WO2017090391A1 - 電気化学デバイス - Google Patents

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WO2017090391A1
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electrochemical device
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positive electrode
electrodes
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孝夫 大道寺
竹山 正起
好太郎 渡邉
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Necエナジーデバイス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electrochemical device.
  • Secondary batteries which are examples of electrochemical devices, are used in various fields such as power supplies for portable electronic devices such as mobile phones and smartphones, digital cameras, and notebook personal computers, and power supplies for vehicles and households (power storage facilities). Demand is growing.
  • lithium ion secondary batteries which are examples of non-aqueous electrolyte secondary batteries that can be repeatedly charged and discharged, are energy storage devices that are indispensable for daily life because of their high energy density, light weight, and excellent charge / discharge cycle characteristics. It has become.
  • an electrode laminate composed of two types of electrodes (a positive electrode and a negative electrode) alternately laminated via separators is housed in an outer container, and an electrode of the electrode laminate is obtained. Is connected to an electrode terminal (electrode lead), and this electrode terminal extends to the outside of the outer container.
  • a flexible container made of a flexible film having a high degree of freedom of shape has been adopted as an outer case of a non-aqueous electrolyte secondary battery instead of a metal can having a low degree of freedom of shape.
  • a general flexible film is a laminate film in which resin layers are laminated on both sides of a metal foil.
  • An exterior container made of a flexible film can be in close contact with the outer surface of the electrode laminate with almost no gap, and it is possible to improve the energy density per unit volume and improve the volume efficiency by reducing the thickness.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose secondary batteries (film-covered batteries) having an exterior container made of such a flexible film.
  • a support tab (protective lead) is arranged on the electrode tab in a state where a part of the electrode (electrode tab) is overlaid on the electrode terminal (electrode lead). . And in a state where the electrode tab is sandwiched between the support tab and the electrode terminal, they are joined together. Providing the support tab improves the reliability of the connection between the electrode tab and the electrode terminal, and can prevent damage during joining.
  • the outer container made of a flexible film is inferior in strength to the outer container made of a metal can. That is, the flexible film is easily damaged. If the flexible film is damaged, there is a possibility that an electrical short circuit inside the electrochemical device or leakage of the electrolytic solution may occur.
  • the support tab used in Patent Document 2 is thinner than the electrode terminal, and tends to warp when a member such as a horn or anvil is pressed against it. And the support tab in the curved state may damage the flexible film constituting the exterior container from the inside.
  • the present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide an electrochemical device that has good energy density and volumetric efficiency and has a low risk of damage to a flexible film constituting an exterior container. To do.
  • a feature of the present invention is that it has a power storage element in which two types of electrodes overlap with each other through a separator, and an outer container made of a flexible film that stores the power storage element and an electrolyte solution.
  • each of two types of electrodes has one end part of an outer container.
  • An electrode terminal that is overlapped with the uncoated part of the electrode inside and the other end extends to the outside of the outer container, and a support tab that sandwiches the uncoated part together with one end of the electrode terminal inside the outer container are provided.
  • the uncoated portion, the electrode terminal, and the support tab are joined to each other at an overlapping position, and the support tab has a planar shape that does not include a corner portion of at least 90 degrees or less.
  • the energy density and volumetric efficiency are good by using an exterior container made of a flexible film, and the risk of damaging the flexible film constituting the exterior container is small and reliable.
  • a highly electrochemical device can be provided.
  • FIG. 2 is a top view showing the basic structure of the secondary battery which is one Embodiment of the electrochemical device of this invention. It is the sectional view on the AA line of FIG.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a positive electrode of the secondary battery shown in FIGS. 1a and 1b.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a negative electrode of the secondary battery shown in FIGS. 1a and 1b.
  • FIG. 2 is an enlarged plan view showing a support tab of the secondary battery shown in FIGS. 1a and 1b.
  • FIG. 2 is a side view showing a step for connecting an electrode tab and an electrode terminal of the secondary battery shown in FIGS. 1a and 1b.
  • FIG. 6 is a side view showing a step following FIG. 5.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating a process following the process in FIG. 6.
  • FIG. 6 is an enlarged plan view showing a modification of the support tab of the secondary battery shown in FIGS. 1a and 1b.
  • FIG. 7 is an enlarged plan view showing another modification of the support tab of the secondary battery shown in FIGS. 1a and 1b.
  • FIG. 1a and 1b schematically show a film-covered secondary battery which is an embodiment of the electrochemical device of the present invention.
  • FIG. 1a is a plan view seen from above perpendicular to the main surface (flat surface) of the secondary battery
  • FIG. 1b is a sectional view taken along line AA of FIG. 1a.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the main part of the positive electrode
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the main part of the negative electrode.
  • the film-covered secondary battery 1 of the present invention includes an electrode laminate (electric storage element) 17 in which two types of electrodes, that is, a positive electrode (positive electrode sheet) 2 and a negative electrode (negative electrode sheet) 3 are overlapped with a separator 4 interposed therebetween. .
  • the electricity storage element 17 is housed in an outer container 14 made of a flexible film (laminate film) 6 together with the electrolytic solution 5.
  • One end of the positive electrode terminal 7 is connected to the positive electrode 2 of the power storage element 17, and one end of the negative electrode terminal 8 is connected to the negative electrode 3.
  • the other end portion of the positive electrode terminal 7 and the other end portion of the negative electrode terminal 8 are each drawn out of the exterior container 14 made of the flexible film 6.
  • each layer constituting the power storage element 17 a part of each layer constituting the power storage element 17 (a layer located at an intermediate portion in the thickness direction) is omitted from the illustration, and the electrolytic solution 5 is shown.
  • the positive electrode 2, the negative electrode 3, the separator 4, and the flexible film 6 are illustrated so as not to be in contact with each other. .
  • the positive electrode 2 includes a positive electrode current collector (positive electrode current collector) 9, and a positive electrode active material layer (positive electrode active material layer) 10 applied to the positive electrode current collector 9. including.
  • the front and back surfaces of the positive electrode current collector 9 have a coated portion where the positive electrode active material layer 10 is formed and an uncoated portion where the positive electrode active material layer 10 is not formed.
  • the negative electrode 3 includes a negative electrode current collector (negative electrode current collector) 11 and a negative electrode active material layer (negative electrode active material layer) 12 applied to the negative electrode current collector 11.
  • the negative electrode current collector 11 has a coated portion and a non-coated portion on the front and back surfaces.
  • the uncoated portions (current collectors 9 and 11) of the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are used as electrode tabs (positive electrode tab and negative electrode tab) for connection with electrode terminals (positive electrode terminal 7 and negative electrode terminal 8).
  • uncollected current collectors of the same type of electrode are superposed on each other to form an aggregate. That is, the positive electrode tabs of the positive electrode 2 (the positive electrode current collector 9 of the uncoated portion) are gathered together on one end portion of the positive electrode terminal 7 to form a collective portion, and this collective portion is a metal piece (support tab) 13 and the positive electrode It is sandwiched between the terminals 7 and all of them are connected to each other by ultrasonic welding or the like at a position where they overlap each other.
  • the negative electrode tabs of the negative electrode 3 are gathered together on one end part of the negative electrode terminal 8 to form a collective part. It is sandwiched between the negative electrode terminal 8 and all of them are connected to each other by ultrasonic welding or the like at a position where they overlap each other.
  • the other end of the positive electrode terminal 7 and the other end of the negative electrode terminal 8 extend to the outside of the outer container 14 made of the flexible film 6.
  • the support tab 13 shown in FIG. 4 prevents damage to the electrode tabs (current collectors 9 and 11) and improves the reliability of the connection between the electrode tab and the electrode terminals (the positive electrode terminal 7 and the negative electrode terminal 8). It is desirable to be thin, strong and resistant to the electrolyte 5.
  • the support tab 13 has a thickness of about 60 ⁇ m to 150 ⁇ m, for example, and has a planar shape that does not have a corner of at least 90 degrees or less, preferably a portion where two straight sides intersect at one point (corner) Has a planar shape that does not exist at all.
  • a support tab 13 having a shape in which four rectangular corner portions 13a are rounded (rounded rectangular shape) is used.
  • the radius of curvature of the rounded portion is 1.0 to 2.0 mm.
  • Preferred materials for forming the support tab 13 include aluminum, nickel, copper, stainless steel (SUS), and the like.
  • the outer dimension of the coating part (negative electrode active material layer 12) of the negative electrode 3 is larger than the outer dimension of the coating part (positive electrode active material layer 10) of the positive electrode 2 and smaller than or equal to the outer dimension of the separator 4.
  • examples of the active material constituting the positive electrode active material layer 10 include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 2 , Li 2 MO 3 —LiMO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3.
  • Layered oxide materials such as Mn 1/3 O 2 , spinel materials such as LiMn 2 O 4 , olivine materials such as LiMPO 4 , fluoride olivine materials such as Li 2 MPO 4 F and Li 2 MSiO 4 F
  • examples thereof include vanadium oxide materials such as materials and V 2 O 5 .
  • a part of elements constituting these active materials may be substituted with other elements, and Li may have an excessive composition.
  • One or a mixture of two or more of these active materials can be used.
  • carbon materials such as graphite, amorphous carbon, diamond-like carbon, fullerene, carbon nanotube, and carbon nanohorn, lithium metal materials, alloy materials such as silicon and tin, An oxide material such as Nb 2 O 5 or TiO 2 or a composite thereof can be used.
  • the active material mixture constituting the positive electrode active material layer 10 and the negative electrode active material layer 12 is obtained by appropriately adding a binder, a conductive auxiliary agent, or the like to each of the active materials described above.
  • a conductive support agent 1 type in carbon black, carbon fiber, or graphite can be used, or a combination of 2 or more types can be used.
  • the binder polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, carboxymethylcellulose, modified acrylonitrile rubber particles, and the like can be used.
  • the positive electrode current collector 9 aluminum, stainless steel, nickel, titanium, or an alloy thereof can be used, and aluminum is particularly preferable.
  • the negative electrode current collector 11 copper, stainless steel, nickel, titanium, or an alloy thereof can be used.
  • Examples of the electrolytic solution 5 include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, butylene carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC), and the like.
  • cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, butylene carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC), and the like.
  • One or more organic solvents such as chain carbonates, aliphatic carboxylic acid esters, ⁇ -lactones such as ⁇ -butyrolactone, chain ethers, cyclic ethers, etc. Mixtures can be used.
  • lithium salts can be dissolved in these organic solvents.
  • the separator 4 is mainly composed of a resin porous film, woven fabric, non-woven fabric, etc., and as its resin component, for example, polyolefin resin such as polypropylene and polyethylene, polyester resin, acrylic resin, styrene resin, nylon resin, aramid resin (aromatic resin) Polyamide resin), polyimide resin, or the like can be used.
  • a polyolefin-based microporous membrane is preferable because of its excellent ion permeability and performance of physically separating the positive electrode and the negative electrode.
  • the inorganic particles include insulating oxides, nitrides, sulfides, carbides, etc. Among them, it is preferable that TiO 2 or Al 2 O 3 is included.
  • the exterior container 14 is a lightweight exterior case made of the flexible film 6.
  • An example of the flexible film 6 is a laminate film in which resin layers are provided on both surfaces of a metal foil serving as a base material.
  • a metal layer having a barrier property for preventing leakage of the electrolytic solution 5 or entry of moisture from the outside can be selected, and aluminum, stainless steel, or the like can be used.
  • At least one surface of the metal foil is provided with a heat-fusible resin layer such as a modified polyolefin.
  • the exterior container 14 is formed by making the heat-fusible resin layers of the flexible film 6 face each other and heat-sealing the periphery of the portion that houses the electricity storage element 17.
  • a resin layer such as a nylon film, a polyethylene terephthalate film, or a polyester film can be provided on the surface of the metal foil opposite to the surface on which the heat-fusible resin layer is formed, as the outer container surface.
  • the positive electrode terminal 7 can be made of aluminum or an aluminum alloy
  • the negative electrode terminal 8 can be made of copper, a copper alloy, nickel plated on these, nickel, or the like.
  • the other end side of each terminal 7, 8 is drawn out of the outer container 14.
  • a heat-sealable resin (sealing material) can be provided in advance at locations corresponding to the portions of the terminals 7 and 8 that are thermally welded to the outer peripheral portion of the outer container 14.
  • any of the positive electrode active material layer 10 and the negative electrode active material layer 12 for example, inevitable inclination, unevenness, roundness, etc. of each layer due to manufacturing variations and layer forming ability may occur.
  • the electrodes 2 and 3 for the secondary battery are manufactured.
  • the positive electrode active material layers 10 are respectively formed on both surfaces of the positive electrode current collector 9.
  • the end of the coated part (positive electrode active material layer 10) at the boundary with the uncoated part may be substantially perpendicular to the positive electrode current collector 9, and the center of the positive electrode active material layer 10 may be It may be in the form of a slope or step where the thickness is reduced compared to the part.
  • negative electrode active material layers 12 are formed on both surfaces of the negative electrode current collector 11, respectively.
  • the end portion of the negative electrode active material layer 12 may stand substantially perpendicular to the negative electrode current collector 11 and is thicker than the central portion of the negative electrode active material layer 12. It may be sloped or stepped to reduce the height.
  • the positive electrode 2 and the negative electrode 3 thus formed are alternately stacked via the separator 4, and the positive electrode terminal 7 and the negative electrode terminal 8 are connected.
  • the connection process of the positive terminal 7 and the negative terminal 8 will be described in detail.
  • the positive electrode tabs (positive electrode current collectors 9) of a plurality of positive electrodes 2 are closely overlapped on one end of the positive electrode terminal 7, and a metal piece (support tab) 13 is further stacked thereon. Deploy. These are joined together.
  • joining by ultrasonic welding is often employed.
  • the horn 15 and the anvil 19 are pressed against the positive electrode terminal 7 and the support tab 13 sandwiching the plurality of positive electrode tabs, respectively, and subjected to ultrasonic welding by applying vibration while applying pressure.
  • the thickness of the positive electrode current collector 9 constituting the positive electrode tab is as small as about several ⁇ m to 20 ⁇ m, if ultrasonic welding is performed in a state where the positive electrode current collector 9 is in direct contact with or close to the horn 15 or the anvil 19, When the positive electrode current collector 9 is peeled off from the horn 15 or the anvil 19, it may stick to the horn 15 or the anvil 19.
  • the positive electrode current collector 9 in one outermost layer of the power storage element 17 is not attached to the anvil 19 because it contacts the anvil 19 via the relatively thick positive electrode terminal 7. However, if the other outermost positive electrode current collector 9 directly contacts the horn 15, it may stick to the horn 15 and be damaged.
  • the support tab 13 (having a thickness of about 60 ⁇ m to 150 ⁇ m) thicker than the positive electrode current collector 9 (having a thickness of about several ⁇ m to 20 ⁇ m) is connected to the positive electrode current collector 9 and the horn 15. It is arranged between. From such circumstances, the planar shape of the support tab 13 is such that the horn 15 does not protrude outside the support tab 13 and directly contact the positive electrode current collector 9 even if a slight positional deviation occurs. It must be larger than the planar shape of the abutting portion. As a result, there are unwelded portions that are not ultrasonically welded around the joint portion 16 (three locations in the example shown in FIG. 7) by ultrasonic welding of the support tab 13.
  • the support tab 13 has a planar shape including a corner portion (a portion where two straight sides meet at one point), the support tab 13 is lifted, so that the corner portion is flexible film 6.
  • the flexible film 6 may be damaged.
  • the support tab 13 has a sharp corner of 90 degrees or less, there is a high possibility that the corner contacts the flexible film 6 and is damaged.
  • an electrical short circuit may occur between the positive electrode 2 or the negative electrode 3 of the electricity storage element 17.
  • the damage of the flexible film 6 is large, the electrolyte solution 5 accommodated in the exterior container 14 may leak outside.
  • the support tab 13 of the present invention has a planar shape in which the corner portion 13a is rounded without a corner portion (a portion where two straight sides intersect at one point), the shape of the support tab 13 is deformed. Even if a part of the film floats and comes into contact with the flexible film 6, the risk of damaging the flexible film 6 is small. Therefore, the electrical short circuit mentioned above and the production
  • the positive electrode terminal 7 Since the positive terminal 7 with which the anvil 19 abuts is thicker and stronger than the support tab 13, the warping deformation is small and the risk of damaging the flexible film 6 is small.
  • the positive electrode terminal 7 has a planar shape in which there is no corner at the end close to the power storage element 17 (a shape in which the corner 7 a at the end close to the power storage element 17 is rounded). It is preferable that the flexible film 6 is prevented from being damaged. Further, a protective insulating tape (not shown) may be affixed on the support tab 13.
  • the above description relates to the case where the anvil 19 is brought into contact with the positive electrode terminal 7 and the horn 15 is disposed on the opposite side to perform ultrasonic welding.
  • the horn 15 and the anvil 19 can be replaced with each other.
  • the horn 15 described above may be read as the anvil 19 and the anvil 19 may be read as the horn 15.
  • the aggregated portion in which a plurality of uncoated portions (negative electrode current collectors) 11 are stacked is sandwiched between the support tab 13 and the negative electrode terminal 8.
  • the support tab 13 has a planar shape in which there is no corner (a portion where two straight sides intersect at one point), and the risk of damaging the flexible film 6 is small. The possibility of causing problems such as an electrical short circuit and leakage of the electrolyte 5 is small.
  • the negative electrode terminal 8 is formed in a planar shape having no corners at the end portion close to the power storage element 17 (a shape in which the corner portion at the end close to the power storage element 17 is rounded), and is flexible. Damage to the conductive film 6 is more reliably prevented. Further, a protective insulating tape (not shown) may be affixed on the support tab 13.
  • the positive electrode terminal 7 is connected to the uncoated part (positive electrode current collector 9) of the positive electrode 2 and the negative electrode terminal 8 is connected to the uncoated part (negative electrode current collector 11) of the negative electrode 3 to complete the storage.
  • the element 17 is accommodated together with the electrolytic solution 5 in an exterior container made of the flexible film 6. Then, the positive electrode terminal 7 and the negative electrode terminal 8 extending to the outside of the outer container 14 are flexible via a sealing material (sealant) 18 (not shown in FIGS. 5 and 6) provided in advance on the electrode terminals 7 and 8.
  • the outer peripheral portions of the flexible film 6 are thermally welded to each other, thereby The packaged outer container 14 is sealed to complete the secondary battery 1 shown in FIGS. 1a and 1b.
  • the support tab 13 when the support tab 13, the uncoated portion (current collectors 9, 11), and the electrode terminals 7, 8 are joined, the support tab 13 is partially deformed so as to be lifted.
  • the four corner portions 13a of the support tab 13 are not corner portions where two straight sides intersect at one point, but are rounded shapes, so that the flexible film 6 resulting from deformation of the support tab 13 is used. Damage is suppressed.
  • an electrical short circuit between the metal foil of the inner layer of the flexible film 6 and the electrodes 2 and 3 and the generation of an alloy associated therewith are suppressed, and the performance degradation as the battery and the fluid (electrolyte solution) from the exterior container 14 are suppressed.
  • the risk of leakage in 5) can be reduced.
  • a protective lead (support tab) shown in FIG. 1 of Patent Document 2 may be rounded from the end in the thickness direction toward the center. Conceivable.
  • the support tab is thin (for example, the thickness is about 60 ⁇ m to 150 ⁇ m)
  • the work of rounding from the end in the thickness direction toward the center is very difficult and almost impossible.
  • the change in shape is very small compared to the case where rounding is not performed, and it has a great effect. Cannot be expected.
  • the support tab 13 of the present invention is thin (thickness is about 60 ⁇ m to 150 ⁇ m) so that it can be firmly joined to the electrode tab and the electrode terminal by ultrasonic welding or the like.
  • the process of rounding in a planar shape is very simple. In the present invention, forming the support tab 13 in a planar shape that does not include a corner portion of at least 90 degrees or less is much easier to work than rounding from the end in the thickness direction toward the center.
  • the support tab 13 of the present invention has a planar shape that does not include at least 90 degrees of corners, the work of rounding from the end in the thickness direction toward the center is not required. Also, the effect of preventing damage to the flexible film 6 is obtained, and the workability is very good.
  • the support tab 13 of the present invention has a corner portion (a portion where two straight sides meet at one point) of at least 90 degrees, in other words, a sharp point. What is necessary is just to have the planar shape which does not contain the part (pointed part).
  • the modification of the support tab 13 is not limited to a substantially square shape as shown in FIGS. 4 and 7, but as shown in FIG. 8a, two parallel straight line ends are connected to each other by an arc, or FIG. 8b. Those having an elliptical planar shape as shown in FIG.
  • an electrode stack in which a plurality of positive electrodes 2 and a plurality of negative electrodes 3 are alternately and repeatedly stacked via separators 4 is used as the electricity storage element 17.
  • a wound body in which one long positive electrode 2 and one long negative electrode 3 are wound in a state of being overlapped via a separator 4 can be used as the electricity storage element 17.
  • the present invention is particularly useful for lithium ion secondary batteries, but is also effective when applied to secondary batteries other than lithium ion batteries and electrochemical devices other than batteries such as capacitors (capacitors).
  • Film-coated secondary battery (electrochemical device) 2 Positive electrode (positive electrode sheet) 3 Negative electrode (negative electrode sheet) 4 Separator 5 Electrolyte 6 Flexible film (laminate film) 7 Positive terminal (electrode terminal) 7a, 13a Rounded corner 8 Negative terminal (electrode terminal) 9 Current collector for positive electrode (positive electrode current collector) 10 Active material layer for positive electrode (positive electrode active material layer) 11 Current collector for negative electrode (negative electrode current collector) 12 Active material layer for negative electrode (negative electrode active material layer) 13 Metal piece (support tab) 14 exterior container 15 horn 16 joint 17 power storage element (electrode laminate) 18 Sealant 19 Anvil

Abstract

2種類の電極がセパレータを介して重なり合う蓄電要素と、蓄電要素と電解液を収容する可撓性フィルムからなる外装容器とを有し、2種類の電極はいずれも、集電体9上に活物質層が形成された塗布部と、未塗布部とを有する、電気化学デバイスであって、2種類の電極の各々に、一端部が外装容器の内部で電極の未塗布部と重ね合わせられ、他端部が外装容器の外部に延びている電極端子7と、外装容器の内部で電極端子7の一端部とともに未塗布部を挟み込むサポートタブ13とがそれぞれ設けられ、未塗布部と電極端子7とサポートタブ13とは互いに重なり合う位置で互いに接合されている。サポートタブ13は、少なくとも90度以下の角部を含まない平面形状を有している。

Description

電気化学デバイス
 本発明は電気化学デバイスに関する。
 電気化学デバイスの一例である二次電池は、携帯電話およびスマートフォン、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータなどのポータブル電子機器の電源や、車両用や家庭用の電源(電力貯蔵設備)など、様々な分野で需要が高まっている。なかでも、繰り返し充放電可能な非水電解液二次電池の一例であるリチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度かつ軽量で、充放電サイクル特性に優れており、生活に欠かせないエネルギー蓄積デバイスになっている。
 このような非水電解液二次電池では、2種類の電極(正極と負極)がセパレータを介して交互に積層されて構成された電極積層体が外装容器内に収容され、電極積層体の電極が電極端子(電極リード)に接続され、この電極端子が外装容器の外部に延びている。
 二次電池は、使用されるデバイスやその使用環境によって求められる特性に違いはあるが、様々な用途に共通して、単位体積あたりのエネルギー密度の向上が求められている。そのため、非水電解液二次電池の外装容器には、形状の自由度が乏しい金属缶に代えて、形状の自由度が高い可撓性フィルムからなる柔軟な容器が採用されるようになってきている。一般的な可撓性フィルムは、金属箔の両面に樹脂層が積層されたラミネートフィルムである。可撓性フィルムからなる外装容器は、電極積層体の外表面にほとんど隙間なく密着することができ、単位体積あたりのエネルギー密度の向上と、薄型化による体積効率の向上が可能である。このような可撓性フィルムからなる外装容器を有する二次電池(フィルム外装電池)が、特許文献1~2に開示されている。
 特許文献2に示されている構成では、電極の一部(電極タブ)が電極端子(電極リード)の上に重ねられた状態で、電極タブの上にサポートタブ(保護リード)が配置される。そして、電極タブがサポートタブと電極端子とに挟まれた状態で、それらが一括して接合される。サポートタブが設けられることによって、電極タブと電極端子の接続の信頼性が向上するとともに、接合時に損傷することが防止できる。
特開2008-27893号公報 特開2010-80393号公報
 可撓性フィルムからなる外装容器は、金属缶からなる外装容器に比べると強度が劣る。すなわち、可撓性フィルムは損傷しやすく、可撓性フィルムが損傷すると、電気化学デバイスの内部における電気的短絡や、電解液の漏れが生じるおそれがある。
 特許文献2において用いられているようなサポートタブは電極端子に比べて薄く、ホーンやアンビル等の部材を押し当てられると反り返りやすい。そして、反り返った状態のサポートタブが、外装容器を構成する可撓性フィルムを内側から傷つける可能性がある。
 本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたものであり、エネルギー密度および体積効率が良く、外装容器を構成する可撓性フィルムが損傷する危険性が小さい電気化学デバイスを提供することを目的とする。
 本発明の特徴は、2種類の電極がセパレータを介して重なり合う蓄電要素と、蓄電要素と電解液とを収容する可撓性フィルムからなる外装容器とを有し、2種類の電極はいずれも、集電体上に活物質層が形成された塗布部と、活物質層が形成されていない未塗布部とを有する、電気化学デバイスにおいて、2種類の電極の各々に、一端部が外装容器の内部で電極の未塗布部と重ね合わせられ、他端部が外装容器の外部に延びている電極端子と、外装容器の内部において電極端子の一端部とともに未塗布部を挟み込むサポートタブとがそれぞれ設けられ、未塗布部と電極端子とサポートタブとは互いに重なり合う位置で互いに接合されており、サポートタブは、少なくとも90度以下の角部を含まない平面形状を有しているところにある。
 本発明によると、可撓性フィルムからなる外装容器を用いることによりエネルギー密度および体積効率が良好で、かつ、サポートタブが、外装容器を構成する可撓性フィルムを損傷する危険性が小さく、信頼性の高い電気化学デバイスを提供することができる。
本発明の電気化学デバイスの一実施形態である二次電池の基本構造を表す平面図である。 図1aのA-A線断面図である。 図1a~1bに示す二次電池の正極の要部を示す拡大断面図である。 図1a~1bに示す二次電池の負極の要部を示す拡大断面図である。 図1a~1bに示す二次電池のサポートタブを示す拡大平面図である。 図1a~1bに示す二次電池の電極タブと電極端子を接続するための一工程を示す側面図である。 図5に続く工程を示す側面図である。 図6に続く工程を示す平面図である。 図1a~1bに示す二次電池のサポートタブの変形例を示す拡大平面図である。 図1a~1bに示す二次電池のサポートタブの他の変形例を示す拡大平面図である。
 以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
 [二次電池の構成]
 図1a,1bは、本発明の電気化学デバイスの一実施形態であるフィルム外装二次電池を模式的に示している。図1aは二次電池の主面(平坦な面)に対して垂直上方から見た平面図であり、図1bは図1aのA-A線断面図である。図2は正極の要部の拡大断面図、図3は負極の要部の拡大断面図である。
 本発明のフィルム外装二次電池1は、2種類の電極、すなわち正極(正極シート)2と負極(負極シート)3とがセパレータ4を介して重なり合う電極積層体(蓄電要素)17を備えている。この蓄電要素17は電解液5と共に、可撓性フィルム(ラミネートフィルム)6からなる外装容器14内に収納されている。蓄電要素17の正極2には正極端子7の一端部が、負極3には負極端子8の一端部がそれぞれ接続されている。正極端子7の他端部および負極端子8の他端部は、それぞれ可撓性フィルム6からなる外装容器14の外部に引き出されている。図1bでは、蓄電要素17を構成する各層の一部(厚さ方向の中間部に位置する層)を図示省略して、電解液5を示している。図1bでは、見やすくするために、正極2と負極3とセパレータ4と可撓性フィルム6がそれぞれ互いに接触していないように図示しているが、実際にはこれらは密着して積層されている。
 図2に示すように、正極2は、正極用の集電体(正極集電体)9と、その正極集電体9に塗布された正極用の活物質層(正極活物質層)10とを含む。正極集電体9の表面と裏面には、正極活物質層10が形成された塗布部と正極活物質層10が形成されていない未塗布部を有する。図3に示すように、負極3は、負極用の集電体(負極集電体)11とその負極集電体11に塗布された負極用の活物質層(負極活物質層)12とを含む。負極集電体11の表面と裏面には塗布部と未塗布部を有する。
 正極2と負極3のそれぞれの未塗布部(集電体9,11)は、電極端子(正極端子7、負極端子8)と接続するための電極タブ(正極タブ、負極タブ)として用いられる。図1bに示すように、同じ種類の電極の未塗布部の集電体が互いに重ね合わせられて集合部を形成している。すなわち、正極2の正極タブ(未塗布部の正極集電体9)同士は正極端子7の一端部上にまとめられて集合部を構成し、この集合部が金属片(サポートタブ)13と正極端子7とに挟まれ、これらのすべてが互いに重なり合う位置で超音波溶接等により互いに接続されている。同様に、負極3の負極タブ(未塗布部の負極集電体11)同士は負極端子8の一端部上にまとめられて集合部を構成し、この集合部が金属片(サポートタブ)13と負極端子8とに挟まれ、これらのすべてが互いに重なり合う位置で超音波溶接等により互いに接続されている。正極端子7の他端部および負極端子8の他端部は、可撓性フィルム6からなる外装容器14の外部にそれぞれ延びている。
 図4に示すサポートタブ13は、電極タブ(集電体9,11)の損傷を防止し、電極タブと電極端子(正極端子7および負極端子8)との接続の信頼性を向上させるものであり、薄く強度があり、電解液5への耐性があるものが望ましい。サポートタブ13は例えば60μm~150μm程度の厚さを有するとともに、少なくとも90度以下の角部を有していない平面形状、好ましくは2本の直線状の辺が1点で交わる部分(角部)が全く存在しない平面形状を有している。本実施形態では、四角形の4つのコーナー部13aが丸み付けられた形状(角丸の四角形状)のサポートタブ13が用いられている。丸み付けられた部分の曲率半径は、一例では1.0~2.0mmである。このように角部が存在しない平面形状のサポートタブ13を用いることによって、外装容器14を構成する可撓性フィルム6の損傷を防ぐことができる。この点については後で詳細に説明する。サポートタブ13を形成する好ましい材料としてはアルミニウム、ニッケル、銅、ステンレス(SUS)などが挙げられる。
 負極3の塗布部(負極活物質層12)の外形寸法は正極2の塗布部(正極活物質層10)の外形寸法よりも大きく、セパレータ4の外形寸法よりも小さいか等しい。
 本実施形態の二次電池において、正極活物質層10を構成する活物質としては、例えばLiCoO、LiNiO、LiMn、LiMO-LiMO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3などの層状酸化物系材料や、LiMnなどのスピネル系材料、LiMPOなどのオリビン系材料、LiMPOF、LiMSiOFなどのフッ化オリビン系材料、Vなどの酸化バナジウム系材料などが挙げられる。各正極活物質において、これらの活物質を構成する元素の一部が他の元素で置換されていてもよく、また、Liが過剰組成となっていてもよい。そして、これらの活物質のうちの1種、または2種以上の混合物を使用することができる。
 負極活物質層12を構成する活物質としては、黒鉛、非晶質炭素、ダイヤモンド状炭素、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンなどの炭素材料や、リチウム金属材料、シリコンやスズなどの合金系材料、NbやTiOなどの酸化物系材料、あるいはこれらの複合物を用いることができる。
 正極活物質層10および負極活物質層12を構成する活物質合剤は、前述したそれぞれの活物質に、結着剤や導電助剤等が適宜加えられたものである。導電助剤としては、カーボンブラック、炭素繊維、または黒鉛などのうちの1種、または2種以上の組み合せを用いることができる。また、結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロース、変性アクリロニトリルゴム粒子などを用いることができる。
 正極集電体9としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金等を用いることができ、特にアルミニウムが好ましい。負極集電体11としては、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金を用いることができる。
 電解液5としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類や、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等の鎖状カーボネート類や、脂肪族カルボン酸エステル類や、γ-ブチロラクトン等のγ-ラクトン類や、鎖状エーテル類、環状エーテル類、などの有機溶媒のうちの1種、または2種以上の混合物を使用することができる。さらに、これらの有機溶媒にリチウム塩を溶解させることができる。
 セパレータ4は主に樹脂製の多孔膜、織布、不織布等からなり、その樹脂成分として、例えばポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ナイロン樹脂、アラミド樹脂(芳香族ポリアミド樹脂)、またはポリイミド樹脂等を用いることができる。特にポリオレフィン系の微多孔膜は、イオン透過性と、正極と負極とを物理的に隔離する性能に優れているため好ましい。また、必要に応じて、セパレータ4には無機物粒子を含む層を形成してもよい。無機物粒子としては、絶縁性の酸化物、窒化物、硫化物、炭化物などを挙げることができ、なかでもTiOやAlを含むことが好ましい。
 外装容器14は、可撓性フィルム6からなる軽量の外装ケースである。可撓性フィルム6の一例は、基材となる金属箔の両面にそれぞれ樹脂層が設けられたラミネートフィルムである。金属層には、電解液5の漏出や外部からの水分の浸入を防止するためのバリア性を有するものを選択することができ、アルミニウムやステンレス鋼などを用いることができる。金属箔の少なくとも一方の面には、変性ポリオレフィンなどの熱融着性樹脂層が設けられる。可撓性フィルム6の熱融着性樹脂層同士を対向させ、蓄電要素17を収納する部分の周囲を熱融着することで外装容器14が形成される。金属箔の、熱融着性の樹脂層が形成された面と反対側の面には、外装容器表面として、ナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエステルフィルムなどの樹脂層を設けることができる。
 正極端子7としては、アルミニウムやアルミニウム合金で構成されたもの、負極端子8としては、銅や銅合金あるいはそれらにニッケルメッキを施したものや、ニッケルなどを用いることができる。それぞれの端子7,8の他端部側は外装容器14の外部に引き出される。それぞれの端子7,8の、外装容器14の外周部分の熱溶着される部分に対応する箇所には、熱融着性の樹脂(封止材)をあらかじめ設けておくことができる。
 正極活物質層10と負極活物質層12のいずれにおいても、例えば製造上のばらつきや層形成能力に起因する不可避な各層の傾斜や凹凸や丸み等が生じていても構わない。
 [二次電池の製造方法]
 二次電池の製造にあたって、まず二次電池用の電極2,3を製造する。具体的には、図2に示すように、正極集電体9の両面に正極活物質層10をそれぞれ形成する。未塗布部との境界部分における塗布部(正極活物質層10)の端部は、正極集電体9に対して実質的に垂直に切り立っていてもよく、また、正極活物質層10の中央部と比べて厚さが低減する斜面状または階段状であってもよい。また、図3に示すように、負極集電体11の両面に負極活物質層12をそれぞれ形成する。負極活物質層12の端部(塗布部の端部)は、負極集電体11に対して実質的に垂直に切り立っていてもよく、また、負極活物質層12の中央部と比べて厚さが低減する斜面状または階段状であってもよい。このようにして形成された正極2と負極3とを、セパレータ4を介して交互に積層し、正極端子7および負極端子8を接続する。
 この正極端子7および負極端子8の接続工程について詳細に説明する。図5に示すように、複数の正極2の正極タブ(正極集電体9)を正極端子7の一端部の上に密接に重ね合わせ、さらにその上に金属片(サポートタブ)13を重ねて配置する。そしてこれらを一括して接合する。電極タブと電極端子との接合方法は複数あるが、超音波溶着による接合が採用されることが多い。図6に示すように、複数の正極タブを挟み込む正極端子7とサポートタブ13に、ホーン15とアンビル19をそれぞれ押し当てて加圧しながら振動を加えて超音波溶接する。
 正極タブを構成する正極集電体9の厚さは数μm~20μm程度と小さいため、仮にホーン15またはアンビル19に直接接触または近接した状態で超音波溶接されると、正極集電体9がホーン15またはアンビル19に貼り付いてしまい、正極集電体9をホーン15またはアンビル19から剥がす際に破れてしまうことがある。蓄電素子17の一方の最外層の正極集電体9は、比較的厚い正極端子7を介してアンビル19に当接するためアンビル19に貼り付くことはない。しかし、仮に他方の最外層の正極集電体9がホーン15に直接当接すると、ホーン15に貼り付いて破損する可能性がある。それを防ぐために、本発明では、正極集電体9(厚さが数μm~20μm程度)よりも厚いサポートタブ13(厚さが60μm~150μm程度)を、正極集電体9とホーン15との間に配置している。このような経緯から、多少の位置ずれが生じてもホーン15がサポートタブ13の外側にはみ出して正極集電体9に直接接触することがないように、サポートタブ13の平面形状は、ホーン15の当接部の平面形状よりも大きくなければならない。その結果、サポートタブ13の超音波溶着による接合部16(図7に示す例では3個所)の周囲に、超音波溶着されていない未溶着部が存在する。
 前述したように、複数の正極タブを挟み込む正極端子7とサポートタブ13とに、ホーン15とアンビル19をそれぞれ押し当てて加圧しながら振動を加えて超音波溶接すると、図6に示すように、サポートタブ13の接合部16の周囲の未溶着部が反り返って浮き上がる。サポートタブ13は正極集電体9よりも厚いが、ホーン15が押し当てられた時に反り返らないほどの強度は有していない。サポートタブ13の反り返って浮き上がった部分は、蓄電要素17を外装容器14内に収容すると、外装容器14を構成する可撓性フィルム6に内側から当接する。
 仮に、サポートタブ13が角部(2本の直線状の辺が1点で交わる部分)を含む平面形状を有していると、サポートタブ13が浮き上がることによって、角部が可撓性フィルム6に当接し、可撓性フィルム6を傷つける可能性がある。特に、サポートタブ13が90度以下の尖った角部を有している場合には、その角部が可撓性フィルム6に当接して傷つける可能性が高い。例えば、多層の可撓性フィルム6の樹脂層を損傷して内部の金属箔が露出すると、蓄電要素17の正極2または負極3との間で電気的短絡を生じる可能性がある。また、可撓性フィルム6の損傷が大きい場合には、外装容器14の内部に収容している電解液5が外部に漏れる可能性がある。しかし、本発明のサポートタブ13は、角部(2本の直線状の辺が1点で交わる部分)が存在せずコーナー部13aが丸められた平面形状を有しているため、変形して一部が浮き上がって可撓性フィルム6に当接しても、可撓性フィルム6を傷つける危険性が小さい。従って、前述した電気的短絡やそれに伴う合金の生成を抑制し、電池としての性能低下や外装容器14内からの電解液5の漏れなどの不具合を引き起こす可能性が小さくなる。
 アンビル19が当接する正極端子7は、サポートタブ13よりも厚さが厚く強度が高いので、反り返るような変形は小さく、可撓性フィルム6を損傷する危険性は小さい。ただし、図7に示すように、正極端子7を、蓄電要素17に近接する端部において角部が存在しない平面形状(蓄電要素17に近接する端部のコーナー部7aが丸められている形状)に形成すると、可撓性フィルム6の損傷をより確実に防止できるので好ましい。さらに、サポートタブ13の上に保護用の絶縁テープ(図示せず)を貼り付けてもよい。
 なお、以上の説明は、正極端子7にアンビル19を当接させて、その反対側にホーン15を配置して超音波溶着を行う場合に関する。しかし、ホーン15とアンビル19とを入れ替えて配置することもでき、その場合には、以上の説明のホーン15をアンビル19に読み替え、アンビル19をホーン15に読み替えればよい。
 図示しないが、負極3においても、図5~7に示す正極2と同様に、複数の未塗布部(負極集電体)11を重ね合わせた集合部をサポートタブ13と負極端子8で挟み込み、超音波溶接する。サポートタブ13は、前述した通り、角部(2本の直線状の辺が1点で交わる部分)が存在しない平面形状を有しており、可撓性フィルム6を傷つける危険性が小さく、ひいては電気的短絡や電解液5の漏れなどの不具合を引き起こす可能性は小さい。また、負極端子8は、蓄電要素17に近接する端部において角部が存在しない平面形状(蓄電要素17に近接する端部のコーナー部が丸められている形状)に形成されており、可撓性フィルム6の損傷はより確実に防止される。さらに、サポートタブ13の上に保護用の絶縁テープ(図示せず)を貼り付けてもよい。
 このようにして正極2の未塗布部(正極集電体9)に正極端子7が接続され、かつ負極3の未塗布部(負極集電体11)に負極端子8が接続されて完成した蓄電要素17を、電解液5とともに、可撓性フィルム6からなる外装容器内に収容する。そして、外装容器14の外側に延びる正極端子7と負極端子8を、各電極端子7,8に予め設けられた封止材(シーラント)18(図5,6では図示省略)を介して可撓性フィルム6の外周部に固着させ、かつ、外装容器14の外周部の電極端子7,8が存在しない部分では、可撓性フィルム6の外周部同士を熱溶着することによって、蓄電要素17を収容した外装容器14を封止し、図1a,1bに示す二次電池1を完成させる。
 以上説明した通り、本発明によると、サポートタブ13と未塗布部(集電体9,11)と電極端子7,8とを接合する際にサポートタブ13の一部が浮き上がるように変形しても、サポートタブ13の4つのコーナー部13aは、2つの直線状の辺が1点で交わる角部ではなく、丸められた形状であるため、サポートタブ13の変形に起因する可撓性フィルム6の損傷が抑えられる。その結果、可撓性フィルム6の内層の金属箔と電極2,3との電気的短絡や、それに伴う合金の生成を抑制し、電池としての性能低下や外装容器14内からの流体(電解液5)の漏れの危険性を低減することができる。
 可撓性フィルム6の損傷を防ぐために、例えば特許文献2の図1等に示されている保護リード(サポートタブ)のように厚さ方向の端部から中央部に向かって丸み付けすることも考えられる。しかし、サポートタブが薄い(例えば厚さが60μm~150μm程度)場合には、厚さ方向の端部から中央部に向かって丸み付けする作業は非常に困難であり、ほとんど不可能である。また、このように薄いサポートタブにおいて厚さ方向の端部から中央部に向かって丸み付けを行っても、丸み付けを行わない場合に比べて形状の変化は非常に微小であり、さほど大きな効果は期待できない。仮に、厚さ方向の端部から中央部に向かって丸み付けする作業が容易にできて、ある程度の効果が発揮できる程度にサポートタブを厚くすると、超音波溶接等による接合の妨げとなるため好ましくない。それに対し、本発明のサポートタブ13は、超音波溶接等によって電極タブおよび電極端子と強固な接合ができるように薄い(厚さが60μm~150μm程度)ため、厚さ方向の端部から中央部に向かって丸み付けする作業は困難であるが、平面形状において丸み付けする加工は非常に簡単である。本発明において、サポートタブ13を、少なくとも90度以下の角部を含まない平面形状に形成することは、厚さ方向の端部から中央部に向かって丸み付けする場合よりも、作業が非常に簡単な上に、より大きな効果を発揮することができる。言い替えると、本発明のサポートタブ13は、少なくとも90度以下の角部を含まない平面形状を有しているため、厚さ方向の端部から中央部に向かって丸み付けする作業を行わなくても可撓性フィルム6の損傷防止の効果が得られ、作業性が非常に良好である。
 本発明のサポートタブ13は、可撓性フィルム6を損傷する危険性を小さくするために、少なくとも90度以下の角部(2つの直線状の辺が1点で交わる部分)、言い替えると、尖った部分(尖形部)を含まない平面形状を有していればよい。サポートタブ13の変形例として、図4,7に示すような略四角形に限られず、図8aに示すように2本の平行な直線の端部がそれぞれ円弧によって互いに接続された形状や、図8bに示すような楕円形の平面形状を有するものが挙げられる。
 前述した実施形態では、複数の正極2と複数の負極3がセパレータ4を介して交互に繰り返し積層された電極積層体を、蓄電要素17として用いている。しかし、1枚のみの正極2と1枚のみの負極3がセパレータ4を介して重なり合う蓄電要素17を用いることもできる。さらに、1枚の長尺の正極2と1枚の長尺の負極3をセパレータ4を介して重ね合わせた状態で巻回した巻回体を、蓄電要素17として用いることもできる。また、本発明はリチウムイオン二次電池に特に有用であるが、リチウムイオン電池以外の二次電池や、キャパシタ(コンデンサ)等の電池以外の電気化学デバイスに適用しても有効である。
 以上、いくつかの実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記した実施形態の構成に限られるものではなく、本発明の構成や細部に、本発明の技術的思想の範囲内で、当業者が理解し得る様々な変更を施すことができる。
 本出願は、2015年11月25日に出願された日本特許出願2015-229834号を基礎とする優先権を主張し、日本特許出願2015-229834号の開示の全てをここに取り込む。
1   フィルム外装二次電池(電気化学デバイス)
2   正極(正極シート)
3   負極(負極シート)
4   セパレータ
5   電解液
6   可撓性フィルム(ラミネートフィルム)
7   正極端子(電極端子)
7a,13a 丸められたコーナー部
8   負極端子(電極端子)
9   正極用の集電体(正極集電体)
10  正極用の活物質層(正極活物質層)
11  負極用の集電体(負極集電体)
12  負極用の活物質層(負極活物質層)
13  金属片(サポートタブ)
14  外装容器
15  ホーン
16  接合部
17  蓄電要素(電極積層体)
18  封止材(シーラント)
19  アンビル

Claims (8)

  1.  2種類の電極がセパレータを介して重なり合う蓄電要素と、前記蓄電要素と電解液とを収容する可撓性フィルムからなる外装容器とを有し、前記2種類の電極はいずれも、集電体上に活物質層が形成された塗布部と、前記活物質層が形成されていない未塗布部とを有する、電気化学デバイスであって、
     前記2種類の電極の各々に、一端部が前記外装容器の内部で前記電極の前記未塗布部と重ね合わせられ、他端部が前記外装容器の外部に延びている電極端子と、前記外装容器の内部において前記電極端子の前記一端部とともに前記未塗布部を挟み込むサポートタブとがそれぞれ設けられ、前記未塗布部と前記電極端子と前記サポートタブとは互いに重なり合う位置で互いに接合されており、
     前記サポートタブは、少なくとも90度以下の角部を含まない平面形状を有している、電気化学デバイス。
  2.  前記サポートタブは、2つの直線状の辺が1点で交わる部分を含まない平面形状を有している、請求項1に記載の電気化学デバイス。
  3.  同じ種類の複数の前記電極の前記未塗布部が互いに重ね合わせられて集合部を構成しており、該集合部が、前記電極端子の前記一端部と前記サポートタブとに挟み込まれた状態で、前記集合部と前記電極端子と前記サポートタブとが互いに重なり合う位置で互いに接合されている、請求項1または2に記載の電気化学デバイス。
  4.  前記サポートタブは、四角形の4つのコーナー部が丸み付けられた平面形状を有している、請求項1から3のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。
  5.  丸み付けられた前記コーナー部の曲率半径は1.0mm~2.0mmである、請求項4に記載の電気化学デバイス。
  6.  前記サポートタブは、2本の平行な直線の端部がそれぞれ円弧によって互いに接続された平面形状を有している、請求項1から3のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。
  7.  前記サポートタブは、楕円形の平面形状を有している、請求項1から3のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。
  8.  前記電気化学デバイスは二次電池である、請求項1から7のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018016653A1 (ja) * 2016-07-22 2018-01-25 Necエナジーデバイス株式会社 電気化学デバイス
JP2020095797A (ja) * 2018-12-10 2020-06-18 トヨタ自動車株式会社 電池
JP2020170639A (ja) * 2019-04-03 2020-10-15 積水化学工業株式会社 積層型電池
JP2021051935A (ja) * 2019-09-25 2021-04-01 積水化学工業株式会社 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
MY195773A (en) 2016-05-20 2023-02-11 Kyocera Avx Components Corp Multi-Cell Ultracapacitor
US11830672B2 (en) 2016-11-23 2023-11-28 KYOCERA AVX Components Corporation Ultracapacitor for use in a solder reflow process
DE102016225252A1 (de) * 2016-12-16 2018-06-21 Robert Bosch Gmbh Elektrischer Energiespeicher, insbesondere Batteriezelle, mit Bauraum-optimierter Elektrodenverschaltung
CN113871807A (zh) * 2020-06-30 2021-12-31 比亚迪股份有限公司 电池以及电池包

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001236947A (ja) * 2000-02-23 2001-08-31 Sony Corp 電極及び電池、並びにそれらの製造方法
JP2002075327A (ja) * 2000-09-05 2002-03-15 Mitsubishi Chemicals Corp 電 池
JP2002252145A (ja) * 2001-02-23 2002-09-06 Kyocera Corp 電気化学素子
JP2003257409A (ja) * 2002-02-28 2003-09-12 Mitsubishi Materials Corp ポリマー二次電池の端子接続構造及びその端子接続方法
JP2007250310A (ja) * 2006-03-15 2007-09-27 Nec Lamilion Energy Ltd フィルム外装電気デバイスおよびその製造方法
JP2008034356A (ja) * 2006-07-06 2008-02-14 Enax Inc シート状二次電池及びその製造方法
JP2014191967A (ja) * 2013-03-27 2014-10-06 Murata Mfg Co Ltd 電池

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3712918B2 (ja) * 2000-05-15 2005-11-02 ダイハツ工業株式会社 スポット溶接方法およびスポット溶接装置
US6524741B1 (en) * 2000-08-24 2003-02-25 Valence Technology, Inc. Battery package with integral disconnect mechanism
JP4852784B2 (ja) 2000-11-01 2012-01-11 ソニー株式会社 電池およびその製造方法
JP2003142067A (ja) * 2001-10-31 2003-05-16 Mitsubishi Cable Ind Ltd シート状電池
JP3997430B2 (ja) * 2003-11-17 2007-10-24 日本電気株式会社 フィルム外装電池およびフィルム外装電池の製造方法
JP5550805B2 (ja) 2006-07-18 2014-07-16 エルジー・ケム・リミテッド 安定した電極リード−電極タブ結合部を有する電極組立体及びこれを備えた電気化学セル
JP5329890B2 (ja) * 2008-09-29 2013-10-30 株式会社東芝 非水電解質電池
JP5527176B2 (ja) * 2010-11-25 2014-06-18 ソニー株式会社 非水電解質電池
KR101219248B1 (ko) * 2011-01-12 2013-01-08 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001236947A (ja) * 2000-02-23 2001-08-31 Sony Corp 電極及び電池、並びにそれらの製造方法
JP2002075327A (ja) * 2000-09-05 2002-03-15 Mitsubishi Chemicals Corp 電 池
JP2002252145A (ja) * 2001-02-23 2002-09-06 Kyocera Corp 電気化学素子
JP2003257409A (ja) * 2002-02-28 2003-09-12 Mitsubishi Materials Corp ポリマー二次電池の端子接続構造及びその端子接続方法
JP2007250310A (ja) * 2006-03-15 2007-09-27 Nec Lamilion Energy Ltd フィルム外装電気デバイスおよびその製造方法
JP2008034356A (ja) * 2006-07-06 2008-02-14 Enax Inc シート状二次電池及びその製造方法
JP2014191967A (ja) * 2013-03-27 2014-10-06 Murata Mfg Co Ltd 電池

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018016653A1 (ja) * 2016-07-22 2018-01-25 Necエナジーデバイス株式会社 電気化学デバイス
JP2020095797A (ja) * 2018-12-10 2020-06-18 トヨタ自動車株式会社 電池
US11594751B2 (en) 2018-12-10 2023-02-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Battery
JP7316520B2 (ja) 2018-12-10 2023-07-28 トヨタ自動車株式会社 電池
JP2020170639A (ja) * 2019-04-03 2020-10-15 積水化学工業株式会社 積層型電池
JP2021051935A (ja) * 2019-09-25 2021-04-01 積水化学工業株式会社 積層型電池の製造方法
WO2021060399A1 (ja) * 2019-09-25 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

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