JP2023100867A - 電極タブ、電池、及び電極タブの取付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極タブの厚みがある程度厚くなったとしても、二次電池の気密性を十分に確保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、電池素子を収容する収容体に取り付け可能であり、電池素子の電極に電気的に接続されるように構成されている。電極タブは、収容体に取り付けられるように構成された取付け部を備える。取付け部の断面において、幅方向の中央部の厚みは、幅方向の端部の厚みよりも厚い。取付け部の断面において、外周上の上記中央部に対応するいずれかの点と、外周上の上記端部に対応するいずれかの点との間の少なくとも一部を結ぶ曲線は、少なくとも１つの変曲点を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、電極タブ、電池、及び電極タブの取付け方法に関する。

特開２０１４－２０７０６９号公報（特許文献１）は、ラミネート型リチウムイオン電池に用いられる電極タブを開示する。この電極タブの断面形状は、幅方向の両端部において面取りが行なわれた形状である。この電極タブによれば、樹脂を介したラミネートフィルムと電極タブとのヒートシール時に樹脂が電極タブの側面に円滑に流れるため、完成したラミネート型リチウムイオン電池において良好な気密性を得ることができる（特許文献１参照）。

特開２０１４－２０７０６９号公報

リチウムイオン電池等の二次電池やその他の一次電池においても、電池素子をその内部に収容する収容体から電極タブが外部に向かって突出するタイプの電池がある。そのような電池においては、一般的に、二次電池の最大入出力電力、或いは一次電池の最大出力電力が大きくなると、これらの電池に用いられる電極タブの厚みは厚くなる。電極タブの厚み次第では、上記特許文献１に開示されている電極タブによっては、電池の気密性を十分に確保できない可能性がある。

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、電極タブの厚みがある程度厚くなったとしても、電池の気密性を十分に確保することが可能な電極タブを提供することである。

本発明のある局面に従う電極タブは、電池素子を収容する収容体に取り付け可能であり、電池素子の電極に電気的に接続されるように構成されている。電極タブは、収容体に取り付けられるように構成された取付け部を備える。取付け部の断面において、幅方向の中央部の厚みは、幅方向の端部の厚みよりも厚い。取付け部の断面において、外周上の上記中央部に対応するいずれかの点と、外周上の上記端部に対応するいずれかの点との間の少なくとも一部を結ぶ曲線は、少なくとも１つの変曲点を有する。

電極タブの幅方向の端部において厚みが急激に薄くなると（大きい段差が形成されると）、その位置において十分な接着が行なわれず、二次電池の気密性が低下する可能性がある。本発明に従う電極タブにおいては、取付け部の断面において、外周上の上記中央部に対応するいずれかの点と、外周上の上記端部に対応するいずれかの点との間の少なくとも一部を結ぶ曲線が少なくとも１つの変曲点を有する。すなわち、この電極タブの取付け部の断面においては、中央部寄りの領域において断面の厚みが大きくかつ滑らかに減り、端部寄りの領域において断面の厚みが小さくかつ滑らかに減る。したがって、この電極タブによれば、電極タブの幅方向の端部において厚みが急激に薄くならないため、電極タブの厚みがある程度厚くなったとしても電極タブを収容体に十分に接着することができ、電池の気密性を十分に確保することができる。

上記電極タブにおいて、収容体はパウチ状であり、取付け部は収容体に挟まれた状態で収容体に取り付けられるように構成されていてもよい。

上記電極タブにおいて、取付け部の表面には接着性部材が接着されていてもよい。

この電極タブによれば、収容体と電極タブとの接着を容易に行なうことができる。

本発明の別の局面に従う電池は、電池素子と、収容体と、上記電極タブとを備える。収容体は、電池素子を収容する。電極タブは、収容体に取り付けられるとともに、電池素子の電極に電気的に接続されている。収容体のうち取付け部に取り付けられた位置の表面には、取付け部に向かって窪んだ凹部が形成されている。

この電池においては、収容体のうち取付け部に取り付けられた位置の表面に、取付け部に向かって窪んだ凹部が形成されている。すなわち、この電池においては、収容体のうち取付け部に取り付けられた位置の表面が押圧され、収容体と電極タブとがより強固に接合されている。したがって、この電池によれば、電池の気密性をより高めることができる。

上記電池において、取付け部と収容体との間には、接着層が形成されていてもよい。

上記電池において、接着層は、フィルム状の接着性部材であってもよい。

本発明の別の局面に従う電極タブの取付け方法は、収容体によって上記電極タブの取付け部を挟むステップと、収容体のうち電極タブを挟んでいる領域をヒートシールするステップとを含む。

この取付け方法において収容体に取り付けられる電極タブは、取付け部の断面において、外周上の上記中央部に対応するいずれかの点と、外周上の上記端部に対応するいずれかの点とを結ぶ曲線が少なくとも１つの変曲点を有する。したがって、この電極タブの取付け方法によれば、電極タブの幅方向の端部において厚みが急激に薄くならないため、電極タブを収容体に十分に接着することができ、電池の気密性を十分に確保することができる。

上記電極タブの取付け方法は、収容体のうち取付け部に取り付けられた位置の表面において、取付け部に向かって窪んだ凹部を形成するステップをさらに備えてもよい。

すなわち、この電極タブの取付け方法においては、収容体のうち取付け部に取り付けられた位置の表面が押圧され、収容体と電極タブとがより強固に接合される。したがって、この電極タブの取付け方法によれば、電池の気密性をより高めることができる。

本発明によれば、電極タブの厚みがある程度厚くなったとしても、電池の気密性を十分に確保することが可能な電極タブを提供することができる。

電池の平面図である。 電極タブの平面図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 収容体に取り付けられた状態における電極タブの平面図である。 図４のＶ－Ｖ断面図である。 電極タブの製造手順を示すフローチャートである。 電極タブの収容体への取付け手順を示すフローチャートである。 変形例１における電極タブの取付け部の断面形状を示す図である。 変形例２における電極タブの取付け部の断面形状を示す図である。 変形例３における電極タブの取付け部の断面形状を示す図である。

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１００を含む電池１０の平面図である。図１に示されるように、電池１０は、電池素子３００と、パウチ状の収容体２００と、電極タブ１００（１００Ａ，１００Ｂ）とを含んでいる。

電池素子３００は、リチウムイオン電池、キャパシタ及び全固体電池等の蓄電部材である。

パウチ状の収容体２００は、たとえば、基材層、バリア層及び熱融着性樹脂層をこの順に有する積層体（ラミネートフィルム）によって構成されている。たとえば、収容体２００は２枚のラミネートフィルムによって構成されており、重ねられたラミネートフィルムの周縁（シール部２１０）がヒートシールされている。収容体２００は、周縁において電極タブ１００Ａ，１００Ｂを挟んだ状態で、電池素子３００を内部に収容するように構成されている。

電極タブ１００（１００Ａ，１００Ｂ）は、電池素子３００における電力の入出力に用いられる金属端子である。各電極タブ１００の一方の端部は電池素子３００の電極（正極又は負極）に電気的に接続されており、他方の端部は収容体２００の端縁から外側に突出している。

電極タブ１００を構成する金属材料は、たとえば、アルミニウム、ニッケル、銅等である。たとえば、電池素子３００がリチウムイオン電池である場合、正極に接続される電極タブ１００は、通常、アルミニウム等によって構成され、負極に接続される電極タブ１００は、通常、銅、ニッケル等によって構成される。さらに、これらの金属材料から構成されている電極タブ１００の表面には易接着層を設ける等の表面処理を行うことができる。これは、後述する接着性フィルム１２０（図２、図３）を電極タブ本体１１０の表面に強固に取り付けるためであり、易接着層を接着性フィルム１２０の最表層と同系の樹脂とすることで可能となる。また、接着性フィルム１２０を電極タブ本体１１０の表面に強固に取り付ける目的で、電極タブ本体１１０の表面を粗面化する表面処理を行うことも可能である。

一般的に、二次電池の最大入出力電力が大きくなると、二次電池に用いられる電極タブの厚みが厚くなる。電極タブの厚みが厚いと、電極タブを挟んだ状態で収容体をヒートシールした場合に、電極タブと収容体との間が樹脂で十分には埋まらずに隙間ができやすい。すなわち、電極タブの厚みが厚い場合には、二次電池の気密性を十分に確保することが難しい。

本実施の形態に従う電極タブ１００においては、電極タブ１００の厚みが厚くなったとしても電池１０の気密性を十分に確保するために、電極タブ１００の断面形状が工夫されている。以下、電極タブ１００の構成、電極タブ１００の収容体２００への取付け状態、電極タブ１００の製造方法、及び、電極タブ１００の収容体２００への取付け方法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１００の平面図である。図２に示されるように、電極タブ１００は、電極タブ本体１１０と、接着性フィルム１２０とを含んでいる。すなわち、電極タブ１００においては、接着性フィルム１２０が電極タブ本体１１０に予め取り付けられている。電極タブ本体１１０は、取付け部１１２と、配線接続部１１４と、電極接続部１１６とを含んでいる。取付け部１１２は、接着性フィルム１２０が取り付けられている領域である。配線接続部１１４は、負荷に接続された配線を接続するための領域である。電極接続部１１６は、電池素子３００の電極を接続するための領域である。

接着性フィルム１２０は、ヒートシールによって、電極タブ本体１１０及び収容体２００（図１）の両方に接着するように構成されている。接着性フィルム１２０としては、公知の種々の接着性フィルムを採用することができる。一例として、接着性フィルム１２０は、無水マレイン酸変性ポリプロピレン（ＰＰａ）の単層フィルムであってもよいし、ＰＰａ、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）及びＰＰａの積層フィルムであってもよい。また、上記のＰＰａ樹脂に替えて、アイオノマー樹脂、変性ポリエチレン、ＥＶＡ等の金属接着可能な樹脂も適用可能である。

本実施の形態においては、接着性フィルム１２０として、ＰＰａ／ＰＥＮ（芯材）／ＰＰａからなる、芯材が含まれた三層構造の積層フィルムが採用されている。芯材としては、上記したＰＥＮ以外にも公知の種々の材料を採用することができる。一例として、芯材は、ポリエステル繊維であってもよいし、ポリアミド繊維であってもよいし、カーボン繊維であってもよい。接着性フィルム１２０に芯材が含まれている理由については、後程詳しく説明する。

接着性フィルム１２０は、上述のように電極タブ本体１１０のうち取付け部１１２の外周を覆った状態で電極タブ本体１１０に接着している。接着性フィルム１２０は収容体２００（図１）にも接着するため、電極タブ１００によれば、ヒートシールによって金属製の電極タブ１００と収容体２００とを容易に接着することができる。

また、接着性フィルム１２０の幅方向の長さＷ１は、取付け部１１２の幅方向の長さＷ２よりも長い。すなわち、電極タブ１００においては、接着性フィルム１２０が取付け部１１２の外周一周以上の範囲に及ぶ。したがって、電極タブ１００によれば、接着性フィルム１２０の配置範囲が広いため、電極タブ１００と収容体２００との接着をより確実なものとすることができる。

図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。図３に示されるように、電極タブ１００の取付け部１１２の断面は、全周が湾曲した形状である。取付け部１１２の断面は、円形部１０２と、翼状延端部１０４，１０６とを含んでいる。

取付け部１１２の断面において、幅方向の中央部の厚み（円形部１０２の厚み）は、幅方向の端部の厚み（翼状延端部１０４，１０６の先端における厚み）よりも厚い。

また、取付け部１１２の断面において、幅方向の中央部に対応する外周上の点Ｐ１と、幅方向の端部に対応する外周上の点Ｐ３との間を結ぶ曲線は、変曲点Ｐ５，Ｐ６を有している。また、幅方向の中央部に対応する外周上の点Ｐ１と、幅方向の端部に対応する外周上の点Ｐ４との間を結ぶ曲線は、変曲点Ｐ７，Ｐ８を有している。また、幅方向の中央部に対応する外周上の点Ｐ２と、幅方向の端部に対応する外周上の点Ｐ３との間を結ぶ曲線は、変曲点Ｐ９，Ｐ１０を有している。また、幅方向の中央部に対応する外周上の点Ｐ２と、幅方向の端部に対応する外周上の点Ｐ４との間を結ぶ曲線は、変曲点Ｐ１１，Ｐ１２を有している。なお、取付け部１１２の断面における幅方向の「中央部」とは、取付け部１１２の断面における幅方向の中央（たとえば、点Ｐ１と点Ｐ２との間の領域）を示し、取付け部１１２の断面における幅方向の「端部」とは、取付け部１１２の断面における幅方向の端（たとえば、点Ｐ３，Ｐ４）を示す。

電極タブの幅方向の端部において厚みが急激に薄くなると（大きい段差が形成されると）、その位置において十分な接着が行なわれず、二次電池の気密性が低下する可能性がある。電極タブ１００においては、取付け部１１２の断面において、幅方向の中央部に対応する外周上のいずれかの点（点Ｐ１，Ｐ２）と、幅方向の端部に対応する外周上のいずれかの点（点Ｐ３，Ｐ４）との間の少なくとも一部を結ぶ曲線が少なくとも１つの変曲点（変曲点Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ１２）を有する。

すなわち、電極タブ１００の取付け部１１２の断面においては、中央部寄りの領域において断面の厚みが大きくかつ滑らかに減り、端部寄りの領域において断面の厚みが小さくかつ滑らかに減る。また、中央部寄りの領域と端部寄りの領域とは、滑らかに接続されている。したがって、電極タブ１００によれば、電極タブ１００の幅方向の端部において厚みが急激に薄くならず、かつ、各領域が滑らかに接続されているため、電極タブ１００の厚みがある程度厚くなったとしても電極タブ１００を収容体２００に十分に接着することができ、電池１０の気密性を十分に確保することができる。

なお、配線接続部１１４及び電極接続部１１６の断面形状は、取付け部１１２の断面形状と同一の形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。

［３．電極タブの取付け状態］
図４は、収容体２００に取り付けられた状態における電極タブ１００の平面図である。図５は、図４のＶ－Ｖ断面図である。図４及び図５に示されるように、収容体２００においては、電極タブ１００を挟んだ状態で、シール部２１０がヒートシールされている。詳細については後述するが、シール部２１０は、１回目のヒートシールによって接着される。

さらに、シール部２１０の表面のうち、電極タブ１００の取付け部１１２の上方に対応する位置には、取付け部１１２に向かって窪んだ凹部２１２が形成されている。凹部２１２は、２回目のヒートシールによって形成されている。すなわち、電池１０においては、収容体２００のうち取付け部１１２に取り付けられた位置の表面が押圧され、収容体２００と電極タブ１００とがより強固に接合されている。したがって、この電池１０によれば、電池１０の気密性をより高めることができる。

また、上述のように、電極タブ１００において接着性フィルム１２０は、芯材を含んでいる。仮に接着性フィルム１２０が芯材を含んでいない場合に、ヒートシールが繰り返し行なわれると（たとえば、２回）、熱及び圧力により収容体２００の内層を構成する熱融着性樹脂層と接着性フィルムとが溶融して圧力の弱い部分に押し出される可能性がある。その結果、収容体２００のバリア層を構成するアルミニウム箔等の金属箔層と電極タブ本体１１０とが短絡する形で、収容体２００内における電極タブ１００を挟んでいる箇所において絶縁層（収容体の内層を構成する熱融着性樹脂層及び接着性フィルム）が破壊され、収容体２００内において短絡が生じる可能性がある。本実施の形態に従う電極タブ１００において、接着性フィルム１２０は芯材を含んでいる。したがって、この電極タブ１００によれば、芯材が含まれている接着性フィルム１２０が絶縁層の破壊を抑制するため、電極タブ１００付近においてヒートシールが２回（複数回）行なわれたとしても、収容体２００内の絶縁性を維持することができる。

［４．電極タブの製造方法］
図６は、電極タブ１００の製造手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、電極タブ本体１１０及び接着性フィルム１２０が準備された状態で、たとえば、製造装置によって実行される。

図６を参照して、製造装置は、電極タブ本体１１０の取付け部１１２を接着性フィルム１２０によって挟む（ステップＳ１００）。製造装置は、取付け部１１２が接着性フィルム１２０によって挟まれた状態で、接着性フィルム１２０を取付け部１１２にヒートシールする（ステップＳ１１０）。これにより、電極タブ１００が完成する。なお、予め接着性フィルム１２０を電極タブ本体１１０にヒートシールして取り付けておくことの効果は以下の通りである。電極タブ本体１１０が厚い金属になると、１カ所だけ、具体的には、電極タブ本体１１０における一部である取付け部１１２だけヒートシールして加熱しても、取付け部１１２以外の部分に熱が全体に伝熱してシールバーが接していない金属表面から放熱していく。したがって、収容体２００をヒートシールする際に同時に電極タブ本体１１０と接着性フィルム１２０をヒートシールするよりも、予め接着性フィルム１２０を電極タブ本体１１０にヒートシールして取り付けておく方が、より安定的に電極タブ本体１１０に接着性フィルム１２０を固着することが可能となる。

［５．電極タブの取付け方法］
図７は、電極タブ１００の収容体２００への取付け手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、電極タブ１００及び収容体２００が準備された状態で、たとえば、製造装置によって実行される。

図７を参照して、製造装置は、収容体２００上に電極タブ１００を載置する（ステップＳ２００）。たとえば、製造装置は、収容体２００の周縁部に電極タブ１００が挟まれるように、収容体２００上に電極タブ１００を載置する。なお、この状態において、電極タブ１００の一方の端部は、電池素子３００の電極に接続されている。

製造装置は、電極タブ１００が収容体２００の周縁部に挟まれた状態で、１回目のヒートシール（一次ヒートシール）を行なう（ステップＳ２１０）。これにより、収容体２００の周縁部全体がヒートシールされる。その後、製造装置は、電極タブ１００の周囲におけるシールをより強固にするために、２回目のヒートシール（二次ヒートシール）を行なう（ステップＳ２２０）。これにより、電極タブ１００の周辺（凹部２１２）がさらに強固にヒートシールされる。これにより、電極タブ１００が収容体２００に取り付けられる。

［６．特徴］
以上のように、本実施の形態に従う電極タブ１００においては、取付け部１１２の断面において、幅方向の中央部に対応する外周上のいずれかの点（点Ｐ１，Ｐ２）と、幅方向の端部に対応する外周上のいずれかの点（点Ｐ３，Ｐ４）との間の少なくとも一部を結ぶ曲線が少なくとも１つの変曲点（変曲点Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ１２）を有する。

すなわち、電極タブ１００の取付け部１１２の断面においては、中央部寄りの領域において断面の厚みが大きくかつ滑らかに減り、端部寄りの領域において断面の厚みが小さくかつ滑らかに減る。また、中央部寄りの領域と端部寄りの領域とは、滑らかに接続されている。したがって、電極タブ１００によれば、電極タブ１００の幅方向の端部において厚みが急激に薄くならず、かつ、各領域が滑らかに接続されているため、電極タブ１００の厚みがある程度厚くなったとしても電極タブ１００を収容体２００に十分に接着することができ、電池１０の気密性を十分に確保することができる。

［７．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。

＜７－１＞
上記実施の形態において、取付け部１１２の断面形状は図３に示される形状であった。しかしながら、取付け部１１２の断面形状は、図３に示される形状に限定されない。たとえば、取付け部１１２の断面形状は、以下の変形例１－３のような形状であってもよい。

図８は、変形例１における電極タブ１００Ａの取付け部１１２Ａの断面形状を示す図である。図８に示されるように、取付け部の断面形状は、たとえば、幅方向の中央部に対応する外周上の点Ｐ１Ａと、幅方向の端部に対応する外周上の点Ｐ４Ａとの間を結ぶ曲線が変曲点Ｐ７Ａを１つだけ有してもよい。

また、図９は、変形例２における電極タブ１００Ｂの取付け部１１２Ｂの断面形状を示す図である。図９に示されるように、取付け部の断面形状は、たとえば、幅方向の中央部に対応する外周上の点と、幅方向の端部に対応する外周上の点との間に平面部１１７，１１８が含まれていてもよい。

また、図１０は、変形例３における電極タブ１００Ｃの取付け部１１２Ｃの断面形状を示す図である。図１０に示されるように、取付け部の断面形状は、たとえば、幅方向の中央部に対応する外周上の点と、幅方向の端部に対応する外周上の点との間を結ぶ曲線が変曲点を１つだけ有し、かつ、幅方向の中央部に対応する外周上の点と、幅方向の端部に対応する外周上の点との間に平面部が含まれていてもよい。

＜７－２＞
また、上記実施の形態に従う電極タブ１００においては、電極タブ本体１１０に接着性フィルム１２０が予め接着されていた。しかしながら、接着性フィルム１２０は、必ずしも予め電極タブ本体１１０に接着されていなくてもよい。たとえば、接着性フィルム１２０は、電極タブ１００と収容体２００とのヒートシール時に初めて間に挟まれてもよい。

＜７－３＞
また、上記実施の形態に従う電極タブ１００においては、電極タブ本体１１０に接着性フィルム１２０が接着されていた。しかしながら、電極タブ本体１１０に接着される接着性部材は接着性フィルム１２０には限定されない。たとえば、電極タブ本体１１０の取付け部１１２の表面に接着性の樹脂層が形成されているだけであってもよい。

＜７－４＞
また、上記実施の形態においては、電極タブ１００を収容体２００に取り付けるために、２回のヒートシールが行なわれた。しかしながら、ヒートシールは必ずしも２回行なわれる必要はない。たとえば、ヒートシールは、シール部２１０を接着するために１回だけ行なわれてもよい。

＜７－５＞
また、上記実施の形態に従う電極タブ１００の取付け部１１２の断面においては、幅方向の中央部に対応する外周上のいずれかの点と、幅方向の端部に対応する外周上のいずれかの点との間を結ぶ曲線が２つの変曲点を有していた。しかしながら、該曲線が含む変曲点の数は２つに限定されない。該曲線が含む変曲点の数は、上述のように１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

＜７－６＞
上記実施の形態において、接着性フィルム１２０は、芯材を含むこととした。しかしながら、接着性フィルム１２０は、必ずしも芯材を含んでいる必要はない。

＜７－７＞
上記実施の形態において、電極タブ１００Ａ，１００Ｂは、電池１０における対向する辺上に配置された。しかしながら、電極タブ１００Ａ，１００Ｂの配置場所はこれに限定されない。たとえば、電極タブ１００Ａ，１００Ｂが電池１０における同一の辺上に配置されてもよい。

１０ 電池、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 電極タブ、１０２ 円形部、１０４，１０６ 翼状延端部、１１０ 電極タブ本体、１１２，１１２Ａ，１１２Ｂ 取付け部、１１４ 配線接続部、１１６ 電極接続部、１１７，１１８ 平面部、１２０ 接着性フィルム、２００ 収容体、２１０ シール部、２１２ 凹部、３００ 電池素子。

Claims (1)

1. 電池素子を収容する収容体に取り付け可能であり、前記電池素子の電極に電気的に接続されるように構成された電極タブであって、
   前記収容体に取り付けられるように構成された取付け部を備え、
   前記取付け部の断面において、幅方向の中央部の厚みは、幅方向の端部の厚みよりも厚く、
   前記断面において、外周上の前記中央部に対応するいずれかの点と、外周上の前記端部に対応するいずれかの点との間の少なくとも一部を結ぶ曲線は、少なくとも１つの変曲点を有する、電極タブ。