JP2022063629A - シート状二次電池及びシート状二次電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
〔1〕
シート状の正電極とシート状の負電極とをセパレータを介して積層して形成した内部電極(150)と、
絶縁性樹脂製の外面層(101A、101B)、金属製の中間層(102A、102B)、及び熱可塑性樹脂製の内面層(103A、103B)を含む複層構造の外装体(100)であって、前記内部電極及び電解液を収容する収容部(140)を備える前記外装体と、
前記外装体の内部において、前記正電極に接続された第1の内部リード(114)と、
前記外装体の内部において、前記負電極に接続された第2の内部リード(124)と、
前記第1の内部リードに対向し、前記外装体の外部に配置される第1の外部リード(110)と、
前記第2の内部リードに対向し、前記外装体の外部に配置される第2の外部リード(120)と、
前記外装体を貫通して一端(111b)が前記第1の内部リードに接続され、他端(111a)が前記第1の外部リードに接続され、前記第1の内部リード及び前記第1の外部リードを電気的に接続する第1の接続手段(111)と、
前記外装体を貫通して一端(121b)が前記第2の内部リードに接続され、他端(121a)が前記第2の外部リードに接続され、前記第2の内部リード及び前記第2の外部リードを電気的に接続する第2の接続手段(121)と、
を備え、
前記外装体の周囲に前記金属製の中間層どうしが溶接により接着された溶接シール部(130)が形成され、前記内部電極と、前記電解液と、前記第1及び第2の内部リードと、前記第1及び第2の接続手段のうち前記外装体内に含まれる部分とは、前記外装体内に密封収容されている、シート状二次電池。
〔2〕
前記収容部は、複数段の階段構造を有する、〔1〕に記載のシート状二次電池。
〔3〕
前記第1の接続手段は、前記第1の外部リード、前記外装体、及び前記第1の内部リードを順に貫通しており、前記第1の内部リードに接続された前記正電極は、前記第1の接続手段の前記一端(111b)を収容する空間(161)を有し、
前記第2の接続手段は、前記第2の外部リード、前記外装体、及び前記第2の内部リードを順に貫通しており、前記第2の内部リードに接続された前記負電極は、前記第2の接続手段の前記一端(121b)を収容する空間(162)を有する、〔1〕又は〔2〕に記載のシート状二次電池。
〔4〕
折り目が前記溶接シール部側に突出するように前記外装体内で折り曲げられ、前記外装体及び前記第1の内部リード間に位置するとともに、前記外装体及び前記正電極間にも位置する第1の内部絶縁部材(113)と、
折り目が前記溶接シール部側に突出するように前記外装体内で折り曲げられ、前記外装体及び前記第2の内部リード間に位置するとともに、前記外装体及び前記負電極間に位置する第2の内部絶縁部材(123)と
をさらに備える、〔3〕に記載のシート状二次電池。
〔5〕
〔1〕に記載のシート状二次電池の製造方法であって、
前記外装体の形状は、平面視して矩形であり、
前記方法は、
前記外装体内に、前記内部電極、前記電解液、並びに前記第1及び第2の内部リードを配置する工程と、
前記第1の接続手段を加圧下で前記第1の外部リード、前記外装体、及び前記第1の内部リードを順に貫通させる工程と、
前記第2の接続手段を加圧下で前記第2の外部リード、前記外装体、及び前記第2の内部リードを順に貫通させる工程と、
前記外装体の3辺の前記金属性の中間層を溶接して接着する工程と、
前記外装体の残り1辺の前記内面層をヒートシールして接着する工程と、
前記シート状二次電池を充放電させ、前記ヒートシールの一部を開放して前記外装体内のガス抜きを行う工程と、
前記残り1辺の前記金属性の中間層を溶接して接着する工程と
を備えた前記方法。
図1~3を用いて、本発明の一実施形態に係るシート状二次電池10の構成について説明する。
1つ又は複数のシート状の正電極151と1つ又は複数のシート状の負電極152とをセパレータ153を介して積層して形成した内部電極150と、
絶縁性樹脂製の外面層101A、101B、金属製の中間層(単に「金属層」という)102A、102B、及び熱可塑性樹脂製の内面層103A、103Bを含む複層構造の外装体100であって、内部電極150及び電解液を収容する収容部140を備える外装体100と、
外装体100の内部において、正電極151に接続された第1の内部リード(正極内部リード)114と、
外装体100の内部において、負電極152に接続された第2の内部リード(負極内部リード)124と、
第1の内部リード114に対向し、外装体100の外部に配置される第1の外部リード(正極外部リード)110と、
第2の内部リード124に対向し、外装体100の外部に配置される第2の外部リード(負極外部リード)120と、
外装体100を貫通して一端111bが第1の内部リード114に接続され、他端111aが第1の外部リード110に接続され、第1の内部リード114及び第1の外部リード110を電気的に接続する第1の接続手段111と、
外装体100を貫通して一端121bが第2の内部リード124に接続され、他端121aが第2の外部リード120に接続され、第2の内部リード124及び第2の外部リード120を電気的に接続する第2の接続手段121と
を備える。
図4及び図5を用いて、シート状二次電池10の製造方法について説明する。
図6~8を用いて、本発明の別の実施形態に係るシート状二次電池20について説明する。
シート状二次電池20にて発生するガスに伴う電池内圧の上昇による最大合成変位を、外装体100の収容部140が1段成型のもの(複数段の階段構造を有しない構成)と、複数段成型のもの(2段の階段構造を有する構成、3段の階段構造を有する構成)について、シミュレーションにより計算した。このシミュレーション結果から、外装体100の収容部140に複数段の階段構造を設けたことによる膨張抑制効果について検証した。なお、本試験は電池構造の強度計算を意図しているものではないので、計算は弾性領域で行った。
計算ソフト:SOLIDWORKS(登録商標)
計算モデル:線形等方性弾性
<各外装体パラメータ>外装体の材質の物性値
SUS304
降伏強さ:2.06807 E+08 N/m2
引張り強さ:5.17017 E+08 N/m2
弾性係数:1.9 E+11 N/m2
ポアソン比:0.29
質量密度:8,000 kg/m3
温度膨張率:1.8 E-05 /Kelvin
SUS316
降伏強さ:1.72369 E+08 N/m2
引張り強さ:5.8 E+08 N/m2
弾性係数:1.93 E+11 N/m2
ポアソン比:0.27
質量密度:8,000 kg/m3
温度膨張率:1.6 E-05 /Kelvin
Al合金3003-H14
降伏強さ:1.45 E+08 N/m2
引張り強さ:1.5 E+08 N/m2
弾性係数:6.9 E+11 N/m2
ポアソン比:0.33
質量密度:2,730 kg/m3
温度膨張率:2.3 E-05 /Kelvin
<計算モデル構造>
拘束条件(1~3段成型のもについてすべて同一条件)
構造寸法:図8に記載
<パラメータ水準>
外装体の材料(SUS304、SUS316、Al合金3003-H14)
外装体の厚み(金属薄板の厚みを想定):0.1mm、0.2mm
外装体の構造:1段成型、2段成型、3段成型
表1に最大合成変位のシミュレーション結果を示す。最大合成変位の値が小さいほど、膨張抑制効果が高いことを意味する。
100 外装体
100A、100B 複層構造を有するラミネートフィルム
101A、101B 外面層
102A、102B 金属層
103A、103B 内面層
110、120 外部リード
111、121 接続手段
112、122 外部絶縁部材
113、123 内部絶縁部材
114、124 内部リード
130 溶接シール部
135 ヒートシール部
140 収容部
145 複数段の階段構造
150 内部電極
161、162 空間
Claims (5)
- シート状の正電極とシート状の負電極とをセパレータを介して積層して形成した内部電極(150)と、
絶縁性樹脂製の外面層(101A、101B)、金属製の中間層(102A、102B)、及び熱可塑性樹脂製の内面層(103A、103B)を含む複層構造の外装体(100)であって、前記内部電極及び電解液を収容する収容部(140)を備える前記外装体と、
前記外装体の内部において、前記正電極に接続された第1の内部リード(114)と、
前記外装体の内部において、前記負電極に接続された第2の内部リード(124)と、
前記第1の内部リードに対向し、前記外装体の外部に配置される第1の外部リード(110)と、
前記第2の内部リードに対向し、前記外装体の外部に配置される第2の外部リード(120)と、
前記外装体を貫通して一端(111b)が前記第1の内部リードに接続され、他端(111a)が前記第1の外部リードに接続され、前記第1の内部リード及び前記第1の外部リードを電気的に接続する第1の接続手段(111)と、
前記外装体を貫通して一端(121b)が前記第2の内部リードに接続され、他端(121a)が前記第2の外部リードに接続され、前記第2の内部リード及び前記第2の外部リードを電気的に接続する第2の接続手段(121)と、
を備え、
前記外装体の周囲に前記金属製の中間層どうしが溶接により接着された溶接シール部(130)が形成され、前記内部電極と、前記電解液と、前記第1及び第2の内部リードと、前記第1及び第2の接続手段のうち前記外装体内に含まれる部分とは、前記外装体内に密封収容されている、シート状二次電池。 - 前記収容部は、複数段の階段構造(145)を有する、請求項1に記載のシート状二次電池。
- 前記第1の接続手段は、前記第1の外部リード、前記外装体、及び前記第1の内部リードを順に貫通しており、前記第1の内部リードに接続された前記正電極は、前記第1の接続手段の前記一端(111b)を収容する空間(161)を有し、
前記第2の接続手段は、前記第2の外部リード、前記外装体、及び前記第2の内部リードを順に貫通しており、前記第2の内部リードに接続された前記負電極は、前記第2の接続手段の前記一端(121b)を収容する空間(162)を有する、請求項1又は2に記載のシート状二次電池。 - 折り目が前記溶接シール部側に突出するように前記外装体内で折り曲げられ、前記外装体及び前記第1の内部リード間に位置するとともに、前記外装体及び前記正電極間にも位置する第1の内部絶縁部材(113)と、
折り目が前記溶接シール部側に突出するように前記外装体内で折り曲げられ、前記外装体及び前記第2の内部リード間に位置するとともに、前記外装体及び前記負電極間に位置する第2の内部絶縁部材(123)と
をさらに備える、請求項3に記載のシート状二次電池。 - 請求項1に記載のシート状二次電池の製造方法であって、
前記外装体の形状は、平面視して矩形であり、
前記方法は、
前記外装体内に、前記内部電極、前記電解液、並びに前記第1及び第2の内部リードを配置する工程と、
前記第1の接続手段を加圧下で前記第1の外部リード、前記外装体、及び前記第1の内部リードを順に貫通させる工程と、
前記第2の接続手段を加圧下で前記第2の外部リード、前記外装体、及び前記第2の内部リードを順に貫通させる工程と、
前記外装体の3辺の前記金属性の中間層を溶接して接着する工程と、
前記外装体の残り1辺の前記内面層をヒートシールして接着する工程と、
前記シート状二次電池を充放電させ、前記ヒートシールの一部を開放して前記外装体内のガス抜きを行う工程と、
前記残り1辺の前記金属性の中間層を溶接して接着する工程と
を備えた前記方法。
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