JP2022053064A - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
二次電池であって、外装体と電極積層体と第1端子と第2端子とホルダとを備え、
前記外装体が、前記電極積層体を収容し、
前記電極積層体が、積層部と集電部とを有し、
前記積層部が、積層された複数の電極体を有し、
前記集電部が、前記積層部から突出する、少なくとも一つの正極集電体と少なくとも一つの負極集電体とを有し、
前記第1端子が、第1接続部と第1クランク状部と第1突出部とを有し、
前記第2端子が、第2接続部と第2突出部とを有し、
前記第1接続部が、前記正極集電体及び前記負極集電体のうちの一方に接続され、
前記第2接続部が、前記正極集電体及び前記負極集電体のうちの他方に接続され、
前記第1接続部が、前記第2接続部よりも、前記複数の電極体の積層方向の一方側に設けられ、
前記第2接続部が、前記第1接続部よりも、前記複数の電極体の積層方向の他方側に設けられ、
前記第1クランク状部が、前記第1接続部と前記第1突出部とを連結し、
前記第1クランク状部が、前記第1接続部から、前記積層方向の他方側へと屈折し、
前記第1突出部と前記第2突出部とが、前記外装体の外部へと突出し、
前記第1突出部と前記第2突出部とが、前記積層方向において、互いに対向せず、
前記積層方向に対して直交し、且つ、前記第1接続部を横切る第1平面と、前記積層方向に対して直交し、且つ、前記第2接続部を横切る第2平面と、を仮定した場合に、
前記第1平面と前記第2平面との間に前記第1突出部が位置するか、又は、前記第2平面が前記第1突出部を横切り、
前記第1平面と前記第2平面との間に前記第2突出部が位置するか、又は、前記第2平面が前記第2突出部を横切り、
前記ホルダが、前記第1端子と前記第2端子とに接触して、前記第1端子と前記第2端子とを支持する、
二次電池
を開示する。
前記第2端子が、第2クランク状部を有してもよく、
前記第2クランク状部が、前記第2接続部と前記第2突出部とを連結してもよく、
前記第2クランク状部が、前記第2接続部から、前記積層方向の一方側へと屈折してもよく、
前記第1クランク状部と前記第2クランク状部とが、前記積層方向において、互いに対向していなくてもよく、
前記第1突出部と前記第2突出部とが、前記第1平面と前記第2平面との間に位置してもよい。
前記外装体がラミネートフィルムからなり、
前記外装体がシール部を備え、
前記第1突出部と前記第2突出部とが、前記シール部を通って、前記外装体の外部に突出してもよい。
前記集電部が、前記積層部から突出する、複数の前記正極集電体と複数の前記負極集電体とを有してもよく、
前記複数の正極集電体が、互いに接合されて、第1端子接続部が形成されてもよく、
前記複数の負極集電体が、互いに接合されて、第2端子接続部が形成されてもよく、
前記第1接続部が、前記第1端子接続部及び前記第2端子接続部のうちの一方に接続されてもよく、
前記第2接続部が、前記第1端子接続部及び前記第2端子接続部のうちの他方に接続されてもよい。
前記第1接続部の少なくとも一部と前記第2接続部の少なくとも一部とが、前記積層方向において、互いに対向してもよい。
前記積層方向に対して直交し、且つ、前記第1突出部を横切る第3平面を仮定した場合、前記第3平面が、前記第2突出部を横切ってもよい。
前記ホルダが、前記外装体の内部であって、前記電極積層体と前記外装体の内表面との間に設けられてもよい。
前記ホルダが、少なくとも前記第1平面と前記第2平面との間に存在してもよく、
前記ホルダが、前記第1接続部と前記第2接続部とに接触してもよい。
前記ホルダが、熱可塑性樹脂又は硬化性樹脂からなってもよい。
図1及び2に示されるように、外装体10は、電極積層体20を収容する。外装体10は、二次電池の外装体として公知のものをいずれも採用可能である。外装体10は、例えば、金属箔と樹脂フィルムとを積層したラミネートフィルムからなるものであってもよいし、金属ケース等の筐体であってもよい。ラミネートフィルムや筐体への電極積層体20の収容方法は特に限定されるものではない。外装体10の形状は電極積層体20の形状と対応し得る。
図2~5に示されるように、電極積層体20は、積層部20aと集電部20bとを有する。図4及び5に示されるように、積層部20aは、積層された複数の電極体21を有する。また、図2~5に示されるように、集電部20bは、積層部20aから突出する、少なくとも一つの正極集電体22と少なくとも一つの負極集電体23とを有する。
図4及び5に示されるように、積層部20aは、互いに積層された集電体22、23と活物質層24、25と電解質層26とを含む。また、図3~5に示されるように、積層部20aは、積層方向一端側の一端面20axと、積層方向他端側の他端面20ayと、一端面20ax及び他端面20ayを連結する側面20azとを有していてよい。図3~5に示されるように、側面20azは、積層部20aを構成する各層22~26の外縁によって構成され得る。図4及び5に示されるように、積層部20aにおいては、各層22~26の積層面積が異なることによって、側面20azが凹凸や隙間を有していてもよい。また、図3~5に示されるように、側面20azは、電極積層体20における各層の積層方向に沿った面を有していてもよい。
集電体22、23は、電池の集電体として一般的なものをいずれも採用可能である。二次電池100においては、集電体22が正極集電体であり、集電体23が負極集電体であってもよいし、その逆であってもよい。以下、便宜上、集電体22が正極集電体であり、集電体23が負極集電体であるものとして説明する。或いは、積層部20aは、正極集電体及び負極集電体を兼ねるバイポーラ集電体を備えていてもよい。例えば、集電体22がバイポーラ集電体である場合、集電体22の一面側に活物質層24が設けられ他面側に活物質層25が設けられる。集電体22、23は、金属箔や金属メッシュ等により構成すればよい。取扱い性等に優れる観点からは、集電体22、23を金属箔としてもよい。集電体22、23は複数枚の金属箔からなっていてもよい。集電体22、23を構成する金属としては、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Ag、Al、Fe、Ti、Zn、Co、ステンレス鋼等が挙げられる。集電体22、23は、その表面に、抵抗を調整すること等を目的として、何らかのコート層を有していてもよい。また、集電体22、23が複数枚の金属箔からなる場合、当該複数枚の金属箔間に何らかの層を有していてもよい。集電体22、23の厚みは特に限定されるものではない。例えば、0.1μm以上であってもよいし、1μm以上であってもよく、1mm以下であってもよいし、100μm以下であってもよい。
活物質層24、25は、電池の活物質層として一般的なものをいずれも採用可能である。二次電池100においては、活物質層24が正極活物質層であり、活物質層25が負極活物質層であってもよいし、その逆であってもよい。
電解質層26は、電池の電解質層として一般的なものをいずれも採用可能である。電解質層26は、少なくとも電解質を含む。二次電池100を全固体電池とする場合、電解質層26は、固体電解質と任意にバインダーとを含んでいてもよい。固体電解質は上述した無機固体電解質、特に硫化物固体電解質であってもよい。バインダーは正極活物質層に用いられるバインダーと同様のものを適宜選択して用いることができる。固体電解質層における各成分の含有量は従来と同様とすればよい。固体電解質層の形状も従来と同様とすればよい。二次電池100をより容易に構成できる観点から、シート状の固体電解質層であってもよい。固体電解質層の厚みは、例えば、0.1μm以上2mm以下としてもよい。下限は1μm以上であってもよく、上限は1mm以下であってもよい。一方で、二次電池100を電解液系電池とする場合、電解質層26は電解液とセパレータとを含み得る。電解液やセパレータは公知のものを用いればよい。尚、電解質層26が液系電解質層である場合と固体電解質層である場合とを比較した場合、電解質層26が固体電解質層である場合、すなわち、二次電池100が全固体電池である場合のほうが、二次電池100を構成することがより容易となるものと考えられる。また、二次電池100が全固体電池である場合のほうが、電池の膨張や収縮に係る課題が生じ易く、本開示の技術による効果がより顕著となる。
図4及び5に示されるように、積層部20aの側面20azにおいて集電体22、23、活物質層24、25及び電解質層26のうちの少なくとも1つが突出し、側面20azに凹凸や隙間が形成されていてもよい。例えば、正極集電体及び正極活物質層の積層面積よりも、負極集電体及び負極活物質層の積層面積を大きくすることで、負極集電体及び負極活物質層が、積層部20aの側面20azにおいて突出していてもよい。また、正極集電体及び正極活物質層の積層面積よりも、電解質層の積層面積を大きくすることで、電解質層が、積層部20aの側面20azにおいて突出していてもよい。
図2~6に示されるように、集電部20bは、積層部20aの側面20azから突出する集電体22、23によって構成される。本開示の技術による効果は、正極集電体22と負極集電体23とが、積層部20aの異なる側面20azから突出している場合であっても発揮され得るものの、正極集電体22及び負極集電体23が積層部20aの一つの側面20azから突出している場合に、より高い効果が期待できる。例えば、積層部20aの平面形状(電極体の積層面の形状)が矩形状である場合、当該矩形状の一辺から正極集電体22及び負極集電体23の双方が突出して集電部20bを構成していてもよい。
図1~6に示されるように、第1端子30は、第1接続部30aと第1クランク状部30bと第1突出部30cとを有する。第1端子30は、積層部20aにおける電気化学反応によって生じた電力を、集電部20bを介して外部へと取り出すことが可能な形状及び材質からなる。第1端子30の形状は、第1クランク状部30bを有して所定の方向に折り曲げられていること以外は、板状であってもよい。例えば、平面形状が矩形状である板を折り曲げることで、第1端子30を形成することができる。第1端子30は、例えば、金属からなるものであってよい。第1端子30を構成する金属としては、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Ag、Al、Fe、Ti、Zn、Co、ステンレス鋼等が挙げられる。第1端子30は、剛性の高い金属からなっていてもよく、例えば、Cu、Al又はこれらの合金からなるものであってもよい。後述するように、第1端子30が厚い(例えば1mm以上)の場合、第1端子30は、導電性に優れた純銅や純アルミニウムからなるものであってもよい。第1端子30を構成する金属は、第2端子40を構成する金属と同じであっても異なっていてもよい。また、第1端子30を構成する金属は、第1端子30が接続される集電体22又は23を構成する金属と同じであっても異なっていてもよい。第1端子30を構成する金属と、第1端子30が接続される集電体22又は23を構成する金属とが同じである場合、第1端子30と集電体22又は23との接続がより容易となる。
図2~6に示されるように、第1接続部30aは、正極集電体22及び負極集電体23のうちの一方に接続される。第1接続部30aと集電体22、23との接続方法は特に限定されるものではなく、接着剤による接続、溶接による接続等、種々の方法を採用し得る。
図2及び3等に示されるように、第1クランク状部30bは、第1接続部30aと第1突出部30cとを連結する。また、第1クランク状部30bは、第1接続部30aから、積層方向の他方側へと屈折する。すなわち、第1クランク状部30bの存在によって、電極体21の積層方向における第1突出部30cと第2突出部40cとの距離が縮まり、外装体10のシールがより容易となる。すなわち、例えば、シール部10aにおける接着がより強固となり、端子からの力によるシール部10aの破損等が一層抑制され易い。
図1及び2等に示されるように、第1突出部30cは、外装体10の外部へと突出する。これにより、積層部20aにおける電気化学反応によって生じた電力を、第1突出部30cを介して外部へと取り出すことができる。第1突出部30cの突出方向は、例えば、電極体21の積層方向と交差する方向であってもよいし、当該積層方向と実質的に直交する方向であってもよい。第1突出部30cの突出方向は、第2突出部40cの突出方向と同じであってよい。また、電池を構成する一つの面から、第1突出部30cと第2突出部40cとが突出していてもよい。第1突出部30cにおける突出長さは特に限定されるものではなく、電池の設計に応じた適切な長さを有し得る。
図1~6に示されるように、第2端子40は、第2接続部40aと第2突出部40cとを有する。また、第2端子40は、第2クランク状部40bを有していてもよい。第2端子40は、積層部20aにおける電気化学反応によって生じた電力を、集電部20bを介して外部へと取り出すことが可能な形状及び材質からなる。第2端子40の形状は板状であってもよい。例えば、平面形状が矩形である板状の端子を第2端子40として用いてもよい。或いは、第2端子40が、第2クランク状部40bを有する場合、第2端子40の形状は、第1端子30の形状と同様であってもよいし、異なっていてもよい。ただし、後述するように、第1端子30と第2端子40とで、クランク状部の向きを互いに逆向きとする。例えば、平面形状が矩形状である板を折り曲げることで、第2端子40を形成してもよい。第2端子40は、例えば、金属からなるものであってよい。第2端子40を構成する金属としては、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Ag、Al、Fe、Ti、Zn、Co、ステンレス鋼等が挙げられる。第2端子40は、剛性の高い金属からなっていてもよく、例えば、Cu、Al又はこれらの合金からなるものであってもよい。後述するように、第2端子40が厚い(例えば1mm以上)の場合、第2端子40は、例えば、導電性に優れた純銅や純アルミニウムからなるものであってもよい。第2端子40を構成する金属は、第1端子30を構成する金属と同じであっても異なっていてもよい。また、第2端子40を構成する金属は、第2端子40が接続される集電体22又は23を構成する金属と同じであっても異なっていてもよい。第2端子40を構成する金属と、第2端子40が接続される集電体22又は23を構成する金属とが同じである場合、第2端子40と集電体22又は23との接続がより容易となる。
図2~6に示されるように、第2接続部40aは、正極集電体22及び負極集電体23のうちの他方(第1接続部30aが接続されていない方の集電体)に接続される。第2接続部40aと集電体22、23との接続方法は特に限定されるものではなく、接着剤による接続、溶接による接続等、種々の方法を採用し得る。
図2~5に示されるように、第2端子40が第2クランク状部40bを備える場合、当該第2クランク状部40bは、第2接続部40aと第2突出部40cとを連結する。第2クランク状部40bは、第2接続部40aから、積層方向の一方側へと屈折する。すなわち、第2クランク状部40bの屈折の向きは、第1クランク状部30bの屈折の向きとは逆向きである。第1クランク状部30bと第2クランク状部40bとは、積層方向において、互いに対向しない。このように、第2端子40が第2クランク状部40bを有する場合、第1突出部30cと第2突出部40cとは、第1平面P1と第2平面P2との間に位置し得る。第2クランク状部40bの存在によって、電極体21の積層方向における第1突出部30cと第2突出部40cとの距離が縮まり、外装体10のシールがより容易となる。すなわち、例えば、シール部10aにおける接着がより強固となり、端子からの力によるシール部10aの破損等が一層抑制され易い。
図1及び2等に示されるように、第2突出部40cは、外装体10の外部へと突出する。これにより、積層部20aにおける電気化学反応によって生じた電力を、第2突出部40cを介して外部へと取り出すことができる。第2突出部40cの突出方向は、例えば、電極体21の積層方向と交差する方向であってもよいし、当該積層方向と実質的に直交する方向であってもよい。第2突出部40cの突出方向は、第1突出部30cの突出方向と同じであってよい。また、電池を構成する一つの面から、第1突出部30cと第2突出部40cとが突出していてもよい。第2突出部40cにおける突出長さは特に限定されるものではなく、電池の設計に応じた適切な長さを有し得る。
第1接続部30aと第2接続部40aとは、上述したように、電極体21の積層方向において異なる位置に配置されるほか、以下の位置関係を有していてもよい。すなわち、図9に示されるように、二次電池100においては、第1接続部30aの少なくとも一部と第2接続部40aの少なくとも一部とが、積層方向において、互いに対向してもよい。これにより、電池が膨張又は収縮した際、第1端子30からの力と、第2端子40からの力とが、ホルダ50を介して、互いに相殺され易くなる。また、第1端子30からの力と第2端子40からの力とによってホルダ50が回転する事態が生じ難い。
ホルダ50は、第1端子30と第2端子40とに接触して、第1端子30と第2端子40とを支持する。ホルダ50は、第1端子30及び第2端子40に対して固定されていてもよい。また、ホルダ50は、第1端子30及び第2端子40に対して、単に当接していてもよいし、接着されていてもよい。
二次電池100は、上記した部材に加えて、何らかの部材を備えていてもよい。例えば、二次電池100は拘束部材(不図示)によって拘束されていてもよい。拘束部材による拘束圧の方向は、電極体21の積層方向と一致させてもよい。これにより、電極積層体20における界面抵抗を低減することができ、より性能の高い組電池が得られる。
図10に示されるように、従来の二次電池においては、例えば、電池が膨張又は収縮した場合に、電極積層体に接続された端子が電極体の積層方向に変位し易い。ここで、本発明者の知見によると、図10に示されるように、正極端子の変位の方向と、負極端子の変位の方向とは互いに逆向きである。二次電池において端子の位置に変位が生じると、図10に示される端子と外装体との接触部X(特にシール部)や、端子と集電体との接続部Yに力が印加され、外装体や集電体の傷付きや破損が生じ易い。
本開示の二次電池100を複数積層し、且つ、複数の二次電池100同士を電気的に接続することで、組電池を構成することもできる。例えば、組電池において、複数の二次電池100の積層方向と、電極体21の積層方向とが一致するようにし、且つ、複数の二次電池100同士を互いに並列に接続してもよいし(図13(A))、或いは、互いに直列に接続してもよい(図13(B))。いずれの場合においても、図13(A)及び(B)に示されるように、電池内のホルダ50が第1端子30から受け取る反力F1の方向と、第2端子40から受け取る反力F2の方向とが互いに逆向きで、反力F1及びF2が互いに相殺され易い。結果として、組電池における集電体や外装体の構造信頼性を向上することができる。組電池は、複数の二次電池100を拘束する拘束部材(不図示)を備えていてもよい。これにより、電極積層体20における界面抵抗を低減することができ、より性能の高い組電池が得られる。
P2 第2平面
P3 第3平面
10 外装体
20 電極積層体
20a 積層部
20b 集電部
21 電極体
22 正極集電体
22x 第1端子接続部
23 負極集電体
23x 第2端子接続部
24 正極活物質層
25 負極活物質層
26 電解質層
27 封止樹脂層
30 第1端子
30a 第1接続部
30b 第1クランク状部
30c 第1突出部
40 第2端子
40a 第2接続部
40b 第2クランク状部
40c 第2突出部
50 ホルダ
100 二次電池
Claims (10)
- 二次電池であって、外装体と電極積層体と第1端子と第2端子とホルダとを備え、
前記外装体が、前記電極積層体を収容し、
前記電極積層体が、積層部と集電部とを有し、
前記積層部が、積層された複数の電極体を有し、
前記集電部が、前記積層部から突出する、少なくとも一つの正極集電体と少なくとも一つの負極集電体とを有し、
前記第1端子が、第1接続部と第1クランク状部と第1突出部とを有し、
前記第2端子が、第2接続部と第2突出部とを有し、
前記第1接続部が、前記正極集電体及び前記負極集電体のうちの一方に接続され、
前記第2接続部が、前記正極集電体及び前記負極集電体のうちの他方に接続され、
前記第1接続部が、前記第2接続部よりも、前記複数の電極体の積層方向の一方側に設けられ、
前記第2接続部が、前記第1接続部よりも、前記複数の電極体の積層方向の他方側に設けられ、
前記第1クランク状部が、前記第1接続部と前記第1突出部とを連結し、
前記第1クランク状部が、前記第1接続部から、前記積層方向の他方側へと屈折し、
前記第1突出部と前記第2突出部とが、前記外装体の外部へと突出し、
前記第1突出部と前記第2突出部とが、前記積層方向において、互いに対向せず、
前記積層方向に対して直交し、且つ、前記第1接続部を横切る第1平面と、前記積層方向に対して直交し、且つ、前記第2接続部を横切る第2平面と、を仮定した場合に、
前記第1平面と前記第2平面との間に前記第1突出部が位置するか、又は、前記第2平面が前記第1突出部を横切り、
前記第1平面と前記第2平面との間に前記第2突出部が位置するか、又は、前記第2平面が前記第2突出部を横切り、
前記ホルダが、前記第1端子と前記第2端子とに接触して、前記第1端子と前記第2端子とを支持する、
二次電池。 - 前記第2端子が、第2クランク状部を有し、
前記第2クランク状部が、前記第2接続部と前記第2突出部とを連結し、
前記第2クランク状部が、前記第2接続部から、前記積層方向の一方側へと屈折し、
前記第1クランク状部と前記第2クランク状部とが、前記積層方向において、互いに対向せず、
前記第1突出部と前記第2突出部とが、前記第1平面と前記第2平面との間に位置する、
請求項1に記載の二次電池。 - 前記外装体がラミネートフィルムからなり、
前記外装体がシール部を備え、
前記第1突出部と前記第2突出部とが、前記シール部を通って、前記外装体の外部に突出する、
請求項1又は2に記載の二次電池。 - 前記集電部が、前記積層部から突出する、複数の前記正極集電体と複数の前記負極集電体とを有し、
前記複数の正極集電体が、互いに接合されて、第1端子接続部が形成され、
前記複数の負極集電体が、互いに接合されて、第2端子接続部が形成され、
前記第1接続部が、前記第1端子接続部及び前記第2端子接続部のうちの一方に接続され、
前記第2接続部が、前記第1端子接続部及び前記第2端子接続部のうちの他方に接続される、
請求項1~3のいずれか1項に記載の二次電池。 - 前記第1接続部の少なくとも一部と前記第2接続部の少なくとも一部とが、前記積層方向において、互いに対向する、
請求項1~4のいずれか1項に記載の二次電池。 - 前記積層方向に対して直交し、且つ、前記第1突出部を横切る第3平面を仮定した場合、前記第3平面が、前記第2突出部を横切る、
請求項1~5のいずれか1項に記載の二次電池。 - 前記ホルダが、前記外装体の内部であって、前記電極積層体と前記外装体の内表面との間に設けられる、
請求項1~6のいずれか1項に記載の二次電池。 - 前記ホルダが、少なくとも前記第1平面と前記第2平面との間に存在し、
前記ホルダが、前記第1接続部と前記第2接続部とに接触する、
請求項1~7のいずれか1項に記載の二次電池。 - 前記ホルダが、熱可塑性樹脂又は硬化性樹脂からなる、
請求項1~8のいずれか1項に記載の二次電池。 - 全固体電池である、
請求項1~9のいずれか1項に記載の二次電池。
Priority Applications (6)
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---|---|---|---|
JP2020159666A JP7347384B2 (ja) | 2020-09-24 | 2020-09-24 | 二次電池 |
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CN202111078136.0A CN114256564B (zh) | 2020-09-24 | 2021-09-15 | 二次电池 |
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