JP7480230B2 - 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。
電気化学セルとして、例えば、特開２０１３－４８０４２号（以下、特許文献１という）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電極群と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。
本開示の電気化学セルは、第１発電要素と前記第１発電要素を収納する第１内容器とを有する第１単セルと、第２発電要素と前記第２発電要素を収納する第２内容器とを有する第２単セルと、前記第１単セルと前記第２単セルとを収納する外容器と、を有し、前記第１単セルと前記第２単セルとが積層されており、前記第１内容器と前記第２内容器とが溶着されている溶着部を有し、前記第１発電要素は、単一の正極と、単一のセパレータと、単一の負極と、を積層したものであり、前記第２発電要素は、単一の正極と、単一のセパレータと、単一の負極と、を積層したものであり、前記第１内容器および前記第２内容器は樹脂材料からなり、前記外容器は、金属材料を有しており、前記セパレータは多孔質の絶縁材料からなり、前記溶着部を複数有し、積層方向から見たときに、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ているとともに、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ているとともに、前記第２内容器が前記第１発電要素と重ならない第２周縁部を有しており、前記溶着部によって、前記第１周縁部と前記第２周縁部とが溶着され、前記溶着部は、前記溶着部と同じ材料で形成された凸部を、さらに含むことを特徴とする。
電気化学セルＸ１の斜視図を示す。 図１の電気化学セルＸ１をII－II線で切断した断面図を示す。 電気化学セルＸ２の斜視図を示す。 図３の電気化学セルＸ２をIV－IV線で切断した断面図を示す。 電気化学セルＸ２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取り出し、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を示す。 電気化学セルＸ３の斜視図を示す。 図６の電気化学セルＸ３をVII－VII線で切断した断面図を示す。 電気化学セルＸ３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取り出し、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を示す。 電気化学セルＸ４の斜視図を示す。 図９の電気化学セルＸ４をX－X線で切断した断面図を示す。 電気化学セルＸ４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取り出し、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を示す。 電気化学セルＸ５の斜視図を示す。 図１２の電気化学セルＸ５をXIII－XIII線で切断した断面図を示す。
電気化学セルＸ１について図１及び図２を用いて詳細に説明する。電気化学セルＸ１は、図１及び図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とが溶着部４により固定されている。
第１単セル１００は、電気化学セルＸ１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及び負極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との間で陽イオン及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及び負極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である。正極５と負極６とは、例えば、活物質及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及び「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及び電解物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、陽イオン及び陰イオン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を用いることができる。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を保護するために設けられている。より具体的には、第１内容器２は、空気中の酸素及び水から第１発電要素３を保護するために設けられている。第１内容器２は、第１発電要素３全体を覆うように設けられている。第１内容器２は、例えば、袋形状である。第１内容器２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、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とが短絡しにくくすることができる。そのため、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を用いることができる。
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１００℃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１００℃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を用いることができる。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を用いることができる。
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端子８は、第１発電要素１０３と外部装置とを電気的に接続するために設けられている。第１端子８は、例えば、板状である。具体的には、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端子８は、例えば、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に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を用いることができる。
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、外部装置に電気を流すために設けられている。電気化学セルＸ１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Ｘ１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Ｘ１の電圧を高めることができる。
第２単セル２００は、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Ｘ１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Ｘ１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用いることができる。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と同じ材料で形成されていてもよい。また、第２発電要素１３としては、例えば、第１発電要素３と異なる材料を用いてもよい。
第２内容器１２は、電気化学セルＸ１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用いることができる。より具体的には、第２内容器１２は、第１内容器２と同じ材料を用いてもよい。また、第２内容器１２としては、例えば、第１内容器２と異なる材料を用いてもよい。
第２単セル２００は、例えば、第１単セル１００と同じ寸法に設定できる。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の内側に包むための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とを保護するための部材である。より具体的には、外容器１は、空気中の酸素及び水分から第１単セル１００と第２単セル２００とを保護するための部材である。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及び第２単セル２００とが短絡しにくくすることができる。そのため、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を用いることができる。
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を用いることができる。
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するために設けられている。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を用いることができる。
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を用いることができる。
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。
溶着部４は、第１内容器２と第２内容器１２とが溶着された部分である。溶着部４は、第１単セル１００と第２単セル２００とを固定するために設けられている。溶着部４は、例えば、第１内容器２の材料及び第２内容器１２の材料が相互に拡散していてもよい。また、溶着部４は、例えば、第１内容器２の材料及び第２内容器１２の材料が絡み合っていてもよい。また、溶着部４は、例えば、第１内容器２の材料の分子及び第２内容器１２の材料の分子が一定の規則で配列している結晶性の部分を有していてもよい。
図２に示すように、第１内容器２と第２内容器１２とが溶着されていることにより、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Ｘ１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Ｘ１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、溶着部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。溶着部４は、例えば、板状である。また、溶着部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、溶着部４は、例えば、四角形状であってもよい。溶着部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、四角形状の溶着部４の角に外力が集中しにくくなり、溶着部４が破損する可能性を低減することができる。
溶着部４は、例えば、絶縁材料を有している。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。具体的には、溶着部４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を用いてもよい。
また、溶着部４としては、例えば、溶着した際に光の透過率が変わる材料を用いることができる。これにより、溶着部４を視覚的に確認しやすくすることができる。また、溶着部４としては、例えば、溶着した際に硬度が大きくなる材料を用いてもよい。これにより、電気化学セルＸ１が外力を受けて変形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Ｘ１の電気的な接続の信頼性を向上させることができる。
溶着部４は、板状である場合、例えば、縦１～１００ｍｍ、横１～２０ｍｍおよび厚み０．０２～１ｍｍに設定できる。
溶着部４は、例えば、第１内容器２と第２内容器１２とを超音波溶接することで形成される。以下に、より具体的に超音波溶接の方法を説明する。まず、台上に第１内容器２と第２内容器１２とを固定し、第１内容器２と第２内容器１２とを溶着する位置にホーンを接触させる。ここで言うホーンは、例えば、２０～４０ｋＨｚの周波数で振動する部材である。ホーンは、溶着する位置に接触するヘッド部分と、振動をヘッド部分に伝える接続部を有している。ヘッド部分は、具体的には、例えば、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に、長方形状である。また、ヘッド部分は、例えば、正方形状であってもよい。
次に、ホーンを振動させ、第１内容器２と第２内容器１２とに振動エネルギーを与える。ホーンから伝わった振動エネルギーにより、第１内容器２と第２内容器１２とが接触する界面が溶融する。その後、第１内容器２と第２内容器１２とが溶融した部分に圧力を加えながら冷却することで、溶着部４が形成される。
また、溶着部４は、例えば、第１内容器２と第２内容器１２とをヒートシールすることで形成されてもよい。以下により具体的にヒートシールの方法を説明する。まず、加熱した金属板を第１内容器２と第２内容器１２とを溶着する位置に接触させる。次に、第１内容器２と第２内容器１２とに熱を加えて溶融させる。その後、第１内容器２と第２内容器１２とが溶融した部分を冷却することで、溶着部４が形成される。
金属板は、例えば、１００～２００℃に加熱されている。金属板は、例えば、板状である。具体的には、金属板は、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に、長方形状である。また、金属板は、例えば、正方形状であってもよい。
また、溶着部４は、超音波溶接とヒートシールとの方法に限定されず任意の方法によって形成されてもよい。
電気化学セルＸ２について図３～５を用いて詳細に説明する。電気化学セルＸ２は、図３及び図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とが溶着部１４により固定されている。
電気化学セルＸ２は、電気化学セルＸ１と比較して、第１発電要素１０３の形状と第１内容器１０２の形状と第２発電要素１１３の形状と第２内容器１１２の形状とが異なる。さらに、電気化学セルＸ２は、電気化学セルＸ１と比較して、溶着部１４の位置および形状が異なる。それ以外については電気化学セルＸ１と同様であるので説明を省略する。
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Ｘ２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用いることができる。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と同じ材料で形成されていてもよい。
第２内容器１１２は、電気化学セルＸ２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用いることができる。具体的には、第２内容器１１２は、例えば、第１内容器１０２と同じ材料で形成されていてもよい。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、それぞれの長辺及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、それぞれの長辺及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及び第２発電要素１１３の正極５とセパレータ７と負極６を省略している。
図４に示すように、溶着部１４は、第１周縁部Ａ１と第２周縁部Ａ２とが溶着されている。これにより、溶着部１４が第１内容器１０２及び第２内容器１１２と第１発電要素１０３及び第２発電要素１１３とが重なる部分に位置しているときと比べて、溶着部１４と第１発電要素１０３及び第２発電要素１１３と間に間隔をあけることができる。そのため、溶着部１４において、第１発電要素１０３及び第２発電要素１１３から発生した熱による熱応力の影響を小さくすることができる。その結果、溶着部１４が破損する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Ｘ２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及び図５に示すように、溶着部１４は、複数あってもよい。これにより、複数の溶着部１４は、外力を複数の溶着部１４に分散することができる。そのため、外力が１つの溶着部１４に集中しにくくすることができる。その結果、溶着部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、溶着部１４は、第１発電要素１０３及び第２発電要素１１３のそれぞれの長辺に沿って位置していてもよい。また、溶着部１４は、第１発電要素１０３及び第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溶着部が位置することで、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、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、溶着部１４は、例えば、四角形状である。具体的には、溶着部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、溶着部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溶着部が位置することができる。そのため、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。
電気化学セルＸ３について図６～８を用いて詳細に説明する。電気化学セルＸ３は、図６及び図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とが溶着部２４により固定されている。電気化学セルＸ３は、電気化学セルＸ２と比較して、溶着部２４の位置が異なる点と溶着部２４が凸部９を有する点とで相違する。それ以外については電気化学セルＸ２と同様であるので説明を省略する。
図８においては、図５と同様に、電気化学セルＸ３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及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、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、溶着部２４は、第１周縁部Ａ１及び第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及び第２周縁部Ａ２の四隅は、第１発電要素１０３及び第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及び第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及び第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及び第２単セル２００の四隅の領域において、第１単セル１００及び第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及び図８に示すように、溶着部２４は凸部９を有している。凸部９は、溶着部２４にかかる外力を凸部９自身に分散させるために設けられている。これにより、溶着部２４が破損する可能性を低減することができる。凸部９は、例えば、溶着部２４に隣り合う位置に設けられている。具体的には、凸部９は、例えば、溶着部２４の外周に沿って位置していてもよい。
電気化学セルＸ３において、凸部９は、線状である。より具体的には、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、凸部９は、枠状である。また、図７に示すように、凸部９の断面は、半円形状である。
凸部９は、例えば、絶縁材料を有している。絶縁材料としては、例えば、樹脂材料を用いてもよい。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を用いてもよい。
また、凸部９を溶着部２４と同じ材料で形成することができる。そのため、凸部９と溶着部２４との熱膨張率を同じにすることができる。その結果、熱膨張率の違いにより、凸部９と溶着部２４とが剥離してしまう可能性を低減することができる。凸部９は、例えば、溶着部２４を形成する際に、同時に形成されていてもよい。
また、凸部９は、例えば、溶着部２４と異なる材料で形成されてもよい。より具体的には、凸部９は、溶着部２４よりも弾性率が高くてもよい。これにより、凸部９に外力が加わった際に、凸部９が変形することで、溶着部２４に外力が伝わりにくくすることができる。そのため、溶着部２４が破損する可能性を低減することができる。
また、１つの溶着部２４につき、凸部９は、例えば、複数あってもよい。これにより、複数の凸部９に外力を分散させることができるため、１つの凸部９に外力が集中しにくくなる。そのため、凸部９が破損する可能性を低減することができる。
凸部９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線状である場合、例えば、縦１～５０ｍｍ、横１～１０ｍｍおよび厚み０．１～５ｍｍに設定できる。
電気化学セルＸ４について図９～１１を用いて詳細に説明する。電気化学セルＸ４は、電気化学セルＸ３と比較して、第１単セル１００が第１端子８を有する点と第２単セル２００が第２端子１８を有する点とで相違する。さらに、電気化学セルＸ４は、電気化学セルＸ３と比較して、溶着部３４の位置が異なる点で相違する。それ以外については電気化学セルＸ３と同様であるので説明を省略する。
図１１においては、図８と同様に、電気化学セルＸ４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発電要素１０３は、いずれかの辺から外部に延びる第１端子８を有している。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するために設けられている。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。具体的には、長方形状は、例えば、長辺と短辺とを有していてもよい。
電気化学セルＸ４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、外部装置と電気的に接続されるために、第１内容器１０２外に延びている。
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を用いることができる。
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発電要素１１３は、いずれかの辺から外部に延びる第２端子１８を有している。電気化学セルＸ４においては、第２端子１８は、第１端子８と同じ形状である。ただし、第２端子１８は、例えば、第１端子８と異なる形状であってもよい。また、第２端子１８は、第１端子８に用いられる材料を用いることができる。具体的には、第２端子１８は、例えば、第１端子８と同じ材料で形成されていてもよい。
電気化学セルＸ４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２端子１８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２端子１８は、外部装置と電気的に接続されるために、第２内容器１１２外に延びている。また、電気化学セルＸ４においては、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端子１８は、第１端子８と外周を揃えて重なっている。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及び第２端子１８と第１内容器１０２及び第２内容器１１２とが重なっている部分を点線で示している。
積層方向から見たときに、第１発電要素１０３及び第２発電要素１１３は、いずれかの辺から外部に延びる端子をそれぞれ有している。そして、溶着部３４は、それぞれの端子が位置していない辺に沿って位置していてもよい。これにより、外部から揺れが電気化学セルＸ４に伝わった際に、外部装置に固定されているそれぞれの端子から離れた位置で電気化学セルＸ４に加わる外力の影響を低減することができる。
電気化学セルＸ４において、図１１に示すように、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、溶着部３４は、第１端子８及び第２端子１８が位置していない第１発電要素１０３及び第２発電要素１１３の外周の辺に沿って位置している。より具体的には、第１端子８及び第２端子１８が位置していない第１発電要素１０３及び第２発電要素１１３の外周の辺とは、第１発電要素１０３及び第２発電要素１１３の外周の辺と第１端子８及び第２端子１８とが重なっていない辺のことを意味している。そのため、溶着部３４が第１端子８及び第２端子１８が位置しない辺に沿って位置することで、第１端子８及び第２端子１８から距離が離れている位置において、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、第１単セル１００及び第２単セル２００に加わる外力の影響を低減することができる。その結果、電気化学セルＸ４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１０に示すように、電気化学セルＸ４においては、溶着部３４は、セパレータ７を介して第１内容器１０２と第２内容器１１２とが溶着されている。このとき、第１発電要素１０３の一部であるセパレータ７と第１内容器１０２とが溶着部３４により固定される。また、第２発電要素１１３の一部であるセパレータ７と第２内容器１１２とが溶着部３４により固定される。そのため、第１発電要素１０３と第１内容器１０２との位置がずれてしまう可能性を低減できる。また、第２発電要素１１３と第２内容器１１２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、第１単セル１００及び第２単セル２００の電気的接続の信頼性を向上させることができる。
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、溶着部は、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。電気化学セルＸ５においては、３つの単セルを有している。電気化学セルＸ５について図１２及び図１３を用いて詳細に説明する。電気化学セルＸ５において、溶着部４４は、３つの単セルをまとめて固定している。
電気化学セルＸ５は、図１２及び図１３に示すように、第１単セル１００と、第２単セル２００と、第３単セル３００と、第１単セル１００と第２単セル２００と第３単セル３００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と第３単セル３００とが溶着部４４により固定されている。
電気化学セルＸ５は、電気化学セルＸ４と比較して、第３単セル３００を有する点で異なる。電気化学セルＸ５は、それ以外は電気化学セルＸ４と同様であるので省略する。
第３単セル３００は、第３発電要素２３と、第３内容器２２と、を有している。第３発電要素２３は、電気化学セルＸ５においては、第１発電要素１０３と第２発電要素１１３と同じ形状である。ただし、第３発電要素２３は、第１発電要素１０３と第２発電要素１１３と異なる形状であってもよい。また、第３発電要素２３は、第１発電要素１０３と第２発電要素１１３とに用いられる材料を用いることができる。より具体的には、第３発電要素２３は、例えば、第１発電要素１０３と第２発電要素１１３と同じ材料で形成されていてもよい。第１発電要素１０３と第２発電要素１１３と第３発電要素２３との積層方向から見たときに、第１発電要素１０３と第２発電要素１１３と第３発電要素２３とは、長辺と短辺とを有する長方形状をしている。第１発電要素１０３と第２発電要素１１３と第３発電要素２３とは、それぞれの長辺及びそれぞれの短辺を揃えて積層されている。
第３内容器２２は、電気化学セルＸ５においては、第１内容器１０２と第２内容器１１２と同じ形状である。ただし、第３内容器２２は、例えば、第１内容器１０２と第２内容器１１２と異なる形状であってもよい。また、第３内容器２２は、第１内容器１０２と第２内容器１１２とに用いられる材料を用いることができる。具体的には、第３内容器２２は、例えば、第１内容器１０２と第２内容器１１２と同じ材料で形成されていてもよい。
電気化学セルＸ５は、第１単セル１００と第２単セル２００と第３単セル３００とが溶着された溶着部４４を有している。溶着部４４は、第１単セル１００と第２単セル２００と第３単セル３００とを固定するために設けられている。より具体的には、図１３に示すように、溶着部４４は、第１単セル１００と第２単セル２００と第３単セル３００とをまとめて固定している。これにより、少なくとも２つの単セルを固定するときと比較して、より強固に第１単セル１００と第２単セル２００と第３単セル３００とを固定することができる。そのため、電気化学セルＸ５の電気的な接続の信頼性を向上させることができる。
なお、説明を簡単にするため、図１から図１３において、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。これは各単セルと各内容器と各端子とについても同様である。
本開示は、以下の構成（１）～（７）の態様で実施可能である。
（１）第１発電要素と前記第１発電要素を収納する第１内容器とを有する第１単セルと、
第２発電要素と前記第２発電要素を収納する第２内容器とを有する第２単セルと、
前記第１単セルと前記第２単セルとを収納する金属材料を含む外容器と、を有し、
前記第１単セルと前記第２単セルとが積層されており、
前記第１内容器と前記第２内容器とが溶着されている溶着部を有する電気化学セル。
（２）前記溶着部を複数有する上記（１）に記載の電気化学セル。
（３）積層方向から見たときに、
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ているとともに、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ているとともに、前記第２内容器が前記第１発電要素と重ならない第２周縁部を有しており、
前記溶着部は、前記第１周縁部と前記第２周縁部とが溶着されている上記（１）または（２）に記載の電気化学セル。
（４）積層方向から見たときに、
前記第１発電要素及び前記第２発電要素が、同じ形状の長方形であるとともに、それぞれの長辺及び短辺を揃えて重なっており、
前記溶着部は、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上記（３）に記載の電気化学セル。
（５）積層方向から見たときに、
前記第１発電要素及び前記第２発電要素が、同じ形状の長方形であるとともに、それぞれの長辺及び短辺を揃えて重なっており、
前記溶着部は、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た長方形状である上記（３）または（４）に記載の電気化学セル。
（６）積層方向から見たときに、
前記溶着部は、前記第１発電要素の長辺の延長線及び前記第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上記（４）または（５）に記載の電気化学セル。
（７）積層方向から見たときに、
前記第１発電要素及び前記第２発電要素は、いずれかの辺から外部に延びる端子をそれぞれ有しており、
前記溶着部は、前記それぞれの端子が位置していない辺に沿って位置している上記（１）～（３）のいずれか一項に記載の電気化学セル。
Ｘ１～Ｘ５ 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 溶着部
５ 正極
６ 負極
７ セパレータ
８ 第１端子
９ 凸部20
１２、１１２ 第２内容器
１３、１１３ 第２発電要素
１８ 第２端子
２２ 第３内容器
２３ 第３発電要素
２８ 第３端子
１００ 第１単セル
２００ 第２単セル
３００ 第３単セル
Ａ１ 第１周縁部30
Ａ２ 第２周縁部

Claims (6)

  1. 第１発電要素と前記第１発電要素を収納する第１内容器とを有する第１単セルと、
    第２発電要素と前記第２発電要素を収納する第２内容器とを有する第２単セルと、
    前記第１単セルと前記第２単セルとを収納する外容器と、を有し、
    前記第１単セルと前記第２単セルとが積層されており、前記第１内容器と前記第２内容器とが溶着されている溶着部を有し、
    前記第１発電要素は、単一の正極と、単一のセパレータと、単一の負極と、を積層したものであり、
    前記第２発電要素は、単一の正極と、単一のセパレータと、単一の負極と、を積層したものであり、
    前記第１内容器および前記第２内容器は樹脂材料からなり、
    前記外容器は、金属材料を有しており、
    前記セパレータは多孔質の絶縁材料からなり、
    前記溶着部を複数有し、
    積層方向から見たときに、
    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ているとともに、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ているとともに、前記第２内容器が前記第１発電要素と重ならない第２周縁部を有しており、
    前記溶着部によって、前記第１周縁部と前記第２周縁部とが溶着され、
    前記溶着部は、前記溶着部と同じ材料で形成された凸部を、さらに含む電気化学セル。
  2. 積層方向から見たときに、
    前記第１発電要素及び前記第２発電要素が、同じ形状の長方形であるとともに、それぞれの長辺及び短辺を揃えて重なっており、
    前記溶着部は、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１に記載の電気化学セル。
  3. 積層方向から見たときに、
    前記第１発電要素及び前記第２発電要素が、同じ形状の長方形であるとともに、それぞれの長辺及び短辺を揃えて重なっており、
    前記溶着部は、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た長方形状である請求項１または請求項２に記載の電気化学セル。
  4. 積層方向から見たときに、
    前記溶着部は、前記第１発電要素の長辺の延長線及び前記第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２または請求項３に記載の電気化学セル。
  5. 積層方向から見たときに、
    前記第１発電要素及び前記第２発電要素は、いずれかの辺から外部に延びる端子をそれぞれ有しており、
    前記溶着部は、前記それぞれの端子が位置していない辺に沿って位置している請求項１に記載の電気化学セル。
  6. 前記凸部は、前記溶着部の外周に沿って位置している請求項１に記載の電気化学セル。
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