WO2015002094A1 - 電池セル - Google Patents

電池セル Download PDF

Info

Publication number
WO2015002094A1
WO2015002094A1 PCT/JP2014/067204 JP2014067204W WO2015002094A1 WO 2015002094 A1 WO2015002094 A1 WO 2015002094A1 JP 2014067204 W JP2014067204 W JP 2014067204W WO 2015002094 A1 WO2015002094 A1 WO 2015002094A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
positive electrode
electrode terminal
negative electrode
battery cell
battery
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/067204
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
章一郎 白石
Original Assignee
Necエナジーデバイス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Necエナジーデバイス株式会社 filed Critical Necエナジーデバイス株式会社
Priority to CN201480038086.5A priority Critical patent/CN105359322A/zh
Priority to US14/894,566 priority patent/US20160104872A1/en
Priority to EP14820629.5A priority patent/EP3018750B1/en
Priority to JP2015525189A priority patent/JPWO2015002094A1/ja
Publication of WO2015002094A1 publication Critical patent/WO2015002094A1/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • H01M10/0468Compression means for stacks of electrodes and separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/116Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material
    • H01M50/117Inorganic material
    • H01M50/119Metals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/116Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material
    • H01M50/121Organic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/116Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material
    • H01M50/124Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/126Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/14Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery for protecting against damage caused by external factors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/463Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • H01M50/466U-shaped, bag-shaped or folded
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/54Connection of several leads or tabs of plate-like electrode stacks, e.g. electrode pole straps or bridges
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543Terminals
    • H01M50/547Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
    • H01M50/548Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on opposite sides of the cell
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543Terminals
    • H01M50/552Terminals characterised by their shape
    • H01M50/553Terminals adapted for prismatic, pouch or rectangular cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/30Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a battery cell used for a secondary battery such as a lithium ion battery.
  • the main structure of the secondary battery is an assembled battery in which a plurality of battery cells in which a battery element in which a positive electrode and a negative electrode are alternately stacked with a separator interposed therebetween are sealed together with an electrolyte and an exterior body such as a laminate film are stacked.
  • the battery pack In the secondary battery having such a configuration, when a voltage higher than the rated voltage is applied due to overcharge of the secondary battery, the temperature in the battery cell becomes high. When the temperature in the battery cell becomes high and reaches the melting temperature of the separator, the separator is locally broken, a short circuit occurs between the positive electrode and the negative electrode, and the electrolytic solution is decomposed and evaporated. As a result, gas may be generated in the battery cell.
  • Patent Document 1 discloses a battery cell (film-covered battery) provided with a buffer portion in the upper part in the vertical direction for storing gas generated from the battery element in an area other than the battery element without storing in the battery element. Yes.
  • a battery cell secondary battery provided with a remaining portion on the side of the battery element for storing gas generated from the battery element (electrode assembly) in a region other than the battery element without accumulating in the battery element is patented. It is disclosed in Document 2. The generated gas is allowed to escape from the battery element and is accumulated in the buffer part and the remaining part in the battery cell, so that the battery element in which the positive electrode, the negative electrode, and the separator are stacked is maintained.
  • the object of the present invention is to solve the above-described problem, and even if a short circuit occurs between the electrodes in the battery cell, the pressure in the battery cell does not increase to a pressure at which the battery cell may burst. It is providing the battery cell which can suppress heat_generation
  • the battery cell of the present invention includes a battery element accommodated in a flexible exterior body, in which positive electrodes and negative electrodes are alternately stacked with separators interposed therebetween, The electrolyte contained in the exterior body, the positive electrode terminal having one end electrically connected to the positive electrode and the other end being drawn out of the exterior body, and the other end electrically connected to the negative electrode And a fixing member provided on each of a pair of facing side surfaces of the battery element as viewed from above in the stacking direction of the positive electrode and the negative electrode.
  • the short-circuit current at the time of an internal short circuit is reduced, and the generation of gas in the battery cell is suppressed by suppressing heat generation, and the pressure in the battery cell is difficult to increase.
  • FIG. 1 It is a top view which shows the battery cell of one Embodiment of this invention. It is a perspective view which shows the battery element provided with the fixing member and each terminal of embodiment shown in FIG. It is a top view which shows the positive electrode of embodiment shown in FIG. It is a top view which shows the negative electrode of embodiment shown in FIG. It is a top view which shows the structure of the bag-shaped separator of embodiment shown in FIG. It is a top view which shows the state which laminates
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the various shapes of the exterior body of embodiment shown in FIG. It is a perspective view which shows the various shapes of the exterior body of embodiment shown in FIG. It is a perspective view which shows the state which accommodates a battery element in the exterior body of embodiment shown in FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • the battery cell 1 includes a battery element 4 (see FIG. 2) from which a positive electrode terminal 2 and a negative electrode terminal 3 are drawn, and a flexible exterior body that includes a laminate film that accommodates the battery element 4 therein. 10.
  • the portions of the positive electrode terminal 2 and the negative electrode terminal 3 exposed to the outside of the outer casing 10 of the battery cell 1 form a positive electrode terminal exposed portion 2a and a negative electrode terminal exposed portion 3a, respectively.
  • the battery element 4 is formed by laminating a positive electrode 6 and a negative electrode 7 that are housed in a bag-shaped separator 8 having an insulating property.
  • the positive electrode terminal 2 and the negative electrode terminal 3 are drawn out from the side surfaces of the battery element 4 facing each other.
  • the separator 8 has a bag shape in which a part of each peripheral portion of the sheet-like separator material overlapping each other with the positive electrode 6 interposed therebetween is bonded to each other, and the positive electrode main body 6a (see FIG. 3a) can be accommodated therein. ing. Further, the separator 8 has a direction of thermal contraction in a direction parallel to the direction in which the positive electrode current collecting tab 6b or the positive electrode terminal 2 is drawn, and a direction perpendicular to the direction in which the positive electrode current collecting tab 6b or the positive electrode terminal 2 is drawn. It is comprised so that it may become smaller than the thermal contraction rate of.
  • the battery element accommodating portion 9 (see FIGS. 8a and 8b) of the outer package 10 that accommodates the battery element 4 generates a gas, enters between the electrodes of the battery element 4 and expands the battery element 4 when the battery element 4 expands.
  • the volume is configured to be 10% or more larger than the volume of the battery element 4 so that the body 10 is not suppressed.
  • the positive electrode terminal 2 and the negative electrode terminal 3 are configured to have a width smaller than the width of the battery element 4 from which the battery element 4 is drawn out in plan view so as not to hinder the expansion of the battery element 4.
  • the positive electrode 6 and the negative electrode 7 accommodated in the separator 8 stacked on the pair of opposite side surfaces of the battery element 4 as viewed from above in the stacking direction of the electrodes are not shifted.
  • a fixing member 5 such as a tape to be fixed is provided.
  • the fixing member 5 is provided so that the pair of opposite side surfaces of the battery element 4 provided with the fixing member 5 is different from the side surface from which the positive electrode terminal 2 and the negative electrode terminal 3 are drawn.
  • the fixing member 5 provided on the side surface is provided in a region that spreads from a pair of sides extending in the electrode stacking direction toward the center of the side surface. Each surface area occupied by these regions is 25% or less of the total surface area of the side surface.
  • the fixing member 5 Since the fixing member 5 is provided in this manner, the battery element 4 easily expands when a short circuit occurs between the positive electrode 6 and the negative electrode 7 and the electrolyte is evaporated to generate gas. . In particular, the portion that is not restrained by the fixing member 5 tends to expand. That is, the center of the battery cell 1 corresponding to the center of the battery element 4 tends to expand. Further, since the thermal contraction rate in the direction perpendicular to the direction in which the positive electrode terminal 2 and the negative electrode terminal 3 of the separator 8 are drawn out is large and the separator 8 is easily shrunk in that direction, it is seen from the direction in which each terminal is drawn out. The battery element 4 and the battery cell 1 are easily expanded in an arch shape.
  • the positive electrode terminal 2 and the negative electrode terminal 3 are configured so that the width of each of the positive electrode terminal 2 and the negative electrode terminal 3 is smaller than the width of the battery element 4 from which they are drawn, the expansion of the battery cell 1 is hardly hindered. .
  • a positive electrode 6 comprising a positive electrode main body 6a made of aluminum and coated with a positive active material on both sides and a positive current collecting tab 6b not coated with a positive active material is prepared. Is done.
  • a negative electrode 7 comprising a negative electrode body 7a made of copper and coated with a negative electrode active material on both sides and a negative electrode current collecting tab 7b not coated with the negative electrode active material is prepared. Is done.
  • two sheet-like separator materials made of an insulating material such as polyolefin are prepared.
  • the positive electrode current collecting tab 6b of the positive electrode 6 to be accommodated is exposed to the outside, and the three sides of the two separator materials are thermally welded to each other so that the positive electrode main body portion 6a can be accommodated therein.
  • a bag-shaped separator 8 that accommodates the six positive electrode main body portions 6a is formed.
  • the bag-like separator 8 has a thermal contraction rate in a direction parallel to the direction in which the positive electrode current collecting tab 6b or the positive electrode terminal 2 is drawn, and the direction in which the positive electrode current collecting tab 6b or the positive electrode terminal 2 is drawn.
  • the dimension of the bag-shaped separator 8 is substantially equal to the dimension of the negative electrode main body part 7a of the negative electrode 7 so as not to cause a shift when the layers are stacked.
  • the positive electrode 6 and the negative electrode 7 accommodated in the bag-like separator 8 are alternately laminated to form a flat battery element 4 as shown in FIG. 6. .
  • the positive electrode 6 and the negative electrode 7 are laminated so that the positive electrode current collecting tab 6b of the positive electrode 6 and the negative electrode current collecting tab 7b of the negative electrode 7 are drawn out from the side surfaces facing each other.
  • the stacked positive electrode 6 and negative electrode 7 are not displaced on a pair of side surfaces of the battery element 4 where the positive electrode current collecting tab 6 b and the negative electrode current collecting tab 7 b are not drawn.
  • a fixing member 5 is provided for fixing.
  • the fixing member 5 extends from the pair of sides on the side surface of the battery element 4 extending in the stacking direction of the positive electrode 6 and the negative electrode 7 toward the center of the side surface of the battery element 4.
  • the surface area of each region is set to be 25% or less of the total surface area of the side surface of the battery element 4.
  • the fixing member 5 is not disposed in a region having a surface area of 50% on the side surface with the center line of the side surface of the battery element 4 extending in the electrode stacking direction as the center. Note that a tape or the like is used as the fixing member 5.
  • a plurality of positive electrode current collecting tabs 6 b drawn from the side surface of the battery element 4 are bundled together, and the plurality of bundled positive electrode current collecting tabs 6 b and one end of the positive electrode terminal 2 are connected. Is done.
  • a plurality of negative electrode current collecting tabs 7 b are bundled together and connected to one end of the negative electrode terminal 3.
  • the connection between each current collecting tab and each terminal may be supplementarily made through a conductive member. In that case, resin may be formed on the positive electrode terminal 2 and the negative electrode terminal 3 or a part of the conductive member.
  • the produced battery element 4 is accommodated in an exterior body 10 made of flexible aluminum whose front and back surfaces are coated with resin.
  • the exterior body 10 has a battery element housing portion inside by a shape having a battery element housing portion 9 for housing the battery element 4 by press working or the like as shown in FIGS. It is formed in a can shape or the like.
  • the battery element accommodating portion 9 is configured so that the volume is 10% or more larger than the volume of the battery element 4.
  • the battery element 4 is disposed in the battery element housing portion of the exterior body 10 such that the other end of the positive electrode terminal 2 and the other end of the negative electrode terminal 3 are exposed to the outside of the exterior body 10. At this time, the other end of the positive electrode terminal 2 and the other end of the negative electrode terminal 3 exposed to the outside of the exterior body 10 form a positive electrode terminal exposed portion 2a and a negative electrode terminal exposed portion 3a.
  • the periphery of the outer package 10 containing the battery element 4 is sealed by thermal welding while leaving a part of the opening for injecting the electrolytic solution in a part other than the opening. Thereafter, an electrolytic solution is injected into the exterior body 10 from the opening, and the opening is bonded to form the battery cell 1 as shown in FIG.
  • the battery cell 1 is completed through these steps.
  • the separator 8 may be formed not in a bag shape but in a sheet shape laminated between the positive electrode 6 and the negative electrode 7.
  • the dimensions of the sheet-like separator 8 and the shapes of the positive electrode body 6a of the positive electrode 6 and the negative electrode body 7a of the negative electrode 7 are configured to be the same.
  • the fixing member 5 when only the side surface from which the terminals of the battery element 4 of the battery cell 1 are not drawn is held by the fixing member 5, when gas is generated due to a short circuit between the two electrodes, The center of the battery cell 1 corresponding to the center is easily expanded. Further, since the thermal contraction rate in the direction perpendicular to the direction in which each terminal of the separator 8 is pulled out is large and the separator 8 is easily contracted in that direction, the battery element is formed in an arch shape as viewed from the direction in which the terminal is pulled out. 4 and the battery cell 1 easily expand.
  • the positive electrode terminal 2 and the negative electrode terminal 3 are configured so that the width of each of the positive electrode terminal 2 and the negative electrode terminal 3 is smaller than the width of the battery element 4 from which they are drawn, the expansion of the battery cell 1 is hardly hindered. Become.

Abstract

 本発明の電池セル1は、可撓性を有する外装体10の内部に、電解液と、セパレータ8を挟んで正極電極6と負極電極7とが交互に積層された電池要素4と、を有している。電池セル1は、一端が正極電極6と電気的に接続され、他端が外装体10の外部へ引き出されている正極端子2と、一端が負極電極7と電気的に接続され、他端が外装体10の外部へ引き出されている負極端子3と、を有している。電池要素4には、正極電極6と負極電極7との積層方向にみて、一対の向かい合う側面に固定部材5が設けられている。

Description

電池セル
 本発明は、リチウムイオン電池等の二次電池に用いられる電池セルに関する。
 近年の電子機器、特に携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラなどの携帯用情報機器の発達や普及に伴い、小型、軽量で、かつエネルギー密度が高い二次電池の需要が大きく伸張している。そのため、二次電池の一層の高性能化の検討がなされている。
 二次電池の主な構成は、セパレータを挟んで正極電極と負極電極とが交互に積層された電池要素を電解液と共にラミネートフィルム等の外装体で封止した電池セルを複数個積層した組電池を電池パック内部に有する構成である。このような構成の二次電池において、二次電池の過充電等により定格以上の電圧が印加されると、電池セル内の温度が高温になる。電池セル内の温度が高温になり、セパレータの溶解温度に達すると、セパレータが局所的に破断し、正極電極と負極電極との間で短絡が発生して、電解液が分解されて蒸発することにより電池セル内にガスが発生してしまうことがあった。
 そこで、電池要素から発生したガスを電池要素内に溜めずに電池要素以外の領域に溜めるためのバッファ部を鉛直方向上部に備えた電池セル(フィルム外装電池)が、特許文献1に開示されている。また、電池要素(電極アセンブリー)から発生したガスを電池要素内に溜めずに電池要素以外の領域に溜めるための残留部分を電池要素の側方に備えた電池セル(二次バッテリー)が、特許文献2に開示されている。発生したガスを電池要素から逃がして、電池セル内のバッファ部や残留部分に溜めることによって、正極電極と負極電極とセパレータとが積層されている電池要素の積層状態が保たれる。
特開2004-265762号公報 特表2009-545849号公報
 しかしながら、特許文献1や特許文献2に開示された発明のように、ガスを電池要素から逃がすためのバッファ部や残留部分にガスを溜め続けても、電池要素内で発生している短絡が解消されないため、電池要素からガスが発生し続ける。その結果として、発生し続けたガスの体積がバッファ部や残留部分の容積を超えてしまい、電池セル内の圧力が急激に高まる。そして、電池セル内が所定の圧力を超えた時点で電池セルが破裂して破損するおそれがあった。或いは、電池セルの一部が破損して、破損部からガスが外部へ漏れるというおそれがあった。
 そこで本発明の目的は、前記した問題を解決して、電池セル内の電極同士の間に短絡が発生しても、破裂するおそれのある圧力まで電池セル内の圧力が高まらず、短絡時の発熱を抑制しガスの発生を抑制できる電池セルを提供することにある。
 前記した目的を達成するために、本発明の電池セルは、可撓性を有する外装体の内部に収容された、セパレータを挟んで正極電極と負極電極とが交互に積層された電池要素と、外装体の内部に収容された電解液と、一端が正極電極と電気的に接続され他端が外装体の外部へ引き出されている正極端子と、一端が負極電極と電気的に接続され他端が外装体の外部へ引き出されている負極端子と、電池要素の、正極電極と負極電極の積層方向の上方からみて、一対の向かい合う側面にそれぞれ設けられている固定部材と、を含む。
 本発明によれば、内部短絡時の短絡電流が減少し、発熱を抑制することで電池セル内のガスの発生が抑制され、電池セル内の圧力が高くなり難くなる。
本発明の一実施形態の電池セルを示す平面図である。 図1に示す実施形態の固定部材と各端子とを備えた電池要素を示す斜視図である。 図1に示す実施形態の正極電極を示す平面図である。 図1に示す実施形態の負極電極を示す平面図である。 図1に示す実施形態の袋状のセパレータの構成を示す平面図である。 図1に示す実施形態のセパレータに収容された正極電極と負極電極とを積層する状態を示す平面図である。 図1に示す実施形態の電池要素を示す斜視図である。 図1に示す実施形態の電池要素を固定部材で固定した状態を示す斜視図である。 図1に示す実施形態の外装体の様々な形状を示す斜視図である。 図1に示す実施形態の外装体の様々な形状を示す斜視図である。 図1に示す実施形態の外装体に電池要素を収容する状態を示す斜視図である。
 以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
 図1は、本発明の一実施形態の電池セルを示す斜視図である。
 電池セル1は、正極端子2と負極端子3とが引き出されている電池要素4(図2参照)と、電池要素4を内部に収容するラミネートフィルム等から構成される可撓性を有する外装体10とから構成されている。正極端子2及び負極端子3の、電池セル1の外装体10の外部に露出している部分は、それぞれ正極端子露出部2a及び負極端子露出部3aを形成している。電池要素4は、図2と図5と図6とに示すように、絶縁性を有する袋状のセパレータ8に収容された正極電極6と、負極電極7とが積層されて形成されている。正極端子2と負極端子3は、電池要素4の互いに対向する側面からそれぞれ引き出されている。
 セパレータ8は、正極電極6を挟んで互いに重なり合うシート状のセパレータ材の各周縁部の一部が互いに接合されて、内部に正極電極本体部6a(図3a参照)を収容可能な袋状になっている。さらに、セパレータ8は、正極集電タブ6b或いは正極端子2が引き出されている方向に平行な方向の熱収縮率が、正極集電タブ6b或いは正極端子2が引き出されている方向に垂直な方向の熱収縮率より小さくなるように構成されている。
 電池要素4を収容する外装体10の電池要素収容部9(図8a,8b参照)は、ガスが発生して電池要素4の電極間に入り込み電池要素4が膨張した際に電池要素4を外装体10が抑制しないように、容積が電池要素4の体積より10%以上大きくなるように構成されている。正極端子2及び負極端子3は、電池要素4の膨張を妨げないように、平面的にみて、それぞれが引き出されている電池要素4の幅よりも幅が小さくなるように構成されている。
 また、図2に示すように、電極の積層方向の上方からみて、電池要素4の一対の向かい合う側面に、積層されたセパレータ8に収容された正極電極6と負極電極7とをずれないように固定するテープ等の固定部材5が設けられている。この固定部材5が設けられている電池要素4の一対の向かい合う側面と、正極端子2及び負極端子3が引き出されている側面とが異なるように、固定部材5が設けられている。また、側面に設けられた固定部材5は、電極の積層方向に延びる一対の辺から当該側面の中心にそれぞれ向かって広がる領域に設けられている。これらの領域が占めるそれぞれの表面積は当該側面の総表面積の25%以下である。
 このように固定部材5が設けられていることで、正極電極6と負極電極7との間に短絡が発生して電解液が蒸発してガスが発生した場合に、電池要素4が膨張しやすい。特に、固定部材5によって抑えられていない部分が膨張しやすい。即ち、電池要素4の中心に対応する電池セル1の中心が膨張しやすい。また、セパレータ8の正極端子2及び負極端子3が引き出されている方向に垂直な方向の熱収縮率が大きく、その方向にセパレータ8が収縮しやすいため、各端子が引き出されている方向からみて、アーチ状に電池要素4及び電池セル1が膨張しやすい。さらに、正極端子2及び負極端子3の幅が、平面的にみて、それぞれが引き出されている電池要素4の幅より小さくなるように構成されていることで、電池セル1の膨張が妨げられにくい。
 電池セル1が膨張している状態では、電池セル1内の正極電極6と負極電極7との間にガスが入り込み、正極電極6と負極電極7との間の間隔が広くなっている。正極電極6と負極電極7との間の間隔が広くなっていることによって、正極電極6と負極電極7との間の電気的抵抗が増加し、二極間の短絡電流が減少する。二極間の短絡電流が減少した時点から、電池セル1内のガス発生が抑えられるため、電池セル1の容積を超えるガスが発生しない。そのため、電池セル1が膨張しすぎて電池セル1内の圧力が急激に高まって破裂する可能性が低くなる。同時に、二極間の短絡電流が減少した時点から、短絡による熱エネルギーの発生が抑えられるため、電池セル1の温度上昇を抑制することができる。
 以上の構成の電池セル1を製造する工程を説明する。
 初めに、図3aに示すように、アルミニウムから成り、正極活物質が両面に塗布された正極電極本体部6aと正極活物質が塗布されていない正極集電タブ6bとを有する正極電極6が用意される。次に、図3bに示すように、銅から成り、負極活物質が両面に塗布された負極電極本体部7aと負極活物質が塗布されていない負極集電タブ7bとを有する負極電極7が用意される。
 続いて、図4に示すように、ポリオレフィン等の絶縁性を有する材料から成るシート状のセパレータ材が二枚用意される。そして、収容する正極電極6の正極集電タブ6bが外部に露出し、正極電極本体部6aを内部に収容可能なように、2枚のセパレータ材の三辺が互いに熱溶着されて、正極電極6の正極電極本体部6aを収容する袋状のセパレータ8が形成される。このとき、袋状のセパレータ8は、正極集電タブ6b或いは正極端子2が引き出されている方向に平行な方向の熱収縮率が、正極集電タブ6b或いは正極端子2が引き出されている方向に垂直な方向の熱収縮率より小さくなるように構成される。尚、袋状のセパレータ8の寸法は、積層した際にずれが生じないように、負極電極7の負極電極本体部7aの寸法とほぼ等しいことが好ましい。
 そして、図5に示すように、袋状のセパレータ8に収容された正極電極6と負極電極7とが交互に積層されて、図6に示すように、扁平状の電池要素4が形成される。このとき、正極電極6の正極集電タブ6bと負極電極7の負極集電タブ7bとが、電池要素4の互いに対向する側面からそれぞれ引き出されるように正極電極6と負極電極7とが積層される。また、電池要素4の、正極集電タブ6bと負極集電タブ7bとが引き出されていない一対の側面に、図7に示すように、積層された正極電極6と負極電極7とがずれないように固定する固定部材5が設けられる。この固定部材5は、前述したように、電池要素4の側面の、正極電極6と負極電極7との積層方向に延びる一対の辺から、電池要素4の側面の中心にそれぞれ向かって広がる領域に設けられる。この領域のそれぞれの表面積は、電池要素4の側面の総表面積の25%以下になるように設定される。即ち、電極の積層方向に延びる電池要素4の側面の中心線を中心とした当該側面の表面積50%の領域には、固定部材5が配置されない。尚、この固定部材5としては、テープ等が用いられる。
 図2に示すように、電池要素4の側面から引き出されている複数の正極集電タブ6bを一つに束ねて、束ねられた複数の正極集電タブ6bと正極端子2の一端とが接続される。同様にして、複数の負極集電タブ7bが、一つに束ねられて負極端子3の一端と接続される。各集電タブと各端子との接続は、補助的に導電性の部材を介して行われてもよい。その場合、正極端子2及び負極端子3、または導電性の部材の一部に樹脂が形成されていてもよい。
 作成された電池要素4は、表面及び裏面が樹脂でコーティングされた可撓性を有するアルミニウム等からなる外装体10に収容される。外装体10は、図8aや図8bに示すようなプレス加工等によって電池要素4を収容する電池要素収容部9を有する形状や、アルミニウムの板の絞り加工等によって内部に電池要素収容部を有する缶形状等に形成されている。電池要素収容部9は、容積が電池要素4の体積より10%以上大きくなるように構成されている。電池要素4は、図9に示すように、正極端子2の他端及び負極端子3の他端が外装体10の外部に露出するように、外装体10の電池要素収容部に配置される。このとき、外装体10の外部に露出した正極端子2の他端及び負極端子3の他端は、正極端子露出部2a及び負極端子露出部3aを形成する。
 そして、電解液を注液するための開口部分を一部に残しつつその開口部分以外において、電池要素4を収容した外装体10の周囲が熱溶着によって封止される。その後、開口部分から電解液を外装体10の内部に注入し、開口部分が接着されることによって、図1に示すような電池セル1が形成される。
 このような工程を経て、電池セル1が完成する。
 尚、セパレータ8は、袋状ではなく、正極電極6と負極電極7との間にそれぞれ積層されるシート状に形成されてもよい。この場合には、シート状のセパレータ8の寸法と、正極電極6の正極電極本体部6aと、負極電極7の負極電極本体部7aと、の形状は、それぞれ同じになるように構成される。
 以上のように、電池セル1の電池要素4の各端子が引き出されていない側面のみを固定部材5にて保持することによって、二極間の短絡によってガスが発生した場合に、電池要素4の中心に対応する電池セル1の中心が膨張しやすくなる。また、セパレータ8の各端子が引き出されている方向に垂直な方向の熱収縮率が大きく、その方向にセパレータ8が収縮しやすいため、端子が引き出されている方向からみて、アーチ状に電池要素4及び電池セル1が膨張しやすくなる。さらに、正極端子2及び負極端子3の幅が、平面的にみて、それぞれが引き出されている電池要素4の幅より小さくなるように構成されていることで、電池セル1の膨張が妨げられにくくなる。
 このように、電池セル1が膨張している状態では、正極電極6と負極電極7との間にガスが入り込み、間隔が広くなるため、正極電極6と負極電極7との間の電気的抵抗が増加し、二極間の短絡電流が減少する。二極間の短絡電流が減少した時点から、電池セル1の内部の電池要素4のガス発生が抑えられるのと同時に、短絡による熱エネルギーの発生が抑えられ、電池セル1の温度上昇を抑制することができる。
 以上、本発明の具体的な構成について一実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、前述の実施形態に対する種々の変更が可能であることは言うまでもない。
 本出願は、2013年7月5日に出願された日本特許出願2013-141799号を基礎とする優先権を主張し、日本特許出願2013-141799号の開示の全てをここに取り込む。

Claims (9)

  1.  可撓性を有する外装体の内部に収容された、セパレータを挟んで正極電極と負極電極とが交互に積層された電池要素と、
     前記外装体の内部に収容された電解液と、
     一端が前記正極電極と電気的に接続され、他端が前記外装体の外部へ引き出されている正極端子と、
     一端が前記負極電極と電気的に接続され、他端が前記外装体の外部へ引き出されている負極端子と、
     前記電池要素の、前記正極電極と前記負極電極との積層方向の上方からみて、一対の向かい合う側面にそれぞれ設けられている固定部材と、
     を含む電池セル。
  2.  前記固定部材は、積層された前記セパレータと前記正極電極と前記負極電極とを固定している、請求項1に記載の電池セル。
  3.  前記正極電極を挟んで互いに重なり合う前記セパレータは、各周縁部の一部が互いに接合されて、内部に前記正極電極を収容可能な袋状である、請求項1または2に記載の電池セル。
  4.  前記セパレータは、前記正極端子及び前記負極端子が引き出されている方向に平行な方向の熱収縮率が、前記正極端子及び前記負極端子が引き出されている方向に垂直な方向の熱収縮率より小さくなるように形成されている、請求項1から3のいずれか1項に記載の電池セル。
  5.  前記正極端子及び前記負極端子の幅は、前記積層方向の上方からみて、それぞれが引き出されている前記電池要素の辺の幅より小さい、請求項1から4のいずれか1項に記載の電池セル。
  6.  前記正極端子と前記負極端子とは、前記電池要素の互いに対向する側面からそれぞれ引き出されている、請求項1から5のいずれか1項に記載の電池セル。
  7.  前記電池要素の、前記固定部材が設けられている一対の側面と、前記正極端子及び前記負極端子が引き出されている側面とが異なる、請求項1から6のいずれか1項に記載の電池セル。
  8.  前記電池要素の一対の向かい合う側面に設けられた前記固定部材は、該側面の前記積層方向に延びる一対の辺から該側面の中心にそれぞれ向かって広がる領域に設けられており、前記領域のそれぞれの表面積は該側面の総表面積の25%以下である、請求項1から7のいずれか1項に記載の電池セル。
  9.  前記電池要素を収容している前記外装体の電池要素収容部の容積は、前記電池要素の体積より10%以上大きい、請求項1から8のいずれか1項に記載の電池セル。
PCT/JP2014/067204 2013-07-05 2014-06-27 電池セル WO2015002094A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201480038086.5A CN105359322A (zh) 2013-07-05 2014-06-27 电池单元
US14/894,566 US20160104872A1 (en) 2013-07-05 2014-06-27 Battery cell
EP14820629.5A EP3018750B1 (en) 2013-07-05 2014-06-27 Battery cell
JP2015525189A JPWO2015002094A1 (ja) 2013-07-05 2014-06-27 電池セル

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013141799 2013-07-05
JP2013-141799 2013-07-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015002094A1 true WO2015002094A1 (ja) 2015-01-08

Family

ID=52143672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/067204 WO2015002094A1 (ja) 2013-07-05 2014-06-27 電池セル

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20160104872A1 (ja)
EP (1) EP3018750B1 (ja)
JP (1) JPWO2015002094A1 (ja)
CN (1) CN105359322A (ja)
WO (1) WO2015002094A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021060401A1 (ja) * 2019-09-27 2021-04-01 積水化学工業株式会社 積層型電池および積層型電池の製造方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110337751A (zh) * 2017-02-22 2019-10-15 株式会社村田制作所 二次电池
CN109216776B (zh) * 2017-06-30 2022-10-25 远景Aesc日本有限公司 电化学器件
CN113131098A (zh) 2018-02-09 2021-07-16 宁德新能源科技有限公司 电芯以及电池
KR102314631B1 (ko) * 2018-09-19 2021-10-20 주식회사 엘지에너지솔루션 전극조립체

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004265762A (ja) 2003-03-03 2004-09-24 Nec Lamilion Energy Ltd フィルム外装電池およびフィルム外装積層型組電池
JP2009545849A (ja) 2006-07-31 2009-12-24 エルジー・ケム・リミテッド 非密封残留部分を有する小袋形二次バッテリー
JP2010080324A (ja) * 2008-09-26 2010-04-08 Asahi Kasei Corp 電極積層体及びその製造方法
JP2012033399A (ja) * 2010-07-30 2012-02-16 Sanyo Electric Co Ltd 角形二次電池
JP2012113843A (ja) * 2010-11-19 2012-06-14 Sony Corp 電池およびその製造方法、バッテリユニット、ならびにバッテリモジュール
JP2012142144A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Automotive Energy Supply Corp フィルム外装電池、電池モジュール、モジュール集合体、フィルム外装電池の選別方法および電気自動車
JP2012520551A (ja) * 2009-03-16 2012-09-06 リ−テック・バッテリー・ゲーエムベーハー ガルバニセルのための電極スタック
JP2014007103A (ja) * 2012-06-26 2014-01-16 Toyota Industries Corp 蓄電装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04167371A (ja) * 1990-10-29 1992-06-15 Yuasa Corp 蓄電池用極板群の製造法とその装置
JP5458464B2 (ja) * 2006-08-10 2014-04-02 日産自動車株式会社 扁平型電池
KR100898670B1 (ko) * 2006-11-30 2009-05-22 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 세퍼레이터 및 이를 채용한 리튬 이차전지
JP2011134525A (ja) * 2009-12-24 2011-07-07 Nec Energy Devices Ltd 積層型二次電池
JP2011165352A (ja) * 2010-02-05 2011-08-25 Nec Energy Devices Ltd 積層型二次電池
JP5699576B2 (ja) * 2010-12-08 2015-04-15 ソニー株式会社 積層型微多孔膜、電池用セパレータおよび非水電解質電池

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004265762A (ja) 2003-03-03 2004-09-24 Nec Lamilion Energy Ltd フィルム外装電池およびフィルム外装積層型組電池
JP2009545849A (ja) 2006-07-31 2009-12-24 エルジー・ケム・リミテッド 非密封残留部分を有する小袋形二次バッテリー
JP2010080324A (ja) * 2008-09-26 2010-04-08 Asahi Kasei Corp 電極積層体及びその製造方法
JP2012520551A (ja) * 2009-03-16 2012-09-06 リ−テック・バッテリー・ゲーエムベーハー ガルバニセルのための電極スタック
JP2012033399A (ja) * 2010-07-30 2012-02-16 Sanyo Electric Co Ltd 角形二次電池
JP2012113843A (ja) * 2010-11-19 2012-06-14 Sony Corp 電池およびその製造方法、バッテリユニット、ならびにバッテリモジュール
JP2012142144A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Automotive Energy Supply Corp フィルム外装電池、電池モジュール、モジュール集合体、フィルム外装電池の選別方法および電気自動車
JP2014007103A (ja) * 2012-06-26 2014-01-16 Toyota Industries Corp 蓄電装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3018750A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021060401A1 (ja) * 2019-09-27 2021-04-01 積水化学工業株式会社 積層型電池および積層型電池の製造方法
JP2021057140A (ja) * 2019-09-27 2021-04-08 積水化学工業株式会社 積層型電池および積層型電池の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2015002094A1 (ja) 2017-02-23
EP3018750B1 (en) 2018-12-19
EP3018750A4 (en) 2017-03-22
US20160104872A1 (en) 2016-04-14
CN105359322A (zh) 2016-02-24
EP3018750A1 (en) 2016-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5943243B2 (ja) 段差を有する電極組立体、それを含む電池セル、電池パック及びデバイス
JP5779828B2 (ja) 段差を有する電極組立体、それを含む電池セル、電池パック及びデバイス
JP5175265B2 (ja) 安全性及び容量が改善されたリチウム二次電池
JP5825436B2 (ja) 電極タブ接合性に優れた電極組立体、これを含む電池セル、デバイス及びその製造方法
JP5541514B2 (ja) 積層型二次電池
KR100496305B1 (ko) 파우치형 리튬 이차 전지와 이의 제조 방법
KR101216422B1 (ko) 실링부의 절연성이 향상된 이차전지
JP5451315B2 (ja) 組電池
KR102058194B1 (ko) 배터리 모듈
CN107851852B (zh) 蓄电装置
JP2007324118A (ja) 二つ以上のユニットセルを備えた高容量電池セル
JP6109957B2 (ja) ラウンドコーナーを含む電極組立体
JP2015537338A (ja) 段差構造を含む電池セル
KR101367751B1 (ko) 이차 전지 및 그 제조 방법
WO2015002094A1 (ja) 電池セル
JP2010033922A (ja) 積層型二次電池
KR20180085129A (ko) 전극조립체의 외면에 대면하여 위치하는 전극리드를 포함하는 전지셀
JP2010010145A (ja) 扁平型電池およびそれを用いた組電池
WO2014141753A1 (ja) 電池モジュール
JP2019537830A (ja) バッテリーパック及びこの製造方法
JP6630747B2 (ja) 向上した冷却構造を有するバッテリーモジュール
KR101243550B1 (ko) 고정부재를 이용한 안정성이 향상된 이차전지
CN108701867B (zh) 层叠型非水电解质二次电池
KR20150072236A (ko) 테라스 실링부를 포함하는 파우치의 패키징 구조 및 그 방법
JP2015046217A (ja) 薄型二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201480038086.5

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14820629

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014820629

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14894566

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015525189

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE