JP2012221688A - 積層電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】単位電池の電極に積層された集電箔と端子との接合部の強度が高く信頼性が向上し、接合部の容積を低減し得る積層電池を提供する。
【解決手段】集電箔を有する正極と集電箔を有する負極が電解質を介して積層された単位電池が複数個積層された積層電池１であって、各単位電池の端部に沿って積層方向に延びる端子６を備え、各集電箔の端部３に設けられた折り重ね部４の各接合面５が、各単位電池の積層方向と垂直な方向で個別に接合されてなる電池。
【選択図】図２
【解決手段】集電箔を有する正極と集電箔を有する負極が電解質を介して積層された単位電池が複数個積層された積層電池１であって、各単位電池の端部に沿って積層方向に延びる端子６を備え、各集電箔の端部３に設けられた折り重ね部４の各接合面５が、各単位電池の積層方向と垂直な方向で個別に接合されてなる電池。
【選択図】図２
Description
本発明は、積層電池に関し、さらに詳しくは電極に積層された集電箔と端子とが特定の接続構造を有することによって単位電池の電極に積層された集電箔と端子との接合部の強度が高く接合の信頼性が向上し得る積層電池に関する。
近年、高電圧および高エネルギー密度を有する電池としてリチウム電池が実用化されている。リチウム電池の用途が広い分野に拡大していることおよび高性能の要求から、リチウム電池の更なる性能向上のために種々の研究が行われている。
その中で、従来用いられてきた非水電解液系のリチウム電池に比べて燃えやすい電解液を用いないため安全性が高くセルの形状の自由度が高く構造の自由度が増し補器の数を減らすことができる等の多くの利点を有し得ることから、固体電池の実用化が期待されている。
その中で、従来用いられてきた非水電解液系のリチウム電池に比べて燃えやすい電解液を用いないため安全性が高くセルの形状の自由度が高く構造の自由度が増し補器の数を減らすことができる等の多くの利点を有し得ることから、固体電池の実用化が期待されている。
しかし、固体電池の実用化が実現するためには、高容量・高出力を与え得る固体電解質の創出および／又は高電極利用効率を実現し得る電極を創出することなどの様々な改良が必要である。
正極および負極に各々集電箔が積層された単位電池においては、電池の容量密度を高めるために集電箔の薄箔化が図られている。
一方、必要な容量・出力を得るために各単位電池を接続する場合があるが、集電箔の薄箔化により単位電池を接続するための端子と集電箔との接合に問題が生じる場合がある。
この端子と薄層化された集電箔との接合の問題は、固体電池においては他の電池に対する優位性の１つを損なう事項であり、また非水電解液系のリチウム二次電池などの他の種類の電池においても解決すべき事項であり、特に固体電池において集電箔を薄箔化した場合に顕著な課題である。
このため、単位電池を積層した積層電池において集電箔と端子との接続部の特性を改良する様々な試みがなされている。
正極および負極に各々集電箔が積層された単位電池においては、電池の容量密度を高めるために集電箔の薄箔化が図られている。
一方、必要な容量・出力を得るために各単位電池を接続する場合があるが、集電箔の薄箔化により単位電池を接続するための端子と集電箔との接合に問題が生じる場合がある。
この端子と薄層化された集電箔との接合の問題は、固体電池においては他の電池に対する優位性の１つを損なう事項であり、また非水電解液系のリチウム二次電池などの他の種類の電池においても解決すべき事項であり、特に固体電池において集電箔を薄箔化した場合に顕著な課題である。
このため、単位電池を積層した積層電池において集電箔と端子との接続部の特性を改良する様々な試みがなされている。
例えば、特許文献１には、直方体状の電槽内に、多数の正極板と負極板とを絶縁シートを介して積層した極板郡を収納し、正極板と負極板との互いに反対側の側縁部を両極板の対向部分から外側に突出させ、突出部をリード部とした二次電池が記載されている。そして、具体例として側縁部に集電板が溶着され、集電板の両側縁を内側に折り曲げて極板と集電板との溶着時に加圧しても外側に広がらないようにした電池が示されている。
また、特許文献２には、正極電極と負極電極とを絶縁シートを介して積層した積層体から同一方向に引き出された正極タブおよび負極タブが、積層体の正極集電タブおよび負極集電タブの引き出し面に沿って引張り応力がかからずに曲げられてそれぞれ正極リード端子および負極リード端子と接続された積層型リチウムイオン電池が記載されている。そして、具体例として積層体と正極リード端子および負極リード端子とが正極集電タブおよび負極集電タブを介して接続され、正極集電タブおよび負極集電タブの先端が階段状である積層型リチウムイオン電池が示されている。
しかし、前記公報に記載の積層電池では、集電板（端子）と側縁部との接続部分が比較的コンパクトにし得る利点があるが接続として溶接が一般的であり、接続部の接続強度が低下あるいは接続部が切断し得る、あるいは接合部の容積が大きく積層電池の電流密度が低くなる。
従って、本発明の目的は、単位電池の電極に積層された集電箔と端子との接合部の強度が高く接合の信頼性が向上し得る積層電池を提供することである。
従って、本発明の目的は、単位電池の電極に積層された集電箔と端子との接合部の強度が高く接合の信頼性が向上し得る積層電池を提供することである。
本発明は、集電箔を有する正極と集電箔を有する負極が電解質を介して積層された単位電池が複数個積層された積層電池であって、
各単位電池の端部に沿って積層方向に延びる端子を備え、
各集電箔の端部に設けられた折り重ね部の各接合面が、各単位電池の積層方向と垂直な方向で個別に接合されてなる、前記電池に関する。
各単位電池の端部に沿って積層方向に延びる端子を備え、
各集電箔の端部に設けられた折り重ね部の各接合面が、各単位電池の積層方向と垂直な方向で個別に接合されてなる、前記電池に関する。
本発明によれば、単位電池の電極に積層された集電箔と端子との接合部の強度が高く信頼性が向上し、接合部の容積を低減し得る積層電池が得られる。
特に、本発明において、以下の実施態様を挙げることができる。
１）前記折り重ね部が、集電箔が２重以上折り畳まれた構造を有するものである前記積層電池。
２）前記折り重ね部が、ジャバラ状の曲げ構造を有するものである前記積層電池。
３）前記折り重ね部が、遊び曲げ構造を有するものである前記積層電池。
４）前記単位電池が、正極用集電箔、正極、固体電解質層、負極および負極用集電箔からなる固体電池である前記積層電池。
１）前記折り重ね部が、集電箔が２重以上折り畳まれた構造を有するものである前記積層電池。
２）前記折り重ね部が、ジャバラ状の曲げ構造を有するものである前記積層電池。
３）前記折り重ね部が、遊び曲げ構造を有するものである前記積層電池。
４）前記単位電池が、正極用集電箔、正極、固体電解質層、負極および負極用集電箔からなる固体電池である前記積層電池。
本発明においては、集電箔を有する正極と集電箔を有する負極が電解質を介して積層された単位電池が複数個積層された積層電池であって、
各単位電池の端部に沿って積層方向に延びる端子を備え、
各集電箔の端部に設けられた折り重ね部の各接合面が、各単位電池の積層方向と垂直な方向で個別に接合されてなることによって、単位電池の電極に積層された集電箔と端子との接合部の強度が高く信頼性が向上し得る。
各単位電池の端部に沿って積層方向に延びる端子を備え、
各集電箔の端部に設けられた折り重ね部の各接合面が、各単位電池の積層方向と垂直な方向で個別に接合されてなることによって、単位電池の電極に積層された集電箔と端子との接合部の強度が高く信頼性が向上し得る。
以下、図１〜１０を参照して本発明の実施の形態を詳説する。
本発明の積層電池１は、図１および図２に示すように、集電箔２を有する正極（図示せず）と集電箔２を有する負極（図示せず）が電解質（図示せず）を介して積層された単位電池が複数個積層されていて、各集電箔の端部３に設けられている折り重ね部４の各接合面５が、各単位電池の端部に沿って積層方向に延びて備えられた正極用および負極用の少なくとも２つの端子（端子金具ともいう）６の表面７に個別に接合されてなる。
本発明の積層電池１は、図１および図２に示すように、集電箔２を有する正極（図示せず）と集電箔２を有する負極（図示せず）が電解質（図示せず）を介して積層された単位電池が複数個積層されていて、各集電箔の端部３に設けられている折り重ね部４の各接合面５が、各単位電池の端部に沿って積層方向に延びて備えられた正極用および負極用の少なくとも２つの端子（端子金具ともいう）６の表面７に個別に接合されてなる。
本発明の実施態様の積層電池１において、集電箔の両方の折り重ね部４を除く長さは１０〜１５ｍｍの範囲、例えば１２ｍｍであり得て、折り重ね部４の長さは１．５〜３ｍｍの範囲、例えば２ｍｍであり得て、折り重ね部４の厚さは０．５〜２ｍｍの範囲、例えば０．５であり得る。
これに対して、従来の積層電池１０は、図３および図４に示すように、集電板に代わる集電箔を有する正極と集電箔を有する負極からなる電極体が電解質を介して積層された単位電池が複数個積層されていて、薄い状態の各集電箔の両端部が、各単位電池の端部に沿って積層方向に延びて備えられた２つの端子の表面に個別に接合されてなり、接合部が切れ易いものである。
本発明の実施態様の積層電池１は、図５および図６に示すように、折り重ね部４が、各集電箔の端部に、２重以上、例えば３重折り畳まれた構造を有するものであり、この場合、両端部において合計で６層の集電箔が折り重ねられているものであり、積層状態であるため折り重ね部の容積が増すことにより集電箔端部の強度が増し、また各接合面５の面積が広くなることにより各集電箔の接合面５と両端子の表面との間で大きな接合強度が得られる。
本発明の他の実施態様の積層電池１は、図７および図８に示すように、折り重ね部４が、各集電箔の端部にジャバラ状の曲げ構造を有するものであり、ジャバラ状に折ることにより集電箔端部の強度が増し、各接合面の面積が広くなることにより各集電箔の接合面と両端子面との接合強度が増す。
本発明の他の実施態様の積層電池１は、図９および図１０に示すように、折り重ね部４が、各集電箔の端部に遊び曲げ構造を有するものであり、遊び曲げ部分が電極と端子間の位置ずれを吸収し得る。
本発明における正極用および負極用の少なくとも２つの端子としては、金属板、例えば銅又はＳＵＳ板が挙げられる。
前記正極用および負極用の端子の表面が、単位電池の正極および負極の集電箔が単位電池の延長上の折り重ね部の接合面によって、複数の単位電池の個数だけ、端子の表面に個別に接合されている。
前記正極用および負極用の端子の表面が、単位電池の正極および負極の集電箔が単位電池の延長上の折り重ね部の接合面によって、複数の単位電池の個数だけ、端子の表面に個別に接合されている。
本発明における各集電箔の折り重ね部の各接合面と各単位電池の端部に沿って積層方向に延びて備えられた端子の表面との接合は、金属溶射、溶接、ろう接、導電性接着剤を用いた接着の少なくとも一つ、好適にはろう接などによって行われ得る。
本発明における集電箔としては、導電体、例えばアルミニウム製あるいは銅製、好適にはアルミニウム製が挙げられる。
前記集電箔は、厚さが１〜１００μｍ、好適には５０μｍ程度であり得る。
また、本発明における単位電池１１としては、任意のリチウム二次電池、例えば、図１１に示すように、正極用集電箔１２、正極１３、固体電解質層１４、負極１５および負極用集電箔１６からなる固体電池が挙げられる。
前記集電箔は、厚さが１〜１００μｍ、好適には５０μｍ程度であり得る。
また、本発明における単位電池１１としては、任意のリチウム二次電池、例えば、図１１に示すように、正極用集電箔１２、正極１３、固体電解質層１４、負極１５および負極用集電箔１６からなる固体電池が挙げられる。
前記固体電池における正極は、固体電解質と正極活物質と場合によりリチウムイオン伝導体が含まれ得る正極合材から得られる。
また、前記固体電池における固体電解質層は、固体電解質を薄層に成型したものが挙げられる。
また、前記固体電池における負極は、例えば固体電解質と負極活物質と場合によりリチウムイオン伝導体が含まれ得る負極合材から得られる。
前記固体電解質としては、特に制限はないが固体硫化物、例えばＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５などの硫化物系非晶質固体電解質が挙げられる。
また、正極活物質としては、特に制限はないがＬｉＣｏＯ２などが挙げられる。
また、前記負極活物質としては、特に制限はないがグラファイト（黒鉛）、ハードカーボンなどの炭素材料（Ｃ）が挙げられる。
また、前記固体電池における固体電解質層は、固体電解質を薄層に成型したものが挙げられる。
また、前記固体電池における負極は、例えば固体電解質と負極活物質と場合によりリチウムイオン伝導体が含まれ得る負極合材から得られる。
前記固体電解質としては、特に制限はないが固体硫化物、例えばＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５などの硫化物系非晶質固体電解質が挙げられる。
また、正極活物質としては、特に制限はないがＬｉＣｏＯ２などが挙げられる。
また、前記負極活物質としては、特に制限はないがグラファイト（黒鉛）、ハードカーボンなどの炭素材料（Ｃ）が挙げられる。
本発明によって、単位電池の電極に積層された集電箔と端子との接合部の強度が高く接合信頼性が向上し得る積層電池を得ることができる。
１ 本発明の積層電池
２ 集電箔
３ 集電箔の端部
４ 集電箔の折り重ね部
５ 集電箔の接合面
６ 端子
７ 端子の表面
１０ 従来の積層電池
１１ 単位電池
１２ 正極用集電箔
１３ 正極
１４ 固体電解質層
１５ 負極
１６ 負極用集電箔
２ 集電箔
３ 集電箔の端部
４ 集電箔の折り重ね部
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１１ 単位電池
１２ 正極用集電箔
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１６ 負極用集電箔
Claims (5)
- 集電箔を有する正極と集電箔を有する負極が電解質を介して積層された単位電池が複数個積層された積層電池であって、
各単位電池の端部に沿って積層方向に延びる端子を備え、
各集電箔の端部に設けられた折り重ね部の各接合面が、各単位電池の積層方向と垂直な方向で個別に接合されてなる、前記電池。 - 前記折り重ね部が、集電箔が２重以上折り畳まれた構造を有するものである請求項１に記載の積層電池。
- 前記折り重ね部が、ジャバラ状の曲げ構造を有するものである請求項１に記載の積層電池。
- 前記折り重ね部が、遊び曲げ構造を有するものである請求項１に記載の積層電池。
- 前記単位電池が、集電箔、正極層、固体電解質層、負極層および集電箔からなる固体電池である請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層電池。
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| JP2011085511A JP2012221688A (ja) | 2011-04-07 | 2011-04-07 | 積層電池 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018018600A (ja) * | 2016-07-25 | 2018-02-01 | トヨタ自動車株式会社 | 積層電池及びその製造方法 |
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2011
- 2011-04-07 JP JP2011085511A patent/JP2012221688A/ja not_active Withdrawn
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| JP2018018600A (ja) * | 2016-07-25 | 2018-02-01 | トヨタ自動車株式会社 | 積層電池及びその製造方法 |
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