CN116154267A - 电池 - Google Patents

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Abstract

作为课题，本公开的主要目的是提供极耳与集电端子的接合良好的电池。在本公开中，通过提供下述电池来解决所述课题，所述电池是具备多个发电要素的电池，所述发电要素具有第1活性物质层、第2活性物质层、配置于所述第1活性物质层与所述第2活性物质层之间的电解质层、进行所述第1活性物质层的集电的第1集电体、和进行所述第2活性物质层的集电的第2集电体，所述第1集电体具有至少包含根部的第1极耳，在所述发电要素的厚度方向上，多个所述第1极耳以重叠的方式配置，所述电池具备与所述多个所述第1极耳电连接的第1集电端子，在所述多个发电要素中，在相邻的所述第1极耳之间配置有加强所述根部的树脂层。

Description

电池
技术领域
本公开涉及电池。
背景技术
锂离子二次电池等电池通常具备发电要素(power generating element)，所述发电要素具有正极、负极和配置于正极与负极之间的电解质层。在专利文献1中公开了一种密闭型电池，其中，在正极和负极中的至少一者设有弯曲部(curved part)，且使该弯曲部与集电板面接触。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-170547号公报
发明内容
正极通常具有正极活性物质层及正极集电体。负极通常具有负极活性物质层及负极集电体。这些集电体具有用于与集电端子电连接的极耳(tab)。一般地，极耳的厚度薄，因此容易产生非意图的变形。若极耳产生变形，则有时极耳与集电端子的接合变得不充分。
本公开是鉴于上述实情而完成的，其主要目的是提供极耳与集电端子的接合良好的电池。
在本公开中，提供一种电池，该电池是具备多个发电要素的电池，上述发电要素具有第1活性物质层、第2活性物质层、配置于上述第1活性物质层与上述第2活性物质层之间的电解质层、进行上述第1活性物质层的集电的第1集电体、和进行上述第2活性物质层的集电的第2集电体，上述第1集电体具有至少包含根部(root part)的第1极耳，在上述发电要素的厚度方向上，多个上述第1极耳以重叠的方式配置，上述电池具备与上述多个上述第1极耳电连接的第1集电端子，在上述多个发电要素中，在相邻的上述第1极耳之间配置有加强上述根部的树脂层。
根据本公开，通过设置加强极耳的根部的树脂层，成为极耳与集电端子的接合良好的电池。
在上述公开中，上述第1极耳可以包含配置于上述根部的顶端且在与上述根部的延伸方向交叉的方向上延伸的弯曲部。
在上述公开中，上述弯曲部的延伸方向与上述发电要素的上述厚度方向构成的角度可以为0°以上且30°以下。
在上述公开中，在将上述第1极耳的高度设为HT、将上述树脂层的高度设为HR的情况下，上述HT和上述HR也可以满足0.5≤HR/HT≤1。
在上述公开中，上述HT和上述HR也可以满足0.5≤HR/HT≤0.95。
在上述公开中，在将上述第1极耳的宽度设为WT、将上述树脂层的宽度设为WR的情况下，上述WT和上述WR也可以满足0.5≤WR/WT。
在上述公开中，在将宽度方向上的上述第1极耳的中心线设为LC的情况下，可以以与上述LC重叠的方式存在上述树脂层。
在上述公开中，上述树脂层可以含有热塑性树脂和固化性树脂中的至少一者。
在上述公开中，上述树脂层也可以含有弹性体树脂。
本公开中的电池，取得了极耳与集电端子的接合良好这一效果。
附图说明
图1是例示本公开中的电池的概略主视图。
图2是图1中的A-A截面图及B-B截面图。
图3是例示本公开中的弯曲部的形成方法的概略截面图。
图4是例示本公开中的发电要素的概略截面图。
图5是例示本公开中的发电要素的概略截面图。
图6是例示本公开中的发电要素的概略截面图。
图7是例示本公开中的发电要素的概略主视图。
图8是例示本公开中的发电要素的形成方法的概略截面图。
附图标记说明
1…第1活性物质层
2…第2活性物质层
3…电解质层
4…第1集电体
4t…第1极耳
5…第2集电体
5t…第2极耳
6…树脂层
10…发电要素
20a…第1集电端子
20b…第2集电端子
100…电池
具体实施方式
以下，关于本公开中的电池，使用附图来详细说明。以下所示的各图是示意性地示出的，各部分的大小、形状为了容易理解而适当地夸张。另外，在本说明书中，在表达针对某构件配置其他的构件的方式时，在单单地表述为“在…上”或“在…下”的情况下，只要没有特别说明，就包括以与某构件接触方式在正上方或正下方配置其他的构件的情况和在某构件的上方或下方隔着别的构件而配置其他的构件的情况这两种情况。
图1是例示本公开中的电池的概略主视图。图2(a)是图1中的A-A截面图，图2(b)是图1中的B-B截面图。如图2所示，电池100具备多个发电要素10。发电要素10具有第1活性物质层1、第2活性物质层2、配置于第1活性物质层1与第2活性物质层2之间的电解质层3、进行第1活性物质层1的集电的第1集电体4、和进行第2活性物质层2的集电的第2集电体5。
如图2(a)所示，将发电要素10的厚度方向设为DT。在图2(a)中，发电要素10的厚度方向DT相当于x轴方向。图2(a)中所示的第1集电体4具有：在与发电要素10的厚度方向DT交叉的方向上延伸的根部41、和配置于根部41的顶端且在与根部41的延伸方向交叉的方向上延伸的弯曲部42。在图2(a)中，根部41的延伸方向是z轴方向，弯曲部42的延伸方向是x轴方向。另外，在发电要素10的厚度方向DT上，多个第1极耳4t(尤其是根部41)以重叠的方式配置。
如图1及图2(a)所示，电池100具有与多个第1极耳4t电连接的第1集电端子20a。在图1及图2(a)中，第1极耳4t中的弯曲部42与第1集电端子20a面接触。弯曲部42及第1集电端子20a通过例如激光焊接而接合。另外，在相邻的第1极耳4t之间配置有加强根部41的树脂层6。
根据本公开，通过设置加强极耳的根部的树脂层，成为极耳与集电端子的接合良好的电池。如上所述，由于极耳的厚度薄，所以容易产生非意图的变形。若极耳产生变形，则有时极耳与集电端子的接合变得不充分。与此相对，在本公开中，设置加强极耳的根部的树脂层。因而，能够抑制产生非意图的变形，极耳与集电端子的接合变得良好。其结果，能得到内部电阻(内阻)降低的效果及循环特性提高的效果。另外，通过设置加强极耳的根部的树脂层，正极侧的构件和负极侧的构件变得难以接触，能够抑制内部短路的发生。另外，通过设置加强极耳的根部的树脂层，能够抑制构成发电要素的构件的滑落。另外，通过设置加强极耳的根部的树脂层，能够抑制构成发电要素的构件的位置偏移。
1.发电要素
本公开中的发电要素具有第1活性物质层、第2活性物质层、配置于第1活性物质层与第2活性物质层之间的电解质层、进行第1活性物质层的集电的第1集电体、和进行第2活性物质层的集电的第2集电体。另外，例如图2(a)中所示的发电要素10a和发电要素10b，共有第2集电体5，且两者并联连接。
在本公开中，在第1活性物质层为正极活性物质层的情况下，第1集电体为正极集电体，第2活性物质层为负极活性物质层，第2集电体为负极集电体。相反地，在第1活性物质层为负极活性物质层的情况下，第1集电体为负极集电体，第2活性物质层为正极活性物质层，第2集电体为正极集电体。
(1)第1集电体
本公开中的第1集电体，与第1活性物质层电连接，进行第1活性物质层的集电。第1集电体例如配置于第1活性物质层的与电解质层相反侧的面。另外，如图1所示，第1集电体4具有第1极耳4t。如图2(a)所示，第1极耳4t配置于在发电要素10的厚度方向DT上不与第1活性物质层1重叠的区域。例如在利用涂布法形成第1活性物质层1的情况下，第1极耳4t是未形成有第1活性物质层的未涂布部。
如图2(a)所示，第1极耳4t包含根部41。根部41是从在发电要素10的厚度方向DT上的第1活性物质层1与第1集电体4的边界B向外侧延伸的部位。在图2(a)中，根部41的延伸方向与发电要素10的厚度方向DT正交。根部41的延伸方向与发电要素10的厚度方向DT构成的角度(锐角侧)为例如60°以上且90°以下，可以为例如75°以上且90°以下，可以为例如80°以上且90°以下。
如图2(a)所示，第1极耳4t也可以包含配置于根部41的顶端且在与根部41的延伸方向交叉的方向上延伸的弯曲部42。通过使第1极耳4t中的弯曲部42和第1集电端子20a面接触，能够将第1极耳4t和第1集电端子20a更稳定地接合。弯曲部42配置于根部41的顶端。根部41的顶端是指与上述的边界B相反侧的端部。另外，优选：弯曲部42和根部41是同一构件，两者连续地形成。在该情况下，根部41的顶端相当于根部41和弯曲部42相交的弯曲点。
在图2(a)中，弯曲部42的延伸方向与发电要素10的厚度方向DT平行。弯曲部42的延伸方向与发电要素10的厚度方向DT构成的角度(锐角侧)为例如0°以上且30°以下，可以为0°以上且15°以下，可以为0°以上且10°以下。另外，弯曲部42的延伸方向与根部41的延伸方向构成的角度(锐角侧)为例如60°以上且90°以下，可以为例如75°以上且90°以下，可以为例如80°以上且90°以下。
具有弯曲部42的第1极耳4t采用例如以下的方法形成。即，如图3(a)所示那样，准备将成对的发电要素10(10a、10b)在发电要素10的厚度方向DT上层叠多对而得到的层叠体11。图3(a)所示的层叠体11具有将成对的发电要素10(10a、10b)层叠3对而得到的结构。另外，各个第1极耳4t以与发电要素10的厚度方向DT正交的方式延伸。接着，如图3(b)所示那样，在相邻的第1极耳4t之间配置梳状构件61。而且，在层叠体11的一个表面侧配置固定构件62。在该状态下，使用折弯构件63来捋第1极耳4t。由此，如图3(c)所示那样，在梳状构件61与折弯构件63之间形成弯曲部42。
如图4(a)所示，在相邻的第1极耳4t中，可以一个第1极耳4t中的弯曲部42与另一个第1极耳4t接触。另外，如上述的图2(a)所示，在相邻的第1极耳4t中，也可以一个第1极耳4t中的弯曲部42不与另一个第1极耳4t接触。另外，如图4(b)所示，第1极耳4t也可以具有根部41但不具有弯曲部42。
如图2(a)所示，在发电要素10的厚度方向DT上，多个第1极耳4t以重叠的方式配置。例如在图1中，多个第1极耳4t以在纸面前后方向(未图示的x轴方向)上重叠的方式配置。另外，在发电要素10的厚度方向DT上，多个第1极耳4t，相互之间可以部分重叠，也可以整体重叠。
本公开中的第1集电体是正极集电体或负极集电体。作为正极集电体的材料，可列举例如铝、SUS(不锈钢)、镍等的金属。作为负极集电体的材料，可列举例如铜、SUS、镍等的金属。作为第1集电体的形状，可列举例如箔状、网状。第1集电体的厚度为例如30μm以下，可以为15μm以下，可以为5μm以下。另一方面，第1集电体的厚度为例如1μm以上。
(2)树脂层
本公开中的树脂层是在多个发电要素中配置于相邻的第1极耳之间且加强第1极耳的根部的层。树脂层含有1种或两种以上的树脂。树脂可以是热塑性树脂，也可以是热固性树脂、紫外线固化性树脂等的固化性树脂(固化物)。在树脂层含有热塑性树脂和固化性树脂中的至少一者的情况下，具有能够牢固地加强第1极耳的根部这一优点。另外，树脂也可以是弹性体树脂。作为弹性体树脂，可列举例如橡胶、热塑性弹性体。在树脂层含有弹性体树脂的情况下，具有即使是因充放电而使发电要素产生了体积变化的情况也能够抑制第1极耳破损这一优点。
作为树脂，可列举例如聚烯烃树脂(例如，聚乙烯树脂、聚丙烯树脂)、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚酯树脂、硅树脂(silicone resin)。作为橡胶，可列举例如硅橡胶(silicone rubber)、氟橡胶、环氧氯丙烷橡胶(epichlorohydrin rubber)、丙烯酸系橡胶(acrylic rubber)、乙烯-丙烯酸系橡胶(ethylene acrylic rubber)、聚氨酯橡胶、腈橡胶(nitrile rubber)、氢化腈橡胶(hydrogenated nitrile rubber)、氯丁二烯橡胶、EPDM(乙烯-丙烯-二烯橡胶)、乙烯橡胶、丙烯橡胶、丁基橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶、天然橡胶、聚异丁烯橡胶、异戊橡胶(isoprene rubber)。作为热塑性弹性体，可列举例如烯烃系热塑性弹性体、苯乙烯丁二烯系热塑性弹性体、聚丁二烯系热塑性弹性体、苯乙烯异戊二烯(styrene isoprene)系热塑性弹性体。
树脂层中的树脂的比例为例如50重量％以上，可以为70重量％以上，可以为90重量％以上。另外，树脂层也可以仅含有树脂。树脂层的杨氏模量不特别限定，为例如1×104MPa以下，可以为1×103MPa以下，可以为1×102MPa以下，可以为10MPa以下。在树脂层的杨氏模量低的情况下，通常成为具有良好的弹性的树脂层。
如图5所示，将第1极耳4t的高度设为HT，将树脂层6的高度设为HR。HT及HR是指在与发电要素10的厚度方向DT正交的方向(z轴方向)上的最大长度。另外，HT及HR的底部侧(图下侧)的基准点是第1活性物质层1与第1集电体4的边界B的位置。HR相对于HT的比例(HR/HT)为例如0.1以上，可以为0.3以上，可以为0.5以上。若HR/HT过小，则有不能够充分地加强第1极耳的根部的可能性。另一方面，HR/HT优选为1以下。若HR/HT超过1，则有时在第1极耳与第1集电端子之间存在树脂层。在该情况下，有产生由树脂层引起的电阻增加的可能性。另外，HR/HT可以为0.95以下，可以为0.9以下。另外，HT与HR之差(HT-HR)为例如5mm以下，可以为3mm以下，可以为1mm以下。
如图6所示，在发电要素10的厚度方向DT上，位于层叠体11(多个发电要素10的集合体)的至少一个端部的树脂层6的高度可以比位于层叠体11的中心的树脂层6的高度大。所谓层叠体11的中心是指将层叠体11的两端部连结的直线的中点。例如，若因充放电而使发电要素产生体积变化，则其应力容易集中于层叠体11的端部。因而，通过增大位于层叠体11的端部的树脂层6的高度，能够抑制由体积变化引起的第1极耳的破损。将位于层叠体11的端部的树脂层6的高度设为H1，将位于层叠体11的中心的树脂层6的高度设为H2。H1相对于H2的比例(H1/H2)为例如1.1以上，可以为1.2以上，可以为1.5以上。另一方面，H1/H2为例如2.0以下。
如图7所示，将第1极耳4t的宽度设为WT，将树脂层6的宽度设为WR。WT及WR是指在与发电要素的厚度方向正交的方向(y轴方向)上的最大长度。另外，第1极耳4t的宽度WT，严格地讲，如图7所示，是第1极耳4t的突出部的宽度。在具有弯曲部的情况下，作为第1极耳4t的宽度WT也可以采用弯曲部的宽度。WR相对于WT的比例(WR/WT)为例如0.1以上，可以为0.3以上，可以为0.5以上。若WR/WT过小，则有不能够充分地加强第1极耳的根部的可能性。另一方面，WR/WT可以为1以下，也可以大于1。在后者的情况下，WR/WT为例如1.5以下。在前者的情况下，WR/WT可以为0.95以下，可以为0.9以下。另外，如图7所示，将宽度方向(y轴方向)上的第1极耳4t的中心线设为LC。中心线LC是与z轴方向平行的线，严格地讲，如图7所示，是第1极耳4t的突出部处的中心线。在本公开中，优选以与LC重叠的方式存在树脂层6。
树脂层的形成方法不特别限定，但可列举在相邻的第1极耳之间配置小型的喷嘴并从该喷嘴注入树脂的方法。可以根据注入的树脂的种类来进行例如加热、UV照射等的固化处理。
(3)第2集电体
本公开中的第2集电体，与第2活性物质层电连接，进行第2活性物质层的集电。第2集电体例如配置于第2活性物质层的与电解质层相反侧的面。另外，如图1所示，第2集电体5也可以具有第2极耳5t。如图2(b)所示，第2极耳5t配置于在发电要素10的厚度方向DT上不与第2活性物质层2重叠的区域。
如图2(b)所示，第2极耳5t也可以包含根部51。同样地，第2极耳5t也可以包含配置于根部51的顶端且在与根部51的延伸方向交叉的方向上延伸的弯曲部52。同样地，多个第2极耳5t也可以以在发电要素10的厚度方向DT上重叠的方式配置。关于第2极耳的详情，与上述的第1极耳的详情是同样的，因此省略此处的记载。
如图1所示，第2极耳5t和第1极耳4t可以配置于发电要素的同一边。这样的结构被称为单极耳结构。另一方面，虽然没有特别图示，但第2极耳5t和第1极耳4t也可以分别配置于发电要素的对向的边。这样的结构被称为双极耳结构。
(4)第1活性物质层、第2活性物质层及电解质层
本公开中的第1活性物质层是正极活性物质层或负极活性物质层。本公开中的第2活性物质层具有与第1活性物质层相反的极性。
正极活性物质层至少含有正极活性物质。正极活性物质层也可以还含有导电材料、电解质和粘合剂中的至少一者。作为正极活性物质，可列举例如氧化物活性物质。作为氧化物活性物质，可列举例如LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等的岩盐层状型活性物质、LiMn2O4等的尖晶石型活性物质、LiFePO4等的橄榄石型活性物质。另外，作为正极活性物质也可以使用硫(S)。正极活性物质的形状为例如粒子状。
作为导电材料，可列举例如碳材料。电解质可以是固体电解质，也可以是液体电解质。固体电解质可以是凝胶电解质等的有机固体电解质，也可以是氧化物固体电解质、硫化物固体电解质等的无机固体电解质。另外，液体电解质(电解液)含有例如LiPF6等的支持电解质和碳酸脂系溶剂等的溶剂。另外，作为粘合剂，可列举例如橡胶系粘合剂、氟化物系粘合剂。
负极活性物质层至少含有负极活性物质。负极活性物质层也可以还含有导电材料、电解质和粘合剂中的至少一者。作为负极活性物质，可列举例如Li、Si等的金属活性物质、石墨等的碳活性物质、Li4Ti5O12等的氧化物活性物质。负极活性物质的形状为例如粒子状、箔状。关于导电材料、电解质及粘合剂，与上述的内容是同样的。
电解质层配置于正极活性物质层与负极活性物质层之间，至少含有电解质。电解质可以是固体电解质，也可以是液体电解质。关于电解质，与上述的内容是同样的。电解质层也可以具有隔板(separator)。
(5)发电要素的形成方法
本公开中的发电要素的形成方法不特别限定。图8是例示本公开中的发电要素的形成方法的概略截面图。图8与上述的图2(a)同样地相当于图1中的A-A截面图。首先，如图8(a)所示，准备第2集电体5。接着，如图8(b)所示，在第2集电体5的两面分别形成第2活性物质层2。作为形成第2活性物质层的方法，可列举例如将含有第2活性物质层的材料的浆料涂布于第2集电体上并进行干燥的方法。
接着，如图8(c)所示，在两个第2活性物质层2上分别形成电解质层3。作为形成电解质层的方法，可列举例如转印法。在转印法中，例如，准备在基材上形成有电解质层的构件，以使得该构件中的电解质层和第2活性物质层对向的方式配置，进行压制，其后，剥离基材，由此将电解质层转印到第2活性物质层上。接着，如图8(d)所示，在两个电解质层3上分别形成第1活性物质层1。作为形成第1活性物质层的方法，可列举转印法。关于转印法，与上述是同样的。接着，如图8(e)所示，在两个第1活性物质层1上分别配置具有第1极耳4t的第1集电体4。由此，得到共有第2集电体5的成对的发电要素10(10a、10b)。
再者，虽然没有特别图示，但是，在成对的发电要素10(10a、10b)中，也可以一个发电要素10a具有第1集电体4而另一个发电要素10b不具有第1集电体4。例如如图3(a)所示，在将成对的发电要素10(10a、10b)在发电要素10的厚度方向DT上层叠多对的情况下，通过不连续配置两个第1集电体4(共有1个第1集电体4)，能够谋取体积能量密度的提高。
2.电池
本公开中的电池，具备与多个第1极耳电连接的第1集电端子。另外，本公开中的电池也可以具备与多个第2极耳电连接的第2集电端子。另外，将第1极耳和第2极耳统称为极耳，将第1集电端子和第2集电端子统称为集电端子。集电端子的材料不特别限定，但可列举SUS等的金属。极耳和集电端子接合。作为将极耳和集电端子接合的方法，可列举例如使用激光焊接、电子束焊接等焊接的方法、使用导电性糊的方法、使用焊料(钎料)的方法。
本公开中的电池，也可以具备收纳多个发电要素的外装体。作为外装体，可列举壳体(case)型外装体、层叠(laminate)型外装体。另外，本公开中的电池的种类不特别限定，但作为典型为锂离子二次电池。而且，本公开中的电池的用途不特别限定，但可列举例如混合动力车(HEV)、插电式混合动力车(PHEV)、电动车辆(BEV)、汽油车、柴油车等车辆的电源。尤其是优选被用于混合动力车、插电式混合动力车或电动车辆的驱动用电源。另外，本公开中的电池也可以作为车辆以外的移动体(例如铁道列车、船舶、航空器)的电源使用，也可以作为信息处理装置等电气产品的电源使用。
本公开并不限定于上述实施方式。上述实施方式是例示，具有与本公开中的权利要求书所记载的技术思想实质上相同的构成且取得同样的作用效果的技术方案，不管是怎样的技术方案都包含于本公开中的技术范围中。

Claims (9)

1.一种电池，是具备多个发电要素的电池，
所述发电要素具有第1活性物质层、第2活性物质层、配置于所述第1活性物质层与所述第2活性物质层之间的电解质层、进行所述第1活性物质层的集电的第1集电体、和进行所述第2活性物质层的集电的第2集电体，
所述第1集电体具有至少包含根部的第1极耳，
在所述发电要素的厚度方向上，多个所述第1极耳以重叠的方式配置，
所述电池具备与所述多个所述第1极耳电连接的第1集电端子，
在所述多个发电要素中，在相邻的所述第1极耳之间配置有加强所述根部的树脂层。
2.根据权利要求1所述的电池，
所述第1极耳包含配置于所述根部的顶端且在与所述根部的延伸方向交叉的方向上延伸的弯曲部。
3.根据权利要求2所述的电池，
所述弯折部的延伸方向与所述发电要素的所述厚度方向构成的角度为0°以上且30°以下。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的电池，
在将所述第1极耳的高度设为HT、将所述树脂层的高度设为HR的情况下，所述HT和所述HR满足0.5≤HR/HT≤1。
5.根据权利要求4所述的电池，
所述HT和所述HR满足0.5≤HR/HT≤0.95。
6.根据权利要求1～5的任一项所述的电池，
在将所述第1极耳的宽度设为WT、将所述树脂层的宽度设为WR的情况下，所述WT和所述WR满足0.5≤WR/WT。
7.根据权利要求1～6的任一项所述的电池，
在将宽度方向上的所述第1极耳的中心线设为LC的情况下，以与所述LC重叠的方式存在所述树脂层。
8.根据权利要求1～7的任一项所述的电池，
所述树脂层含有热塑性树脂和固化性树脂中的至少一者。
9.根据权利要求1～8的任一项所述的电池，
所述树脂层含有弹性体树脂。
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