JP7359848B2 - 電極アセンブリ及び電池 - Google Patents
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Description
本出願は、電池の分野に関し、特に、電極アセンブリと当該電極アセンブリを備える電池に関する。
一般的には、巻回式電池の巻き終わり端において、電池セルの外層の電極シートのテール部には裸アルミ箔が一部存在（両面ともに活性物質コーティング層がない）する。そして、電極シートのコートエッジのリチウムデンドライトによる短絡リスクを低減するために、通常、テール部の裸アルミ箔とそのテール部のコートエッジとに絶縁テープを一層貼り付ける。テール部の裸アルミ箔及びそのテール部のコートエッジの絶縁テープは、電池セルで一定の体積を占め、電池セルのエネルギー密度を低下させている。また、電池セルは、一般的にアルミニウムプラスチックフィルムを用いて密封包装されており、電池セルと電池セルを密封する包装体との間には隙間があり、落下衝撃によって電池セル自身及び外層テール部の裸アルミ箔に割れが生じ易く、破砕された屑は包装体の中に閉じ込められ、電池セルの破砕した電極シートと接触して、短絡や発熱、ひいては爆発などの事故を起こる可能性がある。
このような状況に鑑みて、電池セルの外層に裸アルミ箔がなく、且つエネルギー密度を向上させることが可能な電極アセンブリ、及びこの電極アセンブリを備えた電池が求められている。
本願実施例に係る電極アセンブリは、第１電極シートと、極性が前記第１電極シートと逆である第２電極シートと、前記第１電極シートと前記第２電極シートとの間に配置されたセパレータと、を含み、前記電極アセンブリは、前記第１電極シート、前記セパレータ及び前記第２電極シートが巻回することにより形成される。前記第１電極シートは、第１集電体と、前記第１集電体の表面に設けられた第１活性物質層とを含み、前記第１電極シートの巻き終わり端は、前記第２電極シートの巻き終わり端の巻芯から遠く離れた外側に位置する。前記第１電極シートの巻き終わり端における前記第１活性物質層は、前記第１集電体の前記第２電極シートに向かう側の表面を被覆する。前記電極アセンブリは、厚さが１５μｍ～２５μｍの接着部材をさらに有し、前記接着部材は、前記第１電極シートの巻き終わり端に接続され、且つ前記電極アセンブリの外面の一部を被覆する。
一態様によると、前記第１電極シートの巻き終わり端における前記第１集電体の前記第２電極シートとは後ろ向きの面には、前記第１活性物質層がコーティングされていない。
一態様によると、前記接着部材は、熱接着剤であり、前記第１電極シートの巻き終わり端及び前記電極アセンブリの外面に貼り付けられている。
さらに、前記接着部材の熱溶融温度は、１２０℃よりも小さいか若しくはそれに等しく、前記接着部材の熱接着圧力は、３ＭＰａよりも小さいか若しくはそれに等しい。
一態様によると、第２電極シートの巻き終わり端は、巻取方向に沿って前記第１電極シートの巻き終わり端から張り出しており、張り出した長さが２ｍｍよりも大きいか若しくはそれに等しい。
さらに、前記セパレータの巻き終わり端は、巻取方向に沿って前記第２電極シートの巻き終わり端から張り出しており、且つ前記接着部材の内面に貼付されている。
一態様によると、前記電極アセンブリは、前記第１電極シートに接続される第１タブと、前記第２電極シートに接続される第２タブと、をさらに含み、前記電極アセンブリの厚さ方向に沿って、前記第１タブと前記第２タブとの投影は重なり合わない。
さらに、前記第１電極シートの巻き始め端には、第１裸箔領域が設けられ、前記第２電極シートの巻き始め端には、第２裸箔領域が設けられ、前記第１タブは、前記第１裸箔領域に設けられ、前記第２タブは、前記第２裸箔領域に設けられている。
さらに、前記電極アセンブリは、前記第１裸箔領域に設けられ、且つ前記第１タブを被覆する第１絶縁部材を含む。
一態様によると、前記第２裸箔領域は、前記第１裸箔領域を延出しており、前記電極アセンブリは、前記第１裸箔領域の端部を被覆する第２絶縁部材をさらに含む。
また、本願の実施例に係る電池は、電極アセンブリと、包装体と、を備え、前記電極アセンブリは、上記の何れかの態様に記載の電極アセンブリであり、且つ前記包装体の中に収容されており、前記電極アセンブリのタブは、前記包装体から張り出している。
上記の電極アセンブリの最外周の電極シートには裸アルミ箔が設けられていないので、リチウムイオン電池のエネルギー密度が向上されるとともに、落下等の使用場面での安全性能が向上され、単一の電極アセンブリのアルミ箔消耗材も減少された。
以下、本願実施例における図面を合わせて、本願実施例における技術案を明確且つ全体的に説明するが、ここで述べる実施例は、あらゆる実施例ではなく、本願の一部の実施例に過ぎないことは明らかである。本願の実施例に基づき、創造的な労働なしに当業者によって得られるあらゆる他の実施例についても、本願の保護範囲内に属される。
ある要素がもう１つの要素に「固定された」と称される場合、それは直接に前記もう１つの要素に存在してもよく、又は他の要素を介して前記もう１つの要素に固定されてもよい。１つの要素がもう１つの要素に「接続される」と考えられる場合、それは前記もう１つの要素に直接に接続されてもよく、又は他の要素を介して前記もう１つの要素に接続されてもよい。ある要素がもう１つの要素に「設けられる」と考えられる場合、それは前記もう１つの要素に直接に設けられてもよく、又は他の要素を介して前記もう１つの要素に設けられてもよい。本明細書で使用される用語「垂直」、「水平」、「左」、「右」及び類似する表現は、説明の目的だけに使用される。
別段の定義がない限り、本文で使用するすべての技術及び科学的用語は、本願の技術分野に属する技術者が一般的に理解する意味と同様である。本願明細書において使用する用語は、具体的な実施例を説明する目的に過ぎず、本願を限定する旨ではない。本明細書で使用される用語「又は／及び」は、１つ又は複数の関連する項目の任意及びすべての組み合わせを含む。
本願実施例に係る電極アセンブリは、第１電極シートと、極性が前記第１電極シートと逆である第２電極シートと、前記第１電極シートと前記第２電極シートとの間に配置されたセパレータと、を含み、前記電極アセンブリは、前記第１電極シート、前記セパレータ及び前記第２電極シートが巻回することにより形成される。前記第１電極シートは、第１集電体と、前記第１集電体の表面に設けられた第１活性物質層とを含み、前記第１電極シートの巻き終わり端は、前記第２電極シートの巻き終わり端の巻芯から遠く離れた外側に位置する。前記第１電極シートの巻き終わり端における前記第１活性物質層は、前記第１集電体の前記第２電極シートに向かう側の表面を被覆する。前記電極アセンブリは、厚さが１５μｍ～２５μｍの接着部材をさらに有し、前記接着部材は、前記第１電極シートの巻き終わり端に接続され、且つ前記電極アセンブリの外面の一部を被覆する。上記の電極アセンブリの最外周の電極シートには、裸アルミ箔のが設けられていなく、且つ厚さが１５μｍ～２５μｍの超薄接着部材と併用して、リチウムイオン電池のエネルギー密度を高めるとともに、落下等の使用場面における安全性能や、単一の電極アセンブリのアルミ箔消耗材も向上させている。
本願のいくつかの実施例を詳細に説明する。衝突しない場合、下記の実施例及び実施例における特徴は、互いに組み合わせてもよい。
図１に示すように、本願の一実施例において、電極アセンブリ１００は、第１電極シート１０と、第２電極シート２０と、セパレータ３０とを含む。第１電極シート１０と第２電極シート２０との極性は、逆である。セパレータ３０は、第１電極シート１０と第２電極シート２０との間に設けられる。電極アセンブリ１００は、第１電極シート１０とセパレータ３０と第２電極シート２０とが1つの巻針をめぐって巻き取られることによって、形成される。巻き取りが完了したら、電極アセンブリ１００の中から巻針を取り出す。電極アセンブリ１００は、第１電極シート１０の巻き終わり端１３、第２電極シート２０の巻き終わり端及びセパレータ３０の巻き終わり端を含む巻き終わり端を有する。セパレータ３０の巻き終わり端３１は、第１電極シート１０の巻き終わり端１３と第２電極シート２０の巻き終わり端との間に位置する。第１電極シート１０の巻き終わり端１３は、電極アセンブリ１００の最外層に位置する。
第１電極シート１０は、第１集電体１１と、第１集電体１１の表面に設けられた第１活性物質層１２と、を含み、第１電極シート１０の巻き終わり端は、第２電極シート２０の巻き終わり端の巻芯から遠く離れた外側に位置している。
本願の実施例では、第１電極シート１０はカソードシートであり、第１集電体１１はアルミ箔層を選択して使用し、第１活性物質層１２はカソード活性物質層であり、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４などのリチウムイオンの離脱または吸蔵が可能な電気化学的活性物質を選択することができる。第２電極シート２０は、アノードシートであって、第２集電体２１と、第２活性物質層２２とを含む。第２集電体は、銅箔層であり、第２活性物質層２２は、黒鉛、ソフトカーボン、ハードカーボン、Ｌｉ４Ｔｉ５０１２などのリチウムイオンを吸蔵可能な電気化学的活性物質を選択することができる。
第１電極シート１０の巻き終わり端１３は、電極アセンブリ１００の最外層の電極シートであり、第１電極シート１０の巻き終わり端１３における第１活性物質層１２は、第１集電体１１の第２電極シート２０に向かう表面を被覆し、第１電極シート１０の巻き終わり端１３における第１集電体１１の第２電極シート２０とは後ろ向きの面には、前記第１活性物質層がコーティングされていない。電極アセンブリ１００は、厚さが１５μｍ～２５μｍである接着部材４０をさらに含む。接着部材４０は、第１電極シート１０の巻き終わり端に接続され、且つ電極アセンブリ１００の外面の一部を被覆する。
本願の実施例では、接着部材４０は、熱接着剤であり、厚さが１５μｍ～２５μｍである極薄熱接着剤を採用でき、材料がゴム系接着剤とすることができ、ＰＥＴと併用する。接着部材４０は、一定の圧力（≦３ＭＰａ）と温度（≦１２０℃）の条件下で、粘性を生じることができる。つまり、接着部材４０の熱溶融温度は１２０℃よりも小さいか若しくはそれに等しく、熱接着圧力は３ＭＰａよりも小さいか若しくはそれに等しい。
図１に示すように、電極アセンブリ１００の外面は、第１平面１０１、第２平面１０２、第１弧面１０３及び第２弧面１０４を含む。電極アセンブリ１００の厚さ方向（図１の矢印Ａで示す方向）に沿って、第１平面１０１と第２平面１０２とが対向して配置され、電極アセンブリ１００の幅方向（図１の矢印Ｂで示す方向）に沿って、第１弧面１０３と第２弧面１０４が対向して配置される。また、第１弧面１０３と第２弧面１０４は、第１平面１０１と第２平面１０２との間に接続されている。
第１電極シート１０の巻き終わり端１３は、第１平面１０１と第１弧面１０３との境目に略位置している。接着部材４０は、第１電極シート１０の巻き終わり端に接続され、且つ第１弧面１０３に貼り付けられて、接着部材４０が電極アセンブリ１００の厚さを増加させないようにする。他の実施例において、第１タブの巻き終わり端は、第１平面１０１または第２平面１０２に位置していてもよく、これに応じて、接着部材４０も、第１平面１０１または第２平面１０２に貼り付けられている。
さらに、第２電極シート２０の端部がリチウムを析出することによるバリがセパレータ３０を突き抜けて、第１電極シート１０と接触して短絡を引き起こすことを回避するために、第２電極シート２０の巻き終わり端が電極シートの巻取方向に沿って第１電極シート１０の巻き終わり端１３から張り出しており、張り出した長さＬ１が２ｍｍより大きい又は２ｍｍに等しい。セパレータ３０の巻き終わり端３１は、第２電極シート２０の巻き終わり端から張り出しており、且つ接着部材４０の内面に貼り付けられる。セパレータ３０の巻き終わり端３１の第２電極シート２０から延出する長さＬ２は、４ｍｍより大きい又は４ｍｍに等しい。第２電極シート２０の巻き終わり端は、前記セパレータの巻き終わり端３１により被覆されて、第２電極シート２０の巻き終わり端を保護して絶縁させる。
図１及び図３に示すように、電極アセンブリ１００は、第１電極シート１０に接続される第１タブ５０と、第２電極シート２０に接続される第２タブ６０とをさらに備える。電極アセンブリ１００の厚さ方向に沿って、第１タブ５０と第２タブ６０との投影は重ならず、電極アセンブリ１００の長手方向（図３の矢印Ｃで示す方向）に沿って、第１タブ５０と第２タブ６０は、電極アセンブリ１００の同一端から張り出している。他の実施例では、第１タブ５０と第２タブ６０は、電極アセンブリ１００の異なる端から張り出してもよく、本願はこれに限定されない。
さらに、第１電極シート１０の巻き始め端には、第１裸箔領域１４が設けられ、第２電極シート２０の巻き始め端には、第２裸箔領域２３が設けられている。第１タブ５０は、第１裸箔領域１４に設けられ、第２タブ６０は、第２裸箔領域２３に設けられている。電極アセンブリ１００は、第１絶縁部材７０を含む。第１絶縁部材７０は、第１裸箔領域１４に設けられ且つ第１タブ５０を被覆し、第１タブ５０でのバリがセパレータ３０を突き抜けて第２電極シート２０と接触して短絡するのを防止する。一実施例では、第１絶縁部材７０は、絶縁テープであり、第１タブ５０から第１活性物質層１２の開始端まで延伸し、第１裸箔領域１４の全体をほぼ覆って、第１裸箔領域１４を効果的に保護し、割れや短絡等が生じないようにする。
一実施例では、第２裸箔領域２３が第１裸箔領域１４から延出し、第２タブ６０が第２裸箔領域２３における第１裸箔領域１４から延出する領域に設けられており、第２タブ６０でのバリがセパレータ３０を突き抜けても、第２タブ６０が第２電極シート２０に接触し、第１電極シート１０に接触することで短絡が生じることは防止される。また、電極アセンブリ１００は、第２絶縁部材８０を含み、第２絶縁部材８０は、第１裸箔領域１４の端部を被覆し、第１裸箔領域１４の端部でのバリがセパレータ膜３０を突き抜けて第２電極シート２０に接触することを回避する。
図２に示すように、本願の一実施例では、第１タブ５０は、第１集電体１１における第１活性物質層１２がコーティングされている領域に設けられ、第２タブ６０は、第２集電体２１における第２活性物質層２２がコーティングされている領域に設けられている。第１タブ５０及び第２タブ６０には、短絡の問題を回避するために第１絶縁部材７０が設けられている。第１タブ５０と第１集電体１１とを接続する際には、第１集電体１１の一部が第１活性物質層１２から露出するように、一部の第１活性物質層１２を先に取り除く必要がある。その後、露出した部分の第１集電体１１に第１タブ５０が溶接される。第２タブ６０と第２集電体２１との接続形態は同様であり、ここでは説明を省略する。
他の実施例において、第１タブ５０と第２タブ６０とは、一方が電極アセンブリ１００の巻芯における裸箔領域に設けられ、他方が電極シートの他の位置に設けられていてもよく、本願はこれに限定されない。
図４及び図５に示すように、図面の破線で示す位置は、隣接する２つの第１電極シート１０の製造工程における裁断位置である。第１タブ５０が第１裸箔領域１４に設けられる場合、比較例の電極アセンブリの最外周には１段の裸アルミ箔が設けられるため、図４に示される比較例における裸アルミ箔領域の長さＬ３は、図５に示される本願の実施例における裸アルミ箔領域の長さＬ４よりも明らかに長い。本願実施例における裸アルミ箔領域の長さＬ４は、電極アセンブリ１００の巻き始め端のパラメータ条件を満たすだけでよい。これにより、アルミ箔の消耗材を節約した上に、最外周の裸アルミ箔も除去し、エネルギー密度と電極アセンブリ１００の落下等の使用場面での安全性能を向上させている。
なお、図６及び図７に示すように、第１集電体１１における第１活性物質層１２がコーティングされている領域に第１タブ５０が設けられる場合、比較例の電極アセンブリの最外周には１段の裸アルミ箔が設けられているため、図６の比較例においては、隣り合う２枚の第１電極シート１０の間には第１電極シート１０の巻き終わり端１３とする片面領域と、一段の裸アルミ箔とが存在している。これに対して、図７に示される本願の実施例においては、隣り合う２枚の第１電極シート１０の間の裸アルミ箔が除去され、一段の片面領域（第１電極シート１０の巻き終わり端１３）しか残っていなく、これにより、第１集電体１１の下面の第１活性物質層１２が連続して存在し、第１電極シート１０の製造過程を簡略化することができ、生産性の向上に役立つ。
また、図８に示すように、一比較例において、電極アセンブリの外層テール部には裸アルミ箔１０５（両面ともに活性物質コーティング層がなし）が一部存在し、そして、テール部の裸アルミ箔とそのテール部のコートエッジには絶縁テープ１０６が一層貼り付けられている。裸アルミ箔１０５及び絶縁テープ１０６は、いずれも電極アセンブリの第２平面１０２に位置している。
上述した本願の実施例と併せて、上記の比較例を参照しながら、各実施例で得られた電極アセンブリ１００のエネルギー密度の向上を測定した割合を、以下の表に示す。
比較例と本願の実施例の電極アセンブリとの落下試験データを、以下の表に示す。
第１グループの試験における実施例と比較例との電極アセンブリの基本的なパラメータは、以下の通りである。電池セルの容量が３２００ｍＡｈであり、化学システムが４．３５Ｖであり、Ｓ／Ａ ｏｖｅｒｈａｎｇが２．０ｍｍであり、Ｓがセパレータであり、Ａがアノードである。ｏｖｅｒｈａｎｇ：２．０ｍｍは、セパレータの幅がアノードシートの幅とする２ｍｍより大きいことを教示する。アノードシートは、第１電極シートである。
第２グループの試験における実施例と比較例との電極アセンブリの基本的なパラメータは、以下の通りである。
電池セル容量が４０００ｍＡｈであり、化学システムが４．３５Ｖであり、Ｓ／Ａ ｏｖｅｒｈａｎｇが２．０ｍｍである。
図４～図８と上記の表で示されたデータとから分かるように、本願の実施例は、比較例と比べて、電極アセンブリ１００の最外周には裸アルミ箔が設けられていなく、接着部材４０で第１電極シート１０の巻き終わり端と電極アセンブリ１００の一部の外面とを接続することによって、電極アセンブリ１００の厚さは薄くされたと同時に、エネルギー密度及び落下安全性能は向上された。
図９に示すように、本願の実施例は、包装体２０１と、上記の実施例に記載した電極アセンブリ１００とを備える電池２００をさらに開示した。電極アセンブリ１００は、包装体２０１の中に収容される。電極アセンブリ１００のタブは、包装体２０１から張り出している。
以上の実施例は、本出願の技術的な態様を説明するのみ用いられるものであり、限定するものではない。以上のより良い実施例を参照して本出願を詳細に説明したが、当業者が本出願の技術的な態様を修正または同等に置換しても本出願の技術案の精神的及び範囲から逸脱することはない。
１００ 電極アセンブリ
１０１ 第１平面
１０２ 第２平面
１０３ 第１弧面
１０４ 第２弧面
１０５ 裸アルミ箔
１０６ 絶縁テープ
１０ 第１電極シート
１１ 第１集電体
１２ 第１活性物質層
１３ 巻き終わり端
１４ 第１裸箔領域
２０ 第２電極シート
２１ 第２集電体
２２ 第２活性物質層
２３ 第２裸箔領域
３０ セパレータ
３１ 巻き終わり端
４０ 接着部材
５０ 第１タブ
６０ 第２タブ
７０ 第１絶縁部材
８０ 第２絶縁部材
２００ 電池
２０１ 包装体
１０１ 第１平面
１０２ 第２平面
１０３ 第１弧面
１０４ 第２弧面
１０５ 裸アルミ箔
１０６ 絶縁テープ
１０ 第１電極シート
１１ 第１集電体
１２ 第１活性物質層
１３ 巻き終わり端
１４ 第１裸箔領域
２０ 第２電極シート
２１ 第２集電体
２２ 第２活性物質層
２３ 第２裸箔領域
３０ セパレータ
３１ 巻き終わり端
４０ 接着部材
５０ 第１タブ
６０ 第２タブ
７０ 第１絶縁部材
８０ 第２絶縁部材
２００ 電池
２０１ 包装体
Claims (9)
- 第１電極シートと、極性が前記第１電極シートと逆である第２電極シートと、前記第１電極シートと前記第２電極シートとの間に配置されたセパレータと、を含み、且つ前記第１電極シート、前記セパレータ及び前記第２電極シートが巻回することにより形成される電極アセンブリであって、
前記第１電極シートは、第１集電体と、前記第１集電体の表面に設けられた第１活性物質層とを含み、前記第１電極シートの巻き終わり端は、前記第２電極シートの巻き終わり端の巻芯から遠く離れた外側に位置し、
前記第１電極シートの巻き終わり端における前記第１活性物質層は、前記第１集電体の前記第２電極シートに向かう側の表面を被覆しており、
前記電極アセンブリの外面は、第１平面、第２平面、第１弧面及び第２弧面を含み、前記電極アセンブリの厚さ方向に沿って、前記第１平面と前記第２平面とが対向して配置され、前記電極アセンブリの幅方向に沿って、前記第１弧面と前記第２弧面が対向して配置され、
前記電極アセンブリは、厚さが１５μｍ～２５μｍの接着部材をさらに有し、前記接着部材は、前記第１電極シートの巻き終わり端に接続され、且つ前記第１弧面に貼り付けられ、前記第１電極シートの巻き終わり端を固定し、
前記第２電極シートの巻き終わり端は、巻取方向に沿って前記第１電極シートの巻き終わり端から張り出しており、張り出した長さが２ｍｍよりも大きいか若しくはそれに等しいことを特徴とする電極アセンブリ。 - 前記接着部材は、熱接着剤であり、前記第１電極シートの巻き終わり端及び前記電極アセンブリの外面に貼り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の電極アセンブリ。
- 前記接着部材の熱溶融温度は、１２０℃よりも小さいか若しくはそれに等しく、前記接着部材の熱接着圧力は、３ＭＰａよりも小さいか若しくはそれに等しいことを特徴とする請求項２に記載の電極アセンブリ。
- 前記セパレータの巻き終わり端は、巻取方向に沿って前記第２電極シートの巻き終わり端から張り出しており、且つ前記接着部材の内面に貼付されていることを特徴とする請求項１に記載の電極アセンブリ。
- 前記電極アセンブリは、前記第１電極シートに接続される第１タブと、前記第２電極シートに接続される第２タブと、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電極アセンブリ。
- 前記第１電極シートの巻き始め端には、第１裸箔領域が設けられ、前記第２電極シートの巻き始め端には、第２裸箔領域が設けられ、
前記第１タブは、前記第１裸箔領域に設けられ、前記第２タブは、前記第２裸箔領域に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の電極アセンブリ。 - 前記電極アセンブリは、前記第１裸箔領域に設けられ、且つ前記第１タブを被覆する第１絶縁部材を含むことを特徴とする請求項６に記載の電極アセンブリ。
- 前記第２裸箔領域は、前記第１裸箔領域を延出しており、前記電極アセンブリは、前記第１裸箔領域の端部を被覆する第２絶縁部材をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の電極アセンブリ。
- 電極アセンブリと、包装体と、を備える電池であって、
前記電極アセンブリは、請求項１～８の何れか一項に記載の電極アセンブリであり、且つ前記包装体の中に収容されており、前記電極アセンブリのタブは、前記包装体から張り出していることを特徴とする電池。
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