JP2024007195A - Laminate outer packaging material for power storage device, power storage device and assembled power storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電デバイス用ラミネート外装材、蓄電デバイス及び組蓄電デバイスに係り、さらに詳細には、蓄電デバイスの充放電による体積膨張を吸収し、蓄電要素に加わる応力を低減し得る蓄電デバイス用ラミネート外装材、これを備えた蓄電デバイス及び組蓄電デバイスに関する。 The present invention relates to a laminate exterior material for a power storage device, a power storage device, and an assembled power storage device, and more particularly, a laminate for a power storage device that can absorb volumetric expansion due to charging and discharging of a power storage device and reduce stress applied to a power storage element. The present invention relates to an exterior packaging material, a power storage device including the same, and an assembled power storage device.
従来、内側層から外側層に転写される滑剤の転写量を制御して、粘着テープの密着性を低下させないラミネート材が提案されている(特許文献1参照)。このラミネート材は、外側層と、内側層と、外側層と内側層との間に配設された金属箔層とを含む。内側層は、1層ないし複数層からなる。内側層の最内層が、熱融着性樹脂と滑剤とを含み、滑剤濃度が、1000ppm~5000ppmの樹脂組成物からなる。内側層は、その最内層の表面に、表面高さの平均値を基準高さとするとき、1mm2につき基準高さよりも0.3μm以上高い凸部を有している。 Conventionally, a laminate material has been proposed in which the amount of lubricant transferred from the inner layer to the outer layer is controlled so as not to reduce the adhesion of the adhesive tape (see Patent Document 1). The laminate includes an outer layer, an inner layer, and a metal foil layer disposed between the outer and inner layers. The inner layer consists of one layer or multiple layers. The innermost layer of the inner layer is made of a resin composition containing a heat-fusible resin and a lubricant, and has a lubricant concentration of 1000 ppm to 5000 ppm. The inner layer has, on the surface of its innermost layer, a convex portion that is 0.3 μm or more higher than the reference height per 1 mm 2 when the average value of the surface height is the reference height.
また、従来、滑り性が高く且つ粘着テープとの密着性も高い表面を有する蓄電デバイス用外装材が提案されている(特許文献2参照)。この蓄電デバイス用外装材は、最外層と、シーラント層と、両層間に配置されたバリア層とを積層状に備える。最外層は、ポリアミドフィルム、ポリエステルフィルム及びポリオレフィンフィルムからなる群より選択される少なくとも一つからなる。最外層の表面の表面性状において、算術平均高さSaが0.03~0.20μmの範囲であり、Saの基準面から+0.1μmの高さ位置の断面積が7500μm2以上である凸部を山と定義するとき、山の数が1mm2当たり5~30個の範囲である。 Furthermore, an exterior material for a power storage device having a surface with high slipperiness and high adhesion to an adhesive tape has been proposed (see Patent Document 2). This exterior material for a power storage device includes a layered structure including an outermost layer, a sealant layer, and a barrier layer disposed between both layers. The outermost layer is made of at least one selected from the group consisting of polyamide film, polyester film, and polyolefin film. Concerning the surface properties of the surface of the outermost layer, a convex portion whose arithmetic mean height Sa is in the range of 0.03 to 0.20 μm and whose cross-sectional area at a height position of +0.1 μm from the reference plane of Sa is 7500 μm 2 or more. When defined as a peak, the number of peaks is in the range of 5 to 30 per 1 mm2 .
しかしながら、特許文献1や特許文献2に記載されたような表面に凹凸構造を有するラミネート外装材を、充放電によって体積膨張する蓄電デバイスに用いた場合、蓄電デバイスの体積膨張によって蓄電要素に加わる応力が高くなってしまうという問題点があった。
However, when a laminate exterior material having an uneven structure on the surface as described in
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであって、蓄電デバイスの充放電による体積膨張を吸収し、蓄電要素に加わる応力を低減し得る蓄電デバイス用ラミネート外装材、これを備えた蓄電デバイス及び組蓄電デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and provides a laminate exterior material for a power storage device that can absorb volumetric expansion due to charging and discharging of the power storage device and reduce stress applied to the power storage element. It is an object of the present invention to provide a power storage device and an assembled power storage device equipped with this.
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、蓄電デバイス用ラミネート外装材の外層及び内層のうちの少なくとも一方の層が多孔質層を含む構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of extensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention have achieved the above object by creating a structure in which at least one of the outer layer and the inner layer of the laminate exterior material for power storage devices includes a porous layer. The present inventors have discovered that this can be achieved, and have completed the present invention.
すなわち、本発明の蓄電デバイス用ラミネート外装材は、外層、内層及びこれらの間に配置されたバリア層を有する。
外層及び内層のうちの少なくとも一方の層が、多孔質層を含む。
That is, the laminate exterior material for a power storage device of the present invention has an outer layer, an inner layer, and a barrier layer disposed between them.
At least one of the outer layer and the inner layer includes a porous layer.
また、本発明の蓄電デバイスは、正極と負極と電解質を有する蓄電要素と、蓄電要素を外装し、外層、内層及びこれらの間に配置されたバリア層を有する蓄電デバイス用ラミネート外装材と、を備え、正極及び負極のタブを外部に導出したまま、蓄電要素の周囲に沿って蓄電デバイス用ラミネート外装材の内層同士を封止して成る。
外層及び内層のうちの少なくとも一方の層が、多孔質層を含む。
Further, the power storage device of the present invention includes a power storage element having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and a laminate exterior material for a power storage device that covers the power storage element and has an outer layer, an inner layer, and a barrier layer disposed between these. The inner layers of the laminate exterior material for a power storage device are sealed together along the periphery of the power storage element while the tabs of the positive electrode and the negative electrode remain exposed to the outside.
At least one of the outer layer and the inner layer includes a porous layer.
また、本発明の組蓄電デバイスは、扁平形状をなす複数の蓄電デバイスが蓄電デバイスの厚さ方向に積層されて成る。
この蓄電デバイスは、正極と負極と電解質を有する蓄電要素と、蓄電要素を外装し、外層、内層及びこれらの間に配置されたバリア層を有する蓄電デバイス用ラミネート外装材と、を備え、正極及び負極のタブを外部に導出したまま、蓄電要素の周囲に沿って蓄電デバイス用ラミネート外装材の内層同士を封止して成る。
複数の蓄電デバイスのうちの少なくとも1つの蓄電デバイスにおいて、外層及び内層のうちの少なくとも一方の層が、多孔質層を含む。
Moreover, the assembled electricity storage device of the present invention is made up of a plurality of flat electricity storage devices stacked in the thickness direction of the electricity storage device.
This power storage device includes a power storage element having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and a laminate exterior material for a power storage device that covers the power storage element and has an outer layer, an inner layer, and a barrier layer disposed between these. The inner layers of the laminate exterior material for a power storage device are sealed together along the periphery of the power storage element while leaving the tab of the negative electrode exposed to the outside.
In at least one of the plurality of power storage devices, at least one of the outer layer and the inner layer includes a porous layer.
本発明によれば、蓄電デバイス用ラミネート外装材の外層及び内層のうちの少なくとも一方の層が多孔質層を含む構成としたため、蓄電デバイスの充放電による体積膨張を吸収し、蓄電要素に加わる応力を低減し得る蓄電デバイス用ラミネート外装材、これを備えた蓄電デバイス及び組蓄電デバイスを提供できる。 According to the present invention, since at least one of the outer layer and the inner layer of the laminate exterior material for a power storage device includes a porous layer, volumetric expansion due to charging and discharging of the power storage device is absorbed and stress applied to the power storage element. It is possible to provide a laminate exterior material for a power storage device that can reduce the amount of damage, and a power storage device and assembled power storage device equipped with the same.
以下、本発明の蓄電デバイス用ラミネート外装材、蓄電デバイス及び組蓄電デバイスについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、蓄電デバイス及び組蓄電デバイスとしてリチウムイオン二次電池及びその組電池を例示して説明するが、本発明はこれらに限定されない。また、以下「リチウムイオン二次電池用ラミネート外装材」を単に「ラミネート外装材」ということがある。さらに、以下で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, the laminate exterior material for a power storage device, the power storage device, and the assembled power storage device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, although a lithium ion secondary battery and its assembled battery are illustrated and demonstrated as an electricity storage device and an assembled electricity storage device, this invention is not limited to these. Furthermore, hereinafter, the "laminate exterior material for lithium ion secondary batteries" may be simply referred to as "laminate exterior material." Furthermore, the dimensional proportions in the drawings cited below are exaggerated for illustrative purposes and may differ from the actual proportions.
[蓄電デバイス]
図1は、蓄電デバイスの一実施形態であるリチウムイオン二次電池を模式的に示す斜視図である。図2は、図1に示したリチウムイオン二次電池のII-II線に沿った模式的な断面図である。図3は、図1に示したリチウムイオン二次電池用ラミネート外装材のIII線で囲んだ部分を模式的に示す部分断面図である。
[Electricity storage device]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a lithium ion secondary battery, which is an embodiment of a power storage device. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the lithium ion secondary battery shown in FIG. 1 taken along line II-II. FIG. 3 is a partial sectional view schematically showing a portion of the laminate exterior material for a lithium ion secondary battery shown in FIG. 1, surrounded by line III.
図1~図3に示すように、本実施形態のリチウムイオン二次電池1は、蓄電要素の一実施形態である電池要素10と、電池要素10を外装するラミネート外装材20とを備えている。このリチウムイオン二次電池1は、電池要素10に取り付けられた正極タブ11C及び負極タブ12Cを外部に導出したまま、電池要素10の周囲に沿ってラミネート外装材20の内層22,22同士を封止した構成を有している。なお、このようなラミネート外装材20は、例えば、従来と同じように袋状に形成されたり、成形金型を用いた成形加工により容器状に形成されたりして、その内部に電池要素10が収容されて熱封止される。
As shown in FIGS. 1 to 3, the lithium ion
電池要素10は、正極集電体11Aの両方の表面に正極活物質層11Bが形成された正極11と、電解質層13と、負極集電体12Aの両方の表面に負極活物質層12Bが形成された負極12とを複数積層した構成を有している。このとき、一の正極11の正極集電体11Aの片方の表面に形成された正極活物質層11Bと該一の正極11に隣接する負極12の負極集電体12Aの片方の表面に形成された負極活物質層12Bとが電解質層13を介して向き合うように、正極、電解質層、負極の順に複数積層されている。
The
これにより、隣接する正極活物質層11B、電解質層13及び負極活物質層12Bは、1つの単電池層14を構成する。従って、本実施形態のリチウムイオン二次電池1は、単電池層14が複数積層されることにより、電気的に並列接続された構成を有するものとなる。なお、電池要素10の最外層に位置する負極集電体12aには、片面のみに、負極活物質層12Bが形成されている。また、単電池層の外周には、隣接する正極集電体や負極集電体の間を絶縁するための絶縁層(図示せず)が設けられていてもよい。
Thereby, the adjacent positive electrode
図3に示すラミネート外装材20は、リチウムイオン二次電池1におけるラミネート外装材20の外面を形成する外層21、内面を形成する内層22及びこれらの間に配置されたバリア層23を有し、これらが積層一体化されている。なお、バリア層23と外層21との間及びバリア層23と内層22との間には、これらを強固に積層一体化するための接着層24が設けられている。
The laminate
そして、図3に示すラミネート外装材20においては、外層21及び内層22の双方が、空隙25aを有する多孔質層25を含んでいる。
In the laminate
図4~図6は、図3に示したラミネート外装材の第1~第3変形例の図3と同様の部分を模式的に示す部分断面図である。図7は、図1に示したリチウムイオン二次電池の負極タブ側を模式的に示す側面図である。以下の説明では、上述した構成部位と同じ構成部位に同一符号を付して詳細な発明を省略する。 4 to 6 are partial cross-sectional views schematically showing the same portions as in FIG. 3 of the first to third modified examples of the laminate exterior material shown in FIG. 3. FIG. 7 is a side view schematically showing the negative electrode tab side of the lithium ion secondary battery shown in FIG. In the following description, the same components as those described above will be given the same reference numerals, and detailed descriptions of the invention will be omitted.
図4に示すラミネート外装材20Aにおいては、外層21及び内層22のうちの外層21が多孔質層25を含んでおり、図5に示すラミネート外装材20Bにおいては、外層21及び内層22のうちの内層22が多孔質層25を含んでいる。
In the laminate
図6に示すラミネート外装材20Cにおいては、空隙25aを有する多孔質層25を含む外層21、空隙25aを有する多孔質層25を含む内層22、及びバリア層23以外に保護層26を更に有している。このように、ラミネート外装材は、外層21、内層22のそれぞれが多層構造を有していてもよい。なお、図6に示すように、バリア層23と保護層26との間及び保護層26と内層22との間にも、これらを強固に積層一体化するための接着層24が設けられている。
The laminate
さらに、図7に示すように、内層22,22の双方が、多孔質層25を含み、内層22,22による負極タブ12Cの両方の側面の封止領域20sにおいて、多孔質層25の空隙25aが潰れ変形している。なお、図示しないが、内層による正極タブの封止領域においても、多孔質層の空隙が潰れ変形している。
Further, as shown in FIG. 7, both of the
次に、本実施形態の利点について説明する。
本実施形態によれば、ラミネート外装材20,20A,20B,20Cにおける外層21及び内層22の少なくとも一方が多孔質層25を含むので、リチウムイオン二次電池等の蓄電デバイスの充放電による体積膨張を吸収し、電池要素等の蓄電要素に加わる応力を低減できるという利点がある。また、体積膨張を吸収させるための厚さを有する外層や内層は耐傷付き性に優れるという副次的な利点もある。さらに、内層が多孔質層を含む構成は、電池要素が電解液を含む場合には電解液分解により生じた分解ガスを空隙に保持し得るという副次的な利点もある。
Next, advantages of this embodiment will be explained.
According to the present embodiment, at least one of the
また、本実施形態においては、多孔質層の空隙率が、50体積%以上80体積%以下であることが好ましい。多孔質層の空隙率が50体積%未満の場合、圧縮率が低下してクッションパッド性能が低下する可能性がある。一方、多孔質層の空隙率が80体積%を超える場合、圧縮された場合に生じる反力が弱くなり、衝撃などによって外部入力が有った場合に電池要素の固定性が低下する可能性がある。 Moreover, in this embodiment, it is preferable that the porosity of the porous layer is 50 volume % or more and 80 volume % or less. If the porosity of the porous layer is less than 50% by volume, the compressibility may decrease and the cushion pad performance may decrease. On the other hand, if the porosity of the porous layer exceeds 80% by volume, the reaction force generated when it is compressed becomes weaker, and there is a possibility that the fixation of the battery element will deteriorate when external input is applied due to impact, etc. be.
さらに、図7、さらには図3、図5及び図6に示した例によれば、ラミネート外装材20,20B,20Cにおける内層22,22が多孔質層25を含み、内層22による負極タブ12Cとの両側の封止領域20sや図示しない正極タブとの両側の封止領域において多孔質層25の空隙25aが潰れ変形しているので、ラミネート外装材20と負極タブ12Cや正極タブとの密着性がさらに向上し、例えば、電池要素が電解液を含む場合には電解液の漏えいリスクを低減できるという利点がある。また、多孔質層25の空隙25aが潰れ変形する構成は、特殊形状を有する金型を用いる必要なく形成できるという副次的な利点もある。
Furthermore, according to the example shown in FIG. 7, and furthermore, FIG. 3, FIG. 5, and FIG. Since the
[組蓄電デバイス]
図8は、組蓄電デバイスの一実施形態であるリチウムイオン二次電池1の組電池50の一部を模式的に示す部分断面図である。
[Assembled power storage device]
FIG. 8 is a partial cross-sectional view schematically showing a part of the assembled battery 50 of the lithium ion
図8に示すように、リチウムイオン二次電池1の組電池50は、扁平形状をなす複数のリチウムイオン二次電池1がリチウムイオン二次電池1の厚さ方向(図8中の矢印Zで示す左右方向)に積層されて成る。なお、リチウムイオン二次電池1は、上述した第1変形例のラミネート外装材20Aを適用したものである。また、図8中では省略しているが、リチウムイオン二次電池1は、図8中の電池要素10の上側及び下側、紙面に対して垂直な方向の手前側及び奥側において、電池要素10の周囲に沿ってラミネート外装材20の内層22,22同士を封止した構成を有している。
As shown in FIG. 8, the assembled battery 50 of the lithium ion
次に、本実施形態の利点について説明する。
本実施形態によれば、ラミネート外装材20Aにおける外層21が多孔質層25を含むので、リチウムイオン二次電池等の蓄電デバイスの充放電による体積膨張を吸収し、電池要素等の蓄電要素に加わる応力を低減できるだけでなく、リチウムイオン二次電池等の蓄電デバイス同士の間に効率の良い熱発散パスを形成できるという利点がある。また、組電池を組み立てる際に、クッション機能等を有する他の部材を設置する必要がないので、組み立てコストを低減できるという副次的な利点もある。
Next, advantages of this embodiment will be explained.
According to this embodiment, since the
ここで、各構成要素の仕様や材種について更に詳細に説明する。 Here, the specifications and material types of each component will be explained in more detail.
(正極集電体)
正極集電体11Aは、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ステンレス鋼(SUS)箔などの導電性の材料により構成されている。しかしながら、これらに限定されず、リチウムイオン二次電池用の集電体として用いられる従来公知の材料を用いることができる。
(Positive electrode current collector)
The positive electrode
(正極活物質層)
正極活物質層12Aは、正極活物質として、従来公知のリチウムイオン二次電池用正極活物質を含んでおり、必要に応じて、バインダや導電助剤を含んでいてもよい。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode
正極活物質としては、例えば、容量、出力特性の観点からリチウム含有化合物が好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えばリチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物や、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物、リチウムと遷移金属元素とを含む硫酸化合物、リチウムと遷移金属元素と含む固溶体が挙げられるが、より高い容量、出力特性を得る観点からは、特にリチウム-遷移金属複合酸化物が好ましい。特に、電解液を用いたリチウムイオン二次電池の充放電によって正極において充電末期に電解液が分解しやすい高電位正極活物質を好適に用いることができる。このような高電位正極活物質としては、5V級正極活物質として知られているスピネル型LiMn1.5Ni0.5O4を例示することができる。 As the positive electrode active material, for example, a lithium-containing compound is preferable from the viewpoint of capacity and output characteristics. Such lithium-containing compounds include, for example, composite oxides containing lithium and a transition metal element, phosphoric acid compounds containing lithium and a transition metal element, sulfuric acid compounds containing lithium and a transition metal element, lithium and a transition metal element, etc. Examples include solid solutions containing elements, but from the viewpoint of obtaining higher capacity and output characteristics, lithium-transition metal composite oxides are particularly preferred. In particular, it is possible to suitably use a high-potential positive electrode active material in which the electrolyte is easily decomposed at the end of charging at the positive electrode when charging and discharging a lithium ion secondary battery using an electrolyte. An example of such a high potential positive electrode active material is spinel type LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 which is known as a 5V class positive electrode active material.
バインダとしては、リチウムイオン二次電池用のバインダとして用いられる従来公知の材料を用いることができる。これらのバインダは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 As the binder, conventionally known materials used as binders for lithium ion secondary batteries can be used. These binders may be used alone or in combination of two or more.
導電助剤としては、リチウムイオン二次電池用の導電助剤として用いられる従来公知の材料を用いることができる。これらの導電助剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 As the conductive aid, conventionally known materials used as conductive aids for lithium ion secondary batteries can be used. These conductive aids may be used alone or in combination of two or more.
(正極タブ)
正極タブ11Cは、例えば、アルミニウムや銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金などの材料により構成されている。しかしながら、これらに限定されず、リチウムイオン二次電池用のタブとして用いられる従来公知の材料を用いることができる。
(Positive electrode tab)
The
(負極集電体)
負極集電体12Aは、例えば、上述した正極集電体11Aと同様の材質のものを適用することができる。なお、負極集電体は、正極集電体と同一材質のものを用いてもよく、異なる材質のものを用いてもよい。
(Negative electrode current collector)
The negative electrode
(負極活物質層)
負極活物質層12Bは、負極活物質として、リチウムを吸蔵及び放出することが可能な負極材料のいずれか1種又は2種以上を含んでおり、必要に応じて、バインダや導電助剤を含んでいてもよい。なお、バインダや導電助剤は上記説明したものを用いることができる。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode
リチウムを吸蔵及び放出することが可能な負極材料としては、リチウムイオン二次電池用の負極材料として用いられる従来公知の材料を用いることができる。特に、高容量を有する負極材料としては、ケイ素を含有する負極材料を好適に用いることができる。リチウムイオン二次電池の充放電によって、ケイ素を含有する負極、いわゆるシリコン負極は、従来の黒鉛を用いた負極より激しい膨張収縮が起こるので本発明のラミネート外装材を適用することによる効果が得られやすい。 As the negative electrode material capable of intercalating and deintercalating lithium, conventionally known materials used as negative electrode materials for lithium ion secondary batteries can be used. In particular, as a negative electrode material having high capacity, a negative electrode material containing silicon can be suitably used. When a lithium ion secondary battery is charged and discharged, a silicon-containing negative electrode, a so-called silicon negative electrode, expands and contracts more severely than a conventional negative electrode using graphite, so the effect of applying the laminate exterior material of the present invention cannot be obtained. Cheap.
(負極タブ)
負極タブ12Cは、例えば、上述した正極タブ11Cと同様の材質のものを適用することができる。なお、負極タブは、正極タブと同一材質のものを用いてもよく、異なる材質のものを用いてもよい。
(Negative electrode tab)
For example, the
(電解質層)
電解質層13としては、リチウムイオン二次電池用の電解質層として用いられる従来公知の材料を用いることができる。例えば、セパレータに保持させた電解液や高分子ゲル電解質、固体高分子電解質を用いて層構造を形成したもの、更には、高分子ゲル電解質や固体高分子電解質を用いて積層構造を形成したものなどを挙げることができる。
(electrolyte layer)
As the
(絶縁層)
絶縁層は、電解質層13などに含まれる電解質を保持し、単電池層14の外周に、例えば電解液の液漏れを防止する樹脂やゴムなどの材料により形成されることが好ましい。
(insulating layer)
The insulating layer holds the electrolyte contained in the
(外層)
外層21は、ラミネート外装材の基材層とも呼ばれており、外層としては、例えば、ポリアミド(ナイロン)フィルム、高密度ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム等を用いることができる。特に、外層としては、ポリアミド(ナイロン)フィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム等の耐熱性樹脂フィルムを用いることが好ましい。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。外層の厚さは限定されるものではなく、通常、50~200μmである。
(outer layer)
The
(内層)
内層22は、腐食性の強い電解液等に対して優れた耐薬品性を有することが好ましく、また、ラミネート外装材にヒートシール性を付与するものであることが好ましい。内層としては、例えば、無延伸ポリプロピレンフィルム(CPPフィルム)などのポリプロピレンフィルムや、直鎖状低密度ポリエチレンフィルム(LLDPEフィルム)などのポリエチレンフィルム等を用いることができる。
(inner layer)
The
(バリア層)
バリア層23は、通常、金属箔からなる。金属箔としては、例えば、アルミニウム(その合金を含む)箔、銅(その合金を含む)箔、ニッケル(その合金を含む)箔、チタン(その合金を含む)箔、ステンレス鋼箔等を用いることができ、特にアルミニウム箔を好適に用いることができる。また、金属箔は、その片面又は両面に化成皮膜などの腐食防止処理層が形成されたものであってもよい。バリア層の厚さは限定されるものではなく、通常、15~150μmであり、特に15~40μmであることが好ましい。バリア層の厚さが15μm未満の場合、詳しくは後述する製造工程中に変形や亀裂が生じるおそれがある。一方、バリア層の厚さが150μmを超える場合、材料としてのコスト、柔軟性、成形性、重量増加の観点から好ましくない。
(barrier layer)
(接着層)
接着層24は、外層21(内層22)とバリア層23を接着可能な接着剤からなるものであれば限定されない。例えば、このような接着剤としては、ポリエステル系接着剤、ポリエステルポリウレタン系接着剤、エポキシ含有ポリエステルポリウレタン系接着剤等のドライラミネート用接着剤を用いることが好ましい。接着層は、例えば、外層と接着される層であるバリア層上に外側接着層の接着剤を所定の塗工方法によって塗工することにより形成される。接着層の接着剤の塗工方法としては、例えば、グラビア塗工法、スプレー塗工法、ドクターブレード塗工法等を用いることができる。
(Adhesive layer)
The
(多孔質層)
多孔質層25としては、例えば、高分子多孔質膜を挙げることができ、その構造は特に限定されない。例えば、多孔質層は、独立孔のみを有していてもよく、連通孔のみを有していてもよく、独立孔と連通孔とを有していてもよい。その中でも、多孔質層は、固形分が三次元的に網目状に広がっている三次元網目状構造、又は多数の球状若しくは略球状の固形分が、直接若しくは筋状の固形分を解して連結している球状構造を有する三次元多孔質構造を有することが好ましい。また、これらの両方の構造を有していてもよい。多孔質層の厚さは、5μm以上200μm以下であることが好ましく、20μm以上100μm以下であることがより好ましい。多孔質層の厚さが5μm未満の場合、クッションパッド性能が低下する可能性があり、外部応力によりバリア層が傷つきやすくなる可能性がある。一方、多孔質層の厚さが200μmを超える場合、蓄電デバイスのエネルギー体積密度が低下する可能性がある。
(porous layer)
Examples of the
上述のような多孔質層は、従来公知の製造方法で得ることができる。例えば、多孔質層は、特開昭55-131028号公報に記載されているような湿式法による微多孔フィルムの製造方法によって得ることができる。具体的には、多孔質層は、微多孔フィルムを形成するマトリクス樹脂であるポリエチレンやポリプロピレン等の樹脂に添加物を添加して混合した混合物を用いてフィルムを製膜する工程と、シート化した後に、マトリクス樹脂と添加物とからなるフィルムから添加物を抽出することで、マトリクス樹脂中に空隙を形成する工程を経て得ることができる。添加物としては、樹脂と混和する溶媒、可塑剤、無機微粒子等を挙げることができる。また、例えば、多孔質層は、特公昭55-32531号公報に記載されているような乾式法による多孔フィルムの製造方法によって得ることができる。具体的には、溶融押出時に高ドラフト比を採用することにより、シート化した延伸前のフィルム中のラメラ構造を制御し、これを一軸延伸することでラメラ界面での開裂を発生させ、空隙を形成することによって得ることができる。なお、本発明における多孔質層の形成方法は、これらの方法に限定されない。例えば、発泡プラスチックを利用することも可能である。 The porous layer as described above can be obtained by a conventionally known manufacturing method. For example, the porous layer can be obtained by a microporous film manufacturing method using a wet method as described in JP-A-55-131028. Specifically, the porous layer is formed using a process of forming a film using a mixture of resin such as polyethylene or polypropylene, which is a matrix resin that forms a microporous film, and adding additives to it, and a process of forming a film into a sheet. Later, by extracting the additive from a film made of the matrix resin and the additive, it can be obtained through a step of forming voids in the matrix resin. Examples of additives include solvents, plasticizers, and inorganic fine particles that are miscible with the resin. Further, for example, the porous layer can be obtained by a method for manufacturing a porous film using a dry method as described in Japanese Patent Publication No. 55-32531. Specifically, by employing a high draft ratio during melt extrusion, the lamellar structure in the film before being stretched is controlled, and by uniaxially stretching this, cleavage occurs at the lamellar interface and voids are eliminated. It can be obtained by forming Note that the method for forming the porous layer in the present invention is not limited to these methods. For example, it is also possible to use foamed plastic.
(保護層)
保護層26としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリアミド(ナイロン)フィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム等の樹脂フィルムを用いることができ、多孔質構造を有さない緻密質な樹脂フィルムを好適に用いることができる。これにより、バリア層の電解液耐性や耐傷付き性を向上させることができる。
(protective layer)
As the
(ラミネート外装材の製造方法)
ここで、若干の例を挙げてラミネート外装材の製造方法を説明する。
まず、外層21として厚さが100μmの多孔質のポリプロピレンフィルム、内層22として厚さが100μmの多孔質のポリエチレンフィルム、バリア層23として厚さが40μmの金属箔(アルミニウム箔)を準備する。次いで、アルミニウム箔の両面にそれぞれ化成皮膜を形成する。具体的には、リン酸、ポリアクリル酸(アクリル系樹脂)、クロム(III)塩化合物、水及びアルコールを含む化成処理をアルミニウム箔の両面に塗布し、180℃で乾燥して、化成皮膜を形成する。しかる後、アルミニウム箔の両面の化成皮膜の表面にポリアクリル接着剤を塗布して接着剤層を形成し、厚さが100μmの多孔質のポリプロピレンフィルム、厚さが100μmの多孔質のポリエチレンフィルムをそれぞれ貼り合わせて、図3に示すようなラミネート外装材を得る。
(Manufacturing method of laminate exterior material)
Here, a method for manufacturing a laminate exterior material will be described with reference to some examples.
First, a porous polypropylene film with a thickness of 100 μm as the
また、外層21として厚さが100μmの多孔質のポリプロピレンフィルム、内層22として厚さが50μmのポリエチレンフィルム、バリア層23として厚さが40μmの金属箔(アルミニウム箔)を準備する。次いで、上述の操作と同様の操作によりアルミニウム箔の両面にそれぞれ化成皮膜を形成する。しかる後、アルミニウム箔の両面の化成皮膜の表面にポリアクリル接着剤を塗布して接着剤層を形成し、厚さが100μmの多孔質のポリプロピレンフィルム、厚さが50μmのポリエチレンフィルムをそれぞれ貼り合わせて、図4に示すようなラミネート外装材を得る。
Further, a porous polypropylene film with a thickness of 100 μm is prepared as the
さらに、外層21として厚さが50μmのポリプロピレンフィルム、内層22として厚さが100μmの多孔質のポリエチレンフィルム、バリア層23として厚さが40μmの金属箔(アルミニウム箔)を準備する。次いで、上述の操作と同様の操作によりアルミニウム箔の両面にそれぞれ化成皮膜を形成する。しかる後、アルミニウム箔の両面の化成皮膜の表面にポリアクリル接着剤を塗布して接着剤層を形成し、厚さが50μmのポリプロピレンフィルム、厚さが100μmの多孔質のポリエチレンフィルムをそれぞれ貼り合わせて、図5に示すようなラミネート外装材を得る。
Furthermore, a polypropylene film with a thickness of 50 μm as the
また、外層21として厚さが100μmの多孔質のポリプロピレンフィルム、内層22として厚さが100μmの多孔質のポリエチレンフィルム、バリア層23として厚さが40μmの金属箔(アルミニウム箔)、保護層26として厚さが50μmのポリエチレンテレフタレートフィルムを準備する。次いで、上述の操作と同様の操作によりアルミニウム箔の両面にそれぞれ化成皮膜を形成する。さらに、アルミニウム箔の両面の化成皮膜の表面にポリアクリル接着剤を塗布して接着剤層を形成し、厚さが100μmの多孔質のポリプロピレンフィルム、厚さが50μmのポリエチレンテレフタレートフィルムをそれぞれ貼り合わせる。しかる後、ポリエチレンフィルムの表面にポリアクリル接着剤を塗布して接着剤層を形成し、厚さが100μmの多孔質のポリエチレンフィルムを貼り合わせて、図6に示すようなラミネート外装材を得る。
In addition, the
以上、本発明を若干の実施形態によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。 Although the present invention has been described above with reference to some embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.
本発明においては、蓄電デバイスの充放電による体積膨張を吸収し、蓄電要素に加わる応力の低減を実現すべく、蓄電デバイス用ラミネート外装材の外層及び内層のうちの少なくとも一方の層に多孔質層を設けたことを骨子とする。 In the present invention, in order to absorb the volume expansion due to charging and discharging of the power storage device and reduce the stress applied to the power storage element, a porous layer is provided in at least one of the outer layer and the inner layer of the laminate exterior material for the power storage device. The main point is to have established the following.
従って、蓄電デバイスの充放電による体積膨張を吸収して、蓄電要素に加わる応力を低減する効果が得られれば、蓄電デバイスの種類は特に限定されない。例えば、上述した各実施形態においては、単電池層が複数積層され、電気的に並列接続された通常型の発電要素を例示して説明したが、単電池層が複数積層され、電気的に直列接続された双極型の発電要素にすることも可能である。また、例えば、上述した各実施形態においては、いわゆる積層型の発電要素を例示したが、本発明の蓄電デバイスは、積層構造を含むいわゆる捲回型の発電要素に適用することも可能である。 Therefore, the type of power storage device is not particularly limited as long as it can absorb the volumetric expansion due to charging and discharging of the power storage device and reduce the stress applied to the power storage element. For example, in each of the above-mentioned embodiments, a conventional power generation element in which a plurality of cell layers are stacked and electrically connected in parallel has been described, but a plurality of cell layers are stacked and electrically connected in series. It is also possible to have connected bipolar power generation elements. Further, for example, in each of the embodiments described above, a so-called laminated type power generation element is illustrated, but the electricity storage device of the present invention can also be applied to a so-called wound type power generation element including a laminated structure.
さらに、例えば、上述した各実施形態においては、蓄電デバイスとしてリチウムイオン二次電池を例示して説明したが、蓄電デバイスは、リチウムイオンキャパシタのような電気二重層キャパシタであっても良く、全固体電池であっても良い。 Furthermore, for example, in each of the above-described embodiments, a lithium ion secondary battery has been described as an example of the power storage device, but the power storage device may be an electric double layer capacitor such as a lithium ion capacitor, or an all-solid-state It may also be a battery.
さらに、例えば、上述した構成要素は、各実施形態に示した構成に限定されるものではなく、ラミネート外装材の仕様や材質の細部を変更することや、1つの例の構成要素を他の例の構成要素と入れ替えて又は組み合わせて適用することも可能である。例えば、ラミネート外装材20と負極タブ12Cや正極タブとの密着性を向上させる場合、封止される内層同士のうちの少なくとも一方の層が多孔質層を含んでいれば良い。また、例えば、リチウムイオン二次電池等の蓄電デバイス同士の間に効率の良い熱発散パスを形成させる場合、蓄電デバイス間において対向配置された外層のうちの少なくとも一方の層が多孔質層を含んでいれば良いが、全外層のうちの50%程度が多孔質層を含んでいることが好ましく、全外層が多孔質層を含んでいることがより好ましい。
Furthermore, for example, the above-mentioned components are not limited to the configurations shown in each embodiment, and the specifications and details of the material of the laminate exterior material may be changed, or the components of one example may be replaced with other examples. It is also possible to apply it in place of or in combination with the constituent elements. For example, in order to improve the adhesion between the laminate
1 リチウムイオン二次電池(蓄電デバイス)
10 電池要素(蓄電要素)
11 正極
11A 正極集電体
11B 正極活物質層
11C 正極タブ
12,12a 負極
12A 負極集電体
12B 負極活物質層
12C 負極タブ
13 電解質層
14 単電池層
20,20A~20C ラミネート外装材(蓄電デバイス用ラミネート外装材)
20s 封止領域
21 外層
22 内層
23 バリア層
24 接着層
25 多孔質層
25a 空隙
26 保護層
30 リチウムイオン二次電池の組電池(組蓄電デバイス)
1 Lithium ion secondary battery (power storage device)
10 Battery element (electricity storage element)
11
Claims (6)
上記外層及び上記内層のうちの少なくとも一方の層が、多孔質層を含む
ことを特徴とする蓄電デバイス用ラミネート外装材。 A laminate exterior material for a power storage device having an outer layer, an inner layer, and a barrier layer disposed between them,
A laminate exterior material for an electricity storage device, wherein at least one of the outer layer and the inner layer includes a porous layer.
上記正極及び上記負極のタブを外部に導出したまま、上記蓄電要素の周囲に沿って上記蓄電デバイス用ラミネート外装材の内層同士を封止して成る蓄電デバイスであって、
上記外層及び上記内層のうちの少なくとも一方の層が、多孔質層を含む
ことを特徴とする蓄電デバイス。 A power storage device comprising: a power storage element having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte; and a laminate exterior material for a power storage device that exteriorizes the power storage element and has an outer layer, an inner layer, and a barrier layer disposed between them;
An electricity storage device in which the inner layers of the laminate exterior material for an electricity storage device are sealed together along the periphery of the electricity storage element while the tabs of the positive electrode and the negative electrode are led outside,
An electricity storage device, wherein at least one of the outer layer and the inner layer includes a porous layer.
上記内層による上記正極及び/又は上記負極のタブの封止領域において、上記多孔質層の空隙が潰れ変形している
ことを特徴とする請求項3に記載の蓄電デバイス。 At least one of the inner layers includes the porous layer,
4. The electricity storage device according to claim 3, wherein gaps in the porous layer are crushed and deformed in a region where the tabs of the positive electrode and/or the negative electrode are sealed by the inner layer.
上記蓄電デバイスは、正極と負極と電解質を有する蓄電要素と、該蓄電要素を外装し、外層、内層及びこれらの間に配置されたバリア層を有する蓄電デバイス用ラミネート外装材と、を備え、
上記正極及び上記負極のタブを外部に導出したまま、上記蓄電要素の周囲に沿って上記蓄電デバイス用ラミネート外装材の内層同士を封止して成り、
上記複数の蓄電デバイスのうちの少なくとも1つの蓄電デバイスにおいて、上記外層及び上記内層のうちの少なくとも一方の層が、多孔質層を含む
ことを特徴とする組蓄電デバイス。 An assembled electricity storage device in which a plurality of flat-shaped electricity storage devices are stacked in the thickness direction of the electricity storage device,
The electricity storage device includes an electricity storage element having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and a laminate exterior material for an electricity storage device that covers the electricity storage element and has an outer layer, an inner layer, and a barrier layer disposed between these,
The inner layers of the laminate exterior material for the power storage device are sealed together along the periphery of the power storage element while the tabs of the positive electrode and the negative electrode are led out to the outside,
An assembled electricity storage device, wherein at least one of the plurality of electricity storage devices is characterized in that at least one of the outer layer and the inner layer includes a porous layer.
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2022
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