JP6778545B2

JP6778545B2 - 組電池

Info

Publication number: JP6778545B2
Application number: JP2016156677A
Authority: JP
Inventors: 張愛石井; 匡石井; 昇小池
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2020-11-04
Anticipated expiration: 2036-08-09
Also published as: JP2018026239A

Description

本発明の実施形態は、組電池に関する。

近年、非水電解質二次電池の性能が向上し、携帯型電子機器からハイブリッド自動車や
電気自動車、電力貯蔵用電源等、様々な用途における二次電池が高出力化している。

高エネルギー密度化が容易な電池として、金属層を２つの樹脂層で挟んだラミネートで
形成された外装材を用いた扁平型電池が挙げられ、例えば、樹脂層に熱可塑性樹脂、金属
層にアルミニウムを用いたアルミラミネートが知られている。

このようなラミネート外装の電池は、比較的容易に変形することができるため、形状の
自由度が高いことを特徴の一つとしており、ラミネート外装の電池を複数積層し、互いに
接続することで、高エネルギー密度化した組電池として使用される。

特開２０１４−２３２６６６号公報

しかしながら、複数のラミネート外装の電池を積層した組電池に対して外部から振動等が
加えられると、ラミネート外装同士が接触することでラミネートの樹脂層と金属層との間
に剥れ、金属層が粉砕する、等の欠点がある。そこで、本発明が解決しようとする課題は
、ラミネート外装による形状の自由度を確保しつつ、振動に対して耐久性を持ったラミネ
ート外装の組電池を提供することである。

上記の課題を解決するために、本実施形態の組電池は、二以上の電極群と、前記電極群それぞれの周縁部に形成された熱可塑性樹脂と、前記熱可塑性樹脂の外側に形成された金属層と、前記金属層の外側に形成された樹脂層と、を有し、前記二以上の電極群の対向する面に形成された樹脂層は隣接する電極群で一体となっており、さらに前記金属層の角部の内側に前記熱可塑性樹脂と接触するように補助部材を有する。

実施形態に係る組電池の斜視図。第一の実施形態に係る電池を模式的に示す部分切欠斜視図。第一の実施形態に係る図１のＡ―Ａ´線に沿う断面を矢印方向から見た断面図。第一の実施形態に係る電池を模式的に示す部分切欠斜視図。第二の実施形態に係る図１のＡ―Ａ´線に沿う断面を矢印方向から見た断面図。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形
態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、
各図は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際
の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変
更することができる。

（第１の実施形態）
第１の実施形態では、２つの電池を包含した組電池１を例に説明する。そして、一方を
電池２２、他方を電池２３とする。しかしながら、組電池１が包含する電極群の数は２つ
に限るものではない。

図１は、実施形態に係る組電池１の斜視図である。組電池１の最外層は樹脂層２によっ
て形成されており、組電池１の筐体から、例えば４つのリード端子が突出している。

図２を用いて電池２２、２３の構成について説明する。電池２２、２３を構成する電極群
２０及び電極群２１は、それぞれ正極６及び負極７をその間にセパレータ８を介在させて
偏平形状に捲回した構造を有する。電極群２０及び電極群２１は、正極６及び負極７をそ
の間にセパレータ８を介在させて偏平形状に捲回した後、加熱プレスを施すことにより作
製される。なお、電極群２０及び電極群２１における正極６、負極７及びセパレータ８は
、接着性を有する高分子により一体化されていても良い。帯状の正極リード端子９は、正
極６に電気的に接続されている。一方、帯状の負極リード端子１０は、負極７に電気的に
接続されている。

負極７は例えば、リチウム吸蔵電位が０．４Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ+）以上の負極活物
質を含有している。

負極リード端子１０は、リチウムイオン金属に対する電位が０．４Ｖ以上３Ｖ以下の範
囲における電気的安定性と導電性とを備える材料から形成することができる。具体的には
、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｉ等の元素を含むアルミニウム合金、アルミ
ニウムが挙げられる。

正極リード端子９は、リチウムイオン金属に対する電位が３Ｖ以上５Ｖ以下の範囲にお
ける電気的安定性と導電性とを備える材料から形成することができる。具体的には、Ｍｇ
、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｉ等の元素を含むアルミニウム合金、アルミニウム
が挙げられる。

図３は、図１のＡ―Ａ´線に沿う断面を矢印方向から見た断面図である。

図３に示す通り、電極群２０（２１）は樹脂層４によって周囲を覆われており、樹脂層
４は金属層３によって外側を更に覆われている。

それぞれの金属層３はさらに樹脂層２によって被覆されており、樹脂層２は隣合う電極
群における樹脂層２を共通にして形成されている。

以下に、樹脂層２、金属層３及び樹脂層４について詳しく説明する。

樹脂層４は熱可塑性樹脂であり、例えば、ポリオレフィンから形成することができる。
ポリオレフィンには、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリエチレン（ＰＥ）のうち少なくと
も一方を使用することが好ましく、特にポリエチレンが好ましい。樹脂層２は熱硬化性樹
脂もしくは熱可塑性樹脂により形成されている。樹脂層２が熱可塑性樹脂の場合、樹脂層
２の融点は樹脂層４の融点よりも高いことが望ましい。なお、金属層３と樹脂層４の間お
よび金属層３と樹脂層２の間には、これらを接着するための接着剤層が存在していても良
い。また、樹脂層２は金属層３すべてを覆っている必要はなく、少なくとも一部、好まし
くは金属層３の角部を覆っていればよい。さらに、例えば樹脂層２は金属層３の表面積に
対し、４０．０％〜９９．９％を覆っていればよい。１００％である場合、電池２２、２
３内部に発生するガスを外部に放出するための経路を形成できないが、一部樹脂層２に覆
われていない部分があれば、内部のガスを外に放出することができる。たとえば、過充電
などの電極からガスが放出される場合、完全に密閉状態であると、破裂、爆発につながる
恐れがある。また、４０．０％未満である場合、外部からの振動などによる応力に耐える
ことが難しくなる。

ここで、組電池１の製造工程の例を図４を用いて説明する。

電極群２０及び電極群２１を金属層３、樹脂層４と、が一体となったフィルムに収納後
、フィルムを２つにフィルムを二つに折ると、長辺方向の一端部と短辺方向の両端部にお
いてフィルムが重なり合う。この重なり合ったフィルムを熱融着により貼り合わせると、
金属層３の周縁部のうち三辺に長辺封止部１２と、第１の短辺封止部１３と、第２の短辺
封止部１４とが形成される。長辺封止部１２は、重なり合ったフィルムの樹脂層４同士を
熱融着させることにより形成されている。第１の短辺封止部１３は、図４に示すように、
重なり合ったフィルムの熱可塑性樹脂層１１の間に正極リード端子９及び負極リード端子
１０を挟んだ状態で熱融着させることにより形成されている。正極リード端子９及び負極
リード端子１０の先端は、第１の短辺封止部１３から外部に引き出されている。また、第
２の短辺封止部１４は、重なり合ったフィルムの熱可塑性樹脂層１１同士を熱融着させる
ことにより形成されている。

このようにして、電極群２０、電極群２１それぞれが樹脂層４及び金属層３によって包
含された、電池２２、および電池２３が成形される。

その後、電池２２及び電池２３を直方体の型に収め、樹脂層２を流し込み、加熱、若し
くは加熱後冷却することで樹脂層２が固まり、図１に示したような組電池１が成形される
。この際、正極リード端子９および負極リード端子１０は樹脂層２よりも外部に引き出さ
れている。

以上のような実施形態によれば、組電池１を構成する金属層３は、樹脂層２によって固
定されている為、例えば振動などによって金属層３が破損等する可能性を低減することが
できる。また、電池２２および電池２３を樹脂層２に埋め込む際に電池２２および電池２
３は高温になるが、負極にカーボンを用いた場合に比して、負極に、例えばリチウム吸蔵
電位が０．４Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ+ ）以上の負極活物質を用いることで、電位を高くす
ることができるので、高温における劣化が少ない。

また、樹脂層２が金属層３すべてを覆わないことで、電池２２及び電池２３の内部にガ
スが発生した際に、そのガスを外部に放出することが可能となる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、電池２２及び電池２３が第１の実施形態と異なる部分がある。し
たがって、第１の実施形態と同一の箇所には同一の符号を付し、同一の効果などの詳細の
説明は適宜省略する。

図５は第２の実施形態に係る、図１のＡ―Ａ´線に沿う断面を矢印方向から見た断面図
である。

図５に示す通り、電極群２０は樹脂層４によって周囲を覆われており、樹脂層４は金属
層３によって外側を更に覆われている。また、電極群２１も、樹脂層４によって周囲を覆
われており、樹脂層４は金属層３によって外側を更に覆われている。

また、金属層３角部の電極群を有する側には、非水電解質に溶解せず、曲げに対して強
度を有する補助部材３０が備えられている。補助部材３０は例えばポリプロピレンである
。

以上の実施形態によれば、金属層３の強度が弱い部分である角部に対して、外側から樹
脂層２によって固定されていることに加え、補助部材３０によって内側から固定されてい
るので、例えば振動などによって金属層３が破損等する可能性をさらに低減することがで
きる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したも
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様
々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、
置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に
含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるもので
ある。

１…組電池、２…樹脂層、３…金属層、４…樹脂層、６…正極、７…負極、８…セパレー
タ、９…正極リード端子、１０…負極リード端子、２０、２１…電極群、３０…補助部材

Claims

二以上の電極群と、
前記電極群それぞれの周縁部に形成された熱可塑性樹脂と、
前記熱可塑性樹脂の外側に形成された金属層と、
前記金属層の外側に形成された樹脂層と、
を有し、
前記二以上の電極群の対向する面に形成された樹脂層は隣接する電極群で一体となっており、さらに前記金属層の角部の内側に前記熱可塑性樹脂と接触するように補助部材を有する組電池。
前記電極群を構成する負極の活物質の電位が0.4V vs Li/Li+以上である、請求項１に記載の組電池。
前記樹脂層は、前記金属層の外側の表面積に対して４０．０％〜９９．９％を覆っている請求項１又は請求項２に記載の組電池。
前記樹脂層は熱硬化性樹脂である請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の組電池。