JP2024015598A - 電池セル - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルの封止性を向上させる。【解決手段】電池セル１０は、電池要素１００と、電池要素１００に電気的に接続された正極タブ１１０と、電池要素１００の一端を覆い、正極タブ１１０が引き出される前方蓋材２１０と、前方蓋材２１０と正極タブ１１０とを互いに接合する前方接合材４１０と、を備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、電池セルに関する。

近年、リチウムイオン二次電池セル等の電池セルの様々な構造が開発されている。例えば、特許文献１及び２に記載されている電池セルは、電池要素、２つの蓋材及び外装フィルムを備えている。２つの蓋材は、電池要素の長手方向の両端部を覆っている。外装フィルムは、電池要素の長手方向の周りに巻き付けられている。

国際公開第２０２１／１５７７３１号 特開２０１１－１０８６２３号公報

例えば特許文献１及び２に記載されている電池セルでは、電池要素に電気的に接続されたタブが、蓋材に設けられた孔又は切欠きを通過して引き出されることがある。しかしながら、この場合、タブと蓋材との間の隙間を水分やガスが通過することがある。このため、電池セルの封止性を向上させることが難しいことがある。

本発明の目的の一例は、電池セルの封止性を向上させることにある。本発明の他の目的は、本明細書の記載から明らかになるであろう。

本発明の一態様は、以下のとおりである。
［１］
電池要素と、
前記電池要素に電気的に接続されたタブと、
電池要素の一端を覆い、前記タブが引き出される蓋材と、
前記タブと前記蓋材とを互いに接合する接合材と、
を備える電池セル。
［２］
前記タブが通過する切欠きが前記蓋材に設けられており、
前記蓋材の前記切欠きから露出した少なくとも一部分が前記接合材によって覆われていない、［１］に記載の電池セル。
［３］
前記タブが通過する孔が前記蓋材に設けられており、
前記タブの外周面と前記孔の内周面との間に前記接合材が設けられている、［１］に記載の電池セル。

本発明の上記態様によれば、電池セルの封止性を向上させることができる。

実施形態に係る電池セルの前方斜視図である。 実施形態に係る電池セルの一部分の前方拡大斜視図である。 実施形態に係る電池セルの右側面図である。 実施形態に係る電池セルの前面図である。 実施形態に係る電池セルの製造方法の一例を説明するための図である。 実施形態に係る電池セルの製造方法の一例を説明するための図である。 実施形態に係る電池セルの製造方法の一例を説明するための図である。 変形例１に係る電池セルの前面図である。 変形例２に係る電池セルの前面図である。

以下、本発明の実施形態及び変形例について、図面を用いて説明する。すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、実施形態に係る電池セル１０の前方斜視図である。図２は、実施形態に係る電池セル１０の一部分の前方拡大斜視図である。図３は、実施形態に係る電池セル１０の右側面図である。図４は、実施形態に係る電池セル１０の前面図である。図３では、説明のため、外装フィルム３００を透過させた状態で図示している。図４では、外装フィルム３００の図示が省略されている。

各図には、説明のため、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向が付されている。Ｘ方向は、電池セル１０の前後方向を示している。Ｙ方向は、Ｘ方向に直交している。Ｙ方向は、電池セル１０の左右方向を示している。Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向の双方に直交している。Ｚ方向は、電池セル１０の上下方向を示している。Ｘ方向を示す矢印によって指し示される方向、Ｙ方向を示す矢印によって指し示される方向及びＺ方向を示す矢印によって指し示される方向は、それぞれ、後方向、左方向及び上方向である。ただし、電池セル１０のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、前後方向、左右方向及び上下方向の関係は、この例に限定されない。

なお、Ｘ方向、Ｙ方向又はＺ方向を示すＸ付き白丸は、紙面の手前から奥に向かう方向が当該方向を示す矢印によって指し示される方向であることを示している。

電池セル１０は、電池要素１００、正極タブ１１０、負極タブ１２０、前方蓋材２１０、後方蓋材２２０及び外装フィルム３００を備えている。外装フィルム３００は、巻付部分３０２及び引出部分３０４を有している。

電池要素１００は、略直方体形状となっている。電池要素１００の長手方向は、Ｘ方向に略平行となっている。電池要素１００のＸ方向の長さは、以下に限定されないが、例えば、３００ｍｍ以上５００ｍｍ以下、好ましくは４５０ｍｍ以下である。電池要素１００の短手方向は、Ｚ方向に略平行となっている。電池要素１００のＺ方向の長さは、以下に限定されないが、例えば、９０ｍｍ以上１３０ｍｍ以下、好ましくは１２０ｍｍ以下である。電池要素１００の厚み方向は、Ｙ方向に略平行となっている。電池要素１００のＹ方向の厚さは、以下に限定されないが、例えば、２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、好ましくは４５ｍｍ以下である。ただし、電池要素１００の形状は、この例に限定されない。

電池要素１００は、不図示の少なくとも１つの正極、不図示の少なくとも１つの負極及び不図示の少なくとも１つのセパレータを有している。例えば、複数の正極及び複数の負極がＹ方向に交互に積層されている。セパレータの少なくとも一部分は、Ｙ方向に隣り合う正極及び負極の間に位置している。例えば、複数枚のシート状のセパレータの各々がＹ方向に隣り合う正極及び負極の間に位置していてもよい。或いは、１枚のシート状のセパレータがＹ方向に隣り合う正極及び負極の間の領域を通過するつづら折り形状になっていてもよい。或いは、正極、負極及びセパレータは、セパレータが正極及び負極の間に配置されるように巻回されていてもよい。一例において、正極及び負極の一方の両面がセパレータによって覆われた状態で正極、負極及びセパレータは巻回されている。他の例において、正極、セパレータ及び負極をこの順に含む単位積層体を複数含む積層体が巻回されていてもよい。ただし、正極、負極及びセパレータの巻回構造は、これらの例に限定されない。

図３に示すように、正極タブ１１０は、電池要素１００の前方に配置されている。正極タブ１１０の後端部は、正極集電体１０２ａに電気的に接続されている。正極集電体１０２ａは、正極１０２から前方に向けて引き出されている。これによって、正極タブ１１０は、複数の正極１０２に電気的に接続されている。

図３に示すように、負極タブ１２０は、電池要素１００の後方に配置されている。負極タブ１２０の前端部は、負極集電体１０４ａに電気的に接続されている。負極集電体１０４ａは、負極１０４から後方に向けて引き出されている。これによって、負極タブ１２０は、複数の負極１０４に電気的に接続されている。

前方蓋材２１０は、電池要素１００の前端部を覆っている。前方蓋材２１０は、例えば、樹脂、金属等からなっている。前方蓋材２１０の前面からは、正極タブ１１０の前端部が突出している。前方から見て、前方蓋材２１０は、略長方形形状となっている。前方から見て、前方蓋材２１０の長手方向はＺ方向に略平行となっており、前方蓋材２１０の短手方向はＹ方向に略平行となっている。

後方蓋材２２０は、電池要素１００の後端部を覆っている。後方蓋材２２０は、例えば、樹脂、金属等からなっている。後方蓋材２２０の後面からは、負極タブ１２０の後端部が突出している。後方から見て、後方蓋材２２０は、略長方形形状となっている。後方から見て、後方蓋材２２０の長手方向はＺ方向に略平行となっており、後方蓋材２２０の短手方向はＹ方向に略平行となっている。

図１及び図２に示すように、巻付部分３０２は、前方及び後方の双方に向けて開口した略筒形状となっている。巻付部分３０２の前方の開口の内部には、前方蓋材２１０が配置されている。巻付部分３０２の後方の開口の内部には、後方蓋材２２０が配置されている。巻付部分３０２は、電池要素１００、前方蓋材２１０及び後方蓋材２２０のＸ方向の周りに１周巻き付けられている。これによって、前方蓋材２１０、後方蓋材２２０及び巻付部分３０２は、電池要素１００を収容する収容空間５００を形成している。収容空間５００には、電池要素１００とともに、不図示の電解液が収容されている。なお、巻付部分３０２の電池要素１００の巻き付きの態様は、上述した例に限定されない。

前方蓋材２１０のＸ方向の周りの外周面と、巻付部分３０２の前方の開口のＸ方向の周りの内周面と、は例えば熱融着によって互いに接合されている。これによって、前方封止部５１０が形成されている。

後方蓋材２２０のＸ方向の周りの外周面と、巻付部分３０２の後方の開口のＸ方向の周りの内周面と、は例えば熱融着によって互いに接合されている。これによって、後方封止部５２０が形成されている。

図１及び図２に示すように、前方から見て、引出部分３０４は、巻付部分３０２の電池要素１００の左上側の角から引き出されている。具体的には、図２に示すように、引出部分３０４は、第１引出部分３０４ａ及び第２引出部分３０４ｂを含んでいる。第１引出部分３０４ａは、巻付部分３０２のＸ方向の周りの周方向の両端の一方から引き出されている。第２引出部分３０４ｂは、巻付部分３０２のＸ方向の周りの周方向の両端の他方から引き出されている。第１引出部分３０４ａ及び第２引出部分３０４ｂは、例えば熱融着によって互いに接合されている。これによって、前方から見て、側方封止部５３０が形成されている。引出部分３０４は、電池要素１００の上面に沿って折り曲げられている。ただし、引出部分３０４は、折り曲げられていなくてもよい。また、引出部分３０４の折り曲げの形状は、実施形態に係る形状に限定されない。

図４に示すように、前方蓋材２１０の右側面には、前方切欠き２１２が設けられている。正極タブ１１０は、前方切欠き２１２を通過して前方蓋材２１０から前方に向けて引き出されている。正極タブ１１０及び前方蓋材２１０は、前方接合材４１０によって互いに接合されている。前方接合材４１０は、正極タブ１１０の前方切欠き２１２を通過する部分のＸ方向の全周に亘って設けられている。実施形態において、前方接合材４１０は、変性ポリプロピレン（ＰＰ）である。前方接合材４１０が変性ＰＰである場合、正極タブ１１０が金属であって前方蓋材２１０が樹脂であっても、正極タブ１１０及び前方蓋材２１０を互いに接合することができる。ただし、前方接合材４１０の材料は、変性ＰＰに限定されない。

実施形態では、前方接合材４１０によって正極タブ１１０及び前方蓋材２１０を互いに固定しやすくすることができる。さらに、正極タブ１１０のＸ方向の周りの外周面と、前方切欠き２１２のＸ方向の周りの内周面と、の間の隙間を前方接合材４１０によって埋め込むことができる。したがって、前方接合材４１０が設けられていない場合と比較して、正極タブ１１０のＸ方向の周りの外周面と、前方切欠き２１２のＸ方向の周りの内周面と、の間の隙間を水分やガスが通過しにくくすることができる。このため、前方接合材４１０が設けられていない場合と比較して、電池セル１０の封止性を向上させることができる。

前方切欠き２１２が設けられる位置は、図４に示す例に限定されない。前方切欠き２１２は、例えば、前方蓋材２１０の左側面に設けられていてもよい。また、負極タブ１２０及び後方蓋材２２０も、正極タブ１１０及び前方蓋材２１０と同様にして、前方接合材４１０と同様の後方接合材によって互いに接合されていてもよい。

図５～図７は、実施形態に係る電池セル１０の製造方法の一例を説明するための図である。この例において、電池セル１０は、以下のようにして製造されている。

まず、電池要素１００を製造する。電池要素１００は、少なくとも１つの正極、少なくとも１つの負極及び少なくとも１つのセパレータを有している。

次いで、図５及び図６に示すように、正極タブ１１０に前方接合材４１０を設ける。前方接合材４１０は、正極タブ１１０の、後段の工程で前方切欠き２１２を通過する部分のＸ方向の周りの全周に亘って設けられている。

次いで、図７に示すように、正極タブ１１０の前方接合材４１０によって覆われた部分を前方蓋材２１０の前方切欠き２１２にＹ方向に重ねる。これによって、正極タブ１１０及び前方蓋材２１０が前方接合材４１０を介して互いに接合される。

次いで、正極タブ１１０と、正極集電体１０２ａと、を互いに接合させる。

負極タブ１２０及び後方蓋材２２０も、正極タブ１１０及び前方蓋材２１０の接合方法と同様の接合方法によって互いに接合する。次いで、負極タブ１２０と、負極集電体１０４ａと、を互いに接合させる。

上述した例では、正極タブ１１０及び前方蓋材２１０を互いに接合した後、正極タブ１１０及び正極集電体１０２ａを互いに接合している。しかしながら、正極タブ１１０及び正極集電体１０２ａを互いに接合した後、正極タブ１１０及び前方蓋材２１０を互いに接合してもよい。同様にして、上述した例では、負極タブ１２０及び後方蓋材２２０を互いに接合した後、負極タブ１２０及び負極集電体１０４ａを互いに接合している。しかしながら、負極タブ１２０及び負極集電体１０４ａを互いに接合した後、負極タブ１２０及び後方蓋材２２０を互いに接合してもよい。

次いで、外装フィルム３００を電池要素１００、前方蓋材２１０及び後方蓋材２２０のＸ方向の周りに１周巻き付ける。これによって、巻付部分３０２が形成される。また、外装フィルム３００の余長を引出部分３０４として引き出す。

次いで、前方蓋材２１０のＸ方向の周りの外周面と、巻付部分３０２の前方の開口のＸ方向の周りの内周面と、を熱融着によって互いに接合する。これによって、前方封止部５１０が形成される。次いで、後方蓋材２２０のＸ方向の周りの外周面と、巻付部分３０２の後方の開口のＸ方向の周りの内周面と、を熱融着によって互いに接合する。これによって、後方封止部５２０が形成される。

次いで、第１引出部分３０４ａ及び第２引出部分３０４ｂの間の隙間を介して収容空間５００に電解液を注入する。次いで、第１引出部分３０４ａ及び第２引出部分３０４ｂの間の隙間を介して収容空間５００を真空引きする。次いで、第１引出部分３０４ａ及び第２引出部分３０４ｂを熱融着によって接合して側方封止部５３０を形成する。これによって、収容空間５００が真空封止される。

なお、収容空間５００の真空封止の方法は、上述した例に限定されない。他の例においては、まず、第１引出部分３０４ａ及び第２引出部分３０４ｂを熱融着によって接合して側方封止部５３０を形成する。次いで、前方蓋材２１０及び後方蓋材２２０の少なくとも一方に設けられた注液孔を介して収容空間５００に電解液を注入する。次いで、当該注液孔を介して収容空間５００を真空引きする。次いで、当該注液孔を所定の蓋材によって塞ぐ。

次いで、側方封止部５３０を電池要素１００の上面に沿って折り曲げる。

このようにして、電池セル１０が製造される。

図８は、変形例１に係る電池セル１０Ａの前面図である。変形例１に係る電池セル１０Ａは、以下の点を除いて、実施形態に係る電池セル１０と同様である。図８では、外装フィルムの図示が省略されている。

変形例１では、実施形態と同様にして、前方蓋材２１０Ａの右側面に前方切欠き２１２Ａが設けられている。正極タブ１１０Ａは、前方切欠き２１２Ａを通過して前方蓋材２１０Ａから前方に向けて引き出されている。正極タブ１１０Ａ及び前方蓋材２１０Ａは、前方接合材４１０Ａを介して互いに接合されている。前方接合材４１０Ａは、前方切欠き２１２ＡのＸ方向の周りの内周面と、正極タブ１１０ＡのＸ方向の周りの外周面のうちの前方切欠き２１２Ａの内周面と対向する部分と、に設けられている。

変形例１においても、実施形態１と同様にして、正極タブ１１０Ａ及び前方蓋材２１０Ａを前方接合材４１０Ａによって固定しやすくすることができる。さらに、前方接合材４１０Ａが設けられていない場合と比較して、正極タブ１１０ＡのＸ方向の周りの外周面と、前方切欠き２１２ＡのＸ方向の周りの内周面と、の間の隙間を水分やガスが通過しにくくすることができる。このため、前方接合材４１０Ａが設けられていない場合と比較して、電池セル１０Ａの封止性を向上させることができる。

変形例１では、正極タブ１１０Ａの前方切欠き２１２Ａから露出した面の少なくとも一部分が前方接合材４１０Ａによって覆われていない。図８に示す例では、正極タブ１１０Ａの右側面が前方接合材４１０Ａによって覆われていない。したがって、変形例１では、実施形態と比較して、前方接合材４１０Ａの量を低減することができる。このため、前方接合材４１０Ａを通しての水分やガスの通過を抑制しやすくすることができる。

変形例１において、正極タブ１１０Ａ及び前方蓋材２１０Ａは、例えば、以下のようにして接合されている。まず、前方蓋材２１０Ａの前方切欠き２１２ＡのＸ方向の周りの内周面に前方接合材４１０Ａを設ける。次いで、正極タブ１１０Ａを前方切欠き２１２ＡにＹ方向に重ねる。これによって、正極タブ１１０Ａ及び前方蓋材２１０Ａが前方接合材４１０Ａを介して互いに接合される。この場合、正極タブ１１０Ａの前方切欠き２１２Ａから露出した面の少なくとも一部分が前方接合材４１０Ａによって覆われない。ただし、正極タブ１１０ＡのＸ方向の周りの外周面と、前方切欠き２１２ＡのＸ方向の周りの内周面と、の間の隙間から漏れ出た前方接合材４１０Ａに一部分が、正極タブ１１０Ａの前方切欠き２１２Ａから露出した面の一部分を覆ってもよい。

変形例１では、正極タブ１１０Ａ及び前方蓋材２１０Ａの接合について説明した。しかしながら、変形例１で説明した事項は、負極タブ及び後方蓋材の接合にも同様に適用可能である。

図９は、変形例２に係る電池セル１０Ｂの前面図である。変形例２に係る電池セル１０Ｂは、以下の点を除いて、実施形態に係る電池セル１０と同様である。図８では、外装フィルムの図示が省略されている。

変形例２では、Ｘ方向から見て、前方蓋材２１０Ｂの略中央に前方孔２１２Ｂが設けられている。正極タブ１１０Ｂは、前方孔２１２Ｂを通して前方蓋材２１０Ｂの前方に向けて引き出されている。正極タブ１１０Ｂ及び前方蓋材２１０Ｂは、前方接合材４１０Ｂを介して互いに接合されている。前方接合材４１０Ｂは、正極タブ１１０ＢのＸ方向の周りの外周面と、前方孔２１２ＢのＸ方向の周りの内周面と、の間に設けられている。

変形例２においても、実施形態１と同様にして、正極タブ１１０Ｂ及び前方蓋材２１０Ｂを前方接合材４１０Ｂによって固定しやすくすることができる。さらに、前方接合材４１０Ｂが設けられていない場合と比較して、正極タブ１１０ＢのＸ方向の周りの外周面と、前方孔２１２ＢのＸ方向の周りの内周面と、の間の隙間を水分やガスが通過しにくくすることができる。このため、前方接合材４１０Ｂが設けられていない場合と比較して、電池セル１０Ｂの封止性を向上させることができる。

変形例２において、正極タブ１１０Ｂ及び前方蓋材２１０Ｂは、例えば、以下のようにして接合されている。まず、前方孔２１２Ｂに正極タブ１１０Ｂを通過させる。次いで、正極タブ１１０ＢのＸ方向の周りの外周面と前方孔２１２ＢのＸ方向の周りの内周面との間の隙間に前方接合材４１０Ｂを注入する。これによって、正極タブ１１０Ｂ及び前方蓋材２１０Ｂが前方接合材４１０Ｂを介して互いに接合される。

変形例２では、正極タブ１１０Ｂ及び前方蓋材２１０Ｂの接合について説明した。しかしながら、変形例２で説明した事項は、負極タブ及び後方蓋材の接合にも同様に適用可能である。

以上、図面を参照して本発明の実施形態及び変形例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

例えば、実施形態では、正極タブ１１０及び負極タブ１２０が電池要素１００のＸ方向の互いに反対側に配置されている。しかしながら、正極タブ１１０及び負極タブ１２０の双方が電池要素１００のＸ方向の前側及び後側の一方のみに配置されていてもよい。この場合においても、電池要素１００の前端部及び後端部は、２つの蓋材によって覆われている。

１０，１０Ａ，１０Ｂ 電池セル
１００ 電池要素
１０２ 正極
１０２ａ 正極集電体
１０４ 負極
１０４ａ 負極集電体
１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ 正極タブ
１２０ 負極タブ
２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ 前方蓋材
２１２，２１２Ａ 前方切欠き
２１２Ｂ 前方孔
２２０ 後方蓋材
３００ 外装フィルム
３０２ 巻付部分
３０４ 引出部分
３０４ａ 第１引出部分
３０４ｂ 第２引出部分
４１０，４１０Ａ，４１０Ｂ 前方接合材
５００ 収容空間
５１０ 前方封止部
５２０ 後方封止部
５３０ 側方封止部

Claims (3)

1. 電池要素と、
   前記電池要素に電気的に接続されたタブと、
   電池要素の一端を覆い、前記タブが引き出される蓋材と、
   前記タブと前記蓋材とを互いに接合する接合材と、
   を備える電池セル。
2. 前記タブが通過する切欠きが前記蓋材に設けられており、
   前記蓋材の前記切欠きから露出した少なくとも一部分が前記接合材によって覆われていない、請求項１に記載の電池セル。
3. 前記タブが通過する孔が前記蓋材に設けられており、
   前記タブの外周面と前記孔の内周面との間に前記接合材が設けられている、請求項１に記載の電池セル。

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