JP2012018795A - ラミネート型の電池および電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池および電池モジュールの全体積あたりの容量を向上させることが可能な構造を提供することにある。
【解決手段】ラミネート型の電池５０は、正電極シート４２、負電極シート４４およびセパレータ４６を備えている。正電極シート４２は、正極合剤が塗布された正電極部４２ａと、正電極部から延在し、正極合剤が塗布されていない第１の未塗布部４２ｂとを有する。負電極シート４４は、正電極部と対応する形状に負極合剤が塗布され、正電極部に対向した負電極部４４ａと、負電極部から延在し、負極合剤が塗布されていない第２の未塗布部４４ｂとを有する。セパレータ４６は、正電極部４２ａと負電極部４４ａとを離間させる。正電極部および負電極部は、矩形の外周部に２箇所の切り欠き部４２ｄ，４４ｄが形成された形状である。第１の未塗布部４２ｂは一方の切り欠き部に位置しており、第２の未塗布部４４ｂは他方の切り欠き部に位置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート状の正電極と負電極とが互いに積層された電極積層体を含む、ラミネート型の電池および電池モジュールに関する。

近年、携帯電話やノートパソコンなどの携帯端末に使用される電池は、軽量かつ高容量のものが必要とされることが多く、比較的形状の自由度が高いラミネート型の電池が採用されるようになってきている。ラミネート型の電池は、外装フィルムによって電極や電解質等の電池要素が密閉されている。一般に、ラミネート型の電池は、複数の電池を互いに積層させて直列または並列に接続され、もしくは複数の電池のうちの一部が互いに直列に接続され、他の一部が互いに並列に接続された電池モジュールとして用いられる。そのような電池モジュールは、自転車、自動車および電動工具のように、大電流が必要となる機器に使用されることが増えている。特許文献１は、このようなラミネート型の電池を開示している。

図７はラミネート型の電池を構成する電極積層体の典型的な構成を概略的に示しており、図８は当該電池をラミネートフィルムで外装したラミネート型の電池の構成を概略的に示している。図７、図８が示すように、ラミネート型の電池２０は、正電極シート１２と負電極シート１４とがセパレータ１６を介して積層した電極積層体１０を備えている。

正電極シート１２は、表面に正極合剤層が塗布された、集電体としての金属シートを有する。負電極シート１４は、表面に負極合剤層が塗布された、集電体としての金属シートを有する。図７および図８に示すように、正電極シート１２の、正極合剤層が塗布された正電極部１２ａと、負電極シート１４の、負極合剤層が塗布された負電極部１４ａとは、実質的に矩形形状である。

正電極部１２ａからは、正極合剤層が塗布されていない第１の未塗布部１２ｂが突出している。負電極部１４ａからは、負極合剤層が塗布されていない第２の未塗布部１４ｂが突出している。これらの未塗布部１２ｂ，１４ｂには引き出しリード２２，２４が接続される。

電極積層体１０は、外装フィルム２６で覆われている。各極の未塗布部１２ｂ，１４ｂに接続された引き出しリード２２，２４の一端は、外装フィルム２６の外部に突出しており、外装フィルムと引き出しリードが重なる部分は外装フィルム内部に封入される電解液が漏れないように液密に封止されている。図８に示すように、外装フィルム２６で覆われた電池２０単体を、「セル」と称することもある。

電池モジュールは、互いに積層された複数のセル２０が、図９に示すようなケース３０に収納されて構成される。複数の電池は、互いに直列または並列に接続されているか、もしくは複数の電池のうちの一部が互いに直列に接続され、他の一部が互いに並列に接続されている。

特開２０００−２０８１１０号公報

上記のように、未塗布部１２ｂ，１４ｂが正電極部１２ａおよび負電極部１４ａから突出している場合、図８に示すように、未塗布部１２ｂ，１４ｂの周辺には、電池の容量に寄与しない領域２８が生じる。このような電極積層体を、外装フィルム２６で覆うと、容量に寄与しない領域２８が存在することになるため、電池２０の全体積あたりの容量は低下してしまう。また、このような電池２０を用いて組み立てられた電池モジュールにおいても、電池モジュールの全体積あたりの容量が低下する。

本発明の目的は、ラミネート型の電池および電池モジュールの全体積あたりの容量を向上させることが可能な構造を提供することにある。

上述の課題を解決するため、本発明のラミネート型の電池は、正電極シート、負電極シートおよびセパレータを備えた電極積層体を有し、正電極シートは、正極合剤が塗布された正電極部と、該正電極部から延在し、正極合剤が塗布されていない第１の未塗布部とを有し、負電極シートは、正極合剤と対応する形状に負極合剤が塗布され、正電極部に対向した負電極部と、該負電極部から延在し、負極合剤が塗布されていない第２の未塗布部とを有する。セパレータは、正電極部と負電極部とを離間させる。正電極シートおよび負電極シートの一部にそれぞれ切り欠き部が設けられ、第１の未塗布部と第２の未塗布部とがそれぞれの切り欠き部に対応する位置に配置されている。

具体的な一態様では、正電極部および負電極部は、矩形の外周部に２箇所の切り欠き部が形成された形状である。第１の未塗布部は一方の切り欠き部に位置しており、第２の未塗布部は他方の切り欠き部に位置している。

また、本発明の電池モジュールは、上記電池を複数備えている。複数の電池は互いに積層されている。複数の電池は、互いに直列または並列に接続されているか、もしくは複数の電池のうちの一部が互いに直列に接続され、かつ他の一部が互いに並列に接続されている。

本発明によれば、正電極部、負電極部および未塗布部が切り欠き部に位置しているため、全体として整った形状、一例として略矩形形状になる。したがって、電極積層体の未塗布部の周辺も電池の容量に寄与するため、電池の全体積あたりの容量を向上させることが可能である。これにより、電池モジュールの全体積あたりの容量も向上させることができる。

本発明の一例におけるラミネート型の電池を構成する電極積層体の概略分解斜視図である。 図１に示す電極積層体を備えたラミネート型の電池の概略図である。 正電極シート側から見た電極積層体の概略平面図である。 本発明の別の例におけるラミネート型の電池を構成する電極積層体の概略分解斜視図である。 図４に示す電極積層体を備えたラミネート型の電池の概略図である。 図５に示すラミネート型の電池の概略平面図である。 従来のラミネート型の電池を構成する電極積層体の概略分解斜視図である。 図７に示す電極積層体を備えたラミネート型の電池の概略図である。 複数のラミネート型の電池を収納するケースの外形図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本発明は、例えばリチウムイオン二次電池のようなラミネート型の電池全般に適用できる。本発明のラミネート型の電池および電池モジュールは、電動アシスト付自転車、電動工具、自動車等に使用することができる。

図１は、本発明の一例におけるラミネート型の電池を構成する電極積層体の概略分解斜視図であり、図２はこの電極積層体を備えたラミネート型の電池の概略図である。図３は、正電極シート側から見た電極積層体の概略平面図である。ラミネート型の電池２０を構成する電極積層体４０は、正電極シート４２、負電極シート４４およびセパレータ４６を有する。

正電極シート４２は、正電極部４２ａと、正電極部４２ａから延在した第１の未塗布部４２ｂとを有する。正電極シート４２は、集電体となる金属シートの表面に正極合剤が塗布された構成となっている。正電極部４２ａは、金属シート上の、正極合剤が塗布された部分として構成され、第１の未塗布部４２ｂは、金属シート上の、正極合剤層が塗布されていない部分として構成される。

負電極シート４４は、正電極部４２ａに対向した負電極部４４ａと、負電極部４４ａから延在した第２の未塗布部４４ｂとからなる。負電極シート４４の負電極部４４ａの形状は、正電極シート４２の正電極部４２ａの形状に対応しており、負電極部の面積は正電極部の面積と同等か、わずかに大きいものの、実質的に同一の形状になっている。負電極シート４４は、集電体となる金属シートの表面に負極合剤層が塗布された構成となっている。負電極部４４ａは、金属シート上の、負極合剤が塗布された部分として構成され、第２の未塗布部４４ｂは、金属シート上の、負極合剤が塗布されていない部分として構成されている。正電極部４２ａの形状と負電極部４４ａの形状とは、ほぼ同一の形状になっている。

セパレータ４６は、正電極部４２ａおよび負電極部４４ａと概ね同一の形状になっていることが好ましい。セパレータ４６は、正電極部４２ａと負電極部４４ａとが接触しないように、正電極部４２ａと負電極部４４ａとを離間している。セパレータ４６は、例えば、非水電解質を保持するポリマーシートからなる。

図１〜図３に示すように、正電極部４２ａおよび負電極部４４ａは、矩形の外周部に切り欠き部４２ｄ，４４ｄが２箇所ずつ形成された形状である。第１の未塗布部４２ｂは、一方の切り欠き部に位置しており、第２の未塗布部４４ｂは他方の切り欠き部に位置している。

図１および図２に示す例では、正電極部４２ａおよび負電極部４４ａは、２箇所ずつ形成された切り欠き部４２ｄ，４４ｄが矩形の一辺に設けられた形状である。具体的には、一方の切り欠き部が矩形の一辺の一端に位置しており、他方の切り欠き部が矩形の一辺の他端に位置している。その結果、正電極部４２ａおよび負電極部４４ａは、正極および負極の合剤が塗布された矩形形状の部分と、当該部分から突出した突出部４２ｃおよび４４ｃと、を有する。これらの突出部４２ｃおよび４４ｃは、未塗布部４２ｂ，４４ｂとは重ならない領域に設けられており、電極積層体４０は全体として略矩形形状になる。

図４は、別の例におけるラミネート型の電池７０を構成する電極積層体６０を示しており、図５は、図４に示す電極積層体６０を備えたラミネート型の電池７０を示している。図６は、図５に示すラミネート型の電池７０の概略平面図である。なお、図６では、外装フィルム７６内に隠れている構成を点線によって図示している。

電池７０および電極積層体６０の基本構成は、図１〜図３に示す例と同様であり、正電極シート６２の正電極部６２ａと負電極シート６４の負電極部６４ａは、矩形の外周部に２箇所の切り欠き部６２ｄ，６４ｄが形成された形状である。第１の未塗布部６２ｂは、一方の切り欠き部に位置しており、第２の未塗布部６４ｂは他方の切り欠き部に位置している。ただし、電極積層体６０を構成する各電極シート６２，６４およびセパレータ６６の形状が異なっている。

図４〜図６では、一方の切り欠き部が矩形の一辺の中央に位置しており、他方の切り欠き部が矩形の別の一辺の中央に位置している。その結果、第１の未塗布部６２ｂおよび第２の未塗布部６４ｂの両側に、各電極部６２ａ，６４ａが存在し、電極積層体６０が全体として略矩形形状になる。

図２および図５に示すように、ラミネート型の電池５０，７０は、電極積層体４０，６０全体を覆い、封止する外装フィルム５６，７６を有する。第１の未塗布部４２ｂ，６２ｂには、第１の引き出しリード５２，７２となるべき金属タブが接続されている。第２の未塗布部４４ｂ，６４ｂには、第２の引き出しリード５４，７４となるべき金属タブが接続されている。金属タブは、外装フィルム５６，７６を貫通し、外装フィルム５６，７６の外部へ引き出されている。

上記構成のラミネート型の電池５０，７０によれば、電極積層体４０，６０が全体として略矩形形状になるため、電極積層体４０，６０の未塗布部４２ｂ，４４ｂ，６２ｂ，６４ｂの周辺も電池５０，７０の容量に寄与する領域となる。そのため、電池５０，７０の全体積あたりの容量が向上する。

本発明の電池モジュールは、上記のラミネート型の電池を複数備えている。複数の電池は互いに積層されている。複数の電池は、互いに直列または並列に接続されているか、もしくは複数の電池のうちの一部が互いに直列に接続され、かつ他の一部が互いに並列に接続されている。このように積層された電池は、例えば図９に示すケース３０に収納される。互いに接続される電池の数は、電池モジュールの容量や電圧に応じて適宜選定される。

上記の電池５０，７０は、略矩形形状であるため、できるだけ無駄な空間が生じないようにケース３０に収納することができる。その結果、電池モジュールの全体積あたりの容量を向上させることができる。

図５および図６に示すように、第１および第２の未塗布部６２ｂ，６４ｂは、切り欠き部６２ｄ，６４ｄから突出しておらず、外装フィルム７６は、仮想的な矩形形状（図６の点線部分を含む最外周の矩形形状の部分）９０の直線状の端辺７６ａの、切り欠き部６２ｄ，６４ｄに対応する部分が切り欠かれた形状であることが好ましい。この場合、引き出しリード７２，７４は、外装フィルム７６の切り欠かれた部分に引き出されており、引き出しリード７２，７４の先端の一辺が、仮想的な矩形形状９０の端辺と同一の直線上に構成されていることが好ましい。これにより、ラミネート型の電池５０，７０全体の形状を、より矩形形状に近づけることができる。

ラミネート型の電池を構成する電極積層体は、複数の正電極シートおよび負電極シートを含んでいてもよい。つまり、電極積層体は、正電極シートと負電極シートとが、セパレータを介して交互に任意の数だけ積層された構成を有していて良い。なお、電極積層体は、正電極シートと負電極シートとを少なくとも１つずつ備えていれば、電池として機能し得る。

正電極シートを構成する集電体および正極合剤層の材料と、負電極シートを構成する集電体および負極合剤層とは、電池として機能する限り、任意の材料の組み合わせによって構成されていて良い。

上記実施形態では、切り欠き部４２ｄ，４４ｄは正極用の引き出しリードと負極用の引き出しリードに対応して２箇所形成されているが、可能であれば、切り欠き部は１箇所であっても良く、３箇所以上であっても良い。

［実施例］
以下、ラミネート型の電池の詳細な実施例について説明する。本実施例における電池は、図１および図２で示すものと同じ構造を有している。本実施例では、正電極シート４２を構成する集電体として、アルミニウム箔を用いる。このアルミニウム箔の両面には、正極合剤層として、マンガン酸リチウムを含む層が形成されている。負電シートを構成する集電体としては銅箔を用いる。この銅箔の両面には、負極合剤層としては、黒鉛を含む層が形成されている。

本実施例では、電極積層体４０は、正電極シート４２と負電極シート４４とがセパレータ４６を介して互いに積層されて構成されている。第１の未塗布部４２ｂと第１の引き出しリード５２となるアルミニウムタブとが接続されている。第２の未塗布部４４ｂと第２の引き出しリード５４となるニッケルタブとが接続されている。電極積層体４０は一組のフィルムからなる外装フィルム５６で覆われている。一組のフィルムは、電極積層体４０の周囲で熱溶着されており、引き出しリード５２，５４が外装フィルム２６の外部に突出しており、外装フィルムと引き出しリードが重なる部分は外装フィルム内部に封入される電解液が漏れないように液密に封止される。

本実施例では、図１に示すように、正電極部４２ａおよび負電極部４４ａは、矩形形状の一辺の両端に長方形状の切り欠き部４２ｄ，４４ｄが形成された形状になっている。その結果、正電極部４２ａおよび負電極部４４ａは、矩形形状の部分（以下、矩形形状部と呼ぶ。）と、当該矩形形状部から突出した突出部４２ｃ，４４ｃとを有する。

ここで、正電極部４２ａおよび負電極部４４ａの矩形形状部の寸法は５０ｍｍ×１００ｍｍとし、突出部４２ｃ，４４ｃの寸法は１０×１５ｍｍとした。セパレータ４６も同様の形状をしており、セパレータ４６の矩形形状部（各電極部４２ａ，４４ａの矩形形状部と重なる部分）の寸法は５４ｍｍ×１０４ｍｍとし、セパレータ４６の突出部４６ｃの寸法は１４ｍｍ×１９ｍｍとした。第１の未塗布部４２ｂおよび第２の未塗布部４４ｂの寸法は１３ｍｍ×１０ｍｍとした。

本実施例では、正電極シート４２と負電極シート４４とはセパレータ４６を介して交互に積層されており、合計１５枚の負電極シート４４と、合計１４枚の正電極シート４２と、合計２８枚のセパレータ４６とが用いられている。

電池５０の外形寸法は８２ｍｍ×１６０ｍｍであり、第１および第２の引き出しリード５２，５４のリード長が１０ｍｍである。外装フィルム５６の端辺７６ａと引き出しリード５２，５４の先端の一辺は同一直線上にある。

この電池５０を７個積層して互いに直列接続し、図９に示すようなケース３０に収納して、電池モジュールを構成した。

［比較例］
比較例のラミネート型の電池は、図７および図８で示す構成を有し、正電極部１２ａ、負電極部１４ａおよびセパレータ１６が矩形形状であり、各電極部１２ａ，１４ａから未塗布部１２ｂ，１４ｂが突出していること以外は上記実施例と同様の構成である。各電極部１２ａ，１４ａの寸法は５０ｍｍ×１００ｍｍとし、セパレータ１６の寸法は５４ｍｍ×１０４ｍｍとした。未塗布部１２ｂ、１４ｂの寸法は１３ｍｍ×１０ｍｍとした。電極積層体１０は、正電極シート１２を１４枚、負電極シートを１５枚、セパレータを２８枚有している。電池２０の外形寸法は、８２ｍｍ×１５０ｍｍであり、第１および第２の引き出しリード２２，２４が外装フィルム２６の端辺よりも１０ｍｍ突出している。

この電池２０を７個積層して直列接続し、図９に示す外装ケース３０に収納し、電池モジュールを構成した。ここで、ラミネート型の電池を収納するための外装ケースの寸法は、実施例および比較例において同じになる。

以下、実施例および比較例における、電池単体および電池モジュール全体について、容量を測定した結果について説明する。

実施例および比較例の電池２０，５０を各々１００個作製し、それらの容量を測定した。その結果、容量の平均値は、実施例が４１５４ｍＡｈであり、比較例が３９９０ｍＡｈであった。このように、本実施例の電池では、比較例の電池よりも容量が向上している。

次に、実施例および比較例の電池モジュールを各々１０個作製し、容量を測定した。容量の平均値は、実施例が４１５０ｍＡｈであり、比較例が３９８８ｍＡｈであった。このように、本実施例では、同体積の電池モジュールにおいて、４．１％の体積容量の向上が確認された。

以上、本発明の望ましい実施形態および実施例について提示し、詳細に説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない限り、さまざまな変更及び修正が可能であることを理解されたい。

１０，４０，６０ 電極積層体
１２，４２，６２ 正電極シート
１２ａ，４２ａ，６２ａ 正電極部
１２ｂ，４２ｂ，６２ｂ 第１の未塗布部
１４，４４，６４ 負電極シート
１４ａ，４４ａ，６４ａ 負電極部
１４ｂ，４４ｂ，６４ｂ 第２の未塗布部
１６，４６，６６ セパレータ
２０，５０，７０ ラミネート型の電池
２２，５２，７２ 第１の引き出しリード
２４，５４，７４ 第２の引き出しリード
２６，５６，７６ 外装フィルム
２８ 容量に寄与しない領域
３０ ケース
４２ｃ，４４ｃ，４６ｃ 突出部
４２ｄ，４４ｄ，６２ｄ，６４ｄ 切り欠き部

Claims (6)

1. 正極合剤が塗布された正電極部と、該正電極部から延在し、前記正極合剤が塗布されていない第１の未塗布部と、を有する正電極シートと、
   前記正極合剤と対応する形状に負極合剤が塗布され、前記正電極部に対向した負電極部と、該負電極部から延在し、前記負極合剤が塗布されていない第２の未塗布部と、を有する負電極シートと、
   前記正電極部と前記負電極部とを離間させるセパレータと、を有する電極積層体を備え、
   前記正電極部および前記負電極部は、矩形の外周部に２箇所の切り欠き部が形成された形状であり、
   前記第１の未塗布部は一方の前記切り欠き部に位置しており、前記第２の未塗布部は他方の前記切り欠き部に位置している、ラミネート型の電池。
2. 前記電極積層体を覆う外装フィルムと、前記第１の未塗布部および前記第２の未塗布部にそれぞれ接続された引き出しリードと、をさらに有し、
   各々の前記未塗布部は、各々の前記切り欠き部から突出しておらず、
   前記外装フィルムは仮想的な矩形形状から前記切り欠き部に対応する部分が切り欠かれた形状であり、前記引き出しリードは前記外装フィルムの切り欠かれた部分に引き出されており、前記引き出しリードの先端の一辺が前記仮想的な矩形形状の端辺と同一の直線上に構成されている、請求項１に記載のラミネート型の電池。
3. 前記切り欠き部は、前記矩形の一辺の両端に位置している、請求項１または２に記載のラミネート型の電池。
4. 前記切り欠き部は、前記矩形の一辺と該一辺に対向する辺とに、１箇所ずつ形成されている、請求項１または２に記載のラミネート型の電池。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の電池を複数備え、
   前記複数の電池が互いに積層されており、
   前記複数の電池が互いに直列または並列に接続されているか、もしくは前記複数の電池のうちの一部が互いに直列に接続され、かつ他の一部が互いに並列に接続されている、電池モジュール。
6. 集電体の表面に正極合剤が塗布された正電極部と、該正極合剤が塗布されていない第１の未塗布部とを有する正電極シートと、
   別の集電体の表面に負電合剤が塗布された負電極部と、該負極合剤が塗布されていない第２の未塗布部とを有する負電極シートと、
   前記正電極部と前記負電極部とを離間させるセパレータと、を備え、
   前記正電極シートおよび前記負電極シートの一部にそれぞれ切り欠き部が設けられ、前記第１の未塗布部と前記第２の未塗布部とがそれぞれの前記切り欠き部に対応する位置に配置されている、ラミネート型の電池。

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