(57)【要約】【課題】放熱性の高い電気化学デバイスを提供する。【解決手段】本発明の一形態に係る電気化学デバイスは、ケースと、蓄電素子と、第１の端子と、第２の端子と、放熱部とを具備する。ケースは、ケース本体と、金属製のリッドとを有する。ケース本体は、底面と、底面に連接して形成される周面と、第１の内面とを含む。リッドは、ケース本体に接合され第１の内面と対向する第２の内面を含み、ケース本体との間に液室を形成する。蓄電素子は、電解液と、第１の内面に配置された第１の電極部と、第２の内面に接続された第２の電極部とを有し、液室に収容される。第１の端子は、底面に形成され第１の電極部と接続される。放熱部は、リッドから底面に向かって延びケース本体の内部に形成された第１の金属線と、第１の金属線と第２の端子とに接続され周面に形成された露出部とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面と、前記底面に連接して形成される周面と、第１の内面とを含むケース本体と、前記ケース本体に接合され前記第１の内面と対向する第２の内面を含み前記ケース本体との間に液室を形成する金属製のリッドとを有するケースと、
電解液と、前記第１の内面に配置された第１の電極部と、前記第２の内面に接続された第２の電極部とを有し、前記液室に収容された蓄電素子と、
前記底面に形成され前記第１の電極部と接続された第１の端子と、
前記底面に形成された第２の端子と、
前記リッドから前記底面に向かって延び前記ケース本体の内部に形成された第１の金属線と、前記第１の金属線と前記第２の端子とに接続され前記周面に形成された露出部とを有する放熱部と
を具備する電気化学デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の電気化学デバイスであって、
前記放熱部は、前記リッドから前記底面に向かって延び前記ケース本体の内部にそれぞれ形成された複数の第１の金属線を有し、
前記露出部は、前記複数の第１の金属線各々と接続される
電気化学デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電気化学デバイスであって、
前記放熱部は、
前記リッドに接続され、前記リッドから前記底面に向かって延び、前記ケース本体の内部に形成された第２の金属線をさらに有し、
前記露出部は、前記第２の金属線と非導通に構成される
電気化学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充放電可能な蓄電素子を備える電気化学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
充放電が可能な蓄電素子を備える電気化学デバイスは、バックアップ電源等に広く利用されている。このような電気化学デバイスは、ひとつとして、絶縁性のケースと金属製のリッドとが液室を構成し、当該液室に電解液を含む蓄電素子が封入された構造となっている。蓄電素子の正極は、配線を介して底面に形成された正極端子に、負極は、金属製のリッド及び配線を介して底面に形成された負極端子に、それぞれ接続される（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２３２５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、蓄電素子は充放電の際に発熱する。この際、金属製のリッドに接続される負極側は比較的放熱されやすいが、正極側は放熱されにくく、電気化学デバイス全体としての排熱は十分になされなかった。特に、比較的高い電圧により充放電を行う場合には、電解液が高温となって劣化し、製品寿命が短くなるおそれがあった。また、液室内が高圧となり、リッドとケースとの接合部やケース本体が損壊し、液漏れ等の不具合を生じる可能性もあった。
【０００５】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、放熱性の高い電気化学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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電気化学デバイスは、ケースと、蓄電素子と、第１の端子と、第２の端子と、放熱部とを具備する。
上記ケースは、ケース本体と、金属製のリッドとを有する。上記ケース本体は、底面と、上記底面に連接して形成される周面と、第１の内面とを含む。上記リッドは、上記ケース本体に接合され上記第１の内面と対向する第２の内面を含み、上記ケース本体との間に液室を形成する。
上記蓄電素子は、電解液と、上記第１の内面に配置された第１の電極部と、上記第２の内面に接続された第２の電極部とを有し、上記液室に収容される。
上記第１の端子は、上記底面に形成され上記第１の電極部と接続される。
上記放熱部は、上記リッドから上記底面に向かって延び上記ケース本体の内部に形成された第１の金属線と、上記第１の金属線と上記第２の端子とに接続され上記周面に形成された露出部とを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電気化学デバイスの斜視図である。
【図２】上記電気化学デバイスの縦断面図である。
【図３】上記電気化学デバイスのリッド、結合リング及び蓄電素子を取り除いた構成の縦断面図である。
【図４】上記構成の平面図である。
【図５】上記電気化学デバイスの、放熱部の接続部の構成を示す横断面図である。
【図６】上記電気化学デバイスの作用効果を説明する要部縦断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る電気化学デバイスの縦断面図である。
【図８】上記電気化学デバイスのリッド、結合リング及び蓄電素子を取り除いた構成の縦断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る電気化学デバイスの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の一形態に係る電気化学デバイスは、ケースと、蓄電素子と、第１の端子と、第２の端子と、放熱部とを具備する。
上記ケースは、ケース本体と、金属製のリッドとを有する。上記ケース本体は、底面と、上記底面に連接して形成される周面と、第１の内面とを含む。上記リッドは、上記ケース本体に接合され上記第１の内面と対向する第２の内面を含み、上記ケース本体との間に液室を形成する。
上記蓄電素子は、電解液と、上記第１の内面に配置された第１の電極部と、上記第２の内面に接続された第２の電極部とを有し、上記液室に収容される。
上記第１の端子は、上記底面に形成され上記第１の電極部と接続される。
上記放熱部は、上記リッドから上記底面に向かって延び上記ケース本体の内部に形成された第１の金属線と、上記第１の金属線と上記第２の端子とに接続され上記周面に形成された露出部とを有する。
【０００９】
上記構成によれば、充放電に伴って蓄電素子の第１及び第２の電極部で発せられた熱が、放熱部の第１の金属線を介して金属製のリッド及び露出部に伝達され、放熱される。したがって、蓄電素子の発熱による電解液の劣化を抑制し、寿命が長い電気化学デバイスを提供することができる。また、電解液の液漏れ等の不具合を防止することができる。
【００１０】
また、上記放熱部は、上記リッドから上記底面に向かって延び上記ケース本体の内部にそれぞれ形成された複数の第１の金属線を有し、
上記露出部は、上記複数の第１の金属線各々と接続されてもよい。
【００１１】
上記構成によれば、複数の第１の金属線により、放熱効率を高めることが可能となる。さらに、リッドとケース本体との溶接時の熱を均一に冷却することも可能となる。また、ケース本体の強度を高めることも可能となる。
【００１２】
あるいは、上記放熱部は、
上記リッドに接続され、上記リッドから上記底面に向かって延び、上記ケース本体の内部に形成された第２の金属線をさらに有し、
上記露出部は、上記第２の金属線と非導通に構成されてもよい。
【００１３】
これにより、第２の金属線が、蓄電素子によって発生した熱をリッドへ伝達し、冷却することが可能となる。
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
［電気化学デバイス］
図１は、本発明の一実施形態に係る電気化学デバイス１０の斜視図であり、図２は電気化学デバイス１０の縦断面図である。これらの図に示すように、電気化学デバイス１は、ケース１０、蓄電素子１３、正極端子（第１の端子）１４、正極配線１５、負極端子（第２の端子）１６及び放熱部１７を備える。
【００１６】
図２に示すように、電気化学デバイス１は、ケース１０内部に形成された液室１１ａに蓄電素子１３及び電解液Ｌが封入されて構成されている。詳細は後述するが、蓄電素子１３の正極は、ケース本体１１内部に形成された正極配線１５を介して正極端子１４と電気的に接続され、蓄電素子１３の負極は、リッド１２及び放熱部１７を介して負極端子１６と電気的に接続される。
【００１７】
ケース１０は、ケース本体１１と、リッド１２と、結合リング１８とを有する。ケース１０は、ケース本体１１とリッド１２が結合リング１８を介して接合された構成を有し、内部に液室１１ａが形成される。
【００１８】
ケース本体１１は、絶縁性であり、例えばセラミックス等の絶縁性材料からなる。ケース本体１１は、底面１１１と、底面１１１に連接して形成される周面１１２と、第１の内面１１３とを有し、例えば図１に示すような直方体形状、あるいは円柱状等の他の形状に形成され得る。ケース本体１１には、液室１１ａを構成する凹部が形成され、当該凹部の底面が第１の内面１１３として構成され得る。
【００１９】
ケース本体１１は、例えば、ＨＴＣＣプロセス又はＬＴＣＣプロセスによって製造される。すなわち、ケース本体１１は、セラミックス材料を配合し、型等を利用して、複数のセラミックスシートを成型する。これら複数のセラミックスシートを積層し、所定の温度で焼成することで、製造され得る。
【００２０】
リッド１２は、金属製であり、ケース本体１１との間に液室１１ａを形成する。リッド１２は、ケース本体１１に接合され第１の内面１１３と対向する第２の内面１２１を含む。第２の内面１２１には、結合リング１８が接合され、第２の内面１２１は結合リング１８を介してケース本体１１と接合され得る。リッド１２は、例えばコバール（鉄−ニッケル−コバルト合金）等の金属材料で形成される。あるいは、リッド１２は、電解腐食を防止するため、コバール等の母材がニッケル、白金、銀、金あるいはパラジウム等の耐腐食性の高い金属からなる被膜によって被覆されたクラッド材とすることも可能である。
【００２１】
結合リング１８は、環状のシール部材として構成され、例えばコバール等の金属材料で形成される。結合リング１８とリッド１２の第２の内面１２１との接合は、例えばシーム溶接やレーザ溶接等の直接接合法を利用できる他、導電性接合材を介在した間接接合法を適用することができる。また結合リング１８とケース本体１１とは、ロウ付けによって接合されてもよい。
【００２２】
蓄電素子１３は、液室１１ａに収容され、電荷を蓄積し（蓄電）あるいは放出（放電）する。図２に示すように蓄電素子１３は、電解液Ｌと、第１の内面１１３に配置された第１の電極部１３１と、リッド１２の第２の内面１２１に接続された第２の電極部１３２と、セパレートシート１３３とを有する。蓄電素子１３は、第１の電極部１３１及び第２の電極部１３２によってセパレートシート１３３が挟まれた構成とすることができる。
【００２３】
第１の電極部１３１は、具体的には、電極シートと、第１の内面１１３に接着する接着層とを含んでいてもよい。第２の電極部１３２は、同様に、電極シートと、電極シートをリッド１２の第２の内面１２１に接着する接着層とを含んでいてもよい。第１の電極部１３１及び第２の電極部１３２の各電極シート及びセパレートシート１３３の構成材料は、必要な特性に応じて適宜選択することができる。例えば、各電極シートは、活物質を含む材料を用いることができ、セパレートシート１３３はガラス繊維、セルロース繊維、プラスチック繊維等を主材料とする多孔質シートとすることができる。接着層は、導電性接着剤を含むものとすることができる。
【００２４】
正極端子１４は、底面１１１に形成され第１の電極部１３１と接続され、実装基板等との接続に用いられる外部端子として機能する。正極端子１４は、具体的には、蓄電素子１３の正極（第１の電極部１３１）と正極配線１５によって接続される。
【００２５】
正極配線１５は、蓄電素子１３の第１の電極部１３１と正極端子１４とを電気的に接続する。正極配線１５の構成は特に限定されないが、例えば図２に示すように、正極端子１４から底面１１１に向かって延びるビア１５１と、ケース本体１１内を底面１１１に略平行な方向に走行する内部配線１５２と、周面１１２に形成され正極端子１４と接続される端子接続部１５３とを有していてもよい。
【００２６】
負極端子１６は、底面１１１に形成され、実装基板等との接続に用いられる外部端子として機能する。負極端子１６は、具体的には、蓄電素子１３の負極（第２の電極部１３２）と、放熱部１７、リッド１２及び結合リング１８によって接続される。
【００２７】
放熱部１７は、本実施形態において、蓄電素子１３の第２の電極部１３２に接続されたリッド１２と負極端子１６とを電気的に接続する。放熱部１７は、複数の金属線（第１の金属線）１７１と、露出部１７３と、接続部１７４とを有する。
【００２８】
図３は、リッド１２、結合リング１８及び蓄電素子１３を取り除いた構成の縦断面図である。図２及び図３に示すように、各金属線１７１は、リッド１２から底面１１１に向かって延び、ケース本体１１の内部に形成される。各金属線１７１は、上端においてリッド１２の結合リング１８に接続され、下端において接続部１７４を介して露出部１７３に接続される。各金属線１７１は、ケース本体１１の内部を直線的に走行してもよいし、蛇行あるいは屈曲して走行していてもよい。各金属線１７１は、相互に平行に配置されてもよい。
【００２９】
図４は、リッド１２及び蓄電素子１３を取り除いた構成の平面図である。各金属線１７１は、同図に示すように例えば円柱状に形成されるが、楕円柱状、角丸柱状等に形成されてもよい。複数の金属線１７１は、液室１１ａを取り囲むように配置され、例えば、均等に離間して配置されていてもよい。また、例えば、複数の金属線１７１のうちの４つの金属線１７１が、ケース本体１１の角部に配置されてもよい。金属線１７１の本数は特に限定されない。
【００３０】
複数の金属線１７１は、ケース本体１１と同時に製造されることができる。すなわち、ケース本体１１の一部を構成するセラミックスシートの所定位置に孔を形成し、そこに金属材料を埋め込む。このような複数のセラミックスシートを積層し、焼成することで、ケース本体１１内に複数の金属線１７１が形成される。複数の金属線１７１の材料は特に限定されないが、ＨＴＣＣプロセスを用いる場合にはタングステン、ＬＴＣＣプロセスを用いる場合には銀等を用いることができる。
【００３１】
図５は、接続部１７４の形状を示す横断面図である。接続部１７４は、複数の金属線１７１と、露出部１７３とを接続する。接続部１７４は、同図に示すように環状に構成されてもよいが、これに限定されず、任意の形状を採り得る。
【００３２】
露出部１７３は、周面１１２に形成され、複数の金属線１７１（接続部１７４）と負極端子１６とに接続される。露出部１７３は、例えば接続部１７４から底面１１１に向かって延びる帯状に形成される。
【００３３】
［放熱部について］
図６は、放熱部１７の作用効果を説明する模式的な要部断面図である。なお、同図中の矢印は、熱の伝達方向を示す。蓄電素子１３は、充放電の際、正極（第１の電極部１３１）及び負極（第２の電極部１３２）で発熱する。特に、比較的高電圧で充放電を行った場合には、電解液Ｌが高温となって劣化が早まり、製品寿命が短くなるおそれがあった。また、電解液Ｌが熱せられることで液室１１ａ内の圧力が高まり、リッド１２及び結合リング１８の接合部位からの液漏れやケース本体１１の損壊等の不具合が生じる可能性もあった。
【００３４】
そこで、本実施形態によれば、放熱部１７により、充放電に伴い発生した熱を効率よく放熱することが可能となる。具体的には、図６に示すように、負極周辺で生じた熱は、金属線１７１から結合リング１８を介してリッド１２に伝達され、金属製のリッド１２によって冷却される。一方、正極周辺で生じた熱は、金属線１７１から接続部１７４を介して露出部１７３に伝達され、露出部１７３によって冷却される。このように、露出部１７３を有することで、負極のみならず、正極周辺において発生した熱も効率よく放熱することが可能となる。したがって、電解液Ｌの劣化を抑制し、電気化学デバイス１の長寿命化を実現することが可能となるとともに、液漏れ等の不具合を抑制することができる。
【００３５】
さらに、放熱部１７が露出部１７３を有することから、金属線１７１がケース本体１１内を貫通しない構成とすることができる。仮に金属線がケース本体１１内を貫通したとすると、焼成時の熱膨張等によって金属線が底面１１１から突出するおそれが生じ、正極端子１４及び負極端子１６と外部の実装基板等との接続が不良になる可能性がある。したがって、放熱部１７を上記構成とすることにより、外部との接続を良好に行うことが可能となる。
【００３６】
さらに、放熱部１７は、複数の金属線１７１を有する。これにより、正極及び負極で発生した熱を効率よくリッド１２及び露出部１７３へ伝達し、冷却効率を高めることができる。
【００３７】
また、複数の金属線１７１を均等に離間して配置することで、ケース本体１１（結合リング１８）とリッド１２とを溶接する際にも、発生した熱を効率的に、かつ均一に冷却することが可能となる。これにより、不均一な温度分布による局所的なリッド１２の歪みを防止することができる。
【００３８】
加えて、ケース本体１１内に複数の金属線１７１を有することで、ケース本体１１の強度を高めることができる。したがって、ケース本体１１の歪みや損壊等を防止することができる。さらに、仮に１つの金属線１７１が破断した場合にも、蓄電素子１３の負極と負極端子１６とを電気的に接続することが可能となり、接続不良の可能性を低減することが可能となる。
【００３９】
＜第２の実施形態＞
図７は、本発明の第２の実施形態に係る電気化学デバイス２の断面図である。同図に示すように、電気化学デバイス２は、電気化学デバイス１と同様の構成の蓄電素子１３、正極端子（第１の端子）１４、正極配線１５、及び負極端子（第２の端子）１６に加えて、ケース２０及び放熱部２７を備える。ケース２０は、ケース本体２１、リッド１２及び結合リング１８を有する。なお、以下の説明において、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を用いて、その説明を省略する。
【００４０】
図８は、リッド１２、結合リング１８及び蓄電素子１３を取り除いた構成の縦断面図である。ケース本体２１は、ケース本体１１と同様の概略構成を有する。すなわちケース本体２１は、絶縁性であって、底面２１１と、底面２１１に連接して形成される周面２１２と、第１の内面２１３とを有する。第１の内面２１３は、液室２１ａを構成する凹部の底面として構成され得る。
【００４１】
放熱部２７は、蓄電素子１３の第２の電極部１３２に接続されたリッド１２と負極端子１６とを電気的に接続する。放熱部２７は、複数の第１の金属線２７１と、複数の第２の金属線２７２と、露出部２７３と、接続部２７４とを有する。
【００４２】
各第１の金属線２７１は、金属線１７１と同様に、リッド１２から底面２１１に向かって延びケース本体２１の内部に形成される。各第１の金属線２７１は、上端において結合リング１８を介してリッド１２に接続され、下端において接続部２７４を介して露出部２７３に接続される。第１の金属線２７１の数は特に限定されない。
【００４３】
各第２の金属線２７２は、結合リング１８を介してリッド１２に接続され、リッド１２から底面２１１に向かって延び、ケース本体２１の内部に形成される。第２の金属線２７２は、後述するように、露出部２７３とは非導通である。第２の金属線２７２の数は特に限定されず、例えば１つの第２の金属線２７２のみを有する構成であってもよい。
【００４４】
第１の金属線２７１及び第２の金属線２７２の配置は特に限定されない。例えば、液室２１ａの周囲に交互に配置されていてもよいし、ケース本体２１の角部に４つの第１の金属線２７１が配置され、隣り合う第１の金属線２７１の間に１又は複数の第２の金属線２７２が配置されていてもよい。
【００４５】
接続部２７４は、複数の金属線２７１と、露出部２７３とを接続する。露出部２７３は、露出部１７３と同様に、周面２１２に形成され、複数の第１の金属線２７１（接続部２７４）各々と負極端子１６とに接続される。さらに露出部２７３は、第２の金属線２７２とは非導通に構成される。
【００４６】
本実施形態によれば、放熱部２７が複数の第１の金属線２７１に加え、複数の第２の金属線２７２を有する。このような第２の金属線２７２によっても、熱をリッド１２へ伝達することが可能となる。このように、配線としてではなく、熱伝達のみに用いる複数の第２の金属線２７２を有する構成としても、効率よく冷却することができる。
【００４７】
＜第３の実施形態＞
図９は、本発明の第３の実施形態に係る電気化学デバイス３の断面図である。同図に示すように、電気化学デバイス３は、電気化学デバイス１と同様の構成の蓄電素子１３、正極端子（第１の端子）１４、正極配線１５、及び負極端子（第２の端子）１６に加えて、ケース３０及び放熱部３７を備える。ケース３０は、ケース本体３１、リッド１２及び結合リング１８を有する。なお、以下の説明において、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を用いて、その説明を省略する。
【００４８】
ケース本体３１は、ケース本体１１と同様の概略構成を有する。すなわちケース本体３１は、絶縁性であって、底面３１１と、底面３１１に連接して形成される周面３１２と、第１の内面３１３とを有する。第１の内面３１３は、液室３１ａを構成する凹部の底面として構成され得る。
【００４９】
放熱部３７は、蓄電素子１３の第２の電極部１３２に接続されたリッド１２と負極端子１６とを電気的に接続する。放熱部３７は、金属線３７１と、露出部３７３と、接続部３７４とを有する。
【００５０】
金属線３７１は、金属線１７１と同様に、リッド１２から底面３１１に向かって延び、ケース本体３１の内部に形成される。本実施形態において、放熱部３７は、１つの金属線３７１を有する。
【００５１】
接続部３７４は、金属線３７１と、露出部３７３とを接続する。露出部３７３は、露出部１７３と同様に、周面３１２に形成され、金属線３７１（接続部３７４）と負極端子１６とに接続される。
【００５２】
本実施形態によれば、金属線３７１がリッド１２と露出部３７３とに接続されており、放熱性を高めることができる。さらに、製造時のセラミックスシートの形成を容易にすることができる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿
論である。
【００５４】
接続部の横断面形状は特に限定されない。また、露出部の形状も、特に限定されず、周面を取り囲むように構成されていてもよい。
【００５５】
リッドは、結合リングを介してケース本体に接合されると説明したが、結合リングを有さない構成としてもよい。この場合、放熱部の第１の金属線及び第２の金属線は、リッドに直接接続され得る。
【符号の説明】
【００５６】
１，２，３…電気化学デバイス
１０，２０，３０…ケース
１１，２１，３１…ケース本体
１１ａ，２１ａ，３１ａ…液室
１１１，２１１，３１１…底面
１１２，２１２，３１２…周面
１１３，２１３，３１３…第１の内面
１２…リッド
１２１…第２の内面
１３…蓄電素子
１３１…第１の電極部
１３２…第２の電極部
１４…正極端子（第１の端子）
１６…負極端子（第２の端子）
１７，２７，３７…放熱部
１７１，２７１，３７１…第１の金属線
２７２…第２の金属線
１７３，２７３，３７３…露出部
【図１】
2015162294.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2015162294.tif 000006
【図５】
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【図６】
2015162294.tif 000008
【図７】
2015162294.tif 000009
【図８】
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【図９】
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