(57)【要約】【課題】大電流による充放電によっても発熱しにくい外部リード端子構造を備えた非水電解質蓄電デバイスを提供する。【解決手段】炭素材料からなる正極１０ｐと、リチウムの吸蔵・放出が可能な材料からなる負極１０ｎとがセパレータ３０を介して対向配置されてなる電極体１ａをリチウム塩を支持電解質とした電解液とともに密封してなる非水電解質蓄電デバイス１ｂであって、  前記電極体における正負それぞれの電極端部（１２ｐ，１２ｎ）に、金属プレートからなる外部リード端子４０ａが接続され、当該外部リード端子には、放熱部６０ａが形成されている。【選択図】図２
2009176917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素材料からなる正極と、リチウムの吸蔵・放出が可能な材料からなる負極とがセパレータを介して対向配置されてなる電極体をリチウム塩を支持電解質とした電解液とともに密封してなる非水電解質蓄電デバイスであって、
前記電極体における正負それぞれの電極端部に、金属プレートからなる外部リード端子が接続され、当該外部リード端子には、放熱部が形成されている
ことを特徴とする非水電解質蓄電デバイス。
【請求項２】
請求項１において、前記放熱部は、前記金属プレートの表面に突設された多数の突起であることを特徴とする非水電解質蓄電デバイス。
【請求項３】
請求項１において、前記放熱部は、外部リード端子を横断して形成されたブロックであるとともに、当該ブロックは、表面に多数の孔が穿設されていることを特徴とする非水電解質蓄電デバイス。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記放熱部は、前記外部リード端子の表面に沿う液体流路を備えていることを特徴とする非水電解質蓄電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非水電解質蓄電デバイスに関し、具体的には、炭素材料からなる正極と、リチウムの吸蔵・放出が可能な材料からなる負極とがセパレータを介して対向配置されてなる電極体をリチウム塩を支持電解質とした電解液とともに密封してなる非水電解質蓄電デバイスに関する。具体的には、非水電解質蓄電デバイスにおける発熱防止技術に関し、とくに、上記電極体を多数積層した構造の非水電解質蓄電デバイスに利用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
図５に一般的な非水電解質蓄電デバイスの基本構造を示した。（Ａ）は非水電解質蓄電デバイス１ｄの透視平面図であり、（Ｂ）はその側断面図である。非水電解質蓄電デバイス１ｄにおける正負それぞれの極（１０ｐ，１０ｎ）は、集電体となるシート状導電体（１１ｐ，１１ｎ）の表面にそれぞれの極の活物質を塗布してなり、非水電解質蓄電デバイス１ｄは、この正負両極（１０ｐ，１０ｎ）をセパレータ３０を介して対向配置させた積層構造をなす電極体（積層体）を基本構造とし、その積層体をラミネートフィルムをヒートシールしてなる袋状の外装体１００内に電解液とともに収納した後、袋の口を真空封止してなっている。
【０００３】
非水電解質蓄電デバイス１ｄにおけるシート状導電体（１１ｐ，１１ｎ）には電力の取り出し口となる電極部（１２ｐ，１２ｎ）が形成され、この電極部（１２ｐ，１２ｎ）に、タブと呼ばれる金属プレートからなる外部リード端子４０ｄが超音波溶接などによって接続されている。なお、ラミネートフィルムは、外部リード端子４０ｄの延長方向の途中の所定位置１０１でヒートシールされて、外部リード端子４０ｄの先端は外装体１００の外に露出している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非水電解質蓄電デバイスは、急速充放電が可能である本来の特性とともに、高いエネルギー容量特性を得るために、図５に示したような単体の積層体によって構成するより、例えば、３０〜５０層にも積層した多層構造とする場合が多い。そして、この多層構造により、非水電解質蓄電デバイスは、大電流による充放電が可能となり、風力発電の負荷平準化装置、瞬低対策装置、自動車における回生電力の蓄電用途などに利用されることが期待されている。
【０００５】
しかしながら、多層構造の非水電解質蓄電デバイスでは、各層を構成する各積層体のそれぞれの電極部と外部リード端子とを一括して接続することになり、大電流による充放電を行えば、外部リード端子にその大電流が集中して外部リード端子が発熱する。そして、その熱が非水電解質蓄電デバイスの本体に伝わり素子寿命を短くしてしまう、という問題があった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、大電流による充放電によっても発熱しにくい外部リード端子構造を備えた非水電解質蓄電デバイスを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、炭素材料からなる正極と、リチウムの吸蔵・放出が可能な材料からなる負極とがセパレータを介して対向配置されてなる電極体をリチウム塩を支持電解質とした電解液とともに密封してなる非水電解質蓄電デバイスであって、
前記電極体における正負それぞれの電極端部に、金属プレートからなる外部リード端子が接続され、当該外部リード端子には、放熱部が形成されていることを特徴としている。
【０００８】
前記放熱部を前記金属プレートの表面に突設された多数の突起とした非水電解質蓄電デバイス、あるいは、前記放熱部を外部リード端子を横断するように形成されたブロックとするともに、当該ブロックの表面に多数の孔を穿設した非水電解質蓄電デバイスとすることができる。上記いずれかの非水電解質蓄電デバイスにおいて、前記放熱部には、前記外部リード端子の表面に沿う液体流路が含まれていてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
非水電解質蓄電デバイスの電極端部に接続される外部リード端子に放熱部を備えさえることで、外部リード端子に大電流が流れても発熱を抑止し、非水電解質蓄電デバイスの寿命が熱によって短命化することを防止でき、非水電解質蓄電デバイスの信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
＝＝＝非水電解質蓄電デバイスの構造＝＝＝
本発明が対象とする非水電解質蓄電デバイス（以下、蓄電素子）の一例として、図５に示した蓄電素子１ｄを多層積層した構造の蓄電素子を挙げる。図１に当該多層構造の蓄電素子の概略を示した。（Ａ）に示すように、金属箔などのシート状集電体１１ｐ上に活性炭をシート状に成形した正極１０ｐと、リチウムの吸蔵・放出が可能な炭素材料を主成分とする負極合剤をシート状集電体１１ｎ上に塗布してなる負極１０ｎをセパレータ３０を介して積層した構造を一層分の積層体１ａとし、その一層分の積層体１ａを多層積層した積層構造体５０を基本構造としている。なお、この例では、負極１０ｎ側のシート状集電体１１ｎ上で負極１０ｎが形成されていない余白にリチウム金属２０が貼着されて、このリチウム金属２０から同じシート状集電体１１ｎ上に形成された負極１０ｎにリチウムイオンを拡散する構成となっている。正極１０ｐと負極１０ｎが形成されるそれぞれのシート状集電体（１１ｐ，１１ｎ）には、電極部（１２ｐ，１２ｎ）となる突起が形成され、正極１０ｐと負極１０ｎは、それぞれの電極部（１２ｐ，１２ｎ）が互いに反対方向に突設されるように積層されている。そして、（Ｂ）に示すように、この積層状態にある電極部（１２ｐ，１２ｎ）に、外部リート端子４０が超音波溶接などによって接続される。そして、図５に示したように、外部リード端子４０の先端側を外部に露出させた状態で、積層構造体５０がラミネートフィルムの外装体内に密封されて多層構造の蓄電素子となる。本発明では、蓄電素子における外部リード端子４０の形状や構造を工夫することで、外部リード端子４０の発熱を防止し、蓄電素子の信頼性を向上させることができる。
【００１１】
＝＝＝第１の実施例＝＝＝
本発明の第１の実施例は、発生した熱を大気中に効率よく放出するヒートシンク方式を採用した蓄電素子である。当該方式において、効果的に熱を放出するためには、発熱箇所に金属などの熱伝導率が高い材質を使い、かつ、その箇所の形状を大気にさらされる面積が大きくなるような形状に形成することが必要となる。図２に第１の実施例に係る蓄電素子１ｂの概略図を示した。（Ａ）は、正極と負極の一方の電極側における外部リード端子４０ａの外観形状を示している。なお、この図では、外装体を省略している。図に示すように、外部リード端子６０ａには、その本体となる金属平板４１の表面に、放熱部６０ａが形成されている。
【００１２】
（Ｂ）に当該放熱部６０ａの拡大図を示した。平板状の外部リード端子本体４１の表面に、放熱部６０ａとして、多数の柱状の突起６１が形成されている。この構成では、多数の突起６１のそれぞれの表面から熱を放出するようになっている。図示した例では、放熱部６０ａと外部リード端子本体４１とは個別に構成され、放熱部６０ａは、金属ブロックを切削加工するなどして平坦部６２状に突起６１が一体的に形成された形状をなしている。そして、平坦部６２の下面を外部リード端子本体となる金属平板４１に溶接している。もちろん、外部リード端子４０ａに突起６１を一体的に備えさせてもよい。なお、（Ｃ）は、第１の実施例の変更形態における蓄電素子の概略であり、当該変更形態における外部リード端子４０ｂの構造を示している。この例では、突起６１に変えて、多数の孔６３が穿設された金属ブロックを放熱部６０ｂとしている。この構成では、この孔６３の内壁面によって放熱面積を拡大させている。
【００１３】
＝＝＝第２の実施例＝＝＝
本発明の第２の実施例に係る蓄電素子は、第１の実施例におけるヒートシンク方式に対し、水冷（液冷）方式を採用している。図３に第２の実施例における蓄電素子の概略を示した。図２（Ａ）と同様に、図３（Ａ）では、外装体を省略し、正極と負極の一方の電極側の外部リード端子の外観形状を示している。この第２の実施例における蓄電素子１ｃでは、外部リード端子４０ｃに液体流路６４を備えた放熱部６０ｃが形成されている。（Ｂ）に当該放熱部６０ｃの拡大図を示した。この例において、放熱部６０ｃは、平板状の外部リード端子本体４１を横断する角柱形状をなす金属ブロックであり、その角柱状金属ブロックを縦貫するように穿設された孔を液体流路６４としている。そして、例えば、（Ｃ）に示すように、この放熱部６０ｃをポンプ６５が接続されている液体循環路６６に挿入し、その液体循環路６６の端部６７を液体流路６４の２つの開口に接続することで、放熱部６０ｃの一方の開口から導入された液体が熱を奪い、他方の開口から導出され、循環路６６中で液体が冷却され、その冷却された液体が再度放熱部６０ｃに導入されるのである。もちろん、循環路６６の途上に熱交換手段が挿入されていても良い。
【００１４】
なお、この第２の実施例においても、放熱部６０ｃが一体的に形成された外部リード端子４０ｃとしてもよいし、放熱部６０ｃと外部リード端子本体４１とが別体であってもよい。図４に、放熱部６０ｃと外部リード端子本体４１とを別体とした場合の外部リード端子４０ｃの構造を液体流路６４の断面によって示した。（Ａ）（Ｂ）は、外部リード端子本体となる金属平板４１の上下から、両端に開口を有する中空角柱を縦に切断した形状の２つの金属ブロック（６８，６９）で挟持することで放熱部６０ｃを構成した例である。この場合、金属平板４１を、２つの金属ブロック（６８，６９）でそのまま挟持して金属平板４１が中空筒内を貫通するようにしてもよいし（Ａ）、金属平板を中空円筒の内壁面に沿って湾曲させてもよい（Ｂ）。
【００１５】
なお、第２の実施例では、導電性の冷却液を使うと漏電してしまう。そこで、導電性がある冷却液を用いる場合には、外部リード端子本体４１が冷却液にさらされない構成が必要となる。冷却液が接触する部分に絶縁膜を形成してもよいが、例えば、同図（Ｃ）に示す放熱部６０ｄのように、上下の金属ブロック（６８，６９）にそれぞれ個別に液体流路となる孔（６４ａ，６４ｂ）を穿設して２系統の液体流路（６４ａ，６４ｂ）を設け、冷却液が直接外部リード端子本体４１に触れない構成としてもよい。そして、２系統の液体流路（６４ａ，６４ｂ）を１本の液体循環路に合流させればよい。
【００１６】
もちろん、第２の実施例においては、（Ａ）（Ｂ）に示した放熱部６０ｃに２系統以上の液体流路を設けたり、（Ｃ）に示した放熱部６０ｄに３系統以上の液体流路を形成したりしてもよい。当然のことながら、放熱部（６０ｃ，６０ｄ）における液体流路の断面形状は円でなくてもよい。当然、外観形状も角柱に限るものではない。実施例１に示したように、表面積を増やすための突起や孔が表面に形成された外観形状とすることも可能である。液体流路自体も直線ではなく、例えば、葛折れ形状などでもよい。外部リード端子の表面に沿って液体が流れる形状であれば適宜な流路形状が考えられる。
【００１７】
＝＝＝比較実験＝＝＝
本発明の放熱部を備えた蓄電素子の放熱性能を確認するために、図２（Ａ）および（Ｂ）に示した突起による放熱部６０ａが形成された外部リード端子４０ａを取り付けた第１の実施例に係る蓄電素子（サンプル１）と、上記図２（Ａ）および（Ｂ）に示した放熱部６０ｃが形成された外部リード端子を取り付けた第２の実施例に係る蓄電素子（サンプル２）と、図５に示した従来の蓄電素子、すなわち、放熱部が形成されていない平板状の外部リード端子４０ｄを取り付けた蓄電素子（サンプル３）を作成し、各サンプルに対して高電流での充放電を行った。なお、各サンプルは、外部リード端子以外の構造は全て同じとしている。また、サンプル２については、液体流路に冷却水を通過させながら充放電を行った。そして、各サンプルの発熱状態を観察したところ、本発明に係る蓄電素子（サンプル１，２）は、従来の蓄電素子であるサンプル３と比較して低い温度を維持することができた。すなわち、本発明の有効性が確認できた。
【００１８】
＝＝＝本発明の適用範囲＝＝＝
上記実施例における蓄電素子は、正負の電極間にセパレータを介在させた電極体が、シート状の正極と負極をセパレータを介して積層させた構造で、さらに、一組の正負極からなる積層体を多数積層した構造であった。本発明に係る蓄電素子は、このような多層構造に限らず、一層の積層体からなる蓄電素子であってもよい。また、シート状の正極と負極とをセパレータを介して対向配置した積層体を巻回した構造の電極体を備えた蓄電素子であってもよい。すなわち、電極体に外部リード端子を取り付けた状態で使用される蓄電素子であれば、本発明の対象となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明が対象とする非水電解質蓄電デバイスの一例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る非水電解質蓄電デバイスの放熱機構を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る非水電解質蓄電デバイスの放熱機構を示す図である。
【図４】上記第２の実施例の変形形態を示す図である。
【図５】従来の非水電解質蓄電デバイスの基本構造図である。
【符号の説明】
【００２０】
１ａ、積層体
１ｂ、１ｃ、１ｄ  非水電解質蓄電デバイス
１０ｐ  正極
１０ｎ  負極
１２ｐ、１２ｎ  外部電極部
３０  セパレータ
４０、４０ａ〜４０ｄ  外部リード端子
５０  積層構造体
６０ａ〜６０ｄ  放熱部
６１  柱状突起
６３  放熱孔
６４  液体流路
【図２】
2009176917.tif 000003
【図３】
2009176917.tif 000004
【図４】
2009176917.tif 000005
【図５】
2009176917.tif 000006
【図１】
2009176917.tif 000007