JP6355160B2

JP6355160B2 - 二次電池

Info

Publication number: JP6355160B2
Application number: JP2014135708A
Authority: JP
Inventors: 真佑子喜志
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2018-07-11
Anticipated expiration: 2034-07-01
Also published as: JP2016015212A

Description

本発明は二次電池に関する。

リチウムイオン二次電池等の二次電池は、エネルギー密度が高く、かつメモリー効果が無いため、小型でも高容量であり、携帯電話やデジタルカメラなどの携帯機器用の電源として用いられている。また、二次電池は環境保全の面からも注目を集めており、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電源としても用いられている。これらの電源においては、更なる小型化が要求され、それに伴い二次電池の小型化および薄膜化が要求されている。
近年では、図６に示すように、シート状の正極１と負極２がセパレータ４を介して交互に積層された積層体（電池素子）３をテープ５で固定した上で外装容器内に収容した構成の積層型二次電池が使用されている。特許文献１に記載されている二次電池の積層体固定用のテープ５は、幅が一定の細長い帯状である。テープ５の両端部、すなわち積層体３の最外層の平面に貼り付けられる平面貼り付け部５ａは矩形状である。それに対し、特許文献２では、積層体固定用のテープの両端の平面貼り付け部が、矩形の一部が切り欠かれた非矩形状である。これは、正極の活物質層と負極の活物質層が対向している対向領域に局所的な荷重が加わるのを抑制するためである。

特開２０１３−０４８０５４号公報特開２０１４−００７１０３号公報

特許文献１に示すように幅が一定の細長い帯状のテープ５が用いられ、その両端の平面貼り付け部５ａが積層体３の最外層に貼り付けられる場合、テープ５に皺や歪みが生じるおそれがあった。図７に示すように、テープ５に皺や歪みが生じると、テープ５の中間部５ｂと積層体３の各層の側端縁との間に隙間（遊び）が生じて、積層体３の安定した固定が困難になるおそれがある。その場合、例えば正極１と負極２が適切な位置関係で重なり合わず、所望の積層状態が確保できない可能性がある。また、テープ５が歪んで接着面同士が互いに接着して、テープ５に強固で修復困難な皺が生じる可能性がある。そして、特許文献２に記載された発明では、テープの両端部に切り欠き部を設けるためにテープの製造や加工が煩雑になるとともに、切り欠き部を起点としてテープの皺や歪みが生じ易くなる。
テープ５の皺や遊びが生じると、図７に示すように、ラミネートフィルム８によって積層体３を挟み込んで外装容器を構成する際に、テープ５の一部がラミネートフィルム８同士の間に挟まれて、ラミネートフィルム８同士の接合面積が小さくなって接合強度が低くなる。その結果、外装容器の封止が不十分になるおそれがある。
このように、積層体３がテープ５によって安定して固定されず所望の積層状態が確保できなかったり、外装容器の封止が不十分であったりすると、二次電池の性能が悪くなる。
そこで、本発明の目的は、前述した課題を解決して、積層体を固定するためのテープに皺や歪みが生じにくい二次電池を提供することにある。

本発明の二次電池は、正極と負極とがセパレータを介して交互に積層された積層体と、積層体を固定するテープと、を含む。テープは、両端部に設けられて積層体の両最外層にそれぞれ貼り付けられる１対の平面貼り付け部と、１対の平面貼り付け部の間に位置し、積層体の各層の側端縁に貼り付けられる中間部と、を有する。平面貼り付け部は、先端が鋭角である先細形状を有しており、先端に向かって連続的に幅が細くなっている。

本発明によると、積層体を固定するためのテープに皺や歪みが生じにくい二次電池を提供することができる。

本発明の二次電池の一実施形態の積層体およびテープの斜視図である。図１に示す積層体の分解斜視図である。図１に示すテープの平面形状を示す平面図である。図１に示す積層体およびテープを含む二次電池の要部を示す断面図である。本発明の二次電池に含まれるテープの種々の変形例を示す平面図である。関連技術の二次電池の積層体およびテープの斜視図である。図６に示す積層体およびテープを含む二次電池の要部を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の二次電池の一実施形態の積層体（電池素子）３およびテープ５の斜視図である。図２は、この積層体３の分解斜視図である。二次電池は、正極１と負極２がセパレータ４を介して交互に積層された積層体３が、積層体固定用のテープ５によって固定された状態で、図示しない電解液とともに外装容器内に収容された構成である。正極１から延びている正極タブ７と、負極２から延びている負極タブ６は、外装容器の外側に突出している。
正極１と負極２とセパレータ４の積層体３は、積層体固定用のテープ５によって固定されている。本実施形態では、４つのテープ５が設けられている。テープ５は、積層体３の両最外層３ａにそれぞれ貼り付けられる１対の平面貼り付け部５ａと、１対の平面貼り付け部５ａの間に位置する中間部５ｂを有する。中間部５ｂは、積層体３の各層の側端縁３ｂに貼り付けられる。

図３に示すように、本実施形態のテープ５は平行四辺形の平面形状を有している。具体的には、矩形状の中間部（側端縁貼り付け部）５ｂの両側に、三角形状の平面貼り付け部５ａがそれぞれ設けられている。両端部に位置する平面貼り付け部５ａは、中間部５ｂよりも小面積である。そして、平面貼り付け部５ａは、先端が鋭角である先細形状をそれぞれ有している。この構成によると、平面貼り付け部５ａが小面積であるため、貼り付け作業が容易かつ短時間で行える。しかも、先端が鋭角な先細形状であるため、皺や歪みが生じにくい。その結果、図４に示すように、テープ５の中間部５ｂと積層体３の側端縁３との間に隙間（遊び）が生じず、積層体３を安定して固定でき、正極１と負極２が適切な位置関係で重なり合った所望の積層状態が確保できる。また、テープ５の接着面同士が互いに接着する危険性が小さい。そして、平面貼り付け部５ａに小さな切り欠きが設けられているわけではないので、テープ５の製造や加工は簡単で、テープ５の皺や歪みの起点となる部分が存在しない。従って、ラミネートフィルム８によって積層体３を覆って外装容器を構成する際に、テープ５の一部がラミネートフィルム８同士の間に挟まれるおそれが小さく、外装容器を十分強固に封止できる。このように、本実施形態では、テープ５の皺や歪み等により二次電池の性能が悪くなることが抑えられる。
テープ５は、積層体３が外装容器内に収納されるまでの間しっかりと固定することを主な目的として設けられているため、必ずしも、積層体３が外装容器内に収容された後も永続的に強い固定力を発揮する必要はない。従って、テープ５は、積層体３を一時的に固定できる最低限の接着強度があればよい。そのため、平面貼り付け部５ａの面積が小さくても問題は生じない。

本実施形態のテープ５のより具体的な例（実施例１）について説明すると、このテープ５の平面形状は、互いに対向する長辺Ｌがそれぞれ１７．３５ｍｍであって、長辺Ｌに直交する高さＨが１０ｍｍの平行四辺形である。このテープ５の一方の平面貼り付け部５ａを、積層体３の一方の最外層（最上面）３ａに貼り付け、中間部５ｂを積層体３の各層の側端縁３ｂに貼り付け、他方の平面貼り付け部５ａを、積層体３の他方の最外層（最下面）３ａに貼り付けた。
図３に示すテープ５を積層体３に貼り付ける作業を８回行って、貼り付け作業に要する時間の平均と、電池を完成させるまでに不良が発生した数を求め、テープ５の総面積とともに表１に示している。

図５には、本発明の二次電池のテープ５の種々の変形例を示している。
図５（ａ）に示す例（実施例２）では、テープ５の平面形状は、上底が１０ｍｍ、下底（全長）が２７ｍｍであって、上底および下底に直交する高さが１０ｍｍの台形である。このテープ５を実施例１と同様に積層体３に貼り付ける作業を８回行って、貼り付け作業に要する時間の平均と、電池を完成させるまでに不良が発生した数と、テープ５の総面積を表１に示している。
図５（ｂ）に示す例（実施例３）では、テープ５の平面形状は、１辺が１０ｍｍで、長い方の対角線（全長）が２７ｍｍの菱形である。このテープ５を実施例１と同様に積層体３に貼り付ける作業を８回行って、貼り付け作業に要する時間の平均と、電池を完成させるまでに不良が発生した数と、テープ５の総面積を表１に示している。
図５（ｃ）に示す例（実施例４）では、テープ５の平面形状は、両端部に位置する平面貼り付け部５ａがそれぞれ底辺１０ｍｍで高さ１０ｍｍの二等辺三角形であって、２つの平面貼り付け部５ａとそれらの間に位置する矩形状の中間部５ｂとを合わせた全長が２７ｍｍの六角形である。このテープ５を実施例１と同様に積層体３に貼り付ける作業を８回行って、貼り付け作業に要する時間の平均と、電池を完成させるまでに不良が発生した数と、テープ５の総面積を表１に示している。
図５（ｄ）に示す例（実施例５）では、テープ５の平面形状は、底辺（全長）２７ｍｍで高さ１０ｍｍの二等辺三角形である。このテープ５を実施例１と同様に積層体３に貼り付ける作業を８回行って、貼り付け作業に要する時間の平均と、電池を完成させるまでに不良が発生した数と、テープ５の総面積を表１に示している。

以上説明した実施例１〜５と対比するための比較例として、図６に示すテープと実質的に同じである、幅１０ｍｍで全長２７ｍｍの細長い帯状のテープ５を実施例１と同様に積層体３に貼り付ける作業を８回行って、貼り付け作業に要する時間の平均と、電池を完成させるまでに不良が発生した数と、テープ５の総面積を表１に示している。

これらの実施例１〜５と比較例の結果を示す表１を見ると、実施例１〜５のテープ５は、比較例と比べて面積が小さく、貼り付け作業に要する時間が短い。これは、比較例のテープ５では、積層体３の最外層に貼り付けられる平面貼り付け部５ａの面積が大きいため、テープ５に遊びが生じて貼り付けにくいのに対し、実施例１〜５では、平面貼り付け部５ａの面積が小さく、テープ５に遊びが生じにくいためであると考えられる。そして、実施例１〜５では、比較例に比べてテープ５の総面積が約２５〜５０％小さいにもかかわらず、剥離等の不良が発生することなく十分に安定的に積層体３を固定できることがわかる。

このように、本発明によると、積層体３を一時的に固定するために必要な接着強度を保ちながら、テープ５に皺や歪みが生じにくくすることができる。それにより、テープ５の貼り付け不良や、外装容器を構成するラミネートフィルム８の接合部にテープ５が挟み込まれることで生じる接合強度低下による不良の発生を防ぐことができる。また、テープ５の面積が小さく効率的な形状にすることで製造や加工のコストの低減と生産性向上を図ることができる。さらに、テープ５が小面積で積層体３に貼り付け易いため、積層体３への貼り付け作業に要する時間が短縮できる。

１正極
２負極
３電池素子（積層体）
３ａ最外層
３ｂ側端縁
４セパレータ
５テープ
５ａ平面貼り付け部
５ｂ中間部（側端縁貼り付け部）

Claims

正極と負極とがセパレータを介して交互に積層された積層体と、前記積層体を固定するテープと、を含み、
前記テープは、両端部に設けられて前記積層体の両最外層にそれぞれ貼り付けられる１対の平面貼り付け部と、前記１対の平面貼り付け部の間に位置し、前記積層体の各層の側端縁に貼り付けられる中間部と、を有し、
前記平面貼り付け部は、先端が鋭角である先細形状を有しており、前記先端に向かって連続的に幅が細くなっている、二次電池。
前記平面貼り付け部は前記中間部よりも小面積である、請求項１に記載の二次電池。
前記テープの全体の平面形状は、台形、菱形、三角形、または六角形である、請求項１または２に記載の二次電池。