CN113178667A - 电池单体 - Google Patents

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Abstract

本发明所要解决的问题在于，提供一种电池单体，其有效地消除由具备以一张薄膜折回而形成的外包装体的电池单体所产生的问题。为了解决上述问题，提供一种电池单体，其具备电池、及容纳该电池的外包装体，前述电池中的至少一个端面上连接有集电极耳引线，前述外包装体由一张薄膜在与前述集电极耳引线连接的端面不同的前述电池的端面折回，且互相相对向的前述薄膜的端部彼此夹持前述集电极耳引线并接合，外包装体在连接有前述集电极耳引线的端面的位置形成有孔，且该孔被封闭。

Description

电池单体
技术领域
本发明涉及一种电池单体。
背景技术
近年来，随着汽车、个人电脑及手机等各种大小的电气/电子机器的普及，高容量、高功率的电池的需求急速扩大。作为这种电池，可以列举在正极与负极之间使用有机电解液作为电解质的液体电池单体、及使用阻燃性的固体电解质来代替有机电解液的电解质的固体电池单体等。
已知一种层叠单体类型的电池，是将这种电池以层合薄膜(外包装体)包裹并密闭成板状。在电动汽车(Electric Vehicle；EV)和混合电动汽车(Hybrid Electric Vehicle；HEV)等用途中，使用一种电池单体集合体，是将多个这种层叠电池类型的电池并列容纳在壳体内。以外包装体包裹，由此，能够防止大气侵入电池(例如，专利文献1)。
另外，已揭示一种电池单体，其具备以容纳电池的方式由一张薄膜折回而成的外包装体，目的在于维持层合薄膜(外包装体)的密闭性，并有效地提高电池模组的体积能量密度(专利文献2)。根据专利文献2，此电池单体能够维持外包装体的密闭性，并有效地提高电池模组的体积能量密度。
[先行技术文献]
(专利文献)
专利文献1：日本特开2012-169204号公报
专利文献2：WO2019/188825
发明内容
[发明所要解决的问题]
现在，使用电解液作为电解质的液体电池单体，在制造时有时会进行老化。藉由进行老化，可以将混入电极体内的杂质去除或者将杂质惰化。在该老化时，可能会产生反应气体。
此时，将该液体电池单体以两张薄膜包裹电池并将互相相对向的薄膜的四个边接合并密闭时，能够从接合面排出反应气体。
然而，如果该外包装体是专利文献2(WO2019/188825)所述的由一张薄膜在电池的端面折回而成的构造，由于这种接合面不存在四个边，因此，没有反应气体的排出通道，反应气体会导致电池单体膨胀。
另外，使用阻燃性固体电解质的固体电池单体，藉由在制造时对层叠有各电极层和固体电解质层的层叠体压制(press)而一体化，从而提高电池的输出特性。此时，将层叠体插入外包装体中并抽真空，并且进行一体化压制，由此，可以抑制无用空间的形成，并有效地提高电池模组的体积能量密度。进一步，能够以外包装体更牢固地固定固体电池层叠体，电池的输出特性进一步提高。
然而，如果该外包装体是将一张薄膜在电池的端面折回而成的构造，将外包装体的内部抽真空并不是很容易。
这样，具备以容纳电池的方式由一张薄膜折回而形成且互相相对向的薄膜的端部彼此接合的外包装体的电池单体，虽然能够维持外包装体的密闭性，并有效地提高电池模组的体积能量密度，但是在使用有机电解液的液体电池单体和使用固体电解质的固体电池单体中，分别具有以上所述的问题。
本发明的目的在于提供一种电池单体，其有效地解决了由具备以一张薄膜折回而形成的外包装体的电池单体所产生的问题。
[解决问题的技术手段]
本发明人为了解决上述问题而努力探讨，其结果为，发现如果是一种电池单体，其具备外包装体，所述外包装体在连接有集电极耳引线的端面的位置形成有孔且孔被封闭，就能够解决上述问题，最终完成本发明。
本发明提供一种电池单体，其具备电池、及容纳该电池的外包装体，前述电池中的至少一个端面上连接有集电极耳引线，前述外包装体由一张薄膜在与前述集电极耳引线连接的端面不同的前述电池的端面折回，且互相相对向的前述薄膜的端部彼此夹持前述集电极耳引线并接合，前述外包装体在连接有前述集电极耳引线的端面的位置形成有孔，且该孔被封闭。
由此，能够有效地消除由具备以一张薄膜折回而形成的外包装体的电池单体所产生的问题。
前述孔也可以形成在前述集电极耳引线上。
前述孔也可以小于前述集电极耳引线的宽度。
前述电池也可以是具有电解液来作为电解质的液体电池。
前述电池也可以是具有固体电解质来作为电解质的固体电池。
本发明提供一种液体电池单体的制造方法，其包括以下步骤：外装步骤，以容纳在至少一个端面上连接有集电极耳引线的液体电池的方式，将薄膜在与该集电极耳引线连接的端面不同的端面折回，并以夹持该集电极耳引线的方式将该薄膜的端部彼此接合而形成该薄膜的外包装体；老化步骤，将经过前述外装步骤的前述液体电池静置特定时间；及，孔封闭步骤，在经过前述老化步骤之后将前述外包装体的孔封闭。
本发明提供一种固体电池单体的制造方法，其包括以下步骤：外装步骤，以容纳在至少一个端面上连接有集电极耳引线的固体电池的方式，将薄膜在与该集电极耳引线连接的端面不同的端面折回，并以夹持该集电极耳引线的方式将该薄膜的端部彼此接合而形成该薄膜的外包装体；一体化压制步骤，由形成在前述外包装体上的孔脱气，并对前述固体电池进行压制；老化步骤，将经过前述一体化压制步骤的前述固体电池静置特定时间；及，孔封闭步骤，在经过前述老化步骤之后将前述外包装体的孔封闭。
(发明的效果)
根据本发明，能够有效地消除由具备以一张薄膜折回而形成的外包装体的电池单体所产生的问题。
附图说明
图1是本实施方式的电池单体1的立体图。
图2是本实施方式的构成电池单体的电池的剖面图。
图3是示出本实施方式的电池单体的制造方法的流程的流程图。
具体实施方式
以下，对本发明的具体实施方式详细地进行说明，但本发明并不以任何形式限定于以下的实施方式，在本发明的目的的范围内，可以适当变更加以实施。
[电池单体的概要]
根据本发明实施方式的电池单体1，如图1所示，具备电池10、及容纳电池10的外包装体2。另外，在电池的端面连接有作为电力的取出口的集电极耳引线3，薄膜的端部彼此夹持该集电极耳引线3并接合而构成。
而且，该电池单体中的外包装体，在连接有集电极耳引线的端面的位置上形成有孔h，且该孔h封闭地构成。这样，藉由在连接有薄膜的端部彼此接合的集电极耳引线的端面的位置形成有孔h，能够有效地解决由具备藉由折回薄膜而形成的外包装体的电池单体所产生的问题。该孔h可以藉由例如冲孔、切割、激光等现有的公知的方法形成。
另外，该孔h由于藉由密闭等封闭，因此，能够由外包装体2密闭容纳电池10。
该电池可以是使用电解液作为电解质的液体电池单体(第一实施方式)，也可以是具备固体电解质的固体电池单体(第二实施方式)。后面对液体电池单体和固体电池单体进行详细叙述。
以下，关于具备使用电解液作为电解质的液体电池单体和固体电解质的固体电池单体，对于可以通用于任何电池的外包装体进行说明。
[外包装体]
外包装体2是容纳电池10的外包装体。藉由使用外包装体2来密闭容纳电池10，从而可以防止电池10中进入大气。
具体而言，该外包装体2在电池的一个端面折回一张薄膜以容纳在平面视图中呈矩形的电池，薄膜的端部彼此夹持集电极耳引线3并接合而构成。与使用两张薄膜来包裹电池并将互相相对向的薄膜的四个边接合而被四个接合部密闭的电池单体相比，能够减少薄膜彼此接合的接合部并抑制无用空间的形成，并能够有效地提高电池模组的体积能量密度。
该集电极耳引线3的连接端面，可以构成为集电极耳引线被连接在相同的端面，也可以例如如图1所示，构成为从两个端面分别连接。
该集电极耳引线3构成为与连接端面相反侧的端部从外包装体2露出。能够从该露出的集电极耳引线获取电力。
薄膜的端部彼此接合而成的接合部，也可以存在于除集电极耳引线的连接端面之外的端面上，但优选的是，例如本申请的图1的电池单体，不在除连接有集电极耳引线的端面之外的端面存在该接合部。藉由不在电池的端面配置薄膜彼此接合而成的接合部，能够进一步有效地提高电池模组的体积能量密度。
以一张薄膜折回而形成的外包装体，可以列举例如专利文献2(WO2019/188825)所述的外包装体(例如，专利文献2的图1～10所述的外包装体)。
而且，外包装体2的特征在于，在连接有集电极耳引线的端面的位置形成有孔h，且孔h是封闭的。将在制造液体电池单体过程中的老化步骤时产生的反应气体，从孔h排出，能够有效地抑制电池单体的膨胀。另外，可以在制造固体电池单体过程中的压制步骤时，从孔h对外包装体的内部进行抽真空的同时进行压制，电池的输出特性提高。
而且，该孔h是封闭的，由此，能够防止大气进入电池10。
形成有孔h的位置，如果是连接有集电极耳引线的端面，则没有特别限定，但优选的是形成在集电极耳引线上，更优选为，该孔h小于集电极耳引线的宽度。藉由在集电极耳引线上形成有孔h，从而具有方便在集电极耳引线上按压其它的薄膜并密闭的优点。
孔的形状可以是近似圆形或椭圆形，也可以是方形，没有特别限定。孔径优选的是在φ0.1mm以上且φ10mm以下。
孔的数量没有特别限定，可以是一个，也可以是两个以上。
(形成外包装体的薄膜)
形成外包装体2的薄膜，只要是可以形成容纳电池10的外包装体2的薄膜，则没有特别限定。形成外包装体2的薄膜优选的是可以对外包装体2赋予气密性的薄膜。
形成外包装体2的薄膜，优选具备例如由铝箔等无机物薄膜或者由氧化硅或氧化铝等无机氧化物薄膜等组成的阻挡层。藉由具备阻挡层，从而可以对外包装体2赋予气密性。
另外，形成外包装体2的薄膜，优选的是具备由聚乙烯树脂等柔性树脂制成的密闭层。藉由层叠在膜上的密闭层互相相对向地焊接，从而可以接合。因此，可以无需涂布粘接剂的步骤。此外，形成外包装体2的薄膜也可以不具备密闭层。藉由使用粘接剂将薄膜彼此接合也可以形成外包装体。
另外，形成外包装体2的薄膜可以例示层叠体，其中层叠有由聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、尼龙、聚丙烯等制成的基材层、上述的阻挡层、及上述的密闭层。这些层可以经由现有公知的粘接剂层叠，也可以使用挤出涂布法层叠。
形成外包装体2的薄膜的优选的厚度，根据薄膜使用的材质的不同而不同，优选在50μm以上，更优选在100μm以上。形成外包装体2的薄膜的优选的厚度，优选在700μm以下，更优选在200μm以下。
形成外包装体的一张薄膜可以是单层的薄膜，也可以是多层的层叠体。
此外，一张薄膜的形状可以是多边形状(长方形状)的平面的薄膜，也可以是筒形的薄膜。
以下，对使用有机电解液作为电解质的液体电池单体(第一实施方式)及具备固体电解质的固体电池单体(第二实施方式)进行说明。
＜第一实施方式的电池单体＞
图2(a)是示出根据本实施方式的电池10的概要的剖面图。电池单体1具备电池10和由一张薄膜形成而容纳电池10的外包装体2。
本实施方式的电池10是使用有机电解液作为电解质的液体电池单体。该电池10交替配置有多个正极11和负极12，并在各个正极11和负极12之间具备浸渍有电解液的隔板13。而且，在正极11和负极12上连接有集电极耳引线3。如本实施方式的电池10所示，其是在各液体电池单体之间没有层叠绝缘体(绝缘层)的构成，从而可以提高电池的能量密度。
此外，本发明的电池(液体电池)不限定于多个正极和负极交替配置的电池，例如，也可以是具备单个正极和单个负极的液体电池，另外，层叠多个液体电池单体的构成和在各液体电池单体之间层叠有绝缘体(绝缘层)的构成均可。
正极11具备正极集电体11a和形成在正极集电体11a的一方的表面上的正极层11b，正极层11b被配置成与隔板13相对向。
正极集电体11a只要是具有在正极层中集电的功能就没有特别限定，可以列举例如铝、铝合金、不锈钢、镍、铁及钛等，其中，优选的是铝、铝合金和不锈钢。另外，作为正极集电体的形状，可以列举例如箔状、板状、网眼状、泡沫状等，其中优选的是箔状。
正极层11b是至少含有正极活性物质的层。作为正极活性物质，只要适当选用现有公知的可以放出和吸收离子(例如锂离子)的材料即可。作为正极活性物质的具体例子，可以列举钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、LiNipMnqCorO2(p+q+r＝1)、LiNipAlqCorO2(p+q+r＝1)、锰酸锂(LiMn2O4)、用Li1+xMn2-x-yMyO4(x+y＝2，M＝选自Al、Mg、Co、Fe、Ni、及Zn中的至少一种)表示的杂元素取代Li-Mn尖晶石、磷酸锂金属(LiMPO4，M＝选自Fe、Mn、Co、及Ni中的至少一种)等。
负极12具备负极集电体12a和形成在负极集电体12a的一方的表面上的负极层12b，负极层12b被配置成与隔板13相对向。
负极集电体12a只要是具有在负极层集电的功能就没有特别限定。作为负极集电体的材料，可以列举例如镍、铜、及不锈钢等。另外，作为负极集电体的形状，可以列举例如箔状、板状、网眼状、泡沫状等，其中，优选的是箔状
负极层12b是至少含有负极活性物质的层。作为负极活性物质，只要是可以吸收和放出离子(例如，锂离子)的材料即可没有特别限定，可以列举例如可列举钛酸锂(Li4Ti5O12)等锂过渡金属氧化物，TiO2、Nb2O3和WO3等过渡金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物，石墨、软碳和硬碳等碳材料，以及金属锂、金属铟及锂合金等。另外，负极活性物质可以是粉末状，也可以是薄膜状。
作为隔板13，可以使用例如由聚乙烯等合成树脂制成的隔板。作为电解液，可以列举在碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯等溶剂中溶解有LiPF6、LiBF4、LiClO4等支持盐的电解液。在为具备凝胶状的电解质的电池单体的情况下，优选使用将聚偏二氟乙烯六氟丙烯(PVDF-HFP)、(聚)丙烯腈、(聚)丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯等的聚合物和电解液组合并凝胶化的电解质。
集电极耳引线3与正极和负极连接，并从电池的端面伸出。集电极耳引线3可使用的材质，可以使用与现有的用于固体电池的集电极耳引线相同的材质，没有特别限定
[第一实施方式的电池单体的制造方法]
例如，如图3(a)所示的流程图，液体电池单体的制造方法，可以列举包括如下步骤的方法，(1)外装步骤S11，以容纳在至少一个端面上连接有集电极耳引线3的液体电池10的方式，将薄膜在与该集电极耳引线3连接的端面不同的端面折回，并以夹持该集电极耳引线3的方式将该薄膜的端部彼此接合而形成该薄膜的外包装体2；(2)老化步骤S12，将经过外装步骤的液体电池10静置特定时间；及，(3)孔封闭步骤S13，在经过老化步骤之后封闭外包装体的孔。
在外装步骤S11中，形成例如专利文献2(WO2019/188825)所述的外包装体。具体而言，将具备阻挡层的薄膜在电池10的端面折回，并以夹持集电极耳引线3的方式接合薄膜的端部彼此。薄膜的接合，可以藉由层叠在薄膜上的密闭层彼此相对向并使用热或超声波等焊接进行接合，也可以藉由使用粘接剂的干式层叠法接合。
而且，预先在薄膜上形成有孔h，使得孔被配置在连接有集电极耳引线的端面的位置。形成孔h的方法可以列举例如冲孔、切割、激光等现有公知的方法。此外，在该实施方式中，使用预先形成有孔的薄膜来形成外包装体，但例如也可以在形成外包装体之后，在连接有集电极耳引线的端面的位置形成孔。
此外，并不一定要在该外装步骤S11中对外包装体进行所需的全部接合，也可以在经过老化步骤之后进行接合。在后述的第二实施方式的电池单体的制造方法(固体电池单体的制造方法)中，也是同样的。
在老化步骤S12中，将经过外装步骤的液体电池静置特定时间。此时，对液体电池实施首次充电和化成学处理。在老化步骤S12中，有时从液体电池中会产生反应气体。此时，在本发明中，由于在外包装体上形成有孔，因此，能够有效地排出产生的反应气体。
在老化步骤S12中，液体电池的加热温度优选控制在25℃以上120℃以下，更优选地控制在40℃以上80℃以下。在老化步骤S12中，液体电池的加热时间(静置的时间)优选在0.5小时以上48小时以下，更优选在1小时以上24小时以下。此外，作为对液体电池实施化成处理的方法，可以列举将液体电池装入恒温槽中对液体电池进行加热的方法。
此外，在该老化步骤之后，可以将薄膜的端部接合，以便在集电极耳引线上形成孔。此时，根据需要也可以对外包装体内部进行脱气。
在孔封闭步骤S13中，将经过老化步骤的液体电池10的孔h封闭。由此，可以维持外包装体的密闭性并防止大气进入液体电池10。
封闭孔h的方法，可以列举在形成有孔h的膜表面上密闭另一张薄膜的方法
＜第二实施方式的电池单体＞
图2(b)是示出根据本实施方式的电池60的概要的剖面图。本实施方式的电池60是使用固体电解质的固体电池单体。该电池60交替配置有多个正极61和负极62，并在各个正极61和负极62之间具备固体电解质层64。而且，在正极61和负极62上连接有集电极耳引线8。如本实施方式的电池60，其是在各液体电池单体之间没有层叠绝缘体(绝缘层)的构成，从而能够提高电池的能量密度。
此外，本发明的电池(固体电池)不限定于多个正极和负极交替配置的电池，例如也可以是具备单个正极和单个的负极的固体电池，另外，可以是层叠有多个固体电池单体的构成，也可以在各固体电池单体之间层叠有绝缘体(绝缘层)的构成。
正极61具备正极集电体61a和形成在正极集电体的一方的表面上的正极层61b，负极62具备负极集电体62a和形成在负极集电体的一方的表面上的负极层62b。集电极耳引线8与正极61和负极62连接，并从电池的端面伸出。
固体电解质层64层叠在正极61和负极62之间，是至少含有固体电解质材料的层。其是一种可以经由固体电解质层64中所包含的固体电解质材料在正极活性物质和负极活性物质之间进行离子传导(例如锂离子传导)的层。
作为固体电解质材料，只要是具有离子传导性(例如锂离子传导性)的材料则没有特别限定，但可以列举例如硫化物固体电解质材料、氧化物固体电解质材料、氮化物固体电解质材料、卤化物固体电解质材料等，其中，优选的是硫化物固体电解质材料。其原因是与氧化物固体电解质材料相比，其离子传导性较高。
此外，除固体电解质层之外的正极、负极、集电极耳引线，可以使用与上述的第一实施方式的电池单体(液体电池)相同的正极、负极、集电极耳引线。
[第二实施方式的电池单体的制造方法]
例如如图3(b)所示的流程图，固体电池单体的制造方法包括：(1)外装步骤S21，以容纳在至少一个端面上连接有集电极耳引线8的固体电池60的方式，将薄膜在与该集电极耳引线8连接的端面不同的端面折回，并以夹持该集电极耳引线8的方式将该薄膜的端部彼此接合而形成该薄膜的外包装体；(2)一体化压制步骤S22，从外包装体的孔脱气，并对固体电池60进行压制；(3)老化步骤S23，将经过一体化压制步骤的固体电池60静置特定时间；及，(4)孔封闭步骤S24，在经过压制步骤之后将外包装体的孔封闭。
在一体化压制步骤S22中，从外包装体的孔脱气，并对固体电池60进行压制。这样，藉由将存在于外包装体的内部的空气从外包装体的孔脱气(抽真空)的同时进行压制，由于可以减小多余的空间，因此，能量密度提高，且藉由外包装体能够更牢固地固定固体电池的层叠体，电池的输出特性提高。
压制固体电池60的方法，可以列举例如藉由压制机并经由外包装体2来压制层叠体即固体电池60的方法等。压制时的压力优选在0.1MPa以上2000MPa以下，更优选在0.2MPa以上1000MPa以下。脱气(抽真空)时的压力优选在0MPa以上0.01MPa以下，更优选在0.0001MPa以上0.001MPa以下。
在老化步骤S23中，将经过一体化压制步骤的固体电池静置特定时间。此时，对固体电池实施首次充电和化成处理。在老化步骤S23中，固体电池的加热温度优选控制在25℃以上280℃以下，更优选控制在40℃以上200℃以下。在老化步骤S23中，固体电池的加热时间(静置时间)优选在0.5小时以上72小时以下，更优选在1小时以上24小时以下。此外，作为对固体电池实施化成处理的方法，可以列举在恒温槽中装入固体电池并对固体电池进行加热的方法。
此外，除一体化压制步骤S22和老化步骤S23之外的外装步骤S21和孔封闭步骤S24，与上述的第一实施方式的电池单体(液体电池)的制造方法相同。
以上所述的本发明的电池单体，能够有效地解决由具备以一张薄膜折回而形成的外包装体的电池单体所产生的问题。
附图标记
1 电池单体
2 外包装体
3 集电极耳引线
8 集电极耳引线
10 电池(液体电池)
11 正极
11a 正极集电体
11b 正极层(正极活性物质)
12 负极
12a 负极集电体
12b 负极层(负极活性物质)
13 隔板
60 电池(固体电池)
61a 正极集电体
61b 正极层(正极活性物质)
62 负极
62a 负极集电体
62b 负极层(负极活性物质)
64 固体电解质层
h 孔

Claims (7)

1.一种电池单体，其具备电池、及容纳该电池的外包装体，
前述电池中的至少一个端面上连接有集电极耳引线，
前述外包装体由一张薄膜在与前述集电极耳引线连接的端面不同的前述电池的端面折回，且互相相对向的前述薄膜的端部彼此夹持前述集电极耳引线并接合，
前述外包装体在连接有前述集电极耳引线的端面的位置形成有孔，且该孔被封闭。
2.根据权利要求1所述的电池单体，其中，前述孔形成在前述集电极耳引线上。
3.根据权利要求2所述的电池单体，其中，前述孔小于前述集电极耳引线的宽度。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电池单体，其中，前述电池是具有电解液来作为电解质的液体电池。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的电池单体，其中，前述电池是具有固体电解质来作为电解质的固体电池。
6.一种液体电池单体的制造方法，其包括以下步骤：
外装步骤，以容纳在至少一个端面上连接有集电极耳引线的液体电池的方式，将薄膜在与该集电极耳引线连接的端面不同的端面折回，并以夹持该集电极耳引线的方式将该薄膜的端部彼此接合而形成该薄膜的外包装体；
老化步骤，将经过前述外装步骤的前述液体电池静置特定时间；及，
孔封闭步骤，在经过前述老化步骤之后将前述外包装体的孔封闭。
7.一种固体电池单体的制造方法，其包括以下步骤：
外装步骤，以容纳在至少一个端面上连接有集电极耳引线的固体电池的方式，将薄膜在与该集电极耳引线连接的端面不同的端面折回，并以夹持该集电极耳引线的方式将该薄膜的端部彼此接合而形成该薄膜的外包装体；
一体化压制步骤，由形成在前述外包装体上的孔脱气，并对前述固体电池进行压制；
老化步骤，将经过前述一体化压制步骤的前述固体电池静置特定时间；及，
孔封闭步骤，在经过前述老化步骤之后将前述外包装体的孔封闭。
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