JP2018190846A - 蓄電デバイス、および蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電デバイスを小型化すると共に端子と外装体との間の絶縁性を確保できる蓄電デバイス、および蓄電モジュールを提供する。【解決手段】電極ユニット２０と、上側部材３１と下側部材３２との外周縁部が相互に接合されることで封止部が形成された外装体３０と、正極板２１と電気的に接続され、外装体３０の内側から外側に短辺封止部３３１を通って延び、外装体３０の外側で折れ曲がって短辺封止部３３１と重なった正極端子４０と、負極板２２と電気的に接続され、外装体３０の内側から外側に短辺封止部３３１を通って延び、外装体３０の外側で折れ曲がって短辺封止部３３１と重なった負極端子５０とを備える蓄電デバイス１０であって、正極端子４０と短辺封止部３３１とを貫通した貫通孔４２と、負極端子５０と短辺封止部３３１とを貫通した貫通孔５２と、絶縁性材料で構成され貫通孔４２、５２の孔壁を被覆したグロメット６０とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電デバイス、および、複数の蓄電デバイスを備えた蓄電モジュールに関するものである。

正極活物質および負極活物質を保持した複数の集電体が積層されてなる薄型電池の端子構造として、各集電体に設けられた耳部が同一面側または対向面側に折り曲げられ、該耳部が電気絶縁性封口剤に接着されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−２０５７２５号公報

複数のラミネート型の蓄電デバイスを積層してこれらの端子を接続することで蓄電モジュールを構成する場合に、上記の端子構造を用いることで、外装体からの端子の突出を無くすことができ、蓄電デバイスおよび蓄電モジュールの面積を減らすことができる。しかし、この特許文献１の端子構造では、耳部が各電気絶縁性封口剤と重なって位置に形成されているため、蓄電デバイスの耳部からモジュール側への電気接続を行い難いという問題があった。

上述の問題を避けるため、耳部および電気絶縁性封口剤を貫通する孔を設けてネジ等を挿通し、蓄電デバイスの耳部とモジュール側の端子部とをネジ等で固定することで耳部と端子部とを電気接続する場合がある。しかし、このような構造で耳部を端子板に固定すると、蓄電デバイスの外装体の金属箔と端子部とが導通してしまい、外装体の金属箔を通して外部短絡してしまうという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、蓄電デバイスを小型化すると共に、ネジ止め等が可能な端子と外装体との間の絶縁性を確保することが可能な蓄電デバイス、および、それを備えた蓄電モジュールを提供することである。

［１］本発明に係る蓄電デバイスは、絶縁層を挟んだ状態で相互に重なり合った正極板と負極板とを備える電極ユニットと、前記電極ユニットを挟んだ状態で相互に重なり合った一対の外装フィルムを備え、一対の前記外装フィルムの外周縁部が相互に接合されることで前記正極板および前記負極板の周縁に沿って延びる封止部が形成された外装体と、前記正極板と電気的に接続され、前記外装体の内側から前記封止部を通って前記外装体の外側に延び、前記外装体の外側で折れ曲がって前記封止部と重なった正極端子と、前記負極板と電気的に接続され、前記外装体の内側から前記封止部を通って前記外装体の外側に延び、前記外装体の外側で折れ曲がって前記封止部と重なった負極端子とを備える蓄電デバイスであって、前記正極端子と前記封止部とを貫通した第１の貫通孔と、絶縁性材料で構成され、前記第１の貫通孔の孔壁を被覆した第１の絶縁部と、前記負極端子と前記封止部とを貫通した第２の貫通孔と、絶縁性材料で構成され、前記第２の貫通孔の孔壁を被覆した第２の絶縁部とを備える。

［２］本発明に係る蓄電モジュールは、上記発明に係る第１および第２の蓄電デバイスと、前記第１の蓄電デバイスと前記第２の蓄電デバイスとを、前記第１の蓄電デバイスを前記第２の蓄電デバイスの上に重ねた状態で収容する収容体とを備える蓄電モジュールであって、前記第１の蓄電デバイスの前記正極端子と前記第２の蓄電デバイスの前記負極端子又は前記正極端子とが電気的に接続され、又は、前記第１の蓄電デバイスの前記負極端子と前記第２の蓄電デバイスの前記正極端子又は前記負極端子とが電気的に接続されている。

［３］上記発明に係る蓄電モジュールにおいて、前記収容体は、前記第１の蓄電デバイスの前記正極端子が、前記第１の貫通孔に挿通された締結部材により、電気的に接続された状態で固定された第１の端子と、前記第１の蓄電デバイスの前記負極端子が、前記第２の貫通孔に挿通された締結部材により、電気的に接続された状態で固定された第２の端子と、前記第２の蓄電デバイスの前記正極端子が、前記第１の貫通孔に挿通された締結部材により、電気的に接続された状態で固定された第３の端子と、前記第２の蓄電デバイスの前記負極端子が、前記第２の貫通孔に挿通された締結部材により、電気的に接続された状態で固定された第４の端子とを備え、前記第１の端子と前記第４の端子とが電気的に接続され、又は前記第２の端子と前記第３の端子とが電気的に接続されてもよい。

［４］上記発明に係る蓄電モジュールにおいて、前記収容体は、前記第１の蓄電デバイスと前記第２の蓄電デバイスとの間に配されて前記第１の蓄電デバイスを支持する第１の支持部材と、前記第２の蓄電デバイスを支持する第２の支持部材とを備え、前記第１の支持部材は、前記第１の端子と前記第２の端子とを備え、前記第２の支持部材は、前記第３の端子と前記第４の端子とを備え、前記第１の端子と前記第４の端子、又は前記第２の端子と前記第３の端子を接続する金具を備えてもよい。

本発明では、相互に重ね合せた端子と封止部とを貫通する貫通孔を通して端子と外装体とが導電状態になることを防止できるので、蓄電デバイスを小型化すると共に、ネジ止め等が可能な端子と外装体との間の絶縁性を確保できる。

図１は、本発明の実施形態における蓄電デバイスを示す平面図である。 図２は、図１のII-II線に沿った断面図である。 図３（Ａ）〜（Ｃ）は、正極端子部および負極端子部の作製方法を示す断面図である。 図４（Ａ）、（Ｂ）は、他の実施形態に係る正極端子部および負極端子部の作製方法を示す断面図である。 図５は、他の実施形態に係る蓄電デバイスを示す平面図である。 図６は、図５のVI-VI断面図である。 図７は、他の実施形態における正極端子部および負極端子部の作製方法を示す斜視図である。 図８は、本発明の実施形態における蓄電モジュールを示す斜視図である。 図９は、図８に示す蓄電モジュールを示す分解斜視図である。 図１０は、図８に示す蓄電モジュールの等価回路図である。 図１１は、正極端子部または負極端子部と端子部との接続部を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係る蓄電デバイス１０を示す平面図であり、図２は、図１のII-II断面図である。これらの図に示す蓄電デバイス１０は、ラミネート型のリチウムイオンキャパシタであり、電極ユニット２０と、電極ユニット２０を収容する外装体３０と、電極ユニット２０に電気的に接続された正極端子４０および負極端子５０とを備えている。

本実施形態における電極ユニット２０は、複数の正極板２１と、複数の負極板２２と、複数のセパレータ２３とを備えている。正極板２１と負極板２２は、セパレータ２３を介して交互に積層されている。なお、電極ユニット２０を構成する正極板２１、負極板２２、およびセパレータ２３の枚数は特に限定されない。

正極板２１は、正極集電体２１１と、当該正極集電体２１１の両面に設けられた正極活物質層２１２とを備えている。なお、最上段の正極板２１については、正極集電体２１１の下面のみに正極活物質層２１２が設けられていてもよい。

正極板２１の正極集電体２１１は、多数の貫通孔を有する箔状の部材である。この正極集電体２１１は、エキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング箔等で構成されている。また、この正極集電体２１１を構成する材料としては、アルミニウムやステンレス等の金属材料を用いることができ、本実施形態では、アルミニウムを用いている。

正極板２１の正極活物質層２１２は、正極活物質等を正極集電体２１１の表面に塗布等により付着させることで形成されている。正極活物質層２１２が含有する正極活物質としては、電解液中のカチオン、アニオンの吸着により電気二重層を形成可能であり、高比表面積で電気化学的に安定な材料を用いることができる。特に限定されるものではないが、例えば、正極活物質層２１２が含有する正極活物質として活性炭粉末を例示できる。なお、正極活物質層２１２は、必要に応じて、導電材、バインダ等を含有してもよい。

負極板２２は、負極集電体２２１と、当該負極集電体２２１の両面に設けられた負極活物質層２２２とを備えている。なお、最下段の負極板２２については、負極集電体２２１の上面のみに負極活物質層２２２が設けられていてもよい。

負極板２２の負極集電体２２１は、上述の正極集電体２１１と同様に、多数の貫通孔を有する箔状の部材である。この負極集電体２２１は、エキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング箔等で構成されている。また、この負極集電体２２１を構成する金属材料としては、銅、ステンレス、ニッケル等を用いることができ、本実施形態では、銅を用いている。

負極板２２の負極活物質層２２２は、負極活物質等を負極集電体２２１の表面に塗布等により付着させることで形成されている。負極活物質層２２２が含有する負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に担持することが可能であれば特に限定されないが、例えば、グラファイト、種々の炭素材料、ポリアセン系の導電性高分子、錫酸化物、珪素酸化物等を例示できる。なお、負極活物質層２２２は、必要に応じて、導電材、バインダ等を含有してもよい。

セパレータ２３は、電解液、正極活物質、負極活物質等に対して耐久性があり、連通孔を有するが電子伝導性のない多孔体から構成されている。このセパレータは、具体的には、セルロース、ポリエチレン等から形成される不織布や微多孔膜などから構成されている。このセパレータ２３には電解液が含浸されている。電解液は、通常液体であってセパレータ２３に含浸されるが、漏液を防止するためにゲル状又は固体状にして用いてもよく、この場合には、セパレータ２３を省略してもよい。

電解液を構成する溶媒としては、非プロトン性有機溶媒を用いることが好ましい。この非プロトン性有機溶媒としては、例えば、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、エチルメチルカーボネート、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、スルホラン等を例示することができる。また、これら非プロトン性有機溶媒の二種以上を混合した混合液を用いてもよい。

また、上記の溶媒に溶解させる電解質としては、リチウムイオンを生成し得る電解質であれば、任意の材料を用いることができる。このような電解質としては、例えば、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＦＳＩ、ＬｉＴＦＳＩ等を例示することができる。

さらに、本実施形態における電極ユニット２０は、リチウム供給源として、蓄電デバイス１０の内部に、リチウム極集電体２４２上に設けられたリチウム極２４１を備えている。リチウム極２４１は、リチウム極集電体２４２の上面に圧着された金属箔又は金属板から構成されている。このリチウム極２４１は、少なくともリチウムを含有し、リチウムイオンを供給することのできる材料から構成されている。このリチウム極２４１を構成する具体的な材料としては、例えば、リチウム、リチウム−アルミニウム合金等を例示することができる。リチウム極集電体２４２は、銅、ステンレスからなる薄板、薄箔や、ステンレスメッシュ、銅エキスパンドメタル等の導電性多孔体から構成されている。リチウム極２４１は、セパレータ２３を介して最下段の負極活物質層２２２に積層されている。

本実施形態では、リチウム極２４１およびリチウム極集電体２４２が負極の一部を構成している。すなわち、後述するように、リチウム極集電体２４２は負極端子５０に接続されており、負極活物質にリチウムを担持させることが可能となっている。リチウムを負極にスムーズに担持させるために、リチウム極２４１およびリチウム極集電体２４２を、セパレータ２３を介して負極板２２に対向するように配置することが好ましい。

なお、リチウム極２４１およびリチウム極集電体２４２は、図２に示す形態に限定されない。例えば、特に図示しないが、（１）最上段の正極板２１の上にさらに負極板２２を設けて当該負極板２２の上にリチウム極２４１およびリチウム極集電体２４２をさらに追加した形態、（２）電極ユニット２０の中央領域の２つの負極板２２，２２の間にリチウム極２４１を追加した形態としてもよい。

正極集電体２１１の一形態例としては、長方形状の基板部２１１１と、基板部２１１１の一方の短辺の中央から当該短辺に対して直交する方向に延びる延長部２１１２とを備えている。基板部２１１１の角部は円弧状に形成されている。延長部２１１２は、平面視にて長方形状に形成されており、延長部２１１２の長辺は、前記基板部２１１１の短辺に対して平行になっている。

図２に示すように、延長部２１１２は、基端側において蓄電デバイス１０の厚さ方向の中心に向かって折り曲げられ、さらに先端側において蓄電デバイス１０の外周側に向かって折り曲げられている。延長部２１１２の先端部には、基板部２１１１に対して平行な長方形状の接合部２１１２Ａが形成されており、複数の延長部２１１２の接合部２１１２Ａが、相互に重ね合わされて溶接等により接合されている。

負極集電体２２１は、長方形状の基板部２２１１と、基板部２２１１の一方の短辺の中央から当該短辺に対して直交する方向に延びる延長部２２１２とを備えている。基板部２２１１の角部は円弧状に形成されている。延長部２２１２は、平面視にて長方形状に形成されており、延長部２２１２の長辺は、前記基板部２２１１の短辺に対して平行になっている。

延長部２２１２の一形態例としては、基端側において蓄電デバイス１０の厚さ方向の中心に向かって折り曲げられ、さらに先端側において蓄電デバイス１０の外周側に向かって折り曲げられている。延長部２２１２の先端部には、基板部２２１１に対して平行な長方形状の接合部２２１２Ａが形成されており、複数の延長部２２１２の接合部２２１２Ａが、相互に重ね合わされて溶接等により接合されている。

即ち、電極ユニット２０は、基板部２１１１、２２１１およびセパレータ２３が積層されてなる電極積層体２０Ａと、長方形状の接合部２１１２Ａが積層されてなる正極集電積層体２０Ｂと、長方形状の接合部２２１２Ａが積層されてなる負極集電積層体２０Ｃとを備える。

外装体３０は、上側部材３１と下側部材３２とを備えている。上側部材３１は、長方形状のラミネートフィルムであり、平面視にて長方形状の凹部３１１を中央に有している。下側部材３２も同様に、長方形状のラミネートフィルムであり、平面視にて長方形状の凹部３２１を中央に有している。凹部３１１，３２１は、上下に重なり合っており、電極積層体２０Ａを収容可能な空間を形成している。なお、上側部材３１および下側部材３２のうち、一方は凹部３１１を有し、他方は凹部を有さずに平坦状であっても良い。この場合、上側部材３１と下側部材３２の両方が凹部３１１を有している場合に比べ、電極積層体２０Ａを収容する空間は約半分となるが、凹部の深さ設計により必要な空間を確保できるよう調整可能である。

上側部材３１および下側部材３２を構成するラミネートフィルムは、図２の拡大図に示すように、アルミニウム等から構成される金属箔３０Ａと、当該金属箔３０Ａの両面にそれぞれ積層された第１および第２の樹脂フィルム３０Ｂ，３０Ｃとを備えており、適度な可撓性を有している。金属箔３０Ａの内面に積層された第１の樹脂フィルム３０Ｂは、耐電解液性および熱融着性に優れた樹脂材料、例えばポリプロピレン等から構成されている。一方、金属箔３０Ａの外面に積層された第２の樹脂フィルム３０Ｃは、強度と電気絶縁性とに優れた樹脂材料、例えばナイロン等から構成されている。なお、第１および第２の樹脂フィルム３０Ｂ，３０Ｃはそれぞれ更に複数層の樹脂材料によって構成されていても構わない。

上側部材３１の外周縁と下側部材３２の外周縁とは、第１の樹脂フィルム３０Ｂが相互に熱融着されることによって接合されている。これにより、外装体３０の全周に亘って、外装体３０を封止する封止部（熱シール部）３３が形成され、電極ユニット２０が密封状態の外装体３０の内部に収容されている。

図１に示すように、封止部３３は、外装体３０の短辺を封止する一対の短辺封止部３３１と、外装体３０の長辺を封止する一対の長辺封止部３３２とを備えている。一方の短辺封止部３３１の近傍に正極集電積層体２０Ｂが配され、他方の短辺封止部３３１の近傍に負極集電積層体２０Ｃが配されている。なお、以下の説明では、外装体３０において正極集電積層体２０Ｂが設けられている側を、外装体３０の正極側と称し、外装体３０において負極集電積層体２０Ｃが設けられている側を外装体３０の負極側と称する。

正極端子４０は、矩形板状の基材で形成されており、この基材は、アルミニウムを主成分とする金属材料、すなわちアルミニウム又はアルミニウム合金から構成されている。この正極端子４０は、外装体３０の正極側における短辺の中央部に配されている。

図２に示すように、正極端子４０の一端部４０Ａと正極集電積層体２０Ｂとは、相互に重ね合わされて溶接等により接合されている。正極端子４０は、正極集電積層体２０Ｂの上から一方の短辺封止部３３１を構成する上下のラミネートフィルムの間を通って外装体３０の外まで延出している。即ち、正極端子４０の中間部（上記一端部と後述の他端部との間の部分）４０Ｂは、短辺封止部３３１を構成する上下のラミネートフィルムの間に介在している。この正極端子４０の中間部４０Ｂの上面は、短辺封止部３３１を構成する上側のラミネートフィルムと接着され、正極端子４０の中間部４０Ｂの下面は、短辺封止部３３１を構成する下側のラミネートフィルムと接着されている。正極端子４０の中間部４０Ｂの上面および下面は、ラミネートフィルムの有する熱融着性の第１の樹脂フィルム３０Ｂによってラミネートフィルムと接着されている。

正極端子４０の他端部（以下、接点部という）４０Ｃは、一方の短辺封止部３３１から外装体３０の外部に突出している。正極端子４０は、接点部４０Ｃと中間部４０Ｂとの間を境に１８０°折り曲げられており、接点部４０Ｃと一方の短辺封止部３３１とは、相互に重ね合わされている。ここで、正極端子４０の接点部４０Ｃと、一方の短辺封止部３３１を構成する上側のラミネートフィルムと、正極端子４０の中間部４０Ｂと、一方の短辺封止部３３１を構成する下側のラミネートフィルムとが、記載した順序で積層された正極端子部４１が形成されている。この正極端子部４１には、正極端子部４１を積層方向に貫通する貫通孔４２が形成されている。貫通孔４２の孔径は、封止部の幅に対して５〜６０％の範囲であると良い。６０％より大きいと、貫通孔４２が形成された領域での封止性能が低下する可能性があり、５％より小さいと、後述する支持部材２の端子部５と正極端子４０との安定的な接続が困難となる。

貫通孔４２には、グロメット（ハトメ）６０が取り付けられている。このグロメット６０は、貫通孔４２に挿入された管部６１と、管部６１の両端に設けられた鍔部６２とを備えており、一対の鍔部６２により貫通孔４２から抜けないようになっている。ここで、グロメット６０は、電気絶縁性に優れた樹脂材料等の絶縁性材料で構成されており、グロメット６０に挿入されるボルトやネジ等の金属製の部材と、外装体３０の金属箔３０Ａとの間を絶縁している。なお、貫通孔４２の数は２個に限定されず、２個より多くてもよい。貫通孔４２の数が多いほど、機械的にも電気的にも安定した正極端子４０と後述の端子部５との接続が可能となる。

後述するように、正極端子部４１は、貫通孔４２に挿通されるネジ４により、端子部５に固定される（図９および図１１参照）。この際には、正極端子４０の接点部４０Ｃと端子部５との間に金属製のワッシャＷが配置されており、正極端子４０の接点部４０ＣとワッシャＷの上部とが当接し、さらにワッシャＷの下部と端子部５とが当接する。これにより、正極端子４０の接点部４０Ｃと端子部５との電気的接続が確保される。

負極端子５０は、矩形板状の基材で形成されており、この基材は、銅を主成分とする金属材料から構成されている。銅表面にはニッケル層が被覆されている。この負極端子５０は、外装体３０の負極側における短辺の中央部に配されている。

負極端子５０の一端部５０Ａと負極集電積層体２０Ｃとは、相互に重ね合わされて溶接等により接合されている。負極端子５０は、負極集電積層体２０Ｃの上から他方の短辺封止部３３１を構成する上下のラミネートフィルムの間を通って外装体３０の外まで延出している。即ち、負極端子５０の中間部（上記一端部と後述の他端部との間の部分）５０Ｂは、短辺封止部３３１を構成する上下のラミネートフィルムの間に介在している。この負極端子５０の中間部５０Ｂの上面は、短辺封止部３３１を構成する上側のラミネートフィルムと接着され、負極端子５０の中間部５０Ｂの下面は、短辺封止部３３１を構成する下側のラミネートフィルムと接着されている。負極端子５０の中間部５０Ｂの上面および下面は、ラミネートフィルムの有する熱融着性の第１の樹脂フィルム３０Ｂによってラミネートフィルムと接着されている。

負極端子５０の他端部（以下、接点部という）５０Ｃは、他方の短辺封止部３３１から外装体３０の外部に突出している。負極端子５０は、接点部５０Ｃと中間部５０Ｂとの間を境に１８０°折り曲げられており、接点部５０Ｃと他方の短辺封止部３３１とは、相互に重ね合わされている。正極端子４０と負極端子５０とは、短辺封止部３３１の同じ面側（図中上側）に重なり合うように折り曲げられている。ここで、負極端子５０の接点部５０Ｃと、他方の短辺封止部３３１を構成する上側のラミネートフィルムと、負極端子５０の中間部５０Ｂと、他方の短辺封止部３３１を構成する下側のラミネートフィルムとが、記載した順序で積層された負極端子部５１が形成されている。この負極端子部５１には、負極端子部５１を積層方向に貫通する貫通孔５２が形成されている。貫通孔５２の孔径は、封止部の幅に対して５〜６０％の範囲であると良い。６０％より大きいと、貫通孔５２が形成された領域での封止性能が低下する可能性があり、５％より小さいと、後述する支持部材２の端子部５と負極端子５０との安定的な接続が困難となる。

貫通孔５２には、上述のグロメット６０が取り付けられている。このグロメット６０は、貫通孔５２に挿入された管部６１と、管部６１の両端に設けられた鍔部６２とを備えており、一対の鍔部６２により貫通孔５２から抜けないようになっている。ここで、グロメット６０は、上述したように電気絶縁性に優れた樹脂材料等の絶縁性材料で構成されており、グロメット６０に挿入されるボルトやネジ等の金属製の部材と、外装体３０の金属箔３０Ａとの間を絶縁している。なお、貫通孔５２の数は２個に限定されず、２個より多くてもよい。貫通孔５２の数が多いほど、機械的にも電気的にも安定した負極端子５０と後述の端子部５との接続が可能となる。

後述するように、負極端子部５１は、貫通孔５２に挿通されるネジ４により、端子部５に固定される（図９および図１１参照）。この際には、負極端子５０の接点部５０Ｃと端子部５との間に金属製のワッシャＷが配置されており、負極端子５０の接点部５０ＣとワッシャＷの上部とが当接し、さらにワッシャＷの下部と端子部５とが当接する。これにより、負極端子５０の接点部５０Ｃと端子部５との電気的接続が確保される。

図３（Ａ）〜（Ｃ）は、正極端子部４１および負極端子部５１の作製方法を示す断面図である。まず、図３（Ａ）に示すように、正極端子４０を、接点部４０Ｃと中間部４０Ｂとの間を境に１８０°折り曲げることにより、正極端子４０の接点部４０Ｃと一方の短辺封止部３３１とを相互に重ね合せる。また、負極端子５０を、接点部５０Ｃと中間部５０Ｂとの間を境に１８０°折り曲げることにより、負極端子５０の接点部５０Ｃと他方の短辺封止部３３１とを相互に重ね合せる。ここで、本実施形態では、正極端子４０と負極端子５０とを、短辺封止部３３１の同じ面側（図中上側）に重ね合せるように折り曲げる。

次に、図３（Ｂ）に示すように、正極端子部４１に、正極端子４０やラミネートフィルム等を貫通する貫通孔４２を形成する。また、負極端子部５１に、負極端子５０やラミネートフィルム等を貫通する貫通孔５２を形成する。貫通孔４２および貫通孔５２は、例えばドリルによる孔あけ加工により形成することができる。

貫通孔４２および貫通孔５２は、図３（Ｂ）に示すように、正極端子４０および負極端子５０とラミネートフィルムとを積層した状態で形成する。その他、あらかじめラミネートフィルム、正極端子４０および負極端子５０を構成する基材に孔あけ加工を施しておき、その後にラミネートフィルムの孔と、正極端子４０および負極端子５０を構成する基材の孔とを位置整合した状態で熱融着することで貫通孔４２および貫通孔５２を形成してもよい。

次に、図３（Ｃ）に示すように、グロメット６０を貫通孔４２、５２に取り付ける。グロメット６０は、貫通孔４２、５２に取り付けられる前は、管部６１と鍔部６２とを備える第１部材６０Ａと、鍔部６２を備える第２部材６０Ｂとで構成されている。グロメット６０を貫通孔４２、５２に取り付ける際には、第１部材６０Ａの管部６１を貫通孔４２、５２に挿通し、管部６１の先端を、第２部材６０Ｂの鍔部６２の孔内に圧入する。

図４（Ａ）、（Ｂ）は、他の実施形態に係る正極端子部４１および負極端子部５１の作製方法を示す断面図である。まず、図４（Ａ）に示すように、正極端子４０を、接点部４０Ｃと中間部４０Ｂとの間を境に１８０°折り曲げることにより、正極端子４０の接点部４０Ｃと一方の短辺封止部３３１とを相互に重ね合せる。また、負極端子５０を、接点部５０Ｃと中間部５０Ｂとの間を境に１８０°折り曲げることにより、負極端子５０の接点部５０Ｃと他方の短辺封止部３３１とを相互に重ね合せる。ここで、本実施形態では、正極端子４０と負極端子５０とを、短辺封止部３３１の相互に異なる面（図中上側の面と図中下側の面）に重ね合せるように折り曲げる。

次に、図４（Ｂ）に示すように、正極端子部４１に、正極端子４０やラミネートフィルム等を貫通する貫通孔４２を形成してこの貫通孔４２にグロメット６０を取り付ける。貫通孔４２および貫通孔５２は、例えばドリルによる孔あけ加工により形成することができる。また、負極端子部５１に、負極端子５０やラミネートフィルム等を貫通する貫通孔５２を形成してこの貫通孔５２にグロメット６０を取り付ける。グロメット６０は、上記実施形態と同様の方法により形成してもよく、異なる方法により形成してもよい。例えば、電気絶縁性に優れた樹脂材料を貫通孔４２、５２の孔壁および周縁に塗布して硬化させる方法を例示することができる。なお、貫通孔４２、５２の少なくとも孔壁に電気絶縁性に優れた膜を形成すればよく、この膜を貫通孔４２、５２の周縁にまで形成することは必須ではない。

貫通孔４２および貫通孔５２は、正極端子４０および負極端子５０とラミネートフィルムとを積層した状態で形成する。その他、あらかじめラミネートフィルム、正極端子４０および負極端子５０を構成する基材に孔あけ加工を施しておき、その後にラミネートフィルムの孔と、正極端子４０および負極端子５０を構成する基材の孔とを位置整合した状態で熱融着することで貫通孔４２および貫通孔５２を形成してもよい。

図５は、他の実施形態に係る蓄電デバイス１００を示す平面図であり、図６は、図５のVI-VI断面図である。これらの図に示す蓄電デバイス１００は、正極端子部１４１と負極端子部１５１とが、共に一方の短辺封止部３３１に設けられている点で、正極端子部４１が一方の短辺封止部３３１に設けられ、負極端子部５１が他方の短辺封止部３３１に設けられている上述の蓄電デバイス１０とは構成が異なる。また、正極端子部１４１が備える正極端子１４０は、上述の実施形態の正極端子４０と比較して細長形状であり、負極端子部１５１が備える負極端子１５０は、上述の実施形態の負極端子５０と比較して細長形状である点で、本実施形態の蓄電デバイス１００と上述の実施形態の蓄電デバイス１０とは構成が異なる。なお、図５に示す蓄電デバイス１００は、正極端子部１４１と負極端子部１５１とが一方の短辺封止部３３１に設けられているが、一方の長辺封止部３３２に設けられていてもよい。

本実施形態の蓄電デバイス１００では、正極端子１４０と負極端子１５０とが、一方の短辺封止部３３１の長手方向中央部に、相互に離間して配されている。また、正極端子１４０と負極端子１５０とは、一方の短辺封止部３３１の同じ面側（図中上側）に重なり合うように折り曲げられている。また、正極端子１４０の接点部１４０Ｃの中心を貫通するように貫通孔１４２が形成され、この貫通孔１４２にグロメット６０が取り付けられている。さらに、負極端子１５０の接点部１５０Ｃの中心を貫通するように貫通孔１５２が形成され、この貫通孔１５２にグロメット６０が取り付けられている。

なお、図７（Ａ）に示すように、正極端子１４０を一方の短辺封止部３３１の長手方向一端部に設け、負極端子１５０を当該一方の短辺封止部３３１の長手方向他端部に設けてもよい。また、図７（Ａ）に示すように、正極端子１４０と負極端子１５０とを短辺封止部３３１の相互に異なる面（図中上側の面と図中下側の面）に重ね合せるように折り曲げてもよい。なお、正極端子１４０と負極端子１５０は、図７（Ａ）のように短辺封止部３３１ではなく、長辺封止部３３２に設けられていてもよい。正極端子１４０と負極端子１５０とを長辺封止部３３２に設けた場合、端子の幅を広く設計することで配線抵抗を低下させることができる。さらに、図７（Ｂ）に示すように、正極端子１４０を一方の長辺封止部３３２の長手方向一端部に設け、負極端子１５０を当該一方の長辺封止部３３２の長手方向他端部に設けてもよい。この場合、図７（Ｂ）に示すように、正極端子１４０と負極端子１５０とを長辺封止部３３２の同じ面側（図中上側）に重なり合うように折り曲げてもよく、長辺封止部３３２の相互に異なる面（図中上側の面と図中下側の面）に重なり合うように折り曲げてもよい。

図８は、複数の蓄電デバイス１０から構成される蓄電モジュール１を示す斜視図であり、図９は、蓄電モジュール１を示す分解斜視図であり、図１０は、蓄電モジュール１の等価回路図である。これらの図に示すように、蓄電モジュール１は、相互に積層された複数（本例では１０個）の蓄電デバイス１０と、複数の蓄電デバイス１０を収容する収容体８とを備えている。収容体８は、蓄電デバイス１０を支持する複数（蓄電デバイス１０と同数であり、本例では１０個）の支持部材２を備えている。この蓄電モジュールは、蓄電デバイスからガスが放出された際に用いられるガス流路や、蓄電モジュールを駆動したりモニタしたりする制御回路と一体となった蓄電装置を構成することができる。

複数の蓄電デバイス１０は、下段の蓄電デバイス１０の正極端子４０の接点部４０Ｃと上段の蓄電デバイス１０の負極端子５０の接点部５０Ｃとが重なり合うように積層されている。相互に上下に隣り合う蓄電デバイス１０の間には、電気絶縁材料から構成される板状の支持部材２が介装されている。

支持部材２は、長方形状の板部２Ａと、板部２Ａの四隅に設けられた耳部２Ｂと、板部２Ａの一対の短辺の中央部に設けられた端子台部２Ｃとを備えている。板部２Ａには、蓄電デバイス１０の厚さ方向に加わった負荷を緩和するための応力緩和構造（バネ、クッション）が設けられていてもよい。耳部２Ｂは、板部２Ａと比較して厚みが大きくなっており、板部２Ａの隅部から上下に突出している。また、耳部２Ｂは、板部２Ａの隅部から板部２Ａの長手方向に突出しており、この突出部に貫通孔２Ｄが形成されている。複数の支持部材２が、四隅の貫通孔２Ｄに挿通されたボルト３により締結されて一体化されることで、複数の支持部材２の積層体である収容体８が構成されている。なお、複数の支持部材２は、ボルト３を用いて締結して一体化するのではなく、複数の支持部材２の積層体全体を上下からクランプすることで一体化されてもよい。

端子台部２Ｃは、板部２Ａと比較して厚みが大きくなっており、板部２Ａの短辺の中央部から上下に突出している。この端子台部２Ｃには、上面から側面に跨って端子部５が設けられている。この端子部５の上面は、蓄電デバイス１０の接点部４０Ｃ、５０Ｃに対応する位置に設けられている。また、端子部５の上面の中央にはネジ孔５Ａが形成されている。正極端子部４１は、貫通孔４２に挿通されたネジ４により一方の端子部５の上面に固定されている。また、負極端子部５１は、貫通孔５２に挿通されたネジ４により他方の端子部５の上面に固定されている。

ここで、耳部２Ｂの下面には、凹部（図示省略）が形成されていてもよい。耳部２Ｂの下面に凹部が形成されていると、凹部にボルト３の頭部や、ボルト３に対応するナット（図示省略）を収容する空間が確保され、上側の耳部２Ｂと下側の耳部２Ｂとを隙間なく当接させることができる。

端子部５の側面の中央にはネジ孔５Ｂが形成されている。正極端子部４１の接点部４０Ｃが固定された上段の端子部５と、負極端子部５１の接点部５０Ｃが固定された下段の端子部５とが、接続金具７を介して接続されている。そして、１０個の蓄電デバイス１０のうち最上段の蓄電デバイス１０の正極端子４０が、蓄電モジュール１の正極入出力端子を構成している。一方、１０個の蓄電デバイス１０のうち最下段の蓄電デバイス１０の負極端子５０が、蓄電モジュール１の負極入出力端子を構成している。

図１１は、正極端子部４１または負極端子部５１と端子部５との接続部を示す断面図である。この図に示すように、接点部４０Ｃ（５０Ｃ）が、短辺封止部３３１と端子部５との間に配され、接点部４０Ｃ（５０Ｃ）と支持部材２の端子部５との間にワッシャＷが挟み込まれており、接点部４０Ｃ（５０Ｃ）と支持部材２の端子部５とが、金属製のワッシャＷを介して電気的に接続されている。

ネジ４の頭部と短辺封止部３３１との間にはワッシャＷが挟み込まれている。ネジ４による締付力は、上側のワッシャＷを介して短辺封止部３３１、中間部４０Ｂ（５０Ｂ）、下側のワッシャＷおよび接点部４０Ｃ（５０Ｃ）に作用する。それにより、接点部４０Ｃ（５０Ｃ）と端子部５との電気的接続が確保される。ここで、鍔部６２には、ネジ４の締付力による負荷が加わらず、上下のワッシャＷに、ネジ４の締付力による負荷が加わる。

以上説明したように、本実施形態に係る蓄電デバイス１０では、正極端子４０が、外装体３０の内側から一方の短辺封止部３３１を通って外装体３０の外側に延び、外装体３０の外側で折れ曲がって一方の短辺封止部３３１と重なっている。また、負極端子５０が、外装体３０の内側から他方の短辺封止部３３１を通って外装体３０の外側に延び、外装体３０の外側で折れ曲がって他方の短辺封止部３３１と重なっている。これにより、外装体３０からの正極端子４０および負極端子５０の突出を無くすことができ、蓄電デバイス１０および蓄電モジュール１を小型化することができる。

正極端子４０の接点部４０Ｃと短辺封止部３３１の上側のラミネートフィルムと正極端子４０の中間部４０Ｂと短辺封止部３３１の下側のラミネートフィルムとが相互に重なり合った正極端子部４１には、これらを貫通する貫通孔４２が形成されている。この貫通孔４２を通して正極端子部４１を支持部材２の端子部５にネジ４で固定することができ、正極端子４０を端子部５に対して電気的に接続することができる。また、負極端子５０の接点部５０Ｃと短辺封止部３３１の上側のラミネートフィルムと負極端子５０の中間部５０Ｂと短辺封止部３３１の下側のラミネートフィルムとが相互に重なり合った負極端子部５１には、これらを貫通する貫通孔５２が形成されている。この貫通孔５２を通して負極端子部５１を支持部材２の端子部５にネジ４で固定することができ、負極端子５０を端子部５に対して電気的に接続することができる。

ここで、外装体３０は、第１の樹脂フィルム３０Ｂと第２の樹脂フィルム３０Ｃとの間に金属箔３０Ａが存在する構成であるところ、貫通孔４２、５２の孔壁が絶縁性材料で構成されたグロメット６０の管部６１により被覆されていることにより、正極端子４０および負極端子５０と金属箔３０Ａとの間の絶縁性が確保されている。これにより、蓄電デバイス１０が金属箔３０Ａを介して外部短絡を起こすことを防止できる。

また、本実施形態に係る蓄電モジュール１では、複数の蓄電デバイス１０の外装体３０の一方の短辺封止部３３１に正極端子４０の接点部４０Ｃが重ねられ、他方の短辺封止部３３１に負極端子５０の接点部５０Ｃが重ねられている。また、複数の蓄電デバイス１０を積層した状態で収容する収容体８に、接点部４０Ｃ、５０Ｃがネジ止めされる端子部５が設けられている。そして、接点部５０Ｃが固定された負極の端子部５と、その上側または下側において接点部４０Ｃが固定された正極の端子部５とが電気的に接続されることにより、積層された複数の蓄電デバイス１０が電気的に直列に接続されている。これにより、蓄電デバイス１０の面積を外装体３０の面積以内に抑えると共に、蓄電モジュール１の面積を外装体３０の面積と同等にまで低減することができる。従って、蓄電モジュール１の小型化を効果的に実現できる。

また、本実施形態に係る蓄電モジュール１では、蓄電デバイス１０を支持する複数の支持部材２が積層されてボルト３で締結されることで収容体８が構成されている。そして、支持部材２には、接点部４０Ｃがネジ止めされる端子部５と、接点部５０Ｃがネジ止めされる端子部５とが設けられている。さらに、接点部５０Ｃが固定された負極の端子部５と、その上側または下側において接点部４０Ｃが固定された正極の端子部５とが、収容体８の側面において薄板である接続金具７を介してネジ止めされている。これにより、積層された複数の蓄電デバイス１０が電気的に直列に接続されている。従って、電気的に直列に接続される複数の蓄電デバイス１０と、この複数の蓄電デバイス１０を積層した状態で収容する収容体８とを備える蓄電モジュール１を、小型化であり、且つ、簡易に組み立てることができるように構成することができる。

上述の実施形態における「蓄電デバイス１０」および「蓄電デバイス１００」は本発明における「蓄電デバイス」の一例に相当し、上述の実施形態における「電極ユニット２０」は本発明における「電極ユニット」の一例に相当し、上述の実施形態における「正極板２１」は本発明における「正極板」の一例に相当し、上述の実施形態における「負極板２２」は本発明における「負極板」の一例に相当し、上述の実施形態における「セパレータ２３」は本発明における「絶縁層」の一例に相当する。

上述の実施形態における「外装体３０」は本発明における「外装体」の一例に相当し、上述の実施形態における「上側部材３１」および「下側部材３２」は本発明における「外装フィルム」の一例に相当し、上述の実施形態における「封止部３３」は本発明における「封止部」の一例に相当し、上述の実施形態における「正極端子４０」及び「正極端子１４０」は本発明における「正極端子」の一例に相当し、上述の実施形態における「負極端子５０」および「負極端子１５０」は本発明における「負極端子」の一例に相当する。

上述の実施形態における「貫通孔４２」および「貫通孔１４２」は本発明における「第１の貫通孔」の一例に相当し、上述の実施形態における「貫通孔５２」および「貫通孔１５２」は本発明における「第２の貫通孔」の一例に相当し、上述の実施形態における「グロメット６０」および「管部６１」は本発明における「第１の絶縁部」および「第２の絶縁部」に相当する。

上述の実施形態における「蓄電モジュール１」は本発明における「蓄電モジュール」の一例に相当し、上述の実施形態における「支持部材２」は本発明における「第１の支持部材」および「第２の支持部材」の一例に相当し、上述の実施形態における「端子部５」は本発明における「第１の端子」、「第２の端子」、「第３の端子」、および「第４の端子」の一例に相当し、上述の実施形態における「接続金具７」は本発明における「金具」の一例に相当し、上述の実施形態における「収容体８」は本発明における収容体の一例に相当する。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、上述の実施形態では、リチウムイオンキャパシタを例に挙げて本発明を説明したが、本発明は、リチウムイオン電池等の他の蓄電デバイスおよび蓄電モジュールにも適用できる。

また、上述の実施形態では、１個の蓄電デバイス１０に対して１個の支持部材２を設けたが、例えば、１個の支持部材２の板部２Ａの上面と下面とにそれぞれ１個の蓄電デバイス１０を固定する等、蓄電モジュール１の構成は適宜変更可能である。

また、上述の実施形態では、上下の蓄電デバイス１０を直列接続するために、上下の一方の蓄電デバイス１０の正極端子４０と他方の蓄電デバイス１０の負極端子５０とを接続し、または、上下の一方の蓄電デバイス１０の負極端子５０と他方の蓄電デバイス１０の正極端子とを接続した。しかし、上下の蓄電デバイス１０を並列接続するために、上下の一方の蓄電デバイス１０の正極端子４０と他方の蓄電デバイス１０の正極端子４０とを接続し、または、上下の一方の蓄電デバイス１０の負極端子５０と他方の蓄電デバイス１０の負極端子５０とを接続してもよい。

１…蓄電モジュール
２…支持部材
２Ａ…板部
２Ｂ…耳部
２Ｃ…端子台部
２Ｄ…貫通孔
３…ボルト
４…ネジ
５…端子部
５Ａ…ネジ孔
５Ｂ…ネジ孔
７…接続金具
８…収容体
１０…蓄電デバイス
２０…電極ユニット
２０Ａ…電極積層体
２０Ｂ…正極集電積層体
２０Ｃ…負極集電積層体
２１…正極板
２１１…正極集電体
２１１１…基板部
２１１２…延長部
２１１２Ａ…接合部
２１２…正極活物質層
２２…負極板
２２１…負極集電体
２２１１…基板部
２２１２…延長部
２２１２Ａ…接合部
２２２…負極活物質層
２３…セパレータ
２４１…リチウム極
２４２…リチウム極集電体
３０…外装体
３０Ａ…金属箔
３０Ｂ…第１の樹脂フィルム
３０Ｃ…第２の樹脂フィルム
３１…上側部材
３１１…凹部
３２…下側部材
３２１…凹部
３３…封止部
３３１…短辺封止部
３３２…長辺封止部
４０…正極端子
４０Ａ…一端部
４０Ｂ…中間部
４０Ｃ…接点部
４１…正極端子部
４２…貫通孔
５０…負極端子
５０Ａ…一端部
５０Ｂ…中間部
５０Ｃ…接点部
５１…負極端子部
５２…貫通孔
６０…グロメット
６０Ａ…第１部材
６１…管部
６２…鍔部
６０Ｂ…第２部材
１００…蓄電デバイス
１４０…正極端子
１４０Ｃ…接点部
１４１…正極端子部
１４２…貫通孔
１５０…負極端子
１５０Ｃ…接点部
１５１…負極端子部
１５２…貫通孔

Claims (4)

1. 絶縁層を挟んだ状態で相互に重なり合った正極板と負極板とを備える電極ユニットと、
   前記電極ユニットを挟んだ状態で相互に重なり合った一対の外装フィルムを備え、一対の前記外装フィルムの外周縁部が相互に接合されることで前記正極板および前記負極板の周縁に沿って延びる封止部が形成された外装体と、
   前記正極板と電気的に接続され、前記外装体の内側から前記封止部を通って前記外装体の外側に延び、前記外装体の外側で折れ曲がって前記封止部と重なった正極端子と、
   前記負極板と電気的に接続され、前記外装体の内側から前記封止部を通って前記外装体の外側に延び、前記外装体の外側で折れ曲がって前記封止部と重なった負極端子と
   を備える蓄電デバイスであって、
   前記正極端子と前記封止部とを貫通した第１の貫通孔と、
   絶縁性材料で構成され、前記第１の貫通孔の孔壁を被覆した第１の絶縁部と、
   前記負極端子と前記封止部とを貫通した第２の貫通孔と、
   絶縁性材料で構成され、前記第２の貫通孔の孔壁を被覆した第２の絶縁部と
   を備える蓄電デバイス。
2. 請求項１に記載の第１および第２の蓄電デバイスと、
   前記第１の蓄電デバイスと前記第２の蓄電デバイスとを、前記第１の蓄電デバイスを前記第２の蓄電デバイスの上に重ねた状態で収容する収容体と
   を備える蓄電モジュールであって、
   前記第１の蓄電デバイスの前記正極端子と前記第２の蓄電デバイスの前記負極端子又は前記正極端子とが電気的に接続され、又は、前記第１の蓄電デバイスの前記負極端子と前記第２の蓄電デバイスの前記正極端子又は前記負極端子とが電気的に接続されている蓄電モジュール。
3. 請求項２に記載の蓄電モジュールであって、
   前記収容体は、
   前記第１の蓄電デバイスの前記正極端子が、前記第１の貫通孔に挿通された締結部材により、電気的に接続された状態で固定された第１の端子と、
   前記第１の蓄電デバイスの前記負極端子が、前記第２の貫通孔に挿通された締結部材により、電気的に接続された状態で固定された第２の端子と、
   前記第２の蓄電デバイスの前記正極端子が、前記第１の貫通孔に挿通された締結部材により、電気的に接続された状態で固定された第３の端子と、
   前記第２の蓄電デバイスの前記負極端子が、前記第２の貫通孔に挿通された締結部材により、電気的に接続された状態で固定された第４の端子と
   を備え、
   前記第１の端子と前記第４の端子とが電気的に接続され、又は前記第２の端子と前記第３の端子とが電気的に接続されている蓄電モジュール。
4. 請求項３に記載の蓄電モジュールであって、
   前記収容体は、
   前記第１の蓄電デバイスと前記第２の蓄電デバイスとの間に配されて前記第１の蓄電デバイスを支持する第１の支持部材と、
   前記第２の蓄電デバイスを支持する第２の支持部材と
   を備え、
   前記第１の支持部材は、前記第１の端子と前記第２の端子とを備え、
   前記第２の支持部材は、前記第３の端子と前記第４の端子とを備え、
   前記第１の端子と前記第４の端子、又は前記第２の端子と前記第３の端子を接続する金具を備える蓄電モジュール。

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