JP2020095910A - 積層型電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】正極板などの第1の電極板と電気的に接続したタブと、負極板などの第2の電極板と電気的に接続したタブと、を判別することを容易にする。【解決手段】積層型電池は、交互に積層された第1電極板及び第2電極板と、第1電極板と電気的に接続し、第1電極板の端部から突出する第1タブと、第2電極板と電気的に接続し、第2電極板の端部から突出する第2タブと、第1タブの一部を覆う第1シーラントと、第2タブの一部を覆う第2シーラントと、を備え、第1シーラントと、第2シーラントとは、第1タブ又は第2タブが突出する方向と直交する方向において、異なった寸法を有する。【選択図】図1

Description

本発明は、積層型電池に関する。
例えば特許文献1で提案されているように、正極板と負極板とを交互に積層してなる積層型電池が広く普及している。積層型電池の一例として、リチウムイオン二次電池が例示され得る。リチウムイオン二次電池は、他の形式の積層型電池と比較して大容量であることを特徴の一つとしている。このような特徴を有するリチウムイオン二次電池は、今般、車載用途や定置住宅用途等の種々の用途での更なる普及を期待されている。
リチウムイオン二次電池に代表される積層型電池では、正極板及び負極板などの電極板から電気を取り出すため、電極板のうち活物質が設けられていない領域に、それぞれタブが取り付けられている。
特開2017−59422号公報
本発明は、正極板などの第1の電極板と電気的に接続したタブと、負極板などの第2の電極板と電気的に接続したタブと、を判別することが容易な積層型電池の提供を目的とする。
本発明は、交互に積層された第1電極板及び第2電極板と、前記第1電極板と電気的に接続し、前記第1電極板の端部から突出する第1タブと、前記第2電極板と電気的に接続し、前記第2電極板の端部から突出する第2タブと、前記第1タブの一部を覆う第1シーラントと、前記第2タブの一部を覆う第2シーラントと、を備え、前記第1シーラントと、前記第2シーラントとは、前記第1タブ又は前記第2タブが突出する方向と直交する方向において、異なった寸法を有する、積層型電池である。
本発明による積層型電池において、前記第1タブが突出する方向と直交する方向における前記第1シーラントの寸法は、前記第2タブが突出する方向と直交する方向における前記第2シーラントの寸法の1.3倍以上、又は0.7倍以下であってもよい。
本発明による積層型電池において、前記第1シーラントの少なくとも一部と、前記第2シーラントの少なくとも一部とは、異なった色彩を有してもよい。
本発明による積層型電池は、前記第1電極板及び前記第2電極板を収容する収容部を画成するよう周縁に沿って互いに接合された第1部材及び第2部材を有する外装体をさらに備え、前記第1タブ及び前記第2タブは、それぞれ、前記収容部から前記外装体の前記第1部材と前記第2部材の間を通って前記外装体の外部へと延び、前記第1シーラント及び前記第2シーラントは、それぞれ、前記外装体の前記第1部材と前記第2部材との間に位置する第1部分と、前記外装体の外部に位置する第2部分と、を有し、前記第1シーラントの前記第2部分と、前記第2シーラントの前記第2部分とは、異なった色彩を有していてもよい。
本発明による積層型電池において、前記第1シーラント及び前記第2シーラントの前記第2部分は、前記第1タブ又は前記第2タブが突出する方向において、0.5mm以上の寸法を有していてもよい。
本発明による積層型電池において、前記第1シーラントの前記第2部分と、前記第2シーラントの前記第2部分とは、前記第1タブ又は前記第2タブが突出する方向において、異なった寸法を有していてもよい。
本発明による積層型電池において、前記第1シーラントと、前記第2シーラントとは、異なった厚みを有していてもよい。
本発明による積層型電池において、前記第1タブと、前記第2タブとは、前記第1タブ又は前記第2タブが突出する方向と直交する方向において、異なった寸法を有していてもよい。
本発明による積層型電池において、前記第1タブと、前記第2タブとは、異なった厚みを有していてもよい。
本発明は、交互に積層された第1電極板及び第2電極板と、前記第1電極板と電気的に接続した第1タブと、前記第2電極板と電気的に接続した第2タブと、前記第1タブの一部を覆う第1シーラントと、前記第2タブの一部を覆う第2シーラントと、を備え、前記第1シーラントの少なくとも一部と、前記第2シーラントの少なくとも一部とは、異なった色彩を有する、積層型電池である。
本発明による積層型電池において、前記第1電極板及び前記第2電極板を収容する収容部を画成するよう周縁に沿って互いに接合された第1部材及び第2部材を有する外装体をさらに備え、前記第1タブ及び前記第2タブは、それぞれ、前記収容部から前記外装体の前記第1部材と前記第2部材の間を通って前記外装体の外部へと延び、前記第1シーラント及び前記第2シーラントは、それぞれ、前記外装体の前記第1部材と前記第2部材との間に位置する第1部分と、前記外装体の外部に位置する第2部分と、を有し、前記第1シーラントの前記第2部分と、前記第2シーラントの前記第2部分とは、異なった色彩を有してもよい。
本発明の積層型電池によれば、正極板などの第1の電極板と電気的に接続したタブと、負極板などの第2の電極板と電気的に接続したタブと、を容易に判別することができる。
図1は、本発明の一実施の形態を説明するための図であって、積層型電池を示す斜視図である。 図2は、図1の積層型電池に含まれる膜電極接合体を示す平面図である。 図3は、膜電極接合体が外装体によって封止された状態の積層型電池を示す斜視図である。 図4は、図1の積層型電池に含まれる膜電極接合体を示す断面図である。 図5は、図2のIV−IV線に沿った断面を示す断面図である。 図6は、第1電極集電体の第1接続領域を第2面側から見た場合を示す底面図である。 図7は、第1電極集電体の第1接続領域に第1タブを取り付ける工程を示す図である。 図8は、第1の変形例に係る積層型電池を示す斜視図である。 図9は、第1の変形例に係る積層型電池を示す平面図である。 図10は、膜電極接合体が外装体によって封止された状態の、第1の変形例に係る積層型電池を示す斜視図である。
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
図1〜図7は、本発明による積層型電池およびその製造方法の一実施の形態を説明するための図である。このうち図1及び図2は、それぞれ、積層型電池の一具体例を示す斜視図及び平面図である。積層型電池1は、膜電極接合体5と、膜電極接合体5に取り付けられたタブ16,26と、タブ16,26に取り付けられたシーラント18,28と、を備える。
図1及び図2において二点鎖線で示すように、積層型電池1は、外装体3を更に備えていてもよい。外装体3は、その内部に膜電極接合体5を収容している。タブ16,26は、外装体3の内部から外部へと延び出している。以下、積層型電池1の各構成要素について説明する。
(外装体)
外装体3は、膜電極接合体5を封止するための包装材である。図3は、膜電極接合体5が外装体3によって封止された状態の積層型電池1を示す斜視図である。図3に示す例において、外装体3は、膜電極接合体5の上側に位置するシート状の第1部材3bと、膜電極接合体5の下側に位置するシート状の第2部材3cと、を有する。第1部材3b及び第2部材3cは、外装体3の内部に膜電極接合体5を封止するよう、第1部材3b及び第2部材3cの周縁に沿って互いに接合されている。第1部材3b及び第2部材3cは、一例として、支持基材と、この支持基材に積層された接着層と、を有する。支持基材は、高ガスバリア性と成形加工性を有することが好ましい。このような支持基材として、アルミニウム箔やステンレス箔を用いることができる。接着層は、第1部材3b及び第2部材3cのうち膜電極接合体5側に位置する面(以下、内面とも称する)に位置している。第1部材3bの接着層と第2部材3cの接着層とが互いに接合し合うことにより、第1部材3b及び第2部材3cの周縁に沿ってシール部3aが形成されている。接着層は、接着性に加え、絶縁性、耐薬品性、熱可塑性等を有していることが好ましい。このような接着層として、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、低密度ポリプロピレン、アイオノマー、エチレン・酢酸ビニルを用いることができる。
(膜電極接合体)
膜電極接合体5は、交互に積層された第1電極板10及び第2電極板20を有している。本実施の形態においては、膜電極接合体5がリチウムイオン二次電池を構成する例について説明する。この例において、第1電極板10は正極板10Xを構成し、第2電極板20は負極板20Yを構成するものとする。ただし、以下に説明する作用効果の記載からも理解され得るように、ここで説明する一実施の形態は、リチウムイオン二次電池に限定されることなく、第1電極板10及び第2電極板20を交互に積層してなる膜電極接合体5に広く適用され得る。
図4は、膜電極接合体5を示す断面図である。図1、図2及び図4に示すように、膜電極接合体5は、複数の正極板10X(第1電極板10)及び負極板20Y(第2電極板20)を有している。正極板10X及び負極板20Yは、積層方向dL(図4参照)に沿って交互に配列されている。膜電極接合体5及び積層型電池1は、全体的に偏平形状を有し、積層方向dLへの厚さが薄く、積層方向dLに直交する方向d1,d2に広がっている。
図示された非限定的な例において、正極板10X及び負極板20Yは、長方形形状の外輪郭を有している。正極板10X及び負極板20Yは、積層方向dLに直交するとともに、外装体3の内部から外部へとタブ16,26が延び出す方向である第1方向d1に長手方向を有し、積層方向dL及び第1方向d1の両方に直交する第2方向d2に短手方向を有する。正極板10X及び負極板20Yは、第1方向d1にずらして配置されている。より具体的には、複数の正極板10Xは、第1方向d1における一側(図2の右側)に寄って配置され、複数の負極板20Yは、第1方向d1における他側(図2の左側)に寄って配置されている。正極板10X及び負極板20Yは、第1方向d1における中央において、積層方向dLに重なり合っている。
正極板10X(第1電極板10)は、図示するように、シート状の外形状を有している。正極板10X(第1電極板10)は、正極集電体11X(第1電極集電体11)と、正極集電体11X上に設けられた正極活物質層12X(第1電極活物質層12)と、を有している。リチウムイオン二次電池において、正極板10Xは、放電時にリチウムイオンを放出し、充電時にリチウムイオンを吸蔵する。
正極集電体11Xは、互いに対向する第1面11a及び第2面11bを主面として有している。正極活物質層12Xは、正極集電体11Xの第1面11a及び第2面11bの少なくとも一方の面上に形成される。具体的には、正極集電体11Xの第1面11a又は第2面11bが、膜電極接合体5のうちの積層方向dLにおける最外面を形成する場合、正極集電体11Xの当該面には正極活物質層12Xが設けられない。この正極集電体11Xの配置に関連した構成を除き、積層型電池1に含まれる複数の正極板10Xは、正極集電体11Xの両側に正極活物質層12Xを有し、互いに同一に構成され得る。
正極集電体11X及び正極活物質層12Xは、積層型電池1(リチウムイオン二次電池)に適用され得る種々の材料を用いて種々の製法により、作製され得る。一例として、正極集電体11Xは、アルミニウム箔によって形成され得る。正極活物質層12Xは、例えば、正極活物質、導電助剤、バインダーとなる結着剤を含んでいる。正極活物質層12Xは、正極活物質、導電助剤及び結着剤を溶媒に分散させてなる正極用スラリーを、正極集電体11Xをなす材料上に塗工して固化させることで、作製され得る。正極活物質として、例えば、一般式LiM(ただし、Mは金属であり、x及びyは金属Mと酸素Oの組成比である)で表される金属酸リチウム化合物が用いられる。金属酸リチウム化合物の具体例として、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等が例示され得る。導電助剤としては、アセチレンブラック等が用いられ得る。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン等が用いられ得る。
図2に示すように、正極集電体11X(第1電極集電体11)は、第1接続領域a1及び第1接続領域a1に隣接する第1有効領域b1を有している。正極活物質層12X(第1電極活物質層12)は、正極集電体11Xの第1有効領域b1のみに配置されている。第1接続領域a1及び第1有効領域b1は、正極板10Xの長手方向に配列されている。第1接続領域a1は、第1有効領域b1よりも正極板10Xの長手方向における外側(図2における右側)に位置している。複数の正極集電体11Xは、第1接続領域a1において、抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着、融着等によって接合され、電気的に接続している。一方、第1有効領域b1は、負極板20Yの後述する負極活物質層22Yに対面する領域内に位置している。このような第1有効領域b1の配置により、正極活物質層12Xからのリチウムの析出を防止することができる。
次に、負極板20Y(第2電極板20)について説明する。負極板20Yも、正極板10Xと同様に、シート状の外形状を有している。負極板20Y(第2電極板20)は、負極集電体21Y(第2電極集電体21)と、負極集電体21Y上に設けられた負極活物質層22Y(第2電極活物質層22)と、を有している。リチウムイオン二次電池において、負極板20Yは、放電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時にリチウムイオンを放出する。
負極集電体21Yは、互いに対向する第1面21a及び第2面21bを主面として有している。負極活物質層22Yは、負極集電体21Yの第1面21a及び第2面21bの少なくとも一方の面上に形成される。積層型電池1に含まれる複数の負極板20Yは、負極集電体21Yの両側に設けられた一対の負極活物質層22Yを有するものとして、互いに同一に構成され得る。
負極集電体21Y及び負極活物質層22Yは、積層型電池1(リチウムイオン二次電池)に適用され得る種々の材料を用いて種々の製法により、作製され得る。一例として、負極集電体21Yは、例えば銅箔によって形成される。負極活物質層22Yは、例えば、炭素材料からなる負極活物質、及び、バインダーとして機能する結着剤を含んでいる。負極活物質層22Yは、例えば、炭素粉末や黒鉛粉末等からなる負極活物質とポリフッ化ビニリデンのような結着剤とを溶媒に分散させてなる負極用スラリーを、負極集電体21Yをなす材料上に塗工して固化することで、作製され得る。
図2に示すように、負極集電体21Y(第2電極集電体21)は、第2接続領域a2及び第2接続領域a2に隣接する第2有効領域b2を有している。負極活物質層22Y(第2電極活物質層22)は、負極集電体21Yの第2有効領域b2に配置されている。第2接続領域a2及び第2有効領域b2は、負極板20Yの長手方向に配列されている。第2接続領域a2は、第2有効領域b2よりも負極板20Yの長手方向における外側(図2における左側)に位置している。複数の負極集電体21Yは、第2接続領域a2において、抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着、融着等によって接合され、電気的に接続している。一方、第2有効領域b2は、正極板10Xの正極活物質層12Xに対面する領域に広がっている。
図4に示すように、正極板10X(第1電極板10)及び負極板20Y(第2電極板20)の少なくとも一方が、絶縁体(絶縁層)30を有していてもよい。絶縁体30は、正極板10X(第1電極板10)及び負極板20Y(第2電極板20)の短絡を防止する。図示された例においては、負極板20Yが絶縁体30を有している。絶縁体30は、各負極板20Yに含まれる一対の負極活物質層22Yを覆うようにして、設けられている。そして、負極板20Yは、正極板10Xの正極活物質層12Xと積層方向dLに対面する面を、絶縁体30によって形成されている。ただし、図示された絶縁体30に代えて或いは図示された絶縁体30に加えて、各正極板10Xに含まれる一対の正極活物質層12Xを覆う絶縁体30を設置することも可能である。
図示された例において、絶縁体30は、電解質層30Aとしても機能する。電解質層30A(絶縁体30)は、活物質層22Y,12X上に塗工した電解液を活物質層22Y,12X上で固化又はゲル化させてなる層である。電解液として、例えば、高分子マトリックス及び非水電解質液(すなわち、非水溶媒及び電解質塩)からなり、ゲル化されて表面に粘着性を生じるもの、或いは、高分子マトリックス及び非水溶媒からなり、固体電解質となるものを用いることができる。電解質層30A(絶縁体30)を作製するための具体的な材料は、特に制限はなく、これらを構成するために用いられている種々の材料(例えば、特開2012−190567号公報に開示された材料)を用いることができる。
(タブ)
タブ16,26は、正極集電体11Xと電気的に接続した第1タブ16と、負極集電体21Yと電気的に接続した第2タブ26と、を有する。図5は、図2のV−V線に沿った断面を示す断面図である。図5に示した二点鎖線は、積層型電池1が外装体3を備える場合における、外装体3の第1部材3b及び第2部材3cの位置の一例を示している。図5に示す例において、第1タブ16は、第1接続領域a1において最も下側に位置する正極板10Xの第2面11b(下面)に接続されている。図示はしないが、第2タブ26も、第2接続領域a2において最も下側に位置する負極板20Yの第2面21b(下面)に接続されている。なお、正極集電体11Xと第1タブ16とが電気的に接続され得る限りにおいて、第1タブ16の取り付け方は任意である。同様に、負極集電体21Yと第2タブ26とが電気的に接続され得る限りにおいて、第2タブ26の取り付け方は任意である。
図5に示すように、第1タブ16は、正極板10X(第1電極板10)の端部a1eから、第1方向d1に突出する。また、図5に示すように、第1タブ16は、外装体3の第1部材3b及び第2部材3cの間を通って外装体3の内部から外部へと第1方向d1に延び出している。また、図示はしないが、第2タブ26は、負極板20Y(第2電極板20)の端部a2eから、第1方向d1に突出する。また、第2タブ26は、外装体3の第1部材3b及び第2部材3cの間を通るように、外装体3の内部から外部へと第1方向d1に延び出している。第1タブ16は、積層型電池1における正極端子として機能し、第2タブ26は、積層型電池1における負極端子として機能する。
第1タブ16及び第2タブ26は、例えばアルミニウム、ニッケル、銅合金又はニッケルメッキ銅等を用いて形成され得る。例えば、正極集電体11Xがアルミニウム箔によって形成され、負極集電体21Yが銅箔によって形成される場合には、アルミニウムを用いて第1タブ16を形成し、銅合金を用いて第2タブ26を形成することができる。
第1タブ16及び第2タブ26の厚みは、例えば0.2mm以上であり、2.0mm以下であってもよい。
(シーラント)
シーラント18,28は、外装体3の接着層と溶着可能な材料から構成された部材である。シーラント18,28の材料としては、外装体3の接着層と同様に、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、低密度ポリプロピレン、アイオノマー、エチレン・酢酸ビニル等を挙げることができる。シーラント18,28の厚みは、例えば0.05mm以上であり、0.4mm以下であってもよい。
シーラント18,28は、第1タブ16と外装体3との間に位置する第1シーラント18と、第2タブ26と外装体3との間に位置する第2シーラント28と、を有する。図5に示すように、シール部3aにおいて、外装体3と第1タブ16との間には第1シーラント18が介在している。また、図示はしないが、外装体3と第2タブ26との間には第2シーラント28が介在している。これにより、タブ16,26の周囲において外装体3をより強固に封止することができる。また、外装体3に含まれているアルミニウム箔やステンレス箔などの金属箔とタブ16,26とが短絡してしまうことを抑制することができる。
以下、第1シーラント18及び第2シーラント28の構造、並びに、第1タブ16に対する第1シーラント18の位置関係及び第2タブ26に対する第2シーラント28の位置関係などについて説明する。
図1及び図2に示す例において、第1シーラント18は、第1タブ16及び第2タブ26が突出する第1方向d1に交差するよう、例えば第1方向d1に直交する第2方向d2に延びている。第1シーラント18は、第1方向d1において正極集電体11Xと対向している。同様に、第2シーラント28は、第1タブ16及び第2タブ26が突出する第1方向d1に交差するよう、例えば第1方向d1に直交する第2方向d2に延びている。第2シーラント28は、第1方向d1において負極集電体21Yと対向している。ここで、第1タブ16又は第2タブ18が突出する方向とは、図3に示すように積層型電池1が外装体3を備えている場合には、第1タブ16又は第2タブ18が外装体3の内部から外部へと延び出す方向を意味してもよい。
図5に示すように、第1シーラント18は、第1タブ16のうち正極集電体11Xの第1接続領域a1に取り付けられる面である第1面16a、及び、第1面16aの反対側に位置する第2面16bの両方において、第1タブ16の一部を覆っている。図1、図2及び図5に示すように、積層型電池1が外装体3を備える場合に、第1シーラント18の一部が外装体3の外部に露出していてもよい。以下の説明において、第1シーラント18のうち、外装体3の第1部材3bと第2部材3cとの間に位置している、若しくは位置する予定の部分を第1部分18aと称し、外装体3の外部に位置している、若しくは位置する予定の部分を第2部分18bとも称する。第2シーラント28も同様に、外装体3の第1部材3bと第2部材3cとの間に位置している、若しくは位置する予定の第1部分28aと、外装体3の外部に位置している、若しくは位置する予定の第2部分28bと、を含んでいてもよい。
第1シーラント18及び第2シーラント28の材料としては、外装体3の接着層と同様に、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、低密度ポリプロピレン、アイオノマー、エチレン・酢酸ビニル等を挙げることができる。
第1シーラント18及び第2シーラント28の厚みは、例えば0.05mm以上であり、0.40mm以下であってもよい。
以下、第1タブ16、第2タブ26、第1シーラント18及び第2シーラント28の寸法について、積層型電池1の他の構成の寸法との比率も併せて、説明する。図6は、正極集電体11Xの第1接続領域a1を第2面11b側から見た場合を示す底面図である。また、図6に示した二点鎖線は、積層型電池1が外装体3を備える場合における、外装体3の輪郭の一例を示している。
図6において、符号W1、W2、W3及びW4はそれぞれ、第2方向d2における、正極集電体11Xの第1接続領域a1の端部a1eの寸法、第1タブ16の寸法及び第1シーラント18の寸法、並びに、第1方向d1における第1シーラント18の第2部分18bの寸法を表している。図示はしないが、第2タブ26及び第2シーラント28についても同様に、第2方向d2における、第2タブ26の寸法及び第2シーラント28の寸法、並びに第1方向d1における第2シーラント28の第2部分28bの寸法が定義される。
第2方向d2における第1接続領域a1の端部a1eの寸法W1は、第2方向d2における第1シーラント18の寸法W3及び第2シーラント28の寸法W3よりも大きい。例えば、端部a1eの寸法W1は、第1シーラント18の寸法W3及び第2シーラント28の寸法W3の1.5倍以上である。
第2方向d2における第1タブ16の寸法W2は、第2方向d2における第1シーラント18の寸法W3より小さい。また、第2方向d2における第2タブ26の寸法W2は、第2方向d2における第2シーラント28の寸法W3より小さい。例えば、第1タブ16の寸法W2は、第1シーラント18の寸法W3の0.9倍以下であり、第2タブ26の寸法W2は、第2シーラント28の寸法W3の0.9倍以下である。
以下、第1シーラント18の寸法W3と第2シーラント28の寸法W3との関係について説明する。本実施の形態においては、第1タブ16又は第2タブ26が突出する方向と直交する方向における、第1シーラント18の寸法W3と第2シーラント28の寸法W3を異ならせることを提案する。
外装体3によって封止された状態の膜電極接合体5において、積層型電池1の製造工程を実施する作業者によって視認されるのは、外装体3、第1タブ16、第2タブ26、第1シーラント18の第2部分18b及び第2シーラント28の第2部分28bなどである。これらの部材は、ほぼ左右対称に配置される可能性が高い。また、第1タブ16及び第2タブ26はいずれも金属光沢を有する。このため、作業者が、第1タブ16と第2タブ26とを判別することは容易ではない。このような課題を考慮し、本実施の形態においては、第1シーラント18の寸法W3と第2シーラント28の寸法W3を異ならせることを提案する。
本実施の形態においては、図2に示すように、第1タブ16及び第2タブ26が突出する第1方向d1と直交する第2方向d2において、第1シーラント18の寸法W3と、第2方向d2における第2シーラント28の寸法W3とが、異なっている。例えば、第1シーラント18の寸法W3は、第2シーラント28の寸法W3の1.3倍以上、又は0.7倍以下である。第1シーラント18と第2シーラント28の寸法が異なっていることにより、タブを覆うシーラントの寸法の違いから、第1タブ16と第2タブ26とを判別することができる。
次に、リチウムイオン二次電池として構成された本実施の形態に係る積層型電池1の製造方法について説明する。以下に説明する積層型電池の製造方法は、膜電極接合体5を準備する膜電極接合体準備工程と、第1シーラント18及び第2シーラント28が設けられた第1タブ16及び第2タブ26を準備するタブ準備工程と、第1タブ16及び第2タブ26を正極集電体11Xの第1接続領域a1及び負極集電体21Yの第2接続領域a2に取り付けるタブ取付工程と、外装体3を用いて膜電極接合体5を封止する封止工程と、を備える。積層型電池の製造方法は、積層型電池1を充電する初期充電工程を更に備えていてもよい。また、積層型電池の製造方法は、初期充電工程に先行して実施される前充電工程を更に備えていてもよい。以下、各工程について説明する。
(膜電極接合体準備工程)
膜電極接合体準備工程は、正極板10X(第1電極板10)および負極板20Y(第2電極板20)をそれぞれ作製する工程と、正極板10X(第1電極板10)および負極板20Y(第2電極板20)を交互に積層する工程と、を含んでいる。
まず、正極板10X(第1電極板10)および負極板20Y(第2電極板20)をそれぞれ作製する工程について説明する。正極板10Xおよび負極板20Yは、別々の工程により別々のタイミングで作製されてもよい。また、正極板10Xおよび負極板20Yは、並行して同時に作製され、作製された正極板10Xおよび負極板20Yが、順次、正極板10X及び負極板20Yを交互に積層する工程に供給されるようにしてもよい。
正極板10Xは、例えば、正極集電体11Xを構成するようになる長尺のアルミニウム箔上に、正極活物質層12Xを構成するようになる組成物(スラリー)を塗工して固化し、次に、所望の大きさに断裁していくことで作製され得る。同様に、負極板20Yは、例えば、負極集電体21Yを構成するようになる長尺の銅箔上に、負極活物質層22Yを構成するようになる組成物(スラリー)を塗工して固化し、次に、所望の大きさに断裁していくことで作製され得る。なお、正極板10X及び負極板20Yの少なくとも一方に電解質層30Aとして機能する絶縁体30を付与する場合には、電極板10,20をなすようになる断裁前の長尺材上又は断裁後の枚葉材上に電解液を塗布して固化又はゲル化させることで絶縁体30を作製することができる。
次に、正極板10X及び負極板20Yを交互に積層する工程を実施する。この工程では、正極板10Xの正極活物質層12Xと負極板20Yの負極活物質層22Yとが正対するようにして、正極板10X及び負極板20Yを積層していく。
次に、複数の正極集電体11Xの第1接続領域a1を、抵抗溶接や超音波溶接などによって互いに接合する。複数の負極集電体21Yについても同様である。
このようにして、複数の正極板10X及び複数の負極板20Yが交互に積層された膜電極接合体5を得ることができる。
(タブ準備工程)
タブ準備工程においては、まず、第1タブ16及び第2タブ26を準備し、続いて、第1シーラント18及び第2シーラント28を第1タブ16及び第2タブ26に設ける。第1シーラント18及び第2シーラント28は、第1タブ16及び第2タブ26の第1面16a,26a及び第2面16b,26bにそれぞれ設けられる。好ましくは、第1シーラント18及び第2シーラント28は、第2方向d2における第1シーラント18及び第2シーラント28の中心位置と第1タブ16及び第2タブ26の中心位置とが一致するよう、第1タブ16及び第2タブ26に取り付けられる。
(タブ取付工程)
タブ取付工程においては、まず、第1シーラント18及び第2シーラント28が設けられた第1タブ16及び第2タブ26を、取付装置に載置する。例えば、図7に示すように、第1シーラント18が設けられた第1タブ16を、取付装置40の内部に載置する。続いて、膜電極接合体5を取付装置40の内部に投入し、第1シーラント18が第1方向d1において正極集電体11Xの第1接続領域a1と対向するよう、第1タブ16に対する膜電極接合体5の位置合わせを行う。位置合わせの後、抵抗溶接や超音波溶接などによって第1タブ16を正極集電体11Xの第1接続領域a1に取り付ける。これによって、第1タブ16を正極集電体11Xに電気的に接続させることができる。同様にして、第2タブ26を負極集電体21Yの第2接続領域a2に取り付けて、第2タブ26を負極集電体21Yに電気的に接続させる。
(封止工程)
封止工程においては、まず、第1タブ16及び第2タブ26が取り付けられた膜電極接合体5を第1部材3bと第2部材3cとの間に配置する。続いて、第1タブ16及び第2タブ26を外部に延び出させた状態で、第1部材3b及び第2部材3cの周縁に沿って、第1部材3bの内面と第2部材3cの内面とを熱溶着などによって接合し、シール部3aを形成する。これによって、図3に示すように、膜電極接合体5を収容するように外装体3を形成することができる。
(初期充電工程)
初期充電工程においては、外装体3の内部に収容された膜電極接合体5の充電を、第1タブ16及び第2タブ26を介して実施する。初期充電工程においては、まず、充電用の電源を用意し、電源の正極を第1タブ16に、電源の負極を第2タブ26に、それぞれ電気的に接続する。次に、電源を用いて、積層型電池1に電流を流す。このことにより、積層型電池1が初期充電される。
初期充電工程においては、積層型電池1を初期充電する前に、外装体3にガス抜き開口を形成してもよい。この場合には、積層型電池1を初期充電した後に、ガス抜き開口を閉じて膜電極接合体5を再封止する。
ガス抜き開口は、外装体3のうち熱溶着で形成されたシール部の内側に孔を開けて形成してもよく、あるいは、シール部の一部を切断して、外装体3の内部を外部に連通させるようにして形成してもよい。
ガス抜き開口を閉じて膜電極接合体5を外装体3で再封止する方法について説明する。例えば、上述したガス抜き開口よりも内側で、外装体3の内面同士を熱溶着などによって接合する。これによって、外装体3の内部を外部から封止するシール部を再び形成し、ガス抜き開口を閉じることができる。外装体3のうちガス抜き開口が形成された部分は、裁断することにより取り除かれてもよい。
(前充電工程)
前充電工程は、初期充電工程よりも前に必要に応じて実施される工程である。前充電工程における充電方法は、上述の初期充電工程における充電方法と同様である。
前充電工程の目的について説明する。初期充電を行う前の積層型電池1の電圧は、低くなっており、例えば0V付近になることが多い。前充電は、例えば、膜電極接合体5に第1タブ16及び第2タブ26が取り付けられてから、積層型電池1の初期充電を開始するまでの間が長時間となる場合に、積層型電池1の電圧が低い状態で積層型電池1を長時間放置することを避けるために行われる。前充電工程においては、例えば、積層型電池1の電圧が0.8V以上1.5V以下となるように、積層型電池1の充電を行ってもよい。
本実施の形態における積層型電池1の効果について説明する。
本実施の形態においては、第1シーラント18と、第2シーラント28とが、第1タブ16又は第2タブ26が突出する方向と直交する方向において、異なった寸法を有する。これにより、積層型電池1の製造時及び使用時において、タブを覆うシーラントの寸法の違いから、第1タブ16と第2タブ26とを判別することができる。このため、例えば、上述の初期充電又は前充電を行う場合において、充電用の電源の正極を第1タブ16ではなく誤って第2タブ26に取り付けてしまうことなどを抑制することができる。
以上において、具体例を参照しながら一実施の形態を説明してきたが、上述した具体例が一実施の形態を限定することを意図していない。上述した一実施の形態は、その他の様々な具体例で実施されることが可能であり、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した具体例と同様に構成され得る部分について、上述の具体例における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。
上述の実施の形態においては、第1タブ16又は第2タブ26が突出する方向と直交する方向における、第1シーラント18の寸法と第2シーラント28の寸法を異ならせることにより、第1タブ16と第2タブ26の判別を容易化する例を示した。以下、第1タブ16と第2タブ26の判別を更に容易化するため、または上述の特徴とは異なる特徴から第1タブ16と第2タブ26の判別を容易化するための例について説明する。
(第1の変形例)
第1の変形例においては、第1シーラント18の少なくとも一部と、第2シーラント28の少なくとも一部とが異なった色彩を有するよう、第1シーラント18及び第2シーラント28を構成することを提案する。図8及び図9は、それぞれ、第1の変形例に係る積層型電池を示す斜視図及び平面図である。図10は、膜電極接合体5が外装体3によって封止された状態の、第1の変形例に係る積層型電池を示す斜視図である。
外装体3によって封止された状態の膜電極接合体5において、積層型電池1の製造工程を実施する作業者によって視認されるのは、外装体3、第1タブ16、第2タブ26、第1シーラント18の第2部分18b及び第2シーラント28の第2部分28bなどである。これらの部材は、図8、図9及び図10に示すように、ほぼ左右対称に配置される可能性が高い。また、第1タブ16及び第2タブ26はいずれも金属光沢を有する。また、従来は、第1シーラント18及び第2シーラント28は同様の色彩を有する。このため、作業者が、第1タブ16と第2タブ26とを判別することは容易ではない。このような課題を考慮し、本実施の形態においては、以下に説明するように、第1シーラント18の色彩と第2シーラント28の色彩とを異ならせることを提案する。
なお、第1シーラント18又は第2シーラント28が有する色彩とは、視覚により、第1シーラント18又は第2シーラント28の色彩として認識可能な色を意味する。例えば、第1シーラント18又は第2シーラント28の表面積の50%以上を占める色彩を意味する。また、積層型電池1が外装体3を備える場合には、第1シーラント18又は第2シーラント28の第2部分18b,28bの表面積の50%以上を占める色彩を意味していてもよい。また、第1シーラント18又は第2シーラント28に付された色彩のうち、第1シーラント18又は第2シーラント28が覆っているタブ16,26の色彩との色差が最も大きな色彩を意味してもよい。ここで色差ΔE abとは、L表色系におけるL、aおよびbに基づいて算出される値であり、肉眼で観察された場合の色の相違に関する指標となる値である。L表色系における色差は、例えば日本工業規格により開示された「色の表示方法−物体色の色差;JIS Z 8730」に記載の方法により算出することができる。
また、異なった色彩とは、視覚により異なる色彩であると判別可能な色を意味する。例えば、第1シーラント18が有する色彩と、第2シーラント28が有する色彩との色差が6.5以上であることを意味する。また、第1シーラント18が有する色彩と、第2シーラント28が有する色彩との色差が10以上であることを意味してもよい。
第1シーラント18及び第2シーラント28のうちそれらの特徴的な色彩が呈されている位置は、特に限定されない。例えば、第1シーラント18の全体及び第2シーラント28の全体が、それぞれ異なった色彩を有していてもよく、第1シーラント18の一部及び第2シーラント28の一部が、それぞれ異なった色彩を有していてもよい。
第1シーラント18の少なくとも一部と、第2シーラント28の少なくとも一部とが、異なった色彩を有することにより、タブを覆うシーラントの色彩の違いから、第1タブ16と第2タブ26とを判別することができる。
積層型電池1が外装体3を備える場合には、好ましくは、第1シーラント18と第2シーラント28とは、第1シーラント18の第2部分18bと、第2シーラント28の第2部分28bとにおいて、異なった色彩を有する。第1シーラント18の第2部分18bと、第2シーラント28の第2部分28bとが、異なった色彩を有する場合には、図3に示すように、膜電極接合体5が外装体3に収容されている場合においても、タブを覆うシーラントの第2部分18b、28bの色彩の違いから、第1タブ16と第2タブ26とを判別することができる。
第1シーラント18及び第2シーラント28が有する色彩の組み合わせは、特に限定されない。例えば、第1シーラント18及び第2シーラント28のいずれか一方が赤色を有し、もう一方が青色を有する。
第1シーラント18及び第2シーラント28の色彩は、第1タブ16及び第2タブ26を構成する材料の色彩に対して所定の関係を有していてもよい。例えば、第1タブ16がアルミニウムから形成され、第2タブ26が銅合金から形成されている場合には、第1シーラント18が赤色を有し、第2シーラント28が青色を有していてもよい。
第1シーラント18及び第2シーラント28に色彩を付す手段は、特に限定されないが、例えば、第1シーラント18及び第2シーラント28に顔料を含ませることにより、色彩を付すことができる。
第1シーラント18の第2部分18bと、第2シーラント28の第2部分28bとが、異なった色彩を有する場合、第1方向d1における第1シーラント18の第2部分18bの寸法W4、及び第1方向d1における第2シーラント28の第2部分18bの寸法W4は、0.5mm以上であることが好ましく、1.0mm以上であることがより好ましい。寸法W4が上記の値を有することにより、第1シーラント18の第2部分18b及び第2シーラント28の第2部分28bが有する色彩がより認識されやすくなる。このため、タブを覆うシーラントの第2部分18b,28bの色彩の違いから、第1タブ16と第2タブ26とをより容易に判別することができる。
第1の変形例における積層型電池1の効果について説明する。
第1の変形例においては、第1シーラント18の少なくとも一部と、第2シーラント28の少なくとも一部とが、異なった色彩を有する。これにより、積層型電池1の製造時及び使用時において、タブを覆うシーラントの色彩の違いから、第1タブ16と第2タブ26とを判別することができる。このため、例えば、上述の初期充電又は前充電を行う場合において、充電用の電源の正極を第1タブ16ではなく誤って第2タブ26に取り付けてしまうことなどを抑制することができる。
(第2の変形例)
第1タブ16の厚みと第2タブ26の厚みとは、異なっていてもよい。なお、2つの部材の厚み又は寸法が異なっているとは、例えば、一方の部材の厚み又は寸法に対する他方の部材の厚み又は寸法の比が、0.9以下、又は1.1以上であることを意味する。また、2つの部材の厚み又は寸法が異なっているとは、一方の部材の厚み又は寸法と、他方の部材の厚み又は寸法との差が、5mm以上であることを意味してもよい。
例えば、第1タブ16の厚みは、第2タブ26の厚みの2倍以上、又は0.5倍以下である。
第1タブ16と第2タブ26の厚みが異なっていることにより、タブの厚みの違いから、第1タブ16と第2タブ26とを判別することができる。
(第3の変形例)
第2方向d2における第1タブ16の寸法W2と、第2方向d2における第2タブ26の寸法W2とは、異なっていてもよい。例えば、第1タブ16の寸法W2は、第2タブ26の寸法W2の2倍以上、又は0.5倍以下である。第1タブ16と第2タブ26の寸法が異なっていることにより、タブの寸法の違いから、第1タブ16と第2タブ26とを判別することができる。
(第4の変形例)
第1シーラント18の厚みと第2シーラント28の厚みとは、異なっていてもよい。例えば、第1シーラント18の厚みは、第2シーラント28の厚みの2倍以上、又は0.5倍以下である。第1シーラント18と第2シーラント28の厚みが異なっていることにより、タブを覆うシーラントの厚みの違いから、第1タブ16と第2タブ26とを判別することができる。
(第5の変形例)
第1方向d1における第1シーラント18の第2部分18bの寸法W4と、第1方向d1における第2シーラント28の第2部分28bの寸法W4とは、異なっていてもよい。例えば、第1シーラント18の第2部分18bの寸法W4は、第2シーラント28の第2部分28bの寸法W4の2倍以上、又は0.5倍以下である。第1シーラント18の第2部分18bの寸法と、第2シーラント28の第2部分28bの寸法とが異なっていることにより、タブを覆うシーラントの第2部分18b,28bの寸法の違いから、第1タブ16と第2タブ26とを判別することができる。
(第6の変形例)
第1タブ16の形状と第2タブ26の形状とは、異なっていてもよい。又は、第1シーラント18の形状と第2シーラント28の形状とは、異なっていてもよい。例えば、平面視において、第1タブ16又は第2タブ26のいずれか一方の角部にはアールがつけられるのに対して、他方の角部は直線から構成される。また、平面視において、第1シーラント18又は第2シーラント28のいずれか一方の角部にはアールがつけられるのに対して、他方の角部は直線から構成されてもよい。
また、第1シーラント18又は第2シーラント28のいずれか一方が、第1部分18a,28aと第2部分18b,28bとの境界から第2部分18b,28b側に、凸状部分を有してもよい。凸状部分は、例えば、封止工程において、外装体3とタブ16,26との間にシーラント18,28が介在した状態で外装体3の第1部材3bの内面と第2部材3cの内面とを熱溶着によって接合する場合に、溶融したシーラント18,28の一部が、外装体3と重ねられる第1部分18a,28a側から外装体3と重ねられない第2部分18b,28b側に押し出されることによって、形成される。
なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。
1 積層型電池
3 外装体
3a シール部
3b 第1部材
3c 第2部材
5 膜電極接合体
10 第1電極板
10X 正極板
11 第1電極集電体
11X 正極集電体
11a 第1面
11b 第2面
12 第1電極活物質層
12X 正極活物質層
16 第1タブ
18 第1シーラント
18a 第1部分
18b 第2部分
20 第2電極板
20Y 負極板
21 第2電極集電体
21Y 負極集電体
21a 第1面
21b 第2面
22 第2電極活物質層
22Y 負極活物質層
26 第2タブ
28 第2シーラント
28a 第1部分
28b 第2部分
30 絶縁体
a1 第1接続領域
a2 第2接続領域
b1 第1有効領域
b2 第2有効領域
40 取付装置

Claims (11)

  1. 交互に積層された第1電極板及び第2電極板と、
    前記第1電極板と電気的に接続し、前記第1電極板の端部から突出する第1タブと、
    前記第2電極板と電気的に接続し、前記第2電極板の端部から突出する第2タブと、
    前記第1タブの一部を覆う第1シーラントと、
    前記第2タブの一部を覆う第2シーラントと、を備え、
    前記第1シーラントと、前記第2シーラントとは、前記第1タブ又は前記第2タブが突出する方向と直交する方向において、異なった寸法を有する、積層型電池。
  2. 前記第1タブが突出する方向と直交する方向における前記第1シーラントの寸法は、前記第2タブが突出する方向と直交する方向における前記第2シーラントの寸法の1.3倍以上、又は0.7倍以下である、請求項1に記載の積層型電池。
  3. 前記第1シーラントの少なくとも一部と、前記第2シーラントの少なくとも一部とは、異なった色彩を有する、請求項1又は2に記載の積層型電池。
  4. 前記第1電極板及び前記第2電極板を収容する収容部を画成するよう周縁に沿って互いに接合された第1部材及び第2部材を有する外装体をさらに備え、
    前記第1タブ及び前記第2タブは、それぞれ、前記収容部から前記外装体の前記第1部材と前記第2部材の間を通って前記外装体の外部へと延び、
    前記第1シーラント及び前記第2シーラントは、それぞれ、前記外装体の前記第1部材と前記第2部材との間に位置する第1部分と、前記外装体の外部に位置する第2部分と、を有し、
    前記第1シーラントの前記第2部分と、前記第2シーラントの前記第2部分とは、異なった色彩を有する、請求項3に記載の積層型電池。
  5. 前記第1シーラント及び前記第2シーラントの前記第2部分は、前記第1タブ又は前記第2タブが突出する方向において、0.5mm以上の寸法を有する、請求項4に記載の積層型電池。
  6. 前記第1シーラントの前記第2部分と、前記第2シーラントの前記第2部分とは、前記第1タブ又は前記第2タブが突出する方向において、異なった寸法を有する、請求項4又は5に記載の積層型電池。
  7. 前記第1シーラントと、前記第2シーラントとは、異なった厚みを有する、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の積層型電池。
  8. 前記第1タブと、前記第2タブとは、前記第1タブ又は前記第2タブが突出する方向と直交する方向において、異なった寸法を有する、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の積層型電池。
  9. 前記第1タブと、前記第2タブとは、異なった厚みを有する、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の積層型電池。
  10. 交互に積層された第1電極板及び第2電極板と、
    前記第1電極板と電気的に接続した第1タブと、
    前記第2電極板と電気的に接続した第2タブと、
    前記第1タブの一部を覆う第1シーラントと、
    前記第2タブの一部を覆う第2シーラントと、を備え、
    前記第1シーラントの少なくとも一部と、前記第2シーラントの少なくとも一部とは、異なった色彩を有する、積層型電池。
  11. 前記第1電極板及び前記第2電極板を収容する収容部を画成するよう周縁に沿って互いに接合された第1部材及び第2部材を有する外装体をさらに備え、
    前記第1タブ及び前記第2タブは、それぞれ、前記収容部から前記外装体の前記第1部材と前記第2部材の間を通って前記外装体の外部へと延び、
    前記第1シーラント及び前記第2シーラントは、それぞれ、前記外装体の前記第1部材と前記第2部材との間に位置する第1部分と、前記外装体の外部に位置する第2部分と、を有し、
    前記第1シーラントの前記第2部分と、前記第2シーラントの前記第2部分とは、異なった色彩を有する、請求項10に記載の積層型電池。
JP2018234539A 2018-12-14 2018-12-14 積層型電池 Pending JP2020095910A (ja)

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