JP7272518B1 - 蓄電デバイス、伝熱体、包装体 - Google Patents
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Abstract
蓄電デバイスは、電極体と、前記電極体を封止する外装フィルムを含む外装体と、前記外装体の表面の少なくとも一部に取り付けられる伝熱体と、を備え、前記外装フィルムは、少なくとも基材層、外装バリア層、および、熱融着性樹脂層を有し、前記外装バリア層は、金属を含む材料によって構成され、前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含み、前記伝熱層の厚さは、前記外装バリア層の厚さ以上の厚さである。
Description
本発明は、蓄電デバイス、伝熱体、および、包装体に関する。
特許文献１は、蓄電デバイスの一例を開示している。この蓄電デバイスにおいては、ラミネートフィルムによって構成された袋体内に電極体が封止されている。ラミネートフィルムは、アルミニウム等の金属を含む材料によって構成される水蒸気不透過層を含む。このため、袋体内に水蒸気等が侵入することが抑制される。
上記蓄電デバイスにおいて、電極体が発熱した場合、その熱の一部は、水蒸気不透過層を構成する金属に伝わり、外部に放熱される。このため、電極体の温度が過度に上昇することが抑制される。電極体の温度上昇をより好適に抑制する観点から、水蒸気不透過層の厚さをより厚くすることが考えられる。しかし、水蒸気不透過層は、金属を含む材料によって構成されるため、水蒸気不透過層の厚さを厚くした場合、ラミネートフィルムの生産性が低下するおそれがある。
本発明は、電極体の温度が過度に上昇することをより好適に抑制できる蓄電デバイス、伝熱体、および、包装体を提供することを目的とする。
本発明の第１観点に係る蓄電デバイスは、電極体と、前記電極体を封止する外装フィルムを含む外装体と、前記外装体の表面の少なくとも一部に取り付けられる伝熱体と、を備え、前記外装フィルムは、少なくとも基材層、外装バリア層、および、熱融着性樹脂層を有し、前記外装バリア層は、金属を含む材料によって構成され、前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含み、前記伝熱層の厚さは、前記外装バリア層の厚さ以上の厚さである。
本発明の第２観点に係る蓄電デバイスは、第１観点に係る蓄電デバイスであって、前記外装体は、第１面、および、前記第１面よりも面積の大きい第２面を含み、前記伝熱体は、少なくとも前記第２面に取り付けられる。
本発明の第３観点に係る蓄電デバイスは、第１観点または第２観点に係る蓄電デバイスであって、前記伝熱体は、カバー状に構成される。
本発明の第４観点に係る蓄電デバイスは、第１観点～第３観点のいずれか１つに係る蓄電デバイスであって、前記外装体は、冷却機構によって冷却される冷却面を含み、前記伝熱体は、前記冷却面が露出するように、前記外装体の表面のうちの前記冷却面以外の部分の少なくとも一部に取り付けられる。
本発明の第５観点に係る蓄電デバイスは、第１観点～第４観点のいずれか１つに係る蓄電デバイスであって、前記外装バリア層の厚さは、１００μｍ以下である。
本発明の第６観点に係る蓄電デバイスは、第１観点～第５観点のいずれか１つに係る蓄電デバイスであって、前記伝熱体は、前記伝熱層に積層される基材層を含む。
本発明の第７観点に係る蓄電デバイスは、電極体と、前記電極体を封止する外装フィルムを含む外装体と、前記外装体の表面の少なくとも一部が露出するように、前記外装体に取り付けられる伝熱体と、を備え、前記外装フィルムは、少なくとも基材層、外装バリア層、および、熱融着性樹脂層を有し、前記外装バリア層は、金属を含む材料によって構成され、前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含む。
本発明の第８観点の伝熱体は、電極体と、前記電極体を封止する外装フィルムを含む外装体と、を備える蓄電デバイスのうちの前記外装体の表面に取り付けられる伝熱体であって、前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含む。
本発明の第９観点に係る伝熱体は、第８観点に係る伝熱体であって、前記外装フィルムは、金属を含む材料によって構成される外装バリア層を含み、前記伝熱層の厚さは、前記外装バリア層の厚さ以上の厚さである。
本発明の第１０観点に係る伝熱体は、第９観点に係る伝熱体であって、前記外装体は、第１面、および、前記第１面よりも面積の大きい第２面を含み、少なくとも前記第２面に取り付けられる。
本発明の第１１観点に係る伝熱体は、第８観点～第１０観点のいずれか１つに係る伝熱体であって、カバー状に構成される。
本発明の第１２観点に係る伝熱体は、第８観点～第１１観点のいずれか１つに係る伝熱体であって、前記外装体は、冷却機構によって冷却される冷却面を含み、前記伝熱体は、前記冷却面が露出するように、前記外装体の表面のうちの前記冷却面以外の部分の少なくとも一部に取り付けられる。
本発明の第１３観点に係る伝熱体は、第９観点を引用する第１０観点～第１２観点のいずれか１つに係る伝熱体であって、前記外装バリア層の厚さは、１００μｍ以下である。
本発明の第１４観点に係る伝熱体は、第８観点～第１３観点のいずれか１つに係る伝熱体であって、前記伝熱体は、前記伝熱層に積層される基材層を含む。
本発明の第１５観点に係る包装体は、電極体を封止するための外装フィルムと、前記外装フィルムの表面の少なくとも一部に取り付けられる伝熱体と、を備え、前記外装フィルムは、少なくとも基材層、外装バリア層、および、熱融着性樹脂層を有し、前記外装バリア層は、金属を含む材料によって構成され、前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含み、前記伝熱層の厚さは、前記外装バリア層の厚さ以上の厚さである。
本発明の第１６観点に係る包装体は、電極体を封止するための外装フィルムと、前記外装フィルムの表面の少なくとも一部が露出するように、前記外装フィルムの表面に取り付けられる伝熱体と、を備え、前記外装フィルムは、少なくとも基材層、外装バリア層、および、熱融着性樹脂層を有し、前記外装バリア層は、金属を含む材料によって構成され、前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含む。
本発明に関する蓄電デバイス、伝熱体、および、包装体によれば、電極体の温度が過度に上昇することをより好適に抑制できる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る蓄電デバイスについて説明する。なお、本明細書において、「～」で示される数値範囲は「以上」、「以下」を意味する。例えば、２～１５ｍｍとの表記は、２ｍｍ以上１５ｍｍ以下を意味する。
＜１．蓄電デバイスの全体構成＞
図１は、本実施形態に係る蓄電デバイス１０、および、蓄電デバイス１０を冷却する冷却機構１００の正面図である。蓄電デバイス１０は、例えば、冷却機構１００上に複数並べて使用される。複数の蓄電デバイス１０は、隣り合う蓄電デバイス１０の間に所定のスペースを有するように並べられる。蓄電デバイス１０は、電極体２０と、外装体３０と、電極端子５０と、伝熱体６０とを含む。
図１は、本実施形態に係る蓄電デバイス１０、および、蓄電デバイス１０を冷却する冷却機構１００の正面図である。蓄電デバイス１０は、例えば、冷却機構１００上に複数並べて使用される。複数の蓄電デバイス１０は、隣り合う蓄電デバイス１０の間に所定のスペースを有するように並べられる。蓄電デバイス１０は、電極体２０と、外装体３０と、電極端子５０と、伝熱体６０とを含む。
電極体２０は、リチウムイオン電池、キャパシタ、または、全固体電池等の蓄電部材を構成する電極（正極および負極）、および、セパレータ等を含む。電極体２０の形状は、略直方体である。なお、「略直方体」は、完全な直方体の他に、たとえば、外面の一部の形状を修正することによって直方体とみなせるような立体を含む意味である。
電極端子５０は、電極体２０における電力の入出力に用いられる金属端子である。電極端子５０の一方の端部は電極体２０に含まれる電極（正極または負極）に電気的に接続されており、他方の端部は外装体３０の端縁から外側に突出している。
電極端子５０を構成する金属材料は、例えば、アルミニウム、ニッケル、銅等である。例えば、電極体２０がリチウムイオン電池である場合、正極に接続される電極端子５０は、通常、アルミニウム等によって構成され、負極に接続される電極端子５０は、通常、銅、ニッケル等によって構成される。
外装体３０は、外装フィルム４０（図４等）で構成されており、電極体２０を封止する。外装フィルム４０によって電極体２０を封止する方法は、任意に選択可能である。例えば、冷間成形を通じて２枚の外装フィルム４０の少なくとも一方に電極体２０を収容する収容部（窪み）を形成し、窪みに電極体２０を収容した後、平面視における外装フィルム４０の外周部分に沿ってヒートシールすることによって、電極体２０を封止してもよい。別の例では、外装フィルム４０を電極体２０に巻き付け、開放部分を封止することによって、電極体２０を封止してもよい。別の例によれば、電極体２０の厚みに拘わらず容易に電極体２０を封止することができる。なお、蓄電デバイス１０の体積エネルギー密度を向上させるべく電極体２０と外装フィルム４０との間のデッドスペースを削減するためには、外装フィルム４０が電極体２０と直接的または間接的に接触している状態が好ましい。また、全固体電池においては、電池性能を発揮させるために高い圧力を電池外面から均一に掛けることが必要とされている観点からも電極体２０と外装フィルム４０との間の空間を無くすことが必要とされるため、外装フィルム４０が電極体２０と直接的または間接的にと接触している状態が好ましい。なお、外装フィルム４０が電極体２０と直接的または間接的に接触している状態とは、例えば、外装フィルム４０と、電極体２０を構成するセパレータ、集電箔、電極材料、または、絶縁材料等とが接触している状態を含む。
＜２．外装フィルムの構成＞
図２は、外装フィルム４０の層構成の一例を示す断面図である。外装フィルム４０は、例えば、基材層４１、外装バリア層４２、および、熱融着性樹脂層４３をこの順に有する積層体（ラミネートフィルム）である。なお、外装フィルム４０は、少なくとも外装バリア層４２が含まれていればよい。外装フィルム４０は、ヒートシール可能であることが好ましい。
図２は、外装フィルム４０の層構成の一例を示す断面図である。外装フィルム４０は、例えば、基材層４１、外装バリア層４２、および、熱融着性樹脂層４３をこの順に有する積層体（ラミネートフィルム）である。なお、外装フィルム４０は、少なくとも外装バリア層４２が含まれていればよい。外装フィルム４０は、ヒートシール可能であることが好ましい。
基材層４１は、耐熱性を外装フィルム４０に付与し、加工または流通の際に起こり得るピンホールの発生を抑制するための層である。基材層４１は、例えば、延伸ポリエステル樹脂層および延伸ポリアミド樹脂層の少なくとも一層を含んで構成される。例えば、基材層４１が延伸ポリエステル樹脂層および延伸ポリアミド樹脂層の少なくとも一層を含むことにより、外装フィルム４０の加工時に外装バリア層４２を保護し、外装フィルム４０の破断を抑制することができる。また、外装フィルム４０の引張伸びを大きくする観点から、延伸ポリエステル樹脂層は二軸延伸ポリエステル樹脂層であることが好ましく、延伸ポリアミド樹脂層は二軸延伸ポリアミド樹脂層であることが好ましい。さらに、突刺強度または衝撃強度に優れる点から、延伸ポリエステル樹脂層は二軸延伸ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムであることがより好ましく、延伸ポリアミド樹脂層は二軸延伸ナイロン（ＯＮｙ）フィルムであることがより好ましい。なお、基材層４１は、延伸ポリエステル樹脂層および延伸ポリアミド樹脂層の両層を含んで構成されていてもよい。基材層４１の厚さは、フィルム強度の点から、例えば５～３００μｍであることが好ましく、２０～１５０μｍであることがより好ましい。
外装バリア層４２は、金属を含む材料によって構成される。金属は、例えば、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン鋼、鋼板等が挙げられる。本実施形態では、外装バリア層４２は、アルミニウム合金またはステンレス鋼を含む材料によって構成されることが好ましい。アルミニウム合金は、防湿性、延展性等の加工性およびコストの面に優れる。外装バリア層４２を構成する材料は、電極体２０を包装する際の包装適性および耐ピンホール性の観点から、鉄を含むことが好ましい。外装バリア層４２を構成する材料中の鉄の含有量としては、０．５～５．０質量％であることが好ましく、０．７～２．０質量％であることがより好ましい。鉄の含有量が０．５質量％以上であることにより、外装フィルム４０の包装適性、優れた耐ピンホール性および延展性が得られる。また、鉄の含有量が５．０質量％以下であることにより、外装フィルム４０の優れた柔軟性が得られる。
外装バリア層４２の厚さは、バリア性、耐ピンホール性および包装適性の点から、１５μｍ以上であることが好ましく、３０μｍ以上であることがさらに好ましい。外装バリア層４２の厚さは、１００μｍ以下であることが好ましく、９０μｍ以下であることがより好ましく、８５μｍ以下であることがより好ましく、８０μｍ以下であることがさらに好ましい。外装バリア層４２の厚さの好ましい範囲は、例えば、１５μｍ～１００μｍ、１５μｍ～９０μｍ、１５μｍ～８５μｍ、１５μｍ～８０μｍ、３０μｍ～１００μｍ、３０μｍ～９０μｍ、３０μｍ～８５μｍ、３０μｍ～８０μｍである。外装バリア層４２の厚さが１５μｍ以上であることによって、包装加工により応力がかかっても外装フィルム４０が破断しにくくなる。外装バリア層４２の厚さが１００μｍ以下であることにより、外装フィルム４０の質量増加を低減でき、蓄電デバイス１０の重量エネルギー密度低下を抑制することができる。
また、外装バリア層４２が金属を含む材料によって構成されるため、溶解および腐食の防止等のために、外装フィルム４０は、少なくとも基材層４１と反対側の面に耐腐食性皮膜を備えていることが好ましい。外装バリア層４２は、耐腐食性皮膜を両面に備えていてもよい。ここで、耐腐食性皮膜とは、例えば、ベーマイト処理などの熱水変成処理、化成処理、陽極酸化処理、ニッケルやクロムなどのメッキ処理、コーティング剤を塗工する腐食防止処理を外装バリア層４２の表面に行ない、外装バリア層４２に耐腐食性（例えば耐酸性、耐アルカリ性など）を備えさせる薄膜をいう。耐腐食性皮膜は、具体的には、外装バリア層４２の耐酸性を向上させる皮膜（耐酸性皮膜）、外装バリア層４２の耐アルカリ性を向上させる皮膜（耐アルカリ性皮膜）などを意味している。耐腐食性皮膜を形成する処理としては、１種類を行なってもよいし、２種類以上を組み合わせて行なってもよい。また、１層だけではなく多層化することもできる。さらに、これらの処理のうち、熱水変成処理および陽極酸化処理は、処理剤によって金属箔表面を溶解させ、耐腐食性に優れる金属化合物を形成させる処理である。なお、これらの処理は、化成処理の定義に包含される場合もある。また、外装バリア層４２が耐腐食性皮膜を備えている場合、耐腐食性皮膜を含めて外装バリア層４２とする。
耐腐食性皮膜は、外装フィルム４０の成形時において、外装バリア層４２と基材層４１との間のデラミネーション防止、電解質と水分とによる反応で生成するフッ化水素により、外装バリア層４２表面の溶解、腐食、外装バリア層４２表面に存在する酸化アルミニウムが溶解、腐食することを防止し、かつ、外装バリア層４２表面の接着性（濡れ性）を向上させ、ヒートシール時の基材層４１と外装バリア層４２とのデラミネーション防止、成形時の基材層４１と外装バリア層４２とのデラミネーション防止の効果を示す。
熱融着性樹脂層４３は、外装フィルム４０にヒートシールによる封止性を付与する層である。熱融着性樹脂層４３としては、ポリオレフィン系樹脂またはポリオレフィン系樹脂を無水マレイン酸等の酸でグラフト変性させた酸変性ポリオレフィン系樹脂からなる樹脂フィルムが挙げられる。熱融着性樹脂層４３としては、ポリブチレンテレフタレートであってもよい。熱融着性樹脂層４３の厚さは、シール性および強度の点から、例えば２０～３００μｍであることが好ましく、４０～１５０μｍであることがより好ましい。
＜３．外装体の構成＞
図３は、蓄電デバイス１０の分解斜視図である。なお、図３では、電極体２０の図示を省略している。外装体３０は、第１面３１、一対の第２面３２Ａ、３２Ｂ、第３面３３、および、一対の第４面３４Ａ、３４Ｂを含む。第１面３１～第４面３４Ａ、Ｂの形状は、電極体２０の形状に応じて決められる。本実施形態では、第１面３１～第４面３４Ａ、３４Ｂの形状は、長方形である。
図３は、蓄電デバイス１０の分解斜視図である。なお、図３では、電極体２０の図示を省略している。外装体３０は、第１面３１、一対の第２面３２Ａ、３２Ｂ、第３面３３、および、一対の第４面３４Ａ、３４Ｂを含む。第１面３１～第４面３４Ａ、Ｂの形状は、電極体２０の形状に応じて決められる。本実施形態では、第１面３１～第４面３４Ａ、３４Ｂの形状は、長方形である。
第１面３１は、蓄電デバイス１０が冷却機構１００に載せられた状態において、上側に位置する面である。一対の第２面３２Ａ、３２Ｂは、電極体２０を介して対向する。一対の第２面３２Ａ、３２Ｂは、それぞれ、第１面３１よりも面積が大きい。第３面３３は、蓄電デバイス１０が冷却機構１００に載せられた状態において、下側に位置する面、換言すれば、冷却機構１００によって冷却される面である。以下では、第３面３３を冷却面３３と称する場合がある。本実施形態では、冷却面３３の面積は、第１面３１の面積と等しい。一対の第４面３４Ａ、３４Ｂは、電極端子５０が貫通する面である。一対の第４面３４Ａ、３４Ｂは、電極体２０を介して対向する。本実施形態では、一対の第４面３４Ａ、３４Ｂは、第１面３１および冷却面３３の面積よりも小さい。
＜４．伝熱体の構成＞
図４は、伝熱体６０の層構成の一例を示す断面図である。伝熱体６０は、外装体３０の表面、換言すれば、外装フィルム４０の基材層４１の表面の少なくとも一部に取り付けられる。伝熱体６０は、例えば、冷間成形を通じて電極体２０を封止した後、または、外装フィルム４０を電極体２０に巻き付けることによって電極体２０を封止した後、外装フィルム４０に取り付けられる。別の例では、外装フィルム４０の表面の少なくとも一部に伝熱体６０が予め接合された包装体７０（図６参照）が製造される。好ましい例では、外装フィルム４０の表面の少なくとも一部が露出するように、外装フィルム４０の表面に伝熱体６０が予め接合された包装体７０が製造される。包装体７０の形状は、冷間成形を通じて電極体２０を収容する収容部（窪み）が形成された形状であってもよく、シート状であってもよい。包装体７０が収容部を有する形状である場合、包装体７０の収容部に電極体２０が収容され、包装体７０が封止される。包装体７０がシート状である場合、包装体７０に電極体２０が巻き付けられることによって、電極体２０が封止される。伝熱体６０は、例えば、基材層６０Ａ、伝熱層６０Ｂ、および、最内層６０Ｃをこの順に有する積層体（ラミネートフィルム）である。伝熱体６０は、少なくとも、伝熱層６０Ｂのみの単層であってもよい。すなわち、伝熱体６０は、基材層６０Ａ、および、最内層６０Ｃの少なくとも１つを省略できる。なお、基材層６０Ａは、例えば、絶縁性が必要である場合に積層される。最内層６０Ｃは、外装フィルム４０と接合するために積層される。最内層６０Ｃは、例えば、粘着層であってもよい。
図４は、伝熱体６０の層構成の一例を示す断面図である。伝熱体６０は、外装体３０の表面、換言すれば、外装フィルム４０の基材層４１の表面の少なくとも一部に取り付けられる。伝熱体６０は、例えば、冷間成形を通じて電極体２０を封止した後、または、外装フィルム４０を電極体２０に巻き付けることによって電極体２０を封止した後、外装フィルム４０に取り付けられる。別の例では、外装フィルム４０の表面の少なくとも一部に伝熱体６０が予め接合された包装体７０（図６参照）が製造される。好ましい例では、外装フィルム４０の表面の少なくとも一部が露出するように、外装フィルム４０の表面に伝熱体６０が予め接合された包装体７０が製造される。包装体７０の形状は、冷間成形を通じて電極体２０を収容する収容部（窪み）が形成された形状であってもよく、シート状であってもよい。包装体７０が収容部を有する形状である場合、包装体７０の収容部に電極体２０が収容され、包装体７０が封止される。包装体７０がシート状である場合、包装体７０に電極体２０が巻き付けられることによって、電極体２０が封止される。伝熱体６０は、例えば、基材層６０Ａ、伝熱層６０Ｂ、および、最内層６０Ｃをこの順に有する積層体（ラミネートフィルム）である。伝熱体６０は、少なくとも、伝熱層６０Ｂのみの単層であってもよい。すなわち、伝熱体６０は、基材層６０Ａ、および、最内層６０Ｃの少なくとも１つを省略できる。なお、基材層６０Ａは、例えば、絶縁性が必要である場合に積層される。最内層６０Ｃは、外装フィルム４０と接合するために積層される。最内層６０Ｃは、例えば、粘着層であってもよい。
基材層６０Ａを構成する材料は、外装フィルム４０の基材層４１で例示した材料と同様の材料を用いることができる。本実施形態では、基材層６０Ａを構成する材料は、ポリエチレンテレフタレートである。
最内層６０Ｃは、外装フィルム４０の基材層４１と熱融着できる材料によって構成されること、換言すれば、熱融着性樹脂層であることが好ましい。最内層６０Ｃが熱融着性樹脂層である場合、最内層６０Ｃを構成する材料は、外装フィルム４０の熱融着性樹脂層４３で例示した材料と同様の材料を用いることができる。本実施形態では、最内層６０Ｃを構成する材料は、ポリプロピレンである。最内層６０Ｃを構成する材料は、例えば、ポリプロピレン以外のオレフィン系樹脂、または、ポリブチレンテレフタレートであってもよい。最内層６０Ｃが熱融着性樹脂層ではない場合、最内層６０Ｃを構成する材料は、例えば、ウレタン樹脂等の接着剤、または、粘着剤であってもよく、両面テープ等を介して外装フィルム４０の基材層４１と接合できる任意の材料によって構成されてもよい。なお、接着剤の一例は、ウレタン樹脂である。
伝熱層６０Ｂは、外装バリア層４２と同様に、金属を含む材料によって構成されてもよいが、熱伝導性の観点から金属は、例えば、アルミニウム合金、銅、金、銀、真鍮、鉄、ステンレス等が挙げられる。本実施形態では、熱伝導性およびコストの観点から、伝熱層６０Ｂは、アルミニウム合金または銅を含む材料によって構成されることが好ましい。伝熱層６０Ｂを構成する材料、および、好ましい構成に関しては、外装バリア層４２と同様であるが、電極体２０から発生した熱を好適に冷却機構１００に伝えるため、伝熱層６０Ｂの厚さは、外装バリア層４２の厚さ以上の厚さであることが好ましい。伝熱層６０Ｂの厚さは、１５μｍ以上であることが好ましく、３０μｍ以上であることがさらに好ましい。伝熱体６０の成形性および生産性の観点から、伝熱層６０Ｂの厚さは、１００μｍ以下であることが好ましく、９０μｍ以下であることがより好ましく、８５μｍ以下であることがより好ましく、８０μｍ以下であることがさらに好ましい。伝熱層６０Ｂの厚さの好ましい範囲は、例えば、１５μｍ～１００μｍ、１５μｍ～９０μｍ、１５μｍ～８５μｍ、１５μｍ～８０μｍ、３０μｍ～１００μｍ、３０μｍ～９０μｍ、３０μｍ～８５μｍ、３０μｍ～８０μｍである。伝熱層６０Ｂの厚さが１５μｍ以上であることによって、電極体２０から発生した熱を好適に冷却機構１００に伝えることができる。伝熱層６０Ｂの厚さが１００μｍ以下であることにより、伝熱体６０の成形性および生産性が向上する。なお、電極体２０で発生した熱を冷却機構１００に好適に伝熱する観点から、伝熱層６０Ｂの厚さはできるだけ厚い方が好ましい。このため、シート状の伝熱体６０を成形しない場合、換言すれば、折り曲げる等の加工をしない場合、伝熱層６０Ｂの厚さは、３００μｍ以下であることが好ましい。
電極体２０が発熱した場合、その熱の一部は、外装体３０の第１面３１～第４面３４Ａ、Ｂに伝わる。電極体２０の熱を好適に冷却機構１００に伝えるため、伝熱体６０は、少なくとも、外装体３０のうちの面積が大きい面である一対の第２面３２Ａ、３２Ｂに取り付けられることが好ましい。一方、蓄電デバイス１０の使用状態において、冷却面３３は、冷却機構１００（図１参照）と接触しているため、冷却面３３に伝わった熱は、速やかに冷却機構１００に伝わることが好ましい。このため、冷却面３３には、伝熱体６０が取り付けられないことが好ましい。本実施形態では、伝熱体６０は、第１面３１、および、一対の第２面３２Ａ、３２Ｂの概ね全体に取り付けられる。
伝熱体６０の形状は、外装体３０の表面に取り付けることができる形状であれば、任意に選択可能である。本実施形態では、伝熱体６０を外装体３０に容易に取り付けることができるように、伝熱体６０は、カバー状に構成される。伝熱体６０は、カバー状に成形せずに、単にシート状であってもよい。伝熱体６０は、第１部分６１、および、一対の第２部分６２Ａ、６２Ｂを含む、Ｕ字に類似する形状である。第１部分６１は、外装体３０の第１面３１に取り付けられる。第１部分６１の形状は、第１面３１と同様の形状である。一対の第２部分６２Ａ、６２Ｂは、第１部分６１と繋がる。一対の第２部分６２Ａ、６２Ｂは、外装体３０の一対の第２面３２Ａ、３２Ｂに取り付けられる。第２部分６２Ａは、外装体３０の第２面３２Ａに取り付けられる。第２部分６２Ａの形状は、第２面３２Ａの形状と同様の形状である。第２部分６２Ｂは、外装体３０の第２面３２Ｂに取り付けられる。第２部分６２Ｂの形状は、第２面３２Ｂの形状と同様の形状である。
＜５．冷却機構の構成＞
図５は、冷却機構１００の一例を示す断面図である。冷却機構１００の具体的な構成は、蓄電デバイス１０を冷却できる構成であれば、水冷式冷却機構または空冷式冷却機構等、公知の冷却機構が任意に選択可能である。本実施形態では、冷却機構１００は、支持層１１０、第１金属層１２０、および、第２金属層１３０を含む水冷式冷却機構である。支持層１１０は、蓄電デバイス１０が載せられる層である。支持層１１０を構成する材料は、例えば、高熱伝導ゲルである。第１金属層１２０は、支持層１１０と接合される。第１金属層１２０を構成する材料は、例えば、アルミニウムである。第２金属層１３０は、第１金属層１２０との間に水の流路１４０が形成されるように、第１金属層１２０と接合される。第２金属層１３０を構成する材料は、例えば、アルミニウムである。流路１４０に流れる水の温度は、蓄電デバイス１０を冷却できる温度であれば、任意に選択可能であるが、好ましくは、６０℃以下、さらに好ましくは、３０℃以下である。
図５は、冷却機構１００の一例を示す断面図である。冷却機構１００の具体的な構成は、蓄電デバイス１０を冷却できる構成であれば、水冷式冷却機構または空冷式冷却機構等、公知の冷却機構が任意に選択可能である。本実施形態では、冷却機構１００は、支持層１１０、第１金属層１２０、および、第２金属層１３０を含む水冷式冷却機構である。支持層１１０は、蓄電デバイス１０が載せられる層である。支持層１１０を構成する材料は、例えば、高熱伝導ゲルである。第１金属層１２０は、支持層１１０と接合される。第１金属層１２０を構成する材料は、例えば、アルミニウムである。第２金属層１３０は、第１金属層１２０との間に水の流路１４０が形成されるように、第１金属層１２０と接合される。第２金属層１３０を構成する材料は、例えば、アルミニウムである。流路１４０に流れる水の温度は、蓄電デバイス１０を冷却できる温度であれば、任意に選択可能であるが、好ましくは、６０℃以下、さらに好ましくは、３０℃以下である。
＜６．蓄電デバイスの作用および効果＞
本実施形態の蓄電デバイスでは、外装バリア層４２を含む外装フィルム４０と、伝熱層６０Ｂを含む伝熱体６０とが別部材で構成されているため、外装フィルム４０および伝熱体６０の個々の厚さが厚くなることが抑制される。このため、外装フィルム４０および伝熱体６０を良好に生産できる。また、電極体２０が発熱した場合、その熱は、第１伝熱ルート、第２伝熱ルート、第３伝熱ルート、および、第４伝熱ルートを介して、冷却機構１００に伝えられる。
本実施形態の蓄電デバイスでは、外装バリア層４２を含む外装フィルム４０と、伝熱層６０Ｂを含む伝熱体６０とが別部材で構成されているため、外装フィルム４０および伝熱体６０の個々の厚さが厚くなることが抑制される。このため、外装フィルム４０および伝熱体６０を良好に生産できる。また、電極体２０が発熱した場合、その熱は、第１伝熱ルート、第２伝熱ルート、第３伝熱ルート、および、第４伝熱ルートを介して、冷却機構１００に伝えられる。
第１伝熱ルートは、外装体３０の第３面３３において、外装フィルム４０の積層方向の順、すなわち、外装フィルム４０の熱融着性樹脂層４３、外装バリア層４２、基材層４１、および、冷却機構１００の順に伝熱するルートである。このため、第１伝熱ルートを考慮した場合、外装フィルム４０の厚さは、薄い方が好ましい。
第２伝熱ルートは、外装フィルム４０の熱融着性樹脂層４３、外装バリア層４２に伝熱した後、外装バリア層４２から冷却機構１００、および、基材層４１から冷却機構１００に伝熱するルートである。なお、第２伝熱ルートにおいて、熱伝導が遅い場合、熱の一部は、伝熱体６０に伝熱し、第４伝熱ルートに移行する。伝熱体６０は、第２伝熱ルートによる伝熱を補助する機能を有するため、積層方向と直交する方向である面方向の熱伝導が重要となる。このため、伝熱体６０の伝熱層６０Ｂの厚さは、できるだけ厚い方が好ましい。
第３伝熱ルートは、外装フィルム４０の熱融着性樹脂層４３、外装バリア層４２、基材層４１、および、伝熱体６０の最内層６０Ｃ、伝熱層６０Ｂ、および、冷却機構１００の順に伝熱するルートである。
第４伝熱ルートは、外装フィルム４０の熱融着性樹脂層４３、外装バリア層４２、基材層４１、伝熱体６０の最内層６０Ｃ、伝熱層６０Ｂ、最内層６０Ｃ、基材層４１、外装バリア層４２、基材層４１、および、冷却機構１００の順に伝熱するルートである。
蓄電デバイス１０は、伝熱体６０を備えるため、第１伝熱ルートおよび第２伝熱ルートに加えて、第３伝熱ルートおよび第４伝熱ルートによる伝熱が進行するため、蓄電デバイス１０の温度が過度に上昇することを好適に抑制できる。また、蓄電デバイス１０によれば、さらに以下の効果が得られる。
＜６－１＞
伝熱層６０Ｂの厚さは、外装バリア層４２の厚さ以上の厚さであるため、第３伝熱ルートおよび第４伝熱ルートにおいて、伝熱体６０を介して熱を好適に冷却機構１００に伝えられる。
伝熱層６０Ｂの厚さは、外装バリア層４２の厚さ以上の厚さであるため、第３伝熱ルートおよび第４伝熱ルートにおいて、伝熱体６０を介して熱を好適に冷却機構１００に伝えられる。
＜６－２＞
伝熱体６０が、外装体３０のうちの比較的面積の大きい第２面３２Ａ、３２Ｂに少なくとも取り付けられている。このため、電極体２０から発生した熱をより好適に冷却機構１００に伝えることができる。
伝熱体６０が、外装体３０のうちの比較的面積の大きい第２面３２Ａ、３２Ｂに少なくとも取り付けられている。このため、電極体２０から発生した熱をより好適に冷却機構１００に伝えることができる。
＜６－３＞
伝熱体６０が、カバー状に構成されるため、伝熱体６０を外装体３０に容易に取り付けることができる。
伝熱体６０が、カバー状に構成されるため、伝熱体６０を外装体３０に容易に取り付けることができる。
＜６－４＞
冷却面３３には、伝熱体６０が取り付けられていないため、冷却面３３に伝わった熱を速やかに冷却機構１００に伝えることができる。
冷却面３３には、伝熱体６０が取り付けられていないため、冷却面３３に伝わった熱を速やかに冷却機構１００に伝えることができる。
＜６－５＞
外装バリア層４２の厚さが、１００μｍ以下であるため、伝熱体６０の成形性および生産性が良好となる。
外装バリア層４２の厚さが、１００μｍ以下であるため、伝熱体６０の成形性および生産性が良好となる。
＜７．実施例＞
本願発明者は、実施例の蓄電デバイスについて、伝熱体を取り付けない場合の温度と、伝熱体を取り付けた場合の温度との関係をシミュレーションによって確認する試験を実施した。なお、以下では、説明の便宜上、実施例の蓄電デバイスを構成する要素のうち、実施形態と同じ要素には、実施形態と同様の符号を付して説明する。
本願発明者は、実施例の蓄電デバイスについて、伝熱体を取り付けない場合の温度と、伝熱体を取り付けた場合の温度との関係をシミュレーションによって確認する試験を実施した。なお、以下では、説明の便宜上、実施例の蓄電デバイスを構成する要素のうち、実施形態と同じ要素には、実施形態と同様の符号を付して説明する。
図７は、実施例の蓄電デバイス１０の諸元、および、試験結果を示す表である。図７におけるＰＥＴ等の材料の略語の横の括弧内の数値は、その層の厚さを示している。また、実施例の蓄電デバイス１０の外装フィルム４０および伝熱体６０を構成する各層は、例えば、接着剤を介して接合される。実施例１～３では、伝熱体６０を外装体３０に取り付ける場合、伝熱体６０を外装体３０の第１面３１、および、一対の第２面３２Ａ、３２Ｂの全体に取り付けた。すなわち、実施例１～３では、伝熱体６０を取り付ける場合であっても、冷却面３３、および、一対の第４面３４Ａ、３４Ｂには、伝熱体６０が取り付けられていない。実施例４、５では、伝熱体６０を外装体３０に取り付ける場合、伝熱体６０を外装体３０の第１面３１～第４面３４Ａ、３４Ｂの全体に取り付けた。すなわち、実施例４、５では、伝熱体６０が取り付けられた状態では、外装体３０の表面の全体が、伝熱体６０によって覆われている。
図７に示されるように、実施例１～５において、外装体３０に伝熱体６０を取り付ける場合の方が、伝熱体６０を取り付けない場合よりも、蓄電デバイス１０の温度が上昇することを抑制できることが確認された。また、実施例３、４は、外装フィルム４０の外装バリア層４２の厚さ、および、伝熱体６０の伝熱層６０Ｂの厚さが同じである。実施例５は、外装フィルム４０の外装バリア層４２の厚さが実施例３、４と同じであり、伝熱体６０の伝熱層６０Ｂの厚さが実施例３、４よりも厚い。しかし、実施例３は、実施例４、５に比べて、蓄電デバイス１０の温度が上昇することをより好適に抑制できることが確認された。これは、実施例３は、冷却面３３に伝熱体６０が取り付けられていないため、冷却面３３に伝わった熱が速やかに冷却機構１００に伝わったためであると考えられる。
＜８．変形例＞
上記実施形態は本発明に関する蓄電デバイス、伝熱体および、包装体が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に関する蓄電デバイス、伝熱体、および、包装体は、実施形態に例示された形態とは異なる形態を取り得る。その一例は、実施形態の構成の一部を置換、変更、もしくは、省略した形態、または、実施形態に新たな構成を付加した形態である。以下に実施形態の変形例の幾つかの例を示す。
上記実施形態は本発明に関する蓄電デバイス、伝熱体および、包装体が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に関する蓄電デバイス、伝熱体、および、包装体は、実施形態に例示された形態とは異なる形態を取り得る。その一例は、実施形態の構成の一部を置換、変更、もしくは、省略した形態、または、実施形態に新たな構成を付加した形態である。以下に実施形態の変形例の幾つかの例を示す。
＜８－１＞
外装体３０うちの伝熱体６０が取り付けられる位置は、任意に選択可能である。例えば、外装体３０のうちの一対の第４面３４Ａ、３４Ｂの少なくとも一方に伝熱体６０を取り付けてもよい。
外装体３０うちの伝熱体６０が取り付けられる位置は、任意に選択可能である。例えば、外装体３０のうちの一対の第４面３４Ａ、３４Ｂの少なくとも一方に伝熱体６０を取り付けてもよい。
＜８－２＞
上記実施形態では、伝熱体６０の第１部分６１と、一対の第２部分６２Ａ、６２Ｂとは繋がっていたが、第１部分６１と、一対の第２部分６２Ａ、６２Ｂの少なくとも一方とは、分離していてもよい。
上記実施形態では、伝熱体６０の第１部分６１と、一対の第２部分６２Ａ、６２Ｂとは繋がっていたが、第１部分６１と、一対の第２部分６２Ａ、６２Ｂの少なくとも一方とは、分離していてもよい。
＜８－３＞
上記実施形態では、伝熱体６０と外装体３０とが接合されていたが、伝熱体６０がカバー状に構成される場合、伝熱体６０と外装体３０とは接合されていなくてもよい。また、伝熱体６０がシート状である場合、換言すれば、伝熱体６０が成形されない場合、伝熱体６０は、例えば、外装体３０の第１面３１に載せられていてもよい。要するに、伝熱体６０は、外装体３０の表面の少なくとも一部を覆っていればよい。
上記実施形態では、伝熱体６０と外装体３０とが接合されていたが、伝熱体６０がカバー状に構成される場合、伝熱体６０と外装体３０とは接合されていなくてもよい。また、伝熱体６０がシート状である場合、換言すれば、伝熱体６０が成形されない場合、伝熱体６０は、例えば、外装体３０の第１面３１に載せられていてもよい。要するに、伝熱体６０は、外装体３０の表面の少なくとも一部を覆っていればよい。
＜８－４＞
上記実施形態では、外装バリア層４２を構成する材料に含まれる金属、および、伝熱層６０Ｂを構成する材料に含まれる金属は、アルミニウムであった。しかし、外装バリア層４２を構成する材料に含まれる金属と、伝熱層６０Ｂを構成する材料に含まれる金属とは、異なっていてもよい。
上記実施形態では、外装バリア層４２を構成する材料に含まれる金属、および、伝熱層６０Ｂを構成する材料に含まれる金属は、アルミニウムであった。しかし、外装バリア層４２を構成する材料に含まれる金属と、伝熱層６０Ｂを構成する材料に含まれる金属とは、異なっていてもよい。
＜８－５＞
上記実施形態において、伝熱体６０は、伝熱層６０Ｂよりも外側に１または複数の緩衝機能を有する層（以下では、「緩衝層」という）を有していてもよい。緩衝層は、基材層６０Ａの外側に積層されてもよく、基材層６０Ａが緩衝層の機能を兼ね備えてもよい。伝熱体６０が複数の緩衝層を有する場合、複数の緩衝層は、隣接していてもよく、基材層６０Ａまたは伝熱層６０Ｂ等を介して積層されてもよい。
上記実施形態において、伝熱体６０は、伝熱層６０Ｂよりも外側に１または複数の緩衝機能を有する層（以下では、「緩衝層」という）を有していてもよい。緩衝層は、基材層６０Ａの外側に積層されてもよく、基材層６０Ａが緩衝層の機能を兼ね備えてもよい。伝熱体６０が複数の緩衝層を有する場合、複数の緩衝層は、隣接していてもよく、基材層６０Ａまたは伝熱層６０Ｂ等を介して積層されてもよい。
緩衝層を構成する材料は、クッション性を有する材料から任意に選択可能である。クッション性を有する材料は、例えば、ゴム、不織布、または、発泡シートである。ゴムは、例えば、天然ゴム、フッ素ゴム、または、シリコンゴムである。ゴム硬度は、２０～９０程度であることが好ましい。不織布を構成する材料は、耐熱性に優れる材料であることが好ましい。緩衝層が不織布によって構成される場合、緩衝層の厚さの下限値は、好ましくは、１００μｍ、さらに好ましくは、２００μｍ、さらに好ましくは、１０００μｍである。緩衝層が不織布によって構成される場合、緩衝層の厚さの上限値は、好ましくは、５０００μｍ、さらに好ましくは、３０００μｍである。緩衝層の厚さの好ましい範囲は、１００μｍ～５０００μｍ、１００μｍ～３０００μｍ、２００μｍ～３０００μｍ、１０００μｍ～５０００μｍ、または、１０００μｍ～３０００μｍである。この中でも、緩衝層の厚さの範囲は、１０００μｍ～３０００μｍが最も好ましい。
緩衝層がゴムによって構成される場合、緩衝層の厚さの下限値は、好ましくは、０．５ｍｍである。緩衝層がゴムによって構成される場合、緩衝層の厚さの上限値は、好ましくは、１０ｍｍ、さらに好ましくは、５ｍｍ、さらに好ましくは、２ｍｍである。緩衝層がゴムによって構成される場合、緩衝層の厚さの好ましい範囲は、０．５ｍｍ～１０ｍｍ、０．５ｍｍ～５ｍｍ、または、０．５ｍｍ～２ｍｍである。
伝熱体６０が緩衝層を有する場合、緩衝層がクッションとして機能するため、蓄電デバイス１０が落下したときの衝撃、または、蓄電デバイス１０の製造時のハンドリングによって、伝熱体６０が破損することが抑制される。また、全固体電池のように、電池の加圧が必要な場合に、電池に圧力を均一にかけることができる。
＜８－６＞
上記実施形態では、冷却機構１００は、水冷式冷却機構であったが、冷却機構１００の構成は、これに限定されない。例えば、冷却機構１００は、空冷式冷却機構であってもよい。この変形例では、冷却面３３は、空気と接触する。
上記実施形態では、冷却機構１００は、水冷式冷却機構であったが、冷却機構１００の構成は、これに限定されない。例えば、冷却機構１００は、空冷式冷却機構であってもよい。この変形例では、冷却面３３は、空気と接触する。
１０ ：蓄電デバイス
２０ ：電極体
３０ ：外装体
３１ ：第１面
３２Ａ：第２面
３２Ｂ：第２面
３３ ：第３面（冷却面）
４０ ：外装フィルム
４２ ：外装バリア層
６０ ：伝熱体
６０Ａ：基材層
６０Ｂ：伝熱層
７０ ：包装体
１００：冷却機構
２０ ：電極体
３０ ：外装体
３１ ：第１面
３２Ａ：第２面
３２Ｂ：第２面
３３ ：第３面（冷却面）
４０ ：外装フィルム
４２ ：外装バリア層
６０ ：伝熱体
６０Ａ：基材層
６０Ｂ：伝熱層
７０ ：包装体
１００：冷却機構
Claims (9)
- 電極体と、
前記電極体を封止する外装フィルムを含む外装体と、
前記外装体の表面の少なくとも一部に取り付けられる伝熱体と、を備え、
前記外装フィルムは、少なくとも基材層、外装バリア層、および、熱融着性樹脂層を有し、
前記外装バリア層は、金属を含む材料によって構成され、
前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含み、
前記伝熱層の厚さは、前記外装バリア層の厚さ以上の厚さであり、
前記外装体は、第１面、および、前記第１面よりも面積の大きい一対の第２面を含み、
前記伝熱体は、少なくとも前記一対の第２面に取り付けられ、
前記外装体は、冷却機構によって冷却される冷却面を含み、
前記伝熱体は、前記冷却面が露出するように、前記外装体の表面のうちの前記冷却面以外の部分の少なくとも一部に取り付けられる
蓄電デバイス。 - 前記伝熱体は、カバー状に構成される
請求項１に記載の蓄電デバイス。 - 前記外装バリア層の厚さは、１００μｍ以下である
請求項１または２に記載の蓄電デバイス。 - 前記伝熱体は、前記伝熱層に積層される基材層を含む
請求項１または２に記載の蓄電デバイス。 - 電極体と、前記電極体を封止する外装フィルムを含む外装体と、を備える蓄電デバイスのうちの前記外装体の表面に取り付けられる伝熱体であって、
前記伝熱体は、金属を含む材料によって構成される伝熱層を含み、
前記外装体は、第１面、および、前記第１面よりも面積の大きい一対の第２面を含み、
前記伝熱体は、少なくとも前記一対の第２面に取り付けられるように構成され、
前記外装体は、冷却機構によって冷却される冷却面を含み、
前記伝熱体は、前記冷却面が露出するように、前記外装体の表面のうちの前記冷却面以外の部分の少なくとも一部に取り付けられる
伝熱体。 - 前記外装フィルムは、金属を含む材料によって構成される外装バリア層を含み、
前記伝熱層の厚さは、前記外装バリア層の厚さ以上の厚さである
請求項５に記載の伝熱体。 - カバー状に構成される
請求項５または６に記載の伝熱体。 - 前記外装バリア層の厚さは、１００μｍ以下である
請求項６に記載の伝熱体。 - 前記伝熱体は、前記伝熱層に積層される基材層を含む
請求項５または６に記載の伝熱体。
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