JP6191876B2 - 電池 - Google Patents
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Description
図1は、リチウムイオン二次電池10を示す断面図である。図2は、当該リチウムイオン二次電池10の電池ケース20に内装される電極体40を示す図である。図3は、図1のIII-III断面矢視図(正極の露出部52側の側面を示す断面図)である。なお、図1から図3に示されるリチウムイオン二次電池10は、本発明が適用されうるリチウムイオン二次電池の一例を示すものに過ぎず、本発明が適用されうるリチウムイオン二次電池を特段限定するものではない。
電池ケース20は、ケース本体21と、封口板22とを備えている。ケース本体21は、扁平な収容空間を有し、一側面が開口した有底のケースである。ここでは、ケース本体21には、矩形の開口が形成されている。封口板22は、ケース本体21の開口した一側面に装着され、ケース本体21の開口を塞ぐ部材である。封口板22は凡そ矩形のプレートで構成されている。この実施形態では、ケース本体21は、扁平な略直方体の収容空間を有しており、かかる封口板22がケース本体21の開口周縁に溶接されることによって、略六面体形状の電池ケース20が構成される。
電極体40は、図2に示すように、帯状の正極(正極シート50)と、帯状の負極(負極シート60)と、帯状のセパレータ(セパレータ72、74)とを備えている。
正極シート50は、帯状の正極集電箔51と正極活物質層53とを備えている。正極集電箔51には、正極に適する金属箔が好適に使用され得る。正極集電箔51には、例えば、所定の幅を有し、厚さが凡そ15μmの帯状のアルミニウム箔を用いることができる。正極集電箔51の幅方向片側には、縁部に沿って露出部52が設定されている。図示例では、正極活物質層53は、正極集電箔51に設定された露出部52を除いて、正極集電箔51の両面に形成されている。ここで、正極活物質層53は、正極集電箔51に保持され、少なくとも正極活物質が含まれている。この実施形態では、正極活物質層53は、正極活物質を含む正極合剤が正極集電箔51に塗工されている。また、「露出部52」は、正極集電箔51に正極活物質層53が保持(塗工、形成)されない部位をいう。
負極シート60は、図2に示すように、帯状の負極集電箔61と、負極活物質層63とを備えている。負極集電箔61には、負極に適する金属箔が好適に使用される。この負極集電箔61には、所定の幅を有し、厚さが凡そ10μmの帯状の銅箔が用いられている。負極集電箔61の幅方向片側には、縁部に沿って露出部62が設定されている。負極活物質層63は、負極集電箔61に設定された露出部62を除いて、負極集電箔61の両面に形成されている。負極活物質層63は、負極集電箔61に保持され、少なくとも負極活物質が含まれている。この実施形態では、負極活物質層63は、負極活物質を含む負極合剤が負極集電箔61に塗工されている。また、「露出部62」は、負極集電箔61に負極活物質層63が保持(塗工、形成)されない部位をいう。
負極活物質としては、従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属窒化物等が挙げられる。正極活物質層53や負極活物質層63には、適宜に導電材やバインダが含まれている。
導電材は、正極活物質層53や負極活物質層63の導電性を向上させるために含められる材料である。導電材としては、例えば、カーボン粉末、カーボンファイバーなどのカーボン材料が例示される。このような導電材から選択される一種を単独で用いてもよく二種以上を併用してもよい。カーボン粉末としては、例えば、アセチレンブラック、オイルファーネスブラック、カーボンブラック、黒鉛化カーボンブラック、黒鉛、ケッチェンブラック、グラファイトなどの粉末が用いられうる。
バインダは、正極活物質層53に含まれる正極活物質と導電材の各粒子を接着させたり、これらの粒子と正極集電箔51とを接着させたりする材料である。かかるバインダとしては、例えば、セルロース系ポリマー(カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)など)、フッ素系樹脂(例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)など)、ゴム類(スチレンブタジエン共重合体(SBR)、アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス))、ポリビニルアルコール(PVA)、酢酸ビニル共重合体、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリアクリロニトリル(PAN)などのポリマーが採用される。このうち、セルロース系ポリマーは、ペースト状あるいはスラリー状の合剤を作成する際に増粘剤としても用いられる。
セパレータ72、74は、図2に示すように、正極シート50と負極シート60とを隔てる部材である。この例では、セパレータ72、74は、微小な孔を複数有する所定幅の帯状のシート材で構成されている。セパレータ72、74には、樹脂製の多孔質膜、例えば、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層構造のセパレータ或いは積層構造のセパレータが用いられる。この例では、図2に示すように、負極活物質層63の幅b1は、正極活物質層53の幅a1よりも少し広い。さらにセパレータ72、74の幅c1、c2は、負極活物質層63の幅b1よりも少し広い(c1、c2>b1>a1)。
ここでは、電極体40は、複数のシートが捲回され、捲回軸WLを含む一平面に沿った扁平な捲回電極体である。具体的には、捲回電極体40は、図2に示すように、正極シート50と、負極シート60と、セパレータ72、74とが予め定められた順番で重ねられ、かつ、捲回されている。ここで、正極シート50の露出部52は、セパレータ72、74の幅方向の片側からはみ出ている。セパレータ72、74の幅方向の反対側には、負極シート60の露出部62がはみ出ている。また捲回電極体40は、図2に示すように、捲回軸WLを含む一平面に沿って扁平に押し曲げられたような形状を有している。また、捲回電極体40は、電池ケース20の扁平な収容空間に収容されている。
この実施形態では、電池ケース20は、扁平な直方体の収容空間を有しており、収容される捲回電極体40に対向する6つの側面を有している。電池ケース20は、かかる捲回電極体40の扁平な幅広面40aに対向する、一対の対向する幅広面20a、20b(図3参照)を備えている。
リチウムイオン二次電池10は、電池ケース20に捲回電極体40を収容した後で、電解液80が注入されている。電解液80としては、従来からリチウムイオン電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定なく使用できる。かかる非水電解液には、一例として、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒(例えば体積比1:1)にLiPF6を約1mol/Lの濃度で含有させた非水電解液が挙げられる。
端子23、24は、封口板22に取り付けられるとともに、電池ケース20内に延びて電極体40に接続されている。端子23、24の基端部23a、24aは、封口板22に取り付けられている。この実施形態では、端子23、24の中間部23b、24bは、それぞれ基端部23a、24aから、電極体40の一方の幅広面40aと電池ケース20の幅広面(片側の側面20a)との間を電池ケース20の一方の側面20aに沿って延びている。端子23、24の中間部23b、24bは、それぞれ正極シート50の露出部52と負極シート60の露出部62とに沿って、電極体40の中間部分(ここでは、正極シート50の露出部52と負極シート60の露出部62の中間部分52a、62a)に達している。端子23、24の先端部23c、24cは、露出部52、62の中間部分52a、62aに接合されている。ここでは、端子23、24の中間部23b、24bは、電極体40の一方の幅広面40aと電池ケース20の幅広面(片側の側面20a)との間を電池ケース20の一方の側面20aに沿って延びている。端子23、24の先端部23c、24cは、それぞれ露出部52、62の中間部分52a、62aのうち電池ケース20の一方の側面20aに対向する側の面に接合されている。この実施形態では、端子23、24の先端部23c、24cと、露出部52と露出部62の中間部分52a、62aとは、例えば、レーザ溶接や抵抗溶接によって溶接されている。
ここでは、かかる端子23、24の一例を挙げる。図4は、ここで例示される端子23を示している。なお、端子24は、図4に準じて理解される。端子24の対応する部位の符号は、図4中の括弧内に付されている。図4では、端子23、24は、封口板22に取付けられた状態であるが、電極体40が取付けられる前の状態が示されている。また、図4中の一点鎖線L1は、図3のように、端子23、24に電極体40が取付けられ、電池ケース20内に収容された状態において、電池ケース20の側面の幅方向の中心線を図示している。また、図4中の二点鎖線は、端子23、24に電極体40が取付けられ、電池ケース20内に収容された状態において、端子23、24の先端部23c、24cが変形した状態を示している。
20 電池ケース
21 ケース本体
22 封口板
23 正極端子(端子)
23a 基端部
23b 中間部
23b1 第1直線部
23b2 第2直線部
23c 先端部
23d 境界
23d1 溝
24 負極端子(端子)
24a 基端部
24b 中間部
24b1 第1直線部
24b2 第2直線部
24c 先端部
24d 境界
24d1 溝
30 安全弁
32 注液口
33 封止材
40 捲回電極体(電極体)
50 正極シート
51 正極集電箔
52 露出部
52a 中間部分(端子23が接合される部位)
53 正極活物質層
60 負極シート
61 負極集電箔
62 露出部
62a 中間部分(端子24が接合される部位)
63 負極活物質層
72、74 セパレータ
80 電解液
WL 捲回軸
Claims (9)
- 電池ケースと、
電極体と、
端子と
を備え、
前記電池ケースは、
対向する一対の幅広面を有する扁平な収容空間を有し、他の一側面が開口した有底のケース本体と、
前記ケース本体の開口した一側面に装着された封口板と
を備え、
前記電極体は、
一対の幅広面を有する扁平な電極体で、かつ、前記端子が接合される部位を有しており、
前記ケース本体の扁平な収容空間に収容されており、
前記電極体の一方の幅広面が前記電池ケースの一方の幅広面に当たっており、かつ、前記電極体の他方の幅広面が前記電池ケースの他方の幅広面に当たっており、
前記端子は、
前記封口板に取付けられた基端部と、
前記電池ケースの一方の側面に沿って前記端子が接合される部位に向けて、前記基端部から延びた中間部と、
前記端子が接合される部位に接合された先端部と
を有し、
前記端子の先端部は、前記端子が接合される部位のうち、前記電極体の一方の幅広面が向けられた側に接合されており、
前記電池ケースの前記一対の幅広面が拘束されていない状態において、前記電極体の他方の幅広面は、前記電極体の一方の幅広面よりも強い力で前記電池ケースに当たっている、
電池。 - 電池ケースと、
電極体と、
端子と
を備え、
前記電池ケースは、
扁平な収容空間を有し、一側面が開口した有底のケース本体と、
前記ケース本体の開口した一側面に装着された封口板と
を備え、
前記電極体は、
扁平な電極体であり、
前記ケース本体の扁平な収容空間に収容されており、かつ、
前記端子が接合される部位を有しており、
前記端子は、
前記封口板に取付けられた基端部と、
前記電池ケースの一方の側面に沿って前記端子が接合される部位に向けて、前記基
端部から延びた中間部と、
前記端子が接合される部位に接合された先端部と
を有し、
前記端子の基端部は、前記端子の先端部が接合された側に偏って前記封口板に取付けられており、
前記端子の中間部は、
前記電池ケースの一方の側面に沿って延びた第1直線部と、
前記第1直線部の先端から屈曲した第2直線部と
を有し、
前記端子の先端部は、
前記端子が接合される部位の一方の側面に接合されており、
前記第2直線部の先端から屈曲し、前記第1直線部よりも板厚が薄い平板状の形状を有しており、かつ、
前記端子から電極体が取り外された自然状態において、前記電極体が取り付けられる側に向けて傾いており、
前記電池ケースの外側面が拘束されていない状態において、前記電極体は、前記端子の先端部が接合された側とは反対側の側面が、前記端子の先端部が接合された側の側面よりも強く前記電池ケースに押し当てられている、
電池。 - 前記第2直線部と前記先端部の境界部に、前記第2直線部に対して前記先端部が弾性的に屈曲する基点がある、請求項2に記載された電池。
- 前記第1直線部の先端から前記先端部に向けて前記第2直線部が徐々に板厚が薄くなっている、請求項3に記載された電池。
- 前記第2直線部と前記先端部の境界部の肉厚が、前記第2直線部および前記先端部の他の部位よりも薄い、請求項3又は4に記載された電池。
- 前記端子の基端部および第1直線部は、当該端子の先端部よりも剛性が高い、請求項2から5までの何れか一項に記載された電池。
- 前記封口板と、前記端子と、前記電極体とを組み付けたアッセンブリを、前記ケース本体から取り出した際に、前記電極体は、前記封口板の法線方向に対して、前記封口板から遠い側が、前記端子の先端部が接合された側とは反対側に傾く、請求項2から5までの何れか一項に記載された電池。
- 電池ケースと、
電極体と、
端子と
を備え、
前記電池ケースは、
扁平な収容空間を有し、一側面が開口した有底のケース本体と、
前記ケース本体の開口した一側面に装着された封口板と
を備え、
前記電極体は、
扁平な電極体であり、
前記ケース本体の扁平な収容空間に収容されており、かつ、
前記端子が接合される部位を有しており、
前記端子は、
前記封口板に取付けられた基端部と、
前記電池ケースの一方の側面に沿って前記端子が接合される部位に向けて、前記基
端部から延びた中間部と、
前記端子が接合される部位に接合された先端部と
を有し、
前記端子の先端部は、前記端子が接合される部位の一方の側面に接合されており、
前記電池ケースの外側面が拘束されていない状態において、前記電極体は、前記端子の先端部が接合された側とは反対側の側面が、前記端子の先端部が接合された側の側面よりも強く前記電池ケースに押し当てられており、
前記封口板と、前記端子と、前記電極体とを組み付けたアッセンブリを、前記ケース本体から取り出した際に、前記電極体は、前記封口板の法線方向に対して、前記封口板から遠い側が、前記端子の先端部が接合された側とは反対側に傾く、
電池。 - 端子を用意する工程と、
扁平な電極体を用意する工程と、
扁平な直方体の収容空間を有し、一側面が開口したケース本体を用意する工程と、
前記ケース本体の開口に装着される封口板を用意する工程と、
前記端子と前記封口板とを取付ける工程と、
前記端子と電極体とを接合する工程と、
前記封口板、前記端子および前記電極体のアッセンブリのうち、前記電極体を前記ケース本体に入れ、前記ケース本体の開口に前記封口板を装着する工程と
を含み、
ここで、
用意される前記端子は、
封口板に取付けられる基端部と、
前記基端部から延びた中間部と、
前記中間部の先端から屈曲した平板状の先端部と
を備え、かつ、
前記封口板に取付けられた際に、自然状態において前記先端部の何れか一方の面の法線が当該封口板の内側面に沿った平面に交差するように、前記封口板の内側面の法線に対して前記先端部が傾いており、
前記端子と電極体とを接合する工程では、前記端子の先端部に前記電極体を接合し、
前記電極体を前記ケース本体に入れ、前記ケース本体の開口に前記封口板を装着する工程では、前記端子は、前記中間部と前記先端部との境界を基点として変形する、
電池の製造方法。
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