JP5533548B2 - Stacked battery - Google Patents
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Description
本発明は、正極と負極とを積層して形成される積層型電池に関するものである。 The present invention relates to a stacked battery formed by stacking a positive electrode and a negative electrode.
従来から、正極と負極とがセパレータを介して積層され、電解質とともに外装材の内部に収容して形成されたリチウムイオン電池などの積層型電池が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a stacked battery such as a lithium ion battery in which a positive electrode and a negative electrode are stacked via a separator and accommodated in an exterior material together with an electrolyte is known.
特許文献1には、複数の正極用金属箔及び負極用金属箔がセパレータを介して交互に積層されたリチウム二次電池が開示されている。このリチウム二次電池では、正極用金属箔から延設されたタブどうしと、負極用金属箔から延設されたタブどうしをそれぞれ接合して端子部を形成している。また、関連する先行技術文献として、特許文献2がある。 Patent Document 1 discloses a lithium secondary battery in which a plurality of positive electrode metal foils and negative electrode metal foils are alternately stacked via separators. In this lithium secondary battery, the tabs extended from the positive electrode metal foil and the tabs extended from the negative electrode metal foil are joined to form a terminal portion. Moreover, there exists patent document 2 as related prior art literature.
しかしながら、引用文献1に記載の積層型電池では、集電箔から電極タブへ流れる電流経路が、活物質層と集電箔との界面層に対して偏っているため、電流が集電箔と電極タブとの接合領域に集中しやすい。パルス状の大電流が繰り返して流される際などには、接合領域の近傍が局所的に発熱する。これにより、熱溶着されたラミネートパックのシール部が劣化したり、接合領域の近傍の活物質が劣化して静電容量が低下したりするおそれがある。 However, in the stacked battery described in Cited Document 1, the current path flowing from the current collector foil to the electrode tab is biased with respect to the interface layer between the active material layer and the current collector foil. It tends to concentrate on the joint area with the electrode tab. When a pulsed large current is repeatedly applied, the vicinity of the junction region generates heat locally. Thereby, there exists a possibility that the seal | sticker part of the laminate pack heat-welded may deteriorate, or the active material of the vicinity of a joining area | region may deteriorate, and an electrostatic capacitance may fall.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、積層型電池の劣化や静電容量の低下を防止することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to prevent deterioration of a stacked battery and a decrease in capacitance.
本発明は、電極を形成する電極集電箔がセパレータを介して積層され、電解質とともに外装材の内部に収容される積層型電池に関するものである。積層型電池は、電極集電箔の外縁部の少なくとも二辺に分散して配置される接合領域で当該電極集電箔と接合され外装材から外部に引き出される電極タブを備えることを特徴とする。 The present invention relates to a stacked battery in which an electrode current collector foil for forming an electrode is stacked via a separator and is housed in an exterior material together with an electrolyte. The multilayer battery includes an electrode tab that is joined to the electrode current collector foil and is drawn out from the exterior material in a joint region that is dispersed and arranged on at least two sides of the outer edge of the electrode current collector foil. .
本発明では、電極集電箔と電極タブとを接合する接合領域に流れる電流を分散させることによって、接合領域への電流の集中を防止し、接合領域近傍の発熱を抑制することができる。これにより、ラミネートパックのシール部や、接合領域の近傍の活物質などの各部分が劣化することを抑制できる。したがって、積層型電池の劣化や静電容量の低下を防止できる。 In the present invention, by dispersing the current flowing in the bonding region where the electrode current collector foil and the electrode tab are bonded, current concentration in the bonding region can be prevented and heat generation in the vicinity of the bonding region can be suppressed. Thereby, it can suppress that each part, such as the seal part of a laminate pack, and the active material of the vicinity of a joining area | region, deteriorates. Therefore, it is possible to prevent the deterioration of the stacked battery and the decrease in capacitance.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
以下、図1及び図2を参照して、本発明の第1の実施の形態について説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
まず、図1を参照して、積層型電池100の全体構成について説明する。
First, the overall configuration of the stacked
図1(a)に示すように、積層型電池100は、外装材としてのラミネートパック1と、ラミネートパック1から外部に引き出される一対の電極としての正極電極10と負極電極20とを備える。積層型電池100は、ラミネート型のリチウムイオン二次電池のセルである。
As shown in FIG. 1A, the stacked
ラミネートパック1は、略矩形に形成された一対のラミネートフィルムが対向して設けられ、外周の四辺が熱溶着によって接合されたものである。ラミネートパック1は、中央部が表裏両面に向けて凸状に形成される凸部2を有し、凸部2の内部に空間を有する容器状に形成される。 The laminate pack 1 has a pair of laminate films formed in a substantially rectangular shape so as to face each other, and the four sides of the outer periphery are joined by heat welding. The laminate pack 1 is formed in a container shape having a convex portion 2 whose central portion is convex toward both the front and back surfaces, and a space inside the convex portion 2.
図1(b)では、積層型電池100の内部構造を詳細に説明するために、ラミネートパック1を除いた状態を示している。ラミネートパック1の内部には、セパレータ30を介して積層された正極電極10と負極電極20とが、電解質40とともに収容される。単一の正極電極10と負極電極20とを積層するのではなく、複数の正極電極10と負極電極20とを交互に積層してもよい。正極電極10及び負極電極20については、図2を参照しながら後で詳細に説明する。
FIG. 1B shows a state in which the laminate pack 1 is removed in order to explain the internal structure of the stacked
セパレータ30は、内部に微小孔が形成される多孔質フィルムの絶縁膜である。セパレータ30は、正極電極10と負極電極20との間に設けられ、両者を隔離して短絡を防止する。
The
電解質40は、リチウムイオンが移動可能な電解液である。電解質40は、ラミネートパック1の内部に充填され、セパレータ30に含浸されている。リチウムイオンは、セパレータ30の微小孔を通過して正極電極10と負極電極20との間を行き来する。これにより、正極電極10と負極電極20との間に電流が発生する。
The
ラミネートパック1の内部は、電解質40が充填された状態で減圧され、真空になっている。電解質40は、液体状の電解液に限られず、電解液を含んだ半固体状の高分子ゲルなどであってもよい。
The inside of the laminate pack 1 is evacuated and vacuumed while being filled with the
次に、主に図2を参照して、正極電極10及び負極電極20について詳細に説明する。
Next, the
正極電極10は、薄板状の金属箔で形成される正極集電箔11と、正極集電箔11の表面に設けられる正極活物質12と、正極集電箔11と接合領域15,16で接合される正極電極タブ13とを備える。
The
正極集電箔11は、例えば、アルミニウムなどの金属によって形成される。正極集電箔11は、矩形状に形成される活物質配設部11aと、活物質配設部11aの一辺から突出するように延設されるタブ接合部11bとを有する。タブ接合部11bは、活物質配設部11aの一辺の端部から、その一辺の幅の半分より小さな幅に形成される。
The positive electrode
正極活物質12は、例えば、コバルト酸リチウムやマンガン酸リチウムなどのリチウム遷移金属酸化物によって形成される。正極活物質12は、活物質配設部11aの全体に設けられる。よって、正極集電箔11には、タブ接合部11bを除いた全面に正極活物質12が設けられる。
The positive electrode
正極電極タブ13は、ラミネートパック1から外部に引き出される電極部13aと、電極部13aから正極集電箔11の一辺に沿って延設される延設部13bとを有するL字状に形成される。正極電極タブ13は、接合領域15及び接合領域16によって正極集電箔11と接合される。
The
電極部13aは、正極集電箔11のタブ接合部11bより小さな幅に、かつタブ接合部11bより長く形成される。電極部13aは、正極電極タブ13が正極集電箔11に接合された状態で、長さ方向の略半分が、正極集電箔11のタブ接合部11bから突出するように配置される。
The
延設部13bは、正極集電箔11の活物質配設部11aの一辺の全長と略同一の長さに形成される。延設部13bは、電極部13aの幅方向の一端に沿って、電極部13aより小さな幅に形成される。延設部13bは、正極電極タブ13が正極集電箔11に接合された状態で、正極集電箔11の活物質配設部11aの一辺に沿うように配置される。
The extending
接合領域15,16は、正極集電箔11の外縁部11cの少なくとも二辺に分散して配置される。ここで、外縁部11cは、正極集電箔11の外周に沿って設けられ、接合領域15,16を形成可能な幅をもつ領域である。
The joining
接合領域15は、正極電極タブ13の電極部13aと、正極集電箔11のタブ接合部11bとを、正極集電箔11の幅方向に渡って接合する。接合領域15は、タブ接合部11bの略中央と、電極部13aの長さ方向の下端近傍とを接合する。
The joining
接合領域16は、正極電極タブ13の延設部13bと、正極集電箔11の活物質配設部11aとを、正極集電箔11の長さ方向に渡って接合する。接合領域16は、接合領域15と直交するように形成される。接合領域16は、活物質配設部11aの角部と、延設部13bの下端とを接合する。接合領域16は、正極電極タブ13において接合領域15から最も離間した位置に設けられる。
The joining
同様に、負極電極20は、薄板状の金属箔で形成される負極集電箔21と、負極集電箔21の表面に設けられる負極活物質22と、負極集電箔21と接合領域25,26で接合される負極電極タブ23とを備える。
Similarly, the
負極集電箔21は、例えば、銅などの金属によって形成される。負極集電箔21は、矩形状に形成される活物質配設部21aと、活物質配設部21aの一辺から突出するように延設されるタブ接続部21bとを有する。タブ接続部21bは、活物質配設部21aの一辺の端部から、その一辺の幅の半分より小さな幅に形成される。
The negative electrode
負極活物質22は、例えば、ハードカーボンやグラファイトなどの炭素系材料によって形成される。負極活物質22は、活物質配設部21aの全体に設けられる。よって、負極集電箔21には、タブ接続部21bを除いた全面に負極活物質22が設けられる。
The negative electrode
負極電極タブ23は、ラミネートパック1から外部に引き出される電極部23aと、電極部23aから負極集電箔21の一辺に沿って延設される延設部23bとを有するL字状に形成される。負極電極タブ23は、接合領域25及び接合領域26によって負極集電箔21の外縁部21cと接合される。負極電極タブ23及び接合領域25,26の具体的な構成は、正極電極タブ13と同様であるため、ここでは説明を省略する。
The
次に、積層型電池100の作用について説明する。正極電極10と負極電極20とは同様の作用であるため、ここでは、正極電極10についてのみ説明する。
Next, the operation of the stacked
まず、比較例として、接合領域15のみが設けられて接合領域16が設けられない場合について説明する。
First, as a comparative example, a case where only the
接合領域15のみによって正極電極タブ13と正極集電箔11とが接合される場合には、正極集電箔11と正極電極タブ13との間を流れる電流の経路が、正極活物質12と正極集電箔11との界面層に対して一箇所に偏っている。そのため、正極集電箔11と正極電極タブ13との間を流れる全ての電流は、接合領域15に集中することとなる。
When the
例えば、充電又は放電によって、パルス状の大電流が正極電極10に繰り返し流れる場合などには、接合領域15の近傍が局所的に発熱する。これにより、熱溶着されているラミネートパック1のシール部が劣化したり、接合領域15の近傍の正極活物質12が劣化して静電容量が低下したりするおそれがあった。
For example, when a pulsed large current repeatedly flows through the
これに対して、積層型電池100では、接合領域15,16の二か所で正極電極タブ13と正極集電箔11とが接合される。
On the other hand, in the stacked
二つの接合領域15,16が設けられると、正極集電箔11と正極電極タブ13との間を流れる電流は、二方向へ分散されるため、正極集電箔11と正極電極タブ13との接合領域15,16のうち一方への電流の集中が緩和される。よって、正極集電箔11と正極電極タブ13との接合領域15,16の近傍の発熱を抑制することができる。したがって、熱溶着されていたラミネートパック1のシール部や、接合領域16の近傍の正極活物質12などの各部分が劣化することを抑制でき、積層型電池100の劣化や静電容量の低下を防止できる。
When the two joining
以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。 According to the above embodiment, the following effects are obtained.
正極集電箔11と正極電極タブ13との接合領域15,16、及び負極集電箔21と負極電極タブ23との接合領域25,26に流れる電流を二方向へ分散させることによって、接合領域15,16,25,26への電流の集中を防止し、接合領域15,16,25,26近傍の発熱を抑制することができる。これにより、ラミネートパック1のシール部や、接合領域16の近傍の正極活物質12や負極活物質22などの各部分の劣化を抑制することができ、積層型電池100の劣化や静電容量の低下を防止できる。
By dispersing the current flowing in the
(第2の実施の形態)
以下、図3を参照して、本発明の第2の実施の形態に係る正極電極110について説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した実施の形態と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, with reference to FIG. 3, a
第2の実施の形態は、正極集電箔111における正極活物質112が設けられる領域が第1の実施の形態とは相違する。負極電極(図示省略)は、正極電極110と同様に構成されるため、ここでは、正極電極110についてのみ説明する。
The second embodiment is different from the first embodiment in the region where the positive electrode
正極電極110は、薄板状の金属箔で形成される正極集電箔111と、正極集電箔111の表面の一部に設けられる正極活物質112と、正極集電箔111と接合領域115,116で接合される正極電極タブ13とを備える。
The
正極集電箔111は、例えば、アルミニウムなどの金属によって形成される。正極集電箔111は、矩形状に形成される活物質配設部111aと、活物質配設部111aの隣り合う二辺に渡って突出するタブ接続部111bとを有する。タブ接続部111bは、活物質配設部111aから外周に向かって延設される。タブ接続部111bは、活物質配設部111aの一辺の端部から、隣り合う他の一辺の幅の半分より小さな幅に渡って連続してL字状に形成される。
The positive electrode
正極活物質112は、例えば、コバルト酸リチウムやマンガン酸リチウムなどのリチウム遷移金属酸化物によって形成される。正極活物質112は、活物質配設部111aの全体に設けられる。よって、正極集電箔111には、L字状のタブ接続部111bを除いた全面に正極活物質112が設けられる。
The positive electrode
接合領域115,116は、正極集電箔111の外縁部111cの少なくとも二辺に分散して配置される。接合領域115,116は、ともに正極電極タブ13と正極集電箔111のタブ接続部111bとを接合する。即ち、接合領域115,116は、正極集電箔111のタブ接続部111bに設けられ、活物質配設部111aには設けられない。
The
接合領域115は、正極電極タブ13の電極部13aと、正極集電箔111のタブ接続部111bにおける一方の端部近傍とを、正極集電箔111の幅方向に渡って接合する。接合領域115は、タブ接続部111bの略中央と、電極部13aの長さ方向の下端近傍とを接合する。
The joining
接合領域116は、正極電極タブ13の延設部13bと、正極集電箔111のタブ接続部111bにおける他方の端部近傍とを、正極集電箔111の長さ方向に渡って接合する。接合領域116は、接合領域115と直交するように形成される。接合領域116は、正極電極タブ13において接合領域115から最も離間した位置に設けられる。
The joining
充電又は放電によって正極電極110に電流が流れると、接合領域115,116に電流が集中して流れる。このとき、接合領域115,116が分散して設けられるため、電流は二方向へ分散して流れる。
When a current flows through the
また、接合領域115,116は、ともに正極活物質112から離間して設けられる。これにより、電流によって接合領域115,116の近傍が発熱しても、正極活物質112に熱が伝達されることが抑制される。よって、接合領域115,116の発熱に起因して正極活物質112が劣化して静電容量が低下することを防止できる。
In addition, the
以上の実施の形態によれば、接合領域115,116がともに正極集電箔111のタブ接続部111bに設けられることによって、正極集電箔111と正極電極タブ13との接合時に正極活物質112が劣化することを防止できる。したがって、正極活物質112の劣化に起因する静電容量の低下や、正極電極タブ13の接合時に正極活物質112が剥離することによる正極電極110と負極電極との短絡を防止することができる。
According to the above embodiment, the
(第3の実施の形態)
以下、図4を参照して、本発明の第3の実施の形態について説明する。
(Third embodiment)
The third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
第3の実施の形態は、単一の接合領域215がL字状に形成される点で、これまでの実施の形態とは相違する。負極電極(図示省略)は、正極電極210と同様に構成されるため、ここでもまた、正極電極210についてのみ説明する。
The third embodiment is different from the previous embodiments in that a
正極電極210は、薄板状の金属箔で形成される正極集電箔111と、正極集電箔111の表面の一部に設けられる正極活物質112と、正極集電箔111と接合領域215で接合される正極電極タブ13とを備える。
The
接合領域215は、L字状に形成される正極電極タブ13に倣ってL字状に連続して形成される。接合領域215は、正極集電箔111の外縁部111cの隣り合う二辺に渡ってL字状に連続して形成される。
The joining
接合領域215は、L字状に連続して形成されるため、二つの接合領域が別々に形成される場合と比較すると、接合領域215の端部における電位勾配が緩やかになり、局所的な電流の集中を緩和することができる。
Since the
また、接合領域215は、正極活物質112の外周からの距離が、どの位置においても等しくなるように等距離だけ離間して設けられる。接合領域215が正極活物質112から一定の距離だけ離間しているため、接合領域215の部分によって電位が異なることはなく、接合領域215のどこであっても同じ電位となる。これにより、接合領域215の部分による電流の偏りが抑制される。
In addition, the
以上の実施の形態によれば、接合領域215がL字状に連続して形成されるため、電流が集中しやすい接合領域215の端部における電位勾配を緩やかにし、電流集中を緩和することができる。これにより、前述した他の実施の形態と比べて、電流を均一に分散させることができる。その結果、正極集電箔111と正極電極タブ13との接合領域215の近傍の発熱をより低減することができる。
According to the above embodiment, since the
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
例えば、上述した各実施の形態では、正極集電箔11,111,負極集電箔21,正極活物質12,112,及び負極活物質22の材料を例示したが、これに限られるものではなく、リチウムイオンの移動によって充放電可能であればどのような材料であってもよい。
For example, in each of the above-described embodiments, the materials of the positive electrode current collector foils 11 and 111, the negative electrode
また、上述した各実施の形態では、正極電極と負極電極とは同様の構成である。これに限らず、正極電極と負極電極とのいずれか一方のみに、上述した構成を適用してもよい。 Moreover, in each embodiment mentioned above, the positive electrode and the negative electrode are the same structures. However, the configuration described above may be applied to only one of the positive electrode and the negative electrode.
100 積層型電池
1 ラミネートパック(外装材)
10 正極電極(電極)
11 正極集電箔(電極集電箔)
12 正極活物質(活物質)
13 正極電極タブ(電極タブ)
15 接合領域
16 接合領域
20 負極電極(電極)
21 負極集電箔(電極集電箔)
22 負極活物質(活物質)
23 負極電極タブ(電極タブ)
25 接合領域
26 接合領域
30 セパレータ
40 電解質
100 Laminated battery 1 Laminate pack (exterior material)
10 Positive electrode (electrode)
11 Positive electrode current collector foil (electrode current collector foil)
12 Positive electrode active material (active material)
13 Positive electrode tab (electrode tab)
15
21 Negative electrode current collector foil (electrode current collector foil)
22 Negative electrode active material (active material)
23 Negative electrode tab (electrode tab)
25 Joining
Claims (3)
前記電極集電箔の外縁部の少なくとも二辺に分散して配置される接合領域で当該電極集電箔と接合され、前記外装材から外部に引き出される電極タブを備えることを特徴とする積層型電池。 An electrode current collector foil that forms an electrode is laminated via a separator, and is a laminated battery that is housed in an exterior material together with an electrolyte,
A laminated type comprising an electrode tab that is joined to the electrode current collector foil in a joint region that is dispersed and arranged on at least two sides of the outer edge of the electrode current collector foil, and is drawn out from the exterior material battery.
活物質が設けられる活物質配設部と、
前記活物質配設部の外縁から延設されるタブ接合部と、を有し、
前記接合領域は、前記タブ接合部に形成されることを特徴とする請求項1に記載の積層型電池。 The electrode current collector foil is
An active material disposition portion where an active material is provided;
A tab joint extending from the outer edge of the active material disposition portion,
The stacked battery according to claim 1, wherein the joining region is formed in the tab joining portion.
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Applications Claiming Priority (1)
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