JP2020129515A - Laminated battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ラミネート外装体の内部に発電要素を封止するラミネート型電池に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laminate type battery in which a power generation element is sealed inside a laminate exterior body.
リチウムイオン二次電池等の電池は、パソコンや携帯端末等のポータブル電源、あるいはEV(電気自動車)、HV(ハイブリッド自動車)、PHV(プラグインハイブリッド自動車)等の車両駆動用電源として広く用いられている。 Batteries such as lithium-ion secondary batteries are widely used as portable power sources for personal computers, mobile terminals, etc., or power sources for driving vehicles such as EVs (electric vehicles), HVs (hybrid vehicles), PHVs (plug-in hybrid vehicles). There is.
電池の一例として、フィルム状のラミネート外装体の内部に発電要素を封止するラミネート型電池が知られている。例えば、特許文献1に開示されている電池では、発電要素(電気デバイス要素)に電気的に接続される外部端子(電極タブ)のうち、ラミネート外装体によってシールされる部位に、幅方向外側に向かって板厚が徐々に薄くなる薄肉部が設けられている。これにより、シールのために溶着される部位と外部端子の間に空隙が発生することの抑制を図っている。 As an example of a battery, a laminated battery is known in which a power generation element is sealed inside a film-shaped laminate outer package. For example, in the battery disclosed in Patent Document 1, of the external terminals (electrode tabs) electrically connected to the power generation element (electrical device element), a portion sealed by the laminate outer body is provided outside in the width direction. A thin portion is provided so that the plate thickness gradually decreases. As a result, it is possible to suppress the generation of a gap between the portion welded for sealing and the external terminal.
特許文献1に記載の電池では、外部端子に外力が加わると、シールのために溶着される部位と外部端子の接合部分のうち、外側の端部に応力が集中し易い。その結果、接合部分の外側の端部が起点となって、ラミネート外装体の破断、またはシールの剥離が生じる可能性がある。 In the battery described in Patent Document 1, when an external force is applied to the external terminal, the stress is likely to be concentrated on the outer end portion of the joint portion between the portion welded for sealing and the external terminal. As a result, there is a possibility that the outer end portion of the joint portion becomes a starting point and the laminate outer casing is broken or the seal is peeled off.
本発明の典型的な目的は、外部端子に外力が加わった場合でも、ラミネート外装体の破断およびシールの剥離が生じることを抑制することが可能なラミネート型電池を提供することである。 A typical object of the present invention is to provide a laminate-type battery capable of suppressing breakage of a laminate outer package and peeling of a seal even when an external force is applied to an external terminal.
かかる目的を実現するべく、ここに開示される一態様のラミネート型電池は、電極体に電気的に接続される板状の外部端子と、フィルム状に形成され、幅広面同士を対向させた状態で溶着されることで、溶着されたシール部から上記外部端子の先端部を外方に露出させた状態で、上記電極体を内部に封止するラミネート外装体と、熱溶着性を有する材質によって形成され、上記外部端子の少なくとも一部と上記ラミネート外装体の上記シール部の間に配置された状態で、上記シール部と共に溶着されるタブフィルムと、を備え、上記外部端子の板面に平行な方向のうち、上記シール部を上記外部端子が貫通する方向を貫通方向、上記貫通方向に交差する方向を幅方向とした場合に、上記外部端子は、上記シール部によって覆われる部位に、上記貫通方向の外側に向かって上記幅方向における幅が狭くなる変形部を備えたことを特徴とする。 In order to achieve such an object, a laminated battery according to one embodiment disclosed herein is in a state in which a plate-shaped external terminal electrically connected to an electrode body is formed in a film shape and wide surfaces are opposed to each other. And the outer end of the external terminal is exposed to the outside from the welded seal portion, and a laminate outer body for sealing the electrode body inside, and a heat-welding material. A tab film that is formed and is welded together with the seal portion in a state of being disposed between at least a part of the external terminal and the seal portion of the laminate outer package, and is parallel to the plate surface of the external terminal. Among the different directions, when the direction in which the external terminal penetrates the seal part is the penetrating direction, and the direction intersecting the penetrating direction is the width direction, the external terminal is in a portion covered by the seal part. It is characterized by including a deforming portion whose width in the width direction becomes narrower toward the outside in the penetrating direction.
上記構成のラミネート型電池では、外部端子のうちシール部によって覆われる部位に、貫通方向の外側に向かって幅が狭くなる変形部が設けられている。従って、外部端子に外力が加わった場合に、シール部によって覆われている変形部に応力が集中し易くなる。その結果、ラミネート外装体の破断および剥離の起点となり易い、溶着部位と外部端子の接合部分の外側端部に、応力が集中し難くなる。よって、外部端子に外力が加わった場合でも、ラミネート外装体の破断およびシールの剥離が生じることが、適切に抑制される。 In the laminated battery having the above structure, the deformable portion having a width that narrows outward in the penetrating direction is provided at a portion of the external terminal covered by the seal portion. Therefore, when an external force is applied to the external terminal, stress is likely to concentrate on the deformed portion covered by the seal portion. As a result, stress is less likely to be concentrated on the outer end of the joint between the welded portion and the external terminal, which tends to be the starting point of breakage and peeling of the laminate outer package. Therefore, even when an external force is applied to the external terminal, breakage of the laminate outer package and peeling of the seal are appropriately suppressed.
以下、本開示における典型的な実施形態の1つについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚み等)は実際の寸法関係を反映するものではない。 Hereinafter, one of exemplary embodiments in the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Matters other than the matters particularly referred to in the present specification and necessary for implementation can be grasped as design matters of a person skilled in the art based on conventional technology in the field. The present invention can be implemented based on the contents disclosed in this specification and the common general technical knowledge in the field. In addition, in the following drawings, the same reference numerals are given to members and portions that have the same effect. Further, the dimensional relationship (length, width, thickness, etc.) in each drawing does not reflect the actual dimensional relationship.
本明細書において、「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス一般を指す用語であって、一次電池および二次電池を含む概念である。「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池(すなわち化学電池)の他、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ(すなわち物理電池)を包含する。以下、リチウムイオン二次電池をラミネート型電池として構成した場合を例示して、本開示に係るラミネート型電池について詳細に説明する。ただし、本開示に係るラミネート型電池を、以下の実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。例えば、ラミネート型電池は、固体の電解質を用いた全固体電池であってもよいし、電気二重層キャパシタ等の蓄電素子であってもよい。 In the present specification, the “battery” is a term that generally refers to an electricity storage device that can take out electrical energy, and is a concept that includes a primary battery and a secondary battery. The term "secondary battery" generally refers to an electricity storage device that can be repeatedly charged and discharged, and includes so-called storage batteries (that is, chemical batteries) such as lithium-ion secondary batteries, nickel-hydrogen batteries, and nickel-cadmium batteries, and electric double-layer capacitors. Includes capacitors (ie physical batteries). Hereinafter, the laminate type battery according to the present disclosure will be described in detail by exemplifying a case where the lithium ion secondary battery is configured as a laminate type battery. However, the laminated battery according to the present disclosure is not intended to be limited to those described in the following embodiments. For example, the laminate type battery may be an all-solid-state battery using a solid electrolyte, or may be a power storage element such as an electric double layer capacitor.
図1および図2を参照して、本実施形態のラミネート型電池1の構成について説明する。本実施形態のラミネート型電池1は、電極体10、電解質(図示せず)、外部端子20(正極外部端子20Aおよび負極外部端子20B)、およびラミネート外装体30を備える。電極体10と電解質は、ラミネート型電池1の発電要素となる。電極体10と電解質は、ラミネート外装体30の内部に封止される。
The configuration of the laminated battery 1 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The laminated battery 1 of the present embodiment includes an
電極体10の構成は従来公知の電池と同様の構成で良く、特に限定されない。本実施形態の電極体10は積層型の電極体であり、シート状の正極体11Aおよび負極体11Bを、それぞれ1枚以上、典型的にはそれぞれ複数備えている。正極体11Aと負極体11Bは、互いに絶縁された状態で交互に積層されている。なお、電極体10の構成を変更することも可能である。例えば、電極体10は、積層された正極体11Aと負極体11Bが捲回された捲回型の電極体であってもよい。
The structure of the
正極体11Aは、典型的には、正極集電体と、その表面に形成された正極活物質層とを備える。本実施形態の正極集電体にはアルミニウムが採用されている。正極活物質層は、正極活物質(例えば、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物)を含む。負極体11Bは、典型的には、負極集電体と、その表面に形成された負極活物質層とを備える。本実施形態の負極集電体には銅が採用されている。負極活物質層は、負極活物質(例えば、黒鉛等の炭素材料)を含む。正極体11Aと負極体11Bの間には、セパレータが配置されていてもよい。セパレータは、正極活物質層と負極活物質層を絶縁する。セパレータとしては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等の樹脂シート等を採用できる。
The
電解質の構成は従来公知の電池と同様の構成で良く、特に限定されない。電解質は、液状であってもよいし、ポリマー状(ゲル状)であってもよいし、固体状であってもよい。一例として、本実施形態の電解質は、非水溶媒と、電荷担体を生成するリチウム塩等の支持塩を含んでいる。 The structure of the electrolyte may be the same as that of a conventionally known battery, and is not particularly limited. The electrolyte may be in a liquid state, a polymer state (gel state), or a solid state. As an example, the electrolyte of the present embodiment contains a non-aqueous solvent and a supporting salt such as a lithium salt that forms a charge carrier.
電極体10には集電タブ12(正極集電タブ12Aおよび負極集電タブ12B)が設けられている。詳細には、正極集電タブ12Aは、正極体11A(詳細には正極集電体)から外方に延びている。負極集電タブ12Bは、負極体11B(詳細には負極集電体)から外方に延びている。集電タブ12A,12Bは、活物質層(正極活物質層または負極活物質層)を具備せずに露出している。一例として、本実施形態では、正極集電タブ12Aと負極集電タブ12Bは、電極体10の異なる位置から同一の方向(図1における上方)に向けて延びている。ただし、正極集電タブ12Aと負極集電タブ12Bの構成を変更することも可能である。例えば、正極集電タブ12Aと負極集電タブ12Bは、互いに異なる方向へ(例えば反対方向へ)延びていてもよい。
The
外部端子20A,20Bは板状に形成されている。外部端子20A,20Bは、集電タブ12A,12Bに接合されることで、集電タブ12A,12Bに電気的に接続される。詳細には、正極外部端子20Aは、正極集電タブ12Aの先端部近傍からさらに外方(図1における上方)へ延び、ラミネート外装体30から外側へ露出する。本実施形態の正極外部端子20Aは、薄いアルミニウム板である。負極外部端子20Bは、負極集電タブ12Bの先端部近傍からさらに外方(図1における上方)へ延び、ラミネート外装体30から外側へ露出する。本実施形態の負極外部端子20Bは、薄い銅板である。外部端子20A,20Bの詳細な構成については、図3を参照して後述する。
The
正極外部端子20Aと正極集電タブ12Aは、接合部15Aで互いに接合される。また、負極外部端子20Bと負極集電タブ12Bは、接合部15Bで互いに接合される。一例として、本実施形態では、接合部15A,15Bにおける外部端子20A,20Bと集電タブ12A,12Bの接合方法として、抵抗溶接が採用されている。しかし、抵抗溶接以外の接合方法(例えば、レーザ溶接または超音波接合等)によって、外部端子20A,20Bと集電タブ12A,12Bが接合されてもよい。
The positive electrode
ラミネート外装体30は、フィルム状に形成されており、幅広面同士を対向させた状態で溶着されることで袋状に形成される。その結果、内部の空間に発電要素(電極体10および電解質)が封止される。一例として、本実施形態では、フィルム状に形成された2枚のラミネート外装体30が貼り合わされることで、袋状に形成される。しかし、ラミネート外装体30の構成を変更することも可能である。例えば、フィルム状に形成された1枚のラミネート外装体が2つ折りとされ、折り目以外の部分が溶着されることで、袋状に形成されてもよい。また、フィルム状に形成された3枚以上のラミネート外装体が貼り合わされることで、袋状に形成されてもよい。
The laminated
図2に示すように、本実施形態のラミネート外装体30は、積層構造を有する。詳細には、フィルム状であるラミネート外装体30は、外側から順に、保護層31、金属層32、およびシーラント層33を備える。保護層31は、例えばナイロン等によって形成され、ラミネート外装体30の耐久性および耐衝撃性を向上させる。金属層32は、例えばアルミニウム等によって形成され、ラミネート外装体30のガスバリア性および防湿性を向上させる。シーラント層33は、熱溶着性を有する部材(例えばポリプロピレン(PP)等)によって形成され、隙間をシールする。なお、ラミネート外装体30の構成を変更することも可能である。例えば、アルミニウム以外の材質(例えば鉄等)が金属層32として用いられてもよい。また、ラミネート外装体30の層の数は3つに限定されない。
As shown in FIG. 2, the laminated
図1および図2を参照して、ラミネート外装体30による発電要素等の封止方法について説明する。まず、電極体10から延びる集電タブ12A,12Bに、外部端子20A,20Bが接合される。次いで、外部端子20A,20Bの各々に対し、後述する変形部25A,25B(図1参照)を覆うように、ラミネート型電池1の厚み方向両側からタブフィルム40A,40Bが挟み込まれる。タブフィルム40A,40Bは、熱溶着性を有する材質(例えばポリプロピレン(PP)等)によって形成されている。
With reference to FIGS. 1 and 2, a method of sealing the power generation element and the like with the laminate
次いで、電極体10、外部端子20A,20B、およびタブフィルム40A,40Bの全体を厚み方向両側から覆うように、ラミネート外装体30が配置される。つまり、図2に示すように、外部端子20Aおよびタブフィルム40A,40B等の厚み方向両側において、フィルム状のラミネート外装体30の幅広面同士が、シーラント層33が内側に位置するように対向して配置される。
Next, the laminated
次いで、対向配置されたラミネート外装体30の間に袋状の密閉空間が形成されるように、ラミネート外装体30の外周部におけるシーラント層33が溶着される。その結果、電極体10がラミネート外装体30の内部に封止される。図1に示すように、本実施形態では、ラミネート外装体30の外周部におけるシーラント層33が溶着されることで、外部端子シール部35と周縁シール部36が形成される。外部端子シール部35は、外部端子20A,20Bの先端部を外方に露出させた状態で、外部端子20A,20Bをシールする。ここで、外部端子シール部35が溶着される際に、ラミネート外装体30と外部端子20A,20Bの間に配置されているタブフィルム40A,40Bも共に溶着される。従って、外部端子20A,20Bのシール性が向上する。
Next, the
また、周縁シール部36は、ラミネート外装体30の外周部のうち、外部端子シール部35以外の部分に形成される。前述したように、本実施形態では、フィルム状に形成された2枚のラミネート外装体30が貼り合わされることで、袋状の密閉空間が形成される。従って、本実施形態の周縁シール部36は、正面視略U字状となっている。ただし、周縁シール部36の形状は変更可能である。
Further, the peripheral
なお、以下の説明では、外部端子20A,20Bの板面に平行な方向のうち、外部端子シール部35を外部端子20A,20Bが貫通する方向(図1〜図4におけるA方向)を、貫通方向Aとする。また、外部端子20A,20Bの板面に平行な方向のうち、貫通方向Aに交差(本実施形態では垂直に交差)する方向(図1、図3、および図4におけるB方向)を、外部端子20A,20Bの幅方向Bとする。ラミネート型電池1の厚み方向は、貫通方向Aと幅方向Bに共に交差する方向(図2および図3におけるC方向)となる。
In the following description, of the directions parallel to the plate surfaces of the
図3を参照して、本実施形態における外部端子20A,20Bの構成について詳細に説明する。なお、正極外部端子20Aの構成と負極外部端子20Bの構成には、同様の構成を採用することが可能である。従って、以下では主に正極の外部端子20Aの構成について説明を行い、負極の外部端子20Bの詳細な説明は省略する。
The configuration of the
図3に示すように、本実施形態の外部端子20Aは、幅広部21Aと幅狭部22Aを備える。幅方向Bにおける幅は、幅広部21Aの方が幅狭部22Aよりも大きい。幅狭部22Aは、幅広部21Aよりも貫通方向Aにおける外側(図3における上側)に位置している。なお、本実施形態では、厚み方向Cにおける幅広部21Aの厚みと幅狭部22Aの厚みは同一である。しかし、幅広部21Aの厚みと幅狭部22Aの厚みは異なっていてもよい。
As shown in FIG. 3, the
外部端子20Aは薄肉部23Aを備える。薄肉部23Aは、幅方向Bの外側に向けて徐々に板厚が薄くなる部位である。本実施形態の薄肉部23Aの形状は、厚み方向Cにおいて対称な形状となっている。しかし、外部端子20Aの厚み方向Cにおける一方の面を平坦面とし、他方の面を傾斜させることで、薄肉部23Aが形成されてもよい。薄肉部23Aは、外部端子20Aのうち、外部端子シール部35(図1および図2参照)によって覆われる部位の少なくとも一部に形成される。一例として、本実施形態では、幅広部21Aおよび幅狭部22Aの全体に、薄肉部23Aが形成されている。しかし、薄肉部23Aを形成する位置を変更することも可能である。例えば、幅方向Bにおける両端部の一方にのみ薄肉部23Aが形成されてもよい。また、外部端子20Aのうち、貫通方向Aにおける中央部にのみ薄肉部23Aが形成されてもよい。薄肉部23Aが形成されることで、外部端子20Aと、タブフィルム40Aおよび外部端子シール部35の間に、空隙が生じにくくなる。よって、シール性が向上する。
The
外部端子20Aは、変形部25Aを備える。変形部25Aは、貫通方向Aの外側(図3における上側)に向かって幅方向Bにおける幅が狭くなる部位である。前述したように、変形部25Aは、外部端子20Aのうち、外部端子シール部35(図1および図2参照)によって覆われる部位に形成される。一例として、本実施形態の変形部25Aは、幅広部21Aと幅狭部22Aの間の直角の段差部である。
The
外部端子20Aに変形部25Aが設けられていない場合、外部端子20Aに幅方向Bの外力が加わると、例えば、図1における位置P1等に応力が集中し易い。位置P1は、外部端子20Aのシールのために溶着される部位(本実施形態では、タブフィルム40Aおよび外部端子シール部)と、外部端子20A(詳細には、本実施形態では薄肉部23A)の接合部分のうち、貫通方向Aの外側の端部である。位置P1に応力が集中すると、位置P1が起点となって、ラミネート外装体30の破断、またはシールの剥離等が生じる可能性がある。
If the
これに対し、本実施形態のラミネート型電池1では、外部端子シール部35によって覆われている変形部25A(例えば、図1における位置P2等)に応力が集中し易くなる。従って、破断および剥離等の起点となり易い位置P1に、応力が集中し難くなる。よって、外部端子20Aに外力が加わった場合でも、ラミネート外装体30の破断、およびシールの剥離が生じることが、適切に抑制される。
On the other hand, in the laminated battery 1 of the present embodiment, stress is likely to be concentrated on the
上記実施形態で開示された技術は一例に過ぎない。従って、上記実施形態で例示された技術を変更することも可能である。例えば、外部端子の変形部の構成を変更してもよい。図4は、変形例に係る外部端子201〜206の正面図である。図4(A)、(B)、(C)に示すように、外部端子201,202,203は、幅広部211,212,213よりも貫通方向Aにおける内側(図4における下方)に、幅方向Bにおける幅が幅広部211,212,213よりも小さい幅狭部をさらに備えている。この場合、幅広部211,212,213の外側に変形部251,252,253が形成されるだけでなく、幅広部211,212,213の内側にも変形部が形成される。よって、応力がさらに集中し難くなる。また、図4(C)、(E)に示すように、外部端子203,205の変形部253,255のうち、貫通方向Aにおける外側(図4における上方)を向く面は、貫通方向Aに対して垂直とならず、傾斜している。この場合でも、応力は適切に分散される。また、図4(B)、(D)、(F)に示すように、外部端子202,204,206の変形部252,254,256のうち、貫通方向Aにおける外側を向く面は、厚み方向から見て湾曲している。この場合でも、応力は適切に分散される。
The technology disclosed in the above embodiments is merely an example. Therefore, it is possible to change the technique exemplified in the above embodiment. For example, you may change the structure of the deformation|transformation part of an external terminal. FIG. 4 is a front view of the
1 ラミネート型電池
10 電極体
20A,20B,201〜206 外部端子
25A,25B,251〜256 変形部
30 ラミネート外装体
35 外部端子シール部
40A,40B タブフィルム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
フィルム状に形成され、幅広面同士を対向させた状態で溶着されることで、溶着されたシール部から前記外部端子の先端部を外方に露出させた状態で、前記電極体を内部に封止するラミネート外装体と、
熱溶着性を有する材質によって形成され、前記外部端子の少なくとも一部と前記ラミネート外装体の前記シール部の間に配置された状態で、前記シール部と共に溶着されるタブフィルムと、
を備え、
前記外部端子の板面に平行な方向のうち、前記シール部を前記外部端子が貫通する方向を貫通方向、前記貫通方向に交差する方向を幅方向とした場合に、
前記外部端子は、前記シール部によって覆われる部位に、前記貫通方向の外側に向かって前記幅方向における幅が狭くなる変形部を備えたことを特徴とする、ラミネート型電池。
A plate-shaped external terminal electrically connected to the electrode body,
It is formed in a film shape and is welded with the wide surfaces facing each other, so that the electrode body is sealed inside with the tip of the external terminal exposed to the outside from the welded seal portion. A laminated exterior body to stop,
A tab film formed of a material having a heat-welding property, which is welded together with the seal portion in a state of being disposed between at least a part of the external terminal and the seal portion of the laminate outer casing,
Equipped with
In the direction parallel to the plate surface of the external terminal, the direction in which the external terminal penetrates the seal part is the penetrating direction, and the direction intersecting the penetrating direction is the width direction,
The laminate battery according to claim 1, wherein the external terminal includes a deformable portion in a portion covered by the seal portion, the deforming portion having a width that narrows in the width direction toward the outside in the penetrating direction.
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