JP2016110949A - リチウムイオン二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】タブ部の破損を抑制できるリチウムイオン二次電池を提供する。【解決手段】リチウムイオン二次電池１は、少なくとも一対の電極３０，４０を備える。電極３０は、集電体３２と、集電体３２から突出するタブ部３４と、を有する。タブ部３４には、導電部材６０が接続されている。タブ部３４は、圧延された金属箔から形成され、金属箔の圧延方向Ｄ３は、タブ部３４の突出方向Ｄ１に沿っている。【選択図】図３

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。

例えば、特許文献１に記載されたリチウムイオン二次電池は、集電体と集電体から突出するタブ部とを有する複数の電極と、複数の電極を収容するケースと、を備えている。電極のタブ部は、ケース内において導電部材に接続されており、この導電部材は、ケースの内部及び外部にわたって延在する電極端子に接続されている。すなわち、電極は、導電部材を介して電極端子に電気的に接続されている。

また、特許文献１のリチウムイオン二次電池では、タブ部が突出方向と直交する方向に折り曲げられることで、タブ部の突出高さが小さくされている。これにより、ケース内に形成されるデッドスペースの削減が図られている。また、特許文献１のリチウムイオン二次電池では、複数の電極のそれぞれが有するタブ部が、互いに重なった状態で折り曲げられている。

特開２０１３−１６１７５７号公報

特許文献１のリチウムイオン二次電池では、例えば、電極端子、電極端子に接続されたバスバー、又は電極端子とバスバーとを締結するボルト等から導電部材を介してタブ部に力が作用する場合がある。このとき、タブ部は導電部材及び集電体の双方に対して固定されていることから、タブ部に対してタブ部の突出方向と直交する方向にせん断力が作用することがある。また、例えば、特許文献１のリチウムイオン二次電池が車両に搭載されて用いられている場合には、車両の振動に起因して、タブ部に対してタブ部の突出方向と直交する方向にせん断力が作用することがある。これらのせん断力がタブ部に作用した場合、タブ部が破損し、例えば表面に破れ等が発生する可能性があった。タブ部の表面が破れると、例えば抵抗値の上昇や他部材との短絡等が起こるおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、タブ部の破損を抑制できるリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るリチウムイオン二次電池は、少なくとも一対の電極を備えるリチウムイオン二次電池であって、電極は、集電体と、集電体から突出するタブ部と、を有し、タブ部には、導電部材が接続されており、タブ部は、圧延された金属箔から形成され、金属箔の圧延方向は、タブ部の突出方向に沿っている。

このリチウムイオン二次電池では、タブ部を構成する金属箔の圧延方向が、タブ部の突出方向に沿っている。圧延された金属箔は、圧延方向に沿う方向と比較して、圧延方向と直交する方向の力に対して破損し難い。したがって、このリチウムイオン二次電池では、タブ部が、タブ部の突出方向と直交する方向の力に対して破損し難くなっている。このため、タブ部に対して突出方向と直交する方向のせん断力が作用した場合に、タブ部が破損することが抑制される。

また、本発明の一側面に係るリチウムイオン二次電池では、タブ部と導電部材とは、溶接によって接続されており、タブ部と導電部材との溶接部分は、タブ部の突出方向と直交する方向に延びていてもよい。タブ部と導電部材とを溶接によって接続した場合、タブ部には、溶接部分が延びる方向に沿ってせん断力が作用し易く、溶接部分に沿って破損が生じ易い。この点、このリチウムイオン二次電池では、タブ部を構成する金属箔の圧延方向が、溶接部分の延びる方向と直交しているので、タブ部が溶接部分の延びる方向の力に対して破損し難くなっている。このため、タブ部に対して溶接部分が延びる方向に沿ってせん断力が作用した場合に、タブ部が破損することが抑制される。

また、本発明の一側面に係るリチウムイオン二次電池では、集電体とタブ部とは、一体に形成されていることが好ましい。この場合、部品点数を削減できると共に、集電体とタブ部とを接続する工程を省略できる。

また、本発明の一側面に係るリチウムイオン二次電池では、タブ部は、タブ部の突出方向と直交する折り曲げ線で折り曲げられており、折り曲げ線よりも先端側において導電部材に接続されていてもよい。上述したように、複数の電極のそれぞれが有するタブ部が、互いに重なった状態で折り曲げられている場合、重なり合う枚数が多くなると、内側に位置するタブ部及び外側に位置するタブ部に作用する曲げ応力が大きくなる。これにより、これらのタブ部において、折り曲げ線に沿って破損が生じるおそれがあった。この点、このリチウムイオン二次電池では、タブ部を構成する金属箔の圧延方向が、折り曲げ線と直交しているので、タブ部が折り曲げ線に沿って破損し難くなっている。このため、タブ部を折り曲げ線で折り曲げた場合に、タブ部が破損することが抑制される。

本発明によれば、タブ部の破損を抑制できるリチウムイオン二次電池を提供できる。

図１は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の分解斜視図である。 図２中の（ａ）（図２（ａ））は、図１のＩＩ−ＩＩ線における模式的断面図であり、図２中の（ｂ）（図２（ｂ））は、図２（ａ）中のタブ部の一部及び集電体の模式的正面図である。 図３中の（ａ）（図３（ａ））は、タブ部の模式的斜視図であり、図３中の（ｂ）（図３（ｂ））は、図３（ａ）のＢ部の拡大図であり、図３中の（ｃ）（図３（ｃ））は、折り曲げ前のタブ部の模式的斜視図である。 図４は、変形例のタブ部及び導電部材の模式的斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池１の分解斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における模式的断面図である。図３（ａ）は、タブ部３４の模式的斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ部の拡大図であり、図３（ｃ）は、折り曲げ前のタブ部３４の模式的斜視図である。図１〜３（ａ）において、矢印Ｄ１は、タブ部３４の突出方向を示している。

図１に示すように、リチウムイオン二次電池１は、ケース１０と電極組立体２０とを備えている。ケース１０は、例えば略直方体状の筐体である。ケース１０は、例えばアルミニウム等の金属から形成されている。ケース１０は、突出方向Ｄ１における一方側に開口した本体部１２と、本体部１２の開口を塞ぐ蓋部１４と、を有している。

電極組立体２０は、ケース１０内に収容されている。図２に示すように、電極組立体２０は、複数の負極３０及び複数の正極４０と、一対の負極３０及び正極４０の間に配置されたセパレータ５０と、を有している。負極３０及び正極４０は、互いの間にセパレータ５０を介しつつ、突出方向Ｄ１と直交する方向に沿って交互に積層されている（重ねられている）。セパレータ５０は、例えば微多孔膜であり、電解液を保持している。電解液は、例えば有機溶媒系又は非水系の電解液である。また、ケース１０の内部の空間は、電解液で満たされていてよい。

図１〜３（ｃ）に示すように、負極３０は、長方形状の集電体３２と、タブ部３４と、を有している。集電体３２及びタブ部３４は、金属箔（例えば銅箔）から形成されている。この例では、集電体３２とタブ部３４とは、一体に形成されている。

また、負極３０は、集電体３２を覆う負極活物質層３５を有している。負極活物質層３５は、集電体３２の片面又は両面を覆ってよく、この例では両面を覆っている。負極活物質層３５は、例えば、グラファイト若しくはハードカーボン等の炭素系材料、リチウムと合金化する元素（Ｓｎ若しくはＳｉ）、リチウムと合金化する元素を有する元素化合物、又は、ポリアセチレン若しくはポリピロール等の高分子材料から形成される。負極活物質層３５は、集電体３２に活物質ペーストを塗工し、乾燥させることにより形成される。

タブ部３４は、例えば長方形状（矩形状）である。タブ部３４は、集電体３２の長辺から突出している。より具体的には、タブ部３４は、集電体３２の長辺方向（長辺が延びる方向）における一方側から突出している。また、タブ部３４は、集電体３２の短辺方向（短辺が延びる方向）に沿って突出している。タブ部３４は、タブ部３４の長辺方向が集電体３２の短辺方向に沿うように設けられている。

タブ部３４は、突出方向Ｄ１と直交する折り曲げ線３６（図３（ｃ）参照）で折り曲げられている。すなわち、タブ部３４は、折り曲げ線３６に沿って折り曲げられている。これにより、タブ部３４には、折曲部３７が形成されている。この例では、タブ部３４の先端部３８が突出方向Ｄ１に対して略直角である。ここで、先端部３８とは、タブ部３４において折り曲げ線３６よりも先端側に位置する部分をいう。

また、本実施形態では、複数の負極３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅのそれぞれが有するタブ部３４が、互いに重なった状態で折り曲げられている。負極３０Ａ〜３０Ｅのタブ部３４の折曲部３７における曲率を比較すると、負極３０Ａのタブ部３４の折曲部３７における曲率が最も大きく、負極３０Ｅのタブ部３４の折曲部３７における曲率が最も小さくなっている。また、負極３０Ｅ以外の負極３０Ａ〜３０Ｄのタブ部３４は、折曲部３７以外の２箇所において更に折り曲げられている。

タブ部３４は、ケース１０内において導電部材６０に電気的に接続されている。より具体的には、タブ部３４の先端部３８が導電部材６０に接続されている。この導電部材６０は、蓋部１４の内面（ケース１０の内壁）に沿うように配置されており、負極端子６２に電気的に接続されている。負極端子６２は、ケース１０の蓋部１４を貫通し、ケース１０の内部及び外部にわたって延在している。すなわち、負極３０は、導電部材６０を介して負極端子６２に電気的に接続されている。蓋部１４と負極端子６２との間は、環状の絶縁部材６４によって絶縁されている。

このように、タブ部３４は、突出方向Ｄ１に対して略直角な方向に折り曲げられ、折り曲げられた先端部３８において導電部材６０に接続されている。これにより、図２に示すタブ部３４の突出高さＨが低減され、ケース１０内に形成されるデッドスペースが削減されている。

また、この例では、タブ部３４と導電部材６０とは、溶接によって接続されている。タブ部３４と導電部材６０との溶接部分８０は、図３（ａ）に示すように、突出方向Ｄ１と直交する方向（溶接方向Ｄ２）に延びている。

集電体３２及びタブ部３４は、圧延された金属箔から形成されている。具体的には、集電体３２及びタブ部３４は、例えば、圧延された金属箔から一括して切り出されることにより形成されている。ここで、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、集電体３２及びタブ部３４を構成する金属箔の圧延方向Ｄ３は、突出方向Ｄ１に沿っている。金属箔の圧延方向とは、圧延工程において、一対のロール間に金属箔を通過させて加圧する際に金属箔が延びる方向を意味する。金属箔の圧延方向Ｄ３と突出方向Ｄ１とは、この例のように、例えば平行であってもよい。つまり、金属箔の圧延方向Ｄ３と突出方向Ｄ１とは、一致していてもよい。なお、負極３０は、例えば、圧延された金属箔から切り出された集電体３２上に活物質ペーストを塗工し、乾燥させることにより形成されてもよい。或いは、負極３０は、活物質ペーストが塗工された金属箔を一対のロール間に通過させて圧延した後、金属箔を集電体３２及びタブ部３４の形状に切り出すことにより形成されてもよい。

図３（ｂ）に示すように、圧延された金属箔においては、金属箔を構成する結晶粒７０が圧延方向Ｄ３に沿って延ばされている。これにより、例えば、圧延方向Ｄ３の結晶粒径（圧延方向における結晶粒７０の最大長さ）が、圧延方向Ｄ３と直交する方向の結晶粒径（圧延方向と直交する方向における結晶粒７０の最大長さ）よりも長くなっている。金属箔の圧延方向Ｄ３は、結晶粒７０の配向方向と言い換えてもよい。なお、タブ部３４の先端部３８（Ｃ１）においても、結晶粒７０の配向方向は、金属箔の圧延方向Ｄ３（突出方向Ｄ１）に沿っている。また、タブ部３４において折り曲げ線３６と重なる部分（折曲部３７となる部分、Ｃ２）においても、結晶粒７０の配向方向は、金属箔の圧延方向Ｄ３に沿っている。

続いて、正極４０について説明する。正極４０は、負極３０と左右対称な形状を有している。以下、正極４０について、負極３０と異なる点について説明し、同一である点については説明を省略する。

正極４０は、長方形状の集電体４２と、タブ部と、を有している。正極４０の集電体及びタブ部は、金属箔（例えばアルミニウム箔）から形成されている。正極４０では、タブ部は、集電体４２の長辺方向における他方側（負極３０のタブ部３４が突出する側と反対側）から突出している。正極４０は、導電部材６０を介して正極端子６６に電気的に接続されている。正極４０は、集電体４２を覆う正極活物質層４５を両面に有している。正極活物質層４６は、集電体の片面又は両面を覆ってよく、この例では両面を覆っている。正極活物質層４５は、例えば、リチウム及び遷移金属を含む複合酸化物（Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎを含む酸化物等）から形成される。

以上説明したリチウムイオン二次電池１の作用効果を説明する。以下、負極３０を参照して説明するが、正極４０についても同様の作用効果を奏する。

上記の通り、圧延された金属箔では、金属箔を構成する各結晶粒７０が圧延方向Ｄ３に沿って延びている。つまり、図３（ｂ）に示すように、圧延された金属箔では、長尺の各結晶粒７０の長軸が圧延方向Ｄ３に沿って配向する。その結果、長尺の結晶粒７０の界面（結晶粒界）は圧延方向Ｄ３に略平行になる。一般的に、金属箔は、結晶粒界に沿って破断し易く、結晶粒界に対して直角な方向に沿って破断し難い。したがって、圧延された金属箔は、結晶粒界に略平行である圧延方向Ｄ３に沿って破断し易く、圧延方向Ｄ３に対して直角な方向に沿って破断し難い。本実施形態では、タブ部３４を構成する金属箔の圧延方向Ｄ３は、タブ部の突出方向Ｄ１に沿っている。したがって、タブ部３４は、突出方向Ｄ１に対して直角な方向の力に対して破損し難い。

従来のリチウムイオン二次電池においては、タブ部と導電部材とを溶接によって接続した場合、タブ部には、溶接方向に沿ってせん断力が作用し易く、溶接方向に沿って破損が生じ易い。一方、本実施形態では、溶接方向Ｄ２が、タブ部３４を構成する金属箔の圧延方向Ｄ３に対して直角である。そして、上記の通り、圧延された金属箔は、圧延方向Ｄ３に対して直角な方向に沿って破断し難い。したがって、タブ部３４は溶接方向Ｄ２の力に対して破損し難い。

また、本実施形態では、集電体３２とタブ部３４とが一体に形成されている。このため、例えば、集電体３２とタブ部３４とを別部材として用意し、接合等の後工程によって接続する場合と比較して、部品点数を削減できる。また、集電体３２とタブ部３４とを接続する工程を省略できる。

また、従来のリチウムイオン二次電池においては、タブ部と集電体との境界に沿って（根元部分に）せん断力が集中し易く、境界に沿って破損が生じ易い。一方、本実施形態では、集電体３２とタブ部３４とを一体に形成した場合、集電体３２及びタブ部３４の圧延方向Ｄ３が、境界に沿う方向（タブ部３４の突出方向Ｄ１と直交する方向）と直交する。このため、集電体３２及びタブ部３４は、境界に沿う方向の力に対して破損し難い。

また、従来のリチウムイオン二次電池においては、複数の電極のそれぞれが有するタブ部が、互いに重なった状態で折り曲げられている場合、リチウムイオン二次電池の高容量化に伴ってタブ部が重なり合う枚数が多くなると、内側に位置するタブ部及び外側に位置するタブ部に作用する曲げ応力が大きくなる。これにより、これらのタブ部において、折り曲げ線に沿って破損が生じるおそれがあった。一方、本実施形態では、タブ部３４を構成する金属箔の圧延方向Ｄ３が、折り曲げ線３６と直交しているので、タブ部３４が折り曲げ線３６に沿って破損し難くなっている。このため、タブ部３４を折り曲げ線３６で折り曲げた場合に、タブ部３４が破損することが抑制される。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではない。

例えば、図４に示す変形例のタブ部３４Ａのように、タブ部は、折り曲げられておらず、真直ぐであってもよい。この変形例においても、タブ部３４Ａは、上記実施形態と同様に、溶接によって導電部材６０に接続されている。また、タブ部３４と導電部材６０との溶接部分８０Ａは、突出方向Ｄ１と直交する方向（Ｄ２）に延びている。

また、上記実施形態では、負極３０及び正極４０の双方において、集電体を構成する金属箔の圧延方向がタブ部の突出方向に沿っている例を説明したが、負極３０及び正極４０（一対の電極）の少なくとも一方において、金属箔の圧延方向がタブ部の突出方向に沿っていればよい。また、集電体とタブ部とが一体に形成されておらず、別部材として形成され、後工程において接続されてもよい。この場合、集電体は、圧延された金属箔から形成されてもよいし、例えば電解金属箔から形成されてもよい。また、タブ部と導電部材とは、溶接以外の接続手段によって接続されていてもよい。また、負極３０及び正極４０の一方のみのタブ部が、圧延された金属箔から形成されてもよい。

１…リチウムイオン二次電池、１０…ケース、２０…電極組立体、３０，３０Ａ〜３０Ｅ…負極（電極）、３２…集電体、３４，３４Ａ…タブ部、３５…負極活物質層、３６…折り曲げ線、３７…折曲部、３８…先端部、４０…正極（電極）、４２…集電体、４５…正極活物質層、５０…セパレータ、６０…導電部材、６２…負極端子、６４…絶縁部材、６６…正極端子、７０…結晶粒、８０，８０Ａ…溶接部分、Ｄ１…突出方向、Ｄ２…溶接方向、Ｄ３…圧延方向。

Claims (4)

1. 少なくとも一対の電極を備えるリチウムイオン二次電池であって、
   前記電極は、集電体と、前記集電体から突出するタブ部と、を有し、
   前記タブ部には、導電部材が接続されており、
   前記タブ部は、圧延された金属箔から形成され、前記金属箔の圧延方向は、前記タブ部の突出方向に沿っている、リチウムイオン二次電池。
2. 前記タブ部と前記導電部材とは、溶接によって接続されており、
   前記タブ部と前記導電部材との溶接部分は、前記タブ部の突出方向と直交する方向に延びている、請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
3. 前記集電体と前記タブ部とは、一体に形成されている、請求項１又は２記載のリチウムイオン二次電池。
4. 前記タブ部は、前記タブ部の突出方向と直交する折り曲げ線で折り曲げられており、前記折り曲げ線よりも先端側において前記導電部材に接続されている、請求項１〜３のいずれか１項記載のリチウムイオン二次電池。

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