JP7075712B2 - シート型リチウムイオン電池およびシート型リチウムイオン電池用電極端子 - Google Patents
シート型リチウムイオン電池およびシート型リチウムイオン電池用電極端子 Download PDFInfo
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Description
特許文献1のリチウムイオン二次電池は、発電要素の正極層に対して電気的に接続された正極端子と、発電要素の負極層に対して電気的に接続された負極端子と、を有している。
これらの電極端子は、それぞれ、シール部における一対の外装体どうしの間隙を通して、リチウムイオン二次電池の内部から外部に亘って配置され、かつ、外方に向けて突出している。
正極層と、リチウムイオン伝導性を有する電解質層と、負極層と、がこの順に積層されることにより構成された発電素子を1つ以上含む電池本体と、
上記電池本体が封入されている外装体と、
上記電池本体と電気的に接続され、上記外装体に設けられ、かつ、少なくとも一部が上記外装体の外面側に露出している電極端子と、
を備えるシート状のリチウムイオン電池であって、
上記電極端子は極性が異なる第1の電極端子および第2の電極端子を含み、
上記第1の電極端子および上記第2の電極端子は、シート状の当該リチウムイオン電池が表裏反転しても上記電極端子の極性が電子機器の端子の極性と整合するように構成されており、
上記外装体の折り曲げられた部分からなる当該リチウムイオン電池の第1面の一端部Aには、上記第1の電極端子の一部分、上記第2の電極端子の一部分および上記第1の電極端子の一部分がこの順番に設けられており、
上記外装体の折り曲げられた部分からなり、当該リチウムイオン電池の上記第1面の上記一端部Aと対向する位置にある、当該リチウムイオン電池の第2面の一端部Bには、上記第1の電極端子の一部分、上記第2の電極端子の一部分および上記第1の電極端子の一部分がこの順番に設けられており、
上記電子機器の端子は正極端子と負極端子が互いに隣り合う位置に配置されているシート型リチウムイオン電池が提供される。
正極層と、リチウムイオン伝導性を有する電解質層と、負極層と、がこの順に積層されることにより構成された発電素子を1つ以上含む電池本体と、
上記電池本体が封入されている外装体と、
上記電池本体と電気的に接続され、上記外装体に設けられ、かつ、少なくとも一部が上記外装体の外面側に露出している電極端子と、
を備えるシート状のリチウムイオン電池に使用される上記電極端子であって、
極性が異なる第1の電極端子および第2の電極端子を備え、
上記第1の電極端子および上記第2の電極端子は、シート状の上記リチウムイオン電池が表裏反転しても上記電極端子の極性が電子機器の端子の極性と整合するように構成されており、
上記外装体の折り曲げられた部分からなる上記リチウムイオン電池の第1面の一端部Aに、上記第1の電極端子の一部分、上記第2の電極端子の一部分および上記第1の電極端子の一部分がこの順番に設けられるように構成されており、
上記外装体の折り曲げられた部分からなり、上記リチウムイオン電池の上記第1面の上記一端部Aと対向する位置にある、上記リチウムイオン電池の第2面の一端部Bに、上記第1の電極端子の一部分、上記第2の電極端子の一部分および上記第1の電極端子の一部分がこの順番に設けられるように構成されており、
上記電子機器の端子は正極端子と負極端子が互いに隣り合う位置に配置されているシート型リチウムイオン電池用電極端子が提供される。
本実施形態に係るシート型リチウムイオン電池100は、正極層と、リチウムイオン伝導性を有する電解質層と、負極層と、がこの順に積層されることにより構成された発電素子を1つ以上含む電池本体10と、電池本体10が封入されている外装体20と、電池本体10と電気的に接続され、かつ、少なくとも一部が外装体20の外面側に露出している電極端子50と、を備えている。
そして、図1に示すように、電極端子50は極性が異なる第1の電極端子50aおよび第2の電極端子50bを含み、第1の電極端子50aおよび第2の電極端子50bは、シート型リチウムイオン電池100が表裏反転しても電極端子50の極性が電子機器200の端子201、203の極性と整合するように構成されている。
正極端子は電池本体10の一端側の正極層に対して電気的に接続し、負極端子は、電池本体10の他端側の負極層に対して電気的に接続している。
シート型リチウムイオン電池100の第1面100aの一端部A(20A)には、第1の電極端子50aの一部分、第2の電極端子50bの一部分および第1の電極端子50aの一部分がこの順番に設けられており、シート型リチウムイオン電池100の第1面100aの一端部A(20A)と対向する位置にある、シート型リチウムイオン電池100の第2面100bの一端部B(20B)には、第1の電極端子50aの一部分、第2の電極端子50bの一部分および第1の電極端子50aの一部分がこの順番に設けられている。
このような構成とすることで、図1に示すように、シート型リチウムイオン電池100が表裏反転しても、負極端子である第1の電極端子50aが電子機器200の負極端子である端子201に接続でき、正極端子である第2の電極端子50bが電子機器200の正極端子である端子203に接続できる。すなわち、シート型リチウムイオン電池100が表裏反転しても、電極端子50が電子機器200の端子201、203の極性と整合することができる。
なお、図1では、端子201が負極端子であり、端子203が正極端子である例を示している。
こうすることで、一つの第1の電極端子50aにより、第1の電極端子50aの一部分、第2の電極端子50bの一部分および第1の電極端子50aの一部分がこの順番に設けられた構造とすることができ、シート型リチウムイオン電池100をより単純な構造とすることができる。
発電素子の平面形状は、任意の形状とすることができる。例えば、円形であってもよいし、その他の形状(例えば矩形状等)であってもよい。
本実施形態に係る金属層を有するラミネートフィルムは、金属層の少なくとも一方の面に樹脂層をさらに有していてもよい。これにより、金属層を有するラミネートフィルムにヒートシール性を付与することができる。
上記樹脂層を構成する樹脂材料は、特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)等を用いることができる。
すなわち、外装体20の間に電池本体10が配置された状態で、外装体20の周縁部どうしがシール(ヒートシール等)されることにより、外装体20の間に電池本体10が封入されている。
正極層は特に限定されず、リチウムイオン電池に一般的に用いられている正極を使用することができる。正極層は、通常、正極活物質層と、正極集電体と、を含む。
正極層は特に限定されないが、一般的に公知の方法に準じて製造することができる。例えば、正極活物質を含む正極活物質層を正極集電体上に形成することにより得ることができる。
正極層の厚みや密度は、電池の使用用途等に応じて適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。
正極活物質層中の各種材料の配合割合は、電池の使用用途等に応じて、適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。
これらの中でも、より高い放電容量密度を有し、かつ、サイクル特性により優れる観点から、硫化物系正極活物質が好ましく、Li-Mo-S化合物、Li-Ti-S化合物、Li-V-S化合物から選択される一種または二種以上がより好ましい。
また、Li-Ti-S化合物は構成元素としてLi、Ti、およびSを含んでいるものであり、通常は原料であるチタン硫化物と硫化リチウムをメカノケミカル処理等の混合粉砕することにより得ることができる。
Li-V-S化合物は構成元素としてLi、V、およびSを含んでいるものであり、通常は原料であるバナジウム硫化物と硫化リチウムをメカノケミカル処理等の混合粉砕することにより得ることができる。
その他のリチウム系無機固体電解質材料としては、例えば、LiPON、LiNbO3、LiTaO3、Li3PO4、LiPO4-xNx(xは0<x≦1)、LiN、LiI、LISICON等が挙げられる。さらに、これらの無機固体電解質の結晶を析出させて得られるガラスセラミックスも固体電解質材料として用いることができる。
ポリマー電解質としては、一般的にリチウムイオン電池に用いられるものを用いることができる。
これらの中でも、粒子径が小さく、価格が安いカーボンブラック類が好ましい。
ポリマー電解質以外のバインダーとしては、リチウムイオン電池で一般的に使用されるバインダーであれば特に限定されないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ヘキシル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ヘキシル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ポリヘキサフルオロプロピレン、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。これらのバインダーは1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
負極層は特に限定されず、リチウムイオン電池に一般的に用いられている負極を使用することができる。負極層は、通常、負極活物質層と、負極集電体と、を含む。
負極層は特に限定されないが、一般的に公知の方法に準じて製造することができる。例えば、負極活物質を含む負極活物質層を負極集電体上に形成することにより得ることができる。
負極層の厚みや密度は、電池の使用用途等に応じて適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。
負極活物質層中の各種材料の配合割合は、電池の使用用途等に応じて、適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。
電解質層は、正極層と負極層との間に介在するように配置される層である。電解質層としては、多孔性セパレーターに非水電解液を含浸させたものや、固体電解質材料を含む固体電解質層が挙げられる。
多孔性膜としては微多孔性高分子フィルムが好適に使用され、材質としてポリオレフィン、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステル等が挙げられる。特に、多孔性ポリオレフィンフィルムが好ましく、具体的には多孔性ポリエチレンフィルム、多孔性ポリプロピレンフィルム等が挙げられる。
上記電解質としては、公知のリチウム塩がいずれも使用でき、活物質の種類に応じて選択すればよい。例えば、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiB10Cl10、LiAlCl4、LiCl、LiBr、LiB(C2H5)4、CF3SO3Li、CH3SO3Li、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、Li(CF3SO2)2N、低級脂肪酸カルボン酸リチウム等が挙げられる。
また、本実施形態の固体電解質層は、バインダーを含有していてもよい。バインダーを含有することにより、可撓性を有する固体電解質層を得ることができる。バインダーとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素含有結着材を挙げることができる。
本実施形態に係るシート型リチウムイオン電池100は、電極端子50が形成されたシート状の外装体20で電池本体10を封入することにより作製することができる。例えば、図2に示すように、一方の面の中心部に凹形状の第1の電極端子50aと凸形状の第2の電極端子50bが形成された外装体20を準備する。ここで外装体20の他方の面には開口部を設け、電池本体10との接続部位を設ける。
次いで、電池本体10をこの外装体20で挟み込む。この際、図2に示す中心線C1で折り曲げることで、凹形状の第1の電極端子50aと凸形状の第2の電極端子50bが図1に示すように外装体20の両面に形成される。そして、外装体20の端部をヒートシールして電池本体10を封入することにより、図1に示すシート型リチウムイオン電池100を得ることができる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
以下、参考形態の例を付記する。
1.
正極層と、リチウムイオン伝導性を有する電解質層と、負極層と、がこの順に積層されることにより構成された発電素子を1つ以上含む電池本体と、
前記電池本体が封入されている外装体と、
前記電池本体と電気的に接続され、かつ、少なくとも一部が前記外装体の外面側に露出している電極端子と、
を備えるシート状のリチウムイオン電池であって、
前記電極端子は極性が異なる第1の電極端子および第2の電極端子を含み、
前記第1の電極端子および前記第2の電極端子は、シート状の当該リチウムイオン電池が表裏反転しても前記電極端子の極性が電子機器の端子の極性と整合するように構成されているシート型リチウムイオン電池。
2.
1.に記載のシート型リチウムイオン電池において、
当該リチウムイオン電池の第1面の一端部Aには、前記第1の電極端子の一部分、前記第2の電極端子の一部分および前記第1の電極端子の一部分がこの順番に設けられており、
当該リチウムイオン電池の前記第1面の前記一端部Aと対向する位置にある、当該リチウムイオン電池の第2面の一端部Bには、前記第1の電極端子の一部分、前記第2の電極端子の一部分および前記第1の電極端子の一部分がこの順番に設けられているシート型リチウムイオン電池。
3.
2.に記載のシート型リチウムイオン電池において、
当該リチウムイオン電池の前記第1面に設けられた前記第1の電極端子は平面視において凹形状であり、前記第2の電極端子の一部分が前記第1の電極端子の前記凹形状の凹部の内側に位置しているシート型リチウムイオン電池。
4.
2.または3.に記載のシート型リチウムイオン電池において、
当該リチウムイオン電池の前記第2面に設けられた前記第2の電極端子は平面視において凸形状であり、前記第2の電極端子の前記凸形状の凸部が、2つの前記第1の電極端子の一部分の間に位置しているシート型リチウムイオン電池。
5.
1.乃至4.いずれか一つに記載のシート型リチウムイオン電池において、
前記電極端子の少なくとも一部分は、前記外装体に埋め込まれているシート型リチウムイオン電池。
6.
1.乃至5.いずれか一つに記載のシート型リチウムイオン電池において、
前記外装体は少なくとも金属層を有するラミネートフィルムを含むシート型リチウムイオン電池。
7.
1.乃至6.いずれか一つに記載のシート型リチウムイオン電池において、
厚みが最大の部分の厚さが1.0mm以下であるシート型リチウムイオン電池。
8.
1.乃至7.のいずれか一つに記載のシート型リチウムイオン電池において、
前記電解質層が固体電解質層であり、
前記電池本体が全固体型リチウムイオン電池であるシート型リチウムイオン電池。
9.
1.乃至8.のいずれか一つに記載のシート型リチウムイオン電池において、
前記電池本体が前記発電素子を2つ以上含むバイポーラ型リチウムイオン電池であるシート型リチウムイオン電池。
10.
正極層と、リチウムイオン伝導性を有する電解質層と、負極層と、がこの順に積層されることにより構成された発電素子を1つ以上含む電池本体と、
前記電池本体が封入されている外装体と、
前記電池本体と電気的に接続され、かつ、少なくとも一部が前記外装体の外面側に露出している電極端子と、
を備えるシート状のリチウムイオン電池に使用される前記電極端子であって、
極性が異なる第1の電極端子および第2の電極端子を備え、
前記第1の電極端子および前記第2の電極端子は、シート状の前記リチウムイオン電池が表裏反転しても前記電極端子の極性が電子機器の端子の極性と整合するように構成されているシート型リチウムイオン電池用電極端子。
11.
10.に記載のシート型リチウムイオン電池用電極端子において、
前記リチウムイオン電池の第1面の一端部Aに、前記第1の電極端子の一部分、前記第2の電極端子の一部分および前記第1の電極端子の一部分がこの順番に設けられるように構成されており、
前記リチウムイオン電池の前記第1面の前記一端部Aと対向する位置にある、前記リチウムイオン電池の第2面の一端部Bに、前記第1の電極端子の一部分、前記第2の電極端子の一部分および前記第1の電極端子の一部分がこの順番に設けられるように構成されているシート型リチウムイオン電池用電極端子。
12.
11.に記載のシート型リチウムイオン電池用電極端子において、
前記リチウムイオン電池の前記第1面に設けられる前記第1の電極端子は平面視において凹形状であり、前記第2の電極端子の一部分が前記第1の電極端子の前記凹形状の凹部の内側に位置しているシート型リチウムイオン電池用電極端子。
13.
11.または12.に記載のシート型リチウムイオン電池用電極端子において、
前記リチウムイオン電池の前記第2面に設けられる前記第2の電極端子は平面視において凸形状であり、前記第2の電極端子の前記凸形状の凸部が、2つの前記第1の電極端子の一部分の間に位置しているシート型リチウムイオン電池用電極端子。
10 電池本体
20 外装体
20A 第1面の一端部A
20B 第2面の一端部B
50 電極端子
50a 第1の電極端子
50b 第2の電極端子
100 シート型リチウムイオン電池
100a 第1面
100b 第2面
200 電子機器
201 端子
203 端子
Claims (11)
- 正極層と、リチウムイオン伝導性を有する電解質層と、負極層と、がこの順に積層されることにより構成された発電素子を1つ以上含む電池本体と、
前記電池本体が封入されている外装体と、
前記電池本体と電気的に接続され、前記外装体に設けられ、かつ、少なくとも一部が前記外装体の外面側に露出している電極端子と、
を備えるシート状のリチウムイオン電池であって、
前記電極端子は極性が異なる第1の電極端子および第2の電極端子を含み、
前記第1の電極端子および前記第2の電極端子は、シート状の当該リチウムイオン電池が表裏反転しても前記電極端子の極性が電子機器の端子の極性と整合するように構成されており、
前記外装体の折り曲げられた部分からなる当該リチウムイオン電池の第1面の一端部Aには、前記第1の電極端子の一部分、前記第2の電極端子の一部分および前記第1の電極端子の一部分がこの順番に設けられており、
前記外装体の折り曲げられた部分からなり、当該リチウムイオン電池の前記第1面の前記一端部Aと対向する位置にある、当該リチウムイオン電池の第2面の一端部Bには、前記第1の電極端子の一部分、前記第2の電極端子の一部分および前記第1の電極端子の一部分がこの順番に設けられており、
前記電子機器の端子は正極端子と負極端子が互いに隣り合う位置に配置されているシート型リチウムイオン電池。 - 請求項1に記載のシート型リチウムイオン電池において、
当該リチウムイオン電池の前記第1面に設けられた前記第1の電極端子は平面視において凹形状であり、前記第2の電極端子の一部分が前記第1の電極端子の前記凹形状の凹部の内側に位置しているシート型リチウムイオン電池。 - 請求項1または2に記載のシート型リチウムイオン電池において、
当該リチウムイオン電池の前記第2面に設けられた前記第2の電極端子は平面視において凸形状であり、前記第2の電極端子の前記凸形状の凸部が、2つの前記第1の電極端子の一部分の間に位置しているシート型リチウムイオン電池。 - 請求項1乃至3いずれか一項に記載のシート型リチウムイオン電池において、
前記電極端子の少なくとも一部分は、前記外装体に埋め込まれているシート型リチウムイオン電池。 - 請求項1乃至4いずれか一項に記載のシート型リチウムイオン電池において、
前記外装体は少なくとも金属層を有するラミネートフィルムを含むシート型リチウムイオン電池。 - 請求項1乃至5いずれか一項に記載のシート型リチウムイオン電池において、
厚みが最大の部分の厚さが1.0mm以下であるシート型リチウムイオン電池。 - 請求項1乃至6のいずれか一項に記載のシート型リチウムイオン電池において、
前記電解質層が固体電解質層であり、
前記電池本体が全固体型リチウムイオン電池であるシート型リチウムイオン電池。 - 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のシート型リチウムイオン電池において、
前記電池本体が前記発電素子を2つ以上含むバイポーラ型リチウムイオン電池であるシート型リチウムイオン電池。 - 正極層と、リチウムイオン伝導性を有する電解質層と、負極層と、がこの順に積層されることにより構成された発電素子を1つ以上含む電池本体と、
前記電池本体が封入されている外装体と、
前記電池本体と電気的に接続され、前記外装体に設けられ、かつ、少なくとも一部が前記外装体の外面側に露出している電極端子と、
を備えるシート状のリチウムイオン電池に使用される前記電極端子であって、
極性が異なる第1の電極端子および第2の電極端子を備え、
前記第1の電極端子および前記第2の電極端子は、シート状の前記リチウムイオン電池が表裏反転しても前記電極端子の極性が電子機器の端子の極性と整合するように構成されており、
前記外装体の折り曲げられた部分からなる前記リチウムイオン電池の第1面の一端部Aに、前記第1の電極端子の一部分、前記第2の電極端子の一部分および前記第1の電極端子の一部分がこの順番に設けられるように構成されており、
前記外装体の折り曲げられた部分からなり、前記リチウムイオン電池の前記第1面の前記一端部Aと対向する位置にある、前記リチウムイオン電池の第2面の一端部Bに、前記第1の電極端子の一部分、前記第2の電極端子の一部分および前記第1の電極端子の一部分がこの順番に設けられるように構成されており、
前記電子機器の端子は正極端子と負極端子が互いに隣り合う位置に配置されているシート型リチウムイオン電池用電極端子。 - 請求項9に記載のシート型リチウムイオン電池用電極端子において、
前記リチウムイオン電池の前記第1面に設けられる前記第1の電極端子は平面視において凹形状であり、前記第2の電極端子の一部分が前記第1の電極端子の前記凹形状の凹部の内側に位置しているシート型リチウムイオン電池用電極端子。 - 請求項9または10に記載のシート型リチウムイオン電池用電極端子において、
前記リチウムイオン電池の前記第2面に設けられる前記第2の電極端子は平面視において凸形状であり、前記第2の電極端子の前記凸形状の凸部が、2つの前記第1の電極端子の一部分の間に位置しているシート型リチウムイオン電池用電極端子。
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