例について図１および図２を用いて詳細に説明する。電気化学セル２０は、図１および図２に示すように、第１単セル１００と、第２単セル２００と、第１単セル１００と第２単セル２００とを収納する外容器１と、を備えている。また、第１単セル１００と第２単セル２００とが嵌合部４により固定されている。
第１単セル１００は、電気化学セル２０内で電池として機能する最小の単位の部材である。第１単セル１００は、例えば、リチウムイオン電池である。第１単セル１００は、第１発電要素３と、第１内容器２と、第１端子８と、を備えている。第１単セル１００は、例えば、板状である。第１単セル１００は、外部装置に電気的に接続することによって、外部装置へ電気を流すことができる。
第１発電要素３は、電気化学反応を利用して電気を蓄え、放出するための部材である。第１発電要素３は、例えば、正極５と、負極６と、正極５および負極６の間にあるセパレータ７と、を備えている。第１発電要素３は、セパレータ７を通して、正極５と負極６との間で陽イオンおよび陰イオンを交換することができる。第１発電要素３は、正極５および負極６と外部装置とを電気的に接続することによって、外部装置へ電気を流すことができる。
第１発電要素３は、例えば、正極５とセパレータ７と負極６とを積層したものである。第１発電要素３は、例えば、板状である。第１発電要素３は、例えば、板状の厚み方向に正極５とセパレータ７と負極６とが積層されている。
正極５と負極６とは、例えば、電気化学的に活性な物質を含む部材である。正極５と負極６とは、例えば、活物質および電解質を有していてもよい。電解質としては、例えば、溶剤または溶剤混合液に塩を加えたものを用いることができる。
具体的には、正極５と負極６としては、例えば、「Ｓｅｍｉ－Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ Ｈａｖｉｎｇ Ｈｉｇｈ Ｒａｔｅ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ」と題された米国仮特許出願第６１／７８７，３８２および「Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｈａｖｉｎｇ ａ Ｓｅｍｉ－Ｓｏｌｉｄ Ｃａｔｈｏｄｅ ａｎｄ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ａｎｏｄｅ」と題された米国仮特許出願第６１／７８７，３７２において記載されている活性物質および電解質を用いることができる。正極５と負極６とは、例えば、添加剤を有していてもよい。
セパレータ７は、正極５と負極６との間で陽イオンと陰イオンとを交換するために設けられている部材である。セパレータ７は、例えば、陽イオンと陰イオンとが通過するための微細な穴が開いていてもよい。セパレータ７は、例えば、多孔質の絶縁材料を用いることができる。具体的には、セパレータ７として、例えば、ポリオレフィンまたは塩化ポリビニルが挙げられる。第１発電要素３は、セパレータ７を有していることによって、正極５と負極６とを電気的に絶縁することができる。
第１発電要素３は、板状の場合は、例えば、縦５０～５００ｍｍ、横５０～３００ｍｍおよび厚み０．１～２ｍｍに設定できる。
第１内容器２は、第１発電要素３を第１内容器２の内側に包むための空間を有する部材である。第１内容器２は、外的環境から第１発電要素３を保護することができる。より具体的には、第１内容器２は、第１発電要素３を外部から電気的に絶縁するために設けられている。また、第１内容器２は、金属屑等の混入を防ぐことができる。
第１内容器２は、第１発電要素３全体を覆っている。第１内容器２は、例えば、平たい袋形状である。第１内容器２は、例えば、１つの部材を平たい袋形状にすることで形成されている。また、第１内容器２は、例えば、２つの部材を溶着して形成されていてもよい。第１内容器２は、例えば、正極５とセパレータ７と負極６との積層方向から見たときに、長方形状であってもよい。
第１内容器２は、例えば、絶縁材料を有している。これにより、第１内容器２を介して、外部環境と第１発電要素３とが短絡することなく、第１内容器２が外部環境から第１発電要素３を保護することができる。第１内容器２は、例えば、樹脂材料を有している。より具体的には、樹脂材料として、例えば、ポリエチレンテレフタラートまたはポリエチレン等が挙げられる。
また、第１内容器２は、例えば、多層構造を有していてもよい。第１内容器２は、例えば、二層構造を有していてもよい。具体的には、第１内容器２は、例えば、熱接着性樹脂材料と耐熱性樹脂材料とを有している。熱接着性樹脂材料は、具体的には、融解する温度が１５０℃より小さい樹脂である。また、耐熱性樹脂材料は、具体的には、融解する温度が１５０℃以上３００℃以下の樹脂である。耐熱性樹脂材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタラートまたはポリエチレンナフタレート等が挙げられる。熱接着性樹脂材料としては、例えば、ポリエチレンまたはポリプロピレン等が挙げられる。
第１内容器２は、第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見たときに長方形状である場合は、例えば、縦５５～５５０ｍｍ、横５５～３５０ｍｍおよび厚み０．１～２．２ｍｍに設定できる。
第１内容器２は、第１内容器２の表面に凸部４ａを有している。凸部４ａは、第１内容器２と第２内容器１２とを固定している。第１内容器２と第２内容器１２との積層方向から見たとき、凸部４ａは、帯形状である。凸部４ａは、例えば、四角形状であってもよい。四角形状は、例えば、長辺と短辺を有する長方形状であってもよい。凸部４ａは、長方形状である場合は、例えば、縦３００～２００ｍｍ、横３００～２００ｍｍおよび厚み０．０２～１ｍｍに設定できる。
第１端子８は、第１発電要素１０３と外部装置とを電気的に接続している。第１端子８は、例えば、板状である。具体的には、第１端子８は、例えば、第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見たときに、四角形状である。第１端子８は、例えば、長方形状であってもよい。長方形状は、例えば、長辺と短辺とを有していてもよい。
第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見たときに、第１端子８は、第１発電要素１０３に接触している。第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見たときに、第１端子８は、第１発電要素１０３の外周のいずれかの辺に位置している。また、第１端子８は、外部装置に電気的に接続されるために、第１内容器１０２よりも外に延びている。また、第１端子８は、第１内容器１０２よりも外で外部接続端子と電気的に接続されている。
第１端子８は、例えば、導電性部材である。第１端子８は、例えば、金属材料を有していてもよい。より具体的には、金属材料としては、例えば、アルミニウムまたは銅等が挙げられる。第１端子８は、板形状である場合は、例えば、縦３０～１００ｍｍ、横１０～１００ｍｍおよび厚み０．１～０．５ｍｍに設定できる。
第２単セル２００は、第１単セル１００と同様に、電池として機能する最小単位である。電気化学セル２０では、第１単セル１００と第２単セル２００とが並列に接続されている。これにより、電気化学セル２０の容量を多くすることができる。また、第１単セル１００と第２単セル２００とが直列に接続されていてもよい。これにより、電気化学セル２０の電圧を高めることができる。
第２単セル２００は、例えば、外容器１内において第１単セル１００上に積層されている。第２単セル２００は、第２発電要素１３と、第２内容器１２と、を備えている。第２単セル２００は、電気化学セル２０においては、第１単セル１００と同じ形状である。ただし、第２単セル２００は、例えば、第１単セル１００と異なる形状であってもよい。電気化学セル２０においては、第２単セル２００は、第１単セル１００と外周を揃えて積層されている。ただし、第２単セル２００は、第１単セル１００と外周を揃えずに積層されていてもよい。
第２発電要素１３としては、例えば、第１発電要素３に用いられる材料を有していてもよい。より具体的には、第２発電要素１３は、例えば、第１発電要素３と同じ材料であってもよい。また、第２発電要素１３としては、例えば、第１発電要素３と異なる材料であってもよい。
第２内容器１２は、電気化学セル２０においては、第１内容器２と同じ形状である。ただし、第２内容器１２は、例えば、第１内容器２と異なる形状であってもよい。第２内容器１２としては、例えば、第１内容器２に用いられる材料を有していてもよい。より具体的には、第２内容器１２は、第１内容器２と同じ材料であってもよい。また、第２内容器１２としては、例えば、第１内容器２と異なる材料であってもよい。
第２内容器１２は、表面に凹部４ｂを有している。凹部４ｂは、第１内容器２と第２内容器１２とを固定している。凹部４ｂは、第１内容器２と第２内容器１２との積層方向から見て、四角形状である。凹部４ｂは、例えば、長方形状であってもよい。長方形状は、例えば、長辺と短辺とを有していてもよい。凹部４ｂは、長方形状である場合は、例えば、縦３００～２００ｍｍ、横３００～２００ｍｍおよび厚み０．０２～１ｍｍに設定できる。
第２単セル２００は、例えば、第１単セル１００と同じ寸法であってもよい。また、第２単セル２００は、例えば、第１単セル１００と異なる寸法であってもよい。
外容器１は、第１単セル１００と第２単セル２００とを外容器１の内側に包む空間を有する部材である。外容器１は、外部環境から第１単セル１００と第２単セル２００とを保護している。より具体的には、外容器１は、空気中の酸素および水分から第１単セル１００と第２単セル２００とを保護している。外容器１は、例えば、袋形状である。外容器１は、例えば、１つの部材を袋形状にすることで形成されている。また、外容器１は、例えば、２つの部材を溶着して形成されていてもよい。外容器１は、第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見たときに、長方形状であってもよい。
外容器１は、例えば、絶縁材料を有している。これにより、外容器１を介して、外部環境と第１単セル１００および第２単セル２００とが短絡しにくくなり、外容器１が外部環境から第１単セル１００と第２単セル２００とを保護することができる。絶縁材料としては、例えば、樹脂材料を用いることができる。より具体的には、樹脂材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタラートまたはポリエチレン等が挙げられる。
外容器１は、例えば、多層構造を有している。外容器１は、例えば、三層構造を有していてもよい。具体的には、外容器１は、例えば、第１絶縁層と防湿層と第２絶縁層とを有していてもよい。このとき、防湿層は、例えば、第１絶縁層と第２絶縁層との間に位置している。具体的には、防湿層は、例えば、第１絶縁層と第２絶縁層とに覆われていてもよい。
第１絶縁層は、例えば、樹脂材料を有している。具体的には、樹脂材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタラートまたはポリエチレンナフタレート等が挙げられる。
防湿層は、第１樹脂層を浸透してきた酸素や水を第２樹脂層に到達しにくくしている。防湿層は、例えば、金属材料を有している。具体的には、金属材料としては、例えば、アルミニウムまたは銅等が挙げられる。
第２樹脂層は、例えば、樹脂材料を有している。具体的には、樹脂材料としては、例えば、ポリエチレンまたはポリプロピレン等が挙げられる。
外容器１が防湿層を有することにより、第１樹脂層を浸透してきた酸素や水から第１単セル１００と第２単セル２００とを保護することができる。その結果、第１単セル１００と第２単セル２００とが破損する可能性を低減することができる。
外容器１は、第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見たときに長方形状である場合、例えば、縦６０～６００ｍｍ、横６０～４００ｍｍおよび厚み１～２０ｍｍに設定できる。
嵌合部４は、第１内容器２の凸部４ａが第２内容器１２の凹部４ｂに入り込んでいる部分である。嵌合部４は、第１単セル１００と第２単セル２００とを固定している。嵌合部４は、例えば、第１内容器の凸部４ａの一部分が第２内容器の凹部４ｂに入り込んでいてもよい。
図２に示すように、嵌合部４を有していることにより、第１単セル１００と第２単セル２００とが外容器１内で固定される。そのため、電気化学セル２０を大型化することなく第１単セル１００と第２単セル２００との位置がずれてしまう可能性を低減することができる。その結果、固定した部位において厚みが部分的に増す可能性を低減しつつ、電気化学セル２０の電気的な接続の信頼性が損なわれる可能性を低減することができる。
図２に示すように、嵌合部４は、例えば、第１発電要素３と第２発電要素１３との間に位置している。嵌合部４は、第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見たときに、例えば、帯状である。また、嵌合部４は、例えば、四角形状であってもよい。嵌合部４は、四角形状であった場合には、例えば、四角形状の角が丸くてもよい。これにより、四角形状の嵌合部４の角に外力が集中しにくくなり、嵌合部４が破損する可能性を低減することができる。嵌合部４は、長方形状である場合は、例えば、縦３００～２００ｍｍ、横３００～２００ｍｍおよび厚み０．０２～１ｍｍに設定できる。
嵌合部４は、例えば、第１内容器１０２と第２内容器１１２とを積層し、上下から金属板で第１内容器１０２と第２内容器１１２との積層体の一部分を押圧することで形成することができる。金属板は、例えば、積層方向から見たときに、四角形状であってもよい。これにより、積層方向から見たときに、嵌合部４を四角形状に形成することができる。また、金属板の表面が波打っていてもよい。これにより、第１内容器１０２と第２内容器１１２との積層体の表面に隣り合う複数の嵌合部４を同時に形成することができる。
本開示の電気化学セル２０の他の例について図３～５を用いて詳細に説明する。電気化学セル２０は、図３および図４に示すように、第１単セル１００と、第２単セル２００と、第１単セル１００と第２単セル２００とを収納する外容器１と、を備えている。また、第１単セル１００と第２単セル２００とが嵌合部１４により固定されている。
第１単セル１００は、第１発電要素１０３と第１内容器１０２とを有している。第１発電要素１０３は、例えば、第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見て、長方形状である。より具体的には、第１発電要素１０３は、例えば、長辺と短辺とを有する長方形状であってもよい。
第１内容器１０２は、例えば、第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見て、長方形状である。より具体的には、第１内容器１０２は、例えば、長辺と短辺とを有する長方形状であってもよい。また、第１内容器１０２は、第１周縁部Ａ１を有している。第１周縁部Ａ１は、第１内容器１０２の周りに位置する部分である。具体的には、第１周縁部Ａ１は、第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見たときに、第１内容器１０２の外周から第１発電要素１０３の外周までの領域を意味している。すなわち、第１周縁部Ａ１は、第１発電要素１０３と第１内容器１０２とが重ならない領域である。
第２単セル２００は、第２発電要素１１３と第２内容器１１２とを有している。第２発電要素１１３は、電気化学セル２０においては、第１発電要素１０３と同じ形状である。ただし、第１発電要素１０３と第２発電要素１１３とは異なる形状であってもよい。また、第２発電要素１１３は、第１発電要素１０３で用いられる材料を有していてもよい。より具体的には、第２発電要素１１３は、例えば、第１発電要素１０３と同じ材料であってもよい。
第２内容器１１２は、電気化学セル２０においては、第１内容器１０２と同じ形状である。ただし、第２内容器１１２と第１内容器１０２とは、例えば、異なる形状であってもよい。また、第２内容器１１２は、第１内容器１０２に用いられる材料を有していてもよい。具体的には、第２内容器１１２は、例えば、第１内容器１０２と同じ材料であってもよい。また、第２内容器１１２は、第２周縁部Ａ２を有している。第２周縁部Ａ２は、第２内容器１１２の周りの部分である。具体的には、第２周縁部Ａ２は、第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見たときに、第２内容器１１２の外周から第２発電要素１１３の外周までの領域を意味している。すなわち、第２発電要素１１３と第２内容器１１２とが重ならない領域である。
第１発電要素１０３と第２発電要素１１３とは、第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見たときに、それぞれの長辺およびそれぞれの短辺を揃えて積層されている。また、第１内容器１０２と第２内容器１１２とは、第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見たときに、それぞれの長辺およびそれぞれの短辺を揃えて積層されている。なお、図４においては、第１発電要素１０３および第２発電要素１１３の正極５とセパレータ７と負極６とを省略している。
図４に示すように、嵌合部１４は、第１周縁部Ａ１に位置する凸部１４ａが第２周縁部Ａ２に位置する凹部１４ｂに入り込んでいる。これにより、積層方向から見たときに、第１内容器１０２および第１発電要素１０３が重なる部分に位置する凸部４ａと、第２内容器１１２とおよび第２発電要素１１３とが重なる部分に位置する凹部４ｂと、が嵌合部４を形成しているときに比べて、嵌合部１４と第１発電要素１０３および第２発電要素１１３とを離すことができる。そのため、嵌合部１４が、第１発電要素１０３および第２発電要素１１３に対して、応力を与える可能性を低減し、電池の性能に影響を及ぼす可能性を低減することができる。
図５においては、電気化学セル２０の外容器１から第１単セル１００と第２単セル２００とが積層されたものを取り出し、第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見たときの上面図を示している。第１内容器１０２と第２内容器１１２とを透過して第１発電要素１０３と第２発電要素１１３との積層方向から見たときの第１発電要素１０３と第２発電要素１１３との外周を、点線で示している。また、第１発電要素１０３と第２発電要素１１３とのそれぞれの長辺の延長線を、仮想線として一点鎖線で示している。
図４および図５に示すように、嵌合部１４は、複数あってもよい。これにより、外力を複数の嵌合部１４に分散することができるため、外力が１つの嵌合部１４に集中しにくくすることができる。そのため、嵌合部１４が破損する可能性を低減することができる。
また、図５に示すように、嵌合部１４は、第１発電要素１０３および第２発電要素１１３のそれぞれの長辺または第１発電要素１０３および第２発電要素１１３のそれぞれの長辺の延長線に沿って位置していてもよい。これにより、外力を受けやすい長辺に沿って嵌合部１４が位置することで、第１単セル１００または第２単セル２００が短辺方向に位置ずれする可能性を低減することができる。その結果、電気化学セルの電気的な接続の信頼性を向上することができる。
また、嵌合部１４は、例えば、第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見たときに、四角形状である。具体的には、嵌合部１４は、例えば、長辺を有する長方形であってもよい。このとき、嵌合部１４の長辺が、第１発電要素１０３のそれぞれの長辺に沿っていてもよい。これにより、外力を受けやすい長辺に沿って嵌合部１４が位置することで、第１単セル１００または第２単セル２００が短辺方向に位置ずれする可能性を低減することができる。その結果、電気化学セルの電気的な接続の信頼性を向上させることができる。
本開示の電気化学セル２０の他の例について図６～８を用いて詳細に説明する。電気化学セル２０は、図６および図７に示すように、第１単セル１００と、第２単セル２００と、第１単セル１００と第２単セル２００とを収納する外容器１と、を備えている。さらに、第１単セル１００と第２単セル２００とが嵌合部２４により固定されている。
図８においては、図５と同様に、電気化学セル２０の外容器１から第１単セル１００と第２単セル２００とがそれぞれの長辺とそれぞれの短辺を揃えて積層されたものを取り出し、第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見たときの上面図を示している。また、第１発電要素１０３と第２発電要素１１３とのそれぞれの長辺およびそれぞれの短辺の延長線を、仮想線として一点鎖線で示している。
図８に示すように、嵌合部２４は、第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見たときに、第１周縁部Ａ１および第２周縁部Ａ２の四隅に位置していてもよい。より具体的には、第１周縁部Ａ１および第２周縁部Ａ２の四隅は、第１発電要素１０３および第２発電要素１１３のそれぞれの長辺の延長線と第１発電要素１０３および第２発電要素１１３のそれぞれの短辺の延長線と第１内容器１０２および第２内容器１１２の外周とで囲まれる領域を意味する。これにより、外力が集中しやすい第１単セル１００および第２単セル２００の四隅の領域において、第１単セル１００および第２単セル２００が変形しにくくすることができる。その結果、電気化学セルの電気的な接続の信頼性を向上させることができる。
また、図７および図８に示すように、凸部２４ａを通る積層方向に垂直な断面を見たときに、凸部２４ａは、第１内容器１０２が湾曲して形成されている。また、凹部２４ｂを通る積層方向に垂直な断面を見たときに、凹部２４ｂは、第２内容器１１２が湾曲して形成されている。電気化学セル２０において、嵌合部２４は、第１内容器１０２が突出して形成された凸部２４ａが、第２内容器１１２が湾曲して形成された凹部２４ｂに入り込んでいる部分である。より具体的には、嵌合部２４は、例えば、積層された第１内容器１０２と第２内容器１１２とをそれぞれ折り曲げることで形成されてもよい。これにより、嵌合部２４を形成するフイルムに局所的な負荷がかかり、嵌合部２４が破損する可能性を低減することができる。
本開示の電気化学セル２０の他の例について図９～１１を用いて詳細に説明する。図１１においては、図８と同様に、電気化学セル２０の外容器１から第１単セル１００と第２単セル２００とがそれぞれの長辺とそれぞれの短辺を揃えて積層されたものを取り出し、第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見たときの上面図を示している。
第１内容器１０２は、第１内容器１０２の表面に位置する凸部３４ａと隣り合う位置に凹部３４ｃを有している。第１内容器１０２の凹部３４ｃは、第１内容器１０２と第２内容器１１２とを固定するために設けられている。第１内容器１０２の凹部３４ｃは、第１内容器１０２と第２内容器１１２との積層方向から見たときに、四角形状をしている。また、第１内容器１０２の凹部３４ｃは、例えば、長方形状であってもよい。また、長方形状は、例えば、長辺と短辺とを有していてもよい。第１内容器１０２の凹部３４ｃは、長方形状の場合、例えば、縦１０～２００ｍｍ、横１～５ｍｍおよび深さ０．０２～１ｍｍと設定することができる。
また、第２内容器１１２は、第２内容器１１２の表面に位置する凹部３４ｂと隣り合う位置に凸部３４ｄを有している。第２内容器１１２の凸部３４ｄは、第１内容器１０２と第２内容器１１２とを固定するために設けられている。第２内容器１１２の凸部３４ｄは、第１内容器１０２と第２内容器１１２との積層方向から見たときに、四角形状をしている。また、第２内容器１１２の凸部３４ｄは、例えば、長方形状であってもよい。また、長方形状は、例えば、長辺と短辺とを有していてもよい。第２内容器１１２の凸部３４ｄは、長方形状の場合、例えば、縦１０～２００ｍｍ、横１～５ｍｍおよび深さ０．０２～１ｍｍと設定することができる。
嵌合部３４は、第１内容器の凸部３４ａが第２内容器の凹部３４ｂに入り込んでいる部分と、第１内容器１０２の凹部３４ｃに第２内容器１１２の凸部３４ｄが入り込んでいる部分と、を有している。これにより、嵌合部３４が破損しににくくなるため、電気化学セルの電気的な接続の信頼性を向上することができる。なお、図１１において、第１単セル１００と第２単セル２００との積層方向から見たときに、第１端子８および第２端子１８と第１内容器１０２および第２内容器１１２とが重なっている部分を点線で示している。
電気化学セルが有する単セルは２つに限定されない。電気化学セルは、３つ以上の単セルを有していてもよい。その場合、嵌合部３４は、３つ以上の単セルのうち少なくとも２つを固定していればよい。
本開示の電気化学セル２０の他の例について、図１２および図１３を用いて説明する。電気化学セル２０は、図１２および図１３に示すように、第１単セル１００と、第２単セル２００と、第１単セル１００と第２単セル２００とを収納する外容器１と、を備えている。さらに、第１単セル１００と第２単セル２００とが嵌合部４４により固定されている。 電気化学セル２０は、第１単セル１００と第２単セル２００とが第３嵌合部４４で固定されている。第３嵌合部４４は、第１単セル１００と第２単セル２００とを固定している。
第１内容器１０２は、第３凸部４４ａと第３凸部４４ａの表面に位置する第４凸部４４ｂとを有している。第３凸部４４ａは、第１内容器１０２と第２内容器１１２とを固定している。
第２内容器１１２は、第３凹部４４ｃと第３凹部４４ｃの表面に位置する第４凹部４４ｄとを有している。
第３嵌合部４４は、第３凸部４４ａが第３凹部４４ｃに入り込み、かつ第４凸部４４ｂが第４凹部４４ｄに入り込むことで形成されている。これにより、第３嵌合部４４がはずれにくくなり、より強固に第１単セル１００と第２単セル２００とを固定することができる。そのため、電気化学セル２０の電気的な接続の信頼性を向上させることができる。
本開示の電気化学セルモジュール２１の一例について図１４および図１５を用いて詳細に説明する。電気化学セルモジュール２１は、筐体と、前記筐体内に位置する第１電気化学セルと、前記筐体内に位置する第２電気化学セルと、を有し、前記第１電気化学セルおよび前記第２電気化学セルが電気的に接続されている。
筐体は、例えば、金属材料を有している。これにより、筐体の剛性が大きくなり、外部環境からの外力を第１電気化学セルおよび第２電気化学セルに伝わりにくくすることができ、筐体は外部環境から第１電気化学セルと第２電気化学セルとを保護することができる。金属材料としては、例えば、アルミニウムやステンレス等が挙げられる。これにより、電気化学セルで発生した熱が筐体に伝わりやすくなり、放熱効率を向上させることができ、電池としての特性が低下する可能性を低減することができる。
筐体は、例えば、複数の部材を有していてもよい。筐体は、例えば、２つの主面板１０と２つの側面板１１と底面板と端子カバー９とを有していてもよい。具体的には、筐体は金属材料と樹脂材料との組み合わせであってもよい。
端子カバー９は、積層された第１電気化学セルと第２電気化学セルとのそれぞれの端子を保護している。そのため、端子カバー９は、第１電気化学セルと第２電気化学セルとが積層された端子側に面している。端子カバー９は、例えば、第１電気化学セルと第２電気化学セルとの端子側から見たときに、長方形状であってもよい。端子カバー９は、例えば、樹脂材料であってもよい。具体的には、樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタラートまたはポリエチレンナフタレート等が挙げられる。端子カバー９の寸法は、例えば、長方形状である場合、縦２００ｍｍ～６００ｍｍ、横５０ｍｍ～３００ｍｍ、および厚み０．１ｍｍ～５ｍｍであってもよい。
主面板１０は、第１電気化学セルと第２電気化学セルとのそれぞれの主面を保護している。そのため、主面板１０は、第１電気化学セルと第２電気化学セルとの主面に面している。主面板１０は、第１電気化学セルと第２電気化学セルとが積層されている方向から見て、長方形状であってもよい。主面板１０は、例えば、金属材料を有している。金属材料としては、具体的には、例えば、アルミニウムまたはステンレス等が挙げられる。これにより、第１電気化学セルおよび第２電気化学セルで発生した熱が外部へ伝わりやすくなり、電池の特性が低下する可能性を低減することができる。
また、主面板１０は、例えば、樹脂材料を有していてもよい。樹脂材料としては、例えば、融点が高い耐熱性樹脂材料が挙げられる。耐熱性樹脂材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等が挙げられる。これにより、第１電気化学セルまたは第２電気化学セルとの電気的な絶縁性能を向上することができるため、第１電気化学セルまたは第２電気化学セルと外部環境とが短絡してしまう可能性を低減することができる。主面板１０の寸法は、長方形状である場合、縦２００ｍｍ～６００ｍｍ、横５０ｍｍ～３００ｍｍ、および厚み０．５ｍｍ～５ｍｍであってもよい。
側面板１１は、第１電気化学セルと第２電気化学セルとのそれぞれの側面を保護している。そのため、側面板１１は、第１電気化学セルと第２電気化学セルとの側面に面している。また、側面板１１は、例えば、第１電気化学セルと第２電気化学セルとに接していてもよい。側面板１１は、例えば、第１電気化学セルと第２電気化学セルとの側面に垂直な方向から見て、長方形状であってもよい。また、側面板１１は、例えば、金属材料を有している。側面板１１は、具体的には、例えば、アルミニウムまたはステンレス等を有していてもよい。これにより、第１電気化学セルと第２電気化学セルとで発生した熱を外部へ伝わりやすくすることができる。その結果、電池の特性が低下する可能性を低減することができる。
また、側面板１１は、例えば、樹脂材料を有していてもよい。樹脂材料としては、例えば、耐熱性樹脂材料が挙げられる。耐熱性樹脂材料としては、例えば、ＰＥＴ等が挙げられる。これにより、第１電気化学セルおよび第２電気化学セルとの電気的な絶縁性能を向上することができるため、第１電気化学セルまたは第２電気化学セルと外部環境とが短絡してしまう可能性を低減することができる。側面板１１の寸法は、第１電気化学セルと第２電気化学セルとの側面に垂直な方向から見たときに長方形状である場合、例えば、縦２００ｍｍ～６００ｍｍ、横５０ｍｍ～３００ｍｍ、および厚み０．５ｍｍ～５ｍｍであってもよい。
底面板は、第１電気化学セルと第２電気化学セルとの端子が出ている面と反対側に位置する底面を保護している。そのため、底面板は、第１電気化学セルと第２電気化学セルとの端子が出ている面と反対側の底面に接していてもよい。底面板は、第１電気化学セルと第２電気化学セルとの端子が出ている面と反対側の底面に垂直な方向から見たときに、長方形状であってもよい。また、底面板は、例えば、金属材料を有していてもよい。金属材料としては、例えば、アルミニウムまたはステンレス等が挙げられる。これにより、第１電気化学セルと第２電気化学セルとから発生した熱を外部へ伝わりやすくすることができる。その結果、電池としての特性が低下する可能性を低減することができる。
また、底面板は、例えば、樹脂材料を有していてもよい。樹脂材料としては、例えば、耐熱性樹脂材料が挙げられる。耐熱性樹脂材料としては、例えば、ＰＥＴ等が挙げられる。これにより、第１電気化学セルおよび第２電気化学セルとの電気的な絶縁性能を向上することができるため、第１電気化学セルまたは第２電気化学セルと外部環境とが短絡してしまう可能性を低減することができる。また、底面板は、側面板１１もしくは主面板１０の一部を折り曲げることで底面板としてもよい。底面板の寸法は、第１電気化学セルと第２電気化学セルとの端子が出ている面と反対側の面に垂直な方向から見たときに長方形状である場合は、縦２００ｍｍ～６００ｍｍ、横５０ｍｍ～３００ｍｍ、および厚み０．５ｍｍ～５ｍｍであってもよい。
第１電気化学セルおよび第２電気化学セルは電気的に接続されている。電気化学セルモジュール２１において、例えば、第１電気化学セルと第２電気化学セルとは並列に接続されていてもよい。これにより、電気化学セルモジュール２１の容量を多くすることができる。また、電気化学セルモジュール２１において、例えば、第１電気化学セルと第２電気化学セルとは直列に接続されていてもよい。これにより、電気化学セルモジュール２１の電圧を高めることができる。
本開示の蓄電池システム３０の一例について図１６を用いて詳細に説明する。蓄電池システム３０は、パワーコンディショナ３１と、蓄電池と、電流センサ３３と、温度センサ３５と、電圧センサ３６と、蓄電池管理装置３７とを含む。パワーコンディショナ３１２は、ＰＣＳ（Power Conditioning System）とも称される。蓄電池管理装置３７は、ＢＭＳ（Buttery Management System）とも称される。蓄電池システム３０において、蓄電池は、パワーコンディショナ３１を介して、電力系統３８および負荷３９等、蓄電池システム３０の外部に接続される。これにより、蓄電池システム３０は、蓄電池に充電された電力を電力系統３８および負荷３９等に供給することができる。或いは、蓄電池システム３０は、電力系統３８等から供給された電力を蓄電池に充電することができる。
図１６において破線で示されるように、パワーコンディショナ３１、蓄電池、電流センサ３３、温度センサ３５、電圧センサ３６、および蓄電池管理装置３７は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等のネットワークを介して、有線又は無線により互いに通信可能に接続されている。本開示の蓄電池システム３０の一例では、図１６に示されるとおり、蓄電池システム３０が、パワーコンディショナ３１、蓄電池、電流センサ３３、温度センサ３５、電圧センサ３６、および蓄電池管理装置３７をそれぞれ１つずつ含んでいるものとして説明するが、これらの数はそれぞれ任意の数とされてもよい。
パワーコンディショナ３１は、蓄電池から外部に放電される直流電力を交流電力に変換し、或いは外部から蓄電池に供給される交流電力を直流電力に変換する。
蓄電池は、例えば、リチウムイオン電池などの充放電可能な電池である。蓄電池は、１つ以上の電気化学セルで構成された電気化学セルモジュール２１を備える。蓄電池は、電気化学セルモジュール２１を構成する電気化学セルに蓄電し、或いは電気化学セルから放電することができる。図１６では、電気化学セルモジュール２１において、複数の電気化学セルが直列に接続されているものとして説明するが、電気化学セルは並列に接続されていてもよい。また、蓄電池において、複数の電気化学セルモジュール２１が直列または並列に接続されていてもよい。
電流センサ３３は、蓄電池に流れる電流値を計測する。蓄電池に流れる電流値は、蓄電池に入力される電流値、および蓄電池から出力される電流値の少なくとも一方を含む。電流センサ３３は、測定した電流値を、蓄電池に流れる電流値として、例えば、蓄電池管理装置３７等に送信する。本実施形態では、電流センサ３３は、電気化学セルモジュール２１の一方の端子と直列に接続されている。ただし、電流センサ３３は、電気化学セルモジュール２１の一方の端子に限られず、蓄電池に流れる電流値を計測可能な任意の位置に接続されていてもよい。
温度センサ３５は、蓄電池の温度を計測する。温度センサ３５は、測定した温度を、蓄電池の温度として、例えば、蓄電池管理装置３７等に送信する。本実施形態では、温度センサ３５は、電気化学セルモジュール２１の一方の端子の外面に設置されている。ただし、温度センサ３５は、電気化学セルモジュール２１の一方の端子の外面に限られず、蓄電池の温度を計測可能な任意の位置に設置されていてもよい。
電圧センサ３６は、蓄電池の電圧値を計測する。電圧センサ３６は、測定した電圧値を、蓄電池の電圧値として、例えば、蓄電池管理装置３７等に送信する。蓄電池の電圧値には、例えば、充電中又は放電中の電圧値、又は電流が流れていない状態での開放電圧の値等が含まれる。本開示の蓄電システムの一例では、電圧センサ３６は、電気化学セルモジュール２１の両端子と並列に接続されている。ただし、電圧センサ３６は、電気化学セルモジュール２１の両端子に限られず、蓄電池の電圧値を計測可能な任意の位置に設置されていてもよい。
蓄電池管理装置３７は、蓄電池を管理する。蓄電池管理装置３７は、例えば、蓄電池の、電源のオン又はオフ、或いは蓄電池から蓄電池管理装置３７への情報の送信等の制御を行う。
図１６を参照して、本開示の蓄電池管理装置３７の一例の概略構成を説明する。図１６に示すように、蓄電池管理装置３７は、制御部３７ａ、通信部３７ｂ、記憶部３７ｃ、出力部３７ｄ、および入力部を備える。制御部３７ａ、通信部３７ｂ、記憶部３７ｃ、出力部３７ｄ、および入力部は、有線又は無線で互いに通信可能に接続されている。
制御部３７ａは、１つ以上のプロセッサを含む。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の汎用のプロセッサ、又は特定の処理に特化した専用のプロセッサ等であってもよい。制御部３７ａは、プロセッサに限られず、１つ以上の専用回路を含んでもよい。専用回路は、例えば、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）であってもよい。制御部３７ａは、蓄電池管理装置３７の機能を実現するために、上述した、通信部３７ｂ、記憶部３７ｃ、出力部３７ｄ、および入力部を制御する。
通信部３７ｂは、１つ以上の通信モジュールを含む。通信モジュールは、例えば、ＣＡＮ通信モジュール、有線ＬＡＮ（Local Area Network）通信モジュール又は無線ＬＡＮ通信モジュール等である。本実施形態において、蓄電池管理装置３７は、通信部３７ｂを介して、蓄電池システム３０に含まれるパワーコンディショナ３１、蓄電池、電流センサ３３、温度センサ３５、および電圧センサ３６等と通信を行うことができる。
記憶部３７ｃは、例えば半導体メモリ、磁気メモリ、又は光メモリ等である。記憶部３７ｃは、例えば主記憶装置、補助記憶装置として機能する。記憶部３７ｃは、制御部３７ａに含まれるプロセッサのキャッシュメモリ等であってもよい。記憶部３７ｃは、揮発性の記憶装置であってもよく、不揮発性の記憶装置であってもよい。記憶部３７ｃは、蓄電池管理装置３７の機能を実現するための、システムプログラム、アプリケーションプログラム、組み込みソフトウェア、および情報等を記憶する。
出力部３７ｄは、画像および音等で情報を出力する。出力部３７ｄは、例えばディスプレイおよびスピーカー等の出力装置を含む。
入力部は、入力操作を受け付ける。入力部は、例えばタッチパネルおよびリモートコントローラ等の入力装置を含む。
なお、説明を簡単にするため、図１から図１６において、各電気化学セルと各単セルと各発電要素と各内容器と各端子とがそれぞれ同じ形状で外周を揃えた状態で図示したが、厳密な意味で同じ形状で外周が揃っていなくてもよい。例えば、第１発電要素１０３と第２発電要素１１３とは、５ｍｍ以内の誤差なら、それぞれ同じ形状であるとともに、それぞれ外周を揃えて重なっているとみなすことができる。これは各電気化学セルと各単セルと各内容器と各端子とについても同様である。
２０ 電気化学セル
１ 外容器
２、１０２ 第１内容器
３、１０３ 第１発電要素
４、１４、２４、３４、４４ 嵌合部
４ａ、１４ａ、２４ａ、３４ａ、３４ｃ 凸部
４ｂ、１４ｂ、２４ｂ、３４ｂ、３４ｄ 凹部
５ 正極
６ 負極
７ セパレータ
８ 第１端子
９ 端子カバー
１０ 主面板
１１ 側面板
１２、１１２ 第２内容器
１３、１１３ 第２発電要素
１８ 第２端子
２０ 電気化学セル
２１ 電気化学セルモジュール
３０ 蓄電池システム
３１ パワーコンディショナ（ＰＣＳ）
３２ 蓄電池
３３ 電流センサ
３５ 温度センサ
３６ 電圧センサ
３７ 蓄電池管理装置（ＢＭＳ）
３７ａ 制御部
３７ｂ 通信部
３７ｃ 記憶部
３７ｄ 出力部
３７ｅ 入力部
３８ 電力系統
３９ 負荷
１００ 第１単セル
２００ 第２単セル
Ａ１ 第１周縁部
Ａ２ 第２周縁部

Claims (13)

  1. 第１発電要素と、前記第１発電要素を収納し表面に凸部を有する第１内容器と、を有する第１セルと、
    第２発電要素と、前記第２発電要素を収納し表面に凹部を有する第２内容器とを有する第２セルと、
    前記第１セルと前記第２セルとを収納する外容器と、を有し、
    前記凸部が前記凹部に入り込んでいる嵌合部を有し、
    前記第１発電要素は、単一の正極と、単一の負極と、単一のセパレータと、から構成され、
    前記第２発電要素は、単一の正極と、単一の負極と、単一のセパレータと、から構成される、電気化学セル。
  2. 前記第１内容器は第１主面を有しており、
    前記第２内容器は第２主面を有しており、
    前記第１内容器と前記第２内容器とは、前記第１主面と前記第２主面とが向かい合うように積層されており、
    前記嵌合部は、前記第１主面に位置している前記凸部が前記第２主面に位置している前記凹部に入り込んでいる請求項１に記載の電気化学セル。
  3. 前記第１内容器と前記第２内容器とは、前記第１主面と前記第２主面とが向かい合うように面接触して積層されており、
    前記嵌合部は、前記第１主面に位置し前記第１主面から前記第２主面に向かって突出している前記凸部が、前記第２主面に位置し前記第２主面よりくぼんでいる前記凹部に入り込んでいる請求項２に記載の電気化学セル。
  4. 前記嵌合部を複数有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  5. 前記第１発電要素の全体が前記第１内容器の外周よりも内側に位置し、前記第１内容器が前記第１発電要素と重ならない第１周縁部を有しており、
    前記第２発電要素の全体が前記第２内容器の外周よりも内側に位置し、前記第２内容器が前記第２発電要素と重ならない第２周縁部を有しており、
    前記嵌合部は、前記第１周縁部に位置する前記凸部が前記第２周縁部に位置する前記凹部に入り込んでいる請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  6. 前記凸部は、前記第１内容器が突出して形成されており、
    前記凹部は、前記第２内容器が湾曲して形成されている請求項５に記載の電気化学セル。
  7. 前記第１発電要素および前記第２発電要素は、積層方向から見たときに長辺と短辺とを有する長方形状であり、
    前記嵌合部は、前記それぞれの長辺または前記それぞれの長辺の延長線に沿って位置している請求項５または請求項６に記載の電気化学セル。
  8. 前記第１発電要素および前記第２発電要素は、積層方向から見たときに長辺と短辺とを有する長方形状であり、
    前記嵌合部は、積層方向から見たときに長辺と短辺とを有する長方形状であり、
    前記嵌合部の短辺は、前記第１発電要素および前記第２発電要素のそれぞれの長辺または前記それぞれの長辺の延長線に沿っている請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  9. 前記嵌合部は、前記第１発電要素の長辺の延長線および前記第１発電要素の短辺の延長線と前記第１内容器の外周とで囲まれる領域に位置している請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  10. 前記第１内容器は、前記凸部に隣り合う第２凹部を有しており、
    前記第２内容器は、前記凹部に隣り合う第２凸部を有しており、
    前記第２凸部が前記第２凹部に入り込んでいる第２嵌合部を有している請求項４から請求項９のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  11. 前記凸部は、第３凸部と前記第３凸部の表面に位置する第４凸部とを有しており、
    前記凹部は、第３凹部と前記第３凹部の表面に位置する第４凹部とを有しており、
    前記第３凸部が前記第３凹部に入り込み、前記第４凸部が前記第４凹部に入り込んでいる第３嵌合部を有している請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  12. 筐体と、
    前記筐体内に位置する、請求項１～１１のいずれか一項に記載の第１電気化学セルと、
    前記筐体内に位置する、請求項１～１１のいずれか一項に記載の第２電気化学セルと、
    前記第１電気化学セルおよび前記第２電気化学セルを電気的に接続する接続部と、を備える電気化学セルモジュール。
  13. 請求項１２に記載の電気化学セルモジュールと、
    前記電気化学セルモジュールを制御する制御部と、を備える蓄電池システム。
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