(57)【要約】【課題】生産性に優れ、外装材の絶縁性が確保された蓄電デバイス、蓄電モジュール及び蓄電デバイスの製造方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る蓄電デバイスは、蓄電素子と、電解液と、外装材と、樹脂塗布部とを具備する。外装材は、第１の主面及びその反対側の第２の主面を有する金属層と、第１の主面に積層された樹脂からなる内部樹脂層と、第２の主面に積層された樹脂からなる外部樹脂層とを有する外装フィルムからなり、蓄電素子及び電解液を収容する素子収容部と、素子収容部の外周領域であり、内部樹脂層が融着したシール領域とを有し、金属層が露出する端面が形成されている。樹脂塗布部は、絶縁性を有する硬化性樹脂からなり、端面を被覆する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と、負極と、前記正極と前記負極を絶縁するセパレータとを備える蓄電素子と、
前記蓄電素子が浸漬される電解液と、
第１の主面及びその反対側の第２の主面を有する金属層と、前記第１の主面に積層された樹脂からなる内部樹脂層と、前記第２の主面に積層された樹脂からなる外部樹脂層とを有する外装フィルムからなり、前記蓄電素子及び前記電解液を収容する素子収容部と、前記素子収容部の外周領域であり、前記内部樹脂層が融着したシール領域とを有し、前記金属層が露出する端面が形成された外装材と、
絶縁性を有する硬化性樹脂からなり、前記端面を被覆する樹脂塗布部と
を具備する蓄電デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電デバイスであって、
前記硬化性樹脂は、ＵＶ（ultraviolet）硬化性樹脂である
蓄電デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の蓄電デバイスであって、
前記樹脂塗布部は、前記端面から前記外部樹脂層上に回り込んで形成されている
蓄電デバイス。
【請求項４】
第１の主面及びその反対側の第２の主面を有する金属層と、前記第１の主面に積層された樹脂からなる内部樹脂層と、前記第２の主面に積層された樹脂からなる外部樹脂層とを有する外装フィルムによって、蓄電素子及び電解液を収容する素子収容部と、前記素子収容部の外周領域であり、前記内部樹脂層が融着したシール領域を有する外装材を形成し、
前記外装材のシール領域を裁断してトリミングし、
前記トリミングによって形成された、前記金属層が露出する端面に絶縁性を有する硬化性樹脂を塗布し、
前記硬化性樹脂を硬化させて前記端面を被覆する樹脂塗布部を形成する
蓄電デバイスの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の蓄電デバイスの製造方法であって、
前記硬化性樹脂はＵＶ（ultraviolet）硬化性樹脂であり、
前記硬化性樹脂を硬化させる工程では、前記素子収容部をマスキングして、前記シール領域にＵＶを照射する
蓄電デバイスの製造方法。
【請求項６】
正極と、負極と、前記正極と前記負極を絶縁するセパレータとを備える蓄電素子と、
前記蓄電素子が浸漬される電解液と、
第１の主面及びその反対側の第２の主面を有する金属層と、前記第１の主面に積層された樹脂からなる内部樹脂層と、前記第２の主面に積層された樹脂からなる外部樹脂層とを有する外装フィルムからなり、前記蓄電素子及び前記電解液を収容する素子収容部と、前記素子収容部の外周領域であり、前記内部樹脂層が融着したシール領域とを有し、前記金属層が露出する端面が形成された外装材と、
絶縁性を有する硬化性樹脂からなり、前記端面を被覆する樹脂塗布部と
を備える複数の蓄電デバイスを具備する
蓄電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外装材によって蓄電素子を封止した蓄電デバイス、蓄電モジュール及び蓄電デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
キャパシタや電池等の蓄電デバイスにおいて、正極及び負極を有する蓄電素子を電解液と共に外装材によって封止した構造が多く用いられている。外装材としては金属箔の表裏両面に樹脂を積層したラミネートフィルムが一般的である。
【０００３】
ラミネートフィルムは蓄電素子を封止した後、トリミングされ、不要な部分が除去される。ここで、トリミングにより金属箔が露出すると、金属箔と外部の部材が導通するおそれがあるため、切断端面には絶縁テープが貼られ、絶縁性が確保される。
【０００４】
例えば、特許文献１には、セルケース（ラミネートフィルム）の端部に絶縁テープが巻かれた蓄電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２０４０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この構成では、製造プロセスにおいて絶縁テープを貼付する必要がある。このため、手作業で貼付するにも時間がかかり、自動化も難易度が高いため、量産対応の実現が困難であった。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、生産性に優れ、外装材の絶縁性が確保された蓄電デバイス、蓄電モジュール及び蓄電デバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る蓄電デバイスは、蓄電素子と、電解液と、外装材と、樹脂塗布部とを具備する。
上記蓄電素子は、正極と、負極と、上記正極と上記負極を絶縁するセパレータとを備える。
上記電解液は、上記蓄電素子が浸漬される。
上記外装材は、第１の主面及びその反対側の第２の主面を有する金属層と、上記第１の主面に積層された樹脂からなる内部樹脂層と、上記第２の主面に積層された樹脂からなる外部樹脂層とを有する外装フィルムからなり、上記蓄電素子及び上記電解液を収容する素子収容部と、上記素子収容部の外周領域であり、上記内部樹脂層が融着したシール領域とを有し、上記金属層が露出する端面が形成されている。
上記樹脂塗布部は、絶縁性を有する硬化性樹脂からなり、上記端面を被覆する。
【０００９】
この構成によれば、外装フィルムの金属層が露出する端面が硬化性樹脂からなる樹脂塗布部によって絶縁されている。硬化性樹脂の塗布は絶縁テープの貼付に対して自動化の難易度も低く、量産対応が実現可能である。また、樹脂塗布部は絶縁テープに比べて剥がれにくく、かつ電解液の漏洩防止効果も有する。
【００１０】
上記硬化性樹脂は、ＵＶ（ultraviolet）硬化性樹脂であってもよい。
【００１１】
上記樹脂塗布部は、上記端面から上記外部樹脂層上に回り込んで形成されていてもよい。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る蓄電デバイスの製造方法は、第１の主面及びその反対側の第２の主面を有する金属層と、上記第１の主面に積層された樹脂からなる内部樹脂層と、上記第２の主面に積層された樹脂からなる外部樹脂層とを有する外装フィルムによって、蓄電素子及び電解液を収容する素子収容部と、上記素子収容部の外周領域であり、上記内部樹脂層が融着したシール領域を有する外装材を形成する。
上記外装材のシール領域を裁断してトリミングする。
上記トリミングによって形成された、上記金属層が露出する端面に絶縁性を有する硬化性樹脂を塗布する。
上記硬化性樹脂を硬化させて上記端面を被覆する樹脂塗布部を形成する。
【００１３】
上記硬化性樹脂はＵＶ（ultraviolet）硬化性樹脂であり、
上記硬化性樹脂を硬化させる工程では、上記素子収容部をマスキングして、上記シール領域にＵＶを照射してもよい。
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る蓄電モジュールは、複数の蓄電デバイスを具備する。上記蓄電デバイスは、蓄電素子と、電解液と、外装材と、樹脂塗布部とを具備する。
上記蓄電素子は、正極と、負極と、上記正極と上記負極を絶縁するセパレータとを備える。
上記電解液は、上記蓄電素子が浸漬される。
上記外装材は、第１の主面及びその反対側の第２の主面を有する金属層と、上記第１の主面に積層された樹脂からなる内部樹脂層と、上記第２の主面に積層された樹脂からなる外部樹脂層とを有する外装フィルムからなり、上記蓄電素子及び上記電解液を収容する素子収容部と、上記素子収容部の外周領域であり、上記内部樹脂層が融着したシール領域とを有し、上記金属層が露出する端面が形成されている。
上記樹脂塗布部は、絶縁性を有する硬化性樹脂からなり、上記端面を被覆する。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように本発明によれば、生産性に優れ、外装材の絶縁性が確保された蓄電デバイス、蓄電モジュール及び蓄電デバイスの製造方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る蓄電デバイスの斜視図である。
【図２】同蓄電デバイスの断面図である。
【図３】同蓄電デバイスが備える外装材を構成する外装フィルムの断面図である。
【図４】同蓄電デバイスの平面図である。
【図５】同蓄電デバイスの周縁部の断面図である。
【図６】同蓄電デバイスの平面図である。
【図７】同蓄電デバイスが備える樹脂塗布部の断面図である。
【図８】本発明の比較例に係る蓄電デバイスの断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る蓄電モジュールの平面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る蓄電デバイスの他の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態に係る蓄電デバイスについて説明する。
【００１８】
［蓄電デバイスの構成］
図１は、本実施形態に係る蓄電デバイス１００の斜視図である。図２は蓄電デバイス１００の断面図であり、図１のＡ−Ａ線での断面図である。なお、各図において相互に直交する３方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向とする。
【００１９】
図１及び図２に示すように、蓄電デバイス１００は、蓄電素子１０１、外装材１０２、正極端子１０３及び負極端子１０４を備える。外装材１０２の周縁には樹脂塗布部１３０が設けられている。
【００２０】
蓄電素子１０１は、図２に示すように、正極１１１、負極１１２及びセパレータ１１３が積層されて構成されている。
【００２１】
正極１１１は、正極材料を含むシート状の部材であり、例えば集電箔に正極材料を積層したものとすることができる。集電箔は例えば多孔性のアルミニウム箔であり、正極材料は例えば活性炭等の正極活物質とバインダ樹脂等を混合したものである。
【００２２】
負極１１２は、負極材料を含むシート状の部材であり、例えば集電箔に負極材料を積層したものとすることができる。集電箔は例えば多孔性の銅箔であり、負極材料は例えばグラファイト等の負極活物質とバインダ樹脂等を混合したものである。
【００２３】
セパレータ１１３は、織布、不織布又は合成樹脂微多孔膜等からなるシート状の部材であり、正極１１１と負極１１２を絶縁する。
【００２４】
正極１１１及び負極１１２はセパレータ１１３を介して積層され、蓄電素子１０１を構成する。正極１１１及び負極１１２の層数は特に限定されない。蓄電素子１０１は、任意の電解液と共に外装材１０２に収容されている。
【００２５】
外装材１０２は、蓄電素子１０１を封止する。図２に示すように、外装材１０２は、２枚の外装フィルム１２１が貼り合わされて構成され、蓄電素子１０１を収容する素子収容部Ｒを形成する。
【００２６】
図３は外装フィルム１２１の構造を示す模式図である。同図に示すように外装フィルム１２１は、金属層１２２、内部樹脂層１２３及び外部樹脂層１２４を備える。
【００２７】
金属層１２２は、箔状の金属からなる層であり、大気中の水分の透過を防止する。金属層１２２は、図３に示すように、第１主面１２２ａとその反対側の第２主面１２２ｂとを有する。金属層１２２は、アルミニウム、銅、ニッケル又はステンレス等の金属からなる金属箔とすることができる。
【００２８】
内部樹脂層１２３は、第１主面１２２ａに積層され、素子収容部Ｒの内周面を構成し、金属層１２２を被覆して絶縁する。
【００２９】
内部樹脂層１２３は、例えば、ポリプロピレンからなるものとすることができる。この他にも、内部樹脂層１２３はポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド又はエチレン−酢酸ビニル共重合体等からなるものとすることができる。また、内部樹脂層１２３は複数の樹脂層が積層されて構成されてもよい。
【００３０】
外部樹脂層１２４は、第２主面１２２ｂに積層され、蓄電デバイス１００の表面を構成し、金属層１２２を被覆して保護する。
【００３１】
外部樹脂層１２４は、例えばポリエチレンテレフタレートからなるものとすることができる。この他にも外部樹脂層１２４はオリエンテッドナイロン、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリイミド又はポリカーボネート等からなるものとすることができる。また、外部樹脂層１２４は複数の樹脂層が積層されて構成されてもよい。
【００３２】
上記構成を有する外装フィルム１２１の２枚が蓄電素子１０１を介して対向し、封止されている。図４は、蓄電デバイス１００の平面図である。同図に示すように、素子収容部Ｒの外周に渡って、シール領域Ｓが形成されている。なお、図４及び以下の図５では樹脂塗布部１３０の図示は省略する。
【００３３】
図５はシール領域Ｓを示す図であり、図４のＢ−Ｂ線での蓄電デバイス１００の断面図である。同図において破線で示すように、シール領域Ｓにおいては内部樹脂層１２３が熱融着され、２枚の外装フィルム１２１が貼りあわされている。
【００３４】
また、図５に示すように、蓄電デバイス１００の周縁における外装材１０２の端面を端面１０２ａとする。端面１０２ａには金属層１２２が露出する。以下、端面１０２ａに露出する金属層１２２を金属露出部１２２ｃとする。さらに、シール領域Ｓに該当する外装材１０２の表面をシール面１０２ｂとする。
【００３５】
外装材１０２は、シール領域Ｓの熱溶着の後、余分な部分がカットされ、トリミングされる。このため、蓄電デバイス１００の周縁部には金属露出部１２２ｃを含む端面１０２ａが形成される。端面１０２ａは後述するように樹脂塗布部１３０によって被覆される。
【００３６】
正極端子１０３は、正極１１１の外部端子である。正極端子１０３は、図示しない配線を介して正極１１１と電気的に接続され、シール領域Ｓにおいて２枚の外装フィルム１２１の間を介して素子収容部Ｒの内部から外部へ引き出されている。正極端子１０３は金属からなる箔又は線材等であるものとすることができる。
【００３７】
負極端子１０４は、負極１１２の外部端子である。負極端子１０４は、図示しない配線を介して負極１１２と電気的に接続され、シール領域Ｓにおいて２枚の外装フィルム１２１の間を介して素子収容部Ｒの内部から外部へ引き出されている。負極端子１０４は金属からなる箔又は線材等であるものとすることができる。
【００３８】
蓄電デバイス１００の種類は特に限定されず、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ等、正極及び負極を備える蓄電素子及び電解液を外装材で封止した構造を有するものであればよい。
【００３９】
［樹脂塗布部について］
上記のように、蓄電デバイス１００は、周縁部に金属露出部１２２ｃを含む端面１０２ａが形成され（図５参照）、端面１０２ａには樹脂塗布部１３０が設けられている。
【００４０】
図６は、樹脂塗布部１３０を示す蓄電デバイス１００の平面図である。図７は、図６のＣ−Ｃ線での蓄電デバイス１００の断面図である。
【００４１】
図６に示すように、外装材１０２の周縁である４辺のうち、正極端子１０３及び負極端子１０４が設けられている辺を除いた３辺には樹脂塗布部１３０が設けられている。
【００４２】
樹脂塗布部１３０は、絶縁性を有する硬化性樹脂からなる。この硬化性樹脂はＵＶ（ultraviolet）硬化性樹脂、熱硬化性樹脂又は二液性硬化樹脂とすることができるが特にＵＶ硬化性樹脂が好適である。
【００４３】
樹脂塗布部１３０は、少なくとも端面１０２ａを被覆するものであればよいが、図７に示すように端面１０２ａからシール面１０２ｂに回り込んで形成されていると、外力を受けても破断しにくく、好適である。
【００４４】
なお、樹脂塗布部１３０を形成する硬化性樹脂は、所定のチキソトロピー（揺変性）を有するものが好適である。チキソトロピーが小さいと端面１０２ａ上において流動し、樹脂塗布部１３０の厚さが不十分となる。硬化性樹脂のチキソトロピーはシリカ等を添加することによって調整可能である。
【００４５】
図７に示すように、シール面１０２ｂの幅を幅ａとし、樹脂塗布部１３０のシール面１０２ｂにおける幅を幅ｂとすると、ｂ／ａは０．１５以上０．５以下が好適である。例えば幅ａは６ｍｍ、幅ｂは１ｍｍとすることができる。
【００４６】
このように端面１０２ａ上に樹脂塗布部１３０を形成することにより、金属露出部１２２ｃが樹脂塗布部１３０によって被覆され、金属層１２２が絶縁される。通常、このような外装材の端面は絶縁テープによって絶縁される。
【００４７】
図８は、比較例に係る蓄電デバイス２００を示す断面図である。同図に示すように、外装材２０２は、金属層２２２の表裏面に内部樹脂層２２３及び外部樹脂層２２４が積層された外装フィルム２２１からなる。外装材２０２の端面２０２ａには、金属露出部２２２ｃが存在する。
【００４８】
外装フィルム２２１の端面２０２ａ及びシール面２０２ｂ上には絶縁テープＴが貼付され、金属露出部２２２ｃが絶縁されている。
【００４９】
このように、絶縁テープを用いて外装材２０２の端面２０２ａを絶縁することも可能である。しかしながら、絶縁テープを端面２０２ａに手作業で貼り付けると時間がかかり、自動化も容易ではない。
【００５０】
これに対し、本実施形態のように樹脂塗布部１３０を用いて端面１０２ａの絶縁を行う場合、絶縁テープに比べて絶縁工程の自動化の難易度が下がり量産対応の実現が可能となる。また絶縁テープに比べて樹脂塗布部１３０が外装材１０２から剥がれる可能性も低い。
【００５１】
さらに、樹脂塗布部１３０は外装材１０２に密着するため、シール領域Ｓから電解液が漏出した場合にも樹脂塗布部１３０によって漏出を防止することが可能となる。
【００５２】
［蓄電デバイスの製造方法］
蓄電デバイス１００の製造方法について説明する。蓄電デバイス１００の製造工程では、外装フィルム１２１によって蓄電素子１０１を囲み、電解液を充填した後、蓄電素子１０１を収容した素子収容部Ｒの周囲において内部樹脂層１２３を熱融着させる。これにより、素子収容部Ｒの周囲にシール領域Ｓが形成される。
【００５３】
続いて、シール領域Ｓにおいて外装材１０２を裁断し、トリミングを行う。この際、図５に示すように金属露出部１２２ｃを含む端面１０２ａが形成される。
【００５４】
続いて外装材１０２の周縁に硬化性樹脂を塗布する。硬化性樹脂の塗布は、硬化性樹脂を貯留した容器に外装材１０２の周縁を浸すディップ工法によって行うことができる。また、ディップ工法の他にもディスペンサによる塗布や印刷等、外装材１０２の周縁形状によって適切な塗布工法を選択することができる。
【００５５】
続いて硬化性樹脂を硬化させる。硬化性樹脂の硬化は、絶縁が必要な外装材１０２の辺の全てに硬化性樹脂を塗布した後、まとめて実行してよく、１辺ずつ塗布及び硬化を繰り返してもよい。
【００５６】
硬化性樹脂がＵＶ硬化性樹脂の場合、ＵＶを照射することにより硬化させることができるが、この際、素子収容部Ｒ（図４参照）をマスキングし、シール領域ＳにのみＵＶを照射することができる。これにより素子収容部ＲにはＵＶ照射による発熱が生じず、蓄電素子１０１の熱による劣化を防止することが可能である。
【００５７】
硬化性樹脂の硬化によって図７に示すように樹脂塗布部１３０が形成され、蓄電デバイス１００を製造することができる。硬化性樹脂の塗布によって端面１０２ａを絶縁することができるため、量産性に優れた製造方法を実現することが可能である。
【００５８】
［蓄電モジュールについて］
上記蓄電デバイス１００は、蓄電モジュールに搭載されるものとすることができる。図９は、蓄電デバイス１００を備える蓄電モジュール１５０の分解斜視図である。同図に示すように蓄電モジュール１５０は、複数の蓄電デバイス１００及び筐体１６０を備える。
【００５９】
筐体１６０は、図９に示すように枠部材１６１、第１板部材１６２及び第２板部材１６３によって構成されている。
【００６０】
枠部材１６１は、合成樹脂等からなる枠状の部材である。枠部材１６１には蓄電デバイス１００の正極端子１０３及び負極端子１０４にそれぞれ電気的に接続されたコネクタや蓄電デバイス１００の制御回路を搭載した基板等が実装されている。
【００６１】
第１板部材１６２及び第２板部材１６３は、アルミニウム等の金属からなる板状の部材である。第１板部材１６２及び第２板部材１６３が枠部材１６１を挟むことによって、枠部材１６１、第１板部材１６２及び第２板部材１６３によって囲まれた収容空間が形成される。第１板部材１６２及び第２板部材１６３はネジ止め等によって枠部材１６１に固定される。
【００６２】
蓄電モジュール１５０においては、蓄電デバイス１００の容積を大きくすることで蓄電モジュール１５０の蓄電容量を確保することができる。一方、蓄電デバイス１００の容積を大きくすると、枠部材１６１等の蓄電デバイス１００の周囲の部材に蓄電デバイス１００が近接して配置されることになる。
【００６３】
上記のように蓄電デバイス１００においては、正極端子１０３及び負極端子１０４が設けられている辺を除き、端面１０２ａが樹脂塗布部１３０によって絶縁されているため、短絡のおそれなく蓄電デバイス１００を周囲の部材に近接させることが可能となる。したがって、蓄電デバイス１００の容積を確保し、蓄電モジュール１５０の蓄電容量を確保することができる。
【００６４】
なお、蓄電デバイス１００のうち正極端子１０３及び負極端子１０４が設けられている辺は図示しない外部端子等が配置されるため、必ずしも樹脂塗布部１３０によって端面１０２ａを絶縁する必要はない。
【００６５】
［蓄電デバイスの他の構成］
図１０は他の構成を有する蓄電デバイス１００の平面図である。
【００６６】
上記説明において、樹脂塗布部１３０は、正極端子１０３及び負極端子１０４が設けられている辺を除く３辺に形成されるとしたが、図１０に示すように、正極端子１０３及び負極端子１０４は異なる辺に設けられてもよい。
【００６７】
この場合、樹脂塗布部１３０は、正極端子１０３及び負極端子１０４が設けられた２辺を除く２辺に設けられる。
【００６８】
また、外装材１０２は２枚の外装フィルム１２１を貼り合わせたものに限られず、１枚の外装フィルム１２１を折り重ね、貼り合わせたものであってもよい。この場合も外装フィルム１２１を折り曲げた辺及び正極端子１０３及び負極端子１０４が設けられた辺を除く辺に樹脂塗布部１３０を形成することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１００…蓄電デバイス
１０１…蓄電素子
１０２…外装材
１０２ａ…端面
１１１…正極
１１２…負極
１１３…セパレータ
１２１…外装フィルム
１２２…金属層
１２３…内部樹脂層
１２４…外部樹脂層
１３０…樹脂塗布部
１５０…蓄電モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020150164.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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