JP2023102492A

JP2023102492A - 電池

Info

Publication number: JP2023102492A
Application number: JP2022003004A
Authority: JP
Inventors: 真澄柴田; Masumi Shibata
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2022-01-12
Filing date: 2022-01-12
Publication date: 2023-07-25

Abstract

【課題】電極タブの動きを抑制できる電池を提供できる。【解決手段】電池１０は、複数の正極２１および負極２２が積層された電極積層体２０と、電極積層体２０に接続された長手状の正極タブ３０および負極タブ４０と、電極積層体２０を包む外装体５０と、を備えている。正極タブ３０の一端３１側および負極タブ４０の一端４１側は、外装体５０内に収容されている。正極タブ３０の他端３２側および負極タブ４０の他端４２側は、外装体５０外に突出している。外装体５０内では、正極タブ３０には、電極積層体２０と重なる領域Ａ１と、電極積層体２０と重ならない領域Ａ２，Ａ３とがある。正極タブ３０の少なくとも一方は、重ならない領域Ａ２，Ａ３の少なくとも一部において、外装体５０の外側に配されたタブ保持部材６０によって挟まれることで保持されている。【選択図】図３

Description

本開示は、電池に関する。

特許文献１の電気化学素子は、電極及びセパレータを積層した電極組立体と、電極組立体を収容する電池ケースと、を備えている。電極は、電池ケースから突出した電極タブを有している。電極タブにおける電池ケースから露出した部分は、タブホルダーによって固定されている。

特許文献２の電池パックは、単位電池を備えている。単位電池は、積層電極体と、フィルム状外装材から引き出された正極引出タブ及び負極引出タブを有している。単位電池の下端溶着部積層体には、積層体移動抑止部材が装着されている。

特表２０１６－５０１４２９号公報国際公開第２０１４／２９５０号

特許文献１の電気化学素子では、電極タブの一端（電池ケースに収容される側の端部）が自由端部になっている。そのため、電極タブの一端が動き易くなっている。特許文献２の電池パックでは、外装材の曲げ等によって間接的にタブの振動抑制に寄与する可能性があるが、タブの動きを十分に抑え込めない。

本開示は、電極タブの動きを抑制できる電池を提供することを目的としている。

本開示の電池は、
複数の電極板が積層された電極積層体と、
前記電極積層体に接続された長手状の一対の電極タブと、
前記電極積層体を包む外装体と、を備え、
各前記電極タブの一端側は、前記外装体内に収容されており、
各前記電極タブの他端側は、前記外装体外に突出しており、
前記外装体内では、各前記電極タブには、前記電極積層体と重なる領域と、前記電極積層体と重ならない領域とがあり、
前記電極タブの少なくとも一方は、前記重ならない領域の少なくとも一部において、前記外装体の外側に配されたタブ保持部材によって挟まれることで保持されている。

本開示によれば、電極タブの動きを抑制できる電池を提供できる。

図１は、実施形態１における電池を模式的に示す斜視図である。図２は、図１の電池の分解斜視図である。図３は、図１のＡ－Ａ断面図である。図４は、実施形態２の電池に関する、図１のＡ－Ａ断面に相当する拡大図である。図５は、他の実施形態における電池の適用例を示す断面模式図である。

＜実施形態１＞
本実施形態は、図１に示す電池１０に本発明を適用したものである。

（電池の構成）
本実施形態の図１に示す電池１０は、例えば二次電池である。電池１０は、例えばリチウムイオン電池である。電池１０は、電極積層体２０（図２参照）と、一対の電極タブ（正極タブ３０および負極タブ４０）と、外装体５０と、複数（本実施形態では８つ）のタブ保持部材６０と、を備えている。

以下の説明では、説明の便宜上、図１－３にあらわれる上下方向をそのまま上下方向として定義するが、電池１０の実際の配置状態における上下方向と一致しなくてもよい。

電極積層体２０は、電解液とともに外装体５０内に封止されている。電極積層体２０は、複数の電極板（正極２１および負極２２）が積層されて構成されている。電極積層体２０は、複数枚の正極２１と、複数枚の負極２２と、複数枚のセパレータ（図示略）と、を有している。１枚の正極２１と１枚の負極２２との間に１枚のセパレータが介在するように、正極２１、負極２２、およびセパレータが積層されている。セパレータは、例えば絶縁性を有する微多孔膜によって構成されている。

正極２１は、例えばアルミニウム箔などの導電性の板状部材に正極活物質が塗布されて構成されている。正極活物質は、例えばリチウムイオン等の陽イオンを吸蔵及び放出可能な材料である。
正極２１の一端部は、平面視で略矩形に突出した形状の正極側接続部２１ａとされている。正極側接続部２１ａには、正極活物質が塗布されていない。正極側接続部２１ａは、外装体５０の内部において、複数枚積層された状態で、正極タブ３０に電気的に接続されている。

負極２２は、例えば銅箔などの導電性の板状部材に負極活物質が塗布されて構成されている。負極活物質は、例えばリチウムイオン等の陽イオンを吸蔵及び放出可能な材料である。
負極２２の一端部は、平面視で略矩形に突出した形状の負極側接続部２２ａとされている。図２に示されるように、電極積層体２０において、負極側接続部２２ａは、正極側接続部２１ａの突出方向とは反対側に突出している。負極側接続部２２ａには、負極活物質が塗布されていない。負極側接続部２２ａは、外装体５０の内部において、複数枚積層された状態で、負極タブ４０に電気的に接続されている。

外装体５０は、可撓性を有するラミネートフィルム、例えば、アルミニウム層を有する樹脂フィルムを用いた袋体である。外装体５０は、電極積層体２０を包んでいる。外装体５０は、第１外装部５１と第２外装部５２の周縁同士を接合（例えば溶着）して構成されている。

正極タブ３０は、長手状の金属である。正極タブ３０は、例えば断面形状は矩形とされている。図２の場合には、正極タブ３０の上面３０Ａおよび下面３０Ｂは、側面３０Ｃ，３０Ｄよりも幅広とされている。正極タブ３０の上面３０Ａには、複数の正極側接続部２１ａが積層されている。

正極タブ３０の一端３１は、図３に示すように、外装体５０内に収容されている。正極タブ３０の他端３２は、外装体５０外に突出している。正極タブ３０の他端３２は、外部との電気的な接続部分として利用される。

図２，３に示されるように、外装体５０内では、正極タブ３０には、電極積層体２０と重なる領域Ａ１と、電極積層体２０と重ならない領域Ａ２，Ａ３とが存在している。各領域Ａ１，Ａ２，Ａ３は、正極タブ３０の一端３１側から他端３２側の方向に、順に、領域Ａ２、領域Ａ１、領域Ａ３と並ぶように配置されている。領域Ａ１では、積層された複数の正極側接続部２１ａの下面が、正極タブ３０の上面３０Ａに接合されている。なお、図３では、電極積層体２０として、正極側接続部２１ａが積層されたものが現れている。

負極タブ４０は、長手状の金属である。負極タブ４０は、例えば断面形状は矩形とされている。図２の場合には、負極タブ４０の上面４０Ａおよび下面４０Ｂは、側面４０Ｃ，４０Ｄよりも幅広とされている。負極タブ４０の上面４０Ａには、複数の負極側接続部２２ａが積層されている。

負極タブ４０の一端４１は、外装体５０内に収容されている。負極タブ４０の他端４２は、外装体５０外に突出している。負極タブ４０の他端４２は、外部との電気的な接続部分として利用される。

図２に示されるように、外装体５０内では、負極タブ４０には、電極積層体２０と重なる領域Ｂ１と、電極積層体２０と重ならない領域Ｂ２，Ｂ３とが存在している。各領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、負極タブ４０の一端４１側から他端４２側の方向に、順に、領域Ｂ２、領域Ｂ１、領域Ｂ３と並ぶように配置されている。領域Ｂ１では、積層された複数の負極側接続部２２ａの下面が、負極タブ４０の上面４０Ａに接合されている。

タブ保持部材６０は、図１，２に示されるように、上下面に平行な２面を有する立体形状、例えば、直方体の形状とされている。タブ保持部材６０は、２個で１組（一対）として用いられる。本実施形態では、タブ保持部材６０は４組、８個使用されている。
ここで、タブ保持部材６０の配置について説明する。タブ保持部材６０のうちの上側の４つは、第１外装部５１のうちで、領域Ａ２，Ａ３，Ｂ２，Ｂ３の上方にあたる位置５１Ａに配置されている。位置５１Ａは、電極積層体２０において突出した形状を有する正極側接続部２１ａの付け根である肩部の凹み２０Ａの上方位置、及び電極積層体２０において突出した形状を有する負極側接続部２２ａの付け根である肩部の凹み２０Ａの上方位置に相当する。
タブ保持部材６０のうちの下側の４つは、図２に示されるように、それぞれ上側の４つのタブ保持部材６０と上下方向で重なるように、第２外装部５２の下面に配置されている。
タブ保持部材６０は、例えば接着剤などによって第１外装部５１、第２外装部５２に固定されていてもよい。

タブ保持部材６０は、弾性部材で構成されていることが好ましい。タブ保持部材６０は、例えばゴムスポンジが好ましい。タブ保持部材６０のタイプＣ硬度は、ＪＩＳＫ７３１２に準拠した測定で２以上１２以下が好ましい。タブ保持部材６０の引張強さは、ＪＩＳＫ６７６７に準拠した測定で０．２５ＭＰａ以上０．６５ＭＰａ以下が好ましい。タブ保持部材６０の伸びは、ＪＩＳＫ６７６７に準拠した測定で２００％以上２２０％以下が好ましい。タブ保持部材６０の見かけ密度は、ＪＩＳＫ６７６７に準拠した測定で０．０７ｇ／ｃｍ^３以上０．１３ｇ／ｃｍ^３以下が好ましい。タブ保持部材６０の２５％圧縮荷重は、１４．７ｋＰａ以上４４．１ｋＰａ以下が好ましい。

図３に示されるように、一対のタブ保持部材６０は、正極タブ３０の板厚方向で、外装体５０を介して正極タブ３０を挟んでいる。このように、正極タブ３０は、電極積層体２０と重ならない領域（領域Ａ２と、領域Ａ３の一部（領域Ａ２側の部分））において、外装体５０の外側に配されたタブ保持部材６０によって挟まれて保持される構造とされている。
同様に、図２に示すように、一対のタブ保持部材６０は、負極タブ４０の板厚方向で、外装体５０を介して負極タブ４０を挟んでいる。このように、負極タブ４０は、電極積層体２０と重ならない領域（領域Ｂ２と、領域Ｂ３の一部（領域Ｂ２側の部分））において、外装体５０の外側に配されたタブ保持部材６０によって挟まれて保持される構造とされている。

図３に示されるように、電池１０において、上側のタブ保持部材６０の下面６０Ａが平らな面であり、正極タブ３０の上面３０Ａも平らな面となっている。同様に、下側のタブ保持部材６０の上面６０Ｂが平らな面であり、正極タブ３０の下面３０Ｂも平らな面となっている。そのため、上下一対のタブ保持部材６０で挟み込む際の力が面で作用するから、正極タブ３０の挟み状態が安定する。負極タブ４０に対する上下一対のタブ保持部材６０の挟み状態についても同様である。

図３に示されるように、タブ保持部材６０は、正極タブ３０において、正極タブ３０の重心Ｇを挟んだ複数箇所（本実施形態１では２か所）に配置されている。同様に、タブ保持部材６０は、負極タブ４０において、負極タブ４０の重心（図示略）を挟んだ複数箇所（本実施形態１では２か所）に配置されている。また、タブ保持部材６０が外装体５０の４つの角部付近でタブ３０，４０を保持する構成であるため、タブ３０，４０をより一層バランス良く保持できる。

なお、図３に示されるように、タブ保持部材６０は、タブ保持部材６０の外部に配された支持部材７０によって支持されていてもよい。支持部材７０は、例えば金属製の板状部材を好適に用いることができる。支持部材７０は、例えば電池１０を収容する筐体（電池ケース）などの一部であってもよい。

タブ保持部材６０は、例えば接着剤などによって支持部材７０に固定されていてもよい。図３に示されるように、上側のタブ保持部材６０の上面６０Ｃが平らな面であり、上側の支持部材７０の下面７０Ａも平らな面となっている。下側のタブ保持部材６０の下面６０Ｄが平らな面であり、下側の支持部材７０の上面７０Ｂも平らな面となっている。そのため、タブ保持部材６０と支持部材７０との接触面積を確保し易く、支持部材７０によってタブ保持部材６０を安定して支持できる。

（作用効果）
本実施形態の電池１０では、正極タブ３０が、電極積層体２０と重ならない領域（領域Ａ２と、領域Ａ３の一部（領域Ａ２側の部分））において、外装体５０の外側に配されたタブ保持部材６０によって挟まれることで保持されている。また、負極タブ４０は、電極積層体２０と重ならない領域（領域Ｂ２と、領域Ｂ３の一部（領域Ｂ２側の部分））において、外装体５０の外側に配されたタブ保持部材６０によって挟まれることで保持されている。このような構成によって、外装体５０内に配される正極タブ３０の一端３１側および負極タブ４０の一端４１側をタブ保持部材６０によって挟んで保持できる。そのため、正極タブ３０の一端３１側および負極タブ４０の一端４１側の動き（振動や移動など）を抑制できる。特に、タブ保持部材６０がタブ３０，４０の板厚方向で外装体５０を介してタブ３０，４０を挟む構成であるため、タブ３０，４０の板厚方向の振動を効果的に抑制できる。したがって、電池１０の損傷を抑制できる。

本実施形態のタブ保持部材６０は、弾性部材で構成されている。このような構成によって、タブ保持部材６０は、タブ３０，４０の動き（振動や移動など）を抑制する部材として機能できる。

本実施形態のタブ保持部材６０は、各タブ３０，４０毎に、各電極タブ３０，４０の重心を挟んだ複数箇所に配置されている。このような構成によって、タブ保持部材６０によってタブ３０，４０をバランス良く保持できる。

＜実施形態２＞
以下、実施形態２について、図４を参照して説明する。実施形態２の電池１０は、タブ保持部材の構成が実施形態１と異なっている。したがって、以下では実施形態１と同一の構成をなす部分については実施形態１と同一の符号を付して詳細な説明を省略し、実施形態１と相違する点を重点的に説明する。

実施形態２のタブ保持部材２６０は、図４に示すように、本体部２６１と、複数の突起部２６２と、を備えている。本体部２６１は、実施形態１のタブ保持部材６０と同様に、上下面に平行な２面を有する立体形状、例えば、直方体の形状とされている。突起部２６２は、本体部２６１の上面から突出している。突起部２６２は、弾性変形可能である。図４（Ａ）に示すように、タブ保持部材２６０は、電極積層体２０と重ならない領域（図４（Ａ）では領域Ａ２）上の位置５１Ａに配されている。正極タブ３０が例えば上下方向に振動や移動すると、図４（Ａ）に示すように、突起部２６２が撓み変形する。これにより、タブ保持部材２６０は、タブ３０，４０の振動や移動を抑制する部材として機能できる。

＜他の実施形態＞
本発明は、上記記述および図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施の形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態１において、図５に示すように、複数の電池１０を支持部材７０を介在させて積層する構成としてもよい。図５に示すように、上下方向で隣り合う電池１０間で支持部材７０を共通して用いてもよい。
（２）上記実施形態１において、電池１０は、二次電池であったが、一次電池であってもよい。電池１０は、電解液の代わりに固体電解質を用いた全固体電池であってもよい。電池１０は、リチウムイオン電池であったが、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池など、その他の種類の電池であってもよい。
（３）上記実施形態１において、正極タブ３０および負極タブ４０に対してタブ保持部材６０を用いる構成を示したが、正極タブ３０および負極タブ４０の一方のみにタブ保持部材６０を用いる構成であってもよい。
（４）上記実施形態１において、各タブ３０，４０に対してそれぞれ２つのタブ保持部材６０を用いる構成を示したが、各タブ３０，４０に対してそれぞれ１つのタブ保持部材６０を用いる構成であってもよい。例えば、タブ３０の一端３１のみにタブ保持部材６０を用いる構成や、タブ４０の一端４１のみにタブ保持部材６０を用いる構成などであってもよい。
（５）上記実施形態１において、各タブ３０，４０に対してそれぞれ２つのタブ保持部材６０を用いる構成を示したが、各タブ３０，４０に対してそれぞれ３つ以上のタブ保持部材６０を用いる構成であってもよい。
（６）上記実施形態１では、タブ３０，４０において、電極積層体２０と重ならない領域が、電極積層体２０と重なる領域に挟まれた位置（例えば、重心Ｇ上の位置）に設けられていてもよい。
（７）上記実施形態１では、各タブ３０，４０が外装体５０の一側の縁から突出していたが、いずれか一方のタブが一側の縁とは反対側の縁から突出していてもよい。
（８）上記実施形態１において、複数のタブ保持部材６０の一部が一体化した部材であってもよい。例えば、積層方向で重なる一対のタブ保持部材６０が一体化していてもよい。また、外装体５０の上側又は下側の複数のタブ保持部材６０が一体化していてもよい。
（９）上記実施形態１において、タブ保持部材６０が接着剤などによって外装体５０の位置５１Ａに固定される例を示したが、固定されずに接触する構成であってもよい。
（１０）上記実施形態１において、タブ保持部材６０が接着剤などによって支持部材７０に固定される例を示したが、固定されずに接触する構成であってもよい。

前述の例は単に説明を目的とするものでしかなく、本発明を限定するものと解釈されるものではない。本発明を典型的な実施形態の例を挙げて説明したが、本発明の記述および図示において使用された文言は、限定的な文言ではなく説明的および例示的なものであると理解される。ここで詳述したように、その形態において本発明の範囲または本質から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内で変更が可能である。ここでは、本発明の詳述に特定の構造、材料および実施形態を参照したが、本発明をここにおける開示事項に限定することを意図するものではなく、むしろ、本発明は添付の特許請求の範囲内における、機能的に同等の構造、方法、使用の全てに及ぶものとする。

１０…電池
２０…電極積層体
２１…正極（電極板）
２２…負極（電極板）
３０…正極タブ（電極タブ）
３１…正極タブの一端
３２…正極タブの他端
４０…負極タブ（電極タブ）
４１…負極タブの一端
４２…負極タブの他端
５０…外装体
６０，２６０…タブ保持部材
Ａ１…電極積層体と重なる領域
Ａ２，Ａ３…電極積層体と重ならない領域
Ｂ１…電極積層体と重なる領域
Ｂ２，Ｂ３…電極積層体と重ならない領域

Claims

複数の電極板が積層された電極積層体と、
前記電極積層体に接続された長手状の一対の電極タブと、
前記電極積層体を包む外装体と、を備え、
各前記電極タブの一端側は、前記外装体内に収容されており、
各前記電極タブの他端側は、前記外装体外に突出しており、
前記外装体内では、各前記電極タブには、前記電極積層体と重なる領域と、前記電極積層体と重ならない領域とがあり、
前記電極タブの少なくとも一方は、前記重ならない領域の少なくとも一部において、前記外装体の外側に配されたタブ保持部材によって挟まれることで保持されている、電池。
前記タブ保持部材は、弾性部材で構成されている、請求項１に記載の電池。
前記タブ保持部材は、各前記電極タブ毎に、各前記電極タブの重心を挟んだ複数箇所に配置されている、請求項２に記載の電池。