蓄電デバイス
【課題】高い信頼性を有する蓄電デバイスを提供する。
【解決手段】本発明に係る蓄電デバイス１００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と、外装体１２の外表面に形成された放熱板２０と、放熱板２０の一方の端部２２が固定されたヒートシンク３０と、放熱板２０の他方の端部２４が挿入された開口部を有する保持部材５０と、を含み、他方の端部２４と、開口部の内面とは、離間している。
【解決手段】本発明に係る蓄電デバイス１００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と、外装体１２の外表面に形成された放熱板２０と、放熱板２０の一方の端部２２が固定されたヒートシンク３０と、放熱板２０の他方の端部２４が挿入された開口部を有する保持部材５０と、を含み、他方の端部２４と、開口部の内面とは、離間している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、例えば、充放電を繰り返し行うと発熱して高温になる場合があり、その高温化によって性能が劣化する場合がある。
【０００３】
このような問題に対して、例えば特許文献１に開示された技術では、ラミネートフィルムを電池容器とした密閉型二次電池を、金属製の放熱板に固定して、放熱性を向上させている。放熱板は、例えばヒートシンクなどに固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７２０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、放熱板は、蓄電セルの温度上昇に伴って膨張する。そして、例えばヒートシンクに固定されていることにより、放熱板に応力がかかり、放熱板が屈曲するなど変形する場合がある。これにより、蓄電セルが放熱板から剥離してしまう場合があり、蓄電デバイスとしての信頼性が低下してしまう場合がある。
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
［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と、
前記外装体の外表面に形成された放熱板と、
前記放熱板の一方の端部が固定されたヒートシンクと、
前記放熱板の他方の端部が挿入された開口部を有する保持部材と、
を含み、
前記他方の端部と、前記開口部の内面とは、離間している。
【０００９】
［適用例２］
適用例１において、
前記他方の端部と前記保持部材との間の距離を、Ｄとし、
前記放熱板の前記一方の端部から前記他方の端部に向かう方向の長さを、Ｌとし、
前記放熱板の線膨張係数を、αとし、
前記放熱板の使用温度範囲のうちの最低温度を、θ１とし、
前記放熱板の使用温度範囲のうちの最高温度を、θ２とすると、
下記式（１）を満たすことができる。
Ｄ≧Ｌ×α×（θ２−θ１） ・・・ （１）
【００１０】
［適用例３］
適用例１または２において、
前記放熱板の材質は、アルミニウムまたは銅であることができる。
【００１１】
［適用例４］
適用例１ないし３のいずれか１例において、
前記蓄電セルは、複数設けられ、
複数の前記蓄電セルは、直列に接続されており、
前記放熱板は、隣り合う前記蓄電セルの間に設けられていることができる。
【００１２】
［適用例５］
適用例１ないし４のいずれか１例において、
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。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る蓄電デバイスによれば、保持部材は、放熱板の他方の端部が挿入された開口部を有し、他方の端部と開口部の内面とは、離間している。そのため、放熱板が蓄電セルの温度上昇によって膨張したとしても、放熱板に応力がかかることを抑制することができる。これにより、放熱板が屈曲することを抑制することができる。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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る蓄電デバイスを模式的に示す斜視図。
【図２】本実施形態に係る蓄電デバイスを模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る蓄電デバイスを模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る蓄電デバイスを模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る蓄電デバイスの蓄電セルを模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態の第１変形例に係る蓄電デバイスを模式的に示す斜視図。
【図７】本実施形態の第１変形例に係る蓄電デバイスを模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態の第１変形例に係る蓄電デバイスを模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態の第２変形例に係る蓄電デバイスを模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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（ＸＹ平面の断面図）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（ＸＺ平面の断面図）である。なお、図１では、便宜上、外郭部材４０を透視して図示し、図２では、外郭部材４０を省略して図示している。また、図２および図３では、便宜上、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。
【００１７】
蓄電デバイス１００は、図１〜図３に示すように、蓄電セル１０と、放熱板２０と、ヒートシンク３０と、外郭部材４０と、保持部材５０と、を含むことができる。
【００１８】
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。
【００１９】
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１〜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。
【００２０】
ラミネートフィルムからなる外装体１２は、図２および図３に示すように、第１扁平面１３と、第１扁平面１３と反対を向き（図示の例では＋Ｘ方向を向き）第１扁平面１３より面積の小さい第２扁平面１４と、を有することができる。外装体１２は、図２に示すように、例えば、凸の部分を有し、第２扁平面１４は、凸の部分を形成する面であるともいえる。第１扁平面１３と第２扁平面１４との間の距離（蓄電セル１０の厚み）は、例えば、５ｍｍ程度である。
【００２１】
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。
【００２２】
正極端子１６および負極端子１８は、図２に示すように、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１２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。図示の例では、正極端子１６は、外装体１２から−Ｙ方向に向けて突出し、負極端子１８は、外装体１２から＋Ｙ方向に向けて突出している。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１６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１８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。
【００２３】
放熱板２０は、図１〜図３に示すように、外装体１２の外表面に設けられている。より具体的には、放熱板２０は、接着剤によって、外装体１２の第１扁平面１３に接合されている。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や、アクリル接着剤付グラファイトシートを用いることができる。なお、図示はしないが、放熱板２０は、さらに第２扁平面１４に設けられていてもよく、２つの放熱板２０で蓄電セル１０を挟む形態であってもよい。これにより、蓄電デバイス１００の放熱性を、より向上させることができる。
【００２４】
放熱板２０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２０の材質としては、アルミニウム、銅が挙げられる。放熱板２０は、蓄電セル１０において発生した熱を、放熱させながら、ヒートシンク３０に伝熱させることができる。すなわち、放熱板２０は、伝熱板としての機能を有することができる。
【００２５】
放熱板２０は、例えば、Ｘ軸方向を厚み方向とする板状の形状を有し、その厚みは、０．２ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。放熱板２０のＹ軸方向の長さは、例えば、１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、放熱板２０のＺ軸方向の長さは、例えば、１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。
【００２６】
放熱板２０は、一方の端部２２（以下「第１端部２２」ともいう）と、他方の端部２４（以下「第２端部２４」ともいう）と、を有する。第１端部２２および第２端部２４は、放熱板２０のＺ軸方向における端部である。
【００２７】
第１端部２２は、放熱板２０の第１端部２２以外の部分（例えば第２端部２２）に比べて、大きな厚みを有することができる。すなわち、第１端部２２は、Ｘ軸方向の長さが大きい。これにより、放熱板２０とヒートシンク３０との接合面積を大きくすることができる。第１端部２２は、放熱板２０のヒートシンク３０と接合されている部分であるともいえる。
【００２８】
第２端部２４は、Ｚ軸方向において、放熱板２０の第１端部２２と反対側の端部である。第２部分２４は、後述する保持部材５０の開口部５２に挿入されている部分であるともいえる。
【００２９】
ヒートシンク３０は、図１および図３に示すように、放熱板２０と接合されている。より具体的には、ヒートシンク３０は、放熱板２０の第１端部２２と接合されている。ヒートシンク３０としては、放熱性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３０の材質としては、アルミニウム、銅が挙げられる。蓄電セル１０において発生した熱は、放熱板２０をＺ軸方向に伝わり、端部２２からヒートシンク３０へ伝熱されて、ヒートシンク３０から放熱されることができる。
【００３０】
ヒートシンク３０と放熱板２０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３０および放熱板２０の第１端部２２に複数の穴（図示せず）を設け、ヒートシンク３０の穴と第１端部２２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３０と放熱板２０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２０に伝わった蓄電セル１０の熱を、効率よくヒートシンク３０から放熱することができる。さらに、ヒートシンク３０と第１端部２２との間に、シリコングリスや銀入りペースト等の高い伝熱特性を示す材料を塗布して、放熱板２０とヒートシンク３０等との間の空隙を充填してもよい。これにより、放熱板２０とヒートシンク３０等との間の熱抵抗を小さくすることができる。
【００３１】
ヒートシンク３０は、例えば、直方体の一面に複数の凹部を形成してなる凸部３２を有する。凸部３２は、ヒートシンク３０の放熱板２０と接合された面と反対側の面に形成されている。凸部３２の数は、特に限定されない。凸部３２により、ヒートシンク３０の表面積を大きくすることができ、放熱性を向上させることができる。
【００３２】
外郭部材４０は、図１および図３に示すように、放熱板２０とヒートシンク３０とが接合できる形態で、蓄電セル１０、放熱板２０、および保持部材５０を包囲している。外郭部材４０の形態は、特に限定されず、例えば、箱型のケース体からなる外郭部材４０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し、粘着テープからなる外郭部材４０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。後述するように、保持部材５０が外郭部材４０に支持されている場合は、強度等を考慮し外郭部材４０としては、アルミニウムなどからなるケース体であることが望ましい。
【００３３】
保持部材５０は、例えば、外郭部材４０に固定されている。保持部材５０と外郭部材４０との固定方法は、特に限定されない。図示はしないが、保持部材５０は、外郭部材４０と一体的に形成されていてもよく、例えば、外郭部材４０の内側の上面と一体的に保持部材５０が形成されていてもよい。保持部材５０の材質としては、強度と柔軟性が要求されるが、例えば、アルミニウム、銅などの金属やＡＢＳ樹脂などが挙げられる。
【００３４】
保持部材５０は、図３に示すように、放熱板２０の第２端部２４が挿入された開口部５２を有する。第２端部２４と、開口部５２との内面５３（開口部５２を区画する保持部材５０の面）とは、離間している。すなわち、第２端部２４と保持部材５０とは、離間している。放熱板２０は、ヒートシンク３０に固定された固定端である第１端部２２と、自由端である第２部分２４と、を有しているといえる。
【００３５】
ここで、図４は、図３に示した放熱板２０の第２端部２４近傍を模式的に示す断面図である。図４に示す例では、開口部５２の内面５３は、平坦な面である面５３ａ，５３ｂ，５３ｃを含んで構成されている。面５３ａは、面５３ｂ，５３ｃと直交している。面５３ａは、例えば、第２端部２４を形成する面２４ａと離間して対向している。同様に、面５３ｂ，５３ｃは、それぞれ、第２端部２４ａを形成する面２４ｂ，２４ｃと離間して対向している。すなわち、図４に示すようにＹ軸方向から見て、開口部５２の内面５３の形状は、第２端部２４の外周と、相似であるともいえる。
【００３６】
なお、図示の例では、第２端部２４の面２４ａ，２４ｂ，２４ｃの全ては、開口部５２の内面５３と離間しているが、例えば、面２４ｂ，２４ｃのいずれか一方は、内面５３に接していてもよい。すなわち、放熱板２０が熱膨張したときに、保持部材５０から応力を受けないように、第２端部２４の一部分が内面５３と離間していれば、第２端部２４の他の部分（前記一部分とは異なる部分）は、保持部材５０に接していてもよい。また、放熱板２０の第２端部２４は、例えば外部から衝撃（例えばＸ軸方向の衝撃）が加わったときに、保持部材５０に接してもよい。すなわち、外部から衝撃が加わった場合に、保持部材５０は、放熱板２０を支持することができる。
【００３７】
図４に示すように、第２端部２４と開口部５２の内面５３との間の距離をＤとすると、距離Ｄは、下記式（１）を満たすことができる。
Ｄ≧Ｌ×α×（θ２−θ１） ・・・ （１）
【００３８】
ただし、上記式（１）において、Ｌは、図３に示すように、放熱板２０の第１端部２２から第２端部２４に向かう方向（Ｚ軸方向）の長さである。αは、放熱板２０の線膨張係数である。θ１は、放熱板２０の使用温度範囲のうちの最低温度である。θ２は、放熱板２０の使用温度範囲のうちの最高温度である。
【００３９】
上記式（１）において、Ｌは、上述のとおり、例えば、１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。αは、上述のとおり、放熱板２０の材質として、銅（線膨張係数：１７．７×１０−６℃―１）やアルミニウム（線膨張係数：２３．６×１０−６℃―１）が挙げられるため、例えば、１７．７×１０−６℃―１以上２３．６×１０−６℃―１以下である。θ２とθ１との差は、例えば、７０℃以上１００℃以下である。
【００４０】
以上を考慮すると、距離Ｄは、例えば、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。より具体的には、放熱板２０の材質が銅の場合には、距離Ｄは、０．１３ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下である。放熱板２０の材質がアルミニウムの場合には、距離Ｄは、０．１７ｍｍ以上０．４７ｍｍ以下である。なお、これらの値に、放熱板２０を加工する際の加工精度を加味して、距離Ｄを決定してもよい。
【００４１】
さらに、距離Ｄは、下記式（２）を満たすことができる。
Ｄ＝Ｌ×α×（θ２−θ１） ・・・ （２）
【００４２】
上記式（２）を満たすことにより、放熱板２０の温度が使用温度範囲のうちの最高温度θ２℃の場合には、第２端部２４と開口部５２の内面５３とは接することができる。より具体的には、第２端部２４の面２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、それぞれ、面５３ａ，５３ｂ，５３ｃと接することができる。そのため、保持部材５０は、安定して放熱板２０を保持することができる。
【００４３】
図４に示す例では、内面５３を構成する面５３ａと、第２端部２４の面２４ａと、の間の距離をＤとしているが、面５３ｂと面２４ｂとの間の距離、および面５３ｃと面２４ｃとの間の距離もＤであってもよい。
【００４４】
なお、図３および図４に示す例では、第２端部２４と内面５３とは、離間しているが、これは、放熱板２０の温度がθ２℃（使用温度範囲のうちの最高温度）未満の状態（例えば蓄電セル１０を充放電する前の状態）を示したものである。
【００４５】
次に、蓄電セル１０の内部構造について説明する。図５は、図２に示した本実施形態に係る蓄電デバイス１００の蓄電セル１０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。
【００４６】
蓄電セル１０は、図５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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、図示の例に限定されず、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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
正極活物質層１ｂの形成方法としては、まず、正極活物質粉末およびバインダーを、水系媒体または有機溶媒中に分散してスラリーを調整する。必要に応じて、導電性粉末を混入させてもよい。次に、調整したスラリーを正極集電体１ａの表面に塗布して乾燥させる。このようにして、正極活物質層１ｂを得ることをできる。
【００５３】
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。
【００５４】
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、負極活物質層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２ｂの厚みは、例えば、２０μｍ以上５０μｍ以下である。
【００５５】
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。
【００５６】
負極活物質層２ｂの形成方法としては、まず、負極活物質粉末およびバインダーを、水系媒体または有機溶媒中に分散してスラリーを調整する。必要に応じて、導電性粉末を混入させてもよい。次に、調整したスラリーを負極集電体２ａの表面に塗布して乾燥させる。このようにして、負極活物質層２ｂを得ることをできる。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
蓄電デバイス１００によれば、保持部材５０は、放熱板２０の第２端部２４が挿入された開口部５２を有し、第２端部２４と開口部５２の内面５３とは、離間している。そのため、放熱板２０が蓄電セル１０の温度上昇によって膨張したとしても、放熱板２０に応力がかかることを抑制することができる。これにより、放熱板２０が屈曲することを抑制することができる。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、放熱板のＺ軸方向における一方の端部と他方の端部が固定されている場合には、放熱板が熱膨張すると、両端が固定されていることにより放熱板に応力がかかり、放熱板が屈曲する等変形する場合がある。
【００６３】
蓄電デバイス１００によれば、放熱板２０の第２端部２４と開口部５２の内面５３との間の距離Ｄは、上記式（２）を満たすことができる。これにより、例えば、放熱板２０の温度が使用温度範囲のうちの最高温度θ２℃の場合には、第２端部２４と内面５３とは接することができる。そのため、保持部材５０は、安定して放熱板２０を保持することができる。
【００６４】
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について、図面を参照しながら説明する。図６は、本実施形態の第１変形例に係る蓄電デバイス２００を模式的に示す斜視図である。図７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６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図（ＸＹ平面の断面図）である。図８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６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図（ＸＺ平面の断面図）である。なお、図６では、便宜上、外郭部材４０を透視して図示し、図７では、外郭部材４０を省略して図示している。また、図７および図８では、便宜上、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。
【００６５】
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。
【００６６】
蓄電デバイス１００の例では、図１〜図３に示すように、１つの蓄電セル１０を有していた。これに対し、蓄電デバイス２００は、図６〜図８に示すように、複数の蓄電セル１０を有する。図示の例では、蓄電デバイス１０は、６つ設けられているが、その数は特に限定されず、蓄電デバイス２００の用途に応じて適宜変更することができる。図７に示す例では、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、複数の蓄電セル１０は、直列に接続されている。図示はしないが、蓄電デバイス２００の用途に応じて、複数の蓄電セル１０は、並列に接続されてもよい。
【００６７】
放熱板２０は、隣り合う蓄電セル１０の間に設けられている。放熱板２０は、例えば、複数の蓄電セル１０の各々を挟んで設けられている。図示の例では、蓄電セル１０と放熱板２０とは、Ｘ軸方向に沿って交互に積層されている。隣り合う蓄電セル１０は、例えば、放熱板２０を介して、第１扁平面１３と第２扁平面１４とが対向するように、配置されている。図示はしないが、隣り合う蓄電セル１０は、第１扁平面１３同士、または第２扁平面１４同士が対向するように配置されていてもよい。
【００６８】
ヒートシンク３０は、図６および図８に示すように、複数の放熱板２０と接合されている。図示の例では、ヒートシンク３０は、全ての放熱板２０と接合されている。これにより、複数の放熱板２０を熱的に連結することができる。そのため、蓄電セル１０において発生した熱によって、例えば１つの蓄電セル１０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２０によってＺ軸方向に伝わり、放熱板２０の第１端部２２からヒートシンク３０へ伝熱されて、ヒートシンク３０から放熱されることができる。
【００６９】
保持部材５０の開口部５２は、放熱板２０の数に応じて複数設けられている。図８に示す例では、複数の開口部５２は、Ｘ軸方向に配列している。
【００７０】
蓄電デバイス２００によれば、例えば蓄電デバイス１００に比べて、高エネルギー化を図ることができる。
【００７１】
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。なお、図９では、便宜上、外郭部材４０を透視して図示している。
【００７２】
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。
【００７３】
蓄電デバイス３００は、図９に示すように、冷却部６０を有する。冷却部６０としては、ヒートシンク３０を冷却することができれば、その形態は特に限定されないが、例えば、冷却ファンを用いることができる。冷却部６０の配置は、例えば、ヒートシンク３０の凸部３２に直接送風できるように、ヒートシンク３０に接続されている。これにより、ヒートシンク３０は、より効率よく放熱することができる。
【００７４】
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、放熱性を向上させることができる。
【００７５】
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。
【符号の説明】
【００７６】
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 放熱板、２２ 第１端部、２４ 第２端部、３０ ヒートシンク、３２ 凸部、
４０ 外郭部材、５０ 保持部材、５２ 開口部、５３ 内面、６０ 冷却部、
１００〜３００ 蓄電デバイス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、例えば、充放電を繰り返し行うと発熱して高温になる場合があり、その高温化によって性能が劣化する場合がある。
【０００３】
このような問題に対して、例えば特許文献１に開示された技術では、ラミネートフィルムを電池容器とした密閉型二次電池を、金属製の放熱板に固定して、放熱性を向上させている。放熱板は、例えばヒートシンクなどに固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７２０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、放熱板は、蓄電セルの温度上昇に伴って膨張する。そして、例えばヒートシンクに固定されていることにより、放熱板に応力がかかり、放熱板が屈曲するなど変形する場合がある。これにより、蓄電セルが放熱板から剥離してしまう場合があり、蓄電デバイスとしての信頼性が低下してしまう場合がある。
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
［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と、
前記外装体の外表面に形成された放熱板と、
前記放熱板の一方の端部が固定されたヒートシンクと、
前記放熱板の他方の端部が挿入された開口部を有する保持部材と、
を含み、
前記他方の端部と、前記開口部の内面とは、離間している。
【０００９】
［適用例２］
適用例１において、
前記他方の端部と前記保持部材との間の距離を、Ｄとし、
前記放熱板の前記一方の端部から前記他方の端部に向かう方向の長さを、Ｌとし、
前記放熱板の線膨張係数を、αとし、
前記放熱板の使用温度範囲のうちの最低温度を、θ１とし、
前記放熱板の使用温度範囲のうちの最高温度を、θ２とすると、
下記式（１）を満たすことができる。
Ｄ≧Ｌ×α×（θ２−θ１） ・・・ （１）
【００１０】
［適用例３］
適用例１または２において、
前記放熱板の材質は、アルミニウムまたは銅であることができる。
【００１１】
［適用例４］
適用例１ないし３のいずれか１例において、
前記蓄電セルは、複数設けられ、
複数の前記蓄電セルは、直列に接続されており、
前記放熱板は、隣り合う前記蓄電セルの間に設けられていることができる。
【００１２】
［適用例５］
適用例１ないし４のいずれか１例において、
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。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る蓄電デバイスによれば、保持部材は、放熱板の他方の端部が挿入された開口部を有し、他方の端部と開口部の内面とは、離間している。そのため、放熱板が蓄電セルの温度上昇によって膨張したとしても、放熱板に応力がかかることを抑制することができる。これにより、放熱板が屈曲することを抑制することができる。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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る蓄電デバイスを模式的に示す斜視図。
【図２】本実施形態に係る蓄電デバイスを模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る蓄電デバイスを模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る蓄電デバイスを模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る蓄電デバイスの蓄電セルを模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態の第１変形例に係る蓄電デバイスを模式的に示す斜視図。
【図７】本実施形態の第１変形例に係る蓄電デバイスを模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態の第１変形例に係る蓄電デバイスを模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態の第２変形例に係る蓄電デバイスを模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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（ＸＹ平面の断面図）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（ＸＺ平面の断面図）である。なお、図１では、便宜上、外郭部材４０を透視して図示し、図２では、外郭部材４０を省略して図示している。また、図２および図３では、便宜上、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。
【００１７】
蓄電デバイス１００は、図１〜図３に示すように、蓄電セル１０と、放熱板２０と、ヒートシンク３０と、外郭部材４０と、保持部材５０と、を含むことができる。
【００１８】
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。
【００１９】
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１〜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。
【００２０】
ラミネートフィルムからなる外装体１２は、図２および図３に示すように、第１扁平面１３と、第１扁平面１３と反対を向き（図示の例では＋Ｘ方向を向き）第１扁平面１３より面積の小さい第２扁平面１４と、を有することができる。外装体１２は、図２に示すように、例えば、凸の部分を有し、第２扁平面１４は、凸の部分を形成する面であるともいえる。第１扁平面１３と第２扁平面１４との間の距離（蓄電セル１０の厚み）は、例えば、５ｍｍ程度である。
【００２１】
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。
【００２２】
正極端子１６および負極端子１８は、図２に示すように、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１２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。図示の例では、正極端子１６は、外装体１２から−Ｙ方向に向けて突出し、負極端子１８は、外装体１２から＋Ｙ方向に向けて突出している。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１６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１８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。
【００２３】
放熱板２０は、図１〜図３に示すように、外装体１２の外表面に設けられている。より具体的には、放熱板２０は、接着剤によって、外装体１２の第１扁平面１３に接合されている。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や、アクリル接着剤付グラファイトシートを用いることができる。なお、図示はしないが、放熱板２０は、さらに第２扁平面１４に設けられていてもよく、２つの放熱板２０で蓄電セル１０を挟む形態であってもよい。これにより、蓄電デバイス１００の放熱性を、より向上させることができる。
【００２４】
放熱板２０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２０の材質としては、アルミニウム、銅が挙げられる。放熱板２０は、蓄電セル１０において発生した熱を、放熱させながら、ヒートシンク３０に伝熱させることができる。すなわち、放熱板２０は、伝熱板としての機能を有することができる。
【００２５】
放熱板２０は、例えば、Ｘ軸方向を厚み方向とする板状の形状を有し、その厚みは、０．２ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。放熱板２０のＹ軸方向の長さは、例えば、１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、放熱板２０のＺ軸方向の長さは、例えば、１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。
【００２６】
放熱板２０は、一方の端部２２（以下「第１端部２２」ともいう）と、他方の端部２４（以下「第２端部２４」ともいう）と、を有する。第１端部２２および第２端部２４は、放熱板２０のＺ軸方向における端部である。
【００２７】
第１端部２２は、放熱板２０の第１端部２２以外の部分（例えば第２端部２２）に比べて、大きな厚みを有することができる。すなわち、第１端部２２は、Ｘ軸方向の長さが大きい。これにより、放熱板２０とヒートシンク３０との接合面積を大きくすることができる。第１端部２２は、放熱板２０のヒートシンク３０と接合されている部分であるともいえる。
【００２８】
第２端部２４は、Ｚ軸方向において、放熱板２０の第１端部２２と反対側の端部である。第２部分２４は、後述する保持部材５０の開口部５２に挿入されている部分であるともいえる。
【００２９】
ヒートシンク３０は、図１および図３に示すように、放熱板２０と接合されている。より具体的には、ヒートシンク３０は、放熱板２０の第１端部２２と接合されている。ヒートシンク３０としては、放熱性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３０の材質としては、アルミニウム、銅が挙げられる。蓄電セル１０において発生した熱は、放熱板２０をＺ軸方向に伝わり、端部２２からヒートシンク３０へ伝熱されて、ヒートシンク３０から放熱されることができる。
【００３０】
ヒートシンク３０と放熱板２０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３０および放熱板２０の第１端部２２に複数の穴（図示せず）を設け、ヒートシンク３０の穴と第１端部２２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３０と放熱板２０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２０に伝わった蓄電セル１０の熱を、効率よくヒートシンク３０から放熱することができる。さらに、ヒートシンク３０と第１端部２２との間に、シリコングリスや銀入りペースト等の高い伝熱特性を示す材料を塗布して、放熱板２０とヒートシンク３０等との間の空隙を充填してもよい。これにより、放熱板２０とヒートシンク３０等との間の熱抵抗を小さくすることができる。
【００３１】
ヒートシンク３０は、例えば、直方体の一面に複数の凹部を形成してなる凸部３２を有する。凸部３２は、ヒートシンク３０の放熱板２０と接合された面と反対側の面に形成されている。凸部３２の数は、特に限定されない。凸部３２により、ヒートシンク３０の表面積を大きくすることができ、放熱性を向上させることができる。
【００３２】
外郭部材４０は、図１および図３に示すように、放熱板２０とヒートシンク３０とが接合できる形態で、蓄電セル１０、放熱板２０、および保持部材５０を包囲している。外郭部材４０の形態は、特に限定されず、例えば、箱型のケース体からなる外郭部材４０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し、粘着テープからなる外郭部材４０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。後述するように、保持部材５０が外郭部材４０に支持されている場合は、強度等を考慮し外郭部材４０としては、アルミニウムなどからなるケース体であることが望ましい。
【００３３】
保持部材５０は、例えば、外郭部材４０に固定されている。保持部材５０と外郭部材４０との固定方法は、特に限定されない。図示はしないが、保持部材５０は、外郭部材４０と一体的に形成されていてもよく、例えば、外郭部材４０の内側の上面と一体的に保持部材５０が形成されていてもよい。保持部材５０の材質としては、強度と柔軟性が要求されるが、例えば、アルミニウム、銅などの金属やＡＢＳ樹脂などが挙げられる。
【００３４】
保持部材５０は、図３に示すように、放熱板２０の第２端部２４が挿入された開口部５２を有する。第２端部２４と、開口部５２との内面５３（開口部５２を区画する保持部材５０の面）とは、離間している。すなわち、第２端部２４と保持部材５０とは、離間している。放熱板２０は、ヒートシンク３０に固定された固定端である第１端部２２と、自由端である第２部分２４と、を有しているといえる。
【００３５】
ここで、図４は、図３に示した放熱板２０の第２端部２４近傍を模式的に示す断面図である。図４に示す例では、開口部５２の内面５３は、平坦な面である面５３ａ，５３ｂ，５３ｃを含んで構成されている。面５３ａは、面５３ｂ，５３ｃと直交している。面５３ａは、例えば、第２端部２４を形成する面２４ａと離間して対向している。同様に、面５３ｂ，５３ｃは、それぞれ、第２端部２４ａを形成する面２４ｂ，２４ｃと離間して対向している。すなわち、図４に示すようにＹ軸方向から見て、開口部５２の内面５３の形状は、第２端部２４の外周と、相似であるともいえる。
【００３６】
なお、図示の例では、第２端部２４の面２４ａ，２４ｂ，２４ｃの全ては、開口部５２の内面５３と離間しているが、例えば、面２４ｂ，２４ｃのいずれか一方は、内面５３に接していてもよい。すなわち、放熱板２０が熱膨張したときに、保持部材５０から応力を受けないように、第２端部２４の一部分が内面５３と離間していれば、第２端部２４の他の部分（前記一部分とは異なる部分）は、保持部材５０に接していてもよい。また、放熱板２０の第２端部２４は、例えば外部から衝撃（例えばＸ軸方向の衝撃）が加わったときに、保持部材５０に接してもよい。すなわち、外部から衝撃が加わった場合に、保持部材５０は、放熱板２０を支持することができる。
【００３７】
図４に示すように、第２端部２４と開口部５２の内面５３との間の距離をＤとすると、距離Ｄは、下記式（１）を満たすことができる。
Ｄ≧Ｌ×α×（θ２−θ１） ・・・ （１）
【００３８】
ただし、上記式（１）において、Ｌは、図３に示すように、放熱板２０の第１端部２２から第２端部２４に向かう方向（Ｚ軸方向）の長さである。αは、放熱板２０の線膨張係数である。θ１は、放熱板２０の使用温度範囲のうちの最低温度である。θ２は、放熱板２０の使用温度範囲のうちの最高温度である。
【００３９】
上記式（１）において、Ｌは、上述のとおり、例えば、１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。αは、上述のとおり、放熱板２０の材質として、銅（線膨張係数：１７．７×１０−６℃―１）やアルミニウム（線膨張係数：２３．６×１０−６℃―１）が挙げられるため、例えば、１７．７×１０−６℃―１以上２３．６×１０−６℃―１以下である。θ２とθ１との差は、例えば、７０℃以上１００℃以下である。
【００４０】
以上を考慮すると、距離Ｄは、例えば、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。より具体的には、放熱板２０の材質が銅の場合には、距離Ｄは、０．１３ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下である。放熱板２０の材質がアルミニウムの場合には、距離Ｄは、０．１７ｍｍ以上０．４７ｍｍ以下である。なお、これらの値に、放熱板２０を加工する際の加工精度を加味して、距離Ｄを決定してもよい。
【００４１】
さらに、距離Ｄは、下記式（２）を満たすことができる。
Ｄ＝Ｌ×α×（θ２−θ１） ・・・ （２）
【００４２】
上記式（２）を満たすことにより、放熱板２０の温度が使用温度範囲のうちの最高温度θ２℃の場合には、第２端部２４と開口部５２の内面５３とは接することができる。より具体的には、第２端部２４の面２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、それぞれ、面５３ａ，５３ｂ，５３ｃと接することができる。そのため、保持部材５０は、安定して放熱板２０を保持することができる。
【００４３】
図４に示す例では、内面５３を構成する面５３ａと、第２端部２４の面２４ａと、の間の距離をＤとしているが、面５３ｂと面２４ｂとの間の距離、および面５３ｃと面２４ｃとの間の距離もＤであってもよい。
【００４４】
なお、図３および図４に示す例では、第２端部２４と内面５３とは、離間しているが、これは、放熱板２０の温度がθ２℃（使用温度範囲のうちの最高温度）未満の状態（例えば蓄電セル１０を充放電する前の状態）を示したものである。
【００４５】
次に、蓄電セル１０の内部構造について説明する。図５は、図２に示した本実施形態に係る蓄電デバイス１００の蓄電セル１０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。
【００４６】
蓄電セル１０は、図５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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、図示の例に限定されず、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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
正極活物質層１ｂの形成方法としては、まず、正極活物質粉末およびバインダーを、水系媒体または有機溶媒中に分散してスラリーを調整する。必要に応じて、導電性粉末を混入させてもよい。次に、調整したスラリーを正極集電体１ａの表面に塗布して乾燥させる。このようにして、正極活物質層１ｂを得ることをできる。
【００５３】
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。
【００５４】
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、負極活物質層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２ｂの厚みは、例えば、２０μｍ以上５０μｍ以下である。
【００５５】
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。
【００５６】
負極活物質層２ｂの形成方法としては、まず、負極活物質粉末およびバインダーを、水系媒体または有機溶媒中に分散してスラリーを調整する。必要に応じて、導電性粉末を混入させてもよい。次に、調整したスラリーを負極集電体２ａの表面に塗布して乾燥させる。このようにして、負極活物質層２ｂを得ることをできる。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
蓄電デバイス１００によれば、保持部材５０は、放熱板２０の第２端部２４が挿入された開口部５２を有し、第２端部２４と開口部５２の内面５３とは、離間している。そのため、放熱板２０が蓄電セル１０の温度上昇によって膨張したとしても、放熱板２０に応力がかかることを抑制することができる。これにより、放熱板２０が屈曲することを抑制することができる。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、放熱板のＺ軸方向における一方の端部と他方の端部が固定されている場合には、放熱板が熱膨張すると、両端が固定されていることにより放熱板に応力がかかり、放熱板が屈曲する等変形する場合がある。
【００６３】
蓄電デバイス１００によれば、放熱板２０の第２端部２４と開口部５２の内面５３との間の距離Ｄは、上記式（２）を満たすことができる。これにより、例えば、放熱板２０の温度が使用温度範囲のうちの最高温度θ２℃の場合には、第２端部２４と内面５３とは接することができる。そのため、保持部材５０は、安定して放熱板２０を保持することができる。
【００６４】
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について、図面を参照しながら説明する。図６は、本実施形態の第１変形例に係る蓄電デバイス２００を模式的に示す斜視図である。図７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６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図（ＸＹ平面の断面図）である。図８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６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図（ＸＺ平面の断面図）である。なお、図６では、便宜上、外郭部材４０を透視して図示し、図７では、外郭部材４０を省略して図示している。また、図７および図８では、便宜上、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。
【００６５】
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。
【００６６】
蓄電デバイス１００の例では、図１〜図３に示すように、１つの蓄電セル１０を有していた。これに対し、蓄電デバイス２００は、図６〜図８に示すように、複数の蓄電セル１０を有する。図示の例では、蓄電デバイス１０は、６つ設けられているが、その数は特に限定されず、蓄電デバイス２００の用途に応じて適宜変更することができる。図７に示す例では、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、複数の蓄電セル１０は、直列に接続されている。図示はしないが、蓄電デバイス２００の用途に応じて、複数の蓄電セル１０は、並列に接続されてもよい。
【００６７】
放熱板２０は、隣り合う蓄電セル１０の間に設けられている。放熱板２０は、例えば、複数の蓄電セル１０の各々を挟んで設けられている。図示の例では、蓄電セル１０と放熱板２０とは、Ｘ軸方向に沿って交互に積層されている。隣り合う蓄電セル１０は、例えば、放熱板２０を介して、第１扁平面１３と第２扁平面１４とが対向するように、配置されている。図示はしないが、隣り合う蓄電セル１０は、第１扁平面１３同士、または第２扁平面１４同士が対向するように配置されていてもよい。
【００６８】
ヒートシンク３０は、図６および図８に示すように、複数の放熱板２０と接合されている。図示の例では、ヒートシンク３０は、全ての放熱板２０と接合されている。これにより、複数の放熱板２０を熱的に連結することができる。そのため、蓄電セル１０において発生した熱によって、例えば１つの蓄電セル１０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２０によってＺ軸方向に伝わり、放熱板２０の第１端部２２からヒートシンク３０へ伝熱されて、ヒートシンク３０から放熱されることができる。
【００６９】
保持部材５０の開口部５２は、放熱板２０の数に応じて複数設けられている。図８に示す例では、複数の開口部５２は、Ｘ軸方向に配列している。
【００７０】
蓄電デバイス２００によれば、例えば蓄電デバイス１００に比べて、高エネルギー化を図ることができる。
【００７１】
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。なお、図９では、便宜上、外郭部材４０を透視して図示している。
【００７２】
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。
【００７３】
蓄電デバイス３００は、図９に示すように、冷却部６０を有する。冷却部６０としては、ヒートシンク３０を冷却することができれば、その形態は特に限定されないが、例えば、冷却ファンを用いることができる。冷却部６０の配置は、例えば、ヒートシンク３０の凸部３２に直接送風できるように、ヒートシンク３０に接続されている。これにより、ヒートシンク３０は、より効率よく放熱することができる。
【００７４】
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、放熱性を向上させることができる。
【００７５】
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。
【符号の説明】
【００７６】
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 放熱板、２２ 第１端部、２４ 第２端部、３０ ヒートシンク、３２ 凸部、
４０ 外郭部材、５０ 保持部材、５２ 開口部、５３ 内面、６０ 冷却部、
１００〜３００ 蓄電デバイス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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と、
前記外装体の外表面に形成された放熱板と、
前記放熱板の一方の端部が固定されたヒートシンクと、
前記放熱板の他方の端部が挿入された開口部を有する保持部材と、
を含み、
前記他方の端部と、前記開口部の内面とは、離間している、蓄電デバイス。
【請求項２】
請求項１において、
前記他方の端部と前記保持部材との間の距離を、Ｄとし、
前記放熱板の前記一方の端部から前記他方の端部に向かう方向の長さを、Ｌとし、
前記放熱板の線膨張係数を、αとし、
前記放熱板の使用温度範囲のうちの最低温度を、θ１とし、
前記放熱板の使用温度範囲のうちの最高温度を、θ２とすると、
下記式（１）を満たす、蓄電デバイス。
Ｄ≧Ｌ×α×（θ２−θ１） ・・・ （１）
【請求項３】
請求項１または２において、
前記放熱板の材質は、アルミニウムまたは銅である、蓄電デバイス。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記蓄電セルは、複数設けられ、
複数の前記蓄電セルは、直列に接続されており、
前記放熱板は、隣り合う前記蓄電セルの間に設けられている、蓄電デバイス。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、
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。
【請求項１】
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と、
前記外装体の外表面に形成された放熱板と、
前記放熱板の一方の端部が固定されたヒートシンクと、
前記放熱板の他方の端部が挿入された開口部を有する保持部材と、
を含み、
前記他方の端部と、前記開口部の内面とは、離間している、蓄電デバイス。
【請求項２】
請求項１において、
前記他方の端部と前記保持部材との間の距離を、Ｄとし、
前記放熱板の前記一方の端部から前記他方の端部に向かう方向の長さを、Ｌとし、
前記放熱板の線膨張係数を、αとし、
前記放熱板の使用温度範囲のうちの最低温度を、θ１とし、
前記放熱板の使用温度範囲のうちの最高温度を、θ２とすると、
下記式（１）を満たす、蓄電デバイス。
Ｄ≧Ｌ×α×（θ２−θ１） ・・・ （１）
【請求項３】
請求項１または２において、
前記放熱板の材質は、アルミニウムまたは銅である、蓄電デバイス。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記蓄電セルは、複数設けられ、
複数の前記蓄電セルは、直列に接続されており、
前記放熱板は、隣り合う前記蓄電セルの間に設けられている、蓄電デバイス。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１７４９７０（Ｐ２０１２−１７４９７０Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３７０９８（Ｐ２０１１−３７０９８）
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（３０７０３７５４３）ＪＭエナジー株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（３０７０３７５４３）ＪＭエナジー株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
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