JP7314389B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

本発明は電池分野に関し、特に二次電池に関する。

携帯電子機器の急速な発展に伴って、電池のエネルギー密度に対する要件はますます高くなる。二次電池において、金属ケースの代わりに包装フィルム（たとえばアルミニウムプラスチックフィルム又は鋼プラスチックフィルム）で作られた包装バッグを使用して、電池の重量を減らし、エネルギー密度を高めることができる。

従来技術では、通常、包装フィルムに窪みを打ち抜き、次に二重層構造に曲げる。二層の包装フィルムが直接接続されているエッジを除き、従来技術は、二層の包装フィルムの他のエッジでホットプレスして密封部を形成し、それにより、二層の包装フィルムに接続させて包装バッグを形成する。密封部は大きな空間を占め、二次電池のエネルギー密度に影響を及ぼし、従って、従来技術は、通常、密封部を曲げて、密封部が占める空間を減少する。しかしながら、密封部を曲げる時、二層の包装フィルムが直接接続されているエッジは密封部に近い領域で応力集中し、包装フィルムが破損するリスクがある。

背景技術に存在する問題に鑑みて、本発明の目的は、エネルギー密度を高めて、密封性能を改善できる二次電池を提供することである。

上記目的を実現するために、本発明は、電極アセンブリ及び包装バッグを備える二次電池を提供する。包装バッグは第１包装フィルム及び第２包装フィルムを備え、第２包装フィルムと第１包装フィルムが一体的に設けられ、第２包装フィルムが第１包装フィルムから縦方向のエッジに沿って延在して第１包装フィルムに折り返される。電極アセンブリは第１包装フィルムと第２包装フィルムとの間に設けられる。第１包装フィルムと第２包装フィルムは電極アセンブリの外側に接続されて密封部を形成し、密封部が側部密封領域及び底部密封領域を備える。側部密封領域は電極アセンブリの横方向に沿った外側に設けられ、且つ側部密封領域は電極アセンブリに近い方向へ曲げられる。底部密封領域は電極アセンブリの第２包装フィルムの折り返し部に近い側に設けられ、且つ底部密封領域は側部密封領域に接続される。

縦方向において、底部密封領域の電極アセンブリから離れるエッジは包装バッグのエッジと同じ平面にある。

底部密封領域は側部密封領域から延在しており、且つ側部密封領域から離れる方向に沿って、底部密封領域の縦方向でのサイズが徐々に減少する。

側部密封領域は、２つであり且つそれぞれ電極アセンブリの横方向に沿った両側に位置し、底部密封領域は、２つであり且つそれぞれ対応する１つの側部密封領域に接続される。横方向において、２つの底部密封領域が互いに分離される。

底部密封領域の幅は側部密封領域の幅よりも小さい。

側部密封領域は縦方向に延在している第１折り目線を有し、且つ側部密封領域は第１折り目線に沿って電極アセンブリへ曲げられる。横方向において、第１折り目線と底部密封領域との距離は０．１ｍｍ～２ｍｍである。

側部密封領域は第１領域及び第２領域を含み、第１領域が第１折り目線に沿って曲げられ、第２領域が第１領域の端部から延在して第１領域の電極アセンブリに近い側に折り返される。

二次電池は電極リード線をさらに備え、電極リード線が電極アセンブリに接続されて密封部を貫通する。電極リード線は、２つであり且つ電極アセンブリの底部密封領域から離れる側に位置する。

側部密封領域は、２つであり且つそれぞれ電極アセンブリの横方向に沿った両側に位置し、底部密封領域は、横方向の両端に沿ってそれぞれ２つの側部密封領域に接続される。

第１包装フィルムと第２包装フィルムの両方は保護層、金属層及び接続層を備え、接続層が金属層の電極アセンブリに向ける表面に設けられ、保護層が金属層の電極アセンブリから離れる表面に設けられる。第１包装フィルムの接続層は第２包装フィルムの接続層に溶接されて密封部を形成する。

本発明の有益な効果については、側部密封領域は電極アセンブリに近い方向へ曲げられて、側部密封領域の横方向でのサイズを減少させ、二次電池のエネルギー密度を高める。底部密封領域を設けることにより、第１包装フィルムと第２包装フィルムの接続強度を高めて、包装バッグの破裂のリスクを低減させ、包装バッグの密封性能を改善することができる。

本発明に係る二次電池の一実施例の模式図である。 図１の二次電池の線Ａ－Ａに沿った断面図である。 図１の二次電池の線Ｂ－Ｂに沿った断面図である。 図１の包装バッグの成形前の模式図である。 図４の包装バッグの包装フィルムの断面図である。 図１の二次電池の成形中の模式図である。 図６の二次電池の丸枠での拡大図である。 図７の二次電池の線Ｃ－Ｃに沿った断面図である。 本発明に係る二次電池の別の実施例の模式図である。

符号の説明：
１ 電極アセンブリ
２ 包装バッグ
２１ 第１包装フィルム
２２ 第２包装フィルム
２３ 密封部
２３１ 側部密封領域
２３１ａ 第１領域
２３１ｂ 第２領域
２３２ 底部密封領域
２４ 保護層
２５ 金属層
２６ 接続層
３ 電極リード線
４ 絶縁部材
Ｌ１ 第１折り目線
Ｌ２ 第２折り目線
Ｌ３ 第３折り目線
Ｘ 縦方向
Ｙ 横方向
Ｚ 厚さ方向

本願の目的、技術案及び利点をより明確で理解しやすくするために、以下、図面及び実施例を参照しながら本願をさらに詳細に説明する。理解されるように、ここで説明された具体的な実施例は本願を解釈するためのものに過ぎず、本願を制限するものではない。

本願の説明において、特に明確に規定限定されていない限り、「第１」、「第２」、「第３」等の用語は、相対的な重要性を指示又は暗示するものではなく、説明するためのものに過ぎず、用語「複数」は２つ以上（２つを含む）を意味し、特に規定説明されていない限り、用語「接続」は、広義に理解すべきであり、たとえば、「接続」は固定的接続であってもよく、取り外し可能接続、又は一体的接続、電気的接続、信号接続であってもよく、「接続」は直接接続であってもよく、中間媒体を介した間接的接続であってもよい。当業者にとって、具体的な状況に応じて上記用語の本願での具体的な意味を理解することができる。

ただし、本明細書の説明において、本願の実施例に説明された「上」、「下」等の方位詞は図面に示される角度から説明されており、本願の実施例に対する制限として理解されるべきではない。以下、具体的な実施例及び図面を組み合わせて本願を更に詳細に説明する。

図１～図３に示すように、第１実施例では、本願の二次電池は電極アセンブリ１、包装バッグ２、電極リード線３及び絶縁部材４を備える。

電極アセンブリ１は二次電池が充放電機能を実現するためのコア部材である。電極アセンブリ１は正極板、負極板及びセパレータを備え、セパレータは正極板と負極板を分離する。正極板は、正極集電体及び正極集電体の表面に塗布されている正極活物質層を備え、正極集電体がアルミ箔であってもよく、正極活物質層が三元材料、マンガン酸リチウム又はリン酸鉄リチウムを含む。負極板は負極集電体及び負極集電体の表面に塗布されている負極活物質層を含み、負極集電体が銅箔であってもよく、負極活物質層がカーボン又はシリコンを含む。

電極アセンブリ１は巻回型構造であってもよい。具体的に、正極板及び負極板はいずれも１つであり、且つ正極板と負極板はストリップ構造である。正極板、セパレータ及び負極板を順に積層して２回以上巻き取って電極アセンブリ１を形成する。電極アセンブリ１を製造する時、電極アセンブリ１は先ず中空の円筒状構造に巻き取られ、巻き取られた後に扁平状に押され得る。

あるいは、電極アセンブリ１は積層型構造であってもよい。具体的に、正極板は複数に設けられ、負極板は複数に設けられ、前記複数の正極板と負極板は厚さ方向Ｚに沿って交互に積層され、セパレータは正極板と負極板を分離する。

包装バッグ２は第１包装フィルム２１及び第２包装フィルム２２を備え、第２包装フィルム２２と第１包装フィルム２１が一体的に設けられる。第２包装フィルム２２が第１包装フィルム２１から縦方向Ｘのエッジに沿って延在して第１包装フィルム２１に折り返される。第２包装フィルム２２と第１包装フィルム２１は厚さ方向Ｚに沿って上下に設けられてもよい。

第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２は、１枚の包装フィルム（たとえば、アルミニウムプラスチックフィルム、鋼プラスチックフィルム等）を曲げることによって形成されてもよい。具体的には、図４に示すように、打ち抜きによって前記１枚の包装フィルムに２つの空洞を形成し、次に前記１枚の包装フィルムを第３折り目線Ｌ３に沿って二層に曲げ、すなわち、本願の第１包装フィルム２１及び第２包装フィルム２２を形成することができる。２つの空洞はそれぞれ第１包装フィルム２１及び第２包装フィルム２２に形成される。電極アセンブリ１は第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２との間に設けられ、２つの空洞は電極アセンブリ１を収容するための内部空洞を取り囲む。

図５に示すように、第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２の両方は保護層２４、金属層２５及び接続層２６を備え、保護層２４及び接続層２６はそれぞれ金属層２５の両側に設けられる。具体的には、接続層２６は接合剤によって金属層２５の電極アセンブリ１に向ける表面に設けられてもよく、保護層２４は接合剤によって金属層２５の電極アセンブリ１から離れる表面に設けられてもよい。

保護層２４の材質はナイロン又はポリエチレンテレフタレートであってもよく、金属層２５の材質はアルミ箔又は鋼箔であってもよく、接続層２６の材質はポリプロピレンであってもよい。

第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２は電極アセンブリ１の外側に接続されて密封部２３を形成する。具体的には、ホットプレスによって、第１包装フィルム２１の接続層２６は第２包装フィルム２２の接続層２６に溶接されて密封部２３を形成する。密封部２３は電極アセンブリ１を収容する内部空洞を密封し、電解液の漏れを回避する。

ホットプレスの過程で、密封部２３の接続層２６は溶融して圧縮され、従って、ホットプレス成形の後、密封部２３の厚さは第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２のホットプレス前の厚さの総和よりも小さい。

図３に示すように、電極リード線３は電極アセンブリ１に接続され、密封部２３を貫通して包装バッグ２の外部に延在している。具体的には、電極リード線３は２つであってもよく、１つの電極リード線３が正極板の正極集電体に接続され、他方の電極リード線３が負極板の負極集電体に接続される。２つの電極リード線３は電極アセンブリ１を包装バッグ２の外部の他の部材と接続し、更に電極アセンブリ１の充放電を実現する。電極リード線３の材質はアルミニウム、ニッケル又はニッケルメッキを施した銅であってもよい。

電極リード線３は第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２との間を通過し、接続層２６が薄いため、電極リード線３は金属層２５に接触して、安全上のリスクを引き起こしやすい。従って、本願の二次電池は、好ましくは、絶縁部材４が設けられる。

絶縁部材４は２つであってもよい。２つの絶縁部材４はそれぞれ２つの電極リード線３と密封部２３を分離する。各絶縁部材４は対応する１つの電極リード線３の外側に取り囲マレル。絶縁部材４の一部が第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２との間に挟持され、それにより電極リード線３と包装バッグ２を分離し、電極リード線３と金属層２５との接触のリスクを低減させる。絶縁部材４の材質はポリプロピレンであってもよい。

絶縁部材４の一部が第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２との間に挟持されるため、ホットプレス時に、第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２の接続層２６は絶縁部材４に溶接される。

図１及び図６に示すように、密封部２３は側部密封領域２３１及び頂部密封領域２３３を備え、側部密封領域２３１は電極アセンブリ１の横方向Ｙに沿った外側に設けられ、頂部密封領域２３３は電極アセンブリ１の第２包装フィルム２２の折り返し部から離れる側に設けられる。

側部密封領域２３１は、２つであり且つそれぞれ電極アセンブリ１の横方向Ｙに沿った外側に設けられ、頂部密封領域２３３は、電極アセンブリ１の縦方向Ｘに沿った側に設けられて２つの側部密封領域２３１に接続される。２つの側部密封領域２３１と頂部密封領域２３３はＵ字状構造を形成する。第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２の縦方向Ｘに沿って頂部密封領域２３３から離れる一端は直接的に接続され、従って、側部密封領域２３１と頂部密封領域２３３は包装バッグ２の密封を実現することができる。

図６に示すように、ホットプレス成形の後、側部密封領域２３１は一定の幅を有し、それにより、二次電池の横方向Ｙでのサイズが比較的大きく、二次電池のエネルギー密度に影響を与える。従って、好ましくは、側部密封領域２３１は電極アセンブリ１に近い方向へ曲げられて、側部密封領域２３１の横方向Ｙでのサイズを減少させ、二次電池のエネルギー密度を高める。曲げ成形の後、側部密封領域２３１上には縦方向Ｘに沿って延在している第１折り目線Ｌ１が形成され、つまり、側部密封領域２３１は第１折り目線Ｌ１に沿って電極アセンブリ１に近い方向へ曲げられる。

包装バッグ２のエッジＥ１において、第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２は対向して曲げられ、側部密封領域２３１を曲げるとき、エッジＥ１の第１折り目線Ｌ１に近い領域での応力集中を引き起こし、つまり、エッジＥ１の第１折り目線Ｌ１に近い領域は応力集中領域である。

従来技術では、第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２は直接的に接続されるため、電極アセンブリ１の頂部密封領域２３３から離れる側に、第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２はホットプレスによって接続されることがない。つまり、２つの側部密封領域２３１の間に、第１包装フィルム２１の接続層２６と第２包装フィルム２２の接続層２６が溶接されず、両方の間の接続強度が低い。

二次電池が衝撃されると、第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２との間の、溶接されなくて応力集中領域に近い部分が破裂しやすく、それにより電解液の漏れをもたらして、安全上のリスクを引き起こす。

従って、本願の密封部２３は底部密封領域２３２をさらに備え、底部密封領域２３２は電極アセンブリ１の第２包装フィルム２２の折り返し部に近い側に設けられ、且つ底部密封領域２３２は側部密封領域２３１に接続される。図８に示すように、底部密封領域２３２に、第１包装フィルム２１の接続層２６と第２包装フィルム２２の接続層２６が一体的に溶接される。

底部密封領域２３２を設けることにより、第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２の応力集中領域に近い接続強度を高めて、包装バッグ２の破裂のリスクを低減させ、包装バッグ２の密封性能を改善することができる。

側部密封領域２３１を曲げるとき、応力集中領域は包装バッグ２のエッジＥ１に位置し、つまり、包装バッグ２のエッジＥ１が破裂するリスクは最も高い。従って、好ましくは、縦方向Ｘにおいて、底部密封領域２３２の電極アセンブリ１から離れるエッジＥ２は包装バッグ２のエッジＥ１と同じ平面にあり、このように、破裂のリスクを最大限に低減させることができる。同時に、包装バッグ２のエッジＥ１が破裂しても、底部密封領域２３２は依然として密封の役割を果たして、電解液の漏れを回避することができる。また、底部密封領域２３２の幅が一致する前提下で、底部密封領域２３２のエッジＥ２が包装バッグ２のエッジＥ１と同じ平面にないと、底部密封領域２３２は包装バッグ２の内部空間を占め、二次電池の容量に影響を与える。

図１、図６及び図７に示すように、底部密封領域２３２は側部密封領域２３１から延在しており、且つ側部密封領域２３１から離れる方向に沿って、底部密封領域２３２の縦方向Ｘでのサイズが徐々に減少する。側部密封領域２３１から離れるほど、包装バッグ２の受ける応力が小さくなり、破損のリスクが低くなる。従って、側部密封領域２３１から離れる方向に沿って、底部密封領域２３２の縦方向Ｘでのサイズが徐々に減少しても、密封性能を確保することができる。また、底部密封領域２３２の縦方向Ｘでのサイズが減少すると、包装バッグ２の内部空間を増加させ、二次電池の容量を高めることができる。

好ましくは、底部密封領域２３２は、２つであり且つそれぞれ対応する１つの側部密封領域２３１に接続され、横方向Ｙにおいて、２つの底部密封領域２３２が互いに分離される。二次電池の通常の動作において、電極アセンブリ１は少量のガスを放出し、二次電池のサイクルの終わりに、包装バッグ２の内部は一定量のガスを有し、従って二次電池を設計する時に、電極アセンブリ１により生成されたガスを収容するための一定の空間を予め残す。２つの底部密封領域２３２の間に、第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２が溶接されず、生成されたガスは第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２を広げて、第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２との間に貯蔵することができる。つまり、本願は包装バッグ２の内部空間をさらに増加させて、二次電池の容量を高めることができる。

図６に示すように、底部密封領域２３２の幅は側部密封領域２３１の幅よりも小さい。補足として、側部密封領域２３１の幅とは側部密封領域２３１の曲げ部分の間の幅であり、又は側部密封領域２３１の展開状態での幅である。ここで、底部密封領域２３２の幅とは底部密封領域２３２の縦方向Ｘでのサイズであり、側部密封領域２３１の幅とは側部密封領域２３１の横方向Ｙでのサイズである。

幅の値は底部密封領域２３２と側部密封領域２３１の密封強度によって決められる。底部密封領域２３２の近くに、第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２は直接的に接続され、底部密封領域２３２がなくても一定の密封強度を有し、従って、底部密封領域２３２は比較的小さな幅を有することができる。また、底部密封領域２３２の幅を減少させると、包装バッグ２の内部空間を増加させ、二次電池の容量を高めることができる。

図７に示すように、横方向Ｙにおいて、第１折り目線Ｌ１と底部密封領域２３２との間の距離がＤである。Ｄの値が小さいほど、側部密封領域２３１を曲げるとき、底部密封領域２３２の受ける力が大きくなり、Ｄの値が大きいほど、側部密封領域２３１を曲げた後、横方向Ｙで占める空間が大きくなる。従って、好ましくは、Ｄの値が０．１ｍｍ～２ｍｍである。

図２に示すように、側部密封領域２３１は第１領域２３１ａ及び第２領域２３１ｂを含み、第１領域２３１ａが第１折り目線Ｌ１に沿って曲げられ、第２領域２３１ｂが第１領域２３１ａの端部から延在して第１領域２３１ａの電極アセンブリ１に近い側に折り返される。図６に示すように、二次電池の成形の過程で、先ず第２折り目線Ｌ２に沿って側部密封領域２３１を曲げ、第２折り目線Ｌ２の両側はそれぞれ第１領域２３１ａ及び第２領域２３１ｂであり、次に第１折り目線Ｌ１に沿って第１領域２３１ａを曲げる。

第１包装フィルム２１と第２包装フィルム２２は成形の過程において切断プロセスを必要とし、切断された断面で、金属層２５は露出される。露出された金属層２５は腐食されやすく、短絡のリスクを引き起こす恐れがある。本願は側部密封領域２３１を２回曲げることにより、露出された金属層２５の一部を第１領域２３１ａと空洞の壁との間に挟持して、金属層２５の露出を減少させ、短絡のリスクを低減させることができる。横方向Ｙにおいて、第２領域２３１ｂの電極アセンブリ１に近い表面が空洞の壁に接着され、第２領域２３１ｂの電極アセンブリ１から離れる表面が第１領域２３１ａに接着される。

本願では、２つの電極リード線３は電極アセンブリ１の底部密封領域２３２から離れる側に位置する。つまり、２つの電極リード線３は縦方向Ｘに沿って延在して頂部密封領域２３３を貫通する。

以下、本願の二次電池の第２実施例を説明する。説明を簡略化するために、以下、第２実施例の第１実施例との相違点のみを主に紹介し、説明しない部分は第１実施例を参照して理解され得る。

図９に示すように、第２実施例では、側部密封領域２３１は、２つであり且つそれぞれ電極アセンブリ１の横方向Ｙに沿った両側に位置し、底部密封領域２３２は、横方向Ｙの両端に沿ってそれぞれ２つの側部密封領域２３１に接続される。第１実施例に比べて、第２実施例はホットプレスプロセスを簡略化して、ホットプレス機器に対する要件を低減させることができる。

Claims (9)

1. 二次電池であって、電極アセンブリ及び包装バッグを備え、
   前記包装バッグは第１包装フィルム及び第２包装フィルムを備え、前記第２包装フィルムと前記第１包装フィルムとが一体的に設けられ、前記第２包装フィルムが前記第１包装フィルムから縦方向のエッジに沿って延在して前記第１包装フィルムに折り返され、
   前記電極アセンブリは前記第１包装フィルムと前記第２包装フィルムとの間に設けられ、
   前記第１包装フィルムと前記第２包装フィルムとは前記電極アセンブリの外側に接続されて密封部を形成し、前記密封部が側部密封領域及び底部密封領域を備え、
   前記側部密封領域は前記電極アセンブリの横方向に沿った外側に設けられ、且つ前記側部密封領域は前記電極アセンブリに近い方向へ曲げられ、
   前記底部密封領域は前記電極アセンブリの前記第２包装フィルムの折り返し部に近い側に設けられ、且つ前記底部密封領域は前記側部密封領域に接続され、
   側部密封領域は縦方向に延在している第１折り目線を有し、且つ側部密封領域は第１折り目線に沿って電極アセンブリへ曲げられ、
   横方向において、第１折り目線と底部密封領域との距離は０．１ｍｍ～２ｍｍである、二次電池。
2. 前記縦方向において、前記底部密封領域の前記電極アセンブリから離れるエッジは前記包装バッグのエッジと同じ平面にある、請求項１に記載の二次電池。
3. 前記底部密封領域は前記側部密封領域から延在しており、且つ前記側部密封領域から離れる方向に沿って、前記底部密封領域の前記縦方向でのサイズが徐々に減少する、請求項１又は２に記載の二次電池。
4. 前記側部密封領域は、２つであり且つそれぞれ前記電極アセンブリの前記横方向に沿った両側に位置し、前記底部密封領域は、２つであり且つそれぞれ対応する１つの側部密封領域に接続され、
   前記横方向において、２つの底部密封領域が互いに分離される、請求項３に記載の二次電池。
5. 前記底部密封領域の幅は前記側部密封領域の幅よりも小さい、請求項１～４のいずれか一項に記載の二次電池。
6. 前記側部密封領域は第１領域及び第２領域を備え、前記第１領域が前記第１折り目線に沿って曲げられ、前記第２領域が前記第１領域の端部から延在して前記第１領域の前記電極アセンブリに近い側に折り返される、請求項１に記載の二次電池。
7. 前記二次電池は電極リード線をさらに備え、前記電極リード線が前記電極アセンブリに接続されて前記密封部を貫通し、
   前記電極リード線は、２つであり且つ前記電極アセンブリの前記底部密封領域から離れる側に位置する、請求項１～６のいずれか一項に記載の二次電池。
8. 前記側部密封領域は、２つであり且つそれぞれ前記電極アセンブリの前記横方向に沿った両側に位置し、前記底部密封領域は、前記横方向の両端に沿ってそれぞれ２つの側部密封領域に接続される、請求項１に記載の二次電池。
9. 前記第１包装フィルム及び前記第２包装フィルムの両方は保護層、金属層及び接続層を備え、前記接続層が前記金属層の前記電極アセンブリに向ける表面に設けられ、前記保護層が前記金属層の前記電極アセンブリから離れる表面に設けられ、
   前記第１包装フィルムの前記接続層は前記第２包装フィルムの前記接続層に溶接されて前記密封部を形成する、請求項１に記載の二次電池。

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