JP2020057570A - 電極タブ - Google Patents

Abstract

【課題】電極タブが取り付けられる収容体の破裂を防止するとともに、該収容体の密封度の低下を抑制することが可能な電極タブを提供する。【解決手段】電極タブは、二次電池を収容する収容体に取付け可能であり、二次電池の電極に電気的に接続されるとともに、収容体に取り付けられた状態で部分的に収容体の外部に露出するように構成されている。この電極タブは、収容体の内部において発生したガスに起因して収容体の内部の圧力が上昇した場合に該圧力を低下させるように構成された弁構造を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電極タブに関し、特に、二次電池を収容する収容体に取付け可能であり、二次電池の電極に電気的に接続されるとともに、収容体に取り付けられた状態で部分的に収容体の外部に露出するように構成された電極タブに関する。

特開２０１６−３１９３４号公報（特許文献１）は、パウチ型のリチウムイオン二次電池を開示する。このリチウムイオン二次電池においては、電極タブ及びベンティング装置（弁装置）がパウチ（収容体）に取り付けられている。このリチウムイオン電池によれば、パウチ内でガスが発生した場合にベンティング装置が機能することによってパウチ内の圧力が調整されるため、パウチ内で発生したガスに起因するパウチの破裂を防止することができる（特許文献１参照）。

特開２０１６−３１９３４号公報

上記特許文献１に開示されているリチウムイオン二次電池においては、ベンティング装置が設けられることによってパウチの破裂が防止されるが、ベンティング装置を取り付けるための封止箇所が増えるためパウチの密封度に関して悪影響が生じる可能性がある。また、ベンティング装置を新たに設ける場合には、封止工程が増えるため、製造工程がより複雑になる。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、電極タブが取り付けられる収容体の破裂を防止するとともに、該収容体の密封度への悪影響を抑制しつつ、二次電池の製造が複雑化しないようにすることが可能な電極タブを提供することである。

本発明に従う電極タブは、二次電池を収容する収容体に取付け可能であり、二次電池の電極に電気的に接続されるとともに、収容体に取り付けられた状態で部分的に収容体の外部に露出するように構成されている。この電極タブは、収容体の内部において発生したガスに起因して収容体の内部の圧力が上昇した場合に該圧力を低下させるように構成された弁構造を備える。

この電極タブによれば、収容体の内部の圧力が上昇した場合に弁構造が機能することによって該圧力が低下するため、収容体の破裂を防止することができる。また、この電極タブが収容体に取り付けられる場合には、電極タブが弁機能を兼ねるため、電極タブとは別に弁装置を収容体に取り付ける必要がない。すなわち、この電極タブが収容体に取り付けられる場合には、弁装置を取り付けるための封止箇所が増加しない。したがって、この電極タブによれば、電極タブと弁装置とを個別に収容体に取り付ける場合と比較して、収容体の密封度への悪影響を抑制しつつ、二次電池の製造を容易にすることができる。

電極タブの表面には、負荷に接続された配線が溶接される領域と、電極が溶接される領域とが設けられていてもよい。

また、電極タブは少なくとも第１及び第２面を含み、第１面は全体が前記収容体内に位置する面であり、第２面は第１面と対向する面であり、電極タブの内部には収容体の内部と外部との間を貫通する貫通孔が形成されており、貫通孔の開口部のうち収容体の外部に位置する開口部は、第１及び第２面以外のいずれかの面に設けられていてもよい。

また、電極タブは少なくとも第１及び第２面を含み、第１面は全体が収容体内に位置する面であり、第２面は第１面と対向する面であり、電極タブの内部には収容体の内部と外部との間を貫通する貫通孔が形成されており、貫通孔の開口部のうち収容体の外部に位置する開口部は、第２面に設けられていてもよい。

また、弁構造は、破壊弁により構成されてもよい。

また、弁構造は、逆止弁により構成されてもよい。

また、収容体は、パウチにより構成されてもよい。

本発明によれば、電極タブが取り付けられる収容体の破裂を防止するとともに、該収容体の密封度への悪影響を抑制しつつ、二次電池の製造が複雑化しないようにすることが可能な電極タブを提供することができる。

電極タブを含むパウチ型二次電池を示す図である。 電極タブの平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 電極タブの側面図である。 パウチ型二次電池における電極タブの取付け状態の一例を示す図である。 変形例に従う電極タブの平面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。 図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。 変形例に従う電極タブの外観の模式図である。 変形例に従う電極タブの取付け状態の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［１．概要］
図１は、本実施の形態に従う電極タブ１０を含むパウチ型二次電池を示す図である。図１に示されるように、電極タブ１０は、たとえば、パウチ２０に取り付けられる。パウチ２０内には、リチウムイオン電池等の二次電池が収容されている。電極タブ１０が取り付けられたパウチ型二次電池においては、電極タブ１０を介して電力の入出力が行なわれる。なお、電極タブ１０は、必ずしもパウチ型の二次電池に取り付けられる必要はなく、たとえば、缶状の二次電池に取り付けられてもよい。

パウチ型二次電池の内部においてはガスが発生する可能性があり、発生したガスに起因してパウチ２０の内部の圧力が上昇する場合がある。仮に何らの対処も施されていないとすると、パウチ２０の内部の圧力が上昇した場合に、パウチ２０が破裂する可能性がある。

本実施の形態に従う電極タブ１０においては、パウチ２０の内部の圧力が上昇した場合に該圧力を低下させるための構造的な工夫が施されている。以下、電極タブ１０の構成、パウチ２０への取付け状態について順に説明する。

［２．電極タブの構成］
図２は、電極タブ１０の平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図４は、電極タブ１０の側面図である。図２、図３及び図４を参照して、矢印ＵＤＦＢＲＬの各々が示す方向は各図面で共通である。

電極タブ１０がパウチ２０に取り付けられた状態で、電極タブ１０の矢印Ｂ方向の側面（開口部１４（後述）が形成されている。）は、パウチ２０（図１）の内部に位置する。また、電極タブ１０がパウチ２０に取り付けられた状態で、弁１２（後述）は、パウチ２０の外部に露出する。

電極タブ１０は、電極タブ本体１１と、弁１２とを含んでいる。電極タブ本体１１は、板状の金属であり、アルミニウム、ニッケル、銅等で構成されている。パウチ２０がリチウムイオン電池である場合には、電池の正極に接続される電極タブ１０の電極タブ本体１１は、通常、アルミニウム等によって構成され、電池の負極に接続される電極タブ１０の電極タブ本体１１は、通常、銅、ニッケル等によって構成される。

電極タブ本体１１の内部には、たとえば、切削によって貫通孔１３が形成されている。貫通孔１３は、たとえば、電極タブ本体１１の矢印Ｂ方向の側面（電極タブ１０がパウチ２０へ取り付けられた状態で、パウチ２０内に位置する面）と、電極タブ本体１１の矢印Ｕ方向の側面（矢印Ｂ方向の側面、及び、矢印Ｂ方向の側面と対向する側面（矢印Ｆ方向の側面）以外の側面の一つ）との間を貫通するように構成されている。電極タブ本体１１の矢印Ｂ方向の側面には開口部１４が形成されており、電極タブ本体１１の矢印Ｕ方向の側面には開口部１５が形成されている。電極タブ１０がパウチ２０に取り付けられた場合に、貫通孔１３は、パウチ２０の内部と外部との間を貫通することになる。開口部１５には、弁１２が取り付けられている。

弁１２は、いわゆる破壊弁である。弁１２は、たとえば、アルミニウムによって構成されている。弁１２の表面の一部には、たとえば、ハーフスリットが形成されている。ハーフスリットが形成されている部分は、表面から厚み方向（矢印Ｄ方向）に切り欠かれた切欠き部を有する。弁１２の表面において、該切欠き部の厚みは、他の部分よりも薄くなっている。電極タブ１０がパウチ２０（図１）に取り付けられた状態で、パウチ型二次電池の内部において発生したガスに起因してパウチ２０内の圧力が所定圧力まで上昇した場合に、弁１２が破れ、パウチ２０内のガスが貫通孔１３を通じてパウチ２０の外部に放出される。なお、弁１２は、上記「所定圧力」がパウチ２０の破袋圧力以下となるように設計されている。

このように、電極タブ１０には、弁構造（弁１２）が設けられている。したがって、この電極タブ１０によれば、パウチ２０の内部の圧力が上昇した場合に弁１２が機能することによって該圧力が低下するため、パウチ２０の破裂を防止することができる。また、この電極タブ１０がパウチ２０に取り付けられる場合には、電極タブ１０が弁機能を兼ねるため、電極タブ１０とは別に弁装置をパウチ２０に取り付ける必要がない。すなわち、この電極タブ１０がパウチ２０に取り付けられる場合には、弁装置の取付け位置における密封度の低下が生じない。したがって、この電極タブ１０によれば、電極タブと弁装置とを個別にパウチ２０に取り付ける場合と比較して、パウチ２０の密封度の低下を抑制することができる。

［３．電極タブの取付け状態］
図５は、パウチ型二次電池における電極タブ１０の取付け状態の一例を示す図である。図５に示されるように、パウチ２０には、電極タブ１０Ａ，１０Ｂが取り付けられている。より具体的には、電極タブ１０Ａ，１０Ｂの各々をパウチ２０に挟み込み、シール部２３においてヒートシールを行なうことによって、電極タブ１０Ａ、１０Ｂの各々は、パウチ２０に取り付けられている。電極タブ１０Ａ，１０Ｂがパウチ２０に取り付けられた状態で、弁１２Ａ，１２Ｂの各々は、パウチ２０の外側に露出している。

パウチ２０には、たとえば、リチウムイオン電池等の二次電池が収容されている。すなわち、パウチ２０には、電解液（不図示）、セパレータ（不図示）、正極２１及び負極２２が収容されている。なお、二次電池の製造過程においてパウチ２０の内部は真空引きされ、真空引きされた後においてパウチ２０の内部は電解液が充満した状態となっている。

電極タブ１０Ａの一方の端部は正極２１に溶接されており、電極タブ１０Ｂの一方の端部は負極２２に溶接されている。すなわち、電極タブ１０Ａ，１０Ｂの各々の表面には、電極が溶接される領域が設けられている。

また、電極タブ１０Ａ、１０Ｂの各々の他方の端部には、負荷３０に接続された配線３５が溶接されている。より具体的には、電極タブ１０Ａ，１０Ｂの各々においては、弁１２Ａ，１２Ｂと重畳しない領域において、配線３５が溶接されている。すなわち、電極タブ１０Ａ，１０Ｂの各々の表面には、弁１２Ａ，１２Ｂが占める領域以外に、負荷３０に接続された配線３５が溶接される領域が設けられている。

このパウチ型二次電池においては、電極タブ１０Ａ，１０Ｂを介して電力の入出力が行なわれるとともに、パウチ２０内の圧力上昇時には電極タブ１０Ａ，１０Ｂによってガスの排気が行なわれる。なお、一般的には、電極（正極２１又は負極２２）に電極タブ（電極タブ１０Ａ又は電極タブ１０Ｂ）を取り付けた後に、電極タブがパウチ２０に取り付けられる。しかしながら、取付け手順はこれに限定されない。たとえば、電極タブをパウチ２０に取り付けた後に、電極タブが電極に取り付けられてもよい。

［４．特徴］
以上のように、本実施の形態に従う電極タブ１０には、弁構造（弁１２）が設けられている。したがって、この電極タブ１０によれば、パウチ２０内の圧力上昇時に弁１２が機能することによって該圧力が低下するため、パウチ２０の破裂を防止することができる。また、この電極タブ１０がパウチ２０に取り付けられる場合には、電極タブ１０が弁機能を有するため、電極タブ１０とは別に弁装置をパウチ２０に取り付ける必要がない。すなわち、この電極タブ１０がパウチ２０に取り付けられる場合には、弁装置を取り付けるための封止箇所が増加しない。したがって、この電極タブ１０によれば、電極タブと弁装置とを個別に収容体に取り付ける場合と比較して、パウチ２０の密封度への悪影響を抑制しつつ、二次電池の製造を容易にすることができる。

［５．変形例］
以上、実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。以下、変形例について説明する。

＜５−１＞
上記実施の形態に従う電極タブ１０において、貫通孔１３は、金属板の内部を切削することによって形成された。しかしながら、貫通孔１３の形成方法は、これに限定されない。たとえば、金属板を折り曲げた後に溶接することによって貫通孔が形成された電極タブを作成してもよいし、金属を成形することによって貫通孔が形成された電極タブを作成してもよい。

図６は、変形例に従う電極タブ１０Ｘの平面図である。図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。図８は、図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。図６、図７及び図８に示されるように、電極タブ１０Ｘは、金属板を折り曲げることによって形成された電極タブ本体１１Ｘを含む。電極タブ本体１１Ｘの矢印ＬＲ方向の各々の端部は、上下面を溶接することによって封止されている。これにより、貫通孔１３Ｘが形成されている。また、電極タブ本体１１Ｘの矢印Ｕ方向の面には、たとえば、切削によって開口部が形成されており、該開口部に弁１２Ｘが設けられている。このような電極タブ１０Ｘによっても、上記実施の形態に従う電極タブ１０と同様の効果を奏することができる。

＜５−２＞
また、上記実施の形態に従う電極タブ１０においては、板状の電極タブ１０の上面（矢印Ｕ方向の面）に弁１２が設けられた。しかしながら、電極タブ１０の形状は必ずしも板状でなくてもよいし、弁１２が設けられる位置も必ずしも電極タブ１０の上面でなくてもよい。たとえば、電極タブ１０の形状は円柱状であってもよいし、弁１２が設けられる位置は矢印ＤＲＬＦ方向のいずれかの面であってもよい。また、たとえば、矢印Ｂ方向及び／又は矢印Ｆ方向の面が矢印Ｄ方向及び／又は矢印Ｕ方向の面に対して斜めに形成されていてもよい。また、たとえば、矢印Ｂ方向の面が矢印Ｄ方向及び矢印Ｕ方向の面に対して斜めに形成されている場合であっても、本明細書においては、矢印Ｆ方向の面と矢印Ｂ方向の面とは「対向」しているものとする。すなわち、本明細書においては、電極タブ１０を構成する第１及び第２の面がいずれの辺においても接していない場合に、第１及び第２の面が「対向」しているものとする。

図９は、変形例に従う電極タブ１０Ｙの外観の模式図である。図９に示されるように、電極タブ１０Ｙは、円柱状の電極タブ本体１１Ｙを含む。電極タブ本体１１Ｙの内部には、たとえば、切削によって貫通孔１３Ｙが形成されている。電極タブ本体１１Ｙの矢印Ｆ方向の端部には、たとえば、切削によって開口部が形成されており、該開口部に弁１２Ｙが設けられている。

図１０は、変形例に従う電極タブ１０Ｙの取付け状態の一例を示す図である。図１０に示されるように、電極タブ１０Ｙにおいては、パウチ２０の外側に露出している方の端部に弁１２Ｙ（弁１２ＹＡ，１２ＹＢ）が設けられているため、負荷３０に接続された配線３５が、たとえば、電極タブ１０ＹＡ，１０ＹＢの側面に溶接される。このような電極タブ１０Ｙによっても、上記実施の形態に従う電極タブ１０と同様の効果を奏することができる。

＜５−３＞
また、上記実施の形態においては、弁１２が破壊弁であった。しかしながら、弁１２は、必ずしも破壊弁である必要はない。弁１２は、パウチ２０の内部において発生したガスに起因してパウチ２０の内部の圧力が上昇した場合に該圧力を低下させるように構成されていればどのような弁であってもよく、たとえば、逆止弁、復帰弁又は選択透過弁であってもよい。

＜５−４＞
また、上記実施の形態においては、パウチ２０に収容される二次電池の一例としてリチウムイオン電池を挙げた。しかしながら、パウチ２０に収容される二次電池は、リチウムイオン電池に限定されない。たとえば、リチウムイオンポリマー電池、鉛蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・鉄蓄電池、ニッケル・亜鉛蓄電池、酸化銀・亜鉛蓄電池、金属空気電池、多価カチオン電池、全固体電池等であってもよい。

＜５−５＞
また、上記実施の形態においては、電極タブ１０は、パウチ２０に取り付けられるとした。しかしながら、電極タブ１０が取り付けられる収容体は、必ずしもパウチである必要はない。たとえば、電極タブ１０は、エンボス成形等によって成形されたエンボスタイプの収容体に取り付けられてもよい。

＜５−６＞
また、上記実施の形態においては、弁１２は、矢印Ｕ方向の面の略中央に配置された。しかしながら、面における弁１２の位置は、略中央に限定されない。弁１２は、電極及び配線との溶接位置を考慮した上で、適切な位置に配置することができる。たとえば、弁１２を矢印Ｆ方向に寄せると電極タブ１０と電極との溶接領域を広く確保することができ、弁１２を矢印Ｂ方向に寄せると電極タブ１０と配線（負荷３０に接続されている）との溶接領域を広く確保することができる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｘ，１０Ｙ，１０ＹＡ，１０ＹＢ 電極タブ、１１，１１Ｘ，１１Ｙ 電極タブ本体、１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｘ，１２Ｙ，１２ＹＡ，１２ＹＢ 弁、１３，１３Ｘ，１３Ｙ 貫通孔、１４，１５ 開口部、２０ パウチ、２１ 正極、２２ 負極、２３ シール部、３０ 負荷、３５ 配線。

Claims (7)

1. 二次電池を収容する収容体に取付け可能であり、前記二次電池の電極に電気的に接続されるとともに、前記収容体に取り付けられた状態で部分的に前記収容体の外部に露出するように構成された電極タブであって、
   前記収容体の内部において発生したガスに起因して前記収容体の内部の圧力が上昇した場合に該圧力を低下させるように構成された弁構造を備える、電極タブ。
2. 前記電極タブの表面には、負荷に接続された配線が溶接される領域と、前記電極が溶接される領域とが設けられている、請求項１に記載の電極タブ。
3. 前記電極タブは、少なくとも第１及び第２面を含み、
   前記第１面は、全体が前記収容体内に位置する面であり、
   前記第２面は、前記第１面と対向する面であり、
   前記電極タブの内部には、前記収容体の内部と外部との間を貫通する貫通孔が形成されており、
   前記貫通孔の開口部のうち前記収容体の外部に位置する開口部は、前記第１及び第２面以外のいずれかの面に設けられている、請求項１又は請求項２に記載の電極タブ。
4. 前記電極タブは、少なくとも第１及び第２面を含み、
   前記第１面は、全体が前記収容体内に位置する面であり、
   前記第２面は、前記第１面と対向する面であり、
   前記電極タブの内部には、前記収容体の内部と外部との間を貫通する貫通孔が形成されており、
   前記貫通孔の開口部のうち前記収容体の外部に位置する開口部は、前記第２面に設けられている、請求項１又は請求項２に記載の電極タブ。
5. 前記弁構造は、破壊弁により構成されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電極タブ。
6. 前記弁構造は、逆止弁により構成されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電極タブ。
7. 前記収容体は、パウチにより構成されている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電極タブ。