JP2012124319A - 蓄電デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の蓄電セルの温度差を小さくすることができ、高い信頼性を有する蓄電デバイスを提供する。
【解決手段】蓄電用デバイス４００は、正極、負極、および電解液が収容された外装体１２を有する蓄電セル１０が、複数積層された蓄電デバイスであって、隣り合う蓄電セル１０の間に設けられた断熱部材２０を含む。加えて、放熱板４０、ヒートシンク５０、冷却部（冷却ファン）６０、を設けて放熱効率を改良する。
【選択図】図９
【解決手段】蓄電用デバイス４００は、正極、負極、および電解液が収容された外装体１２を有する蓄電セル１０が、複数積層された蓄電デバイスであって、隣り合う蓄電セル１０の間に設けられた断熱部材２０を含む。加えて、放熱板４０、ヒートシンク５０、冷却部（冷却ファン）６０、を設けて放熱効率を改良する。
【選択図】図９
Description
本発明は、蓄電デバイスに関する。
蓄電デバイスの構成要素である蓄電セルは、例えば、シート状の正極および負極をセパレータを介して対向配置させながら所定数積層してなる電極体を、電解液とともに外装体内に密封したものである。このような密閉型蓄電セルは、蓄電デバイスの小型化および高エネルギー化を図るために、複数積層され、例えば直列に接続されて使用される（特許文献１参照）。
蓄電セルは充放電により発熱するが、上記のように複数の蓄電セルを積層すると、中央部に配置された蓄電セルと、端部に配置された蓄電セルと、に温度差が生じる。より具体的には、中央部に配置された蓄電セルは、該蓄電セルの両側に配置された蓄電セルの発熱の影響を受けて蓄熱しやすく、端部に配置された蓄電セルに比べて、温度上昇が大きくなる傾向にある。このように充放電時に蓄電セル間に温度差が生じると、蓄電セルの劣化速度や充放電特性が変化してしまい（例えば、温度変化により蓄電セルの出力電圧が変化する）、蓄電デバイス全体としての信頼性が低下してしまう。
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、複数の蓄電セルの温度差を小さくすることができ、高い信頼性を有する蓄電デバイスを提供することにある。
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
［適用例１］
本発明に係る蓄電デバイスの一態様は、
正極、負極、および電解液が収容された外装体を有する蓄電セルが、複数積層された蓄電デバイスであって、
隣り合う前記蓄電セルの間に設けられた断熱部材を含む。
本発明に係る蓄電デバイスの一態様は、
正極、負極、および電解液が収容された外装体を有する蓄電セルが、複数積層された蓄電デバイスであって、
隣り合う前記蓄電セルの間に設けられた断熱部材を含む。
［適用例２］
適用例１において、
前記外装体は、ラミネートフィルムであることができる。
適用例１において、
前記外装体は、ラミネートフィルムであることができる。
［適用例３］
適用例１または２において、
前記蓄電セルと前記断熱部材とは、交互に積層されていることができる。
適用例１または２において、
前記蓄電セルと前記断熱部材とは、交互に積層されていることができる。
［適用例４］
適用例１ないし３のいずれか１例において、
前記蓄電セルと前記断熱部材との間に配置された放熱板を、さらに含むことができる。
適用例１ないし３のいずれか１例において、
前記蓄電セルと前記断熱部材との間に配置された放熱板を、さらに含むことができる。
［適用例５］
適用例４において、
前記放熱板と接続されたヒートシンクを、さらに含むことができる。
適用例４において、
前記放熱板と接続されたヒートシンクを、さらに含むことができる。
［適用例６］
適用例５において、
前記ヒートシンクを冷却するための冷却部を、さらに含むことができる。
適用例５において、
前記ヒートシンクを冷却するための冷却部を、さらに含むことができる。
本発明に係る蓄電デバイスによれば、隣り合う蓄電セルの間に、断熱部材が設けられている。これにより、積層された蓄電セルのうち中央部に配置された蓄電セルの温度上昇を抑制することができ、蓄電セル間の温度差を小さくする（均一化する）ことができる。したがって、本発明に係る蓄電デバイスは、高い信頼性を有することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
１． 蓄電デバイス
まず、本実施形態に係る蓄電デバイスについて、図面を参照しなら説明する。図１は、本実施形態に係る蓄電デバイス１００を模式的に示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る蓄電デバイス１００を模式的に示す断面図であって、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、本実施形態に係る蓄電デバイス１００を模式的に示す断面図であって、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。なお、図１では、便宜上、外郭部材３０を透視して図示しており、さらに外装体１２を簡略化して図示している。また、図２および図３では、便宜上、外郭部材３０、および外装体１２内に収容される正極や負極等を省略して図示している。
まず、本実施形態に係る蓄電デバイスについて、図面を参照しなら説明する。図１は、本実施形態に係る蓄電デバイス１００を模式的に示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る蓄電デバイス１００を模式的に示す断面図であって、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、本実施形態に係る蓄電デバイス１００を模式的に示す断面図であって、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。なお、図１では、便宜上、外郭部材３０を透視して図示しており、さらに外装体１２を簡略化して図示している。また、図２および図３では、便宜上、外郭部材３０、および外装体１２内に収容される正極や負極等を省略して図示している。
蓄電デバイス１００は、図１〜図３に示すように、蓄電セル１０と、断熱部材２０と、外郭部材３０と、を含むことができる。
蓄電セル１０は、複数設けられている。図示の例では、６つの蓄電セル１０が積層されているが、その数は特に限定されず、蓄電デバイス１００の用途に応じて適宜変更することができる。具体的な蓄電セル１０の形態としては、リチウムイオンキャパシタ、二次電池、電気二重層キャパシタなどを例示することができる。蓄電セル１０は、外装体１２と、正極端子１６と、負極端子１８と、を有する。
外装体１２は、正極、負極、および電解液を収容している。外装体１２の形状は、正極、負極、および電解液を収容することができれば特に限定されず、例えば、２枚のフィルムを張り合わせたラミネート型でもよし、箱型でもよいし、円筒型でもよい。図２および図３の例では、外装体１２をラミネート型（ラミネートフィルム）として図示している。
ラミネートフィルムからなる外装体１２は、第１扁平面１３と、第１扁平面１３と反対を向き第１扁平面１３より面積の小さい第２扁平面１４と、を有する。図２および図３に示す例では、隣り合う蓄電セル１０は、放熱部材２０を介して、第１扁平面１３同士が対向するように、または、第２扁平面１４同士が対向するように積層されている。図示はしないが、隣り合う蓄電セル１０は、一方の蓄電セル１０の第１扁平面１３と、他方の蓄電セル１０の第２扁平面１４と、が対向するように積層されていてもよい。
ラミネートフィルムの材質としては、ポリプロピレンやナイロンなどの合成樹脂の一部を、アルミニウム箔や銅箔などの金属箔としたものなどが挙げられる。このようなフィルム状の外装体１２を用いることにより、例えば、金属等からなる硬質の外装体（金属缶等）を用いる場合に比べて、蓄電セル１０の小型化や軽量化を図ることができる。
正極端子１６および負極端子１８は、外装体１２から突出して設けられている。より具体的には、正極端子１６および負極端子１８は、外装体の密閉性を保持した状態で、外装体１２の内側から外側まで延出している。正極端子１６は、外装体１２内の正極と電気的に接続されており、負極端子１８は、外装体１２内の負極と電気的に接続されている。正極端子２０の材質としては、例えば、アルミニウムが挙げられる。負極端子２２の材質としては、例えば、銅、ニッケルが挙げられる。なお、外装体１２の内部構造については、後述する。
図１および図２に示す例では、複数の蓄電セル１０が直列に接続されるように、隣り合う蓄電セル１０の正極端子１６および負極端子１８は、配線１７を介して接続されている。図示はしないが、蓄電デバイス１００の用途に応じて、複数の蓄電セル１０は、並列に接続されることもできる。
断熱部材２０は、図１〜図３に示すように、隣り合う蓄電セル１０の間に設けられている。断熱部材２０および蓄電セル１０は、交互に積層されているともいえる。図示の例では、断熱部材２０は、５つ設けられているが、蓄電セル１０の数に応じて、適宜変更することができる。断熱部材２０は、例えば接着剤を介して、蓄電セル１０の外装体１２に接着されている。
断熱部材２０の形状は、特に限定されないが、例えば板状である。断熱部材２０の厚みは、例えば、０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。断熱部材２０および蓄電セル１０の積層方向から見て、断熱部材２０の面積は、蓄電セル１０の面積より、同等以上であることが望ましい（図示の例では同等）。これにより、より効率的に蓄電セル１０間を断熱することができる。
断熱部材２０は、断熱性、絶縁性、および不燃性を備えることができる。具体的に断熱部材２０の材質としては、ポリウレタンやグラスウールが挙げられる。断熱部材２０の熱伝導率は、例えば、ポリウレタンなどの発泡系断熱材では０．０５Ｗ／ｍＫ以上０．０８Ｗ／ｍＫ以下であり、グラスウールなどの繊維系断熱材では０．０２Ｗ／ｍＫ以上０．０５Ｗ／ｍＫ以下である。
外郭部材３０は、図１に示すように、蓄電セル１０および断熱部材２０を包囲している。外郭部材３０の形態は、特に限定されず、例えば、粘着テープからなる外郭部材３０を蓄電セル１０等に巻きつけることによって、蓄電セル１０等を包囲していてもよいし、箱型のケース体からなる外郭部材３０内に蓄電セル１０等を収容することによって、蓄電セル１０等を包囲してもよい。
外郭部材３０として用いることのできる粘着テープは、粘着性および絶縁性を有し、さらに、放熱性を有することが望ましい。これにより、充放電時に発生する蓄電セル１０の熱を放熱することができ、蓄電セル１０の温度上昇を抑制することができる。粘着テープとしては、例えば、ポリエステルフィルムが挙げられる。
なお、図示はしないが、粘着テープによって包囲された蓄電セル１０等を、さらにアルミニウムなどからなるケース体に収容してもよい。
次に、蓄電セル１０の内部構造について説明する。図４は、図２に示す複数の蓄電セル１０のうちの１つを示す断面図あって、蓄電セル１０の（外装体１２の）内部構造を模式的に示す断面図である。以下では、一例として、蓄電セル１０がリチウムイオンキャパシタである場合について説明する。
蓄電セル１０は、図４に示すように、外装体１２に収容された電極積層体５および電解液（図示せず）を有する。図示の例では、電極積層体５および電解液は、第１ラミネートフィルム１２ａと第２ラミネートフィルム１２ｂとからなる外装体１２内に収容されている。
電極積層体５は、電解液に浸漬されている。電極積層体５は、正極１と、負極２と、リチウム極３と、セパレータ４と、を有する。正極１、負極２、リチウム極３、およびセパレータ４は、シート状の形状を有する。図示の例では、電極積層体５は、第１ラミネートフィルム１２ａの内側の底面から、リチウム極３、負極２、正極１、負極２、正極１、負極２、リチウム極３の順で積層され、極と極との間、および極とラミネートフィルムとの間にセパレータ４を介することによって構成されている。電極積層体５において、正極１および負極２は、それぞれ並列に接続されている。
なお、正極１および負極２の数は、特に限定されない。同様に、リチウム極３の数および設置場所も特に限定されない。また、電極積層体５の形態は、図４に示す例に限定されず、例えば、正極、負極、リチウム極、およびセパレータを重ねて積層シートを形成し、該積層シートを捲回させてなる捲回構造体でもよい。
正極１は、正極集電体１ａと、正極活物質層１ｂと、を有する。正極集電体１ａとしては、多孔性の金属箔を用いることができる。正極集電体１ａの材質としては、例えば、アルミニウム、ステンレスが挙げられる。正極集電体１ａの厚みは、例えば、１５μｍ以上５０μｍ以下である。正極集電体１ａは、正極リード６を介して、正極端子１６に接続されている。
正極活物質層１ｂは、正極集電体１ａに形成されている。図示の例では、正極活物質層１ｂは、正極集電体１ａの両面に形成されているが、片面にのみ形成されていてもよい。正極活物質層１ｂの厚みは、例えば、６０μｍ以上９０μｍ以下である。
正極活物質層１ｂは、正極活物質を含有している。正極活物質は、ヘキサフルオロホスフェート（ＰＦ６ −）や、テトラフルオロボレート（ＢＦ４ −）のようなアニオンを可逆的に担持できる物質である。より具体的には、正極活物質としては、活性炭、芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であるポリアセン系物質（ＰＡＳ）が挙げられる。
負極２は、負極集電体２ａと、負極活物質層２ｂと、を有する。負極集電体２ａとしては、多孔性の金属箔を用いることができる。負極集電体２ａの材質としては、例えば、銅、ステンレス、ニッケルが挙げられる。負極集電体２ａの厚みは、例えば、１０μｍ以上５０μｍ以下である。負極集電体２ａは、負極リード７を介して、負極端子１８に接続されている。
負極活物質層２ｂは、負極集電体２ａに形成されている。図示の例では、負活物質層２ｂは、負極集電体２ａの両面に形成されているが、片面にのみ形成されていてもよい。負極活物質層２４の厚みは、例えば、２０μｍ以上５０μｍ以下である。
負極活物質層２ｂは、負極活物質を含有している。負極活物質は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵できる物質である。より具体的には、負極活物質としては、黒鉛（グラファイト）、難黒鉛化炭素（ハードカーボン）、もしくはそれらの粉砕品が挙げられる。
リチウム極３は、リチウム極集電体３ａと、リチウム箔３ｂと、を有する。リチウム極集電体３ａとしては、多孔性の金属箔を用いることができる。リチウム極集電体３ａの材質としては、例えば、銅、ステンレスが挙げられる。リチウム極集電体３ａの厚みは、例えば、１０μｍ以上２００μｍ以下である。
リチウム箔３ｂは、例えば、リチウム極集電体３ａの一方の面に圧着されている。リチウム箔３ｂの材質は、リチウムである。リチウム箔３ｂは、リチウムイオンの供給源として機能することができる。すなわち、リチウム極集電体３ａと負極集電体２ａとを負極リード７を介して接続させて短絡させることにより、リチウム箔３ｂは、電解液に溶解してリチウムイオンとなることができる。そして、リチウムイオンは、電気化学的に電解液を介して負極活物質層２ｂにドープ（「プレドープ」ともいえる）される。その結果、負極２の電位を下げることができる。リチウム箔３ｂの厚みは、例えば、５０μｍ以上３００μｍ以下である。
なお、リチウム箔３ｂは、プレドープによって、例えば完全に電解液に溶解するが、図示の例では、便宜上、電解液の図示を省略し、電解液に溶解する前のリチウム箔３ｂを図示している。
電解液としては、リチウム塩を電解質とする非プロトン性有機溶媒電解質溶液を用いる。非プロトン性有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、塩化メチレン、スルホランなどが挙げられる。これらの溶媒は、単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。リチウム塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎなどが挙げられる。
本実施形態に係る蓄電デバイス１００は、例えば、以下の特徴を有する。
蓄電デバイス１００によれば、隣り合う蓄電セル１０の間に、断熱部材２０が設けられている。これにより、積層された複数の蓄電セル１０間の伝熱を抑制することができる。そのため、積層された蓄電セルのうち中央部に配置された蓄電セルが、隣接して配置された蓄電セルの発熱によって温度上昇することを抑制することができ、蓄電セル１０間の温度差を小さくする（均一化する）ことができる。その結果、蓄電セル１０間の電圧の差を小さくすることができる。したがって、蓄電デバイス１００は、高い信頼性を有することができる。
例えば、蓄電セルの外装体として、アルミニウムを含むラミネートフィルム（アルミラミネートフィルム）が用いられるが、特に、アルミラミネートフィルムは放熱性が高く、蓄電セル間で伝熱が起こりやすい。蓄電デバイス１００によれば、このようなアルミラミネートフィルムを外装体１２として用いたとしても、断熱部材２０により、蓄電セル１０間の伝熱を抑制することができる。
蓄電デバイス１００によれば、断熱部材２０によって蓄電セル１０間は物理的に隔離されている。そのため、仮に、過充電により１つの蓄電セル１０の温度が上昇し、安全弁（図示せず）が作動して蓄電セル１０内部の電解液が噴出したとしても、電解液が噴出した蓄電セル１０が、他の蓄電セル１０に及ぼす影響を小さくすることができる。電解液が噴出した蓄電セルは、非常に高温（１５０℃程度）となるが、例えば、蓄電セル同士が密着している形態では、高温となった蓄電セルおよび電解液によって隣接する蓄電セルの温度が上昇し、連鎖的に蓄電セルの破壊が発生する場合がある。本実施形態に係る蓄電デバイス１００では、このような問題を回避することができる。また、蓄電デバイス１００によれば、中央部に配置された蓄電セル１０の温度上昇を抑制することができるので、仮に、安全弁が動作して電解液が噴出したとしても噴出量を少なくすることができ、かつ電解液の温度を低くすることができる。そのため、例えば、電解液を吸収させるための部材が不要となり、その分、小型化を図ることができる。
なお、断熱部材を設けず、隣り合う蓄電セルの間の距離を大きくすることにより、蓄電セル間の断熱を図ることも想定される。しかしながら、このような形態では、蓄電セルの間の距離が大きくなるため蓄電デバイスの小型化が困難となり、さらに、外力に対する耐震性が低下してしまう。本実施形態に係る蓄電デバイス１００では、断熱部材２０によって、小型化および耐震性の向上をも図ることができる。すなわち、断熱部材２０は、緩衝材としての機能を有することもできる。
２． 変形例
２．１． 第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係る蓄電デバイス２００について、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態の第１変形例に係る蓄電デバイス２００を模式的に示す斜視図である。図６は、本実施形態の第１変形例に係る蓄電デバイス２００を模式的に示す断面図であって、図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。なお、図５では、便宜上、外郭部材３０を透視して図示しており、さらに外装体１２を簡略化して図示している。また、図５では、便宜上、２つの蓄電セル１０について図示している。また、図６では、便宜上、外郭部材３０、および外装体１２内に収容される正極や負極等を省略して図示している。
２．１． 第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係る蓄電デバイス２００について、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態の第１変形例に係る蓄電デバイス２００を模式的に示す斜視図である。図６は、本実施形態の第１変形例に係る蓄電デバイス２００を模式的に示す断面図であって、図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。なお、図５では、便宜上、外郭部材３０を透視して図示しており、さらに外装体１２を簡略化して図示している。また、図５では、便宜上、２つの蓄電セル１０について図示している。また、図６では、便宜上、外郭部材３０、および外装体１２内に収容される正極や負極等を省略して図示している。
以下、本実施形態の第１変形例に係る蓄電デバイス２００において、本実施形態に係る蓄電デバイス１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
蓄電デバイス２００は、図５および図６に示すように、放熱板４０と、ヒートシンク５０と、を有する。
放熱板４０は、蓄電セル１０と断熱部材２０との間に設けられている。図６に示す例では、放熱板４０は、さらに端部に配置された蓄電セル１０の外側に設けられている。したがって、複数の蓄電セル１０の各々は、放熱板４０と断熱部材２０とに挟まれて設けられている。
放熱板４０は、例えば接着剤によって、蓄電セル１０の外装体１２に接着されている。接着剤としては、例えば、粘着性および熱伝熱率が高く、熱抵抗の低い、アクリル系熱伝導シートを用いることができる。放熱板４０と断熱部材２０との間の接合方法は、特に限定されないが、上記のアクリル系熱伝導シートによって接着されていてもよい。
放熱板４０形状は、板状であり、その厚みは、例えば、０．２ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。放熱板４０としては、熱伝導率の高い材料を用いることができる。具体的に放熱板４０の材質としては、アルミニウム、銅が挙げられる。
ヒートシンク５０は、複数の放熱板４０と接合されている。図６に示す例では、ヒートシンク５０は、全ての放熱板４０と接合されている。これにより、複数の放熱板４０を熱的に連結することができる。そのため、熱によって、例えば１つの蓄電セルのみが劣化することを抑制しつつ、蓄電デバイス２００全体を冷却することができる。蓄電セル１０において発生した熱は、放熱板４０によって蓄電セル１０の積層方向と直交する方向に伝わり、ヒートシンク５０から放熱されることができる。
ヒートシンク５０と放熱板４０との接合は、特に限定されないが、例えば、予め、ヒートシンク５０および放熱板４０に複数の穴（図示せず）を設け、ヒートシンク５０の穴と放熱板４０の穴とが重なるように両者を配置したのち、該穴径（直径）より外径の大きいノックピン（図示せず）を圧入することにより行うことができる。ノックピンは、塑性変形しながら穴に挿入されるため、ノックピンと穴との間に空隙が生じず、ヒートシンク５０と放熱板４０と間の熱抵抗を小さくすることができる。これにより、放熱板４０から伝わった熱を、効率よくヒートシンク５０から放熱することができる。さらに、ヒートシンク５０と放熱板４０との間にシリコングリスを塗って、熱抵抗を小さくしてもよい。
ヒートシンク５０は、突出部５２を有することができる。これにより、ヒートシンク５０の表面積を大きくすることができ、放熱性を向上することができる。ヒートシンク５０としては、熱伝導率の高い材料を用いることができる。具体的にヒートシンク５０の材質としては、アルミニウム、銅が挙げられる。
なお、図示はしないが、ヒートシンク５０は、複数設けられていてもよい。このような形態においても、複数の蓄電セル１０における温度の均一性を考慮し、複数のヒートシンク５０の各々が全ての放熱板４０と接合するように、ヒートシンク５０を配置することが望ましい。また、図示はしないが、ヒートシンク５０は、外郭部材３０内に収容されていてもよい。
蓄電デバイス２００によれば、放熱板４０およびヒートシンク５０を設けることにより、例えば蓄電デバイス１００に比べて、放熱性を向上させることができる。さらに、ヒートシンク５０によって、複数の放熱板４０を熱的に連結することができる。そのため、熱によって、例えば１つの蓄電セルのみが劣化することを抑制しつつ、蓄電デバイス２００全体を冷却することができる。
２．２． 第２変形例
次に、本実施形態の第２変形例に係る蓄電デバイス３００について、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施形態の第２変形例に係る蓄電デバイス３００を模式的に示す斜視図である。図８は、本実施形態の第２変形例に係る蓄電デバイス３００を模式的に示す断面図であって、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。なお、図７では、便宜上、外郭部材３０を透視して図示しており、さらに外装体１２を簡略化して図示している。また、図７では、便宜上、２つの蓄電セル１０について図示している。また、図８では、便宜上、外郭部材３０、および外装体１２内に収容される正極や負極等を省略して図示している。
次に、本実施形態の第２変形例に係る蓄電デバイス３００について、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施形態の第２変形例に係る蓄電デバイス３００を模式的に示す斜視図である。図８は、本実施形態の第２変形例に係る蓄電デバイス３００を模式的に示す断面図であって、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。なお、図７では、便宜上、外郭部材３０を透視して図示しており、さらに外装体１２を簡略化して図示している。また、図７では、便宜上、２つの蓄電セル１０について図示している。また、図８では、便宜上、外郭部材３０、および外装体１２内に収容される正極や負極等を省略して図示している。
以下、本実施形態の第２変形例に係る蓄電デバイス３００において、本実施形態の第１変形例に係る蓄電デバイス２００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
蓄電デバイス２００の例では、図５および図６に示すように、複数の蓄電セル１０の各々は、断熱部材２０と放熱板４０とに挟まれていた。これに対して、蓄電デバイス３００では、図７および図８に示すように、複数の蓄電セル１０の各々は、２つの放熱板４０に挟まれて設けられている。断熱部材２０も、２つの放熱板４０に挟まれて設けられている。
蓄電デバイス３００によれば、例えば蓄電デバイス２００に比べて、蓄電セル１０と放熱板４０との接触面積を大きくすることができる。そのため、いっそう放熱性を向上させることができ、温度上昇を抑制することができる。
２．３． 第３変形例
次に、本実施形態の第３変形例に係る蓄電デバイス４００について、図面を参照しながら説明する。図９は、本実施形態の第３変形例に係る蓄電デバイス４００を模式的に示す斜視図である。なお、図９では、便宜上、外郭部材３０を透視して図示しており、さらに外装体１２を簡略化して図示している。また、図９では、便宜上、２つの蓄電セル１０について図示している。
次に、本実施形態の第３変形例に係る蓄電デバイス４００について、図面を参照しながら説明する。図９は、本実施形態の第３変形例に係る蓄電デバイス４００を模式的に示す斜視図である。なお、図９では、便宜上、外郭部材３０を透視して図示しており、さらに外装体１２を簡略化して図示している。また、図９では、便宜上、２つの蓄電セル１０について図示している。
以下、本実施形態の第３変形例に係る蓄電デバイス４００において、本実施形態の第２変形例に係る蓄電デバイス３００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
蓄電デバイス４００では、図９に示すように、冷却ファン６０を有する。冷却ファン６０の位置は、特に限定されないが、例えば、ヒートシンク５０に接続されている。これにより、冷却ファン６０は、ヒートシンク５０の突出部５２全体に空気を送風することができる。その結果、ヒートシンク５０は、効率よく放熱することができる。
３． 実施例
以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によってなんら限定されるものではない。
以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によってなんら限定されるものではない。
３．１． 蓄電デバイスの構成
以下のとおり、実施例１、実施例２、および比較例１に係る蓄電デバイスを用意した。
以下のとおり、実施例１、実施例２、および比較例１に係る蓄電デバイスを用意した。
実施例１としては、図７〜図８に示す蓄電デバイス３００を用いた。すなわち、直列に接続された蓄電セル１０を６つ積層させ、蓄電セル１０の間に断熱部材２０（イノアック社製「ＰＥライト」）を配置した。さらに、蓄電セル１０を挟むように、放熱板４０（厚み０．５ｍｍのアルミ板）を配置した。蓄電セル１０と放熱板４０との接合、および放熱板４０と断熱部材２０との接合は、接着剤（３Ｍ社製「熱伝導シート」）によって行った。そして、蓄電セル１０、断熱部材２０、および放熱板４０を外郭部材３０（寺岡製作所社製「ポリエステルフィルムテープ」）によって包囲した後、図示せぬアルミ板（厚み２ｍｍ）で外装部材３を挟んだ。さらに、放熱板４０にヒートシンク５０（ＡＢＬ社製「ヒートシンク」）を接合した。放熱板４０とヒートシンク５０との接合は、ノックピン（ミスミ社製「ノックピン」）を用いて行った。
蓄電セル１０としては、１０枚の正極と１１枚の負極とをセパレータを介して交互に積層させ、正極および負極の積層体をリチウム極で挟んだリチウムイオンキャパシタを用いた。正極集電体の材質としてはアルミ材を用い、正極活物質の材質としては活性炭を用いた。負極集電体の材質としては銅材を用い、負極活物質の材質としてはハードカーボンを用いた。リチウム極集電体の材質としては、銅材を用いた。電解液としては、１Ｍ−ＬｉＰＦ６のリチウム塩を含むプロピレンカーボネート溶媒を用いた。また、外装体１２としては、アルミラミネートフィルムを用いた。
実施例２としては、図９に示す蓄電デバイス４００を用いた。すなわち、実施例１のヒートシンク５０に冷却ファン６０を接続して、実施例２とした。
比較例１としては、図１０に示す蓄電デバイス１０００を用いた。すなわち、実施例１において、断熱部材２０およびヒートシンク５０を有さず、蓄電セル１０の間の放熱板４０を１枚にした形態を、比較例１とした。なお、図１０は、比較例１の蓄電デバイス１０００を模式的に示す断面図であり、図１０の蓄電セル１０１０および放熱板１０４０は、それぞれ、蓄電セル１０および放熱板４０に対応している。
３．２． 充放電試験
実施例１，２および比較例１について、２２．８Ｖから１３．２Ｖ間で５０Ａで定電流充放電を繰り返し、６つの蓄電セルの各々の温度を調査した。
実施例１，２および比較例１について、２２．８Ｖから１３．２Ｖ間で５０Ａで定電流充放電を繰り返し、６つの蓄電セルの各々の温度を調査した。
図１１〜図１３は、充放電時の温度特性を示すグラフであり、図１１は、実施例１の結果を示しており、図１２は、実施例２の結果を示しており、図１３は、比較例１の結果を示している。
なお、図１１〜図１３では、積層された６つの蓄電セルにおいて、端から順に、「セル１」、「セル２」、・・・、「セル６」と命名している。すなわち、「セル１」および「セル６」は、積層された６つの蓄電セルにおいて端に位置する蓄電セルである。このことは、後述する図１４および図１５においても同様である。
また、図１１〜図１３において、「セル間温度差」とは、最大温度となった蓄電セルの温度から、最小温度となった蓄電セルの温度を引いたものである。
図１１〜図１３に示すように、実施例１，２は、比較例１に比べて、蓄電セル間の温度差が小さかった。さらに、実施例１，２は、蓄電セルの温度自体も比較例１に比べて小さかった。
以上のより、蓄電セルの間に断熱部材を設けることにより、蓄電セル間の温度差を小さくできることがわかった。さらに、ヒートシンクを設けることにより、蓄電セルの温度を小さくできることがわかった。
３．３． 過充電試験
実施例１および比較例１について、過充電を行い、６つの蓄電セルの各々の電圧、蓄電デバイス全体の電圧、充電電流、および端に配置された蓄電セル（セル１，６）の温度を調査した。なお、過充電は、５０Ａおよび３０Ｖの定電流定電圧にて行った。
実施例１および比較例１について、過充電を行い、６つの蓄電セルの各々の電圧、蓄電デバイス全体の電圧、充電電流、および端に配置された蓄電セル（セル１，６）の温度を調査した。なお、過充電は、５０Ａおよび３０Ｖの定電流定電圧にて行った。
図１４および図１５は、過放電時の電圧、電流、および温度を示すグラフであり、図１４は、実施例１の結果を示しており、図１５は、比較例１の結果を示している。
実施例１は、図１４に示すように、過充電を３時間行っても、壊れることなく、温度上昇も殆ど確認できなかった。これに対し、比較例１は、図１５に示すように、２５分程度でセルが壊れてしまい、温度も急激に上昇した。
以上より、実施例１は、比較例１に比べて、過充電時における信頼性が高いことがわかった。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
１ 正極、１ａ 正極集電体、１ｂ 正極活物質層、２ 負極、２ａ 負極集電体、
２ｂ 負極活物質層、３ リチウム極、３ａ リチウム極集電体、３ｂ リチウム箔、
４ セパレータ、５ 電極積層体、６ 正極リード、７ 負極リード、１０ 蓄電セル、
１２ 外装体、１２ａ 第１ラミネートフィルム、１２ｂ 第２ラミネートフィルム、
１３ 第１扁平面、１４ 第２扁平面、１６ 正極端子、１７ 配線、１８ 負極端子、
２０ 断熱部材、３０ 外郭部材、４０ 放熱板、５０ ヒートシンク、５２ 突出部、
６０ 冷却ファン、１００〜４００ 蓄電デバイス
２ｂ 負極活物質層、３ リチウム極、３ａ リチウム極集電体、３ｂ リチウム箔、
４ セパレータ、５ 電極積層体、６ 正極リード、７ 負極リード、１０ 蓄電セル、
１２ 外装体、１２ａ 第１ラミネートフィルム、１２ｂ 第２ラミネートフィルム、
１３ 第１扁平面、１４ 第２扁平面、１６ 正極端子、１７ 配線、１８ 負極端子、
２０ 断熱部材、３０ 外郭部材、４０ 放熱板、５０ ヒートシンク、５２ 突出部、
６０ 冷却ファン、１００〜４００ 蓄電デバイス
Claims (6)
- 正極、負極、および電解液が収容された外装体を有する蓄電セルが、複数積層された蓄電デバイスであって、
隣り合う前記蓄電セルの間に設けられた断熱部材を含む、蓄電デバイス。 - 請求項１において、
前記外装体は、ラミネートフィルムである、蓄電デバイス。 - 請求項１または２において、
前記蓄電セルと前記断熱部材とは、交互に積層されている、蓄電デバイス。 - 請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記蓄電セルと前記断熱部材との間に配置された放熱板を、さらに含む、蓄電デバイス。 - 請求項４において、
前記放熱板と接続されたヒートシンクを、さらに含む、蓄電デバイス。 - 請求項５において、
前記ヒートシンクを冷却するための冷却部を、さらに含む、蓄電デバイス。
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