JP7276573B1 - 蓄電デバイス、電動自動車、蓄電デバイス用包装容器及びその製造方法 - Google Patents

蓄電デバイス、電動自動車、蓄電デバイス用包装容器及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】蓄電デバイスを複数並設した際の容積効率の低下を防止して製造工数を削減できる蓄電デバイス、電動自動車、蓄電デバイス用包装容器及びその製造方法、を提供する。【解決手段】蓄電部材２０を包装容器３０に封入した蓄電デバイス１０において、包装容器３０が筒状の胴部３１と、胴部３１の両端を閉塞する閉塞部３６とを有し、積層フィルム４０が外面側から順に、基材層４１、金属箔のバリア層４２、熱接着性樹脂層４３を積層して形成され、積層フィルム４０の一端部が外面側を厚み方向に除去された加工面５２ａを重なるように折り返した折返し部５１を有し、折返し部５１の外面側の熱接着性樹脂層４３上に積層フィルム４０の他端部の熱接着性樹脂層４３が重ねて熱接着される。【選択図】図６

Description

本発明は、包装容器により密封される蓄電デバイス及びそれを備えた電動自動車に関する。また本発明は、蓄電デバイス用包装容器及びその製造方法に関する。
近年、環境対策や省資源化等の観点から、駆動力の少なくとも一部をモータが供給する電動自動車が注目されている。この電動自動車には、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）等がある。電気自動車はモータのみを動力源とし、ハイブリッド自動車及びプラグインハイブリッド自動車はモータ及びエンジンを動力源とする。
電動自動車に搭載される従来の蓄電デバイスは特許文献１に開示される。この蓄電デバイスは直列接続及び並列接続によって複数並設され、電動自動車の床下等に設置される。蓄電デバイスは二次電池から成る複数の単電池を備え、バイポーラ型に構成される。複数の単電池は積層され、積層方向の両端面に正極電極及び負極電極がそれぞれ接続される。蓄電デバイスは包装容器により覆われ、正極電極及び負極電極を引き出した状態で密封される。
包装容器は熱接着性樹脂層を有した２つのラミネートフィルムにより形成される。一方のラミネートフィルムには積層された単電池を収納する収納部が凹設され、収納部の周囲にフランジ部が設けられる。フランジ部上で一方のラミネートフィルムの熱接着性樹脂層と他方のラミネートフィルムの熱接着性樹脂層とが対向して熱接着され、包装容器が密封される。
特開２００８－１６００６０公報（第５頁～第１０頁、第４図）
しかしながら、上記従来の蓄電デバイスによると、２つのラミネートフィルムの熱接着性樹脂層が対向して熱接着されるため、フランジ部の周囲に両方の熱接着性樹脂層の端面が露出する。このため、熱接着性樹脂層の端面から包装容器内に水蒸気が浸入する場合や包装容器から電解液が揮発する場合があり、蓄電デバイスの特性の長期保持が困難になる問題があった。
本発明は、特性を長期保持できる蓄電デバイス、それを備えた電動自動車、蓄電デバイス用包装容器及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、蓄電部材を包装容器に封入した蓄電デバイスにおいて、前記包装容器が積層フィルムの一端部を他端部に接着して筒状に形成された胴部と、前記胴部の両端を閉塞する閉塞部とを有し、前記積層フィルムが外面側から順に、基材層、バリア層、熱接着性樹脂層を積層して形成され、前記積層フィルムの一端部が外面側を厚み方向に除去された加工面を重なるように折り返した折返し部を有し、前記折返し部の外面側の前記熱接着性樹脂層上に前記積層フィルムの他端部の前記熱接着性樹脂層が重ねて熱接着されることを特徴としている。
また本発明は上記構成の蓄電デバイスにおいて、前記加工面が前記バリア層よりも外面側の積層フィルムを除去して形成されていることを特徴としている。
また本発明は上記構成の蓄電デバイスにおいて、前記閉塞部が樹脂製のブロックにより形成されるとともに、電極が前記ブロックを貫通し、前記胴部が前記熱接着性樹脂層により前記ブロックの外面に熱接着されることを特徴としている。
また本発明は上記構成の蓄電デバイスにおいて、前記閉塞部が金属製のブロックにより形成されるとともに、電極が前記ブロックと一体に形成され、前記胴部が前記熱接着性樹脂層により前記ブロックの外面に熱接着されることを特徴としている。
また本発明は上記構成の蓄電デバイスにおいて、前記閉塞部は前記胴部の軸方向の端部の前記熱接着性樹脂層を熱接着して形成され、前記蓄電部材に設けた電極を挟むことを特徴としている。
また本発明は上記構成の蓄電デバイスにおいて、前記蓄電部材が、正極板と負極板との間に電解質を配した蓄電素子であることを特徴としている。尚、電解質は電解液でもよく、電解液成分を含むセパレータや高分子膜でもよい。また電解質は固体電解質でもよい。
また本発明の電動自動車は、上記各構成の蓄電デバイスを備えたことを特徴としている。
また本発明は、蓄電部材を封入する蓄電デバイス用包装容器において、積層フィルムの一端部を他端部に接着して筒状に形成された胴部と、前記胴部の両端を閉塞する閉塞部とを有し、前記積層フィルムが外面側から順に、基材層、バリア層、熱接着性樹脂層を積層して形成され、前記積層フィルムの一端部が外面側を厚み方向に除去された加工面を重なるように折り返した折返し部を有し、前記折返し部の外面側の前記熱接着性樹脂層上に前記積層フィルムの他端部の前記熱接着性樹脂層が重ねて熱接着されることを特徴としている。
また本発明は、蓄電部材を封入する蓄電デバイス用包装容器の製造方法において、前記蓄電デバイス用包装容器が基材層、金属箔のバリア層、熱接着性樹脂層を積層した積層フィルムにより形成される筒状の胴部を有し、
前記積層フィルムの一端部の外面側を厚み方向に除去し、その除去された加工面を重なるように折り返して折返し部を形成する工程と、
前記折返し部の外面側の前記熱接着性樹脂層上に前記積層フィルムの他端部の前記熱接着性樹脂層を重ねて熱接着する工程と、を備えたことを特徴としている。
本発明によると、包装容器の胴部が、積層フィルムの一端部が外面側を厚み方向に除去された加工面を重なるように折り返した折返し部を有し、折返し部の外面側の熱接着性樹脂層上に積層フィルムの他端部の熱接着性樹脂層が重ねて熱接着される。これにより、蓄電デバイスの水蒸気バリア性が向上して蓄電デバイスの特性を長期維持できるため、蓄電デバイスの寿命を飛躍的に向上して長寿命化することができる。また、蓄電デバイスを複数並設した際の容積効率低下を防止できるとともに、従来のようなフランジを周面上に折曲する工程を省いて蓄電デバイスの製造工数を削減することができる。また、包装容器の内面側に金属箔が露出しないため、蓄電部材の短絡を防止することができる。
本発明の第１実施形態の蓄電デバイスを搭載する電動自動車を示す側面図 本発明の第１実施形態の蓄電デバイスを搭載する電動自動車を示す上面図 本発明の第１実施形態の蓄電デバイスを示す斜視図 本発明の第１実施形態の蓄電デバイスを示す側面断面図 本発明の第１実施形態の蓄電デバイスを示す正面断面図 図５のＨ部詳細図 本発明の第２実施形態の蓄電デバイスを示す側面断面図 本発明の第３実施形態の蓄電デバイスを示す斜視図 本発明の第３実施形態の蓄電デバイスを示す正面断面図
＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１、図２は第１実施形態の蓄電デバイス１０を備えた電動自動車１の側面図及び上面図を示している。電動自動車１は車輪２を駆動する動力源として駆動モータ３を備えている。電動自動車１の車体のフロア下には駆動モータ３に電力を供給する駆動源として蓄電デバイス１０が設置される。蓄電デバイス１０を電動自動車１のルーフに設置してもよく、座席内に設置してもよい。
図３、図４、図５は蓄電デバイス１０の斜視図、側面断面図及び正面断面図を示している。蓄電デバイス１０は蓄電部材２０を包装容器３０に封入して形成される。蓄電部材２０は複数の正極板及び負極板を絶縁体のセパレータを挟んで順に積層した蓄電素子２１により形成される。正極板と負極板との間には電解質が配される。本実施形態では電解質が電解液から成っている。電解質として固体電解質を用いてもよい。正極板及び負極板にはそれぞれ金属から成るリード端子２７、２８が接続される。
包装容器３０は、軸方向の両端を開放した断面略矩形の筒状の胴部３１と、胴部３１の軸方向両端を閉塞する閉塞部３６と、を有している。閉塞部３６は樹脂製のブロックにより形成される。閉塞部３６にはリード端子２７、２８を接続される電極３７、３８が貫通する。
例えば、樹脂製のブロックの半体で電極３７、３８を挟み、ブロックの半体を熱接着することにより、電極３７、３８が貫通した閉塞部３６を形成することができる。また、閉塞部３６の周面上に凹設した凹部に電極３７、３８を配して閉塞部３６と熱接着することにより、電極３７、３８が貫通した閉塞部３６を形成することができる。
図６は図５のＨ部詳細図を示している。胴部３１は積層フィルム４０により形成され、外面側から順に基材層４１、バリア層４２、熱接着性樹脂層４３を有している。
基材層４１はナイロン（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂フィルムにより形成される。耐ピンホール性、絶縁性等の向上のために、例えばナイロン及びポリエチレンテレフタレート等の異なる素材の樹脂フィルムを複数積層して基材層４１を形成してもよい。基材層４１の厚みは例えば、５～１０００μｍ、好ましくは５～３０μｍである。
バリア層４２は、酸化物蒸着膜（シリカ、アルミナ等）、金属蒸着膜（アルミニウム等）、または金属箔（アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン等）により形成される。バリア層４２により包装容器３０内への水蒸気の浸入が防止される。蒸着膜のバリア層４２の厚みは例えば、数ｎｍ～数μｍである。金属箔のバリア層４２の厚みは例えば、５～１０００μｍ、好ましくは１０～２００μｍである。
熱接着性樹脂層４３は熱可塑性の樹脂により形成され、閉塞部３６の外面に熱接着される。熱接着性樹脂層４３として、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、酸変性ポリエチレン、ポリプロピレン（ＰＰ）、酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等を用いることができる。熱接着性樹脂層４３の厚みは例えば１０～２００μｍである。尚、金属箔のバリア層４２上または蒸着膜のバリア層４２を設けたフィルム上に、基材層４１及び熱接着性樹脂層４３がドライラミネートまたは押出ラミネートにより形成される。
積層フィルム４０の一端部には折返し部５１が設けられる。即ち、積層フィルム４０の一端部は、外面側を厚み方向に除去して段差部５２を形成され、積層フィルム４０を除去された加工面５２ａ（段差部５２の外面）を重なるように折り返される。段差部５２はドライエッチング、ウェットエッチング、切削加工等により形成される。これにより、積層フィルム４０の一端部の外面上に熱接着性樹脂層４３が配され、他端部の内面の熱接着性樹脂層４３と熱接着される。この時、折り返して重ねられる加工面５２ａは熱圧着して接着されるが、エポキシ系、アクリル系、ポリエステル系等の接着剤で接着してもよい。
従って、包装容器３０の製造工程は、積層フィルム４０の一端部の外面側を厚み方向に除去し、その除去された加工面５２ａを重なるように折り返して折返し部５１を形成する工程と、折返し部５１の外面側の熱接着性樹脂層４３上に積層フィルム４０の他端部の熱接着性樹脂層４３を重ねて熱接着する工程と、を備える。
これにより、対向する熱接着性樹脂層４３によって積層フィルム４０を確実に封筒貼りして包装容器３０を密封することができる。この時、筒状の胴部３１のシール部において外面側の積層フィルム４０の端面が露出しているだけである。このため、従来例のように対向する２つの熱接着性樹脂層の端面がフランジ部の周面に露出する包装容器や、合掌貼りのシール部を備えたピロー型の包装容器に比べて、熱接着性樹脂層４３の露出面積が約半分に減少させることができる。これにより、蓄電デバイス１０内部への水蒸気の浸入や蓄電部材２０の電解液の揮発が抑制される。従って、蓄電デバイス１０の水蒸気バリア性が向上して蓄電デバイス１０の特性を長期維持できるため、蓄電デバイス１０の寿命を飛躍的に向上して長寿命化することができる。
また、バリア層４２よりも外面側の積層フィルム４０を除去して加工面５２ａが形成され、折返し部５１内に折り返されたバリア層５２が残る。このため、包装容器３０のバリア性の低下をより抑制することができる。
更に、蓄電デバイス１０の周面から従来のようなフランジ部や、積層フィルムの合掌貼りによるシール部分が突出しない。従って、蓄電デバイス１０を複数並設した際の容積効率低下を防止できるとともに、容積効率低下を回避するためにフランジを周面上に折曲する工程を省くことできる。加えて、バリア層４２が包装容器３０の内面に露出しないため、金属箔または金属蒸着膜によりバリア層４２を形成した場合に蓄電部材２０の短絡を防止することができる。
本実施形態によると、包装容器３０の胴部３１が積層フィルム４０の一端部の外面側を厚み方向に除去された加工面５２ａを重なるように折り返した折返し部５１を有する。そして、折返し部５１の外面側の熱接着性樹脂層４３上に積層フィルム４０の他端部の熱接着性樹脂層４３が重ねて熱接着される。
これにより、従来よりも熱接着性樹脂層４３の露出面積を減少させることができ、蓄電デバイス１０内部への水蒸気の浸入や蓄電部材２０の電解液の揮発を抑制することができる。従って、蓄電デバイス１０の水蒸気バリア性が向上して蓄電デバイス１０の特性を長期維持できるため、蓄電デバイス１０の寿命を飛躍的に向上して長寿命化することができる。
また、蓄電デバイス１０を複数並設した際の容積効率低下を防止できるとともに、従来のようなフランジを周面上に折曲する工程を省いて蓄電デバイス１０の製造工数を削減することができる。また、包装容器３０の内面側に金属箔または金属蒸着膜のバリア層４２が露出しないため、蓄電部材２０の短絡を防止することができる。
また、包装容器３０の製造工程が、積層フィルム４０の一端部の外面側を厚み方向に除去し、その除去された加工面を重なるように折り返して折返し部５１を形成する工程と、折返し部５１の外面側の熱接着性樹脂層４３上に積層フィルム４０の他端部の熱接着性樹脂層４３を重ねて熱接着する工程と、を備える。これにより、蓄電デバイス１０の並設時の容積効率を向上して蓄電部材２０の短絡を防止できる包装容器３０を容易に実現することができる。
また、折返し部５１を形成する際に重ねられる加工面５２ａがバリア層４２よりも外面側の積層フィルム４０を除去して形成されている。これにより、包装容器３０のバリア性の低下を抑制することができる。
また、電極３７、３８が貫通する樹脂製のブロックにより閉塞部３６が形成され、胴部３１がブロックの外面に熱接着される。これにより、胴部３１の軸方向両端部を容易に密閉することができる。
＜第２実施形態＞
次に、図７は第２実施形態の蓄電デバイス１０の側面断面図を示している。説明の便宜上、前述の図１～図６に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は包装容器３０の閉塞部３６が金属により形成される。その他の部分は第１実施形態と同様である。
包装容器３０の閉塞部３６は金属製のブロックにより形成され、電極３７、３８は閉塞部３６と一体に形成される。胴部３１は閉塞部３６を形成するブロックと熱接着性樹脂層４３により接着される。この時、熱接着性樹脂層４３として酸変性ポリプロピレンや酸変性ポリエチレンを用いると、閉塞部３６を形成する金属部材に対する接着性が高いためより望ましい。
また、熱接着性樹脂層４３が直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などの金属部材に対する接着性が低い樹脂を使用する場合には、金属接着性フィルムを介して閉塞部３６と筒状部を熱接着することができる。金属接着性フィルムとしては、例えば酸変性ポリプロピレン単層のフィルム、酸変性ポリプロピレンとポリプロピレンとの多層のフィルム等を使用することができる。
本実施形態によると第１実施形態と同様に、包装容器３０の胴部３１が折返し部５１の外面側の熱接着性樹脂層４３上に積層フィルム４０の他端部の熱接着性樹脂層４３が重ねて熱接着される。これにより、蓄電デバイス１０内部への水蒸気の浸入や蓄電部材２０の電解液の揮発を抑制することができ、蓄電デバイス１０の特性を長期保持することができる。また、蓄電デバイス１０並設時の容積効率低下を防止できるとともに、蓄電デバイス１０の製造工数を削減することができる。更に、蓄電部材２０の短絡を防止することができる。
また、閉塞部３６が電極３７、３８と一体の金属製のブロックにより形成され、胴部３１がブロックの外面に熱接着される。これにより、胴部３１の軸方向両端部を容易に密閉することができる。
＜第３実施形態＞
次に、図８、図９は第３実施形態の蓄電デバイス１０の斜視図及び正面断面図を示している。説明の便宜上、前述の図１～図６に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は蓄電部材２０が正極板と負極板との間に電解質を配した蓄電素子により形成される。その他の部分は第１実施形態と同様である。
蓄電部材２０を構成する蓄電素子２１は正極板と負極板（いずれも不図示）とを絶縁体のセパレータ（不図示）を介して対向配置して形成される。正極板と負極板との間には電解質が配される。本実施形態では電解質が電解液から成り、包装容器３０の内部に充填される。電解質として固体電解質を用いてもよい。正極板及び負極板にはそれぞれ金属から成る電極３７、３８が接続される。
包装容器３０の胴部３１は前述の図６に示す積層フィルム４０により形成される。胴部３１の軸方向両端は熱接着性樹脂層４３（図６参照）を熱接着した閉塞部３６により閉塞される。電極３７、３８は閉塞部３６の熱接着性樹脂層４３間に挟まれ、胴部３１から軸方向に突出する。
本実施形態によると、第１実施形態と同様に、包装容器３０の胴部３１が折返し部５１（図６参照）の外面側の熱接着性樹脂層４３上に積層フィルム４０の他端部の熱接着性樹脂層４３が重ねて熱接着される。これにより、蓄電デバイス１０内部への水蒸気の浸入や蓄電部材２０の電解液の揮発を抑制することができ、蓄電デバイス１０の特性を長期保持することができる。また、蓄電デバイス１０並設時の容積効率低下を防止できるとともに、蓄電デバイス１０の製造工数を削減することができる。更に、蓄電部材２０の短絡を防止することができる。
また、閉塞部３６は胴部３１の端部の熱接着性樹脂層４３を熱接着して形成され、蓄電部材２０に設けた電極３７、３８を挟む。これにより、胴部３１の軸方向両端部を容易に密閉することができる。
また、蓄電部材２０が正極板と負極板との間に電解質を配した蓄電素子２１であるので、電解液を充填される蓄電素子２１から成る蓄電部材２０を封入した蓄電デバイス１０を容易に実現することができる。
第１～第３実施形態において、包装容器２０の胴部３１の断面形状を多角形、円形、楕円形等の他の形状にしてもよい。また、蓄電部材２０が、複数の蓄電素子２１を積層して直列接続し、積層方向の両端面に設けた金属タブを電極３７、３８に接続したバイポーラ型であってもよい。また、駆動モータ３に電力を供給する蓄電部材２０が二次電池から成るが、キャパシタ（電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等）であってもよい。
本発明によると、蓄電デバイス及び蓄電デバイスを搭載した電動自動車に広く利用可能である。
１ 電動自動車
２ 車輪
３ 駆動モータ
１０ 蓄電デバイス
２０ 蓄電部材
２１ 蓄電素子
２７、２８ リード端子
３０ 包装容器
３１ 胴部
３６ 閉塞部
３７、３８ 電極
４０ 積層フィルム
４１ 基材層
４２ バリア層
４３ 熱接着性樹脂層

Claims (9)

  1. 蓄電部材を包装容器に封入した蓄電デバイスにおいて、前記包装容器が積層フィルムの一端部を他端部に接着して筒状に形成された胴部と、前記胴部の両端を閉塞する閉塞部とを有し、前記積層フィルムが外面側から順に、基材層、バリア層、熱接着性樹脂層を積層して形成され、前記積層フィルムの一端部が外面側を厚み方向に除去された加工面を重なるように折り返した折返し部を有し、前記折返し部の外面側の前記熱接着性樹脂層上に前記積層フィルムの他端部の前記熱接着性樹脂層が重ねて熱接着されることを特徴とする蓄電デバイス。
  2. 前記加工面が前記バリア層よりも外面側の前記積層フィルムを除去して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス。
  3. 前記閉塞部が樹脂製のブロックにより形成されるとともに、電極が前記ブロックを貫通し、前記胴部が前記熱接着性樹脂層により前記ブロックの外面に熱接着されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電デバイス。
  4. 前記閉塞部が金属製のブロックにより形成されるとともに、電極が前記ブロックと一体に形成され、前記胴部が前記熱接着性樹脂層により前記ブロックの外面に熱接着されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電デバイス。
  5. 前記閉塞部は前記胴部の軸方向の端部の前記熱接着性樹脂層を熱接着して形成され、前記蓄電部材に設けた電極を挟むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電デバイス。
  6. 前記蓄電部材が、正極板と負極板との間に電解質を配した蓄電素子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電デバイス。
  7. 請求項１または請求項２に記載の蓄電デバイスを備えたことを特徴とする電動自動車。
  8. 蓄電部材を封入する蓄電デバイス用包装容器において、積層フィルムの一端部を他端部に接着して筒状に形成された胴部と、前記胴部の両端を閉塞する閉塞部とを有し、前記積層フィルムが外面側から順に、基材層、バリア層、熱接着性樹脂層を積層して形成され、前記積層フィルムの一端部が外面側を厚み方向に除去された加工面を重なるように折り返した折返し部を有し、前記折返し部の外面側の前記熱接着性樹脂層上に前記積層フィルムの他端部の前記熱接着性樹脂層が重ねて熱接着されることを特徴とする蓄電デバイス用包装容器。
  9. 蓄電部材を封入する蓄電デバイス用包装容器の製造方法において、前記蓄電デバイス用包装容器が基材層、金属箔のバリア層、熱接着性樹脂層を積層した積層フィルムにより形成される筒状の胴部を有し、
    前記積層フィルムの一端部の外面側を厚み方向に除去し、その除去された加工面を重なるように折り返して折返し部を形成する工程と、
    前記折返し部の外面側の前記熱接着性樹脂層上に前記積層フィルムの他端部の前記熱接着性樹脂層を重ねて熱接着する工程と、を備えたことを特徴とする蓄電デバイス用包装容器の製造方法。
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