(57)【要約】【課題】外部からの異物の衝突を適切に検出可能とする蓄電素子を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の一態様に係る蓄電素子は、電極体と、上記電極体を収容するケースとを備え、上記ケースが、第１導体層と、上記第１導体層に積層される第２導体層と、上記第１導体層及び第２導体層の間に介在する絶縁層とを有し、上記絶縁層が、無機絶縁材料から構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極体と、
上記電極体を収容するケースと
を備え、
上記ケースが、
第１導体層と、
上記第１導体層に積層される第２導体層と、
上記第１導体層及び第２導体層の間に介在する絶縁層と
を有し、
上記絶縁層が、無機絶縁材料から構成される蓄電素子。
【請求項２】
上記無機絶縁材料が絶縁性セラミックである請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項３】
上記絶縁性セラミックの結晶粒の平均粒径が、１０μｍ以上１００μｍ以下である請求項２に記載の蓄電素子。
【請求項４】
上記ケースの基材が金属製であり、この基材が上記第１導体層を構成する請求項１、請求項２又は請求項３に記載の蓄電素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の１つ以上の蓄電素子と、
上記第１導体層及び上記第２導体層間の導通状態を検出する導通検出器と
を備える蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電素子及び蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池に代表される二次電池は、例えばノート型コンピュータ、携帯電話等の小型電子機器、自動車等の車両に挙げられる様々な分野で利用されている。このような二次電池の蓄電素子には、より一層の大容量化、小型化及び安全性が求められている。
【０００３】
蓄電素子としては、正極板と負極板とをセパレータを介して積層した電極体をケース内に収容するものが一般的である。例えば、発電要素を外装部材に収容する電池が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
特許文献１に記載された電池は、第１の金属層及びこの第１の金属層の両面に積層される樹脂層を有する外装部材と、第２の金属層及びこの第２の金属層の両面に積層される樹脂層を有する導電部材とを備え、発電要素を収容する外装部材の外側全体を導電部材が覆う構造である。また、特許文献１の電池装置は、第２の金属層と発電要素の負極タブとの間の導通状態を検出する抵抗検知装置を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１０３２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
蓄電素子は、電極体にエネルギーを蓄えているため、外力により損傷すると発熱する場合がある。特に、蓄電素子が釘の突き刺し等の強い衝撃を受けると、電極体の正極板と負極板とが局所的に短絡し、短時間のうちに大きなエネルギーが放出される可能性がある。
【０００７】
特許文献１の電池装置は、第２の金属層と発電要素の負極タブとの間の導通状態を検出することにより、これらの短絡を早期に検出可能とするものである。しかしながら、特許文献１に記載された電池は、第２の金属層と発電要素の負極タブとの間に絶縁性の樹脂層を備えており、釘等の異物が衝突する際に、この樹脂層が異物に追従するように伸張する可能性がある。このため、特許文献１に記載された電池では、異物が衝突しても樹脂層の存在により第２の金属層と発電要素の負極タブとの間の絶縁が維持され、異物の衝突の検出が遅れるおそれがある。
【０００８】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、外部からの異物の衝突を適切に検出可能とする蓄電素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る蓄電素子は、電極体と、上記電極体を収容するケースとを備え、上記ケースが、第１導体層と、上記第１導体層に積層される第２導体層と、上記第１導体層及び第２導体層の間に介在する絶縁層とを有し、上記絶縁層が、無機絶縁材料から構成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の蓄電素子は、外部からの異物の衝突を適切に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る蓄電素子を示す模式的正面図である。
【図２】図１の蓄電素子の模式的分解斜視図である。
【図３】図１の蓄電素子の模式的Ａ−Ａ線断面図である。
【図４】図１の蓄電素子とは異なる実施形態に係る蓄電素子の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１３】
本発明の一態様に係る蓄電素子は、電極体と、上記電極体を収容するケースとを備え、上記ケースが、第１導体層と、上記第１導体層に積層される第２導体層と、上記第１導体層及び第２導体層の間に介在する絶縁層とを有し、上記絶縁層が、無機絶縁材料から構成される。
【００１４】
当該蓄電素子は、電極体を収容するケースに第１導体層、絶縁層及び第２導体層をこの順で有しているので、導通検出器で第１導体層及び第２導体層間の導通状態が監視される場合に、外部から衝突する異物が電極体に至る前に第１導体層及び第２導体層間の短絡を検出できる。また、当該蓄電素子は、樹脂層より延性の低い無機絶縁材料で絶縁層を構成しているので、絶縁層が絶縁性の樹脂層である場合に比べて、外部から衝突する異物に追従するように絶縁層が伸張することを防止できる。したがって、当該蓄電素子は、第１導体層及び第２導体層間の導通状態を検出することにより、外部からの異物の衝突を適切に検出できる。
【００１５】
上記無機絶縁材料が絶縁性セラミックであるとよい。これにより、絶縁層の延性が十分に低減される。
【００１６】
上記絶縁性セラミックの結晶粒の平均粒径が、１０μｍ以上１００μｍ以下であるとよい。絶縁性セラミックの結晶粒が粗大であると、絶縁層の延性がより低減される。
【００１７】
上記ケースの基材が金属製であり、この基材が上記第１導体層を構成するとよい。ケースの基材が第１導体層を兼ねることで、ケースの薄肉化を図ることができる。
【００１８】
本発明の他の一態様に係る蓄電装置は、１つ以上の上記蓄電素子と、上記第１導体層及び上記第２導体層間の導通状態を検出する導通検出器とを備える。
【００１９】
当該蓄電装置は、導通検出器で第１導体層及び第２導体層間の導通状態を検出することにより、蓄電素子に対する外部からの異物の衝突を適切に検出できる。
【００２０】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る蓄電素子及び蓄電装置を説明する。
【００２１】
［蓄電素子］
図１、図２及び図３に示す蓄電素子１は、電極体２と、電極体２を収容するケース３とを備えている。蓄電素子１は、特に限定されないが、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池用の蓄電素子として構成される。
【００２２】
＜電極体＞
電極体２は、正極板２ａと、正極板２ａと対向するように配設される負極板２ｂと、正極板２ａ及び負極板２ｂ間に配設され、正極板２ａ及び負極板２ｂを電気的に隔離するセパレータ２ｃとを備えている。電極体２は、正極板２ａ、セパレータ２ｃ、負極板２ｂ及びセパレータ２ｃをこの順に積層した長尺帯状の積層体を扁平に巻回した巻回型電極体である。電極体２は、後述するケース３の蓋体３ｂの下部に固定されており、正極板２ａは、集電部材２１ａを経由して電極端子２２ａに電気的に接続され、負極板２ｂは、集電部材２１ｂを経由して電極端子２２ｂに電気的に接続されている。なお、電極体２は、巻回型電極体に限定されず、例えば正極板２ａ、セパレータ２ｃ、負極板２ｂ及びセパレータ２ｃをこの順に複数積層した積層型電極体であってもよく、周知の電極体が採用されればよい。
【００２３】
＜ケース＞
ケース３は、電極体２及び電解質を内部に収容する容器であり、底板及び側壁を有する直方体型の容器形状の基材３ａと、この基材３ａの上部の開口を封止する蓋体３ｂとを有している。また、ケース３は、基材３ａの側壁の外側に、第１導体層４と、第１導体層４から離間した状態で積層される第２導体層６と、第１導体層４及び第２導体層６の間に介在する連続した絶縁層５とを有している。ここで、連続した層とは、切れ目なく続いている層を示す。第１導体層４、絶縁層５及び第２導体層６は、特に限定されないが、全体として約１ｍｍ程度の厚さに形成される。また、第１導体層４、絶縁層５及び第２導体層６は、基材３ａの側壁の２面を覆うように配設されているが、基材３ａの側壁の４面全てを覆うように配設されてもよいし、基材３ａの側壁及び底板の全てを覆うように配設されてもよいし、基材３ａの側壁の面の一部のみを覆うように配設されてもよい。
【００２４】
（第１導体層）
第１導体層４は、基材３ａの表面に積層される連続した導電性の薄い層であり、特に限定されないが、例えばアルミニウム、ステンレス、鉄等の金属又はこれらの合金により形成される。ケース３の基材３ａの表面に第１導体層４を積層する方法としては、特に限定されないが、例えばめっき法等が用いられる。
【００２５】
第１導体層４の平均厚さの下限としては、０．０１ｍｍが好ましく、０．０５ｍｍがより好ましい。一方、第１導体層４の平均厚さの上限としては、０．５０ｍｍが好ましく、０．４０ｍｍがより好ましい。第１導体層４の平均厚さが上記範囲内であることで、製造コストを抑制しつつ十分な厚さの第１導体層４を形成することができる。ここで、「平均厚さ」とは、任意の１０点の厚さの平均値を示す。
【００２６】
（絶縁層）
絶縁層５は、第１導体層４の表面に積層される連続した絶縁性の薄い層であり、無機絶縁材料から構成されている。無機絶縁材料としては、絶縁性セラミック又はダイヤモンドライクカーボン等の絶縁性炭素材料が用いられるが、耐熱性の観点から絶縁性セラミックが用いられると好ましい。また、絶縁性セラミックとしては、シリカ、アルミナ又はジルコニア等の酸化物系の絶縁性セラミック、炭化ケイ素等の炭化物系の絶縁性セラミック、又は窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の窒化物系の絶縁性セラミックが用いられる。製造コストの観点から酸化物系の絶縁性セラミックが用いられると好ましい。なお、絶縁層５は、有機化合物を含まない無機絶縁材料から構成されていると好ましく、無機絶縁材料から絶縁層５を形成するためにバインダーが用いられる場合であっても、無機バインダーが用いられるとよい。
【００２７】
第１導体層４の表面に絶縁層５を積層する方法としては、特に限定されないが、例えば溶剤中に分散させた無機絶縁材料を第１導体層４の表面に塗布した後、乾燥させる方法、溶射法、物理蒸着法（ＰＶＤ法）、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、ダイヤモンド状炭素膜生成法（ＤＬＣ法）、コールドスプレー法、ゾル−ゲル法又は泳動電着法等が無機絶縁材料に応じて選択的に用いられる。
【００２８】
絶縁層５の平均厚さの下限としては、０．０３ｍｍが好ましく、０．０５ｍｍがより好ましい。一方、絶縁層５の平均厚さの上限としては、０．５０ｍｍが好ましく、０．４０ｍｍがより好ましい。絶縁層５の平均厚さが上記範囲内であることで、第１導体層４及び第２導体層６が離間した状態で適切に保持される。
【００２９】
無機絶縁材料として絶縁性セラミックが用いられる場合、絶縁層５を形成する絶縁性セラミック粒子の平均粒径の下限としては、１０μｍが好ましく、２０μｍがより好ましい。一方、絶縁性セラミック粒子の平均粒径の上限としては、１００μｍが好ましく、８０μｍがより好ましい。絶縁性セラミック粒子の平均粒径が上記範囲内であることで、絶縁性セラミック粒子が粗大に形成され、絶縁層の延性がより低減される。ここで、「平均粒径」とは、任意の１０の絶縁性セラミック粒子を顕微鏡観察し、平面視での最大径とこの最大径に直交する方向の径との平均から算出される値を示す。
【００３０】
（第２導体層）
第２導体層６は、絶縁層５の表面に積層される連続した導電性の薄い層であり、特に限定されないが、例えばアルミニウム、ステンレス、鉄等の金属又はこれらの合金により形成される。絶縁層５の表面に第２導体層６を積層する方法としては、特に限定されないが、例えばメタライズ法、活性金属法等のろう付け法、固相接合法又は溶射法等が用いられる。
【００３１】
第２導体層６の平均厚さの下限としては、０．０１ｍｍが好ましく、０．０５ｍｍがより好ましい。一方、第２導体層６の平均厚さの上限としては、０．５０ｍｍが好ましく、０．４０ｍｍがより好ましい。第２導体層６の平均厚さが上記範囲内であることで、製造コストを抑制しつつ十分な厚さの第２導体層６を形成することができる。
【００３２】
図１、図２及び図３には図示されていないが、第１導体層４及び第２導体層６には、第１導体層及び第２導体層間の導通状態を検出する導通検出器に通じる配線を接続するための端子がそれぞれ設けられている。外部から第２導体層６への異物の衝突で絶縁層５が破壊されると、第１導体層４及び第２導体層６が短絡する。このため、これらの端子に接続される導通検出器で第１導体層４及び第２導体層６間の導通状態が監視されると、外部からの異物の衝突検出が可能となる。
【００３３】
（利点）
当該蓄電素子１は、電極体２を収容するケース３に第１導体層４、絶縁層５及び第２導体層６をこの順で有しているので、導通検出器で第１導体層４及び第２導体層６間の導通状態が監視される場合に、外部から衝突する異物が電極体２に至る前に第１導体層４及び第２導体層６間の短絡を検出できる。また、当該蓄電素子１は、樹脂層より延性の低い無機絶縁材料で絶縁層４を構成しているので、絶縁層５が絶縁性の樹脂層である場合に比べて、外部から衝突する異物に追従するように絶縁層５が伸張することを防止できる。特に、当該蓄電素子１は、無機絶縁材料を粒子が粗大な絶縁性セラミックとすることにより、絶縁層４の延性を十分に低減できる。したがって、当該蓄電素子１は、第１導体層４及び第２導体層６間の導通状態を検出することにより、外部からの異物の衝突を適切に検出できる。
【００３４】
［他の実施形態］
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００３５】
上記実施形態では、蓄電素子１が、ケース３の基材３ａの側壁の外側に、第１導体層４、絶縁層５及び第２導体層６を有するものについて説明したが、第１導体層４、絶縁層５及び第２導体層６は、ケース３の基材３ａの側壁の内側に形成されてもよい。
【００３６】
上記実施形態では、第１導体層４が、ケース３の基材３ａの表面に積層されるものについて説明したが、金属製のケースの基材が第１導体層を兼ねる構成であってもよい。すなわち、図４に示すように、蓄電素子１０が、電極体２と、電極体２を収容するケース３０とを備え、ケース３０の基材３０ａが金属製であり、この基材３０ａが第１導体層を構成してもよい。この場合、ケース３０は、基材３０ａの外側又は内側の表面に基材３０ａから離間した状態で積層される第２導体層６０と、基材３０ａ及び第２導体層６０の間に介在する連続した絶縁層５０とを有する構成となる。ケース３０の基材３０ａが第１導体層を兼ねることで、ケースの薄肉化を図ることができる。
【００３７】
また、蓄電素子１又は蓄電素子１０は、第１導体層及び第２導体層間の導通状態を検出する導通検出器を備える蓄電装置に設けられていてもよい。すなわち、蓄電装置が、１つ以上の上記蓄電素子と、第１導体層及び第２導体層間の導通状態を検出する導通検出器とを備える構成であってもよい。蓄電装置が、導通検出器で第１導体層及び第２導体層間の導通状態を検出することにより、蓄電素子に対する外部からの異物の衝突を適切に検出できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の蓄電素子及びこの蓄電素子を備える蓄電装置は、第１導体層及び第２導体層間の導通状態を監視することにより、蓄電素子に対する外部からの異物の衝突を適切に検出できる。
【符号の説明】
【００３９】
１，１０  蓄電素子
２  電極体
２ａ  正極板
２ｂ  負極板
２ｃ  セパレータ
３，３０  ケース
３ａ，３０ａ  基材
３ｂ，３０ｂ  蓋体
４  第１導体層
５，５０  絶縁層
６，６０  第２導体層
２１ａ，２１ｂ  集電部材
２２ａ，２２ｂ  電極端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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