(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】P2024102960
(43)【公開日】2024-08-01
(54)【発明の名称】電池セル
(51)【国際特許分類】
H01M 50/105 20210101AFI20240725BHJP
H01M 50/103 20210101ALI20240725BHJP
H01M 50/15 20210101ALI20240725BHJP
H01M 50/169 20210101ALI20240725BHJP
H01M 50/166 20210101ALI20240725BHJP
【FI】
H01M50/105
H01M50/103
H01M50/15
H01M50/169
H01M50/166
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023007060
(22)【出願日】2023-01-20
(71)【出願人】
【識別番号】507357232
【氏名又は名称】株式会社AESCジャパン
(74)【代理人】
【識別番号】100110928
【弁理士】
【氏名又は名称】速水 進治
(74)【代理人】
【識別番号】100127236
【弁理士】
【氏名又は名称】天城 聡
(72)【発明者】
【氏名】中井 昌之
【テーマコード(参考)】
5H011
【Fターム(参考)】
5H011BB03
5H011CC02
5H011DD06
5H011DD13
(57)【要約】
【課題】電池セルの封止性を向上させる。
【解決手段】電池セル10は、電池要素100と、電池要素100の端部を覆う前方蓋材210と、電池要素100及び前方蓋材210に巻き付けられた巻付部分302と、巻付部分302における前方蓋材210の所定部位に位置する部分方引き出された引出部分304と、を有する外装フィルム300と、を備えている。前方蓋材210の当該所定部位は、巻付部分302から引出部分304にかけて先鋭化されている。
【選択図】
図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電池要素と、
前記電池要素の端部を覆う蓋材と、
前記電池要素及び前記蓋材に巻き付けられた巻付部分と、前記巻付部分における前記蓋材の所定部位に位置する部分から引き出された引出部分と、を有する外装フィルムと、
を備え、
前記蓋材の前記所定部位が、前記巻付部分から前記引出部分にかけて先鋭化されている、電池セル。
【請求項2】
前記蓋材が、前記所定部位の形状を画定する凹部を画定している、請求項1に記載の電池セル。
【請求項3】
前記蓋材の前記所定部位が、前記蓋材の角部に位置している、請求項1又は2に記載の電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池セルに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、リチウムイオン二次電池セル等の電池セルの様々な構造が開発されている。例えば、特許文献1及び2に記載されている電池セルは、電池要素、2つの蓋材及び外装フィルムを備えている。2つの蓋材は、電池要素の長手方向の両端部を覆っている。外装フィルムは、電池要素の長手方向の周りに巻き付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2011-108623号公報
【特許文献2】特開2022-040117号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
例えば、特許文献1又は2に記載の電池セルでは、電池要素に巻き付けられた外装フィルムの余長部分が蓋材の角部等の所定部位から引出部分として引き出されることがある。引出部分では、外装フィルムにおける蓋材の所定部位から引き出された2枚のフィルム部分が互いに接合されて封止部が形成されている。引出部分の基端部では、外装フィルムの2枚のフィルム部分と、蓋材の所定部位と、が互いに接触することがある。しかしながら、外装フィルムの引出部分が蓋材の所定部位から単に引き出されている場合、引出部分の基端部で外装フィルムの2枚のフィルム部分と蓋材の所定部位との間に隙間が生じやすくなることがある。よって、電池セルの封止性を向上させることが比較的難しくなることがある。
【0005】
本発明の目的の一例は、電池セルの封止性を向上させることにある。本発明の他の目的は、本明細書の記載から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様は、以下のとおりである。
[1]
電池要素と、
前記電池要素の端部を覆う蓋材と、
前記電池要素及び前記蓋材に巻き付けられた巻付部分と、前記巻付部分における前記蓋材の所定部位に位置する部分から引き出された引出部分と、を有する外装フィルムと、
を備え、
前記蓋材の前記所定部位が、前記巻付部分から前記引出部分にかけて先鋭化されている、電池セル。
[2]
前記蓋材が、前記所定部位の形状を画定する凹部を画定している、[1]に記載の電池セル。
[3]
前記蓋材の前記所定部位が、前記蓋材の角部に位置している、[1]又は[2]に記載の電池セル。
【発明の効果】
【0007】
本発明の上記態様によれば、電池セルの封止性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図3】変形例1に係る電池セルの断面模式図である。
【
図4】変形例2に係る電池セルの断面模式図である。
【
図5】変形例3に係る電池セルの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態及び変形例について、図面を用いて説明する。すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【0010】
図1は、実施形態に係る電池セル10の右側面図である。
図2は、
図1のA-A断面模式図である。
図1では、説明のため、外装フィルム300を透過させた状態で図示している。
【0011】
各図には、説明のため、X方向、Y方向及びZ方向が付されている。X方向は、電池セル10の前後方向を示している。Y方向は、X方向に直交している。Y方向は、電池セル10の左右方向を示している。Z方向は、X方向及びY方向の双方に直交している。Z方向は、電池セル10の上下方向を示している。X方向を示す矢印によって指し示される方向、Y方向を示す矢印によって指し示される方向及びZ方向を示す矢印によって指し示される方向は、それぞれ、後方向、左方向及び上方向である。ただし、電池セル10のX方向、Y方向、Z方向、前後方向、左右方向及び上下方向の関係は、この例に限定されない。
【0012】
なお、X方向、Y方向又はZ方向を示すX付き白丸は、紙面の手前から奥に向かう方向が当該方向を示す矢印によって指し示される方向であることを示している。
【0013】
電池セル10は、電池要素100、正極タブ110、負極タブ120、前方蓋材210、後方蓋材220及び外装フィルム300を備えている。
図2に示すように、外装フィルム300は、巻付部分302及び引出部分304を有している。
【0014】
電池要素100は、略直方体形状となっている。電池要素100の長手方向は、X方向に略平行となっている。電池要素100のX方向の長さは、以下に限定されないが、例えば、300mm以上500mm以下、好ましくは450mm以下である。電池要素100の短手方向は、Z方向に略平行となっている。電池要素100のZ方向の幅は、以下に限定されないが、例えば、90mm以上130mm以下、好ましくは120mm以下である。電池要素100の厚み方向は、Y方向に略平行となっている。電池要素100のY方向の厚さは、以下に限定されないが、例えば、20mm以上50mm以下、好ましくは45mm以下である。ただし、電池要素100の形状は、この例に限定されない。
【0015】
電池要素100は、不図示の少なくとも1つの正極、不図示の少なくとも1つの負極及び不図示の少なくとも1つのセパレータを有している。例えば、複数の正極及び複数の負極がY方向に交互に積層されている。セパレータの少なくとも一部分は、Y方向に隣り合う正極及び負極の間に位置している。例えば、複数枚のシート状のセパレータの各々がY方向に隣り合う正極及び負極の間に位置していてもよい。或いは、1枚のシート状のセパレータがY方向に隣り合う正極及び負極の間の領域を通過するつづら折り形状になっていてもよい。或いは、正極、負極及びセパレータは、セパレータが正極及び負極の間に配置されるように巻回されていてもよい。一例において、正極及び負極の一方の両面がセパレータによって覆われた状態で正極、負極及びセパレータは巻回されている。他の例において、正極、セパレータ及び負極をこの順に含む単位積層体を複数含む積層体が巻回されていてもよい。ただし、正極、負極及びセパレータの巻回構造は、これらの例に限定されない。
【0016】
実施形態において、電池セル10は、電解液を含む電池セルである。しかしながら、電池セル10は、全固体電池であってもよい。全固体電池においては、セパレータに相当する部分に固体電解質層が設けられている。全固体電池は、電解液を含んでいない。以下、特に断りがない限り、電池セル10は電解液を含む電池セルであるとして説明する。
【0017】
正極タブ110は、電池要素100の前方に配置されている。正極タブ110の後端部は、正極集電体102aに電気的に接続されている。正極集電体102aは、電池要素100の正極から前方に向けて引き出されている。よって、正極タブ110は、電池要素100の正極に電気的に接続されている。
【0018】
負極タブ120は、電池要素100の後方に配置されている。負極タブ120の前端部は、負極集電体104aに電気的に接続されている。負極集電体104aは、電池要素100の負極から後方に向けて引き出されている。よって、負極タブ120は、電池要素100の負極に電気的に接続されている。
【0019】
前方蓋材210は、電池要素100の前端部を覆っている。前方蓋材210は、例えば、樹脂、金属等からなっている。前方蓋材210の前面からは、正極タブ110の前端部が突出している。
図2には、説明のため、前方蓋材210の上面と略面一な第1仮想面S1と、前方蓋材210の右側面と略面一な第2仮想面S2と、が破線によって図示されている。
【0020】
後方蓋材220は、電池要素100の後端部を覆っている。後方蓋材220は、例えば、樹脂、金属等からなっている。後方蓋材220の後面からは、負極タブ120の後端部が突出している。
【0021】
図2に示すように、前方から見て、前方蓋材210は、先鋭部212を除いて、略長方形形状となっている。前方から見て、前方蓋材210の長手方向はZ方向に略平行となっており、前方蓋材210の短手方向はY方向に略平行となっている。
図2に示すように、前方から見て、先鋭部212は、前方蓋材210の右上側の角部に位置している。先鋭部212からは、引出部分304が引き出されている。すなわち、前方から見て、先鋭部212は、前方蓋材210における引出部分304が引き出される角部に位置している。
【0022】
図2に示すように、前方から見て、先鋭部212は、前方蓋材210の右上側に向かうにつれて先鋭化されている。具体的には、前方蓋材210の上面の右端部は、第1凹部214を画定している。前方から見て、第1凹部214は、略半円形状となっている。前方蓋材210の右側面の上端部は、第2凹部216を画定している。前方から見て、第2凹部216は、略半円形状となっている。先鋭部212は、第1凹部214及び第2凹部216の間に位置している。よって、先鋭部212の形状は、第1凹部214及び第2凹部216によって画定されている。
【0023】
後方から見て、後方蓋材220の形状は、前方蓋材210について説明した形状と同様にすることができる。すなわち、後方蓋材220における引出部分304が引き出される角部には、先鋭部212と同様の先鋭部を位置させることができる。
【0024】
巻付部分302は、前方及び後方の双方に向けて開口した略筒形状となっている。巻付部分302は、電池要素100、前方蓋材210及び後方蓋材220のX方向の周りに1周巻き付けられている。よって、前方蓋材210、後方蓋材220及び巻付部分302は、電池要素100を収容する収容空間500を形成している。収容空間500には、電池要素100とともに、不図示の電解液が収容されている。
【0025】
巻付部分302の前方の開口の内部には、前方蓋材210が配置されている。先鋭部212を含めて前方蓋材210のX方向の周りの外周面と、巻付部分302の前方の開口のX方向の周りの内周面と、は例えば熱融着によって互いに接合されている。よって、電池要素100の前方に前方封止部510が形成されている。
【0026】
巻付部分302の後方の開口の内部には、後方蓋材220が配置されている。上述の先鋭部を含めて後方蓋材220のX方向の周りの外周面と、巻付部分302の後方の開口のX方向の周りの内周面と、は例えば熱融着によって互いに接合されている。よって、電池要素100の後方に後方封止部520が形成されている。
【0027】
図2に示すように、前方から見て、引出部分304は、巻付部分302における先鋭部212に位置する部分から引き出されている。具体的には、前方から見て、引出部分304は、外装フィルム300の余長部分として先鋭部212の右上側の先端から引き出されている。引出部分304では、外装フィルム300における先鋭部212から引き出された2枚のフィルム部分が互いに接合されて封止部が形成されている。
図2に示す例では、前方から見て、引出部分304は、前方蓋材210の上面に沿って左方に向けて折り曲げられている。
【0028】
実施形態では、
図2に示すように、先鋭部212は、巻付部分302から引出部分304にかけて先鋭化されている。よって、前方から見て、先鋭部212が直角形状又は鈍角形状である場合と比較して、先鋭部212の右上側の先端及びその周辺と、外装フィルム300の内周面と、の間に隙間が生じにくくすることができる。したがって、前方から見て、先鋭部212が直角形状又は鈍角形状である場合と比較して、電池セル10の封止性を向上させることができる。
【0029】
実施形態において、先鋭部212は、第1凹部214及び第2凹部216の双方によって画定されている。よって、前方から見て、先鋭部212の右上側の先端を、第1仮想面S1及び第2仮想面S2の交差部に位置させることができる。したがって、前方から見て先鋭部212の右上側の先端が第1仮想面S1及び第2仮想面S2によって画定される角部の外側に位置する場合と比較して、外装フィルム300を電池要素100及び前方蓋材210のX方向の周りに巻き付けた状態で前方蓋材210のX方向の周りの外形が電池要素100のX方向の周りの外形より外側に現れにくくすることができる。よって、上述した場合と比較して、Y方向に複数の電池セル10を積層しやすくすることができる。加えて、上述した場合と比較して、前方蓋材210のX方向に垂直な面積を小さくすることができ、前方蓋材210を経由しての水分、ガス等の異物の透過を抑制することができる。なお、先鋭部212は、第1凹部214及び第2凹部216の一方のみによって画定されていてもよい。この場合においても、前方から見て先鋭部212の右上側の先端が第1仮想面S1及び第2仮想面S2によって画定される角部の外側に位置する場合と比較して、前方蓋材210のX方向の周りの外形が電池要素100のX方向の周りの外形より外側に現れにくくすることができ、前方蓋材210を経由しての異物の透過を抑制することができる。
【0030】
図2に示す例では、前方から見て、先鋭部212の左上側の外縁及び先鋭部212の右下側の外縁は、それぞれ、第1凹部214及び第2凹部216に沿って湾曲している。よって、前方から見て先鋭部212のこれらの外縁が略直線形状である場合と比較して、先鋭部212の外縁及び外装フィルム300を互いにより強い力で接触させやすくすることができる。ただし、前方から見て、先鋭部212のこれらの外縁は、略直線形状であってもよい。
【0031】
次に、実施形態に係る電池セル10の製造方法の一例について説明する。この例において、電池セル10は、以下のようにして製造されている。
【0032】
まず、電池要素100を製造する。電池要素100は、少なくとも1つの正極、少なくとも1つの負極及び少なくとも1つのセパレータを有している。
【0033】
次いで、正極タブ110と、前方蓋材210と、を互いに接合させる。同様にして、負極タブ120と、後方蓋材220と、を互いに接合させる。次いで、正極タブ110と、正極集電体102aと、を互いに接合させる。同様にして、負極タブ120と、負極集電体104aと、を互いに接合させる。ただし、正極タブ110と正極集電体102aとを互いに接合させた後、正極タブ110と前方蓋材210とを互いに接合させてもよい。同様にして、負極タブ120と負極集電体104aとを互いに接合させた後、負極タブ120と後方蓋材220とを互いに接合させてもよい。
【0034】
次いで、外装フィルム300を電池要素100のX方向の周りに1周巻き付ける。よって、巻付部分302が形成される。また、外装フィルム300の余長部分が引出部分304として引き出される。
【0035】
次いで、先鋭部212を含めて前方蓋材210のX方向の周りの外周面と、巻付部分302の前方の開口のX方向の周りの内周面と、を熱融着によって互いに接合する。よって、前方封止部510が形成される。この場合、引出部分304でも、外装フィルム300における先鋭部212から引き出された2枚のフィルム部分が互いに接合されて封止部が形成されている。実施形態では、引出部分304が先鋭部212に沿って引き出されている。よって、前方から見て先鋭部212が直角形状又は鈍角形状である場合と比較して、先鋭部212の周辺において前方蓋材210の外周面と、巻付部分302の内周面と、をより強固に接合することができる。
【0036】
次いで、上述の先鋭部を含めて後方蓋材220のX方向の周りの外周面と、巻付部分302の後方の開口のX方向の周りの内周面と、を熱融着によって互いに接合する。よって、後方封止部520が形成される。
【0037】
次いで、収容空間500に電解液を注入する。例えば、前方蓋材210及び後方蓋材220の少なくとも一方に設けられた注液孔を介して電解液が注入される。次いで、収容空間500を真空封止する。例えば、当該注液孔を介して収容空間500が真空引きされる。この例では、収容空間500が真空封止された後、当該注液孔が所定の蓋材によって塞がれる。
【0038】
このようにして、電池セル10が製造される。
【0039】
図3は、変形例1に係る電池セル10Aの断面模式図である。変形例1の
図3に示す断面は、実施形態の
図2に示す断面に相当している。変形例1に係る電池セル10Aは、以下の点を除いて、実施形態に係る電池セル10と同様である。
【0040】
前方から見て、変形例1に係る前方蓋材210Aの先鋭部212Aの右上側の先端は、第1仮想面S1及び第2仮想面S2によって画定される角部より外側に位置している。実施形態と同様にして、外装フィルム300Aは、巻付部分302A及び引出部分304Aを有している。先鋭部212Aを含めて前方蓋材210AのX方向の周りの外周面と、巻付部分302Aの前方の開口のX方向の周りの内周面と、は例えば熱融着によって互いに接合されている。よって、前方封止部510Aが形成されている。変形例1においても、実施形態と同様にして、先鋭部212Aが直角形状又は鈍角形状である場合と比較して、電池セル10Aの封止性を向上させることができる。
【0041】
図4は、変形例2に係る電池セル10Bの断面模式図である。変形例2の
図4に示す断面は、実施形態の
図2に示す断面に相当している。変形例2に係る電池セル10Bは、以下の点を除いて、実施形態に係る電池セル10と同様である。
【0042】
前方から見て、変形例2に係る前方蓋材210Bの先鋭部212Bの右上側の先端は、第1仮想面S1及び第2仮想面S2によって画定される角部より内側に位置している。実施形態と同様にして、外装フィルム300Bは、巻付部分302B及び引出部分304Bを有している。先鋭部212Bを含めて前方蓋材210BのX方向の周りの外周面と、巻付部分302Bの前方の開口のX方向の周りの内周面と、は例えば熱融着によって互いに接合されている。よって、前方封止部510Bが形成されている。変形例2においても、実施形態と同様にして、先鋭部212Bが単なる直角形状又は鈍角形状である場合と比較して、電池セル10Bの封止性を向上させることができる。加えて、前方から見て先鋭部212Bの右上側の先端が第1仮想面S1及び第2仮想面S2によって画定される角部の外側に位置する場合と比較して、前方蓋材210BのX方向の周りの外形が電池要素のX方向の周りの外形より外側に現れにくくすることができ、前方蓋材210Bを経由しての異物の透過を抑制することができる。
【0043】
図5は、変形例3に係る電池セル10Cの断面模式図である。変形例3の
図5に示す断面は、実施形態の
図2に示す断面に相当している。変形例3に係る電池セル10Cは、以下の点を除いて、実施形態に係る電池セル10と同様である。
図5には、説明のため、前方蓋材210Cの右側面と略面一な第3仮想面S3が破線によって図示されている。
【0044】
図5に示すように、前方蓋材210Cの先鋭部212Cは、前方蓋材210Cの側面に設けられていてもよい。
図5に示す例において、先鋭部212Cは、前方蓋材210Cの右側面に設けられている。しかしながら、先鋭部212Cは、前方蓋材210Cの上側面、下側面、左側面等、右側面と異なる側面に設けられていてもよい。
図5に示す例では、前方蓋材210Cの右側面に設けられた第1凹部214C及び第2凹部216Cによって先鋭部212Cが画定されている。第1凹部214C及び第2凹部216Cは、第3仮想面S3より左方に向けて凹んでいる。
【0045】
実施形態と同様にして、外装フィルム300Cは、巻付部分302C及び引出部分304Cを有している。先鋭部212Cを含めて前方蓋材210CのX方向の周りの外周面と、巻付部分302Cの前方の開口のX方向の周りの内周面と、は例えば熱融着によって互いに接合されている。よって、前方封止部510Cが形成されている。変形例3においても、前方蓋材210Cの右側面が第1凹部214C及び第2凹部216Cを画定せずに単に平坦である場合と比較して、電池セル10Cの封止性を向上させることができる。加えて、前方から見て先鋭部212Cの右側の先端が第3仮想面S3より外側に位置する場合と比較して、前方蓋材210CのX方向の周りの外形が電池要素のX方向の周りの外形より外側に現れにくくすることができ、前方蓋材210Cを経由しての異物の透過を抑制することができる。
【0046】
以上、図面を参照して本発明の実施形態及び変形例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【0047】
例えば、実施形態では、正極タブ110及び負極タブ120が電池要素100のX方向の互いに反対側に配置されている。しかしながら、正極タブ110及び負極タブ120の双方が電池要素100のX方向の前側及び後側の一方のみに配置されていてもよい。この場合、電池要素100の前端部及び後端部は、例えば、2つの蓋材によって覆われている。或いは、電池要素100の正極タブ110及び負極タブ120が引き出された側のみが蓋材によって覆われていてもよい。この例において、電池要素100の蓋材の反対側において、外装フィルム300が封止されて電池要素100に沿って折りたたまれていてもよい。
【符号の説明】
【0048】
10,10A,10B,10C 電池セル
100 電池要素
102a 正極集電体
104a 負極集電体
110 正極タブ
120 負極タブ
210,210A,210B,210C 前方蓋材
212,212A,212B,212C 先鋭部
214,214C 第1凹部
216,216C 第2凹部
220 後方蓋材
300,300A,300B,300C 外装フィルム
302,302A,302B,302C 巻付部分
304,304A,304B,304C 引出部分
500 収容空間
510,510A,510B,510C 前方封止部
520 後方封止部
S1 第1仮想面
S2 第2仮想面
S3 第3仮想面