特開 2023-103532 二次電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023103532

(43)【公開日】2023-07-27

(54)【発明の名称】二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/262 20210101AFI20230720BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20230720BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20230720BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20230720BHJP

   H01M 10/6557 20140101ALI20230720BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20230720BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20230720BHJP

   H01M 10/058 20100101ALI20230720BHJP

   H01M 10/653 20140101ALI20230720BHJP

【ＦＩ】

H01M50/262 P

H01M50/262 S

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/647

H01M10/6557

H01M10/04 Z

H01M10/052

H01M10/058

H01M10/653

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022004086

(22)【出願日】2022-01-14

(71)【出願人】

【識別番号】399107063

【氏名又は名称】プライムアースＥＶエナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】近藤 航平

(72)【発明者】

【氏名】中嶋 恒良

【テーマコード（参考）】

5H028

5H029

5H031

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H028AA07

5H028AA08

5H028BB04

5H028CC01

5H028CC07

5H028CC08

5H028HH05

5H029AJ05

5H029AJ14

5H029BJ02

5H029BJ14

5H029BJ22

5H029CJ03

5H029CJ25

5H029DJ04

5H029HJ04

5H029HJ12

5H031AA00

5H031KK00

5H031KK08

5H040AA28

5H040AA36

5H040AS07

5H040AT02

5H040AT06

5H040CC34

5H040CC38

5H040NN01

5H040NN03

(57)【要約】

【課題】金属異物の析出を抑制可能な二次電池を提供すること。
【解決手段】積層された電極を含む電極体３０を備えた二次電池１は、二次電池１の厚さ方向の外側面に配置されたフィルム１０と、外側面の一部を押圧する押圧部とを備える。二次電池１は、厚さ方向から二次電池１を加圧する少なくとも１つの突起部２０を有する加圧部材２が隣接して配置される。押圧部は、加圧部材２の突起部２０と対向しない非対向位置の少なくとも一部に存在する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層された電極を含む電極体を備えた二次電池であって、
前記二次電池の厚さ方向の外側面に配置されたフィルムと、
前記外側面の一部を押圧する押圧部とを備え、
前記二次電池は、前記厚さ方向から前記二次電池を加圧する少なくとも１つの突起部を有する加圧部材が隣接して配置され、
前記押圧部は、前記加圧部材の前記突起部と対向しない非対向位置の少なくとも一部に存在する、二次電池。

【請求項2】

前記フィルムは、前記押圧部に相当する、前記厚さ方向において前記フィルムの他の部分よりも厚さの大きい肉厚部を有するように構成されており、
前記フィルムの前記肉厚部は、前記非対向位置の少なくとも一部に形成された、請求項１に記載の二次電池。

【請求項3】

前記フィルムの前記肉厚部は、前記電極体の中央部に対向するように形成された、請求項２に記載の二次電池。

【請求項4】

前記フィルムの前記肉厚部は、前記二次電池の幅方向に延在するように形成された、請求項２又は３に記載の二次電池。

【請求項5】

前記フィルムの前記肉厚部は、捲回された前記電極を含む電極体の平坦部に対向するように形成された、請求項４に記載の二次電池。

【請求項6】

前記フィルムの前記肉厚部は、前記二次電池の高さ方向に延在するように形成された、請求項２又は３に記載の二次電池。

【請求項7】

前記肉厚部の厚さは、前記電極体の中央部における電極間の距離が、前記電極体の中央部以外の部分における電極間の距離以下となるように構成された、請求項２～６のいずれか１項に記載の二次電池。

【請求項8】

前記押圧部が前記非対向位置のみに存在する場合、前記肉厚部の厚さは、前記非対向位置における電極間の距離が、前記加圧部材の前記突起部と対向する対向位置における電極間の距離以下となるように構成された、請求項２～６のいずれか１項に記載の二次電池。

【請求項9】

前記フィルムの前記肉厚部は、１以上の前記フィルムを重ねることによって形成された、請求項２～８のいずれか１項に記載の二次電池。

【請求項10】

前記押圧部は、前記フィルムと別個の押圧部材で形成されており、
前記押圧部材は、前記フィルムの上面及び下面の少なくとも一方において、前記非対向位置の少なくとも一部に配置された、請求項１に記載の二次電池。

【請求項11】

前記加圧部材の前記突起部は、細長形状をしており、
前記加圧部材は、細長形状の突起部によって規定される複数の突起間領域を有しており、
前記加圧部材は、前記電極体の中央部に対向する突起間領域が他の突起間領域よりも大きくなるように構成された、請求項１～１０のいずれか１項に記載の二次電池。

【請求項12】

前記加圧部材は、前記電極体の中央部に対向する位置における前記突起部の密集度が、前記対向する位置以外の位置における前記突起部の密集度よりも小さくなるように構成された、請求項１～１０のいずれか１項に記載の二次電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二次電池に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、電気自動車やハイブリッド車、プラグインハイブリッド車等では、リチウムイオン電池等の二次電池が採用されている。例えば、特許文献１は、電極群とケースの間に配置された４つの絶縁板を備えた二次電池を開示する。この二次電池は、絶縁板によって電極群及びケースを絶縁すると共に電極群の形状を維持することを目的としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－５４５６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

複数の二次電池を配列して二次電池パックを製造する場合、隣接する２つの二次電池の間に、突起部を備えたスペーサが配置されることがある。充放電によって二次電池が膨張すると、スペーサの突起部によって二次電池が加圧される。したがって、スペーサの突起部に対向する部分には圧力が直接加わり、突起部に対向しない部分には圧力が直接加わらない。

【0005】

スペーサの突起部に対向する部分では、二次電池内に積層された各電極の間の距離が小さくなる。一方、突起部に対向しない部分では、二次電池の各電極の間の距離が大きくなる。そのため、突起部に対向しない部分では、二次電池の充放電によって発生したガスが電極体内に溜まり易くなり、リチウム等の金属異物が析出し易くなる。図１６は、捲回型電極体におけるリチウムの析出結果を示す図である。図１６に示すように、リチウムは、捲回型電極体の各電極の間の距離が大きくなる位置で析出した。特に、捲回型電極体の中央部付近の平坦部においてリチウムが析出した。

【0006】

しかしながら、特許文献１が開示する二次電池は、電極群及びケースを絶縁すると共に電極群の形状を維持することを目的とするものであるため、二次電池の外側面に加わる外力に起因する金属異物の析出を抑制できないという問題があった。

【0007】

本発明は、このような問題を解決するためのものであり、金属異物の析出を抑制可能な二次電池を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様に係る積層された電極を含む電極体を備えた二次電池は、
二次電池の厚さ方向の外側面に配置されたフィルムと、
外側面の一部を押圧する押圧部とを備え、
二次電池は、厚さ方向から二次電池を加圧する少なくとも１つの突起部を有する加圧部材が隣接して配置され、
押圧部は、加圧部材の突起部と対向しない非対向位置の少なくとも一部に存在する。

【0009】

フィルムは、押圧部に相当する、厚さ方向においてフィルムの他の部分よりも厚さの大きい肉厚部を有するように構成されており、
フィルムの肉厚部は、非対向位置の少なくとも一部に形成される。

【0010】

フィルムの肉厚部は、電極体の中央部に対向するように形成される。

【0011】

フィルムの肉厚部は、二次電池の幅方向に延在するように形成され得る。

【0012】

フィルムの肉厚部は、捲回された電極を含む電極体の平坦部に対向するように形成され得る。

【0013】

フィルムの肉厚部は、二次電池の高さ方向に延在するように形成され得る。

【0014】

肉厚部の厚さは、電極体の中央部における電極間の距離が、電極体の中央部以外の部分における電極間の距離以下となるように構成されることが好ましい。

【0015】

押圧部が非対向位置のみに存在する場合、肉厚部の厚さは、非対向位置における電極間の距離が、加圧部材の突起部と対向する対向位置における電極間の距離以下となるように構成されることが好ましい。

【0016】

フィルムの肉厚部は、１以上のフィルムを重ねることによって形成され得る。

【0017】

押圧部は、フィルムと別個の押圧部材で形成されており、
押圧部材は、フィルムの上面及び下面の少なくとも一方において、非対向位置の少なくとも一部に配置され得る。

【0018】

加圧部材の突起部は、細長形状をしており、
加圧部材は、細長形状の突起部によって規定される複数の突起間領域を有しており、
加圧部材は、電極体の中央部に対向する突起間領域が他の突起間領域よりも大きくなるように構成され得る。

【0019】

加圧部材は、二次電池の中央部に対向する位置における突起部の密集度が、対向する位置以外の位置における突起部の密集度よりも小さくなるように構成され得る。

【発明の効果】

【0020】

本発明により、金属異物の析出を抑制可能な二次電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る二次電池を示す図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係るスペーサの一例を示す正面図である。

【図3】本発明の第１の実施形態に係る電極体の一例を示す図である。

【図4】本発明の第１の実施形態に係るフィルムの一例を示す展開図である。

【図5】本発明の第１の実施形態に係るフィルムの別の例を示す展開図である。

【図6】本発明の第１の実施形態に係る折り畳まれた状態のフィルムを示す正面図である。

【図7】本発明の第１の実施形態に係る折り畳まれた状態のフィルムを示す側面図である。

【図8】本発明の第２の実施形態に係るフィルムの一例を示す展開図である。

【図9】本発明の第２の実施形態に係るフィルムの別の例を示す展開図である。

【図10】本発明の第２の実施形態に係る折り畳まれた状態のフィルムを示す正面図である。

【図11】本発明の第２の実施形態に係る折り畳まれた状態のフィルムを示す側面図である。

【図12】本発明の第３の実施形態に係るフィルムを示す展開図である。

【図13】本発明の第３の実施形態に係る折り畳まれた状態のフィルムを示す正面図である。

【図14】本発明の第４の実施形態に係るフィルムを示す展開図である。

【図15】本発明の第４の実施形態に係る折り畳まれた状態のフィルム及び押圧部材を示す正面図である。

【図16】捲回型電極体におけるリチウムの析出結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る二次電池１を示す図である。二次電池１は、その外側面に配置されたフィルム１０を備える。フィルム１０は、絶縁性を有するものを採用することが好ましい。フィルム１０の詳細については、後述する。

【0023】

複数の二次電池１を用いて二次電池パックを製造する場合、複数の二次電池１が、図１に示す厚さ方向に配列される。隣り合う二次電池１の間には、スペーサ２が二次電池１に隣接して配置される。スペーサ２は、厚さ方向から二次電池１を加圧する加圧部材に相当する。

【0024】

図２は、第１の実施形態に係るスペーサ２の一例を示す正面図である。図２に示すように、スペーサ２は、少なくとも１つの突起部２０を有する。この突起部２０が、二次電池１を加圧する。突起部２０は、スペーサ２の両面に設けることができる。

【0025】

図２に示すように、突起部２０は、細長形状とすることができる。スペーサ２は、細長形状の突起部２０によって規定される複数の突起間領域を有する。スペーサ２は、二次電池１の電極体の中央部に対向する突起間領域２１が他の突起間領域よりも大きくなるように構成される。換言すると、スペーサ２は、二次電池１の電極体の中央部に対向する位置における突起部２０の密集度が、当該位置以外の位置における突起部２０の密集度よりも小さくなるように構成される。

【0026】

突起部２０は、二次電池１の外側面に沿って冷却流体を通過させる機能を有する。図２に示すスペーサ２の場合、スペーサ２の下方から冷却流体が流入し、当該冷却流体が突起部２０に沿ってスペーサ２の幅方向外側に排出される。これにより、二次電池１が冷却される。

【0027】

図３は、第１の実施形態に係る二次電池１が備える電極体３０の一例を示す図である。本実施形態では、電極体３０は、正極シート、負極シート及びセパレータを積層して捲回された後、扁平にされて形成される。したがって、電極体３０の上部及び下部には湾曲部３１が形成され、電極体３０の中央部には平坦部３２が形成される。

【0028】

図４は、第１の実施形態に係るフィルム１０の一例を示す展開図である。フィルム１０は、二次電池１の外側面に配置された後、二次電池１を包むように、図４の破線に沿って折り畳まれる。フィルム１０は、二次電池１の厚さ方向においてフィルム１０の他の部分よりも厚さの大きい肉厚部を有するように構成される。例えば、図４に示すように、フィルム１０の肉厚部は、１つのフィルム１０を重畳することによって形成することができる。また、図５に示すような個別のフィルム１０を重ねることにより、肉厚部を形成することもできる。

【0029】

肉厚部は、二次電池１の厚さ方向の外側面の少なくとも一部を押圧する。肉厚部は、押圧部に相当する。肉厚部は、テープや接着剤等によって固定することができる。なお、図５には、２つのフィルム１０が示されているが、３以上のフィルム１０を重ねて肉厚部を形成してもよい。

【0030】

第１の実施形態では、フィルム１０を二重化することにより、肉厚部を形成することができる。フィルム１０の肉厚部は、スペーサ２の突起部２０と対向しない位置（以下、「非対向位置」とする。）の少なくとも一部に形成される。また、フィルム１０の肉厚部は、二次電池１内の電極体３０の中央部に対向するように形成されることが好ましい。

【0031】

肉厚部の厚さは、電極体３０の中央部における電極間の距離が、電極体３０の中央部以外の部分における電極間の距離以下となるように構成することが好ましい。

【0032】

図６は、第１の実施形態に係る折り畳まれた状態のフィルム１０を示す正面図である。図７は、第１の実施形態に係る折り畳まれた状態のフィルム１０を示す側面図である。第１の実施形態では、フィルム１０の肉厚部は、二次電池１の幅方向に延在し、電極体３０の平坦部３２に対向するように形成される。

【0033】

上述した実施形態では、フィルム１０が、二次電池１を包むように配置される。二次電池１は、厚さ方向から二次電池１を加圧する少なくとも１つの突起部２０を有するスペーサ２が隣接して配置される。フィルム１０は、厚さ方向においてフィルム１０の他の部分よりも厚さの大きい肉厚部を有するように構成される。フィルム１０の肉厚部は、スペーサ２の突起部２０と対向しない非対向位置の少なくとも一部に形成される。

【0034】

このように、フィルム１０の肉厚部を非対向位置に形成することにより、肉厚部によって非対向位置の電極体３０が押圧される。そのため、非対向位置における電極間の距離を、対向位置における電極間の距離以下とすることができる。その結果、充放電によって発生したガスが電極体３０内に溜まるのを抑制でき、金属異物の析出を抑制することができる。

【0035】

また、フィルム１０の肉厚部は、電極体３０の中央部に対向するように形成される。電極が積層されて形成された電極体３０の中央部では、電極体３０の幅方向外側の部分と比べ、充放電によって発生したガスが排出され難い。上述した実施形態では、この電極体３０の中央部に対向するようにフィルム１０の肉厚部が形成されるため、フィルム１０の肉厚部によって電極体３０の中央部が押圧される。そのため、電極体３０の中央部における電極間の距離を、電極体３０の中央部以外の部分における電極間の距離以下にすることができる。その結果、充放電によって発生したガスが電極体３０の中央部に溜まるのを抑制でき、金属異物の析出を抑制できる。

【0036】

＜第２の実施形態＞
図８は、本発明の第２の実施形態に係るフィルム１０の一例を示す展開図である。図９は、第２の実施形態に係るフィルム１０の別の例を示す展開図である。図１０は、第２の実施形態に係る折り畳まれた状態のフィルム１０を示す正面図である。図１１は、第２の実施形態に係る折り畳まれた状態のフィルム１０を示す側面図である。第２の実施形態では、フィルム１０は、フィルム１０の肉厚部が二次電池１の高さ方向に延在するように形成される。

【0037】

フィルム１０の肉厚部は、電極体３０の中央部に対向するように形成される。また、フィルム１０の肉厚部は、図８に示すように、１つのフィルム１０を重畳することによって形成することができる。また、図９に示すような個別のフィルム１０を重ねることにより、肉厚部を形成することもできる。肉厚部の厚さは、電極体３０の中央部における電極間の距離が、電極体３０の中央部以外の部分における電極間の距離以下となるように構成することが好ましい。なお、３以上のフィルム１０を重ねて肉厚部を形成してもよい。その他の特徴については、第１の実施形態と同じである。

【0038】

＜第３の実施形態＞
図１２は、本発明の第３の実施形態に係るフィルム１０を示す展開図である。図１３は、第３の実施形態に係る折り畳まれた状態のフィルム１０を示す正面図である。第３の実施形態に係るフィルム１０は、第２の実施形態に係るフィルム１０の変形例である。以下、第２の実施形態と相違する点についてのみ説明する。

【0039】

第３の実施形態では、図１２及び図１３に示すように、フィルム１０は、非対向位置にのみ肉厚部が形成される。したがって、対向位置では、フィルム１０は重ならず、非対向位置でのみ重ねられる。これにより、非対向位置の電極体３０のみが肉厚部によって加圧される。肉厚部の厚さは、非対向位置における電極間の距離が、スペーサ２の突起部２０に対向する位置（以下、「対向位置」とする。）における電極体３０の電極間の距離以下となるように構成することが好ましい。なお、図１２及び図１３に示す例では、フィルム１０の肉厚部が、二次電池１の高さ方向に延在するが、他の実施形態では、肉厚部が、二次電池１の幅方向に延在してもよい。

【0040】

＜第４の実施形態＞
図１４は、本発明の第４の実施形態に係るフィルム１０を示す展開図である。図１５は、第４の実施形態に係る折り畳まれた状態のフィルム１０及び押圧部材４０を示す正面図である。第４の実施形態に係るフィルム１０は、第２の実施形態に係るフィルム１０の変形例である。以下、第２の実施形態と相違する点についてのみ説明する。

【0041】

第４の実施形態では、フィルム１０の肉厚部を設けることなく、押圧部材４０が配置される。押圧部材４０は、フィルム１０と別個の部材であり、例えば、テープや絶縁板等を採用することができる。押圧部材４０は、押圧部に相当する。押圧部材４０は、フィルム１０の上面及び下面の少なくとも一方において、非対向位置の少なくとも一部に配置される。

【0042】

本発明は、上述した実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述した実施形態では、フィルム１０を二重化することにより、肉厚部を形成するが、他の実施形態では、フィルム１０を三重以上にして肉厚部を形成してもよい。

【0043】

また、他の実施形態では、フィルム１０を重畳することなく、フィルム１０の厚さを調整することによって肉厚部を形成してもよい。

【0044】

さらに、他の実施形態では、複数の正極シート、複数の負極シート及び複数のセパレータを積層して、非捲回型の電極体３０を形成してもよい。

【符号の説明】

【0045】

１ 二次電池
１０ フィルム
２ スペーサ
２０ 突起部
２１ 突起間領域
３０ 電極体
３１ 湾曲部
３２ 平坦部
４０ 押圧部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】