JP6675147B2 - 電気化学セル - Google Patents

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Description

本発明は、電気化学セルに関するものである。
従来、リチウムイオン電池の外装体としてラミネートフィルムを用いたものが知られている。このような電池の需要が、カメラ、ラップトップコンピュータ、携帯電話等のポータブル電子機器の電源として急速に伸びている。さらに、電子機器の小型軽量化に伴い、電池への軽量化、薄型化が求められている。そこで、ラミネートフィルムを外装体として用いることで、外装体として成形金属缶を用いた場合と比較して、コスト、薄型化、電池の重量エネルギー密度に利点があり、ポータブル電子機器の電源用途に好適である。
ラミネートフィルムは、金属箔層と樹脂層からなる多層構造となり、リチウムイオン電池等の電気化学セルの外装体に用いる場合には、外側部の樹脂層にナイロン樹脂、金属箔層にアルミニウム、内側部の樹脂層にポリプロピレン樹脂が用いられることが多く、内側部のポリプロピレン樹脂に破れや穴が開いた場合に、ラミネートフィルム端部のアルミニウムの露出部とリチウムイオン電池等の電気化学セルの負極が接触すると、金属箔層のアルミニウムの腐食が進みラミネートフィルムのガスバリア機能が十分に作用しなくなる。
このような問題を防止する方法として、ラミネートフィルム端部のアルミニウムの露出部周辺を絶縁性のテープで覆うことで、アルミニウムと負極の接触を防止する方法が提案されている(例えば、特許文献1)。
特開2005‐197218号公報
しかしながら、上記特許文献1では、ポリプロピレン樹脂の融着部および周辺部が外力により変形することによるラミネートフィルムの破損を十分に防ぐことが出来ない。
本発明は、このような従来の事情を鑑みてなされたものであり、ガスバリア性を好適に維持可能な電気化学セルを提供することである。
前記課題を解決するために、本発明の電気化学セルは、正極と負極とを有する電極体と、前記電極体を収納する外装体と、を有する電気化学セルであって、前記外装体は、ガスバリア性を有するフィルム状部材と、セラミック、金属、樹脂、ガラスのうちいずれか1つ以上から構成されガスバリア性を有する板状部材と、からなり、前記板状部材は少なくとも一方の面に設けられた樹脂層を有し、前記フィルム状部材と前記板状部材の縁部が前記樹脂層を介して融着したことを特徴とする。
この特徴によれば、板状部材によりフィルム状部材、融着部およびその周辺部分の変形を防止することができる。これにより電気化学セルの破損が防がれ、ガスバリア性の維持が出来る。
更に本発明の電気化学セルは、前記板状部材は、前記電極体が収納された内部から外部へ導通する導電部を有し、前記電極体の前記正極と前記負極がそれぞれ、異なる前記導電部に接続される構成であることを特徴とする。
この特徴によれば、融着部から電極タブ等を導出して外装体の内部と外部の電気的接続を行う必要が無い。そのため、電極タブの導出部の封止性に起因する漏液やガスバリア性の低下の問題が発生しないため、より信頼性の高い電気化学セルを提供することが出来る。
また、外装体の内部と外部の電気接続を行うための電極タブ等の部材を電気化学セル内部に別途入れる必要がない。そのため、電極タブ等の分の空間を有効に使うことが出来るので、例えば容量を増やすことができる。このように体積エネルギー密度の向上において有効である。
更に本発明の電気化学セルは、前記板状部材は絶縁性を有しており、セラミック、樹脂、ガラスのうちいずれか1つ以上から構成され、前記導電部が前記板状部材に設けられた貫通電極であることを特徴とする。
この特徴によれば、貫通電極が外装体の内部と外部の電気的接続を行う導電部であるため、電極タブを使用する際の導出部の封止性に起因する漏液やガスバリア性の低下の問題が発生しない。そのため、より信頼性の高い電気化学セルを提供することが出来る。
また、板状部材の構成部材が少ないため、薄型化に向き、体積エネルギー密度の点で効果的である。
更に本発明の電気化学セルは、前記板状部材は導電性を有しており、セラミック、金属、樹脂、ガラスのうちいずれか1つ以上から構成される多層構造であり、前記導電部は前記板状部材であることを特徴とする。
この特徴によれば、板状部材自体が導電性を有する導電部であり、外装体の内部と外部の電気的接続を行うため、電極タブを使用する際の導出部の封止性に起因する漏液やガスバリア性の低下の問題が発生しない。そのため、より信頼性の高い電気化学セルを提供することが出来る。また、板状部材がそれぞれ正極・負極と電気的に別々に接続することができるため、外部への電極の取り出し位置を自由に設定することが可能である。
更に本発明の電気化学セルは、板状部材は、厚さが0.1mm〜10mmであることを特徴とする。
この特徴によれば、この厚みを有する板状部材によりフィルム状部材、融着部およびその周辺部分の変形を十分に防止することができる。これにより電気化学セルの破損が防がれ、ガスバリア性の維持が出来る。また、電気化学セルの製造、検査、運搬、製品への組み込み等において融着部7および周辺部の変形を防止し、ガスバリア性を担保することが出来る。
更に本発明の電気化学セルは、板状部材は、平面部に凹部が形成されることを特徴とする。
この特徴によれば、凹部に電極体を設置することが出来、電池内部の体積を有効に利用することが出来る。これにより、電気化学セルのエネルギー密度を高めることが出来る。
本発明の電気化学セルによれば、フィルム状部材と、板状部材とを、シール樹脂を介して縁部を融着する外装を有する。板状部材が変形せず形状を維持することにより、融着部分および周辺部分の変形を抑制し、変形によるシール樹脂の破損を防止することが出来る。よって、ガスバリア性の維持が出来る電気化学セルを提供することが出来る。
第一実施形態に係る電気化学セルを示す概略図である。 第一実施形態に係る電気化学セルのA‐A’の断面図である。 第二実施形態に係る電気化学セルを示す概略図である。 第二実施形態に係る電気化学セルのB‐B’の断面図である。 第二実施形態に係る正負極端子と板状部材の導電部の接合の概略図である。 第二実施形態に係る電気化学セルのC‐C’の断面図である。 第二実施形態の第一変形例に係る電気化学セルのC‐C’の断面図である。 第二実施形態の第一変形例に係る電気化学セルのD‐D’の断面図である。 第二実施形態の第一変形例に係る電気化学セルの板状部材の概略図である。 第二実施形態の第二変形例に係る電気化学セルのD‐D’の断面図である。 第二実施形態の第二変形例に係る電気化学セルの板状部材の概略図である。 第二実施形態の第三変形例に係る電気化学セルのD‐D’の断面図である。 第二実施形態の第三変形例に係る電気化学セルの板状部材の概略図である。 第二実施形態の第四変形例に係る電気化学セルのC‐C’の断面図である。 第二実施形態の第四変形例に係る電気化学セルのD‐D’の断面図である。 第三実施形態に係る電気化学セルを示す概略図である。 第三実施形態に係る電気化学セルのE‐E’の断面図である。 第三実施形態の第一変形例に係る電気化学セルのE‐E’の断面図である。 第三実施形態の第一変形例に係る電気化学セルのF‐F’の断面図である。 第三実施形態の第一変形例に係る電気化学セルの板状部材の概略図である。 第四実施形態に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はG‐G’の断面図である。 第四実施形態の第一変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はH‐H’の断面図である。 第四実施形態の第二変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はI‐I’の断面図である。 第四実施形態の第三変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はJ‐J’の断面図である。 第五実施形態に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はK‐K’の断面図である。 第五実施形態の第一変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はL‐L’の断面図である。 第五実施形態の第二変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はM‐M’の断面図である。 第五実施形態の第三変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はN‐N’の断面図である。 第五実施形態の第四変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はO‐O’の断面図である。 第五実施形態の第五変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はP‐P’の断面図である。 第六実施形態に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はQ‐Q’の断面図である。 第六実施形態の第一変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はR‐R’の断面図である。 第六実施形態の第二変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はS‐S’の断面図である。 第六実施形態の第三変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はT‐T’の断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第一実施形態)
最初に、第一実施形態の電気化学セルについて説明する。
図1は、第一実施形態に係る電気化学セルを示す概略図であり、図2は、第一実施形態に係る電気化学セルのA‐A’の断面図である。本実施形態では、リチウムイオン電池10を例に挙げて説明する。
図1に示すように、リチウムイオン電池10は、正極および負極を有する電極体1と、正極に接続される正極端子5aと、負極に接続される負極端子5bと、正極端子5aと負極端子5b(端子5)を外部へ引きだした状態で電極体1を収納する外装体14と、を備える。
図2に示すように、外装体14はフィルム状部材6と板状部材8とからなる。フィルム状部材6は、外側樹脂層2、金属層3、内側樹脂層4を有する多層構造となっている。板状部材8は、電極体1を収納する側に樹脂層9を有している。また、内側樹脂層4と樹脂層9とが熱や超音波によって融着され、融着部(不図示)が形成されている。融着部はフィルム状部材6と板状部材8の縁部に配される。また、端子5はあらかじめ樹脂層9や内側樹脂層4と同様の熱融着性樹脂が配されていてもよい。
また、フィルム状部材6は、水分、酸素などの浸入を防ぐガスバリア性、絶縁性を有するフィルムであればよく、例えば、金属層3が、外側樹脂層2と、内側樹脂層4と、に挟まれた多層構造のラミネートフィルムを用いることができる。外側樹脂層2は強靭さや柔軟性の点からナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートのいずれかが用いることができる。金属層3は水分、酸素、光の侵入を防ぎ内容物を守る役割からアルミニウム、ステンレスを用いることが出来る。さらに、軽さ、伸び性、価格、加工のしやすさを考慮するとアルミニウムが最適である。内側樹脂層4は、熱や超音波で溶け融着する役割から、ポリプロピレン、ポリエチレンを用いることが出来る。
板状部材8はフィルム状部材6と同様に、水分、酸素などの浸入を防ぐガスバリア性、絶縁性を有する。また、リチウムイオン電池の製造、検査、運搬、製品への組み込み等において融着部および周辺部の変形を防ぐ役割から、板状部材8はセラミック、金属、樹脂、ガラスを用いることが出来る。さらに、高いガスバリア性の点から、セラミック、金属、ガラスを用いることがより好ましい。また、融着部の変形を防ぐ役割から、板状部材8の厚みは0.1mm〜15mm程度が好ましい。さらに、板状部材8の体積によるリチウムイオン電池10の体積エネルギー密度を考慮すると、0.1mm〜10mm程度の厚みがより好ましい。この厚みにより、フィルム状部材6、融着部およびその周辺部分の変形を十分に防止することができる。これによりリチウムイオン電池10の破損が防がれ、ガスバリア性の維持が出来る。また、リチウムイオン電池10の製造、検査、運搬、製品への組み込み等において融着部および周辺部の変形を防止し、ガスバリア性を担保することが出来る。
樹脂層9は内側樹脂層4と同様にポリプロピレン、ポリエチレンを用いることが出来る。
融着部は、内側樹脂層4と樹脂層9とが熱や超音波によって融着した部分である。また、樹脂層9と内側樹脂層4に融着部を形成するための樹脂を別途準備してもよい。その際は、樹脂層9や内側樹脂層4と同様の材料からなるフィルム状、もしくはペレット状の樹脂を用いることができる。
このように、ガスバリア性を有するフィルム状部材6と、ガスバリア性を有する板状部材8と、からなり、板状部材8は少なくとも一方の面に設けられた樹脂層9を有し、フィルム状部材6と板状部材8の縁部が樹脂層9を介して融着する。この特徴によれば、板状部材8によりフィルム状部材6、融着部7およびその周辺部分の変形を防止することができる。これによりリチウムイオン電池10の破損が防がれ、ガスバリア性の維持が出来る。
(第二実施形態)
次に、第二実施形態の電気化学セルについて説明する。
図3は、第二実施形態に係る電気化学セルを示す概略図である。図4は、第二実施形態に係る電気化学セルのB‐B’の断面図である。図5は、第二実施形態に係る正負極端子と板状部材の導電部の接合の概略図である。図6は、第二実施形態に係る電気化学セルのC‐C’の断面図である。本実施形態では、リチウムイオン電池20、21を例に挙げて説明する。
図3に示すように、外装材14の平面中に正極導電部11a及び負極導電部11bを有している。この点において、第一実施形態と異なっている。なお、第一実施形態と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。
図4に示すように、外装体14はフィルム状部材6と板状部材8とからなる。また、フィルム状部材6と板状部材8は、内側樹脂層4と樹脂層9とが熱や超音波によって融着され、融着部(不図示)が形成されている。板状部材8は、絶縁材料からなり、電極体1を収納する側に樹脂層9を有している。さらに2つの貫通孔を有し、その中に導電性の正極導電部11aと負極導電部11b(導電部11)を配している。また、電極体1から延びる正極端子5aと負極端子5b(不図示)は外装体14の内部に収納され、それぞれ正極導電部11aと負極導電部11bに接続され、外部との電気接続を行うことが出来る。さらに図5にて詳述する。
図5は、図4の電気化学セルからフィルム状部材6及び融着部7を除き、フィルム状部材6側から平面視したものである。また、この平面視の状態は以下に続く第二実施形態の変形例においても同様であるため、説明を省略する。このように、正極導電部11aと負極導電部11bは、それぞれ板状部材8に設けられた正極導電部11aと負極導電部11bに接続される。これによれば、融着部から電極タブ等を導出して外装体の内部と外部の電気的接続を行う必要が無い。そのため、電極タブの導出部の封止性に起因する漏液やガスバリア性の低下の問題が発生しないため、より信頼性の高い電気化学セルを提供することが出来る。
また、外装体の内部と外部の電気接続を行うための電極タブ等の部材を電気化学セル内部に別途入れる必要がない。そのため、電極タブ等の分の空間を有効に使うことが出来るので、例えば容量を増やすことができる。このように体積エネルギー密度の向上において有効である。
また、図5が貫通電極で構成される場合の導電部11と板状部材8と端子5の関係を図6に示す。
図6に示すように、C‐C’の断面は正極導電部11aと負極導電部11bが板状部材8と樹脂層9を貫通している。これによって、外装体14の外部との電気接続を行うことが出来る。この場合、貫通電極が外装体の内部と外部の電気的接続を行う導電部11として機能している。よって、電極タブを使用する際の導出部の封止性に起因する漏液やガスバリア性の低下は発生しない。そのため、より信頼性の高い電気化学セルを提供することが出来る。
また、板状部材の構成部材が少ないため、薄型化に向き、体積エネルギー密度の点で効果的である。
(第二実施形態の第一変形例)
次に、第二実施形態の第一変形例の電気化学セルについて説明する。本変形例の板状部材18は、形状が図6のものとは異なっている。この点において、第二実施形態と異なっている。なお、第二実施形態と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。図7は、第二実施形態の第一変形例に係る電気化学セルのC‐C’の断面図である。図8、第二実施形態の第一変形例に係る電気化学セルのD‐D’の断面図である。図9は、第二実施形態の第一変形例に係る電気化学セルの板状部材の概略図である。
次に、図6の貫通電極とは異なる場合のC‐C’の断面を図7に挙げる。板状部材18が導電性のセラミック、金属、樹脂、ガラスの少なくとも1つ以上からなり、導電部11が板状部材18に電気的に接続される場合には、以下のような構成としてもよい。
図7に示すC‐C’の断面は、図6とは異なる板状部材18を有している。板状部材18は導電性の第一板状部材18aと第二板状部材18bを有し、絶縁性の接着層12により貼り合わされている。さらに第一板状部材18a上には絶縁層13、第二板状部材18b上には樹脂層9が配されている。絶縁層13には負極開口部131が形成されており、負極開口部131の内部には負極導電部11b1が配されている。負極導電部11b1と第二板状部材18bは電気的に接続されており、さらに第二板状部材18bの反対側の面には負極導電部11b2が電気的に接続されている。なお、負極導電部11b1は、リチウムイオン電池21から外部への負極電力取出し部として機能する。
樹脂層9には正極開口部91が形成されている。正極開口部91の内部は正極導電部11a1が配されている。正極導電部11a1と第二板状部材18aは電気的に接続されており、さらに第二板状部材18aの反対側の面には正極導電部11a2が電気的に接続されている。なお、正極導電部11a2は、リチウムイオン電池21から外部への正極電力取出し部として機能する。
図8は、第二実施形態の第一変形例の電気化学セルにおいて、図5に示すD‐D’位置の断面図である。電極体1の正極は、正極端子5a、正極導電部11a1、第一板状部材18a、正極導電部11a2と電気的に接続されている。図8に示す通り、第一板状部材18aの層の全体が電気的に接続されているため、正極電力取出し部を自由に配することができる。また、電極体1の負極に電気的に接続されている第二板状部材18bについても同様に負極電力取出し部を自由に配することができる。この部分については後程詳述する。
図9は第二実施形態の第一変形例に係る電気化学セルの板状部材18の概略図である。(a)は樹脂層9、(b)は第一板状部材18b、(c)は接着層12、(d)は第二板状部材18a、(e)は絶縁層13を示す。これらは全て略長方形状に形成される、それぞれ孔を配されている。板状部材18はこれらの部材を図7に示すように、積層して形成する。
より具体的な板状部材18の作り方の一例として以下のように行うことが好ましい。はじめに、第一板状部材18aと第二板状部材18bは、あらかじめ決められた正極導電部11aと負極導電部11bの配置部分に孔を配される。
次に第一板状部材18aと第二板状部材18bと同様に、孔が配された絶縁性の接着層12によって、この第一板状部材18aと第二板状部材18bとを接着する。
次に、絶縁層13を第一板状部材18aの表面に形成する。具体的には、第一板状部材18aと同様な位置に孔が配された絶縁体のシートを第一板状部材18a上で加熱し、接着させる。また、絶縁層13に配された孔は第一板状部材18aのものよりも寸法が小さく形成される。これは、これは絶縁層13の孔の縁部を加熱して軟化させ、接着層12と第一板状部材18aの孔の中に配して、負極開口部131を形成させるためである。これにより第一板状部材18aと負極導電部11bは絶縁されている。
次に、樹脂層9を第二板状部材18bの表面に形成する。具体的には、第二板状部材18bと同様な位置に孔が配された樹脂層のシートを第二板状部材18b上で加熱し、接着させる。また、樹脂層に配された孔は第二板状部材18bのものよりも寸法が小さく形成される。これは、樹脂層9の孔の縁部を加熱して軟化させ、接着層12と第二板状部材18bの孔の中に配して、正極開口部91を形成させるためである。これにより第一板状部材18aと負極導電部11bは絶縁されている。
最後に、あらかじめ決められた配置部分の孔に、正極導電部11a1、正極導電部11a2、負極導電部11b1、負極導電部11b2などの導電部材を形成する。
このようにして本変形例の板状部材18は形成される。
負極電力取出し部及び正極電力取出し部は絶縁層13に配された孔に位置によって自由に決定することができる。本変形例においては、絶縁層13の孔が樹脂層9の孔に対して真下の位置に配していたが、例えば、斜めの位置に配してもよい。また、正極端子5aと正極導電部11a、負極端子5bと負極導電部11bとが接続された面に対して垂直方向(電池側面)に外部への電極の取り出し位置を設けてもよい。
(第二実施形態の第二変形例)
次に、第二実施形態の第二変形例の電気化学セルについて説明する。本変形例の板状部材18は、形状が図6及び図7のものとは異なっている。なお、第二実施形態の第一変形例と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。図10は、第二実施形態の第二変形例に係る電気化学セルのD‐D’の断面図である。図11は、第二実施形態の第二変形例に係る電気化学セルの板状部材の概略図である。
図10に示すように、本変形例の板状部材18は正極導電部11a2及び正極電力取出し部の位置が変わっている。また、図示しないが、負極電力取出し部も位置が変わっている。このように本変形例においては負極電力取出し部及び正極電力取出し部である絶縁層13の孔が樹脂層9の孔に対して斜めに設けられている。
図11に示すように、絶縁層13の孔を任意の位置に設定することができる。
(第二実施形態の第三変形例)
次に、第二実施形態の第三変形例の電気化学セルについて説明する。本変形例の板状部材18は、形状が図6、図7、図10のものとは異なっている。なお、第二実施形態の第二変形例と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。図12は第二実施形態の第三変形例に係る電気化学セルのD‐D’の断面図である。図13は第二実施形態の第三変形例に係る電気化学セルの板状部材の概略図である。
図12に示すように、本変形例の板状部材18は正極導電部11a2及び正極電力取出し部の数が変わっている。また、図示しないが、負極電力取出し部も数が変わっている。このように本変形例においては負極電力取出し部及び正極電力取出し部である絶縁層13の孔が複数設けられている。
図13に示すように、絶縁層13の孔を任意の位置に、任意の数だけ設定することができる。
(第二実施形態の第四変形例)
次に、第二実施形態の第四変形例の電気化学セルについて説明する。本変形例の板状部材18は、形状が図6、図7、図10、図12のものとは異なっている。なお、第二実施形態の第一変形例と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。図14は第二実施形態の第四変形例に係る電気化学セルのC‐C’の断面図である。図15は第二実施形態の第四変形例に係る電気化学セルのD‐D’の断面図である。
図14に示すように、正極導電部11a1、正極導電部11a2、負極導電部11b1、負極導電部11b2がない状態となっている。かわりに、第一板状部材18aは正極端子5aと直接接続している。また、第二板状部材18bは負極端子5bと直接接続している。
図15に示すように、この場合、正極電力取出し部は第一板状部材18aとなり、負極電力取出し部は第二板状部材18bとなる。また、第一板状部材18aと第二板状部材18bは、電気化学セルの外部への露出部であれば電力取出し部として使用することができる。例えば、電池側面に電力取出し部を設けてもよい。
このように、板状部材は導電性を有しており、板状部材18自体が導電性を有する導電部として機能し、外装体の内部と外部の電気的接続を行う。そのため、電極タブを使用する際の導出部の封止性に起因する漏液やガスバリア性の低下の問題が発生しない。よって、より信頼性の高いリチウムイオン電池20とすることが出来る。また、多層構造となることにより、板状部材18がそれぞれ正極・負極と電気的に別々に接続することができるため、外部への電極の取り出し位置を自由に設定することが可能である。
(第三実施形態)
次に、第三実施形態の電気化学セルについて説明する。
図16は、第三実施形態に係る電気化学セルを示す概略図である。図17は、第三実施形態に係る電気化学セル図16のE‐E’の断面図である。本実施形態では、リチウムイオン電池30を例に挙げて説明する。
図16に示すように、リチウムイオン電池30は、正極導電部11aと負極導電部11bがフィルム状部材6方向(正面)に向かって配されている。この点において、第一実施形態や第二実施形態等と異なっている。なお、第一実施形態と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。
図17に示すように、外装体14はフィルム状部材6と板状部材8とからなる。また、フィルム状部材6と板状部材8は、内側樹脂層4と樹脂層9とが熱や超音波によって融着され、融着部(不図示)が形成されている。板状部材8は、絶縁材料からなり、電極体1を収納する側に樹脂層9を有している。さらに、板状部材8の樹脂層9の下に導電性の正極導電部11aと負極導電部11b(不図示)を有している。正極導電部11aと負極導電部11bの一端はそれぞれ電極体1から延びる正極端子5aと負極端子5b(不図示)に接続される。また、正極導電部11aと負極導電部11bの反対側の一端は外部との電気接続を行うことが出来るように露出してあり、正極電力取出し部と負極電力取出し部として機能する。また、正極電力取出し部と負極電力取出し部は同一平面上となっている。
(第三実施形態の第一変形例)
次に、第三実施形態の第一変形例の電気化学セルについて説明する。本変形例の板状部材18は、形状が図17のものとは異なっている。この点において、第三実施形態と異なっている。なお、第三実施形態と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。図18は、第三実施形態の第一変形例に係る電気化学セルのE‐E’の断面図である。図19は、第三実施形態の第一変形例に係る電気化学セルのF‐F’の断面図である。また、E‐E’およびF‐F’の切断位置は図16に示す。また、図16の概略図については本変形例においても同様であるため、説明を省略する。図20は、第三実施形態の第一変形例に係る電気化学セルの板状部材の概略図である。
板状部材18が導電性のセラミック、金属、樹脂、ガラスの少なくとも1つ以上からなり、正極端子5aが板状部材18aに電気的に接続される場合には以下のような構成としてもよい。
図18に示すE‐E’の断面は、図17とは異なる板状部材18を有している。板状部材18は導電性の第一板状部材18aと第二板状部材18bを有し、絶縁性の接着層12により貼り合わされている。さらに第一板状部材18a上には絶縁層13、第二板状部材18b上には樹脂層9が配されている。正極端子5aと第二板状部材18bは電気的に接続されており、さらに第二板状部材18bは外部との電気接続を行うことが出来るように露出してあり、正極電力取出し部として機能する。
図19は、第三実施形態の第一変形例の電気化学セルにおいて、図16に示すF‐F’位置の断面図である。図19に示す通り、樹脂層9には負極開口部131a及び負極開口部131bが形成されている。負極端子5bと第一板状部材18aは電気的に接続されており、さらに第一板状部材18aは外部との電気接続を行うことが出来るように露出してあり、負極電力取出し部として機能する。
図20は第三実施形態の第一変形例に係る電気化学セルの板状部材18の概略図である。(a)は樹脂層9、(b)は第二板状部材18b、(c)は接着層12、(d)は第一板状部材18a、(e)は絶縁層13を示す。これらは全て略長方形状に形成される、それぞれ孔を配されている。板状部材18はこれらの部材を図18及び図19に示すように、積層して形成する。
(第四実施形態)
次に、第四実施形態の電気化学セルについて説明する。第四実施形態の板状部材は、板状部材8を例に挙げ図示しているが、第二実施形態に記載の板状部材18を用いることも出来る。
21は、第四実施形態に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はG‐G’の断面図である。
本実施形態では、リチウムイオン電池40を例に挙げて説明する。
図21(a)に示すように、リチウムイオン電池40は正極および負極を有する電極体1と、正極に接続される正極端子5aと、負極に接続される負極端子5bと、正極端子5aと負極端子5b(端子5)を外部へ引きだした状態で電極体1を収納する外装体14と、を備える。
また、図21(b)に示すように、外装材14の裏面に、フィルム状部材6と板状部材8との融着部(不図示)を有している。本実施形態では、この点において、第一実施形態と異なっている。なお、第一実施形態と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。
外装体14は、フィルム状部材6と板状部材8とからなる。また、フィルム状部材6と板状部材8は、内側樹脂層4と樹脂層9とが熱や超音波によって融着され、融着部(不図示)が形成されている。融着部(不図示)は、フィルム状部材6が板状部材8を回り込んだ部分に形成される。このため、リチウムイオン電池40の幅方向で電極体1の幅を板状部材8と同程度にすることが出来るため、リチウムイオン電池40の容量を向上することが出来る。
(第四実施形態の第一変形例)
次に、第四実施形態の第一変形例の電気化学セルについて説明する。
本変形例の外装材14は、その平面内において正極導電部11a及び負極導電部11bを有しており、外装材14の外周部から正極端子5aと負極端子5bが延出していない点で、図21(a)と異なる。この点において、本変形例は、第四実施形態と異なっている。なお、第四実施形態と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。
図22は、本変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はH‐H’の断面図である。本変形例では、リチウムイオン電池50を例に挙げて説明する。
図22(b)に示すように、外装体14はフィルム状部材6と板状部材8とからなる。また、フィルム状部材6と板状部材8は、内側樹脂層4と樹脂層9とが熱や超音波によって融着され、融着部(不図示)が形成されている。板状部材8は、絶縁材料からなり、電極体1を収納する側に樹脂層9を有している。さらに2つの貫通孔を有し、その中に導電性の正極導電部11aと負極導電部11b(導電部11)を配している。
また、電極体1から延びる正極端子5aと負極端子5b(不図示)は外装体14の内部に収納され、それぞれ正極導電部11aと負極導電部11bに接続され、外部との電気接続を行うことが出来る。このように、正極導電部11aと負極導電部11bは、それぞれ板状部材8に設けられた正極導電部11aと負極導電部11bに接続される。これによれば、融着部から電極タブ等を導出して外装体14の内部と外部の電気的接続を行う必要が無い。そのため、電極タブの導出部の封止性に起因する漏液やガスバリア性の低下の問題が発生しないため、より信頼性の高い電気化学セルを提供することが出来る。
また、外装体14の内部と外部の電気接続を行うための電極タブ等の部材を電気化学セル内部に別途入れる必要がない。そのため、電極タブ等の分の空間を有効に使うことが出来るので、例えば容量を増やすことができる。このように体積エネルギー密度の向上において有効である。
さらに、リチウムイオン電池50の長さ方向において、フィルム状部材6が板状部材8に回り込みなされているため、幅方向の融着部(不図示)が開口し難くなり、電池異常時の融着部の幅方向での開口を防ぐことが出来る。
(第四実施形態の第二変形例)
次に、第四実施形態の第二変形例の電気化学セルについて説明する。
本変形例では、リチウムイオン電池60の長さ方向において、フィルム状部材6が板状部材8に回り込んでいる点が特徴である。
本変形例では、この点において、第四実施形態の第一変形例と異なっている。なお、第四実施形態の第一変形例と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。
図23は、本変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はI‐I’の断面図である。本変形例では、リチウムイオン電池60を例に挙げて説明する。
本変形例では、リチウムイオン電池60の長さ方向において、フィルム状部材6が板状部材8に回り込むように構成されているため、長さ方向の融着部(不図示)が開口し難くなり、電池異常時の融着部の長さ方向での開口を防ぐことが出来る。
(第四実施形態の第三変形例)
次に、第四実施形態の第三変形例の電気化学セルについて説明する。
本変形例では、リチウムイオン電池70の長さ方向の正極端子5aと負極端子5b(不図示)が、外装体14の内部に収納されている方向のみがフィルム状部材6が板状部材8に回り込むようにして互いに融着されている。
本変形例では、この点において、第四実施形態の第二変形例と異なっている。なお、第四実施形態の第二変形例と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。
図24は、本変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はJ‐J’の断面図である。本変形例では、リチウムイオン電池70を例に挙げて説明する。
本変形例において、フィルム状部材6が回り込み融着されている部分は開口し難い。これにより、電池異常の場合に残りの3方向が開口し、開口する方向に配置されている部品に影響を及ぼす虞がない。
(第五実施形態)
次に、第五実施形態の電気化学セルについて説明する。第五実施形態の板状部材は、板状部材8を例に挙げ図示しているが、第二実施形態に記載の板状部材18を用いることも出来る。
図25は、第五実施形態に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はK‐K’の断面図である。なお、本実施形態では、リチウムイオン電池80を例に挙げて説明する。
図25(a)および(b)に示すように、リチウムイオン電池80は、ファイル状部材6と板状部材8とから構成される外装体14と、この外装体14の内部に存在する電極体1とを有し、板状部材8が電極体1の方向に湾曲している点を特徴とする。本実施形態では、この点において、第一実施形態と異なっている。
この構成により、湾曲した形状の筐体に隙間を空けずに設置することが出来る。そして、板状部材8があることにより、ラミネートフィルム外装体のみを同様の形状にした場合よりも、湾曲形状を保つことが出来る。
(第五実施形態の第一変形例)
次に、第五実施形態の第一変形例の電気化学セルについて説明する。
本変形例の外装材14は、その平面内に、正極導電部11a及び負極導電部11bを有している。さらに、正極端子5a、負極端子5bが、正極導電部11aと負極導電部11bに対して、外装体14の内部で接続されている。本変形例は、この点において、第五実施形態と異なっている。なお、第五実施形態と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。
図26は、第五実施形態の第一変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はL‐L’の断面図である。本変形例では、リチウムイオン電池90を例に挙げて説明する。
図26(a)に示すように、外装材14は、その平面内に、正極導電部11a及び負極導電部11bを有している。
図26(b)の外装体14は、フィルム状部材6と板状部材8とからなる。また、フィルム状部材6と板状部材8には、内側樹脂層4と樹脂層9とが熱や超音波によって融着されることで融着部(不図示)が形成されている。
板状部材8は、絶縁材料からなり、電極体1を収納する側に樹脂層9を有している。さらに2つの貫通孔を有し、その中に導電性の正極導電部11aと負極導電部11b(導電部11)が配されている。また、電極体1から延びる正極端子5aと負極端子5b(不図示)は、外装体14の内部に収納されており、それぞれ正極導電部11aと負極導電部11bに接続され、外部との電気接続を行うことが出来る。
これにより、融着部から電極タブ等を導出して外装体14の内部と外部の電気的接続を行う必要が無い。そのため、電極タブの導出部の封止性に起因する漏液やガスバリア性の低下の問題が発生しないため、より信頼性の高い電気化学セルを提供することが出来る。
また、外装体14の内部と外部の電気接続を行うための電極タブ等の部材を電気化学セル内部に別途入れる必要がない。そのため、電極タブ等の分の空間を有効に使うことが出来るので、例えば容量を増やすことができる。このように体積エネルギー密度の向上において有効である。
また、板状部材8に複数の凹部を形成し、リチウムイオン電池を構成後に1つ1つのリチウムイオン電池に切り分けることで製造することも出来る。
(第五実施形態の第二変形例)
次に、第五実施形態の第二変形例の電気化学セルについて説明する。
本変形例では、外装体14の板状部材8の湾曲方向が、電極体1の設置方向と逆方向である点を特徴とする。この点において、本変形例は、第五実施形態と異なっている。なお、第五実施形態と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。
図27は、本変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はM‐M’の断面図である。本変形例では、リチウムイオン電池100を例に挙げて説明する。
図27(b)に示すように、本変形例では、外装体14を構成する板状部材8の湾曲方向が、電極体1の設置方向と逆方向である。これにより、リチウムイオン電池100を湾曲した筐体に設置した場合に、外周に向いた面に剛性のある板状部材8があるため、外部からの影響を電極体1に与えにくくすることが出来、信頼性を高めることが出来る。
(第五実施形態の第三変形例)
次に、第五実施形態の第三変形例の電気化学セルについて説明する。
本変形例では、外装体14を構成する板状部材8に凹形状となっている。この点において、第五実施形態と異なっている。なお、第五実施形態と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。
図28は、本変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はN‐N’の断面図である。本変形例では、リチウムイオン電池110を例に挙げて説明する。
図28(b)に示すように、本変形例では、外装体14を構成する板状部材8が凹形状となり、この凹部に電極体1が設置されている。
これにより、電極体形状に合わせて、剛性を持った板状部材に凹部を形成することでリチウムイオン電池110の内部を有効に利用することが出来るため、例えば容量を増やすことができる。よって、本変形例の構成によれば、体積エネルギー密度の向上において有効である。
(第五実施形態の第四変形例)
次に、第五実施形態の第四変形例の電気化学セルについて説明する。
本変形例では、リチウムイオン電池120が幅方向に湾曲している点を特徴とする。
本変形例では、この点において、第五実施形態と異なっている。なお、第五実施形態と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。
図29は、本変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はO‐O’の断面図である。本変形例では、リチウムイオン電池120を例に挙げて説明する。
本変形例では、図29(b)に示すように、リチウムイオン電池120の湾曲の向きが、リチウムイオン電池120の幅方向である点が特徴である。これにより、例えば、電極体1を捲回により構成する場合に、既存の製造方法で電極体1を作成することが出来る。
(第五実施形態の第五変形例)
次に、第五実施形態の第五変形例の電気化学セルについて説明する。
本変形例では、板状部材8の湾曲の方向が電極体1の設置方向である点を特徴とする。
この点において、本変形例は、第四変形例と異なっている。なお、第四変形例と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。
図30は、本変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はP‐P’の断面図である。ここでは、リチウムイオン電池130を例に挙げて説明する。
本変形例では、リチウムイオン電池130の板状部材8の湾曲の方向が、電極体1の設置方向である。これにより、湾曲された電極体1が充放電に伴う変形による形状の変化を、板状部材8の湾曲により抑制することが出来る。
(第六実施形態)
次に、第六実施形態の電気化学セルについて説明する。
本実施形態の板状部材としては、第二実施形態に記載の板状部材18を用いることも出来る。
図31は、第六実施形態に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はQ‐Q’の断面図である。本実施形態では、リチウムイオン電池140を例に挙げて説明する。
図32に示すように、本実施形態では、外装体14を構成する板状部材8が凹形状であり、この凹部に電極体1を設置されている点を特徴とする。
これにより、電極体形状に合わせて、剛性を有する板状部材に凹部を形成することで、リチウムイオン電池110の内部を有効に利用することが出来るため、例えば容量を増やすことができる。このように体積エネルギー密度の向上において有効である。
(第六実施形態の第一変形例)
次に、第六実施形態の第一変形例の電気化学セルについて説明する。
本変形例では、外装材14の平面内において、正極導電部11a及び負極導電部11bを有しており、正極端子5a、負極端子5bが、正極導電部11aと負極導電部11bに対して、外装体14の内部で接続されている点を特徴とする。
この点において、第六実施形態と異なっている。なお、第六実施形態と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。
図32は第六実施形態の第一変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はR‐R’の断面図である。本実施形態では、リチウムイオン電池150を例に挙げて説明する。
図32(b)の外装体14は、フィルム状部材6と板状部材8とからなる。また、フィルム状部材6と板状部材8には、内側樹脂層4と樹脂層9とが熱や超音波によって融着される融着部(不図示)が形成されている。
板状部材8は、絶縁材料からなり、電極体1を収納する側に樹脂層9を有している。さらに2つの貫通孔を有し、その中に導電性の正極導電部11aと負極導電部11b(導電部11)が配されている。また、電極体1から延びる正極端子5aと負極端子5b(不図示)は、外装体14の内部に収納され、それぞれ正極導電部11aと負極導電部11bに接続され、外部との電気接続を行うことが出来る。
これにより、本変形例では、融着部から電極タブ等を導出して外装体14の内部と外部の電気的接続を行う必要が無い。そのため、電極タブの導出部の封止性に起因する漏液やガスバリア性の低下の問題が発生しないため、より信頼性の高い電気化学セルを提供することが出来る。
また、外装体の内部と外部の電気接続を行うための電極タブ等の部材を電気化学セル内部に別途入れる必要がない。そのため、電極タブ等の分の空間を有効に使うことが出来るので、例えば容量を増やすことができる。このように体積エネルギー密度の向上において有効である。
また、板状部材8に複数の凹部を形成し、リチウムイオン電池を構成後に1つ1つのリチウムイオン電池に切り分けることで製造することも出来る。
(第六実施形態の第二変形例)
次に、第六実施形態の第二変形例の電気化学セルについて説明する。
本変形例では、外装材14の凹部側面に正極導電部11a及び負極導電部11bを有しており、正極端子5a、負極端子5bが、正極導電部11aと負極導電部11bに対して、外装体14の内部で接続されている。この点において、本変形例は、第六実施形態と異なっている。なお、第六実施形態と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。
図33は、本変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はS‐S’の断面図である。本変形例では、リチウムイオン電池160を例に挙げて説明する。
図33(b)に示すように、本変形例は、外装材14の板状部材8の凹部側面に正極導電部11a及び負極導電部11bを有しており、正極端子5a、負極端子5bが、それぞれ正極導電部11aと負極導電部11bに外装体14の内部で接続されている。
なお、より好ましくは、正極導電部11aと対称の位置に負極導電部11bを設けることで、バネ等での電気接続がし易くなる。また、板状部材8に複数の凹部を形成し、リチウムイオン電池を構成後に1つ1つのリチウムイオン電池に切り分けることで製造することも出来る。
(第六実施形態の第三変形例)
次に、第六実施形態の第三変形例の電気化学セルについて説明する。
本変形例は、板状部材8の凹部に、電極体1と正極端子5aと負極端子5bを収めることができるように構成されている。この点において、本変形例は、第六実施形態と異なっている。なお、第六実施形態と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。
図34は、本変形例に係る電気化学セルを示す概略図である。(a)は平面図であり、(b)はT‐T’の断面図である。本変形例では、リチウムイオン電池170を例に挙げて説明する。
図34(b)に示すように、本変形例では、リチウムイオン電池170の板状部材8の凹部に、電極体1と正極端子5aと負極端子5bを収めること可能に構成されている。これにより、正極端子5aと負極端子5bとを、それぞれ、正極導電部11aと負極導電部11bに接続する際の位置決めがし易くなる。
また、板状部材8に複数の凹部を形成し、リチウムイオン電池を構成後に1つ1つのリチウムイオン電池に切り分けることで製造することも出来る。なお、電池外部での導電部の構成は、第六実施形態、及びその第一変形例ないし第三変形例を適宜組み合わせて用いることが出来る。
1 ・・・ 電極体
2 ・・・ 外側樹脂層
3 ・・・ 金属層
4 ・・・ 内側樹脂層
5a ・・・ 正極端子
5b ・・・ 負極端子
6 ・・・ フィルム状部材
7 ・・・ 融着部
8、18 ・・・ 板状部材
18a ・・・ 第一板状部材
18b ・・・ 第二板状部材
9 ・・・ 樹脂層
10、 20、 21、 30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170 ・・・ リチウムイオン電池
11 ・・・ 導電部
11a1、11a2 ・・・ 正極導電部
11b1、11b2 ・・・ 負極導電部
12 ・・・ 接着層
13 ・・・ 絶縁層
131 ・・・ 負極開口部
91 ・・・ 正極開口部
14 ・・・ 外装体

Claims (8)

  1. 正極と負極とを有する電極体と、
    前記電極体を収納する外装体と、を有する電気化学セルであって、
    前記外装体は、
    ガスバリア性を有するフィルム状部材と、
    セラミック、樹脂、ガラスのうちいずれか1つから構成されガスバリア性を有する板状部材と、からなり、
    前記板状部材は、厚さが0.1mm〜15mmであり、さらに、前記電極体を収納する側の面に樹脂層を有し、
    前記フィルム状部材と前記板状部材の縁部が前記樹脂層を介して融着したことを特徴とする電気化学セル。
  2. 正極と負極とを有する電極体と、
    前記電極体を収納する外装体と、を有する電気化学セルであって、
    前記外装体は、
    ガスバリア性を有するフィルム状部材と、
    セラミック、樹脂、ガラスのうちいずれか1つから構成されガスバリア性を有する板状部材と、からなり、
    前記板状部材は、厚さが0.1mm〜15mmであり、さらに、前記電極体を収する側の面と、前記電極体を収する側の面とは逆側の面の縁部とに樹脂層を有し、
    前記フィルム状部材と前記板状部材の縁部が前記樹脂層を介して融着し融着部が形成され、前記融着部は前記逆側の面の少なくとも一つの縁部に形成されていることを特徴とする電気化学セル。
  3. 正極と負極とを有する電極体と、
    前記電極体を収納する外装体と、を有する電気化学セルであって、
    前記外装体は、
    ガスバリア性を有するフィルム状部材と、
    セラミック、樹脂、ガラスのうちいずれか1つから構成され、一の方向に湾曲し、かつ、ガスバリア性を有する板状部材と、からなり、
    前記板状部材は、厚さが0.1mm〜15mmであり、さらに、前記電極体を収納する側の面に樹脂層を有し、
    前記フィルム状部材と前記板状部材の縁部が前記樹脂層を介して融着したことを特徴とする電気化学セル。
  4. 前記板状部材は、前記電極体が収納された内部から外部へ導通する導電部を有し、前記電極体の前記正極と前記負極がそれぞれ、異なる前記導電部に接続される構成であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  5. 前記板状部材は絶縁性を有しており、セラミック、樹脂、ガラスのうちいずれか1つ以上から構成され、
    前記導電部が前記板状部材に設けられた貫通電極であることを特徴とする請求項4に記載の電気化学セル。
  6. 正極と負極とを有する電極体と、
    前記電極体を収納する外装体と、を有する電気化学セルであって、
    前記外装体は、
    ガスバリア性を有するフィルム状部材と、
    セラミック、金属、樹脂、ガラスのうちいずれか1つ以上から構成されガスバリア性を有する板状部材と、からなり、
    前記板状部材は、厚さが0.1mm〜15mmであり、導電性の第一板状部材と導電性の第二板状部材とが絶縁性の接着層を介して積層された構造であり、さらに、前記第一板状部材上に絶縁層を有し、前記第二板状部材上に樹脂層を有、前記電極体の前記正極と前記負極がそれぞれ、前記第一板状部材と前記第二板状部材のいずれか一方に電気的に接続し、他方とは絶縁されてなり、
    前記フィルム状部材と前記板状部材の縁部が前記樹脂層を介して融着したことを特徴とする電気化学セル。
  7. 前記板状部材は、厚さが0.1mm〜10mmであることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  8. 前記板状部材に凹部が形成されることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の電気化学セル。
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