JP6877494B2 - 電極アセンブリ及び電池 - Google Patents

Description

本出願は電池分野に関し、より具体的に言えば、電極アセンブリ及び電池に関する。

現在、高率充放電電池に対する需要が高まっており、多層タブの用途はますます広くなっている。マルチタブの巻回構造は、現在電池に広く使用されており、そのマルチタブ構造が、巻回セルの多層間の並列接続を可能にする。従来の単一タブ付き電池と比べて、マルチタブ構造を用いた巻回セルの内部抵抗を大幅に低減させ、充放電倍率、温度上昇及び低温放電などの電池の動的性能を著しく向上させることができる。

マルチタブ部分が金属製であり、パッケージと直接包装することができないため、アダプタ用タブが必要であり、アダプタ用タブにタブ接着剤が設けられ、タブ接着剤とパッケージとが熱溶融によりシールされ、アダプタ用タブとタブとが溶接されている。

現在のマルチタブリチウム電池のアダプタ用タブがより大きい電池スペースを占め、エネルギー密度を下げた。接着剤を手動で塗布する必要であり、自動化製造を実現できず、低効率で、製造コストが高く、品質安定性が人によって異なるなどの問題がある。したがって、マルチタブ構造のタブ接着剤の塗布方式を改善する必要がある。

関連技術の問題に鑑みて、本出願の目的は、電池の安全性能を向上させるための電極アセンブリ及び電池を提供することである。

前記の目的を実現するため、本出願が電極アセンブリを提供し、第１電極シート、第２電極シート、及び第１電極シートと第２電極シートとの間に設けられるセパレータを含み、第１電極シートと第２電極シートとが巻回又は積層して電極アセンブリを形成し、電極アセンブリは、第１電極シートに設けられる第１タブと、絶縁層であって、第１電極シートに設けられる第１部分を含み、第１部分と第１タブとの間に第２電極シートがない、絶縁層とをさらに含む。

本出願の一実施例により、第１タブは複数の第１タブユニットを含み、複数の第１タブユニットが、絶縁層に隣接する最内層の第１タブユニットを含み、絶縁層と最内層の第１タブユニットとの間に第２電極シートがない。

本出願の一実施例により、電極アセンブリの厚み方向に沿って、絶縁層の正投影が第１タブの正投影を覆っている。

本出願の一実施例により、第１タブは積層して配置される複数の第１タブユニットを含み、複数の第１タブユニットが、絶縁層に隣接する最内層の第１タブユニットを含み、絶縁層と最内層の第１タブユニットとの間に第２電極シートがなく、電極アセンブリの幅方向に、絶縁層の幅が第１タブの幅よりも大きい。

本出願の一実施例により、第１タブは積層して配置される複数の第１タブユニットを含み、複数の第１タブユニットが絶縁層に隣接する最内層の第１タブユニットを含み、絶縁層はさらに電極アセンブリの外面に設けられる第２部分を含む。

本出願の一実施例により、第２部分と第１部分との一部が重なっている。

本出願の一実施例により、電極アセンブリの長手方向に、絶縁層は少なくとも第１タブの一部を覆っている。

本出願の一実施例により、絶縁層と第１タブとの間に第１電極シートが設けられる請求項１に記載の電極アセンブリ。

本出願の一実施例により、第１タブは電極アセンブリの外側に設けられ、かつアダプタ用タブと溶接されるテール部分を含み、テール部分が電極アセンブリの厚み方向に延在し、絶縁層が前記テール部分を覆う。

本出願がさらに電極アセンブリと、電極アセンブリを収容するケースとを備える電池を提供し、電極アセンブリが前記いずれか一実施例の電極アセンブリである。

本出願の有利な技術的効果は、新規なタブ引出方式を提供し、従来のプロセスと比べると、スペースを節約し、エネルギー密度を向上させ、より優れた安全性能を達成することができる。該新規なタブ引出方式はセルの腐食、内部短絡などのリスクを効果的に減らすことができる。本出願は、従来の手動による接着剤塗布方式の代わりに、さらに新規な接着剤塗布方式を提供し、改良された接着剤塗布方式は接着剤塗布の自動化又は半自動化を実現することができ、それにより製造コストを削減し、従来の接着剤塗布方法による低い自動化程度及び品質安定性の問題を解決する。

本出願の一実施例による電極アセンブリの模式断面図である。 本出願の別の実施例による電極アセンブリの模式断面図である。 本出願のさらに別の実施例による電極アセンブリの模式断面図である。

以下、図１から図３を参照しながら本出願をさらに説明する。

図１は本出願の一実施例による電極アセンブリ１０を示す模式断面図であり、第１電極シート１２、第２電極シート１４、並びに第１電極シート１２と第２電極シート１４との間に設けられるセパレータ１６を含む。第１電極シート１２と第２電極シート１４とが巻回して電極アセンブリ１０を形成し、第１電極シート１２と第２電極シート１４とも交互に積層して電極アセンブリ１０を形成してもよい。一実施例では、電極アセンブリ１０は、第１電極シート１２に設けられる第１タブ１８と、絶縁層２０であって、第１電極シート１２に設けられる第１部分２０１を含み、第１部分２０１と第１タブ１８との間に第２電極シート１４がない絶縁層２０とをさらに含む。すなわち、絶縁層２０を第１タブ１８と第２電極シート１４との間に配置することにより、より優れた隔離効果を達成し、電池の内部短絡現象の発生を防止することができる。

本出願の一実施例では、絶縁層２０はテープ又は絶縁コーティングであってもよい。第１部分２０１は、第１端部２３と、第１端部２３と対向配置される第２端部とを有し、第１端部２３が、脱落を防止するために電極アセンブリ１０の内部まで延びている。第１端部２３が、巻き回しの際に巻回機の接着剤塗布機構により作製することができる。

本出願の一実施例によれば、第１タブ１８は、複数の第１タブユニット２４を含み、複数の第１タブユニット２４が、絶縁層２０に隣接する最内層の第１タブユニット２６を含み、絶縁層２０と最内層の第１タブとの間には第２電極シート１４がない。すなわち、本出願の実施例は、マルチダブ電極アセンブリに適用し、第１タブ１８と第２電極シート１４との接触を効果的に防止し、それによって内部短絡の発生を低減することができる。

本出願の一実施例によれば、第１タブ１８も１つのタブユニットのみを有してもよく、絶縁層２０の第１部分２０１が第１電極シート１２の第１部分２０１に設けられ、第１部分２０１と第１タブ１８との間に第２電極シート１４がない。絶縁層を設けることにより、第１タブ１８と第２電極シート１４との接触による内部短絡を防止することができる。

本出願の一実施例によれば、電極アセンブリ１０の厚み方向に、絶縁層２０の正投影は第１タブ１８の正投影を覆っている。すなわち、電極アセンブリ１０の長手方向に、絶縁層２０が電極アセンブリの本体方向に向かって第１タブ１８から延び出し、かつ電極アセンブリ１０の幅方向に、絶縁層２０の幅が第１タブ１８の幅以上である。ここで、電極

アセンブリ１０の幅方向は、長手方向及び厚み方向により形成される平面と垂直となる。

本出願の一実施例によれば、第１タブ１８は積層して配置される複数の第１タブユニット２４を含み、複数の第１タブユニット２４が絶縁層２０に隣接する最内層の第１タブユニット２６を含み、絶縁層２０と最内層の第１タブユニット２６との間に第２電極シート１４がなく、電極アセンブリの幅方向に、絶縁層２０の幅が第１タブ１８の幅よりも大きい。すなわち、絶縁層２０は、第１タブ１８と第２電極シート１４との間のより良い隔離効果を達成するのに十分な幅を有する。電極アセンブリ１０の長手方向に、絶縁層２０は、電極アセンブリ１０の本体に挿入して脱落を防止する。

本出願の一実施例によれば、第１タブ１８は積層して配置される複数の第１タブユニット２４を含む。複数の第１タブユニット２４は絶縁層２０に隣接する最内層の第１タブユニット２６を含み、絶縁層２０は電極アセンブリ１０の外面に設けられる第２部分２０２を含む。第２部分２０２は巻回終了後に自動タブ溶接機で形成され、接着剤塗布の自動化を実現した。

本出願の一実施例によれば、第２部分２０２と第１部分２０１との一部が重なっている。第２部分２０２と第１部分２０１との一部が重なることにより、第１タブ１８と第２電極シート１４との間のより良い隔離効果を達成する。一実施例では、絶縁層２０は、電極アセンブリ１０の長手方向に沿って少なくとも第１タブ１８の一部を覆っている。

本出願の一実施例によれば、第１タブ１８は電極アセンブリ１０の外側に設けられかつアダプタ用タブ３０と溶接されるテール部分３２を含み、テール部分３２が電極アセンブリ１０の厚み方向に沿って延在し、絶縁層２０がテール部分３２を覆っている。一実施例では、電極アセンブリ１０は上部及び下部を含み、第１タブ１８が上部の第１電極シート１２に設けられかつ電極アセンブリ１０の長手方向と平行になって延在し、電極アセンブリ１０の本体から延び出した後、電極アセンブリ１０の厚み方向に、電極アセンブリ１０の下部に向かって１回目の撓みが生じ、電極アセンブリ１０の下部から離れて上部に向かって２回目の撓みが生じる。一実施例では、１回目の撓み角度は約９０度で、２回目の撓み角度は約１８０度である。２回目の撓みが生じた後、第１タブ１８は、アダプタ用タブ３０と溶接して溶接領域３４を形成する。溶接方式は、超音波溶接又は実際の製造に適した他の溶接方式であってもよい。 このような構成により、溶接領域３４が従来の水平状態から垂直状態に変え、タブ溶接領域３４の占用スペースを削減し、電極アセンブリのエネルギー密度を増加した。

本出願の一実施例によれば、絶縁層２０はさらに第１タブ１８の最外層の第１タブユニットに設けられる第３部分２０３を含み、第３部分２０３が電極アセンブリ１０の長手方向に沿って電極アセンブリ１０の外面まで延在し、最外層の第１タブユニットに沿って２回目の撓みにほぼ近い部分まで延在し、溶接領域３４をマルチタブ本体構造から分離する。前記最外層の第１タブユニットは電極アセンブリ１０の最外部に設けられる第１タブユ

ニットであって、最内層の第１タブユニット２６と対応する。

本出願の一実施例によれば、第１電極シート１２は正極シート又は負極シートのいずれか一種であり、対応する第２電極シート１４は正極シート又は負極シートの他方である。そして、第１タブ１８と第２タブとは、電極アセンブリの厚み方向に沿って重ならない。図１は第１電極シート１２が正極シートである実施例を示し、図２及び図３は第１電極シート１２が負極シートである実施例を示す。他の実施例では、第１電極シート１２と同様に、第２電極シート１４にさらに第２タブが設けられ、絶縁層２０がまた第２電極シート１４に設けられてもよく、絶縁層２０と第２タブ１４との間に第１電極シート１２がない。すなわち、絶縁層２０を正極タブと負極シートとの間、負極タブと正極シートとの間に同時に配置してもよく、より優れた隔離効果を達成し、電池の内部短絡現象の発生を防止する。

図１を参照して、本出願の一実施例によれば、正極の縁部に正極絶縁保護層が設けられてもよく、その厚さが正極膜より薄く、セルの長手方向に、該正極絶縁保護層が負極活物質層から延び出す。正極絶縁保護層は、正極集電体の空箔領域を保護し、アルミニウム箔が負極活物質層と接触して短絡することを防止する。もちろん、正極絶縁保護層は必要に応じて設けられてもよい。すなわち、正極シートの縁部に正極絶縁保護層を設けなくてもよい。

本出願の一実施例によれば、具体的に図３を参照して、絶縁層２０と第１タブ１８との間に第１電極シート１２が設けられる。すなわち、絶縁層２０の第１部分２０１は、第１電極シート１２に隣接する第２電極シート１４に貼り付けられてもよく、第１部分２０１と第２部分２０２とは絶縁層２０全体を構成することができる。第１部分２０１は電極アセンブリ１０の本体内に挿入して脱落を防止し、第１部分２０１が巻き回しの際に巻回機の接着剤塗布機構で形成されるとともに、第２部分２０２が電極アセンブリ１０の外面に貼り付けられるように、第２部分２０２に十分な長さを提供する。第２部分２０２は巻き回し終了後に、手動による接着剤塗布で電極アセンブリ１０の外面に貼り付けられる。したがって、接着剤塗布の半自動化を達成した。

溶接時に第１タブ１８の端部をきれいにするために、まず第１タブ１８を電極アセンブリの下部方向に集め、そして切断する。図２及び図３を参照して、絶縁層２０は、溶接領域３４の表面に設けられる第４部分２０４をさらに含み、溶接終了後、溶接領域３４の表面に第４部分２０４を貼り付け、電極アセンブリの表面に第３部分２０３を貼り付け、溶接バリなどがセパレータを貫通して電池ケースと接触して、内部短絡を起こすことを防止する。絶縁層２０を設けた後、第１タブ１２及びアダプタ用タブ３０を折り曲げて成形し、絶縁層２０の配置により、折り曲げられた第１タブ１８又は溶接領域３４が電極アセンブリ１０の内部短絡現象の発生を防止する。

本出願はさらに電池を提供し、電極アセンブリ１０、及び電極アセンブリ１０を収容したケースを備え、電極アセンブリ１０が上記のいずれか一実施例による電極アセンブリ１０である。アダプタ用タブ３０はケースから延び出し、シーラント３６でケースと接続される。

本出願は、多層タブの電極アセンブリにおけるタブ曲げ領域に接着剤を使用して、電池の内部短絡を防止し、それによって電池の安全性能を効果的に向上させる。電池ヘッド部のスペースにおけるタブ溶接領域を減らすために、本出願はタブをＵ字形に曲げる方法を使用し、溶接領域３４を水平状態から垂直状態に変え、それによってタブ溶接領域３４の占用スペースを減少させ、セルのエネルギー密度を増加させる。同時に、本出願の電極アセンブリ１０の構造は、接着剤塗布機能を備えた巻回機構と組み合わせて使用し、そして自動タブ溶接機と協働して、接着剤塗布の自動化又は半自動化を実現した。

以上の説明は本出願の好適な実施例に過ぎず、本出願を限定することを意図するものではなく、当業者であれば、本出願に対して様々な変更及び修正を行うことができる。本出願の精神及び原理の範囲内で行われる任意の修正、等価の置換、改良などは、本出願の保護範囲内に含まれるべきである。

１０ 電極アセンブリ
１２ 第１電極シート
１４ 第２電極シート
１６ セパレータ
１８ 第１タブ
２０ 絶縁層
２３ 第１端部
２４ 第１タブユニット
２６ 第１タブユニット
３０ アダプタ用タブ
３２ テール部分
３４ タブ溶接領域
３６ シーラント
２０１ 第１部分
２０２ 第２部分
２０３ 第３部分
２０４ 第４部分

Claims (4)

1. 第１電極シート、第２電極シート、及び前記第１電極シートと前記第２電極シートとの間に設けられるセパレータを含む電極アセンブリであって、
   前記第１電極シートと前記第２電極シートと前記セパレータとが巻回して前記電極アセンブリの本体を形成し、
   前記電極アセンブリは、
   前記第１電極シートに設けられる第１タブと、
   第１部分を含む絶縁層と、
   をさらに含み、
   前記第１タブは、
   前記電極アセンブリの本体の長手方向と平行になって延在し、そして前記電極アセンブリの本体の厚さ方向に向かって撓みが生じるように設置されており、前記電極アセンブリの本体の厚さ方向に向かって撓みが生じるように設置された部分は、撓み部を形成し、
   前記絶縁層の第１部分は、前記撓み部の、前記電極アセンブリの本体に対向する面を覆い、
   前記絶縁層の第１部分の一つの端部が前記電極アセンブリの本体の内部まで延びており、
   前記絶縁層の第１部分と前記第１タブとの間に前記第２電極シートがない、
   ことを特徴とする電極アセンブリ。
2. 前記絶縁層はさらに前記電極アセンブリの外面に設けられる第２部分を含む請求項１に記載の電極アセンブリ。
3. 前記第２部分と前記第１部分との一部が重なっている請求項２に記載の電極アセンブリ。
4. 請求項1から３のいずれか一項に記載の電極アセンブリと、前記電極アセンブリを収容するケースとを備える電池。

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