JPWO2019044615A1 - 蓄電デバイス - Google Patents

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Abstract

単位面積あたりのエネルギー密度が高い蓄電デバイスを提供する。蓄電デバイス（１）は、負極（１１）と、正極（１２）と、セパレータ（１３）とを有するデバイス本体（２）と、パッケージ（３）とを備える。パッケージ（３）は、デバイス本体（２）の形状に沿った形状を有している。パッケージ（３）は、デバイス本体（２）を収容している。パッケージ（３）は、第１のラミネートフィルム（３１）と、第２のラミネートフィルム（３２）と、シール材（４）とを有する。第１のラミネートフィルム（３１）は、デバイス本体（２）の積層方向における一方側に設けられている。第２のラミネートフィルム（３２）は、デバイス本体（２）の積層方向における他方側に設けられている。シール材（４）は、デバイス本体（２）の側面において、第１のラミネートフィルム（３１）と第２のラミネートフィルム（３２）とを接続している。

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、蓄電デバイスが知られている。例えば、特許文献１には、電極材とセパレータ材とが交互に積層された積層体を、ラミネータで熱圧着して封止することが記載されている。
特表２０１５−５２８６２９号公報
特許文献１に記載のような蓄電デバイスでは、積層体をラミネータで圧着して封止する。そのため、積層体の周縁部に、上下のラミネートフィルムを圧着して封止した封止部を形成する必要がある。従って、蓄電デバイスの単位面積あたりのエネルギー密度が小さくなる虞がある。
本発明の主な目的は、単位面積あたりのエネルギー密度が高い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、デバイス本体と、パッケージとを備える。デバイス本体は、負極と、正極と、セパレータとを有する。セパレータは、負極と正極との間に設けられている。パッケージは、デバイス本体の形状に沿った形状を有している。パッケージは、デバイス本体を収容している。パッケージは、第１のラミネートフィルムと、第２のラミネートフィルムと、シール材とを有する。第１のラミネートフィルムは、デバイス本体の積層方向における一方側に設けられている。第２のラミネートフィルムは、デバイス本体の積層方向における他方側に設けられている。シール材は、デバイス本体の側面において、第１のラミネートフィルムと第２のラミネートフィルムとを接続している。
本発明によれば、単位面積あたりのエネルギー密度が高い蓄電デバイスを提供することができる。
図１は、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２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける模式的断面図である。 図３は、第１の実施形態に係る蓄電デバイスにおけるデバイス本体の模式的断面図である。 図４は、図１の矢印ＩＶから視た模式的斜視図である。 図５は、第２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６は、第３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７は、図６の矢印ＶＩＩから視た模式的斜視図である。 図８は、第４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９は、第５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１０は、第１の変形例に係る蓄電デバイスの一部分の模式的断面図である。 図１１は、第２の変形例に係る蓄電デバイスの一部分の模式的断面図である。 図１２は、第３の変形例に係る蓄電デバイスの一部分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、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２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける模式的断面図である。図３は、第１の実施形態に係る蓄電デバイスにおけるデバイス本体の模式的断面図である。図４は、図１の矢印ＩＶから視た模式的斜視図である。
図１及び図２に示す蓄電デバイス１は、蓄電機能を有するデバイスであれば特に限定されない。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２に示すように、蓄電デバイス１は、デバイス本体２と、デバイス本体２を収容しているパッケージ３とを有する。
図３に示すように、デバイス本体２は、負極１１と、正極１２と、セパレータ１３とを有する。セパレータ１３は、負極１１と正極１２との間に配されている。具体的には、負極１１と正極１２とが、セパレータ１３を介して交互に積層された積層体により、デバイス本体２が構成されている。
図１及び図２に示すように、デバイス本体２は、パッケージ３に収容されている。パッケージ３は、デバイス本体２に沿った形状を有している。デバイス本体２及びパッケージ３の形状は、蓄電デバイス１が収容されるスペースによって適宜決定することができる。本実施形態では、デバイス本体２及びパッケージ３は、平面視略矩形状である。
パッケージ３は、第１のラミネートフィルム３１と、第２のラミネートフィルム３２とを有する。
第１及び第２のラミネートフィルム３１、３２は、少なくとも一方の主面が絶縁性を有するフィルムである限りにおいて特に限定されない。例えば、第１及び第２のラミネートフィルム３１、３２は、それぞれ、デバイス本体２側に位置する第１の樹脂層と、第１の樹脂層の上に設けられた金属箔と、金属箔の上に設けられた第２の樹脂層とにより構成することができる。第１の樹脂層は、例えば、ポリプロピレンなどの樹脂により構成することができる。金属箔は、ラミネートフィルムの酸素透過性や水分透過性を低くするための部材である。金属箔は、例えば、アルミニウム箔やステンレス箔等により構成することができる。第２の樹脂層は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン（登録商標）等の樹脂により構成することができる。なお、第１及び第２のラミネートフィルム３１、３２は、例えば、第１の樹脂層と金属箔との積層体により構成されていてもよい。
デバイス本体２は、第１及び第２のラミネートフィルム３１、３２とにより封止されている。第１のラミネートフィルム３１は、デバイス本体２の積層方向における一方側に位置している。一方、第２のラミネートフィルム３２は、デバイス本体２の積層方向における他方側に位置している。第１及び第２のラミネートフィルム３１、３２は、デバイス本体２よりも大面積である。
図２に示すように、デバイス本体２の側面には、シール材４が配されている。シール材４は、デバイス本体２の側面の全周にわたって設けられている必要は必ずしもない。図１に示すように、例えば、本実施形態では、デバイス本体２の側面のうち、負極端子１１ａ及び正極端子１２ａが引き出されている側面にはシール材４が設けられておらず、それ以外の側面にシール材４が設けられている。
シール材４は、酸素透過性や水分透過性が低く、絶縁性を有する材料により構成されていることが好ましい。シール材４は、例えば、ポリプロピレンなどの樹脂により構成されていてもよい。また、シール材４は、例えば、第１及び第２の樹脂層と、第１の樹脂層と第２の樹脂層との間に設けられた金属層との積層体により構成されていてもよい。この場合、第１及び第２の樹脂層は、例えば、ポリプロピレン等により構成することができる。金属層は、例えば、アルミニウムやステンレスにより構成されていてもよい。
なお、本実施形態では、図２に示すように、シール材４は、デバイス本体２の側面の積層方向における全体を覆うように設けられている。もっとも、本発明は、この構成に限定されない。シール材は、例えば、デバイス本体２の側面の積層方向における一部分を覆うように設けられていてもよい。
デバイス本体２の側面のうち、負極端子１１ａ及び正極端子１２ａが引き出されていない側面上において、第１のラミネートフィルム３１の周縁部と、第２のラミネートフィルム３２の周縁部とは、それぞれ、シール材４に接続されている。具体的には、本実施形態では、第１のラミネートフィルム３１の周縁部と、第２のラミネートフィルム３２の周縁部とは、それぞれ、シール材４に接着されている。
通常、特許文献１に記載のような蓄電デバイスでは、第１及び第２のラミネートフィルムでデバイス本体を封止する際に、デバイス本体よりも大面積な第１及び第２のラミネートフィルムでデバイス本体を挟み、圧着することで封止する。このため、第１及び第２のラミネートフィルムがデバイス本体を介さずに重畳する封止部が必要である。よって、蓄電デバイスの単位面積あたりのエネルギー密度が小さくなるという問題がある。
蓄電デバイス１では、デバイス本体２の側面に、第１のラミネートフィルム３１と第２のラミネートフィルム３２とを接続するシール材４が設けられている。このため、パッケージ３の封止部を小さくすることができる。よって、平面視における蓄電デバイス１を小面積にすることができる。従って、蓄電デバイス１の単位面積あたりのエネルギー密度を大きくすることができる。
また、蓄電デバイス１では、第１及び第２のラミネートフィルム３１、３２のそれぞれと、シール材４とが接着されている。このため、デバイス本体２の側面において、第１及び第２のラミネートフィルム３１、３２が接続されている部分が、シール材４によって確実に封止されているため、電解質などが漏洩し難く、水分や酸素等がパッケージ３内に侵入し難い。
蓄電デバイス１のさらなる小型化を図る観点からは、図２に示すように、第１及び第２のラミネートフィルム３１、３２のうちの少なくとも一方がデバイス本体２の側面に沿って折り曲げられた折り曲げ部を有しており、その折り曲げ部とシール材４とが接続されていることが好ましい。さらには、本実施形態のように、第１及び第２のラミネートフィルム３１、３２の両方が、デバイス本体２の側面に沿って折り曲げられた折り曲げ部を有しており、それら折り曲げ部のそれぞれがシール材４と接続されていることがより好ましい。
同様の観点から、シール材４は、板状、シート状又はフィルム状であることが好ましい。
なお、蓄電デバイス１では、第１のラミネートフィルム３１の折り曲げ部の端面と、第２のラミネートフィルム３２の折り曲げ部の端面とが接触している。よって、シール材４が折り曲げ部により覆われており、シール材４が実質的に露出していない。従って、シール材４が配された部分の酸素透過性や水分透過性がさらに低い。
また、図４に示すように、デバイス本体２は、角部２Ｃを有する。角部２Ｃは、ラミネートフィルム３１、３２により覆われた隣り合う第１の側面と第２の側面とにより構成されている。ラミネートフィルム３１，３２は、切込み３１ａ、３２ａを有している。切込み３１ａ、３２ａは、デバイス本体２の角部２Ｃの上に位置するように設けられている。このため、角部２Ｃにおいて、第１のラミネートフィルム３１の隣り合う２つの折り曲げ部同士が重畳しない。同様に、角部２Ｃにおいて、第２のラミネートフィルム３２の隣り合う２つの折り曲げ部同士が重畳しない。よって、デバイス本体２、ひいては蓄電デバイス１を小型化することができる。
ところで、ラミネートフィルムの隣り合う折り曲げ部の間に切込みや切欠きが設けられている場合、その部分から、蓄電デバイス内に酸素や水分が侵入しやすい。蓄電デバイス１では、ラミネートフィルム３１、３２の隣り合う折り曲げ部間の切込みや切欠きに跨がってシール材４が設けられている。従って、蓄電デバイス１の内部への酸素や水分の侵入を効果的に抑制することができる。
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５は、第２の実施形態に係る蓄電デバイス１ａの模式的平面図である。第１の実施形態では、蓄電デバイス１が、平面視において矩形状である例について説明した。しかし、本発明はこの構成に限定されない。本発明において、蓄電デバイスの形状は、蓄電デバイスの配置スペースによって、適宜決定される。例えば、図５に示すように、蓄電デバイス１ａでは、デバイス本体２は、平面視において、９０°以上の内角を有する角部２Ｄを持つ略Ｌ字状の形状を有している。第１及び第２のラミネートフィルム３１、３２は、角部２Ｄ上に位置する部分において、切込みを有している。その角部２Ｄに跨がってシール材４が設けられている。角部２Ｄの両側に位置する第１及び第２のラミネートフィルム３１、３２の折り曲げ部のそれぞれがシール材４に接続されている。従って、内角が９０°より大きな角部を有するデバイス本体２を備える蓄電デバイス１ａにおいても、蓄電デバイス１と同様に、蓄電デバイス１ａの単位面積あたりのエネルギー密度を大きくすることができる。また、蓄電デバイス１ａの内部への酸素や水分の侵入を効果的に抑制することができる。
（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る蓄電デバイス１ｂの模式的平面図である。図７は、図６の矢印ＶＩＩから視た模式的斜視図である。
図６に示すように、第３の実施形態に係る蓄電デバイス１ｂでは、デバイス本体２は、平面視において、湾曲部を構成する側面を有している。第１及び第２のラミネートフィルム３１、３２は、それぞれ、デバイス本体２の湾曲部を構成している側面上に１又は複数の切込み３１ａ、３２ａを有していてもよい。この場合、複数の切込み３１ａ、３２ａのそれぞれにおいて、シール材４が切込み３１ａ、３２ａに跨がって設けられていることが好ましい。本実施形態においても、第１及び第２の実施形態と同様に、蓄電デバイス１ｂの平面視における単位面積あたりのエネルギー密度を大きくすることができる。また、蓄電デバイス１ｂの内部への酸素や水分の侵入を効果的に抑制することができる。
（第４及び第５の実施形態）
図８は、第４の実施形態に係る蓄電デバイス１ｃの模式的平面図である。図９は、第５の実施形態に係る蓄電デバイス１ｄの模式的平面図である。
図８及び図９に示すように、蓄電デバイス１ｃ、１ｄは、それぞれ厚み方向に貫通する貫通孔を有している。このため、デバイス本体２も厚み方向に貫通する貫通孔５を有している。具体的には、蓄電デバイス１ｃのデバイス本体２は、平面視円形状の貫通孔５を有している。一方、蓄電デバイス１ｄのデバイス本体２は、平面視矩形状の貫通孔５を有している。
蓄電デバイス１ｃ、１ｄでは、第１の実施形態と同様に、デバイス本体２の外周面にシール材４が設けられていると共に、内周面にもシール材４が設けられている。デバイス本体２の外周面と同様に、内周面においてもシール材４によって第１のラミネートフィルム３１と第２のラミネートフィルム３２とが接続されている。具体的には、第１及び第２のラミネートフィルム３１、３２は、少なくとも一つの切込み３１ａ、３２ａを有しており、内周面に沿って折り曲げられた折り曲げ部を有する。シール材４は、第１のラミネートフィルム３１と第２のラミネートフィルム３２とを接続すると共に、切込み３１ａ、３２ａに跨がって設けられている。このため、貫通孔を有する蓄電デバイス１ｃ、１ｄにおいても、第１〜第３の実施形態と同様に、蓄電デバイス１ｃ、１ｄの単位面積あたりのエネルギー密度を大きくすることができる。また、蓄電デバイス１ｃ、１ｄの内部への酸素や水分の侵入を効果的に抑制することができる。
（第１〜第３の変形例）
図１０は、第１の変形例に係る蓄電デバイスの一部分の模式的断面図である。図１１は、第２の変形例に係る蓄電デバイスの一部分の模式的断面図である。図１２は、第３の変形例に係る蓄電デバイスの一部分の模式的断面図である。
上記第１〜５の実施形態では、第１及び第２のラミネートフィルム３１、３２の両方が折り曲げられ、かつ、両ラミネートフィルム３１、３２の端面が接触している例について説明した。しかし、本発明は、この構成に限定されない。
例えば、図１０に示すように、両ラミネートフィルム３１、３２の端面が離間しており、第１のラミネートフィルム３１の端面と、第２のラミネートフィルム３２の端面との間にシール材４が設けられていてもよい。また、両ラミネートフィルム３１、３２の端面が離間しており、第１のラミネートフィルム３１の端面と、第２のラミネートフィルム３２の端面との間に空間が形成されていてもよい。
例えば、図１１に示すように、第１のラミネートフィルム３１のみに折り曲げ部が構成されていてもよい。この場合、シール材４は、第１のラミネートフィルム３１と、第２のラミネートフィルム３２とに跨がるように、横断面略Ｌ字状に設けられていてもよい。
例えば、図１２に示すように、第１及び第２のラミネートフィルム３１、３２の端部が、シール材４と接続されている部分から外側に突出していてもよい。この場合、突出部が、デバイス本体２の側面に沿って折り曲げられていてもよい。また、突出部において、第１のラミネートフィルム３１と第２のラミネートフィルム３２とが熱圧着されていてもよい。
（その他の変形例）
上記実施形態及び変形例では、シール材４がデバイス本体２の側面に設けられている例について説明した。しかし、本発明は、この構成に限定されない。例えば、シール材４は、側面に加え、主面の少なくとも一部を覆うように設けられていてもよいし、デバイス本体２を覆うように設けられていてもよい。
本発明に係る蓄電デバイスは、デバイス本体と、パッケージとを備える。デバイス本体は、負極と、正極と、セパレータとを有する。セパレータは、負極と正極との間に設けられている。パッケージは、デバイス本体の形状に沿った形状を有している。パッケージは、デバイス本体を収容している。パッケージは、第１のラミネートフィルムと、第２のラミネートフィルムと、シール材とを有する。第１のラミネートフィルムは、デバイス本体の積層方向における一方側に設けられている。第２のラミネートフィルムは、デバイス本体の積層方向における他方側に設けられている。シール材は、デバイス本体の側面において、第１のラミネートフィルムと第２のラミネートフィルムとを接続している。
本発明における蓄電デバイスでは、デバイス本体の側面に、第１のラミネートフィルムと第２のラミネートフィルムとを接続するシール材が設けられている。このため、パッケージの封止部を小さくすることができる。よって、平面視における蓄電デバイスを小面積にすることができる。従って、蓄電デバイスの単位面積あたりのエネルギー密度を大きくすることができる。
シール材と、第１及び第２のラミネートフィルムのそれぞれとが接着されていることが好ましい。この場合、デバイス本体の側面において、第１及び第２のラミネートフィルムが接続されている部分が、シール材によって確実に封止されているため、電解質などが漏洩し難く、水分や酸素等がパッケージ３内に侵入し難い。
第１及び第２のラミネートフィルムのうちの少なくとも一方が、デバイス本体の側面に沿って折り曲げられた折り曲げ部を有しており、当該折り曲げ部がシール材と接続されていることが好ましい。この場合、蓄電デバイスのさらなる小型化を図ることができる。
デバイス本体は、２つの側面によって構成された角部を有していてもよい。その場合、第１及び第２のラミネートフィルムの少なくとも一方が、角部の上に位置する切欠き又は切込みを有し、シール材が切欠き又は切込みを跨ぐように設けられていることが好ましい。この構成によれば、蓄電デバイスの内部への酸素や水分の侵入を効果的に抑制することができる。
角部の内角が、９０°より大きくてもよい。
デバイス本体は、積層方向に貫通する貫通孔を有し、貫通孔に角部が設けられていてもよい。
デバイス本体は湾曲部を構成する側面を有していてもよい。その場合、第１及び第２のラミネートフィルムの少なくとも一方が、湾曲部を構成する側面の上に位置する切欠き又は切込みを有し、シール材が切欠き又は切込みを跨ぐように設けられていてもよい。
デバイス本体が、積層方向に貫通する貫通孔を有し、貫通孔に湾曲部が設けられていてもよい。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ ：蓄電デバイス
２ ：デバイス本体
２Ｃ、２Ｄ ：角部
３ ：パッケージ
４ ：シール材
５ ：貫通孔
１１ ：負極
１１ａ ：負極端子
１２ ：正極
１２ａ ：正極端子
１３ ：セパレータ
３１ ：第１のラミネートフィルム
３２ ：第２のラミネートフィルム
３１ａ、３２ａ ：切込み

Claims (8)

  1. 負極と、正極と、前記負極と前記正極との間に設けられたセパレータとを有するデバイス本体と、
    前記デバイス本体の形状に沿った形状を有しており、前記デバイス本体を収容しているパッケージと、
    を備え、
    前記パッケージは、
    前記デバイス本体の積層方向における一方側に設けられた第１のラミネートフィルムと、
    前記デバイス本体の積層方向における他方側に設けられている第２のラミネートフィルムと、
    前記デバイス本体の側面において、前記第１のラミネートフィルムと前記第２のラミネートフィルムとを接続しているシール材と、
    を有する、蓄電デバイス。
  2. 前記シール材と、前記第１及び第２のラミネートフィルムのそれぞれとが接着されている、請求項１に記載の蓄電デバイス。
  3. 前記第１及び第２のラミネートフィルムのうちの少なくとも一方は、前記デバイス本体の側面に沿って折り曲げられた折り曲げ部を有しており、当該折り曲げ部が前記シール材と接続されている、請求項１又は２に記載の蓄電デバイス。
  4. 前記デバイス本体は、２つの側面によって構成された角部を有し、
    前記第１及び第２のラミネートフィルムの少なくとも一方は、前記角部の上に位置する切欠き又は切込みを有し、
    前記シール材が前記切欠き又は切込みを跨ぐように設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電デバイス。
  5. 前記角部の内角は、９０°より大きい、請求項４に記載の蓄電デバイス。
  6. 前記デバイス本体は、積層方向に貫通する貫通孔を有し、
    前記貫通孔に前記角部が設けられている、請求項４又は５に記載の蓄電デバイス。
  7. 前記デバイス本体は湾曲部を構成する側面を有し、
    前記第１及び第２のラミネートフィルムの少なくとも一方は、前記湾曲部を構成する側面の上に位置する切欠き又は切込みを有し、
    前記シール材が前記切欠き又は切込みを跨ぐように設けられている請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄電デバイス。
  8. 前記デバイス本体は、積層方向に貫通する貫通孔を有し、
    前記貫通孔に前記湾曲部が設けられている、請求項７に記載の蓄電デバイス。
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