TWI389368B - Laminated secondary battery - Google Patents

Description

積層型二次電池

本發明係關於將透過間隔件而積層平板狀正極及負極的電池元件予以封口的積層型二次電池。

以行動電話為首的攜帶型使用電池機器，廣泛使用充放電容量大的鋰離子電池等。又，於電動車、電動腳踏車、電動工具、電力儲藏等之用途中，亦要求充放電容量大，且效率優良的二次電池。

於此等高輸出功率的電池中，使用透過間隔件而積層平板狀正極與負極的積層型電池。於鋰離子電池中，作為正極，係使用在作用為集電體的鋁箔上，將鋰過渡金屬複合氧化物粒子與碳黑等之導電性賦予材料共同塗佈者。

又，於負極，係使用在作用為集電體的銅箔上，塗佈石墨等之碳粒子與碳黑等之導電性賦予材料的膠漿者。

如鋰離子電池般的積層型二次電池，係將透過間隔件而積層數枚平板狀之正極與平板狀之負極的電池元件，藉由薄膜狀的封裝材料予以被覆，於移除電解液注液口且封口後注入電解液，並吸引內部氣體，以減壓狀態將電池內部予以封口。

鋰離子電池係藉由充放電，因為將鋰離子重複往活性物質中插入放出，而重複電極的膨脹、收縮且電極為變形，致使電池的效率降低。

於是，為能防止經由充放電所產生的正極、負極變形，提案有將正極與負極透過間隔件予以積層者進行回捲的電池元件，於其中央部具有金屬板，且在周圍以配置絕緣性樹脂的板狀體予以壓迫的電池。

JP-A-2004-355915為相關技術例。

然而，將上述回捲體以扁平變形者，係分別將帶狀之構件，以間隔件/正極或負極/間隔件/負極或正極的順序予以積層後進行回捲者，最外周部係以間隔件被覆者，夾持電池元件的板狀體為透過間隔件接觸、且熱性接合不夠充分者。又，作為電池元件之例，已記載積層板狀體之例，但未明確記載如何以板狀體進行壓迫。

本發明之課題係於透過間隔件而積層平板狀正極與平板狀負極之積層型鋰離子電池般的積層型二次電池中，提供即使於充放電時的發熱、或者由外部加熱時亦為放熱性良好，不會由於重複的膨脹及收縮的充放電而在間隔件上產生皺紋，進而引起充放電特性降低之充放電特性優良的積層型二次電池。

本發明係將平板狀正極與平板狀負極的任一者比另一者多一枚地透過間隔件予以交互積層，並將各正極的正極引出端子彼此間，以及各負極的負極引出端子彼此間分別直接接觸於由已接續之電池元件所構成之積層體的積層方向的兩端面而配置之金屬製板狀體相互以結合構件予以結合，並由兩端面將上述積層體予以夾壓保持，且藉由薄膜狀封裝材料將上述金屬製板狀體所夾壓保持的電池元件予以封口的積層型二次電池。

又，位於上述電池元件之積層體兩端面的正極或負極，係於接觸至金屬製板狀體之面上，未形成活性物質層之上述的積層型二次電池。

將積層枚數較少之極性電極收納於袋狀間隔件內部之上述的積層型二次電池。

金屬製板狀體為銅或鋁所構成之上述的積層型二次電池。

本發明之積層型二次電池，因具有將平板狀正極與平板狀負極的任一者比另一者多一枚地透過間隔件予以交互積層，並將各正極的正極引出端子彼此間，以及各負極的負極引出端子彼此間分別接續的電池元件，故位在電池元件之積層體之積層方向的兩端面有積層枚數較多的極性電極，結果使兩端面為同電位。

其結果，在同電位之兩端面未配置絕緣性構件而將金屬製板狀體密黏配置之同時，兩端面的金屬製板狀體相互未進行任何的絕緣處理等，而可藉由結合構件予以結合並將積層體予以夾壓保持且壓迫。

又，在電池元件之積層體的兩端面，因為配置金屬製板狀體，故電池的放熱特性高，藉由充放電的重複，縮小電池構成構件的形狀變化，可圖謀提高充放電特性。

本發明係發現可提供：一種電池，在以薄膜狀封裝材料，將平板狀正極與平板狀負極透過間隔件積層之電池元件予以封口之鋰離子電池等之積層型二次電池中，藉由使位於正極與負極透過間隔件交互積層之電池元件的積層體之積層方向兩端部的平板狀正極與平板狀負極作成同一電位之電極，而使金屬製板狀體密黏配置於上述兩端部，並將兩端面的金屬製板狀體藉由結合構件予以結合，且由兩端面夾壓保持上述積層體，則可防止因電池重複充放電所產生之活性物質層膨脹等而造成的充放電特性降低，更且，提高熱特性的電池。

本發明之電池，係為平板狀正極與平板狀負極透過間隔件交互積層的積層體，正極及負極分別積層同一枚數，且於正極引出端子彼此間、負極引出端子彼此間相互結合之情形中，位於積層體的兩端面有正極及負極，且極性為不同。

相對地，於正極或負極的任一者使用比另一者多一枚，而透過間隔件交互積層之情形中，著眼於積層體的兩端面，為同一極性且電位為相等電極的位置方面。

即，積層體之兩端面電極因係為同一電位，因此在積層體之兩端面配置板狀體且予以夾壓保持之情形中，不必在積層體之兩端面間配置絕緣性構件，或者以絕緣性構件製作一部分或全部的夾壓保持構件。

因此，作為在包含電池元件之積層體的兩端面所配置的構件，可配置熱特性優良的金屬製構件。又，可提供可使用金屬製之構件作為相互結合兩面金屬製構件之構件，並將包含電池元件之積層體進行夾壓保持的效果亦變大，且對於振動、衝擊等亦為特性變化少的電池。

以下，參照圖式說明本發明。

圖1為本發明之積層型二次電池之一實施例的說明圖，圖1A為剖面圖。又，圖1B為說明夾壓保持積層體之電池元件的立體圖。圖1C為圖1A中1C部分的放大圖。

又，圖1A所示之剖面圖為表示相當於圖1B中以A-A’線切剖面的位置。

積層型二次電池1為以鋰離子電池舉例說明，電池元件2為以薄膜狀封裝材料5予以封口。

電池元件2為將正極10與負極20透過間隔件30而積層，正極10係在鋁箔等所形成的正極集電體12上，形成正極活性物質層14。又，比正極10更大面積的負極20，係在銅箔等所構成之負極集電體22上形成負極活性物質層24。

圖1A所示之積層型二次電池中，負極20的積層枚數比正極10多積層一枚，位在積層體的兩端面有負極20a、20b。

又，正極10及負極20分別具有正極引出端子16、負極引出端子26，正極引出端子彼此間、負極引出端子彼此間為分別接合，結合至正極引出端子的正極端子18及負極端子(未予圖示)，係由薄膜狀封裝材料5之封口部7往外部取出。

又，分別於薄膜狀封裝材料5之封口部7中進行熱熔黏等並往外部取出，並於內部注入電解液後，以減壓狀態封口，並且以減壓所造成的內外壓力差，使薄膜狀封裝材料密黏至電池元件。

又，如圖1B所示般，具有正極與負極透過間隔件而積層之電池元件的積層體3，於積層體的兩端面密黏配置金屬製板狀體40，又，金屬製板狀體係藉由在金屬製板狀體之周圍部所設置之螺絲等結合構件42、44a、44b予以夾壓保持。

又，在正極引出端子16、負極引出端子26為與金屬製板狀體40接觸而有形成短路電路之可能性的情形中，有正極引出端子、負極引出端子、或金屬製板狀體之該處所，配置聚丙烯、聚醯胺、聚硫化苯(polyphenylene sulfide)等所構成的絕緣性膠帶為佳。

又，如圖1C所示般，位於電池元件之積層體兩端面的負極20a、20b，均以使用僅在間隔件30側之面形成負極活性物質層者為佳。

如此，若使用僅在間隔件30側之面形成負極活性物質層者，則因位在積層體的兩端面有銅箔等所構成的負極集電體22，故與含有電池元件之積層體兩端面所配設的金屬製板狀體40之間的熱性接觸良好，從而可提高放熱效果。

又，間隔件30，亦可作為積層之正極或負極中之積層枚數較少側之覆蓋電極兩面及兩側的袋狀構件。

於此情形中，將袋狀之間隔件的外形作成與負極相同大小，並以袋狀間隔件內插入正極時決定正極端部的位置，如此在袋狀間隔件的內部配置正極位置決定部之情形中，將收納正極的間隔件與負極鄰接的2邊作為位置決定邊予以積層，藉此則可製作具有決定正極及負極相互位置之電池元件的積層體。

圖2A為本發明之其他實施態樣的說明圖，將積層體夾壓保持之電池元件的剖面圖。又，圖2B為俯視圖。

以圖1A至圖1C所示之積層型二次電池，在位於電池元件之積層體3之積層方向端面所配置之金屬製板狀體40之鄰接角部的結合構件44a、44b的中心連結線，於積層體之積層方向的投影部中並不存在正極或負極。

相對地，於圖2A及圖2B所示之積層型二次電池，位在金屬製板狀體40鄰接角部的結合構件44a、44b，雖存在於與圖1所示之積層型二次電池相同位置，但結合構件44a、44b的中心連結線於積層體之積層方向的投影部45存在正極、負極。

即，在連結結合構件44a、44b中心之積層體的積層面之垂直面更外周側，可配置正極、負極，而可縮小結合構件存在所造成的正極或負極面積減少率。

圖3A為本發明之其他實施態樣的說明圖，係將積層體夾壓保持之電池元件的剖面圖。又，圖3B為俯視圖。

圖3A所示之積層型二次電池，係如圖2A及圖2B所示般，位於夾壓保持積層體之金屬製板狀體40之鄰接角部的結合構件44a、44b，雖存在於與圖1A至圖1C所示之積層型二次電池相同位置，但結合構件44a、44b的中心連結線於積層體之積層方向的投影部45中，存在正極、負極。

又，於兩面配置之金屬製板狀體40之正極或負極之長軸方向邊的外周部，未存在正極、負極任一者的部分中，安裝結合構件46a、46b而結合金屬製板狀體。安裝結合構件46a、46b的位置，係藉由結合構件將電池元件均勻夾壓保持般，而設於正極或負極之長軸方向的中央部附近為佳。

如此，於正極、負極之長軸方向邊的外周部亦設置結合構件46a、46b的情形中，為能裝配結合構件，乃於長軸方向邊的兩側形成不存在正極、負極之部分，但即使正極、負極之長軸方向的長度變大之情形中，亦可對正極及負極的全面均勻地產生金屬製板狀體對電池元件之積層體的保持夾壓效果。

圖4為夾壓保持本發明之積層型二次電池之電池元件的積層體之金屬製板狀體之其他例的說明圖，係說明以金屬製板狀體夾壓保持之電池元件的立體圖。

金屬製板狀體40，在接觸正極或負極之平板部背面，形成樑狀構件48。藉由如此設置樑狀構件48，比使用質量相等且不具有樑之平板的情形，可提高金屬製板狀體的剛性。

因此，為能進行夾壓保持可縮小金屬製板狀體的必要質量，可取得減少積層型二次電池質量的效果。

於積層型二次電池為鋰離子電池之情形中，正極係將集電體之鋁，塗佈鋰錳複合氧化物、鋰鈷複合氧化物、或鋰鎳複合氧化物等作為主成分之膠漿，而形成正極活性物質層。又，負極係使用集電體之銅，形成由碳粒子作為主成分之膠漿所形成的負極活性物質層。

位於積層體之積層方向兩端面的電極為正極之情形中，於夾壓保持電池元件之金屬製板狀體可使用鋁或其合金。另一方面，於負極可使用銅或其合金。

本發明之積層型二次電池，係將平板狀正極與平板狀負極的任一者比另一者多一枚地透過間隔件予以交互積層，並將各正極之正極引出端子彼此間，以及各負極之負極引出端子彼此間分別直接接觸於由已接續之電池元件所構成之積層體的積層方向的兩端面而配置之金屬製板狀體相互以結合構件予以結合，並由兩端面將上述積層體予以夾壓保持的電池元件，藉由薄膜狀封裝材料予以封口，故可防止充放電時之活性物質層膨脹、收縮所造成之間隔件發皺進而使充放電效率降低，同時並可提高電池的放熱特性。

1．．．積層型二次電池

2．．．電池元件

3．．．積層體

5．．．薄膜狀封裝材料

7．．．封口部

10．．．正極

12．．．正極集電體

14．．．正極活性物質層

16‧‧‧正極引出端子

18‧‧‧正極端子

20、20a、20b‧‧‧負極

22‧‧‧負極集電體

24‧‧‧負極活性物質層

26‧‧‧負極引出端子

30‧‧‧間隔件

40‧‧‧金屬製板狀體

42、44a、44b‧‧‧結合構件

45‧‧‧投影部

46a、46b‧‧‧結合構件

48‧‧‧樑狀構件

本發明將參考所附圖式予以說明，其中類似元件賦予類似元件符號。

圖1A為本發明之積層型二次電池之一實施例的說明圖，係為剖面圖。圖1B為說明夾壓保持積層體之電池元件的立體圖。又，圖1C為圖1A中之1C部分的放大圖。

圖2A為本發明之其他實施態樣的說明圖，表示夾壓保持積層體之電池元件的剖面圖。圖2B為俯視圖。

圖3A為本發明之其他實施態樣的說明圖，表示夾壓保持積層體之電池元件的剖面圖。又，圖3B為俯視圖。

圖4為夾壓保持本發明之積層型二次電池之電池元件的積層體之金屬製板狀體之其他例的說明圖，係說明以金屬製板狀體夾壓保持之電池元件的立體圖。

1．．．積層型二次電池

2．．．電池元件

3．．．積層體

5．．．薄膜狀封裝材料

7．．．封口部

10．．．正極

12．．．正極集電體

14．．．正極活性物質層

16．．．正極引出端子

18．．．正極端子

20、20a、20b．．．負極

22．．．負極集電體

24．．．負極活性物質層

26．．．負極引出端子

30．．．間隔件

40．．．金屬製板狀體

42、44a、44b．．．結合構件

Claims (3)

1. 一種積層型二次電池，其特徵為，將平板狀正極與平板狀負極的任一者比另一者多一枚地透過間隔件予以交互積層，並將各正極的正極引出端子彼此間，以及各負極的負極引出端子彼此間分別直接接觸於由已接續之電池元件所構成之積層體的積層方向的兩端面而配置之金屬製板狀體相互以結合構件予以結合，並由兩端面將上述積層體予以夾壓保持，且藉由薄膜狀封裝材料將上述金屬製板狀體所夾壓保持的電池元件予以封口；位於上述電池元件之積層體兩端面的正極或負極，於接觸至金屬製板狀體之面上未形成活性物質層。
2. 如申請專利範圍第1項之積層型二次電池，其中，將積層枚數較少的極性電極，收納於袋狀間隔件內部。
3. 如申請專利範圍第1項之積層型二次電池，其中，金屬製板狀體為由銅或鋁所構成。