TWI719050B - 蓄電裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種蓄電裝置1，其特徵係將第一外裝材10之第一熱可塑性樹脂層15與第二外裝材20之第二熱可塑性樹脂層25互相對向，並融著第一熱可塑性樹脂層15與第二熱可塑性樹脂層25而成熱密封部32，藉由該熱密封部之包圍，形成具有第一內側導通部42及第二內側導通部52於室內相面對之電池要素室33之外裝體31；與電解質一同封入電池要素室33內之電池要素，其正極要素41係由第一內側導通部42導通且負極要素51係由第二內側導通部52導通；且在外裝體31之外面，設置有複數個導通第一外裝材10之第一金屬箔11的第一外側導通部43及複數個導通第二外裝材20之第二金屬箔21的第二外側導通部53。

Description

蓄電裝置
本發明係關於一種作為行動用蓄電池、車載用蓄電池、再生能源回收用之蓄電池、蓄電器(電容器)、全固態電池等使用之由層壓材外裝之蓄電裝置。
近年來，伴隨智慧型手機或平板電腦終端等之攜帶機器的薄型輕量化，作為此等設備所搭載之鋰離子蓄電池或鋰聚合物蓄電池之外裝材，目前正使用於金屬箔層之兩面貼合樹脂薄膜所成層壓外裝材以取代傳統之金屬罐。此外，電動汽車用之電源或蓄電用之大型電池或電容器等之蓄電裝置中，亦使用由層壓外裝材所製作之外裝體。
此等之蓄電裝置，係在從外裝體拉出與正極及負極接合之接片的狀態下，藉由將層壓外裝材之內側的樹脂層互相熱密封接合，從而使電極密封於外裝體內，以接片進行電授受。若使如此之構造的蓄電裝置高容量化，則電流會集中於接片導致熱容易積蓄，有局部性發熱導致安全性降低之虞。此外，由於電極反應係以接片之連接位置作為起點擴散，故在重複放充電之間，接近接片之部分會有反應導致構造變化之活性物質或反應生成物分布不均之情形，從而使此等之分布不均成為裝置劣化快速之原 因。
對於上述之局部性發熱，在專利文獻1中，提案一種蓄電裝置，其藉由在電極接合複數組之接片分散電流，從而抑制1個接片之發熱量。前述專利文獻1，係對於蓄電裝置之大型化所伴隨接片之發熱，於段落〔0011〕中指摘「雖有使用接片加厚加寬之方法者，但此時，有接片部位之密封性(密封性)劣化之虞」，因此採用使用複數組之傳統尺寸之接片的構造。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本特許第5618010號公報
然而，雖然根據專利文獻1所記載之蓄電裝置，可避免因接片之厚化及大型化所導致之密封性降低，但接片之拉出部分與層壓外裝材相互間直接接合之部分相比，密封性較差之點並未改變，使用複數組之接片會使密封性劣化之位置增加。
本發明係鑒於上述技術背景，目的在於提供一種蓄電裝置， 其可抑制因電極反應導致之反應生成物的分布不均，且可保持高密封性。
亦即，本發明係具有下述〔1〕~〔5〕所記載之構成。
〔1〕一種蓄電裝置，其特徵係具備：第一外裝材，係第一金屬箔之一側的面貼合第一耐熱性樹脂層，另一側的面貼合第一熱可塑性樹脂層，且於前述第一熱可塑性樹脂層側之面上具有導通第一金屬箔之第一內側導通部；第二外裝材，係第二金屬箔之一側的面貼合第二耐熱性樹脂層，另一側的面貼合第二熱可塑性樹脂層，且於前述第二熱可塑性樹脂層側之面上具有導通第二金屬箔之第二內側導通部；及電池要素，其具有：含有正極活性物質之正極要素、含有負極活性物質之負極要素、配置於此等之間之隔板、及電解質；且前述蓄電裝置係將前述第一外裝材之第一熱可塑性樹脂層與第二外裝材之第二熱可塑性樹脂層互相對向，並融著第一熱可塑性樹脂層與第二熱可塑性樹脂而成熱密封部，藉由該熱密封部之包圍，形成具有第一內側導通部及第二內側導通部於室內相面對之電池要素室之外裝體；前述電池要素室內所封入之電池要素，正極要素係由第一內側導通部導通且負極要素係由第二內側導通部導通；且在前述外裝體之外面，設置有複數個導通前述第一金屬箔之第一外側導通部及複數個導通前述第二金屬箔之第二外側導通部。
〔2〕如前項1所記載之蓄電裝置，其中，前述外裝體之平面視中，前述複數個之第一外側導通部係設置在相對於前述正極要素之中心為對稱之位置上，複數個之第二外側導通部係設置在前述負極要素之中 心為對稱之位置上者。
〔3〕一種蓄電裝置，其特徵係具備：第一外裝材，係第一金屬箔之一側的面貼合第一耐熱性樹脂層，另一側的面貼合第一熱可塑性樹脂層，且於前述第一熱可塑性樹脂層側之面上具有導通第一金屬箔之第一內側導通部；第二外裝材，係第二金屬箔之一側的面貼合第二耐熱性樹脂層，另一側的面貼合第二熱可塑性樹脂層，且於前述第二熱可塑性樹脂層側之面上具有導通第二金屬箔之第二內側導通部；及電池要素，其具有：含有正極活性物質之正極要素、含有負極活性物質之負極要素、配置於此等之間之隔板、及電解質；且前述蓄電裝置係將前述第一外裝材之第一熱可塑性樹脂層與第二外裝材之第二熱可塑性樹脂層互相對向，並融著第一熱可塑性樹脂層與第二熱可塑性樹脂層而成熱密封部，藉由該熱密封部之包圍，形成具有第一內側導通部及第二內側導通部於室內相面對之電池要素室之外裝體；前述電池要素室內所封入之電池要素，正極要素係由第一內側導通部導通且負極要素係由第二內側導通部導通；且在前述外裝體之外面，導通前述第一金屬箔之環形的第一外側導通部係沿著前述正極要素之邊緣設置，導通前述第二金屬箔之環形的第二外側導通部係沿著前述負極要素之邊緣設置。
〔4〕如前項1~3中任一項所記載之蓄電裝置，其中，前述第一外側導通部及第二外側導通部係設置在熱密封部上。
〔5〕如前項1~3中任一項所記載之蓄電裝置，其中，前 述第一外側導通部係設置在第一耐熱性樹脂層側之面，或者前述第二外側導通部係設置在第二耐熱性樹脂層側之面，抑或前述第一外側導通部設置在第一耐熱性樹脂層側之面且前述第二外側導通部設置在第二耐熱性樹脂層側之面。
根據上述〔1〕所記載之蓄電裝置，其係在外裝體之電池要素室內，由第一金屬箔之第一外側導通部及第二金屬箔之第二內側導通部導通電池要素，且外裝體之外面中第一金屬箔之第一外側導通部及第二金屬箔之第二外側導通部成為集電部而進行與外部之電授受。不須為了進行電授受而使用接片，熱密封部係由在全周將第一熱可塑性樹脂層與第二熱可塑性樹脂層互相直接接合而成，故具有高密封性。此外，由於具有複數個第一外側導通部及複數個第二外側導通部，故對於電池要素中集電部之遠近差會縮小，從而抑制電極反應所導致構造變化之活性物質或反應生成物的分布不均，最終可抑制蓄電裝置的劣化。進一步，藉由設置複數個第一外側導通部及複數個第二外側導通部，流動於集電部之電流會分散而可迴避局部性發熱。
根據上述〔2〕所記載之蓄電裝置，由於複數個第一外側導通部係相對於正極要素之中心為對稱位置設置，複數個第二外側導通部係相對於前述負極要素之中心為對稱位置設置，故縮小對於電池要素中從第一外側導通部及第二外側導通部的遠近差有很大之效果。
根據上述〔3〕所記載之蓄電裝置，其係在外裝體之電池要 素室內，由第一金屬箔之第一外側導通部及第二金屬箔之第二內側導通部導通電池要素，且外裝體之外面中第一金屬箔之第一外側導通部及第二金屬箔之第二外側導通部成為集電部而進行與外部之電授受。不須為了進行電授受而使用接片，熱密封部係由在全周將第一熱可塑性樹脂層與第二熱可塑性樹脂層互相直接接合而成，故具有高密封性。此外，第一外側導通部及第二外側導通部係沿著電池要素之邊緣的環形，由於係從全周進行集電，故對於電池要素中從集電部之遠近差會縮小，從而抑制電極反應所導致構造變化之活性物質或反應生成物的分布不均，最終可抑制蓄電裝置的劣化。
根據上述〔4〕所記載之蓄電裝置，由於係將第一外側導通部及第二外側導通部設置於熱密封部上，故即使第一外側導通部或第二外側導通部破損亦不會有液漏之虞，安全性高。
根據上述〔5〕所記載之蓄電裝置，由於前述第一外側導通部及第二外側導通部中至少一者係設置在構成原來外裝體之外面的第一耐熱性樹脂層側之面或第二耐熱性樹脂層側之面上，故可減少特別之組裝或加工。
1、2、3、4‧‧‧蓄電裝置
10‧‧‧第一外裝材
11‧‧‧第一金屬箔
13‧‧‧第一耐熱性樹脂層
15‧‧‧第一熱可塑性樹脂層
20‧‧‧第二外裝材
21‧‧‧第二金屬箔
23‧‧‧第二耐熱性樹脂層
25‧‧‧第二熱可塑性樹脂層
30‧‧‧隔板
31、34、35、36‧‧‧外裝體
32‧‧‧熱密封部
33‧‧‧電池要素室
41‧‧‧正極要素(正極活性物質部)
42‧‧‧第一內側導通部
43、45、46、47‧‧‧第一外側導通部
44‧‧‧下塗層
51‧‧‧負極要素(負極活性物質部)
52‧‧‧第二內側導通部
53、55、56、57‧‧‧第二外側導通部
【圖1A】本發明之蓄電裝置之一實施形態的平面圖。
【圖1B】圖1A之蓄電裝置的底面圖。
【圖1C】圖1A中1C-1C線斷面視圖。
【圖2】構成圖1A之蓄電裝置之外裝體的第一外裝材及第二外裝材的斷面圖。
【圖3】使用圖2之外裝材的正極部材及負極部材的斷面圖。
【圖4】本發明之蓄電裝置之其他實施形態的平面圖。
【圖5】本發明之蓄電裝置之另一其他實施形態的平面圖。
【圖6】本發明之蓄電裝置之另一其他實施形態的平面圖。
圖1A~1C、4、5、6表示本發明之蓄電裝置的4例之實施形態。
以下之說明中，附有相同符号之元件係表示相同之物或同等物，省略重複說明。
〔構成外裝體之外裝材〕
圖2係表示構成各蓄電裝置1、2、3、4之外裝體31、34、35、36的第一外裝材10及第二外裝材20之積層構造及導通部的形成例。
第一外裝材10係第一金屬箔11之一側的面藉由接著劑層12與第一耐熱性樹脂層13貼合，另一側的面藉由接著劑層14與第一熱可塑性樹脂層15貼合。前述耐熱性樹脂層13側的面，係形成有不具第一耐熱性樹脂層13及接著劑層12且露出第一金屬箔11而導通第一金屬箔11之導通部16。前述第一熱可塑性樹脂層15側的面，係形 成有不具第一熱可塑性樹脂層15及接著劑層14且露出第一金屬箔11之導通部17。外裝體31、34、35、36中，前述第一熱可塑性樹脂層15側之導通部17係不論外裝體31、34、35、36之形態而存在至少一個，且成為面對電極要素室內之第一內側導通部。此外，具有第2個導通部17時係成為外裝體外面之第一外側導通部。另一方面，第一耐熱性樹脂層13側之導通部16係藉由外裝體31、34、35、36之形態而有存在之情形及不存在之情形，存在之情形係成為形成於外裝體31、34、35、36之外面的第一外側導通部。
相同地，第二外裝材20係第二金屬箔21之一側的面藉由接著劑層22與第二耐熱性樹脂層23貼合，另一側的面藉由接著劑層24與第二熱可塑性樹脂層25貼合。前述耐熱性樹脂層23側的面，係形成有不具第二耐熱性樹脂層23及接著劑層22且露出第二金屬箔21而導通第二金屬箔21之導通部26。前述第二熱可塑性樹脂層25側的面，係形成有不具第二熱可塑性樹脂層25及接著劑層24且露出第二金屬箔21之導通部27。外裝體31、34、35、36中，前述第二熱可塑性樹脂層25側之導通部27係不論外裝體31、34、35、36之形態而存在至少一個，且成為面對電極要素室內之第二內側導通部。此外，具有第2個導通部27時係成為外裝體31、34、35、36之外面的第二外側導通部。另一方面，第二耐熱性樹脂層23側之導通部26係藉由外裝體之形態而有存在之情形及不存在之情形，存在之情形係成為形成於外裝體31、34、35、36之外面的第二外側導通部。
本發明中係將導通部16、17、26、27導通第一金屬 箔11或第二金屬箔21作為要件，露出第一金屬箔11或第二金屬箔21並非要件。例如，接著劑層12、14、22、24係由導電性接著劑所形成時，即使露出第一金屬箔11或第二金屬箔21上之接著劑層12、14、22、24，亦可形成導通部。
前述導通部16，17可於第一外裝材10之任意位置上形成任意形狀。第二外裝材20之導通部26，27亦同。
導通部可由以下之方法形成。又，本發明並未限定包含導通部之形成方法的第一外裝材10及第二外裝材20之製造方法，以下僅為導通部形成方法之一例。
(1)藉由習知的方法，以接著劑將耐熱性樹脂層、金屬箔層、熱可塑性樹脂層貼合，並照射雷射從而燒灼去除樹脂層及接著劑層。
(2)在金屬箔上塗佈接著劑時，對於形成導通部之部分不塗佈接著劑而形成未塗佈部，並與耐熱性樹脂層或熱可塑性樹脂層貼合。之後，切除未塗佈部上之樹脂層。
(3)在金屬箔形成導通部之部分貼上遮蔽膠帶，塗佈接著劑並與耐熱性樹脂層或熱可塑性樹脂層貼合。之後，將樹脂層及接著劑連同遮蔽膠帶去除。
〔蓄電裝置〕
本發明之蓄電裝置，將第一外裝材10之第一熱可塑性樹脂層15與第二外裝材20之第二熱可塑性樹脂層25互相對向，並融著第一熱可塑性樹脂層15與第二熱可塑性樹脂層25而成熱密封部，藉由該熱密封部之包圍，形成具有第一內側導通部及第二內側導通部於室內相面 對之電池要素室之外裝體，電池要素室內中，電池要素之正極要素導通第一內側導通部且負極要素導通第二內側導通部。此外，外裝體之外面係具有導通第一金屬箔之第一外側導通部及導通第二金屬箔之第二外側導通部。亦即，本發明之蓄電裝置，第一外裝材之第一金屬箔係作為正極用導體或正極發揮機能且第二外裝材之第二金屬箔係作為負極用導體發揮機能，設置在外裝體之外面進行電授受之第一外側導通部及第二外側導通部為共通者。以下所詳述之複數之蓄電裝置係第一外側導通部及第二外側導通部之數量、位置、形狀相異。
又，圖1C，係省略接著劑層12、14、22、24之圖式，僅表示第一耐熱性樹脂層13、第二耐熱性樹脂層23、第一金屬箔11、第二金屬箔層21、第一熱可塑性樹脂層15、第二熱可塑性樹脂層25之圖式。
(第一蓄電裝置)
圖1A~圖1C之蓄電裝置1，係由圖3所示之正極部材40及負極部材50、隔板30及電解質一同組裝而成者，且該圖3所示之正極部材40及負極部材50係將下塗層44與正極要素41及負極要素51組入前述第一外裝材10及第二外裝材20與而製作。前述蓄電裝置1，係由前述正極部材40及負極部材50形成外裝體31，並將個別之金屬箔11、21作為正極及負極利用之薄型裝置。又，正極要素41、負極要素51、電解質、隔板30係電池要素之最小構成。
前述正極部材40係四角形，第一外裝材10之第一熱可塑性樹脂層15側的面於中央具有四角形之導通部17，對於此導通部17 塗佈下塗層44及作為正極要素之正極活性物質部41，從而在第一可塑性樹脂層15側的面露出正極活性物質部41。前述導通部17在蓄電裝置1中係第一內側導通部42。另一方面，第一耐熱性樹脂層13側的面，係形成有與各邊平行之4個導通部16。前述各導通部16在蓄電裝置1中係第一外側導通部43。前述第一外側導通部43係設置為較反面之正極活性物質部41更外側者。
前述負極部材50係與正極部材40相同尺寸之四角形，第二外裝材20之第二熱可塑性樹脂層25側的面於中央具有四角形之導通部27，對於此導通部27塗佈下塗層44及作為負極要素之負極活性物質部51，從而在第二熱可塑性樹脂層25側的面露出負極活性物質部51。前述導通部27在蓄電裝置1中係第二內側導通部52。另一方面，第二耐熱性樹脂層23側的面，係形成有與各邊平行之4個導通部26。前述各導通部26在蓄電裝置1中係第二外側導通部53。前述第二外側導通部53係設置為較反面之負極活性物質部51更外側者。又，雖本發明之蓄電裝置之正極部材及負極部材為四角形，但並未限定為同尺寸，形成圓形或橢圓形等任意之形狀者亦適用。
前述正極部材40，例如，製作圖2之第一外裝材10，可藉由在其導通部17塗佈下塗層44及正極活性物質而製作。此外，其他製作方法，可例示為：在第一金屬箔11之所要部分塗佈下塗層44及正極活性物質而形成正極活性物質部41，以黏著膠帶等遮蔽正極活性物質部41之表面並形成接著劑層14而與熱可塑性樹脂層15貼合後，在正極活性物質部41上之熱可塑性樹脂層15置入切口，將熱可塑性樹脂層 15與接著劑層14及黏著膠帶一同去除，從而露出正極活性物質部41之方法。前述負極部材50亦可藉由與正極部材相同之手段而製作。又，本發明之蓄電裝置並非限定正極部材40及負極部材50之製造方法者，藉由其他方法製作之正極部材40及負極部材50亦適用。
前述蓄電裝置1，係藉由將前述正極部材40之正極活性物質部41與負極部材50之負極活性物質部51包夾隔板30且注入電解質，並將正極部材40之第一熱可塑性樹脂層15與負極部材50之第二熱可塑性樹脂層15熱密封接合而形成熱密封部32，從而製作者。前述隔板30係較正極活性物質部41及負極活性物質部51為大，隔板30之周緣係與第一熱可塑性樹脂層15及第二熱可塑性樹脂層25融著而一同形成為熱密封部32之一部分。前述正極活性物質部41及負極活性物質部51係對應本發明之蓄電裝置中正極要素及負極要素，此等與隔板30(周緣之融著部分以外)所占空間係對應電池要素室33。此外，外裝體31之平面視中，正極活性物質部41及負極活性物質部51係與電池要素室33相同尺寸。
前述蓄電裝置1，在外裝體31之外面係4個第一外側導通部43及4個第二外側導通部53成為集電部而進行與外部之電授受。如此之於複數位置進行電授受，可分散電流而使流動於1個第一外側導通部43及1個第二外側導通部53之電流縮小，從而可迴避局部性發熱。
此外，由於電極反應係以集電部為起點擴散，活性物質對於電極反應之貢獻頻度係愈接近集電部愈高。因此，重複放充電時，一方面接近集電部之部分會增加電極反應所導致構造變化之活性物質或電解質之 反應生成物，而遠離集電部之部分的活性物質無法充分活用於電極反應。構造變化之活性物質或電解質之反應生成物係裝置之劣化原因，此等之分布不均將加速劣化。在前述蓄電裝置1中，藉由沿著四角形之正極活性物質部41及負極活性物質部51的各邊設置第一外側導通部43及第二外側導通部53，從而使對於從集電部之遠近差縮小。前述蓄電裝置1之正極活性物質41中，離4個第一外側導通部43最遠之地點係正極活性物質41之中心。若僅1邊設置第一外側導通部會離對向邊最遠，而在各邊設置第一外側導通部43可使最遠地點之距離縮短1/2。負極活性物質部51亦相同。因此，由於可抑制前述蓄電裝置1中上述構造變化之活性物質或反應生成物之分布不均所導致之裝置的劣化，故最終可延長裝置壽命。
藉由前述第一外側導通部43及第二外側導通部53個別設置2個以上之複數個而可縮小從集電部之遠近差。此外，只要係2個以上即可，數量並無限定，對於四角形之形的正極活性物質部及負極活性物質部設置於各邊，抑或對於四角形設置偶數個皆可，並無特別限定。進一步，正極活性物質部及負極活性物質部亦非限定為方形，可形成為圓形或橢圓形等任意之形狀。
上述之複數個第一外側導通部，不論正極活性物質部之形狀及第一外側導通部之數，較佳係配置為對稱於正極活性物質部之中心之對應位置，從而對於縮小正極活性物質部中第一外側導通部(集電部)之遠近差有很大之效果。關於複數個第二外側導通部亦相同，較佳係配置為對稱於負極活性物質部之中心之對稱位置。前述蓄電裝置1中，4邊各邊之 中央設置有第一外側導通部43及第二外側導通部53，配置為對稱於正極活性物質部41及負極活性物質部51之中心之對稱位置。此外，第一外側導通部43及第二外側導通部53為各2個時，較佳係設置在相對之2邊。又，非如圖示例般為對稱位置時亦可相對應地縮小從集電部之遠近差，而配置為非對稱之情形亦包含於本發明中。此外，亦非限定第一外側導通部與第二外側導通部須同數量。
此外，雖然前述第一外側導通部43及第二外側導通部53可設置在外裝體31之外面的任意位置，惟較佳係設置在電池要素室33之外周側之熱密封部32上。由於前述第一外側導通部43及第二外側導通部53係去除外側之樹脂層而薄化者，故相較於設置於電池要素室33上或跨立於電池要素室33與熱密封部32，設置於2張外裝材10、20直接重疊而變厚之熱密封部32上為佳。原因係，設置在電池要素室33上之第一外側導通部43及第二外側導通部53於外裝材10、20破損時會發生液漏，而設置在熱密封部32上之第一外側導通部43及第二外側導通部53即使破損亦不會發生液漏，故可縮小破損事故所導致之影響，安全性較高。
(第二蓄電裝置)
圖4之蓄電裝置2係與前述蓄電裝置1之外側導通部之形狀相異。
前述蓄電裝置2，外裝體34之平面視中，第一外側導通部45係沿著正極活性物質部41之邊緣環繞正極活性物質部41之四角環形，第二外側導通部55係沿著負極活性物質部51之邊緣環繞負極活性 物質部51之四角環形，此等係設置在熱密封部32上。圖4係從第一外側導通部45側觀察蓄電裝置2之平面圖，平面視中第一外側導通部45與第二外側導通部55係設置在相同位置。由於如此之環形之第一外側導通部45及第二外側導通部55係從正極活性物質部41之負極活性物質部51的全周集電，故縮小從集電部之遠近差有很大効果。
(第一及第二蓄電裝置之變形例)
複數個第一外側導通部及第二外側導通部之尺寸可自由設定。圖5之蓄電裝置3，外裝體之35平面視中，第一外側導通部46及第二外側導通部56之長度係較正極活性物質部41及負極活性物質部51之短邊之長度的1/2為小。前述第一外側導通部46及第二外側導通部56，係在正極活性物質部41及負極活性物質部51之各邊，配置在對稱正極活性物質部41及負極活性物質部51之中心之對稱位置。
此外，並未限定第一外側導通部與第二外側導通部係設置於互相之正後方。圖1A~1C之蓄電裝置1及圖4之蓄電裝置2係第一外側導通部43、45與第二外側導通部53、55互相的正後方配置之例。另一方面，圖5之蓄電裝置3，係避開正後方，平面視中第一外側導通部46與第二外側導通部56在周方向之同一周上交互配置之例。圖5所示之同一周上之交互配置雖限制外側導通部之尺寸，但只要可具有從正極活性物質部41及負極活性物質部51之距離的差而內外雙重配置，即可不論外側導通部之尺寸而避開正後方配置。圖6之蓄電裝置4，係在外裝體36之平面視中，具有環形之第一外側導通部47與環形之第二外側導通部57之尺寸的差而內外雙重配置，避開正後方之例。
又，如上述，正極活性物質部及負極活性物質部之平面形狀並未限定為多角形，外側導通部之形狀成為因應活性物質部之形狀者。例如，具有圓形之活性物質部的蓄電裝置中設置複數個外側導通部時，圓弧狀之外側導通部只要沿著活性物質部之邊緣且等間隔配置，則可相對於活性物質部之中心成為對稱。此外，設置環形之外側導通部時係圓環狀。
前述蓄電裝置1、2、3、4係在第一耐熱性樹脂層13側之面設置第一外側導通部43、45、46、47及在第二耐熱性樹脂層23側之面設置第二外側導通部53、55、56、57之例。本發明之蓄電裝置並未限定在耐熱性樹脂層側之面設置外側導通部，藉由變更為外裝體之熱可塑性樹脂層之一部分成為外面之形態，可在熱可塑性樹脂層側之面形成外側導通部。例如，將第一外裝材與第二外裝材之端部偏移重合則可使熱可塑性樹脂層出現在外裝體之外面。此外，將第一外裝材或第二外裝材之端部彎折，抑或改變第一外裝材與第二外裝材之大小皆可使熱可塑性樹脂層出現在外裝體之外面。並且，在耐熱樹脂層之外側導通可能部與介由金屬箔而對向之熱可塑性樹脂層之位置，且熱可塑性樹脂層出現在外裝體之外面的位置，可設置第一外側導通部或第二外側導通部之一部分或全部，從而取代可配置在耐熱樹脂層側之外側導通部。
但，由於第一耐熱性樹脂層及第二耐熱性樹脂層係構成原來外裝體之外面的面，故第一耐熱性樹脂層及第二耐熱性樹脂層即使未進行上述之另外的組裝或加工，亦可設置第一外側導通部或第二外側導通部。雖然上述第一外裝材與第二外裝材之端部偏移重合之外裝體，其外裝體尺寸會擴大，需將第一外裝材或第二外裝材之端部彎折導致外裝體需追加彎 折之步驟，惟若在第一耐熱性樹脂層及第二耐熱性樹脂層設置外側導通部，則不須伴隨外裝體尺寸之擴大或步驟之追加即可製作蓄電裝置。只要前述第一外側導通部及第二外側導通部之至少一者係設置在第一耐熱性樹脂層側之面或第二耐熱性樹脂層側之面，則可抑制外裝體尺寸之擴大，並減少另外之組裝或追加步驟。
(其他之蓄電裝置)
本發明之蓄電裝置，可使用在塗佈正極活性物質作為正極要素之正極箔1層與塗佈負極活性物質作為負極要素之負極箔1層之間介裝隔板的電池要素。前述蓄電裝置，可藉由將前述第一外裝材10與第二外裝材20製作為具有收容前述電極本體之電池要素室的外裝體，且使前述電池要素室內中正極箔與第一內側導通部接合，另一方面負極箔與第二內側導通部接合，注入電解質並熱密封接合電極要素室之周圍而製作。前述蓄電裝置，第一金屬箔11及第二金屬箔21係於電池要素與外裝體外面之導通部之間電連接作為導體利用。第一外側導通部及第二外側導通部，與前述蓄電裝置1、2、3、4相同，係設置在耐熱性樹脂層側之面或熱可塑性樹脂層側之面而進行與外部之電授受。此型態之蓄電裝置，其第一外側導通部及第二外側導通部亦可配置為圖1A~1C、4、5、6所示之全部之配置，可藉由第一外側導通部及第二外側導通部之配置而縮小活性物質部中從集電部之遠近差。
如以上說明，本發明之蓄電裝置，係藉由第一外側導通部及第二外側導通部之配置而縮小電池要素中從集電部之遠近差，可抑制因電極反應所導致構造變化之活性物質或反應生成物之分布不均，從而可抑制 蓄電裝置之劣化。此外，由於未使用接片進行電授受，且熱密封部係將第一熱可塑性樹脂層與第二熱可塑性樹脂層的全周直接接合，故可不論外側導通部之數量及尺寸而具有高密封性。進一步，由於未使用接片，故亦不會因接片而導致尺寸擴大。此外，具有複數個第一外側導通部及第二外側導通部之蓄電裝置可分散流動於集電部之電流，從而可迴避局部性發熱。
上述之効果不論蓄電裝置之尺寸及容量皆可相應得到。但，小型或小容量之蓄電裝置，較原本電池要素中從集電部之遠近差為小且流動於集電部之電流亦較小，因此藉由本發明所得之効果亦較小。本發明，適用於大型或大容量之蓄電裝置時可得到顯著之效果，本發明之適用意義極大。根據相關觀點，本發明，推薦使用於進行重複充放電之二次電池，其中特別係薄型型態或急速充電用之蓄電裝置。
〔第一及第二外裝材及蓄電裝置之構成材料〕
雖本發明係並未限定第一外裝材、第二外裝材及蓄電裝置之材料者，但較佳之材料可列舉出以下之材料。
(金屬箔)
前述第一金屬箔11及第二金屬箔21，係蓄電裝置之導通部，同時係擔負第一外裝材10及第二外裝材20阻止氧、電解質反應產生之氣體或水分侵入之氣體阻隔性之角色。可使用導電性良好之金屬箔，可列舉例如，鋁箔、銅箔、鎳箔、不鏽鋼箔，或者此等之包覆箔、此等之燒鈍箔或未燒鈍箔等。此外，使用鍍鎳、錫、銅、鉻等之導電性金屬的金屬箔，例如鍍鋁箔亦為佳。此外，前述第一金屬箔11及第二金屬箔21之厚度係7~150μm為佳。
此外，前述第一金屬箔11及第二金屬箔21係形成化成皮膜為佳。前述化成皮膜，係藉由對於金屬箔之表面施予化成處理而形成之皮膜，藉由施以如此之化成處理，可充分防止因電解液所導致之金屬箔表面之腐蝕。例如，藉由進行以下之處理，對於金屬箔施予化成處理。亦即，在進行脫脂處理的金屬箔表面上，藉由塗佈下述1)~3)中任一項的水溶液後，使其乾燥而施以化成處理。
1)含有磷酸、鉻酸、及選自氟化物之金屬鹽及氟化物之非金屬鹽所成群中至少1種之化合物的混合物之水溶液
2)含有磷酸、選自丙烯酸系樹脂、殼聚醣衍生物樹脂及苯酚系樹脂所成群中至少1種之樹脂、及選自鉻酸及鉻(III)鹽所成群中至少1種之化合物的混合物之水溶液。
3)含有磷酸、選自丙烯酸系樹脂、殼聚醣衍生物樹脂及苯酚系樹脂所成群中至少1種之樹脂、選自鉻酸及鉻(III)鹽所成群中至少1種之化合物、及選自氟化物之金屬鹽及氟化物之非金屬鹽所成群中至少1種之化 合物的混合物之水溶液
前述化成皮膜，其鉻附著量(單面)為0．1mg/m2~50mg/m2為佳，2mg/m2~20mg/m2為特佳。
(耐熱性樹脂層)
構成第一耐熱性樹脂層13及第二耐熱性樹脂層23之耐熱性樹脂，係使用不會因熱密封時之熱密封溫度而溶融之耐熱性樹脂。前述耐熱性樹脂，係使用具有較構成前述第一熱可塑性樹脂層15及第二熱可塑性樹脂層25之熱可塑性樹脂之熔點高10℃以上之高熔點的耐熱性樹脂為佳，使用具有較熱可塑性樹脂之熔點高20℃以上之高熔點的耐熱性樹脂為特佳。例如，使用延伸聚醯胺薄膜(延伸尼龍薄膜等)或延伸聚酯薄膜為佳。其中，二軸延伸聚醯胺薄膜(二軸延伸尼龍薄膜等)、二軸延伸聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)薄膜、二軸延伸聚對苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜或者二軸延伸聚萘二甲酸乙醇酯(PEN)薄膜為特佳。又，前述第一耐熱性樹脂層13及第二耐熱性樹脂層23可形成為單層，抑或，例如由延伸聚酯薄膜/延伸聚醯胺薄膜所成複層(延伸PET薄膜/延伸尼龍薄膜所成複層等)所形成亦可。前述第一耐熱性樹脂層13及第二耐熱性樹脂層23之厚度係20μm~100μm為佳。
此外，構成將前述第一耐熱性樹脂層13及第二耐熱性樹脂層23貼合之接著劑層12、22之接著劑，使用選自聚酯聚胺基甲酸酯系接著劑及聚醚聚胺基甲酸酯系接著劑所成群中至少1種之接著劑為佳。前述接著劑層12，22之厚度，係設定在0．5μm~5μm為佳。
(熱可塑性樹脂層)
構成第一熱可塑性樹脂層15及第二熱可塑性樹脂層25之熱可塑性樹脂，係藉由選自聚乙烯、聚丙烯、烯烴系共聚物、此等之酸變性物及離聚物所成群中至少1種之熱可塑性樹脂所成未延伸薄膜為佳。前述熱可塑性樹脂層15、25之厚度係設定在20μm~150μm為佳。
此外，構成將前述第一熱可塑性樹脂層15及第二熱可塑性樹脂層25貼合之接著劑層14、24之接著劑，係藉由烯烴系接著劑所形成之層為佳。使用2液硬化型之烯烴系接著劑時，可充分防止因電解液所導致之膨潤而降低接著性。前述接著劑層14、24之厚度，係設定在0．5μm~5μm為佳。
(下塗層)
為了減低集電體與活性物質部之接觸阻抗而於集電體與活性物質部之間設置下塗層44亦可。設置下塗層44時，下塗層44並未特別限定，例如，為了提高PVDF(聚偏二氟乙烯)、SBR(丁苯橡膠)、PAN(聚丙烯腈)、殼聚醣等之多醣類、CMC(羧甲基纖維素鈉鹽等)之多糖類誘導體等之接著劑的導電性，而添加碳黑、CNT(奈米碳管)等之導電補助劑所成混合物為佳。配置時，厚度係設定在0．01μm~10μm為佳。
(活性物質部)
正極活性物質部41，例如，係由添加PVDF(聚偏二氟乙烯)；二氟乙烯與具有羥基、羧基、羰基、環氧基等之單體所成共聚物；PTFE(聚四氟乙烯)；SBR(丁苯橡膠)；苯乙烯與丙烯酸之共聚物； PAN(聚丙烯腈)；殼聚醣等之多醣類；CMC(羧甲基纖維素鈉鹽等)之多糖類誘導體等之接著劑，及正極活性物質(例如，含有鋰，且進一步含有選自鈷、鎳、錳、鋁所成群中至少一種之金屬的具有層狀岩鹽型之結晶構造的金屬氧化物；或者含有鋰，且進一步含有選自鐵、錳所成群中至少一種之金屬的具有橄欖石型之結晶構造的金屬氧化物；或者含有鋰，且進一步含有選自錳、鎳所成群中至少一種之金屬，具有尖晶石型之結晶構造的金屬酸化物等)所成混合組成物等所形成。前述正極活性物質部41之厚度，係設定在2μm~300μm為佳。進一步，前述正極活性物質部41，亦可含有乙炔黑、爐黑、灶黑等之碳黑、石墨微粒子、CNT(奈米碳管)等之導電補助劑。此外，負極活性物質部51，例如，係由對於PVDF(聚偏二氟乙烯)；二氟乙烯與具有羥基、羧基、羰基、環氧基等之單體所成共聚物；PTFE(聚四氟乙烯)；SBR(丁苯橡膠)；苯乙烯與丙烯酸之共聚物；PAN(聚丙烯腈)；殼聚醣等之多醣類；CMC(羧甲基纖維素鈉鹽等)之多糖類誘導體等之接著劑，添加了添加物(例如，含有石墨、易石墨化碳、難石墨化碳、鈦酸鋰、矽、錫等之可與鋰合金化之元素之金屬等)之混合組成物等所形成。前述負極活性物質部51之厚度，係設定在1μm~300μm為佳。進一步，前述負極活性物質部51，亦可含有乙炔黑、爐黑、灶黑等之碳黑、CNT(奈米碳管)、石墨微粒子等之導電補助劑。
(隔板)
隔板30，可列舉出聚乙烯製隔板、聚丙烯製隔板、聚乙烯薄膜與聚丙烯薄膜所成複數層薄膜形成之隔板，抑或藉由在此等之樹脂製 隔板上塗佈矽酸鹽等耐熱無機物所成濕式或乾式之多孔質薄膜形成之隔板等。前述隔板30之厚度，係設定在5μm~50μm為佳。
(電解質)
將以碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙腈、γ丁內酯等之有機溶劑溶解單獨或混合之選自六氟磷酸鋰、二鋰-三氟甲基磺醯、二鋰-氟磺醯基等之鋰鹽中之鋰所成者作為電解質。
本申請案，係伴隨著在2015年9月17日提出申請的日本專利申請案的特願2015-184073號的優先權主張，其揭示內容直接構成本申請案的一部分。
在此所使用的用語及說明，係用以說明本發明的實施形態所使用，但本發明並不限定於此。在本發明所揭示且敘述的特徵事項的任何均等物皆不應被排除，且在本發明所請求的範圍內的各種變形亦應被理解為係可被接受的。
【產業上利用可能性】
本發明可合適地作為大型或高容量之蓄電裝置使用。
1、2、3、4‧‧‧蓄電裝置
10‧‧‧第一外裝材
11‧‧‧第一金屬箔
13‧‧‧第一耐熱性樹脂層
15‧‧‧第一熱可塑性樹脂層
20‧‧‧第二外裝材
21‧‧‧第二金屬箔
23‧‧‧第二耐熱性樹脂層
25‧‧‧第二熱可塑性樹脂層
30‧‧‧隔板
31、34、35、36‧‧‧外裝體
32‧‧‧熱密封部
33‧‧‧電池要素室
41‧‧‧正極要素(正極活性物質部)
42‧‧‧第一內側導通部
43、45、46、47‧‧‧第一外側導通部
44‧‧‧下塗層
51‧‧‧負極要素(負極活性物質部)
52‧‧‧第二內側導通部
53、55、56、57‧‧‧第二外側導通部

Claims (5)

  1. 一種蓄電裝置，其特徵係具備：第一外裝材，係第一金屬箔之一側的面貼合第一耐熱性樹脂層，另一側的面貼合第一熱可塑性樹脂層，且於前述第一熱可塑性樹脂層側之面上具有導通第一金屬箔之第一內側導通部；第二外裝材，係第二金屬箔之一側的面貼合第二耐熱性樹脂層，另一側的面貼合第二熱可塑性樹脂層，且於前述第二熱可塑性樹脂層側之面上具有導通第二金屬箔之第二內側導通部；及電池要素，其具有：含有正極活性物質之正極要素、含有負極活性物質之負極要素、配置於此等之間之隔板、及電解質；且前述蓄電裝置係將前述第一外裝材之第一熱可塑性樹脂層與第二外裝材之第二熱可塑性樹脂層互相對向，並融著第一熱可塑性樹脂層與第二熱可塑性樹脂而成熱密封部，藉由該熱密封部之包圍，形成具有第一內側導通部及第二內側導通部於室內相面對之電池要素室之外裝體；前述電池要素室內所封入之電池要素，正極要素係由第一內側導通部導通且負極要素係由第二內側導通部導通；且在前述外裝體之熱密封部之外面，設置有複數個導通前述第一金屬箔之第一外側導通部及複數個導通前述第二金屬箔之第二外側導通部。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之蓄電裝置，其中，前述外裝體之平面視中，前述複數個之第一外側導通部係設置在相對於前述正極要素之中心為對稱之位置上，複數個之第二外側導通部係設置在前述負極要素之中 心為對稱之位置上者。
  3. 一種蓄電裝置，其特徵係具備：第一外裝材，係第一金屬箔之一側的面貼合第一耐熱性樹脂層，另一側的面貼合第一熱可塑性樹脂層，且於前述第一熱可塑性樹脂層側之面上具有導通第一金屬箔之第一內側導通部；第二外裝材，係第二金屬箔之一側的面貼合第二耐熱性樹脂層，另一側的面貼合第二熱可塑性樹脂層，且於前述第二熱可塑性樹脂層側之面上具有導通第二金屬箔之第二內側導通部；及電池要素，其具有：含有正極活性物質之正極要素、含有負極活性物質之負極要素、配置於此等之間之隔板、及電解質；且前述蓄電裝置係將前述第一外裝材之第一熱可塑性樹脂層與第二外裝材之第二熱可塑性樹脂層互相對向，並融著第一熱可塑性樹脂層與第二熱可塑性樹脂層而成熱密封部，藉由該熱密封部之包圍，形成具有第一內側導通部及第二內側導通部於室內相面對之電池要素室之外裝體；前述電池要素室內所封入之電池要素，正極要素係由第一內側導通部導通且負極要素係由第二內側導通部導通；且在前述外裝體之外面，導通前述第一金屬箔之環形的第一外側導通部係沿著前述正極要素之邊緣設置，導通前述第二金屬箔之環形的第二外側導通部係沿著前述負極要素之邊緣設置。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載之蓄電裝置，其中，前述第一外側導通部及第二外側導通部係設置在熱密封部上。
  5. 如申請專利範圍第1~3項中任一項所記載之蓄電裝置，其中，前述第 一外側導通部係設置在第一耐熱性樹脂層側之面，或者前述第二外側導通部係設置在第二耐熱性樹脂層側之面，抑或前述第一外側導通部設置在第一耐熱性樹脂層側之面且前述第二外側導通部設置在第二耐熱性樹脂層側之面。
TW105129649A 2015-09-17 2016-09-12 蓄電裝置 TWI719050B (zh)

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