CN116365179A - 电池 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够提高结构可靠性的电池。一种电池，具备发电元件和集电端子，发电元件包含在厚度方向上排列的多个集电极耳，集电端子与集电极耳接合，至少1个集电极耳具有至少1个将集电极耳的端部在宽度方向上分割的狭缝，集电极耳的端部的夹着狭缝被分割开的各个部分与在厚度方向上相邻的其他集电极耳电连接。
Description
技术领域
本申请涉及电池。
背景技术
专利文献1公开了一种接合方法，是将层叠结构体和设置在层叠结构体端部的金属板接合的方法，所述层叠结构体是多个金属箔和多个绝缘膜层叠而成的，所述接合方法包含：将在端部形成有切口的金属箔和绝缘膜交替层叠而制作层叠结构体的第1工序；使金属板与层叠结构体的形成有切口的端部接触并将与金属板接触了的金属箔的端部在层叠方向上对齐并弯曲的第2工序；以及在与金属板接触了的金属箔的端部在层叠方向上对齐弯曲的状态下，将金属箔的端部和金属板焊接的第3工序。
根据专利文献1记载的接合方法，记载了能够期待如下效果。金属箔的端部通过金属板而在预定方向上对齐弯曲。此外，使激光沿金属箔的端部对齐并弯曲的方向移动。由此，金属箔的端部因热膨胀而沿该方向的延伸被促进。与此相伴地，即使金属箔的端部由于金属板熔融时的冲击而要与金属板分离，金属箔的端部也被压在金属板上。由此，在金属箔的端部与金属板之间不易产生间隙，能够以焊接不良少的稳定焊接结果进行金属箔与金属板的焊接。结果，能够确保金属箔与金属板的焊接强度。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2011-129328号公报
发明内容
以往的电池中，集电极耳单独地与集电端子接合，因此存在在发生焊接不良时无法从部分电极取出电力的问题。这是在发电元件使用电极层叠体时特有的问题。因此，希望一种结构可靠性提高以免出现这种问题的电池。
因此，鉴于上述情况，本公开的目的是提供一种能够提高结构可靠性的电池。
作为用于解决上述课题的一方案，本公开提供一种电池，其具备发电元件和集电端子，所述发电元件包含在厚度方向上排列的多个集电极耳，所述集电端子与集电极耳接合，至少1个集电极耳具有至少1个将集电极耳的端部在宽度方向上分割的狭缝，集电极耳的端部的夹着狭缝被分割开的各个部分与在厚度方向上相邻的其他集电极耳电连接。
在上述电池中，集电极耳的端部的夹着狭缝被分割开的部分也可以与配置在厚度方向上彼此不同位置的其他集电极耳电连接。另外，各个集电极耳也可以具有至少1个狭缝，集电极耳的端部的夹着狭缝被分割开的各个部分也可以与厚度方向上相邻的其他集电极耳的端部的各个部分电连接。此外，集电极耳的端部的部分和其他集电极耳的端部的部分，也可以通过向内侧弯折到一起进行接触而电连接。
本公开的电池中，集电极耳的夹着狭缝被分割开的各个部分与在厚度方向上相邻的其他集电极耳电连接。然后，在该状态下，集电极耳与集电端子接合。因此，即使在电连接了的这些集电极耳和集电端子的接合部的一部分发生连接不良，这些集电极耳和集电端子也经由其他接合部电连接。即，能够在不将具有发生了焊接不良的集电极耳的发电元件电孤立的情况下从发电元件取出电力。因此，根据本公开的电池，能够提高结构可靠性。
附图说明
图1(A)电池100的立体图。图1(B)是电池100的分解立体图。
图2是沿图1(B)的II-II线切断的截面概略图。
图3是负极集电极耳11b的立体图。
图4(A)是从图3的IVA观察的正面图。图4(B)是沿图3的IVB-IVB线切断的截面图。图4(C)是沿图3的IVC-IVC线切断的截面图。
图5是与图4(B)、图4(C)分别对应的截面图，是负极集电极耳11b上接合了负极集电端子20b时的截面图。
图6(A)是负极集电极耳11b的另一方式的正面图。图6(B)是沿图6(A)的VIB-VIB线切断的截面图。图6(C)是沿图6(A)的VIC-VIC线切断的截面图。
图7(A)是负极集电极耳11b的又一方式的正面图。图7(B)是沿图7(A)的VIIB-VIIB线切断的截面图。图7(C)是沿图7(A)的VIIC-VIIC线切断的截面图。
图8是表示一实施方式的电池制造方法的各工序的状态的概略图。
附图标记说明
10发电元件
11负极集电体层
11a负极平板部
11b负极集电极耳
11c狭缝
11d部分
12负极活性物质层
13固体电解质层
14正极活性物质层
15正极集电体层
15a正极平板部
15b正极集电极耳
16电极体
20a负极集电端子
20b正极集电端子
100电池
具体实施方式
[电池]
对于本公开的电池，参照作为一实施方式的电池100进行说明。图1(A)示出电池100的立体图，图1(B)示出电池100的分解立体图。图2示出沿图1(B)的II-II线切断的截面概略图。
如图1(A)和图1(B)所示，电池100具备发电元件10和集电端子(负极集电端子20a和正极集电端子20b)，发电元件10包含在厚度方向上排列的多个集电极耳(负极集电极耳11b和正极集电极耳15b)，集电端子与集电极耳接合。再者，在图1(A)和图1(B)中，各集电极耳配置在发电元件10的同一面上，但本发明不限定于此，各集电极耳也可以配置在不同的发电元件10的面上。关于集电端子的配置位置也是同样的。
<发电元件10>
发电元件10是电池的发电成分，可以是电极层叠而成的层叠体，也可以是电极卷绕而成的卷绕体。发电元件10的种类没有特别限定，可以是液体系电池用的发电元件，也可以是全固体电池用的发电元件。另外，发电元件10的形状没有特别限定，例如俯视时可以是矩形。图1中，例示了包含发电元件10的电池100，发电元件10是全固体电池用的电极层叠而成的层叠体。以下，对于全固体电池用的电极层叠而成的层叠体即发电元件10进行说明。不过，发电元件10的结构不限定于此。
发电元件10在厚度方向上依次具备负极集电体层11、负极活性物质层12、固体电解质层13、正极活性物质层14和正极集电体层15。发电元件10可以将负极集电体层11、负极活性物质层12、固体电解质层13、正极活性物质层14和正极集电体层15作为1个重复单元(电极体16)，在厚度方向上具备多个电极体16。电极体16的层叠方法可以是串联也可以是并联。另外，在发电元件10具备多个电极体16的情况下，相邻的电极体16可以共用正极集电体层11或负极集电体层15。图1中示出具备多个电极体16的发电元件10。
(负极集电体层11)
负极集电体层11是片状金属箔。负极集电体层11具备与负极活性物质层12接触的负极平板部11a和从该负极平板部11a向外侧延伸的负极集电极耳11b。负极集电极耳11b是用于连接负极平板部11a和负极集电端子40a的构件。负极平板部11a和负极集电极耳11b可以由1个构件构成，也可以由各自独立的构件构成。在发电元件10具有多个电极体16的情况下，负极集电极耳11b也可以配置成在厚度方向上以直线排列。
构成负极集电体层11的金属没有特别限定，例如可举出Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Ag、Al、Fe、Ti、Zn、Co、不锈钢等。优选为Cu。负极集电体层11可以在其表面具有用于调整电阻的一些涂层(例如碳涂层)。负极集电体层11的厚度例如可以为0.1μm以上且1mm以下。
(负极活性物质层12)
负极活性物质层是含有负极活性物质的片状层。负极活性物质的种类没有特别限定。例如可举出Si和Si合金、氧化硅等硅系活性物质、石墨和硬碳等碳系活性物质、钛酸锂等各种氧化物系活性物质、金属锂和锂合金等。
负极活性物质层12可以任选地包含导电助剂、粘合剂和固体电解质。导电助剂的种类没有特别限定。例如，可举出乙炔黑、科琴黑等碳材料、镍、铝、不锈钢等金属材料。粘合剂的种类没有特别限定。例如，可举出丁二烯橡胶(BR)、丁烯橡胶(IIR)、丙烯酸酯丁二烯橡胶(ABR)、聚偏二氟乙烯(PVdF)等。固体电解质的种类没有特别限定。例如，可以是有机聚合物电解质，也可以是无机固体电解质。优选为无机固体电解质。因为其与有机聚合物电解质相比，离子传导率高且耐热性优异。无机固体电解质可以是氧化物固体电解质，也可以是硫化物固体电解质。优选硫化物固体电解质。作为氧化物固体电解质，例如可举出锆酸镧锂、LiPON、Li1+XAlXGe2-X(PO4)3、Li-SiO系玻璃、Li-Al-S-O系玻璃等。作为硫化物固体电解质，例如可举出Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、LiI-Li2S-SiS2、LiI-Si2S-P2S5、Li2S-P2S5-LiI-LiBr、LiI-Li2S-P2S5、LiI-Li2S-P2O5、LiI-Li3PO4-P2S5、Li2S-P2S5-GeS2等。
负极活性物质层12中的各成分含量根据目的适当设定即可。负极活性物质层的厚度例如可以为0.1μm以上且1mm以下。
(固体电解质层13)
固体电解质层13是含有固体电解质的片状层。固体电解质的种类没有特别限定，可以从能够用于负极活性物质层的固体电解质中适当选择。
固体电解质层13可以任选地包含粘合剂。粘合剂的种类没有特别限定，可以从能够用于负极活性物质层的粘合剂中适当选择。
固体电解质层13中的各成分含量根据目的适当设定即可。固体电解质层13的厚度例如可以为0.1μm以上且1mm以下。
(正极活性物质层14)
正极活性物质层14是含有正极活性物质的片状层。正极活性物质的种类没有特别限定。例如可举出钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂、尖晶石系锂化合物等各种含锂复合氧化物。
正极活性物质层可以任选地包含导电助剂、粘合剂和固体电解质。导电助剂、粘合剂和固体电解质的种类没有特别限定，可以从能够用于负极活性物质层的导电助剂、粘合剂和固体电解质中适当选择。
正极活性物质层14中的各成分含量根据目的适当设定即可。另外，正极活性物质的表面也可以用铌酸锂层、钛酸锂层、磷酸锂层等氧化物层被覆。正极活性物质层14的厚度例如可以为0.1μm以上且1mm以下。
(正极集电体层15)
正极集电体层15是片状金属箔。正极集电体层15具备与正极活性物质层14接触的正极平板部15a和从该正极平板部15a向外侧延伸的正极集电极耳15b。正极集电极耳15b是用于连接正极平板部15a和正极集电端子40b的构件。正极平板部15a和正极集电极耳15b可以由一个构件构成，也可以由各自独立的构件构成。在发电元件10具有多个电极体16的情况下，正极集电极耳15b也可以配置成在厚度方向上以直线排列。
构成正极集电体层15的金属没有特别限定，例如可举出Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Ag、Al、Fe、Ti、Zn、Co、不锈钢等。优选为Al。正极集电体层15可以在其表面具有用于调整电阻的一些涂层(例如碳涂层)。正极集电体层15的厚度例如可以为0.1μm以上且1mm以下。
(集电极耳的形态)
电池100的集电极耳具有特征形态。以下，着眼于负极集电极耳11b对集电极耳的特征形态进行说明。不过，集电极耳的特征形态也可以应用于正极集电极耳15b。因此，以下说明也适用于正极集电极耳15b。
图3示出负极集电极耳11b的立体图。图4(A)示出从图3的IVA观察的正面图，图4(B)示出沿图3的IVB-IVB线切断的截面图，图4(C)示出沿图3的IVC-IVC线切断的截面图。另外，图5(A)、图5(B)示出负极集电极耳11b与负极集电端子20b接合时的图4(B)、图4(C)所分别对应的截面图。在此，在图3中，X方向是延伸方向(集电极耳延伸的方向)，Y方向是宽度方向(集电极耳的宽度方向)，Z方向是厚度方向(集电极耳的厚度方向)，它们处于彼此正交的关系。
如图3、图4(A)～4(C)所示，多个负极集电极耳11b在厚度方向上排列配置。另外，各个负极集电极耳11b具有将负极集电极耳11b的端部(延伸方向外侧的端部)在宽度方向上分割的3个狭缝11c。由此，各个负极集电极耳11b的端部被分成4个部分11d。
被狭缝分割了的负极集电极耳11b的端部的各个部分11d，与在厚度方向上相邻的其他负极集电极耳11b的端部的被狭缝11c分割了的部分11d电连接。此时，负极集电体11b的端部的夹着狭缝11c被分割开的部分11d与配置在厚度方向上的彼此不同位置的其他负极集电极耳11b电连接。另外，相邻的一个负极集电极耳11b的部分11d和其他负极集电极耳11b的部分11d通过将彼此的端部(特别是顶端部)向内侧弯折到一起而连接。
这样，电池100具有各端部11d被卷入的形态的负极集电极耳11b，如图4(A)的箭头所示，各负极集电极耳11b分别电连接。并且，如图5(A)、图5(B)所示，将负极集电极耳11b的各部分11d与负极集电端子20a接合。在图5(A)、图5(B)中，接合部分由B表示。
通过电池100具有这种特征形态的负极集电极耳11b，各负极集电极耳11b分别被电连接，因此，即使在负极集电极耳11b和负极集电端子20a的接合部的一部分发生了接合不良，负极集电极耳11b和负极集电端子20a也经由其他接合部电连接。即，能够在不将具有发生了焊接不良的负极集电极耳11b的电极体16电孤立的情况下从各电极体16取出电力。因此，根据电池100，能够提高结构可靠性。
负极集电极耳1形成的形状1b的狭缝11c的形状没有特别限定，可以将负极集电极耳11b的端部分割即可。图3中，狭缝11c是具有沿延伸方向呈直线状的切口。狭缝11c的延伸方向的长度没有特别限定，只要是被狭缝11c分割开的负极集电极耳11b的各部分11d能够与其他负极集电极耳11b连接的长度即可。另外，各狭缝11c的长度可以相同，也可以不同。负极集电极耳11b的狭缝11c的条数没有特别限定，为至少1个即可。图3中示出具有3条狭缝11c的负极集电极耳11b。另外，各个负极集电极耳11b具有的狭缝11c的条数可以相同，也可以不同。
在厚度方向上相邻的负极集电极耳11b彼此的电连接方法没有特别限定。图3中，负极集电极耳11b的各部分11d通过直接接触而电连接，但也可以经由例如导电性构件电连接。电连接的负极集电极耳11b的部分11d的数量没有特别限定。可以是3枚以上的负极集电极耳11b的部分11d(特别是顶端部)弯折到一起而电连接。图3示出2枚负极集电极耳11b的部分11d弯折到一起而电连接的形态。另外，图3中，各个部分11d通过向内侧弯折到一起进行接触而电连接，但连接方法不限定于此。例如，各部分可以不弯折而仅是简单地接触。另外，将端部11d弯折到一起的方向没有特别限定，可以是厚度方向的一侧或另一侧，也可以是它们混合存在的方式。此外，如图3所示，也可以存在未与相邻的负极集电极耳11b连接的负极集电极耳11b。该情况下，为了容易与负极集电端子20a连接，未与相邻的负极集电极耳11b连接的负极集电极耳11b也可以弯折。
负极集电极耳11b与负极集电端子20a的接合方法没有特别限定，可以适当采用公知的方法。例如，可举出软钎焊、超声波接合或激光焊接等接合方法。另外，图5(A)、图5(B)中，将端部11d彼此重叠的部分进行了接合，但本发明不限定于此。接合部位的数量没有特别限定，可以是至少一个。因为如上所述，卷入的各负极集电极耳11b均被电连接。
接着，对负极集电极耳11b的另一方式进行说明。图3中，各负极集电极耳11b具有狭缝11c，但本公开的电池不限定于此，至少1个负极集电极耳11b具有狭缝即可。例如，对在厚度方向上排列5枚的负极集电极耳11b中，仅从上数第3个负极集电极耳11b具有狭缝11c的方式进行说明。图6(A)示出本方式的正面图，图6(B)示出沿图6(A)的VIB-VIB线切断的截面图，图6(C)示出沿图6(A)的VIC-VIC线切断的截面图。
如图6(A)～图6(C)所示，夹着狭缝11c被分割开的负极集电极耳11b的端部中的一部分11d与在厚度方向上侧相邻的其他负极集电体11b电连接。另一部分11d与在厚度方向下侧相邻的其他负极集电极耳11b电连接。这样，具有狭缝11c的负极集电极耳11b的各端部11d被卷入相邻的负极集电极耳11b，如图6(A)的箭头所示，具有狭缝11c的负极集电极耳11b与相邻的各负极集电极耳11b经由端部11d均电连接。
因此，即使在这些电连接的负极集电极耳11b(1组负极集电极耳)与负极集电端子20a的接合部的一部分发生了接合不良，1组负极集电极耳11b与负极集电端子20a也能够经由其他接合部分电连接。即，在1组负极集电极耳11b中，能够在不将具有发生了焊接不良的负极集电极耳11b的电极体电孤立的情况下从全部电极体16取出电力。因此，根据具有这种负极集电极耳11b形态的电池100，能够提高结构可靠性。
此外，对负极集电极耳11b的又一方式进行说明。图3中，夹着狭缝11c被分割开的负极集电极耳11b的端部的各个部分11d，与配置在厚度方向上不同的位置的其他负极集电极耳11b的端部的各个部分11d电连接，但本公开的电池不限定于此，各个部分11d也可以与同一个其他负极集电极耳11b电连接。例如，对在厚度方向上排列有4枚的负极集电极耳11b中，从上数第2个和第3个负极集电极耳11b具有狭缝11c的方式进行说明。图7(A)示出该方式的正面图，图7(B)示出沿图7(A)的VIIB-VIIB线切断的截面图，图7(C)示出沿图7(A)的VIIC-VIIC线切断的截面图。
如图7(A)～图7(C)所示，夹着狭缝11c被分割开的负极集电极耳11b的端部的各个部分11d与同一个其他负极集电极耳11b的端部的各部分1d电连接。因此，即使在这些电连接的负极集电极耳11b(1组负极集电极耳)与负极集电端子20a的接合部的一部分发生接合不良，1组负极集电极耳11b与负极集电端子20a也能够经由其他接合部电连接。即，在1组负极集电极耳11b中，能够在不将具有发生了焊接不良的负极集电极耳11b的电极体电孤立的情况下从全部电极体16取出电力。因此，根据具有这种负极集电极耳11b方式的电池100，能够提高结构可靠性。
<集电端子>
集电端子是用于连接发电元件10和外部构件的构件。负极集电端子40a与负极集电极耳11b连接，正极集电端子40b与正极集电极耳15b连接。端子的材料没有特别限定，可以从能够用于负极集电端子40a或正极集电端子40b的金属材料中适当选择。
<其他构件>
电池100可以收纳在外装体中。外装体的种类没有特别限定，例如可以举出Al层压体等金属层压体、金属罐等金属制框体。
[电池的制造方法]
接着，对本公开的电池的制造方法进行说明。本公开的电池的制造方法没有特别限定，可以采用公知方法制造。以下，对具备发电元件的电池的制造方法一实施方式进行说明，该发电元件是全固体电池用的电极层叠而成的层叠体。
一实施方式的电池的制造方法包含：电极制作工序S1、狭缝赋予工序S2、电极层叠工序S3、集电极耳卷入工序S4和集电端子接合工序S5。图8是表示各工序的状态的概略图。
<电极制作工序S1>
电极制作工序S1是制作负极电极和正极电极的工序。负极电极和正极电极可以采用公知方法制作。例如，可以将构成负极活性物质层的材料分散在有机溶剂中，将得到的浆料涂布到负极集电体层上并干燥，得到负极电极。可以采用同样的方法得到正极电极。
固体电解质层可以通过层叠在负极电极和正极电极中的一者上而制作，也可以与这些电极分开制作。例如，可以通过将构成固体电解质层的材料分散在有机溶剂中，将其涂布到负极电极的负极活性物质层的表面并干燥，而将固体电解质层层叠到负极电极上。或者，也可以另行制作固体电解质层，在电极层叠工序S3中将其配置在正极电极与负极电极之间。
在此，用于层叠体内部的负极电极和正极电极可以在两面形成电极层。
<狭缝赋予工序S2>
狭缝赋予工序S2是对各集电极耳赋予狭缝的工序。作为狭缝赋予方法，可以适当应用公知方法。例如，只需将集电极耳切割以具有狭缝即可。
<电极层叠工序S3>
电极层叠工序S3是层叠负极电极和正极电极而制作层叠体的工序。各电极的层叠方法没有特别限定，可以适当采用公知方法。另外，在制作层叠体后，可以对层叠体加压而增强各电极的粘接。
<卷入工序S4>
卷入工序S4是卷入被狭缝分割开的各集电极耳的端部的部分的工序。卷入工序S4可以与电极层压工序S3并行地进行。即，可以一边层叠负极电极和正极电极一边实施各集电极耳的卷入。
<集电端子接合工序S5>
集电端子接合工序S5是将卷入了的各集电极耳与各集电端子接合的工序。接合方法没有特别限定，例如可以举出激光焊接、超声波接合和软钎焊等。
Claims (4)
1.一种电池，具备发电元件和集电端子，
所述发电元件包含在厚度方向上排列的多个集电极耳，
所述集电端子与所述集电极耳接合，
至少1个所述集电极耳具有至少1个将所述集电极耳的端部在宽度方向上分割的狭缝，
所述集电极耳的所述端部的夹着所述狭缝被分割开的各个部分与在厚度方向上相邻的其他所述集电极耳电连接。
2.根据权利要求1所述的电池，
所述集电极耳的所述端部的夹着所述狭缝被分割开的所述部分与配置在厚度方向上彼此不同位置的其他所述集电极耳电连接。
3.根据权利要求1或2所述的电池，
各个所述集电极耳具有至少1个所述狭缝，
所述集电极耳的所述端部的夹着所述狭缝被分割开的各个所述部分与在厚度方向上相邻的其他所述集电极耳的所述端部的各个所述部分电连接。
4.根据权利要求3所述的电池，
所述集电极耳的所述端部的所述部分和其他所述集电极耳的所述端部的所述部分，通过向内侧弯折到一起进行接触而电连接。
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