CN113823844A - 层叠型电池 - Google Patents

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Abstract

提供多个电极体各自的集电抽头和端子被适合地接合的层叠型电池。层叠型电池具备多个电极体(10A、10B)和连接端子(30)。电极体(10A、10B)形成为板状，将厚度方向作为层叠方向层叠。连接端子将相互邻接地层叠的第1电极体(10A)和第2电极体(10B)电连接。各个电极体(10A、10B)具备沿着板面向外侧延伸的一对集电抽头。第1电极体(10A)中的一方的集电抽头(11A)、和第2电极体(10B)中的一方的集电抽头(12B)在层叠方向上从相互相反的方向接合到连接端子(30)。

Description

层叠型电池
技术领域
本发明涉及层叠多个电极体的层叠型电池。
背景技术
锂离子二次电池等电池被广泛用作个人电脑、便携终端等的移动电源、或者EV(电动汽车)、HV(混合动力汽车)、PHV(插电式混合动力汽车)等的车辆驱动用电源。电池具备电极体作为发电要素。有时在电极体中设置一对集电抽头(正极集电抽头以及负极集电抽头)。对集电抽头接合端子。例如，在专利文献1公开的电池的电极体中，一对集电抽头在同一方向上延伸。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开第2020-24783号公报
发明内容
在层叠多个电极体的层叠型电池中，需要通过将多个电极体各自的集电抽头都接合到端子，从而将多个电极体电连接。在以往的层叠型电池中，多个集电抽头与端子之间被施加不需要的力，结果，有时产生接合的偏移、构成电极体的箔的破损等不良现象。另外，难以减小多个集电抽头和端子的接合部分的体积，层叠型电池的能量密度也有时降低。
本发明的典型的目的在于提供一种多个电极体各自的集电抽头和端子被适合地接合的层叠型电池。
为了实现上述目的，此处公开的一个方案的层叠型电池的特征在于，具备：多个电极体，形成为板状，将厚度方向作为层叠方向而层叠；以及连接端子，将相互邻接地层叠的第1所述电极体和第2所述电极体电连接，所述第1电极体以及所述第2电极体的各个具备沿着板面向外侧延伸的一对集电抽头，所述第1电极体中的一方的所述集电抽头、和所述第2电极体中的一方的所述集电抽头在所述层叠方向上从相互相反的方向接合到所述连接端子。
从层叠的2个电极体的各个延伸的2个集电抽头在层叠方向上偏移。因此，在使2个集电抽头在层叠方向上从同一方向接合到连接端子的情况下，需要使一方的集电抽头以比另一方的集电抽头更大幅度地弯曲的状态接合。因此，易于对接合部分施加不需要的力，减小接合部分的体积也困难。相对于此，在本公开所涉及的层叠型电池中，连接端子位于2个集电抽头之间。因此，在从与多个电极体的层叠方向和集电抽头延伸的方向都交叉的方向观察连接端子的情况下，各个集电抽头针对连接端子的接合形状易于成为对称的形状。因此，不易对接合部分施加不需要的力，减小接合部分的体积也容易。
在此处公开的层叠型电池的有效的一个方案中，一对集电抽头从电极体向相互不同的方向延伸。在该情况下，相比于一对集电抽头在相同的方向上延伸的情况，易于增加各个集电抽头的宽度来减少电阻。另外，将集电抽头接合到连接端子时的作业空间也易于确保。
在此处公开的层叠型电池的有效的一个方案中，电极体的形状是矩形板状，一对集电抽头设置于电极体中的包围一对宽面的4个侧面中的、相互对置的一对侧面的各个。在该情况下，相比于电极体的形状是圆形等的情况，层叠多个电极体时的对位更容易。另外，具备一对集电抽头的电极体的形状成为接近旋转对称的形状，所以制造时的电极体的处置也容易。
在此处公开的层叠型电池的有效的一个方案中，在将设置有集电抽头的侧面的长度方向(即与多个电极体的层叠方向和集电抽头延伸的方向都交叉的方向)设为电极体的宽度方向的情况下，一对集电抽头在宽度方向上的位置相互不同。在该情况下，通过使同样的2个电极体的一方的表面和背面反转而层叠，在一方侧正极集电抽头和负极集电抽头接合到连接端子，并且相反侧的正极集电抽头和负极集电抽头的宽度方向上的位置成为不同的位置。因此，作为同样的电极体的第1电极体和第2电极体被适合地串联连接。
在此处公开的层叠型电池的有效的一个方案中，连接端子的材质与一对集电抽头的至少一方的材质相同。在该情况下，一对集电抽头的至少一方以更高的强度接合到连接端子。
在此处公开的层叠型电池的有效的一个方案中，连接端子是将一对集电抽头的一方的材质和另一方的材质接合的接合部件。在该情况下，一对集电抽头的各个都以较高的强度接合到连接端子。此外，作为接合部件的连接端子的具体的方案可适宜选择。例如，也可以将把不同的材质的金属通过在施加压力的状态下延展而接合的覆层材料用作连接端子。另外，也可以将把不同的材质的金属通过超声波接合、电阻焊接、激光焊接、或者紧固等接合的接合部件用作连接端子。在该情况下，多个金属的接合也可以在将集电抽头接合到连接端子之前预先进行。另外，也可以在将集电抽头接合到各金属之后，接合多个金属。
附图说明
图1是将外装体5以及保持器40省略的状态下的层叠型电池1的俯视图。
图2是第1电极体10A、第2电极体10B、绝缘部件7、以及连接端子30的分解立体图。
图3是从宽度方向(图1中的下方)观察集电抽头11A、12B和连接端子30的接合部分的图。
图4是从延伸方向(图1中的右方)观察集电抽头11A、12B和连接端子30的接合部分的图。
(符号说明)
1：层叠型电池；10A、10B：电极体；11A、11B：正极集电抽头；12A、12B：负极集电抽头；15A、15B：宽幅面；16A、16B：侧面；30：连接端子。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本公开中的1个典型的实施方式。在本说明书中特别言及的事项以外的且实施所需的事项可作为该领域中的基于现有技术的本领域技术人员的设计事项掌握。本发明能够根据本说明书公开的内容和该领域中的技术常识实施。此外，在以下的附图中，对起到相同的作用的部件/部位附加相同的符号而说明。另外，各图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)并不反映实际的尺寸关系。
在本说明书中，“电池”是指，一般表示能够取出电能的蓄电设备的用语，是包括一次电池以及二次电池的概念。“二次电池”一般是指可反复充放电的蓄电设备，除了锂离子二次电池、镍氢电池、镍镉电池等所谓蓄电池(即化学电池)以外，还包含电气双层电容器等电容器(即物理电池)。
参照图1以及图2，说明本实施方式的层叠型电池1的结构。将图1以及图2中的纸面纵深方向设为电极体10的层叠方向(即电极体10的厚度方向)。将图1中的纸面上下方向设为层叠型电池1以及电极体10的宽度方向。将图1中的纸面左右方向设为层叠型电池1以及电极体10的延伸方向。
本实施方式的层叠型电池1具备外装体5、多个电极体10(第1电极体10A以及第2电极体10B)、外部端子21、22(正极外部端子21以及负极外部端子22)、连接端子30、以及保持器40。在图1中，外装体5用覆盖电极体10等的周围的虚线表示。另外，在图1中，保持器40用覆盖包括连接端子30的接合部分的虚线表示。
外装体5将电极体10等收容在内部。作为一个例子，在本实施方式的外装体5中，使用具有适度的弹性的层压膜。但是，还能够变更外装体5的材质。例如，也可以使用具有适度的刚性的金属制或者树脂制的外装体。
电极体10是层叠型电池1中的发电要素。层叠型电池1优选为在各种电池中能量密度高的二次电池。本实施方式的层叠型电池1是作为特别优选的二次电池的一个例子的锂离子电池。但是，层叠型电池1也可以是锂离子电池以外的二次电池(例如镍氢电池等)。另外，本实施方式的层叠型电池1是将电解液置换为固体电解质的全固体电池。但是，层叠型电池1也可以并非全固体电池，也可以在外装体5的内部收容电解液。
在本实施方式的电极体10中，依次层叠有正极集电体层、正极活性物质层、固体电解质层、负极活性物质层、以及负极集电体层。作为正极集电体层以及负极集电体层，能够使用任意的集电体层。例如，能够使用银、铜、金、铝、镍、铁、不锈钢、或者钛等各种金属的集电体层。正极活性物质层包含正极活性物质、并可选地包含导电助剂、黏合剂、以及固体电解质粒子。作为正极活性物质，可以举出从锰、钴、镍、以及钛选择的至少1种迁移金属、以及包含锂的金属氧化物(例如钴酸锂、镍酸锂、以及镍钴锰酸锂等)。在固体电解质层中，能够使用可用作全固体电池的固体电解质的材料。例如，能够使用8Li2O·67Li2S·25P2S5、Li2S、P2S5、Li2S-SiS2、LiI-Li2S-SiS2、LiI-Li2S-P2S5或者LiI-Li2S-B2S3等硫化物系非晶质固体电解质粒子、Li2O-B2O3-P2O5或者Li2O-SiO2等氧化物系非晶质固体电解质粒子、或者Li1.3Al0.3Ti0.7(PO4)3或者Li1+x+yAxTi2-xSiyP3-yO12(A是Al或者Ga、0≤x≤0.4、0<y≤0.6)等结晶质氧化物等。负极活性物质层包含负极活性物质、并可选地包含导电助剂、黏合剂、以及固体电解质粒子。作为负极活性物质，只要能够吸收/释放锂离子等金属离子，则没有特别限定。
如图2所示，电极体10的外形形成为板状。详细而言，本实施方式的电极体10的形状是将宽度方向作为短边方向的矩形板状，具有一对宽面15、和包围宽幅面的周围的4个侧面16A、16B。在层叠型电池1中，在厚度方向上层叠多个电极体10。详细而言，在多个电极体10中，以使相互邻接的2个电极体10的宽面15彼此一致的状态层叠。作为一个例子，在本实施方式的层叠型电池1中，层叠2个电极体10(第1电极体10A以及第2电极体10B)。但是，层叠的电极体10的数量也可以是3个以上。另外，在本实施方式中，层叠同样的电极体10，搭载到层叠型电池1。因此，相比于分别制造不同的电极体并层叠的情况，简化了层叠型电池1的制造工序。
此外，在本实施方式中，在相互邻接的2个电极体10之间(在本实施方式中是第1电极体10A与第2电极体10B之间)，配置防止短路的绝缘部件7(参照图2)。但是，在电极体10的表面预先设置有绝缘层的情况下等，还能够省略绝缘部件7。
如图2所示，多个电极体10的各个具备一对(2个)集电抽头。一对集电抽头沿着电极体10的板面向外侧延伸。详细而言，第1电极体10A具备正极集电抽头11A和负极集电抽头12A。第2电极体10B具备正极集电抽头11B和负极集电抽头12B。
本实施方式中的一对集电抽头从电极体10向相互不同的方向延伸。假设，在一对集电抽头从电极体10向相同的方向(例如平行地)延伸的情况下，需要在板状的电极体10中的同一缘部(同一侧面16)共同设置一对集电抽头。在该情况下，为了防止设置于相同的电极体10的2个集电抽头电连接，需要限制各个集电抽头的宽度。相对于此，通过将一对集电抽头从电极体10向相互不同的方向延伸，易于增加各个集电抽头的宽度来减少电阻。另外，各个集电抽头的位置间隔开，所以进行后述接合作业等时的空间也易于确保。
更详细而言，一对集电抽头设置于电极体10中的包围一对宽面15A、15B的4个侧面(第1电极体10A的4个侧面16A、以及第2电极体10B的4个侧面16B的各个)中的、相互对置的一对侧面的各个侧面。即，一对集电抽头向相互正相反的方向延伸。因此，具备一对集电抽头的电极体10的形状成为接近旋转对称的形状。因此，制造层叠型电池1时的电极体10的处置也容易。
另外，将设置有集电抽头的侧面的长度方向(即与多个电极体的层叠方向和集电抽头延伸的延伸方向都交叉的方向)设为宽度方向。在该情况下，一对集电抽头的宽度方向上的位置相互不同。例如，在图2所示的状态下，第1电极体10A的正极集电抽头11A比第1电极体10A的侧面的宽度方向中心位于更靠纸面下侧，相对于此，负极集电抽头12A比第1电极体10A的侧面的宽度方向中心位于更靠纸面上侧。其结果，第1电极体10A和第2电极体10B适合地串联连接，其详情将后述。
连接端子30将相互邻接地层叠的第1电极体10A和第2电极体10B电连接。作为一个例子，在本实施方式的层叠型电池1中，第1电极体10A和第2电极体10B被串联地连接。详细而言，在本实施方式中，第1电极体10A的正极集电抽头11A和第2电极体10B的负极集电抽头12B通过连接端子30电连接，从而第1电极体10A和第2电极体10B串联地连接。但是，在本实施方式中例示的连接端子30和集电抽头的接合构造(详情后述)在并联地连接第1电极体10A和第2电极体10B时也可以使用。即，在本实施方式中例示的技术在将2个正极集电抽头11A、11B连接到连接端子的情况、以及将2个负极集电抽头12A、12B连接到连接端子的情况下也能够应用。
外部端子21、22将层叠型电池1电连接到外部。作为一个例子，在本实施方式中，在串联地连接的第1电极体10A以及第2电极体10B中，对第2电极体10B的正极集电抽头11B接合正极外部端子21，并且，对第1电极体10A的负极集电抽头12A接合负极外部端子22。此外，如图1所示，外装体5在使外部端子21、22向外方突出的状态下，将电极体10等收纳于内部。另外，在本实施方式中，在外部端子21、22与外装体5之间设置有用于封闭间隙的抽头密封件25的状态下，将电极体10等密闭于外装体5的内部。
保持器40(参照图1)通过覆盖相互接合的一对集电抽头11A、12B和连接端子30，保持绝缘性。保持器40例如通过具有绝缘性和适度的刚性的材质(例如树脂等)形成即可。
以下，详细说明本实施方式中的连接端子30和集电抽头11A、12B的接合构造。此外，图3是从宽度方向(图1中的下方)观察集电抽头11A、12B和连接端子30的接合部分的图。图4是从延伸方向(图1中的右方)观察集电抽头11A、12B和连接端子30的接合部分的图。
如图3以及图4所示，在本实施方式的层叠型电池1中，第1电极体10A中的一方的集电抽头(在本实施方式中是正极集电抽头11A)、和第2电极体10B中的一方的集电抽头(在本实施方式中是负极集电抽头12B)在层叠方向上从相互相反的方向接合到连接端子30。即，在图3以及图4所示的例子中，正极集电抽头11A从图的上方接合到连接端子30，相对于此，负极集电抽头12B从图的下方接合到连接端子30。此外，在集电抽头11A、12B和连接端子30的接合方法中，例如，能够采用超声波接合、电阻焊接、激光焊接等的至少任意一个。
如图3所示，从层叠的2个电极体10A、10B的各个延伸的2个集电抽头11A、12B在层叠方向上偏移。因此，在使2个集电抽头11A、12B在层叠方向上从同一方向接合到连接端子30的情况下，需要使一方的集电抽头以比另一方的集电抽头更大幅度地弯曲的状态接合。在该情况下，易于对接合部分施加不需要的力，减小接合部分的体积也困难。相对于此，在本实施方式的层叠型电池1中，连接端子30位于2个集电抽头11A、12B之间。因此，如图3所示，在从宽度方向观察连接端子30的情况下，各个集电抽头11A、12B针对连接端子30的接合形状易于成为对称(在图3中为上下对称)的形状。因此，不易对接合部分施加不需要的力，减小接合部分的体积也容易。进而，在本实施方式中，安装于接合部分的保持器40(参照图1)的构造也简化。
在本实施方式中，正极集电抽头11A、11B的材质和负极集电抽头12A、12B的材质不同。在此，在集电抽头的材质和连接端子的材质不同的情况下，还有接合强度降低的可能性。但是，本实施方式的连接端子30是将2个集电抽头11A、12B的一方的材质和另一方的材质接合的接合部件。详细而言，本实施方式的连接端子30是将与正极集电抽头11A、11B相同的材质的金属31A、和与负极集电抽头12A、12B相同的材质的金属31B通过在施加压力的状态下延展而接合的覆层材料。因此，通过将正极集电抽头11A接合到金属31A、并且将负极集电抽头12B接合到金属31B，2个集电抽头11A、12B都以较高的强度接合到连接端子30。
如图2所示，在本实施方式的电极体10(第1电极体10A以及第2电极体10B的各个)中，一对集电抽头的宽度方向上的位置相互不同。因此，通过使同样的2个电极体10的一方的表面和背面反转而层叠，在一方侧(图2中的右侧)正极集电抽头11A和负极集电抽头12B接合到连接端子30，并且相反侧(图2中的左侧)中的正极集电抽头11B和负极集电抽头12A的宽度方向上的位置成为不同的位置。因此，作为同样的电极体10的第1电极体10A和第2电极体10B适合地串联连接。
在上述实施方式中公开的技术只不过为一个例子。因此，还能够变更在上述实施方式中例示的技术。例如，在上述实施方式的层叠型电池1中，层叠2个电极体10。但是，在层叠3个以上的电极体的层叠型电池中，也能够应用在本公开中例示的技术。在该情况下，在电连接相互邻接的2组以上的电极体中的至少任意一个电极体的组时，采用在本公开中例示的技术即可。
上述实施方式的连接端子30是将2个集电抽头11A、12B的一方的材质和另一方的材质接合的接合部件。但是，还能够变更连接端子的结构。例如，连接端子的材质也可以与正极集电抽头11A、11B以及负极集电抽头12A、12B的一方的材质相同。在该情况下，将正极集电抽头11A、11B以及负极集电抽头12A、12B的一方以较高的强度接合到连接端子，并且，简化连接端子的结构。另外，在正极集电抽头11A、11B的材质、和负极集电抽头12A、12B的材质相同的情况下，连接端子的材质也可以与正极集电抽头11A、11B以及负极集电抽头12A、12B的材质相同。在该情况下，将2个集电抽头都以较高的强度接合到连接端子。

Claims (6)

1.一种层叠型电池，其特征在于，具备：
多个电极体，形成为板状，将厚度方向作为层叠方向而层叠；以及
连接端子，将相互邻接地层叠的第1所述电极体和第2所述电极体电连接，
所述第1电极体以及所述第2电极体的各个具备沿着板面向外侧延伸的一对集电抽头，
所述第1电极体中的一方的所述集电抽头和所述第2电极体中的一方的所述集电抽头在所述层叠方向上从相互相反的方向接合到所述连接端子。
2.根据权利要求1所述的层叠型电池，其特征在于，
所述一对集电抽头从所述电极体向相互不同的方向延伸。
3.根据权利要求2所述的层叠型电池，其特征在于，
所述电极体的形状是矩形板状，
所述一对集电抽头设置于所述电极体中的包围一对宽面的4个侧面中的、相互对置的一对侧面的各个侧面。
4.根据权利要求3所述的层叠型电池，其特征在于，
在将设置有所述集电抽头的所述侧面的长度方向设为所述电极体的宽度方向的情况下，所述一对集电抽头在所述宽度方向上的位置相互不同。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的层叠型电池，其特征在于，
所述连接端子的材质与所述一对集电抽头的至少一方的材质相同。
6.根据权利要求1至4中的任意一项所述的层叠型电池，其特征在于，
所述连接端子是将所述一对集电抽头的一方的材质和另一方的材质接合的接合部件。
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