JP7163404B2 - 電池セル及びリチウムイオン電池 - Google Patents

Description

本出願が電池分野に関し、特に電池セル及びリチウムイオン電池に関する。

リチウムイオン電池が消費性の電子製品に広く応用されており、ただし、リチウムイオン電池自分の特性のため、一定な安全リスクがある。例えば、消費性の電子製品が落ちる中、外層アルミ箔が剥がれやすくなり、電池内部が短絡故障になってしまう。この問題を解決するために、両面コート電極シートを有するリチウムイオン電池を採用でき、テール部にセパレータを使用し、転落中に外層のセパレータとパックの間に大きな摩擦があるので、衝撃力を緩とでき、且つ外層が両面電極シートのみ有するので、剥がれ及び破損短絡のリスクが大幅に低減されている。この電極シートには、完全連続塗布が採用されているので、タブ側だけ差異があるので、電池セルの先頭端を識別しにくくなっており、もし、投入ミスによるタブずれがパッケージに影響を与える可能性がある。

関連技術にある問題に対して、本出願の目的は、電極シートのヘッド部及びテール部を識別できる電池セル及びリチウムイオン電池を提供する。

上記の目的を実現するため、本出願は、巻回して電池セルの一部を形成する第１の電極シートであって、展開した第１の電極シートの長さ方向に沿って、第１の端部を有し、第１の端部のエッジに第１の切り欠きが形成されている第１の電極シートを含む電池セルを提供する。

本出願の実施例によれば、第１の電極シートは、第１の端部と長さ方向に対向する第２の端部をさらに有し、そのうち、第２の端部のエッジに第２の切り欠きが形成されている。

本出願の実施例によれば、第１の切り欠きと第２の切り欠きが、長さ方向に互いに対向し、且つ二者の開口方向が互いに反対である。

本出願の実施例によれば、第１の端部と第２の端部の一方は、第１の電極シートのヘッド部を形成し、他方は、第１の電極シートのテール部を形成する。

本出願の実施例によれば、巻回して電池セルの一部を形成する第２の電極シートをさらに含み、そのうち、展開した第２の電極シートの長さ方向に沿って、第２の電極シートは第３の端部を有し、第３の端部のエッジに第３の切り欠きが形成されている。

本出願の実施例によれば、第２の電極シートは、第３の端部と第２の電極シートの長さ方向に対向する第４の端部をさらに有し、そのうち、第４の端部のエッジに第４の切り欠きが形成されている。

本出願の実施例によれば、第３の切り欠きと第４の切り欠きが、第２の電極シートの長さ方向に互いに対向し、且つ二者の開口方向が互いに反対である。

本出願の実施例によれば、第３の端部と第４の端部の一方は、第２の電極シートのヘッド部を形成し、他方は、第２の電極シートのテール部を形成する。

本出願の実施例によれば、第１の電極シートと第２の電極シートの一方は正極シートであって、他方は負極シートである。

本出願の実施例によれば、第１の切り欠きが負極シートの先頭段に形成されていて、第３の切り欠きが正極シートの末端段に形成されている。

本出願の以上の何れか実施例によれば、電池セルの厚さ方向に沿って、電池セルの頂部にタブが設けられている。

本出願の実施例によれば、厚さ方向に沿って、電池セルの頂部と対向する底部にタブが設けられている。

本出願のもう１つ実施例によれば、上記何れかの実施例に記載の電池セル、及び電池セルをパッケージするパックを含むリチウムイオン電池をさらに提供する。

本出願の有益な技術效果は以下のとおりである。

本出願において、第１の電極シートの長さ方向に沿って、第１の電極シートが第１の端部を有し、第１の端部のエッジに第１の切り欠きが形成されていることは、第１の電極シートのヘッド部とテール部の識別に資するため、電池セル置き換え中、外力点が直接に単一の電極シートに作用されることを避けて、そして、電池セルの置き換え中の安全リスクが低減される。

図１は、本出願の電池セルの第１の電極シートの一実施例の上面図である。 図２は、本出願の電池セルの第１の電極シートの一実施例の上面図である。 図３は、本出願の電池セルの第１の電極シートの一実施例の上面図である。 図４は本出願の電池セルの第２の電極シートの一実施例の上面図である。 図５は、本出願の電池セルの中の一つの電極シートの各実施例の模式図である。 図６は、本出願の電池セルの中の一つの電極シートの各実施例の模式図である。 図７は、本出願の電池セルの中の一つの電極シートの各実施例の模式図である。 図８は、本出願の電池セルの中の一つの電極シートの各実施例の模式図である。 図９は、本出願の電池セルの一実施例の上面図であって、そのうち、タブが電池セルの同じ側に位置している。 図１０は、本出願の電池セルの他の実施例の上面図であって、そのうち、タブが電池セルの両側に位置いている。 図１１は、本出願の電池セルの一実施例の上面図であって、そのうち、タブが分断されてない。

図１を参照して、本出願が、巻回して電池セルの一部を形成する第１の電極シート２であって、展開した第１の電極シート２の長さ方向に沿って、第１の端部４を有し、第１の端部４のエッジに第１の切り欠き６が形成されている第１の電極シート２を含む電池セル１を提供する。

つまり、連続塗布する正極シートの一端に切り欠きが設けられることは、電極シートのヘッド部及びテール部の識別に資し、電極シートが電池セルの内部に位置する一端は、ヘッド部であって、電極シートが電池セル外部に位置する一端は、テール部である。通常、電池セルが一定時間に使用された後に、寿命減衰による置き換えが必要になることがあり、電極シートに切り欠きが設けられることにより、電池セルの置き換え中に、外力点が電池セル置き換え中に直接に単一の電極シートに作用されることを避け、そして、電池セルの置き換え中の安全リスクが削減されている。

図２を参照して、本出願の実施例によれば、第１の電極シート２は、第１の端部４と長さ方向に対向する第２の端部８をさらに有し、そのうち、第２の端部８のエッジに第２の切り欠き１０が形成されている。

投入の位置決めため、第１の電極シート２の第１の端部４或いは第２の端部８に切り欠きが設けられていてもよく、且つ電池セルの置き換え中、着力点が単一の電極シートであることを避け、短絡リスクを低減することができると考えているべきである。また、第１の切り欠き６或いは第２の切り欠き１０の中心が第１の電極シート２の第１の端部４或いは第２の端部８のエッジからの距離は、第１の端部４或いは第２の端部８の幅の１/３～２/３であって、第１の切り欠き６或いは第２の切り欠き１０の幅は、第１の電極シート２の第１の端部４或いは第２の端部８の幅の１/７～３/５であって、もし、第１の切り欠き６或いは第２の切り欠き１０が大きすぎて、第１の切り欠き６或いは第２の切り欠き１０のエッジと第１の電極シート２のエッジの距離が小すぎると、粉末が落ちやすくなって短絡になってしまい、第１の切り欠き６或いは第２の切り欠き１０が小すぎると、外力のこじ開け点を効果的に避けられない。ここに記述する第１の切り欠き６の中心とは、第１の切り欠き６が第１の電極シート２へ凹む最も深い箇所であることを意味し、第２の切り欠き１０の中心とは、第２の切り欠き１０が第１の電極シート２へ凹む最も深い箇所であることを意味する。第１の端部４或いは第２の端部８の幅とは、第１の電極シート２の幅方向に沿う幅である。

本出願の実施例によれば、図３に示すように、第１の切り欠き６と第２の切り欠き１０が、長さ方向に互いに対向し、且つ二者の開口方向が互いに反対である。前記第１の切り欠き６は軸対称構成であって、前記第２の切り欠き１０も軸対称構成であって、前記第１の切り欠き６の対称軸と前記第２の切り欠き１０の対称軸は同じで、即ち、二つの対称軸が一つの直線に位置する。

本出願の実施例によれば、第１の端部４と第２の端部８の一方は、第１の電極シート２のヘッド部を形成し、他方は、第１の電極シート２のテール部を形成する。

図４を参照し、本出願の実施例によれば、巻回して電池セルの一部を形成する第２の電極シート１２をさらに含み、そのうち、展開した第２の電極シート１２の長さ方向に沿って、第２の電極シート１２は第３の端部１４を有し、第３の端部１４のエッジに第３の切り欠き１６が形成されている。

本出願の実施例によれば、第２の電極シート１２は、第３の端部１４と第２の電極シート１２の長さ方向に対向する第４の端部をさらに有し、そのうち、第４の端部のエッジに第４の切り欠きが形成されている。

以上の実施例によれば、投入の位置決めのため、第２の電極シート１２の第３の端部１４或いは第４の端部に切り欠きが設けられていもよく、且つ電池セルの置き換え中、着力点が単一の電極シートであることを避け、短絡リスクを低減することができる。また、第３の切り欠き１６或いは第４の切り欠きの中心が第２の電極シート１２の第３の端部１４或いは第４の端部のエッジからの距離は、第３の端部１４或いは第４の端部の幅の１/３～２/３であって、第３の切り欠き１６或いは第４の切り欠きの幅は、第２の電極シート１２の第３の端部或いは第４の端部の幅の１/７～３/５であって、もし、第３の切り欠き１６或いは第４の切り欠きが大すぎて、第３の切り欠き１６或いは第４の切り欠きのエッジと第２の電極シート１２のエッジの距離が小すぎると、粉末が落ちやすくなって短絡になってしまい、第３の切り欠き１６或いは第４の切り欠きが小すぎると、外力のこじ開け点を効果的に避けられない。

本出願の実施例によれば、第３の切り欠き１６と第４の切り欠きが、第２の電極シートの長さ方向に互いに対向し、且つ二者の開口方向が互いに反対である。

本出願の実施例によれば、第３の端部１４と第４の端部の一方は、第２の電極シート１２のヘッド部を形成し、他方は、第２の電極シート１２のテール部を形成する。

本出願の実施例によれば、第１の電極シート２と第２の電極シート１２の一方は、正極シートであって、他方は、負極シートである。１つの実施例において、第１の切り欠き６が負極シートの先頭段に形成されており、第３の切り欠き１６が正極シートの末端段に形成されている。当然、他の選択可能な実施例にも、様々な適切な構成を採用してもよいと理解するべきである。

本出願の実施例によれば、巻回して電池セルの一部分を形成するセパレータをさらに含み、そのうち、セパレータが第１の電極シート２と第２の電極シート１２間に設けられている。

以下、図５～図８を参照し、本出願の電池セルの中の１つの電極シートの各実施例の模式図を示している。以下の記述に、第１の電極シート２を正極シートとすることを実例として電極シートの各構成について記述し、ただ、以下記述する電極シートの構成は、同様に負極シート（例えば第２の電極シート１２）に適用されていて、つまり、以下の記述は本出願の構成に対して何らかの限定をしていないと理解すべきである。

図５に示すように、この実施例において、正極シート２の両面とも陰極活物質３が塗布されていて、且つこの正極シート２が第１の切り欠き６を含む。具体的に、この実施例において、正極シート２に複数のタブ５があって、タブ５が陰極集電体７のエッジから突出し、且つ陰極活物質３の頂部が陰極集電体７のエッジから約０～２ｍｍ突出する。つまり、この実施例において、陰極活物質３の頂部が、正極シート２のエッジとタブ５のエッジ間に位置する。

図６に示すように、この実施例において、正極シート２の両面とも陰極活物質３が塗布されていて、且つこの正極シート２が第１の切り欠き６を含む。具体的に、この実施例において、正極シート２に複数のタブ５があって、タブ５が陰極集電体７のエッジから突出し、且つ陰極活物質３の頂部が陰極集電体７のエッジから約０～２ｍｍ突出する。また、図５に示す実施例と異なるのは、図６の実施例には、絶縁層９をさらに含み、この絶縁層９がタブ５の箇所に塗布されていて活性物質３と接触する。

さらに、図７に示すように、この実施例において、正極シート２の両面とも陰極活物質３が塗布されていて、且つこの正極シート２が第１の切り欠き６を含む。具体的に、この実施例において、正極シート２に複数のタブ５があって、タブ５が陰極集電体７のエッジから突出する。また、この実施例には、絶縁層９をさらに含む。図６に示す実施例と異なるのは、図７における絶縁層９が活性物質３の塗布領域のエッジからタブ５の中下部まで延びている。

図８に示すように、本実施例において、正極シート２の両面とも陰極活物質３が塗布されていて、且つこの正極シート２が第１の切り欠き６を含む。以上の前記実施例と異なるのは、図８に示す実施例に、長さが集電体７と同じのタブ５を含み、且つタブ５が陰極集電体７の頂部から突出する。

以上の内容は、第１の電極シート２を正極シートとして記述し、以上記述するのすべての構成及び構造は、いずれも同様に負極シートに適用されていてもよく、以上はただ本出願の実施例であって、本出願に対して何らかの限定をしていないと理解すべきである。

図９と図１０を参照し、本出願の以上のいずれかの実施例によれば、電池セルの厚さ方向Ｔに、電池セルの頂部にタブ１８が設けられている。本出願の実施例によれば、厚さ方向Ｔに、電池セルの、頂部と対向する底部にタブ２０が設けられている。タブが電池セルの一側に位置してもよく、電池セルの両側に位置してもいいと理解すべきである。具体的に、図９に示す実施例において、タブ１８、２０が電池のセルの厚さ方向Ｔにおける頂部に設けられてもよいが、図１０に示す実施例において、タブ１８が電池セルの頂部に設けられてもよいが、タブ２０が電池セルの底部に設けられてもよい。当然、タブの位置及び構成は、具体的な使用状況によって定められると理解すべきである。

電極シートのヘッド部或いはテール部に切り欠きが設けられることは、電極シートのヘッド部及びテール部の識別に資し、特に、電池セルの頂部と底部とも電極シートが設けられるときに、電極シートのヘッド部とテール部を識別しにくくなって、切り欠きが設けられた後、ヘッド部とテール部を比較的に容易に識別でき、投入ミスによるタブずれが電池セルのパッケージに影響を与えることを効果的に避けられる。

図１１を参照し、本出願の１つの実施例によれば、もう一つの選択可能な構成をさらに提供した。図１１に示しているのは、本出願の電池セルの１つの実施例による上面図であって、そのうち、タブが分断されてない。具体的に、タブ１８、２０が電池セルの頂部と底部に設けられてもよいが、この実施例において、タブ１８、２０が分断されてないので、この電池セルは、タブの長さが集電体と同じである電極シートを含むようにする。当然、以上の内容は、ただ本出願の例示的な実施例において、選択可能な実施例に図９と図１０に示す構成を採用してもよく、図１１に示す構成を採用してもよい、なお、タブ２０を分断しなくて、タブ１８を分断してもよく、逆もそのとおりであると理解すべきである。そのため、以上記載した各実施例は、いずれも本出願に対して限定しない。

本出願のもう１つ実施例によれば、前記何れかの実施例に記載の電池セル、及び電池セルをパッケージするパックを含むリチウムイオン電池をさらに提供する。

以上記載した内容は、ただ本出願の好ましい実施例であるが、本出願を限定するものでなく、当業者にとって、本出願に対して、様々な変更及び変化ができる。本出願の精神及び原則の範囲に、行ったいかなる修正、同等置き換え、改進など、いずれも本出願の保護範囲に含まれるべきである。

Claims (21)

1. 第１の電極シートと、
   第２の電極シートと、
   前記第１の電極シートと前記第２の電極シートとの間に設けられ、前記第１の電極シートの長さ方向に沿って巻回するセパレータと、
   前記第１の電極シートの幅方向の一端に位置する第１のタブと、を含む電池セルであって、
   前記第１の電極シートの長さ方向に、前記第１の電極シートは第１のエッジを有し、且つ前記第１のエッジに第１の切り欠きが設けられており、
   前記第１のタブは、第１の電極シートの長さ方向に沿って設けられている複数のタブであることを特徴とする電池セル。
2. 前記第１の電極シートは、前記第１のタブと一体成型された第１の集電体を有する、請求項１に記載の電池セル。
3. 第１の電極シートと、
   第２の電極シートと、
   前記第１の電極シートと前記第２の電極シートとの間に設けられ、前記第１の電極シートの長さ方向に沿って巻回するセパレータと、
   前記第１の電極シートの幅方向の一端に位置する第１のタブと、を含む電池セルであって、
   前記第１の電極シートの長さ方向に、前記第１の電極シートは第１のエッジを有し、且つ前記第１のエッジに第１の切り欠きが設けられており、
   前記第１の電極シートは、前記第１のタブと一体成型された第１の集電体を有することを特徴とする電池セル。
4. 前記第１の電極シートの長さ方向に、前記第１のタブの長さと前記第１の集電体の長さが同じである請求項３に記載の電池セル。
5. 前記第１の切り欠きが設けられた前記第１のエッジから前記第１の電極シートの長手方向に沿って、前記第１の電極シートの両面に活物質が連続して塗布されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の電池セル。
6. 前記第１の電極シートは、前記第１の電極シートの長さ方向に前記第１のエッジと反対する第２のエッジを有し、前記第２のエッジに第２の切り欠きが設けられている、請求項１～４のいずれか１項に記載の電池セル。
7. 前記第１の切り欠きと前記第２の切り欠き、の開口方向が互いに反対である、請求項６に記載の電池セル。
8. 前記第１の切り欠きと前記第２の切り欠きとの対称軸が一本の直線に位置する請求項６に記載の電池セル。
9. 前記第１の電極シートの幅方向に、前記第１の電極シートは第３のエッジを有し、前記第１の切り欠きの対称軸から前記第３のエッジまでの距離は、前記第１の電極シートの幅の１/３～２/３であり、前記第２の切り欠きの対称軸から前記第３のエッジまでの距離は、前記第１の電極シートの幅の１/３～２/３である請求項６に記載の電池セル。
10. 前記第１の切り欠きの開口幅が前記第１の電極シートの幅の１/７～３/５であり、前記第２の切り欠きの開口幅が前記第１の電極シートの幅の１/７～３/５である請求項６に記載の電池セル。
11. 前記第２の電極シートの長さ方向に、前記第２の電極シートは第４のエッジを有し、且つ前記第４のエッジに第３の切り欠きが設けられている請求項１～４のいずれか１項に記載の電池セル。
12. 前記第２の電極シートは、前記第２の電極シートの長さ方向に第４のエッジと反対する第５のエッジを有し、前記第５のエッジに第４の切り欠きが設けられている請求項１１に記載の電池セル。
13. 前記第３の切り欠きと前記第４の切り欠きの開口方向が互いに反対である請求項１２に記載の電池セル。
14. 前記第２の電極シートの幅方向に、前記第２の電極シートは第６のエッジを有し、前記第３の切り欠きの対称軸から前記第６のエッジまでの距離は、前記第２の電極シートの幅の１/３～２/３であり、前記第４の切り欠きの対称軸から前記第６のエッジまでの距離は、前記第２の電極シートの幅の１/３～２/３である請求項１２に記載の電池セル。
15. 前記第３の切り欠きの開口幅が前記第２の電極シートの幅の１/７～３/５であり、前記第４の切り欠きの開口幅が前記第２の電極シートの幅の１/７～３/５である請求項１２に記載の電池セル。
16. 前記第１の電極シート及び前記第２の電極シートのうち、一方は正極シートであり、他方は負極シートである請求項１～４のいずれか１項に記載の電池セル。
17. 前記第１の切り欠きが前記負極シートの先頭段に形成され、前記正極シートの末端段に第３の切り欠きが形成される請求項１６に記載の電池セル。
18. 前記第１の電極シートと前記第１のタブの両方に活物質が設けられており、前記第１の電極シートに設けられた活物質と前記第１のタブに設けられた活物質が接触し、前記第１の電極シートの幅方向に、前記第１のタブに設けられた活物質の幅が０～２ｍｍである請求項１～４のいずれか１項に記載の電池セル。
19. 前記第１の電極シートと前記第１のタブの両方に絶縁層が設けられており、前記第１の電極シートに設けられた絶縁層と前記第１のタブに設けられた絶縁層が接触する請求項１～４のいずれか１項に記載の電池セル。
20. 前記第１の電極シートに活物質が設けられており、前記第１のタブに絶縁層が設けられており、前記第１の電極シートに設けられた活物質と前記第１のタブに設けられた絶縁層が接触する請求項１～４のいずれか１項に記載の電池セル。
21. 請求項１～２０のいずれか１項に記載の電池セル、及び前記電池セルをパッケージするパックを含むリチウムイオン電池。
    

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