DE102021124609A1 - Batterie - Google Patents

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Abstract

Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Batterie, die imstande ist, den Temperaturanstieg eines Elektrodenanschlusses zu unterdrücken, zum Beispiel sogar wenn die Batterie schnell geladen wird. Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe durch Bereitstellen einer Batterie, die einen Elektrodenkörper und einen Außenkörper, der einen Innenbereich aufweist, der so konfiguriert ist, dass er den Elektrodenkörper unterbringt, aufweist, wobei die Batterie einen Elektrodenanschluss, der so angeordnet ist, dass er sich von dem Innenbereich zu einem Außenbereich des Außenkörpers ausbreitet, aufweist, der Elektrodenanschluss einen inneren Stromsammelabschnitt, der in dem Innenbereich angeordnet und mit einer Elektrodenlasche des Elektrodenkörpers verbunden ist, und einen äußeren Stromsammelabschnitt, der in dem Außenbereich angeordnet ist, aufweist und eine Breite des inneren Stromsammelabschnitts größer als eine Breite des äußeren Stromsammelabschnitts ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie.
  • Stand der Technik
  • Eine Batterie, die einen Elektrodenkörper (ein Laminat aus einer Kathodenschicht, einer Trennschicht und einer Anodenschicht) aufweist und ferner einen Elektrodenanschluss, der mit einer Elektrodenlasche des Elektrodenkörpers verbunden ist, aufweist, ist bekannt. Zum Beispiel offenbart Patentliteratur 1 eine Elektrodenanordnung, bei der eine Elektrodenlasche und eine Elektrodenleitung (Elektrodenanschluss) elektrisch verbunden sind und die Elektrodenleitung, die mit der Elektrodenlasche verbunden ist, ein abgerundetes Ende aufweist.
  • Zitierliste
  • Patentliteratur
  • Patentliteratur 1: Japanisches Patent Nr. 5 550 805
  • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Wenn eine Batterie zum Beispiel schnell geladen wird, wird der Strom auf den bzw. am Elektrodenanschluss konzentriert, so dass die Temperatur des Elektrodenanschlusses in einigen Fällen ansteigt.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Umstände gemacht und eine Hauptaufgabe davon ist die Bereitstellung einer Batterie, die imstande ist, den Temperaturanstieg eines Elektrodenanschlusses zu unterdrücken, z.B. sogar wenn die Batterie schnell geladen wird.
  • Lösung des Problems
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Batterie bereit, die einen Elektrodenkörper und einen Außenkörper, der einen Innenbereich aufweist, der so konfiguriert ist, dass er den Elektrodenkörper unterbringt bzw. aufnimmt, auf, wobei die Batterie einen Elektrodenanschluss, der so angeordnet ist, dass er sich von dem Innenbereich zu einem Außenbereich des Außenkörpers ausbreitet, aufweist, der Elektrodenanschluss einen inneren Stromsammelabschnitt, der in dem Innenbereich angeordnet und mit einer Elektrodenlasche des Elektrodenkörpers verbunden ist, und einen äußeren Stromsammelabschnitt, der in dem Außenbereich angeordnet ist, aufweist, und eine Breite des inneren Stromsammelabschnitts größer als eine Breite des äußeren Stromsammelabschnitts ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da die Breite des inneren Stromsammelabschnitts größer als die Breite des äußeren Stromsammelabschnitts ist, verhindert werden, dass der Strom auf den Elektrodenanschluss konzentriert wird, so dass der Temperaturanstieg des Elektrodenanschlusses unterdrückt werden kann, z.B. sogar wenn die Batterie schnell geladen wird.
  • Gemäß der Erfindung kann eine Breite der Elektrodenlasche, die mit dem inneren Stromsammelabschnitt verbunden ist, größer als die Breite des äußeren Stromsammelabschnitts sein.
  • Gemäß der Erfindung kann der Elektrodenanschluss zwischen dem inneren Stromsammelabschnitt und dem äußeren Stromsammelabschnitt angeordnet sein und einen Zwischenabschnitt, der in einem Dichtungsbereich bzw. Versiegelungsbereich des Außenkörpers angeordnet ist, aufweisen.
  • Gemäß der Erfindung kann die Form in der Draufsicht des Elektrodenanschlusses eine L-Form sein.
  • Gemäß der Erfindung kann die Batterie mindestens einen ersten Elektrodenkörper und einen zweiten Elektrodenkörper als eine Vielzahl von Elektrodenkörpern aufweisen. Der erste Elektrodenkörper kann eine Elektrodenlasche P aufweisen, der zweite Elektrodenkörper kann eine Elektrodenlasche R, die eine zur Elektrodenlasche P entgegengesetzte Polarität aufweist, aufweisen. Die Elektrodenlasche P und die Elektrodenlasche R können im Innenbereich verbunden sein.
  • Gemäß der Erfindung können der erste Elektrodenkörper und der zweite Elektrodenkörper entlang einer Dickenrichtung über ein isolierendes Element gestapelt sein und der erste Elektrodenkörper und der zweite Elektrodenkörper können jeweils aufweisen: einen Anodenstromsammeleinheit, eine erste Anodenschicht, eine erste Trennschicht, eine erste Kathodenschicht und eine erste Kathodenstromsammeleinheit, die in dieser Reihenfolge von einer Fläche der Anodenstromsammeleinheit aus angeordnet sind, und eine zweite Anodenschicht, eine zweite Trennschicht, eine zweite Kathodenschicht und eine zweite Kathodenstromsammeleinheit, die in dieser Reihenfolge von einer anderen Fläche der Anodenstromsammeleinheit aus angeordnet sind.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Die Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung weist den Effekt auf, dass der Temperaturanstieg des Elektrodenanschlusses unterdrückt werden kann, zum Beispiel sogar wenn die Batterie schnell aufgeladen wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel einer Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 2A und 2B sind schematische perspektivische Ansichten, die ein Beispiel einer Batterie und ihrer Strukturelemente gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 3A bis 3C sind schematische Draufsichten und eine schematische Querschnittansicht, die ein Beispiel eines Elektrodenanschlusses gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Elektrodenanschlusses gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 5 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Beispiel einer Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 6A und 6B sind eine schematische Draufsicht und eine schematische Querschnittansicht, die ein Beispiel eines Elektrodenkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 7 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Beispiel eines Elektrodenkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 8 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Beispiel eines Elektrodenkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Eine Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren im Detail beschrieben. Jede nachfolgende Figur ist schematisch dargestellt und die Größe und die Form jedes Elements sind angemessen übertrieben, um das Verständnis zu erleichtern. In jeder Figur wird auch die Schraffur, die den Querschnitt eines Elements anzeigt, in angemessener Weise weggelassen. In der vorliegenden Beschreibung weist die Beschreibung einer Ausführungsform der Anordnung eines Elements auf einem anderen Element, wenn sie lediglich als „auf“ oder „unter“ ausgedrückt wird, auch den Fall, dass ein Element direkt auf oder direkt unter einem anderen Element angeordnet ist, so dass es mit einem anderen Element in Kontakt steht, sowie den Fall, dass ein Element über oder unter einem anderen Element über ein weiteres Element angeordnet ist, sofern nicht anders angegeben, auf.
  • 1 ist eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel einer Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. 2A und 2B sind schematische perspektivische Ansichten, die ein Beispiel einer Batterie und ihrer Strukturelemente gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen. Insbesondere ist 2A eine schematische perspektivische Ansicht der in 1 gezeigten Batterie und 2B ist eine schematische perspektivische Ansicht, die die Strukturelemente der in 2A gezeigten Batterie darstellt.
  • Wie in 1 und den 2A und 2B gezeigt, weist die Batterie 100 eine Vielzahl von Elektrodenkörpern (erster Elektrodenkörper 10 und zweiter Elektrodenkörper 20) und einen Außenkörper 50, der einen Innenbereich I aufweist, der so konfiguriert ist, dass er diese unterbringt, auf. Der erste Elektrodenkörper 10 weist eine Anodenlasche 11t (Elektrodenlasche P) und eine Kathodenlasche 15t (Elektrodenlasche Q) auf. Der zweite Elektrodenkörper 20 weist hingegen eine Kathodenlasche 25t (Elektrodenlasche R) und eine Anodenlasche 21t (Elektrodenlasche S) auf. Die Elektrodenlasche P und die Elektrodenlasche R sind im Innenbereich I durch das Verbindungselement 40 verbunden. Wie in 1 und den 2A und 2B gezeigt, ist auch ein Ende des Kathodenanschlusses 110 mit der Elektrodenlasche 15t (Elektrodenlasche Q) im Innenbereich I verbunden und ein anderes Ende des Kathodenanschlusses 110 ist im Außenbereich O angeordnet. In ähnlicher Weise ist ein Ende des Anodenanschlusses 120 mit der Elektrodenlasche 21t (Elektrodenlasche S) im Innenbereich I verbunden und ein anderes Ende des Anodenanschlusses 120 ist im Außenbereich O angeordnet. Wie oben beschrieben, sind der Kathodenanschluss 110 und der Anodenanschluss 120 jeweils so angeordnet, dass sie sich vom Innenbereich I zum Außenbereich O des Außenkörpers 50 ausbreiten.
  • Die 3A bis 3C sind schematische Draufsichten und eine schematische Querschnittansicht, die ein Beispiel eines Elektrodenanschlusses gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen. 3A ist eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel eines Elektrodenanschlusses allein darstellt. 3B ist eine schematische Draufsicht einer Batterie, die einen Elektrodenanschluss aufweist, und 3C ist ein A-A-Querschnitt von 3B. Der in den 3A bis 3C gezeigte Elektrodenanschluss 60 weist einen inneren Stromsammelabschnitt 61, einen äußeren Stromsammelabschnitt 62 und einen Zwischenabschnitt 63 auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Breite W1 des inneren Stromsammelabschnitts 61 größer als die Breite W2 des äußeren Stromsammelabschnitts 62.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da die Breite des inneren Stromsammelabschnitts größer als die Breite des äußeren Stromsammelabschnitts ist, verhindert werden, dass der Strom auf den Elektrodenanschluss konzentriert wird, so dass der Temperaturanstieg des Elektrodenanschlusses unterdrückt werden kann, sogar wenn die Batterie zum Beispiel schnell geladen wird. Auch wird, wie in 3A bis 3C gezeigt, zum Beispiel, wenn der Elektrodenanschluss 60 einen Zwischenabschnitt 63 aufweist, das Harz im Dichtungsbereich geschmolzen, so dass die Dichtungseigenschaften tendenziell verringert werden, wenn die Temperatur des Zwischenabschnitts 63 ansteigt. Im Gegensatz dazu kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Unterdrückung des Temperaturanstiegs des Elektrodenanschlusses die Verringerung der Dichtungseigenschaften unterdrückt werden.
  • 1. Struktur der Batterie
  • Wie in 1 gezeigt, weist die Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung Elektrodenanschlüsse (Kathodenanschluss 110, Anodenanschluss 120) auf, die so angeordnet sind, dass sie sich vom Innenbereich I zum Außenbereich O des Außenkörpers 50 ausbreiten. Wie in den 3A bis 3C gezeigt, weist der Elektrodenanschluss 60 auch mindestens einen inneren Stromsammelabschnitt 61, der im Innenbereich I des Außenkörpers 50 angeordnet ist und mit der Elektrodenlasche (Kathodenlasche 15t) des Elektrodenkörpers verbunden ist, und einen äußeren Stromsammelabschnitt 62, der im Außenbereich O des Außenkörpers 50 angeordnet ist, auf. Der in den 3A bis 3C gezeigte Elektrodenanschluss 60 ist übrigens ein Kathodenanschluss. Hier wird, wie in 3A gezeigt, die Breite des inneren Stromsammelabschnitts 61 als W1 und die Breite des äußeren Stromsammelabschnitts 62 als W2 bezeichnet. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Festlegen von W1 > W2 verhindert werden, dass der Strom auf den Elektrodenanschluss konzentriert wird, so dass der Temperaturanstieg des Elektrodenanschlusses unterdrückt werden kann, sogar wenn die Batterie zum Beispiel schnell geladen wird.
  • Der Wert von W1/ W2 ist nicht besonders begrenzt und ist zum Beispiel 1,2 oder mehr, kann 1,5 oder mehr, 2,0 oder mehr und 2,5 oder mehr sein. Wenn der Wert von W1/W2 zu niedrig ist, kann eine Konzentration des Stroms nicht ausreichend unterdrückt. Der Wert von W1/W2 ist hingegen nicht besonders begrenzt und ist zum Beispiel 5,0 oder weniger. Wenn der Wert von W1/W2 zu hoch ist, wird W2 relativ verringert, so dass die Möglichkeit vorhanden ist, dass eine übermäßige Stromkonzentration im äußeren Stromsammelabschnitt auftritt. Die Temperaturänderung während eines Ladens wurde auch durch eine Simulation untersucht. Insbesondere wurde die Temperaturänderung während eines Ladens in einem Fall, in dem der Kathodenanschluss und der Anodenanschluss die gleiche Form haben und W1 und W2 jeweils 25 mm sind (W1/W2 = 1), durch eine Simulation untersucht und die Differenz zwischen der maximalen Temperatur des Elektrodenanschlusses und der minimalen Temperatur des Elektrodenkörpers war 62 °C. Im Gegensatz dazu wurde die Temperaturänderung während eines Ladens in einem Fall, in dem der Kathodenanschluss und der Anodenanschluss die gleiche Form aufweisen und W1 69 mm und W2 25 mm waren (W1/W2 = 2,7), durch eine Simulation ermittelt und die Differenz zwischen der maximalen Temperatur des Elektrodenanschlusses und der minimalen Temperatur des Elektrodenkörpers war 17 °C. Wie oben beschrieben, kann mit dem Elektrodenanschluss gemäß der vorliegenden Erfindung die Konzentration des Stroms unterdrückt werden, so dass der Temperaturanstieg unterdrückt werden kann.
  • Wie in 3B gezeigt, wird auch die Breite der Elektrodenlasche (Kathodenlasche 15t), die mit dem inneren Stromsammelabschnitt 61 verbunden ist, als W3 bezeichnet. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Breite W3 der Elektrodenlasche vorzugsweise größer als die Breite W2 des äußeren Stromsammelabschnitts 62. Der Grund dafür ist die Vergrößerung des Kontaktbereichs zwischen dem inneren Stromsammelabschnitt 61 und der Elektrodenlasche (Kathodenlasche 15t), um die Wärmespeicherung weiter zu unterdrücken. Als Ergebnis ist das Auftreten von Temperaturungleichmäßigkeiten in einer Batterie weniger wahrscheinlich, so dass die Haltbarkeit der Batterie verbessert werden kann. Die Breite W3 der Elektrodenlasche kann größer, gleich oder kleiner als die Breite W1 des inneren Stromsammelabschnitts sein. Der Wert von W1/ W3 ist nicht besonders begrenzt und ist zum Beispiel 0,7 oder mehr und 5 oder weniger und kann 0,7 oder mehr und 2 oder weniger sein.
  • Wie in den 3A bis 3C gezeigt, kann der Elektrodenanschluss 60 auch einen Zwischenabschnitt 63 aufweisen, der zwischen dem inneren Stromsammelabschnitt 61 und dem äußeren Stromsammelabschnitt 62 angeordnet ist und im Dichtungsbereich X des Außenkörpers 50 angeordnet ist. Die beiden Flächen des Zwischenabschnitts 63 sind jeweils mit dem Außenkörper 50 verschmolzen. Im Übrigen kann zwischen dem Zwischenabschnitt 63 und dem Außenkörper 50 eine Anschlussfolie angebracht sein. Eine Breite W4 (in der Figur nicht gezeigt) des Zwischenabschnitts 63 ist nicht besonders begrenzt und ist vorzugsweise kleiner als die Breite W1 des inneren Stromsammelabschnitts 61. Der Wert W11W4 ist vorzugsweise in einem ähnlichen Bereich wie der Wert W1/W2. Die Breite W4 des Zwischenabschnitts 63 kann auch gleich der Breite W2 des äußeren Stromsammelabschnitts 62 sein.
  • Die Form in der Draufsicht des Elektrodenanschlusses ist nicht besonders begrenzt und kann zum Beispiel auch eine L-Form sein. Wie in 2B gezeigt, wenn der Kathodenanschluss 110 und der Anodenanschluss 120 L-förmig sind, können beide leicht auf der identischen Seite des Elektrodenkörpers angeordnet sein, indem die beiden in einer umgekehrten Positionsbeziehung zueinander angeordnet sind. Folglich kann die Batteriestruktur vereinfacht werden, so dass die Volumenenergiedichte auf einfache Weise verbessert werden kann. Auch im Elektrodenanschluss können der innere Stromsammelabschnitt und der äußere Stromsammelabschnitt ein Element sein oder können unterschiedliche Elemente sein. Zum Beispiel sind bei dem in 3A gezeigten Elektrodenanschluss 60 der innere Stromsammelabschnitt 61 und der äußere Stromsammelabschnitt 62 ein Element. Währenddessen sind in dem in 4 gezeigten Elektrodenanschluss 60 der innere Stromsammelabschnitt 61 und der äußere Stromsammelabschnitt 62 unterschiedliche Elemente. In dem in 4 gezeigten Elektrodenanschluss 60 sind im Übrigen der äußere Stromsammelabschnitt 62 und der Zwischenabschnitt 63 ein Element. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch mindestens einer der Anschlüsse, Kathodenanschluss und Anodenanschluss, der Elektrodenanschluss sein, wobei die Breite des inneren Stromsammelabschnitts größer als die Breite des äußeren Stromsammelabschnitts ist.
  • Die Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen Elektrodenkörper und einen Außenkörper, der einen Innenbereich aufweist, der so konfiguriert ist, dass er den Elektrodenkörper unterbringt, auf. Auch kann die Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung nur einen Elektrodenkörper, aber auch eine Vielzahl von Elektrodenkörpern, aufweisen.
  • Zum Beispiel, wie in 1 und 2A und 2B gezeigt, kann die Batterie 100 als Elektrodenkörper einen ersten Elektrodenkörper 10 und einen zweiten Elektrodenkörper 20 aufweisen. Der erste Elektrodenkörper weist eine Elektrodenlasche P und eine Elektrodenlasche Q, die die zur Elektrodenlasche P entgegengesetzte Polarität aufweist, auf. Zum Beispiel ist in 1 die Elektrodenlasche P eine Anodenlasche und die Elektrodenlasche Q eine Kathodenlasche. Der zweite Elektrodenkörper weist währenddessen eine Elektrodenlasche R, die die zur Elektrodenlasche P entgegengesetzte Polarität aufweist, und eine Elektrodenlasche S, die die zur Elektrodenlasche R entgegengesetzte Polarität aufweist, auf. Zum Beispiel ist in den 2A und 2B die Elektrodenlasche R eine Kathodenlasche und die Elektrodenlasche S eine Anodenlasche. Obwohl in den Figuren nicht gezeigt, wenn die Elektrodenlasche P eine Kathodenlasche, ist die Elektrodenlasche Q eine Anodenlasche, ist die Elektrodenlasche R eine Anodenlasche und ist die Elektrodenlasche S eine Kathodenlasche.
  • Wie in 1 gezeigt, können die Elektrodenlasche P und die Elektrodenlasche R im Innenbereich I verbunden sein. „Verbinden“ gemäß der vorliegenden Erfindung bedeutet zumindest eine elektrische Verbindung und kann oder kann nicht auch eine physische Verbindung (direkter Kontakt) bedeuten, soweit dies technisch nicht widersprüchlich ist. Wie in 1 und den 2A und 2B gezeigt, sind die Elektrodenlaschen P und R auf der gleichen Seite des Elektrodenkörpers angeordnet und sind jeweils mit dem Verbindungselement 40 verbunden. Dadurch werden der erste Elektrodenkörper 10 und der zweite Elektrodenkörper 20 in Reihe verbunden. Währenddessen können die Elektrodenlasche P und die Elektrodenlasche R direkt und nicht über das Verbindungselement verbunden sein, obwohl dies in den Figuren nicht gezeigt ist.
  • Auch können, wie in den 2A und 2B gezeigt, der erste Elektrodenkörper 10 und der zweite Elektrodenkörper 20 entlang der Dickenrichtung DT über das isolierende Element 30 gestapelt sein. Hierbei wird folgender Fall angenommen: eine erste Stromsammeleinheit, die auf der Seite des zweiten Elektrodenkörpers 20 im ersten Elektrodenkörper 10 angeordnet ist, und eine zweite Stromsammeleinheit, die auf der Seite des ersten Elektrodenkörpers 10 im zweiten Elektrodenkörper 20 angeordnet ist, weisen entgegengesetzte Polaritäten auf. Zum Beispiel wird der folgende Fall angenommen: die erste Stromsammeleinheit ist eine Kathodenstromsammeleinheit und die zweite Stromsammeleinheit ist eine Anodenstromsammeleinheit. In diesem Fall können, um den ersten Elektrodenkörper 10 und den zweiten Elektrodenkörper 20 in Reihe zu verbinden, die erste Stromsammeleinheit und die zweite Stromsammeleinheit einfach miteinander verbunden werden und es ist nicht erforderlich, ein isolierendes Element 30 bereitzustellen.
  • Währenddessen wird ein Fall angenommen, in dem die erste Stromsammeleinheit und die zweite Stromsammeleinheit die gleiche Polarität aufweisen. In diesem Fall wird, um den ersten Elektrodenkörper 10 und den zweiten Elektrodenkörper 20 in Reihe zu verbinden, wie in den 2A und 2B gezeigt, vorzugsweise ein isolierendes Element 30 zwischen dem ersten Elektrodenkörper 10 und dem zweiten Elektrodenkörper 20 angeordnet und werden die Elektrodenlasche P und die Elektrodenlasche R verbunden. Wenn sowohl der erste Elektrodenkörper als auch der zweite Elektrodenkörper eine in 7 gezeigte Struktur aufweisen, d.h. eine Struktur, die Stromsammeleinheiten mit derselben Polarität auf beiden Seiten aufweist, ist es insbesondere vorzuziehen, das isolierende Element zwischen dem ersten Elektrodenkörper und dem zweiten Elektrodenkörper anzuordnen, da die erste Stromsammeleinheit und die zweite Stromsammeleinheit, die einander gegenüberliegen, dieselbe Polarität aufweisen.
  • 5 ist auch eine schematische Querschnittansicht, die ein Beispiel einer Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, und entspricht der Querschnittansicht entlang der Linie A-A in 1. In 5 weist der erste Elektrodenkörper 10 eine Anodenstromsammeleinheit 11, eine erste Anodenschicht 12a, eine erste Trennschicht 13a, eine erste Kathodenschicht 14a und eine erste Kathodenstromsammeleinheit 15a, die in dieser Reihenfolge auf einer Fläche der Anodenstromsammeleinheit 11 angeordnet sind, und eine zweite Anodenschicht 12b, eine zweite Trennschicht 13b, eine zweite Kathodenschicht 14b und eine zweite Kathodenstromsammeleinheit 15b, die in dieser Reihenfolge auf einer anderen Fläche der Anodenstromsammeleinheit 11 angeordnet sind, auf. Währenddessen weist der zweite Elektrodenkörper 20 eine Anodenstromsammeleinheit 21, eine erste Anodenschicht 22a, eine erste Trennschicht 23a, eine erste Kathodenschicht 24a und eine erste Kathodenstromsammeleinheit 25a, die in dieser Reihenfolge auf einer Fläche der Anodenstromsammeleinheit 21 angeordnet sind, und eine zweite Anodenschicht 22b, eine zweite Trennschicht 23b, eine zweite Kathodenschicht 24b und eine zweite Kathodenstromsammeleinheit 25b, die in dieser Reihenfolge auf einer anderen Fläche der Anodenstromsammeleinheit 21 angeordnet sind, auf. Ein isolierendes Element 30 ist auch zwischen der zweiten Kathodenstromsammeleinheit 15b im ersten Elektrodenkörper 10 und der ersten Kathodenstromsammeleinheit 25a im zweiten Elektrodenkörper 20 angeordnet. Der Elektrodenkörper (erster Elektrodenkörper 10, zweiter Elektrodenkörper 20) kann auch, wie in 5 gezeigt, eine isolierende Schutzschicht 70 auf der Seitenfläche aufweisen. Durch Bereitstellen der isolierenden Schutzschicht 70 auf der Seitenfläche kann der Kurzschluss unterbunden werden, oder es ist möglich, die Positionsabweichung jedes Elements, das den Elektrodenkörper bildet, zu unterbinden. Beispiele für das Material der isolierenden Schutzschicht können ein Harz aufweisen, und spezifische Beispiele für das Harz können ein Urethanacrylatharz, ein Epoxidharz und ein Olefinharz aufweisen. Das Harz kann auch ein thermoplastisches Harz und ein gehärtetes Harz sein (z. B. ein gehärtetes Produkt eines wärmehärtenden Harzes oder eines ultraviolett härtbaren Harzes).
  • Beispiele für das Material des isolierenden Elements können ein Harz aufweisen, und spezifische Beispiele für das Harz können Polyolefinharze wie Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE), ein Polyimidharz und ein Polyphenylensulfidharz (PPS) aufweisen. Das isolierende Element ist in der Draufsicht vorzugsweise größer als die erste Stromsammeleinheit (Stromsammeleinheit auf der Seite des zweiten Elektrodenkörpers 20 im ersten Elektrodenkörper 10) und die zweite Stromsammeleinheit (Stromsammeleinheit auf der Seite des ersten Elektrodenkörpers 10 im zweiten Elektrodenkörper 20). Das heißt, es ist vorzuziehen, dass das isolierende Element in der Draufsicht die erste Stromsammeleinheit und die zweite Stromsammeleinheit umfasst. Der Grund dafür ist, dass die erste Stromsammeleinheit und die zweite Stromsammeleinheit effektiv isoliert sind. Ferner ist es vorteilhaft, dass das isolierende Element größer als die größte Stromsammeleinheit im ersten Elektrodenkörper (zum Beispiel Anodenstromsammeleinheit 11 in 5) und die größte Stromsammeleinheit im zweiten Elektrodenkörper (zum Beispiel Anodenstromsammeleinheit 21 in 5) in der Draufsicht ist. Dem ist so, da zum Beispiel die Wahrscheinlichkeit eines Kurzschlusses geringer ist, wenn die Batterie von außen unter Druck gesetzt (eingeschlossen) ist.
  • Auch können, wie in 1 gezeigt, der Kathodenanschluss 110 und der Anodenanschluss 120 auf der gleichen Seite des Elektrodenkörpers angeordnet sein. In dem Fall kann die Struktur bzw. der Aufbau der Batterie vereinfacht und die Volumenenergiedichte auf einfache Weise verbessert werden. Auch wenn der Kathodenanschluss 110 und der Anodenanschluss 120 auf der gleichen Seite des Elektrodenkörpers angeordnet sind, ist es vorteilhaft, dass der Kathodenanschluss 110 und der Anodenanschluss 120 so angeordnet sind, dass sie sich in der Draufsicht nicht überlappen. Der Grund dafür ist, dass der Kurzschluss unterdrückt werden soll. Der Kathodenanschluss und der Anodenanschluss können auf unterschiedlichen Seiten des Elektrodenkörpers, die zueinander entgegengesetzt sind, angeordnet sein.
  • Wenn die Anzahl der in der Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung vorhandenen Elektrodenkörper als „N“ bezeichnet wird, kann die Anzahl von „N“ 1, 2, 3 oder mehr sein. Währenddessen ist die Anzahl der „N“ zum Beispiel 100 oder weniger. Wenn die Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung den ersten Elektrodenkörper bis zum N-ten Elektrodenkörper (2 ≤ N) aufweist, können die Elektrodenlasche TN-1 im (N-1 )-ten Elektrodenkörper und die Elektrodenlasche TN im N-ten Elektrodenkörper im Innenbereich des Außenkörpers miteinander verbunden sein. Im Übrigen weisen die Elektrodenlasche TN-1 und die Elektrodenlasche TN die zueinander entgegengesetzte Polarität auf. Der erste Elektrodenkörper und der N-te Elektrodenkörper sind vorzugsweise auch dasselbe Element. Die Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch eine Vielzahl von isolierenden Elementen aufweisen und die isolierenden Elemente können jeweils zwischen benachbarten Elektrodenkörpern angeordnet sein.
  • 2. Konfiguration des Elektrodenkörpers
  • 6A ist eine schematische Draufsicht, die einen Elektrodenkörper gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, und 6B ist eine Seitenansicht von 6A. Der in 6A und 6B gezeigte Elektrodenkörper E weist auf: eine Kathodenschicht 4, eine Anodenschicht 2, eine Trennschicht 3, die zwischen der Kathodenschicht 4 und der Anodenschicht 2 angeordnet ist, eine Kathodenstromsammeleinheit 5, die so konfiguriert ist, dass sie den Strom der Kathodenschicht 4 sammelt, und eine Anodenstromsammeleinheit 1, die so konfiguriert ist, dass sie den Strom der Anodenschicht 2 sammelt. Die Kathodenstromsammeleinheit 5 weist in der Draufsicht eine Kathodenlasche 5t an einer Position, die sich nicht mit der Kathodenschicht 4 überlappt, auf. In ähnlicher Weise weist die Anodenstromsammeleinheit 1 eine Anodenlasche 11 an einer Position, die sich in der Draufsicht nicht mit der Anodenschicht 2 überlappt, auf. Die Kathodenstromsammeleinheit 5 und die Kathodenlasche 5t können ein Element sein und können unterschiedliche Elemente sein, solange sie elektrisch miteinander verbunden sind. Dies gilt auch für die Anodenstromsammeleinheit 1 und die Anodenlasche 1t.
  • Auch in der Draufsicht, wie in 6A gezeigt, können die Kathodenlasche 5t und die Anodenlasche 1t jeweils auf unterschiedlichen Seiten (Seite s1, Seite s2), die zueinander entgegengesetzt sind, angeordnet sein (beidseitige Laschenstruktur). Die Kathodenlasche und die Anodenlasche können auf der gleichen Seite angeordnet sein (einseitige Laschenstruktur), obwohl dies in den Figuren nicht gezeigt ist. Die Form in der Draufsicht des Elektrodenkörpers (Form in der Draufsicht ohne Kathodenlasche und Anodenlasche) ist zum Beispiel auch eine rechteckige Form. Wie in 6A gezeigt, weist der Elektrodenkörper E mit Ausnahme der Kathodenlasche 5t und der Anodenlasche 1t in der Draufsicht eine rechteckige Form auf. Die Kathodenlasche 5t und die Anodenlasche 1t sind in der Längsrichtung des Elektrodenkörpers E so angeordnet, dass sie zueinander entgegengesetzt sind.
  • Der Elektrodenkörper gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Energieerzeugungselement aufweisen, das eine Kathodenschicht, eine Trennschicht und eine Anodenschicht aufweist, kann zwei davon aufweisen und kann drei oder mehr davon aufweisen. Wenn der Elektrodenkörper eine Vielzahl von Energieerzeugungselementen aufweist, können diese parallel und in Reihe verbunden sein.
  • 7 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Beispiel für einen Elektrodenkörper gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, und ist eine schematische Querschnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine Vielzahl von Energieerzeugungselementen parallel verbunden ist. Der in 7 gezeigte Elektrodenkörper E weist auf: eine Anodenstromsammeleinheit 1, eine erste Anodenschicht 2a, eine erste Trennschicht 3a, eine erste Kathodenschicht 4a und eine erste Kathodenstromsammeleinheit 5a, die in dieser Reihenfolge von einer Fläche s11 der Anodenstromsammeleinheit 1 angeordnet sind, und eine zweite Anodenschicht 2b, eine zweite Trennschicht 3b, eine zweite Kathodenschicht 4b und eine zweite Kathodenstromsammeleinheit 5b, die in dieser Reihenfolge von einer anderen Fläche s12 der Anodenstromsammeleinheit 1 angeordnet sind. Die erste Kathodenstromsammeleinheit 5a und die zweite Kathodenstromsammeleinheit 5b sind miteinander verbunden und bilden die Kathodenlasche 5t. Auch die isolierende Schutzschicht 7 ist zwischen der zweiten Kathodenstromsammeleinheit 5b und dem Seitenflächenabschnitt der Anode (Anodenstromsammeleinheit 1, erste Anodenschicht 2a und zweite Anodenschicht 2b) angeordnet, um einen Kurzschluss zu verhindern.
  • Der in 7 gezeigte Elektrodenkörper E ist zum Beispiel als Elektrodenkörper verwendbar, der in einer Festkörperbatterie verwendet wird, die einen anorganischen Festelektrolyten, wie z. B. einen Oxid-Festelektrolyten und einen Sulfid-Festelektrolyten aufweist. In einer Festkörperbatterie, die einen anorganischen Festelektrolyten aufweist, muss der Elektrodenkörper unter sehr hohem Druck gepresst werden, um gute lonenleitpfade zu bilden. Da in diesem Fall die Konfiguration der anderen Schichten zur Kathodenstromsammeleinheit 1 symmetrisch ist, ist der in 7 gezeigte Elektrodenkörper E dahingehend vorteilhaft, dass eine Belastung bzw. Spannung aufgrund der unterschiedlichen Dehnungsfähigkeiten der Kathodenschicht und der Anodenschicht wahrscheinlich nicht erzeugt wird. Insbesondere sind in dem in 7 gezeigten Elektrodenkörper E die erste Anodenschicht 2a, die erste Trennschicht 3a, die erste Kathodenschicht 4a und die erste Kathodenstromsammeleinheit 5a in dieser Reihenfolge auf einer Fläche s11 in Bezug auf die Anodenstromsammeleinheit 1 angeordnet, und die zweite Anodenschicht 2b, die zweite Trennschicht 3b, die zweite Kathodenschicht 4b und die zweite Kathodenstromsammeleinheit 5b sind in dieser Reihenfolge auf einer anderen Fläche s12 angeordnet. Da die Konfiguration der anderen Schichten in Bezug auf die Kathodenstromsammeleinheit 1, wie oben beschrieben, symmetrisch ist, wird eine Belastung aufgrund der unterschiedlichen Dehnungsfähigkeiten der Kathodenstromsammeleinheit und der Anodenschicht wahrscheinlich nicht erzeugt. Als Ergebnis können der Bruch der Anodenstromsammeleinheit und die Rissbildung in der Kathodenschicht und der Anodenschicht unterdrückt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch eine Vielzahl von in 7 gezeigten Elektrodenkörpern E verwendet werden, die in Dickenrichtung gestapelt werden können, um einen Elektrodenkörper E' zu bilden. Zu dieser Zeit können die gegenüberliegenden Kathodenstromsammeleinheiten (die erste Kathodenstromsammeleinheit (5a) in einem Elektrodenkörper (E) und die zweite Kathodenstromsammeleinheit (5b) in einem anderen Elektrodenkörper (E)) unterschiedliche Elemente sein und können ein Element bilden (eine Kathodenstromsammeleinheit kann gemeinsam genutzt werden).
  • Auch der in 7 gezeigte Elektrodenkörper E weist zwei Kathodenstromsammeleinheiten pro Anodenstromsammeleinheit auf. Währenddessen kann der Elektrodenkörper gemäß der vorliegenden Erfindung zwei Anodenstromsammeleinheiten pro Kathodenstromsammeleinheit aufweisen. Das heißt, der Elektrodenkörper in der vorliegenden Erfindung kann eine Kathodenstromsammeleinheit, eine erste Kathodenschicht, eine erste Trennschicht, eine erste Anodenschicht und eine erste Anodenstromsammeleinheit, die in dieser Reihenfolge von einer Fläche der Kathodenstromsammeleinheit aus angeordnet sind, und eine zweite Kathodenschicht, eine zweite Trennschicht, eine zweite Anodenschicht und eine zweite Anodenstromsammeleinheit, die in dieser Reihenfolge von einer anderen Fläche der Kathodenstromsammeleinheit aus angeordnet sind, aufweisen. In diesem Fall können die erste Anodenstromsammeleinheit und die zweite Anodenstromsammeleinheit miteinander verbunden sein, um eine Anodenlasche zu bilden.
  • 8 ist eine schematische Querschnittansicht, die einen Elektrodenkörper gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, und ist eine schematische Querschnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine Vielzahl von Energieerzeugungselementen in Reihe verbunden ist. Der in 8 gezeigte Elektrodenkörper E weist ein Energieerzeugungselement A, das eine erste Kathodenschicht 4a, eine erste Trennschicht 3a und eine erste Anodenschicht 2a aufweist, und ein Energieerzeugungselement B, das eine zweite Kathodenschicht 4b, eine zweite Trennschicht 3b und eine zweite Anodenschicht 2b aufweist, auf. Die erste Kathodenschicht 4a im Energieerzeugungselement A ist mit der Kathodenstromsammeleinheit 5 verbunden, und die zweite Anodenschicht 2b im Energieerzeugungselement B ist mit der Anodenstromsammeleinheit 1 verbunden. Auch die erste Anodenschicht 2a im Energieerzeugungselement A und die zweite Kathodenschicht 4b im Energieerzeugungselement B sind über die dazwischenliegende Stromsammeleinheit 6 elektrisch verbunden.
  • Die Kathodenschicht weist mindestens ein Kathodenaktivmaterial auf. Ferner kann die Kathodenschicht mindestens eines der Elemente, leitfähiges Material, Elektrolyt und Bindemittel, aufweisen. Beispiele für das aktive Kathodenaktivmaterial können ein aktives Oxidmaterial aufweisen. Beispiele für das aktive Oxidmaterial können aktive Materialien vom Steinsalzbetttyp, wie etwa LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, aktive Materialien vom Spinelltyp, wie etwa LiMn2O4, und aktive Materialien vom Olivintyp, wie etwa LiFePO4, aufweisen. Auch Schwefel (S) kann als Kathodenaktivmaterial verwendet werden. Beispiele für die Form des Kathodenaktivmaterials können eine körnige Form aufweisen. Beispiele für das leitende Material können ein Kohlenstoffmaterial aufweisen. Der Elektrolyt kann ein flüssiger Elektrolyt oder ein Festelektrolyt sein. Der flüssige Elektrolyt (Elektrolytlösung) weist zum Beispiel Trägersalze, wie etwa LiPF6, und ein Lösungsmittel, wie etwa ein Lösungsmittel auf Karbonatbasis, auf. Der Festelektrolyt kann ein organischer Festelektrolyt, wie etwa ein Gelelektrolyt, und ein anorganischer Festelektrolyt, wie etwa ein Oxidfestelektrolyt und ein Sulfidfestelektrolyt, sein. Zum Beispiel kann ein Bindemittel ein kautschukbasiertes Bindemittel und ein fluoridbasiertes Bindemittel aufweisen.
  • Die Anodenschicht weist mindestens ein Anodenaktivmaterial auf. Ferner kann die Anodenschicht mindestens eines der folgenden Elemente, leitfähiges Material, Elektrolyt und Bindemittel, aufweisen. Beispiele für das Anodenaktivmaterial können ein metallisches Aktivmaterial, wie etwa Li und Si, ein Kohlenstoffaktivmaterial, wie etwa Graphit, und ein aktives Oxidmaterial, wie etwa Li4Ti5O12, aufweisen. Beispiele für die Form des Anodenaktivmaterials können eine körnige Form und eine Folienform aufweisen. Das leitfähige Material, der Elektrolyt und das Bindemittel sind dieselben, die oben beschrieben wurden. Die Trennschicht weist mindestens einen Elektrolyten auf. Der Elektrolyt kann ein flüssiger Elektrolyt sein und kann ein fester Elektrolyt sein. Beispiele für das Material der Kathodenstromsammeleinheit können auch Aluminium, SUS, Nickel und Kohlenstoff aufweisen. Beispiele für das Material der Anodenstromsammeleinheit können Kupfer, SUS, Nickel und Kohlenstoff aufweisen. Die Form der Kathodenstromsammeleinheit und der Anodenstromsammeleinheit ist zum Beispiel eine Folienform.
  • 3. Batterie
  • Die Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen Außenkörper, der einen Innenbereich aufweist, der so konfiguriert ist, dass er den Elektrodenkörper unterbringt, auf. Der Außenkörper kann oder kann nicht Flexibilität aufweisen. Beispiele für ersteres können eine Aluminium-Laminatfolie aufweisen und Beispiele für letzteres können ein Gehäuse aus SUS aufweisen. Wenn der Außenkörper eine Verbundfolie ist, kann auch ein Versiegelungsbereich, in dem die inneren Harzschichten der Verbundfolie geschmolzen ist, zwischen dem Innenbereich und dem Außenbereich des Außenkörpers vorhanden sein.
  • Die Art der Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch nicht besonders begrenzt und ist typischerweise eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie. Ferner ist die Verwendung der Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung nicht besonders begrenzt und Beispiele dafür können eine Energiezufuhr für ein Fahrzeug, wie etwa ein Hybrid-Elektrofahrzeug, ein Batterieelektrofahrzeug, ein benzinbetriebenes Fahrzeug und ein dieselbetriebenes Fahrzeug, aufweisen. Insbesondere wird sie vorzugsweise bei der Energiezufuhr eines Hybrid-Elektrofahrzeugs oder eines Batterieelektrofahrzeugs verwendet. Die Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch als Energiequelle für andere bewegliche Objekte als Fahrzeuge, wie z. B. Schienenfahrzeuge, Schiffe und Flugzeuge, oder als Energiequelle für elektrische Geräte wie z. B. Informationsverarbeitungsvorrichtungen verwendet werden.
  • Im Übrigen ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen begrenzt. Die Ausführungsformen sind beispielhaft, und alle anderen Varianten sollen im technischen Umfang der vorliegenden Erfindung vorhanden sein, wenn sie im Wesentlichen die gleiche Beschaffenheit wie die im Anspruch der vorliegenden Erfindung beschriebene technische Idee aufweisen und eine ähnliche Funktionsweise und einen ähnlichen Effekt bereitstellen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Anodenstromsammeleinheit
    1t
    Anodenlasche
    2
    Anodenschicht
    3
    Trennschicht
    4
    Kathodenschicht
    5
    Kathodenstromsammeleinheit
    5t
    Kathodenlasche
    10
    erster Elektrodenkörper
    20
    zweiter Elektrodenkörper
    30
    isolierendes Element
    40
    Verbindungselement
    50
    Außenkörper
    60
    Elektrodenanschluss
    61
    innerer Stromsammelabschnitt
    62
    äußerer Stromsammelabschnitt
    63
    Zwischenabschnitt
    70
    isolierende Schutzschicht
    100
    Batterie
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 5550805 [0003]

Claims (6)

  1. Batterie, die einen Elektrodenkörper und einen Außenkörper, der einen Innenbereich aufweist, der so konfiguriert ist, dass er den Elektrodenkörper unterbringt, aufweist, wobei die Batterie einen Elektrodenanschluss aufweist, der so angeordnet ist, dass er sich von dem Innenbereich zu einem Außenbereich des Außenkörpers ausbreitet, der Elektrodenanschluss einen inneren Stromsammelabschnitt, der in dem Innenbereich angeordnet und mit einer Elektrodenlasche des Elektrodenkörpers verbunden ist, und einen äußeren Stromsammelabschnitt, der in dem Außenbereich angeordnet ist, aufweist, und eine Breite des inneren Stromsammelabschnitts größer als eine Breite des äußeren Stromsammelabschnitts ist.
  2. Batterie gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite der Elektrodenlasche, die mit dem inneren Stromsammelabschnitt verbunden ist, größer als eine Breite des äußeren Stromsammelabschnitts ist.
  3. Batterie gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenanschluss zwischen dem inneren Stromsammelabschnitt und dem äußeren Stromsammelabschnitt angeordnet ist und einen Zwischenabschnitt, der in einem Dichtungsbereich des Außenkörpers angeordnet ist, aufweist.
  4. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Form in der Draufsicht des Elektrodenanschlusses eine L-Form ist.
  5. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie mindestens einen ersten Elektrodenkörper und einen zweiten Elektrodenkörper als eine Vielzahl von Elektrodenkörpern aufweist, der erste Elektrodenkörper eine Elektrodenlasche P aufweist, der zweite Elektrodenkörper eine Elektrodenlasche R aufweist, die eine zur Elektrodenlasche P entgegengesetzte Polarität aufweist, die Elektrodenlasche P und die Elektrodenlasche R im Innenbereich verbunden sind.
  6. Batterie gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektrodenkörper und der zweite Elektrodenkörper entlang einer Dickenrichtung über ein isolierendes Element gestapelt sind, und der erste Elektrodenkörper und der zweite Elektrodenkörper jeweils aufweisen: eine Anodenstromsammeleinheit, eine erste Anodenschicht, eine erste Trennschicht, eine erste Kathodenschicht und eine erste Kathodenstromsammeleinheit, die in dieser Reihenfolge von einer Fläche der Anodenstromsammeleinheit aus angeordnet sind, und eine zweite Anodenschicht, eine zweite Trennschicht, eine zweite Kathodenschicht und eine zweite Kathodenstromsammeleinheit, die in dieser Reihenfolge von einer anderen Fläche der Anodenstromsammeleinheit aus angeordnet sind.
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