特開 2024-145974 ラミネート型蓄電素子およびその製造方法

(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】P2024145974

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】ラミネート型蓄電素子およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/131 20210101AFI20241004BHJP

   H01M 50/105 20210101ALI20241004BHJP

   H01M 50/184 20210101ALI20241004BHJP

   H01M 10/0585 20100101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

H01M50/131

H01M50/105

H01M50/184 C

H01M10/0585

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023058614

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000237721

【氏名又は名称】ＦＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池山 美紗子

(72)【発明者】

【氏名】花村 玲

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 隆二

【テーマコード（参考）】

5H011

5H029

【Ｆターム（参考）】

5H011AA09

5H011CC10

5H011DD13

5H011FF02

5H011GG09

5H011KK01

5H029AJ14

5H029BJ12

5H029DJ02

5H029DJ12

5H029HJ04

5H029HJ12

(57)【要約】

【課題】位置決め精度を低下させずに正極タブおよび負極タブの外部短絡を防ぐことのできるラミネート型蓄電素子を得ること。
【解決手段】ラミネート型蓄電素子１は、シート状の正極とシート状の負極とが間にセパレータを挟んで積層された電極体２と、正極側から電極体を覆うシート状の第１の外装体と負極側から電極体を覆うシート状の第２の外装体とを有して電極体２を内部に収容するとともに第１の辺３ａを有する外装体３と、正極に接触するとともに一部が第１の辺３ａから外装体３の外部に露出する正極タブ４と、負極に接触するとともに一部が第１の辺３ａから外装体３の外部に露出する負極タブ５と、を備え、外装体３の表面には、第１の辺３ａに沿って延びる凹部７が形成されており、凹部７の外周辺のうち第１の辺３ａ側となる第２の辺７ａは、端部から一定の範囲が端部に向かうほど第１の辺３ａから離れる離間範囲７ｂとなっている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シート状の正極とシート状の負極とが間にセパレータを挟んで積層された電極体と、
前記正極側から前記電極体を覆うシート状の第１の外装体と前記負極側から前記電極体を覆うシート状の第２の外装体とを有して前記電極体を内部に収容するとともに第１の辺を有する外装体と、
前記正極に接触するとともに一部が前記第１の辺から前記外装体の外部に露出する正極タブと、
前記負極に接触するとともに一部が前記第１の辺から前記外装体の外部に露出する負極タブと、を備え、
前記外装体の表面には、前記第１の辺に沿って延びる凹部が形成されており、
前記凹部の外周辺のうち前記第１の辺側となる第２の辺は、端部から一定の範囲が端部に向かうほど前記第１の辺から離れる離間範囲となっているラミネート型蓄電素子。

【請求項2】

前記離間範囲において前記第２の辺はＲ形状である請求項１に記載のラミネート型蓄電素子。

【請求項3】

前記凹部は前記第１の辺から離れている請求項１に記載のラミネート型蓄電素子。

【請求項4】

前記第１の外装体と前記第２の外装体とは前記第１の辺がタブフィルムを介して溶着されている請求項１に記載のラミネート型蓄電素子。

【請求項5】

前記外装体と前記正極と前記負極と前記正極タブまたは前記負極タブとが重なる部分の厚さが０．６ｍｍ以下である請求項１に記載のラミネート型蓄電素子。

【請求項6】

前記正極と前記負極とを一つずつ備えたことを特徴とする請求項１に記載のラミネート型蓄電素子。

【請求項7】

シート状の正極に正極タブを接触させる工程と、
シート状の負極に負極タブを接触させる工程と、
前記正極と前記負極とをセパレータを介して対向配置して電極体を形成する工程と、
前記正極タブと前記負極タブの一部を外部に露出させつつ前記電極体を外装体に収容する工程と、
前記外装体の表面に金型を当接して封止する工程と、を備え、
前記外装体は第１の辺を有するとともに、前記正極タブと前記負極タブは前記第１の辺から露出されており、
前記金型は前記第１の辺に沿って延びる形状であり、
前記封止工程で前記外装体の表面に形成される凹部の外周辺のうち前記第１の辺側となる第２の辺は、端部から一定の範囲が端部に向かうほど前記第１の辺から離れる離間範囲となっているラミネート型蓄電素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、ラミネート型蓄電素子およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、蓄電素子が搭載される装置の薄型化が進められており、装置に搭載される蓄電素子にも薄型化への要求が高まっている。薄型化が図られた蓄電素子には、例えば特許文献１に示すように、シート状の正極とシート状の負極とがセパレータを介して対向配置された電極体をラミネートフィルムからなる外装体で覆ったラミネート型蓄電素子がある。外装体は、２枚のラミネートフィルムの間に電極体を挟んで電極体を覆っている。外装体は、２枚のラミネートフィルム同士を溶着させることで内部に電極体を収容する。ラミネート型蓄電素子では、外装体の内部で正極に接触する正極タブと負極に接触する負極タブの一部が、２枚のラミネートフィルムの間を貫通して外装体の外部に露出されている。

【0003】

ラミネートフィルムの両面には絶縁性の樹脂層が形成されており、樹脂層が形成された部分ではラミネートフィルムと正極タブおよび負極タブとが接触しても短絡の問題は生じない。しかしながら、ラミネートフィルムの端面には樹脂層が形成されておらず、ラミネートフィルムの端面と正極タブおよび負極タブとが接触すると短絡の問題が生じてしまう。特許文献１に開示されたラミネート型蓄電素子では、正極タブと負極タブとが露出する外装体の１辺に沿って絶縁性の樹脂からなるシール材（タブフィルム）を２枚のラミネートフィルムの間からはみ出させることで、正極タブおよび負極タブがラミネートフィルムの端面に接触して短絡することが防止されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－０１０７５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、タブフィルムがラミネートフィルムの間からはみ出ていると、タブフィルムのはみ出した量によってラミネート型蓄電素子の外形寸法が異なってしまう。例えば、タブフィルムを溶融してラミネートフィルムを溶着するが、溶融後のタブフィルムの流動を精密に制御することは難しく、タブフィルムのはみ出した量にはばらつきが生じやすい。したがって、ラミネート型蓄電素子の外形寸法にばらつきが生じやすい。

【0006】

ラミネート型蓄電素子は、その製造工程において高い精度での位置決めが必要となる場合がある。したがって、外形寸法にばらつきが生じると、ラミネート型蓄電素子の性能が低くなったり、歩留まりが低下したりするという問題があった。

【0007】

開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、位置決め精度を低下させずに正極タブおよび負極タブの外部短絡を防ぐことのできるラミネート型蓄電素子を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一態様によるラミネート型蓄電素子は、シート状の正極とシート状の負極とが間にセパレータを挟んで積層された電極体と、正極側から電極体を覆うシート状の第１の外装体と負極側から電極体を覆うシート状の第２の外装体とを有して電極体を内部に収容するとともに第１の辺を有する外装体と、正極に接触するとともに一部が第１の辺から外装体の外部に露出する正極タブと、負極に接触するとともに一部が第１の辺から外装体の外部に露出する負極タブと、を備え、外装体の表面には、第１の辺に沿って延びる凹部が形成されており、凹部の外周辺のうち第１の辺側となる第２の辺は、端部から一定の範囲が端部に向かうほど第１の辺から離れる離間範囲となっている。

【発明の効果】

【0009】

本願の開示するラミネート型蓄電素子の一態様によれば、位置決め精度を低下させずに正極タブおよび負極タブの外部短絡を防ぐことのできるラミネート型蓄電素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施の形態１に係るラミネート型蓄電素子の平面図である。

【図2】図２は、実施の形態１に係るラミネート型蓄電素子の分解斜視図である。

【図3】図３は、図１に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。

【図4】図４は、図１に示すＩＶ－ＩＶ線に沿って切断した断面図である。

【図5】図５は、図１に示すＶ－Ｖ線に沿って切断した断面図である。

【図6】図６は、実施の形態１に係るラミネート型蓄電素子の製造工程を説明するためのフローチャートである。

【図7】図７は、実施の形態１における短絡防止の効果について説明するための断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、本願の開示するラミネート型蓄電素子およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態によって、本願の開示する電池が限定されるものではない。

【0012】

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るラミネート型蓄電素子の平面図である。図２は、実施の形態１に係るラミネート型蓄電素子の分解斜視図である。ラミネート型蓄電素子１は、電極体２と、外装体３と、正極タブ４と、負極タブ５と、タブフィルム６と、を備える。

【0013】

電極体２は、正極２１と、負極２２と、セパレータ２３と、を備える。正極２１は、シート状に形成されている。正極２１は、金属板または金属箔からなる正極集電体の一面に正極活物質を含む正極材料を配置して形成されている。負極２２は、シート状に形成されている。負極２２は、金属板または金属箔からなる負極集電体の一面に負極活物質を含む負極材料を配置して形成されている。セパレータ２３は、シート状に形成されている。セパレータ２３は、絶縁体で形成される。絶縁体には、ポリオレフィンまたはセルロースが例示される。正極２１と負極２２とは、間にセパレータ２３を挟んで積層されている。

【0014】

外装体３は、第１の外装体３１と第２の外装体３２とを有する。外装体３は、平面視において四角形形状に形成されている。第１の外装体３１および第２の外装体３２は、アルミラミネートフィルムである。平面視において第１の外装体３１および第２の外装体３２のほうが電極体２よりも大きな外形で形成されている。外装体３は、第１の外装体３１と第２の外装体３２との間に電極体２を挟み込み、第１の外装体３１と第２の外装体３２の互いの縁を溶着させることで、内部に電極体２を封止している。なお、以下の説明において、第１の外装体３１と第２の外装体３２について、互いに対向する面を裏面と称し、裏面の反対面を表面と称する。封止された外装体３の内部には、電極体２とともに電解液が封入されている。電解液は水系電解液であってもよいし、非水系有機電解液であってもよい。

【0015】

第１の外装体３１および第２の外装体３２は、基材である金属箔の両面に樹脂層が設けられている。より具体的には、第１の外装体３１および第２の外装体３２の裏面には、熱溶着層可能な樹脂層が形成されている。熱溶着が可能な樹脂層は、例えばポリプロピレンで形成されている。第１の外装体３１および第２の外装体３２の表面には、保護層となる樹脂層が形成されている。保護層となる樹脂層は、例えばポリアミド樹脂で形成されている。第１の外装体３１および第２の外装体３２の表面および裏面に形成された樹脂層はともに絶縁性の樹脂層である。第１の外装体３１および第２の外装体３２は、両面に樹脂層が形成されたアルミラミネートフィルムを切断して形成される。そのため、切断面となる端面は樹脂に覆われておらず基材である金属箔が露出している。なお、本実施の形態１では金属箔としてアルミニウム箔を例示しているがこれに限られず、例えばステンレス箔であってもよい。

【0016】

正極タブ４は、金属で形成された帯状の部材である。正極タブ４の一端４ａは、外装体３の内部で正極２１に接触されている。正極タブ４の他端４ｂは、第１の外装体３１と第２の外装体３２との間を貫通して外装体３の外部に露出されている。

【0017】

負極タブ５は、金属で形成された帯状の部材である。負極タブ５の一端５ａは、外装体３の内部で負極２２に接触されている。負極タブ５の他端５ｂは、第１の外装体３１と第２の外装体３２との間を貫通して外装体３の外部に露出されている。ここで、正極タブ４と負極タブ５は、平面視において四角形形状である外装体３の第１の辺３ａから露出している。なお、外装体３の第１の辺３ａは、図示したように直線状に形成されていてもよいし、角部が面取りされていてもよい。

【0018】

タブフィルム６は、第１の辺３ａに沿って第１の外装体３１の内側と第２の外装体３２の内側のそれぞれに設けられる。タブフィルム６は、絶縁樹脂製のシール材である。第１の辺３ａでは、正極タブ４と負極タブ５とが第１の外装体３１と第２の外装体３２との間を貫通しているため、第１の外装体３１と第２の外装体３２との隙間が大きくなり、第１の外装体３１の内面と第２の外装体３２の内面に設けられた樹脂層だけでの熱溶着では、接着が不十分になる場合がある。そこで、第１の辺３ａでは、タブフィルム６で熱溶着させることで、第１の外装体３１と第２の外装体３２とのより確実な接着が図られている。

【0019】

タブフィルム６での熱溶着は、タブフィルム６が設けられた領域に外装体３の表面から金型を押し付けつつ加熱することで行われる。金型を押し付けられた外装体３の表面には金型の形状に凹んだ凹部７が形成される。外装体３の表面が凹むことで、裏面側で溶けたタブフィルム６が第１の外装体３１と第２の外装体３２との間から第１の辺３ａの外側にはみ出してはみ出し部６ａを形成する。

【0020】

凹部７は、第１の辺３ａに沿って延びる形状となっている。凹部７の外周辺のうち第１の辺３ａ側となる第２の辺７ａは、端部から一定の範囲が離間範囲７ｂとなっている。離間範囲７ｂでは、端部に向かうほど第２の辺７ａが第１の辺３ａから離れる。実施の形態１では離間範囲７ｂにおいて第２の辺７ａはＲ形状となっている。なお、離間範囲７ｂは、Ｃ面取り形状によって形成されていてもよい。

【0021】

図３は、図１に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。図４は、図１に示すＩＶ－ＩＶ線に沿って切断した断面図である。図５は、図１に示すＶ－Ｖ線に沿って切断した断面図である。図３から図５では、ラミネート型蓄電素子１の製造工程において外装体３の表面に押し付けられた状態の金型１０も示している。

【0022】

図３に示すように、正極タブ４が設けられた箇所では、金型１０の間に外装体３とタブフィルム６に加えて、正極タブ４も挟まれるため、溶融したタブフィルム６は第１の外装体３１と第２の外装体３２との間から第１の辺３ａの外側にはみ出す。このはみ出した部分がはみ出し部６ａとなる。図示は省略するが、負極タブ５が設けられた箇所でも同様の理由によりはみ出し部６ａが形成される。

【0023】

図４に示すように、正極タブ４および負極タブ５が設けられていない箇所では、金型１０の間に外装体３とタブフィルム６は挟まれるが正極タブ４および負極タブ５は挟まれない。そのため、図３に示した箇所よりも第１の外装体３１と第２の外装体３２との間でタブフィルム６が占めることのできる空間が広くなっている。これにより、溶融したタブフィルム６のはみ出しは発生しにくくなっている。

【0024】

図５では、離間範囲７ｂでの断面が示されている。離間範囲７ｂでは、図４と同様に金型１０の間に正極タブ４と負極タブ５が挟まれないことに加えて、凹部７の第２の辺７ａと外装体３の第１の辺３ａとの距離Ｘが広くなっているため、溶融したタブフィルム６が第１の辺３ａまで到達しにくく、よりはみ出しが発生しにくくなっている。

【0025】

次に、ラミネート型蓄電素子１の製造工程について説明する。図６は、実施の形態１に係るラミネート型蓄電素子の製造工程を説明するためのフローチャートである。まず、正極２１に正極タブ４を接触させる（ステップＳ１）。次に、負極２２に負極タブ５を接触させる（ステップＳ２）。次に、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を介して対向配置して電極体２を形成する（ステップＳ３）。次に、正極タブ４と負極タブ５の他端４ｂ，５ｂを外部に露出させつつ電極体２を外装体３に収容する（ステップＳ４）。次に、外装体３に金型１０を当接してタブフィルム６および樹脂層で熱溶着して封止する（ステップＳ５）。以上の工程によってラミネート型蓄電素子１が製造される。

【0026】

以上説明したラミネート型蓄電素子によれば、シート状の正極２１とシート状の負極２２とが間にセパレータ２３を挟んで積層された電極体２と、正極２１側から電極体２を覆うシート状の第１の外装体３１と負極２２側から電極体２を覆うシート状の第２の外装体３２とを有して電極体２を内部に収容するとともに第１の辺３ａを有する外装体３と、正極２１に接触するとともに一部が第１の辺３ａから外装体３の外部に露出する正極タブ４と、負極２２に接触するとともに一部が第１の辺３ａから外装体３の外部に露出する負極タブ５と、を備え、外装体３の表面には、第１の辺３ａに沿って延びる凹部７が形成されており、凹部７の外周辺のうち第１の辺３ａ側となる第２の辺７ａは、端部から一定の範囲が端部に向かうほど第１の辺３ａから離れる離間範囲７ｂとなっている。これにより、外装体３の第１の辺３ａのうち正極タブ４と負極タブ５が貫通する部分に、絶縁性の樹脂からなるはみ出し部６ａを設けることができる。外装体３の第１の辺３ａのうち正極タブ４と負極タブ５が貫通する部分にはみ出し部６ａが形成されることで、正極タブ４および負極タブ５と外装体３とが短絡することを防ぐことができる。

【0027】

図７は、実施の形態１における短絡防止の効果について説明するための断面図である。
第１の外装体３１および第２の外装体３２の表面と裏面とには樹脂層が設けられているので、正極タブ４または負極タブ５と外装体３とが短絡するのは、第１の外装体３１または第２の外装体３２の端面３１ａ，３２ａと正極タブ４または負極タブ５とが接触したときである。

【0028】

図７に示すように、端面３１ａ，３２ａからはみ出したはみ出し部６ａが設けられていることで、正極タブ４または負極タブ５が折れ曲がった場合であっても、正極タブ４または負極タブ５が端面３１ａ，３２ａに接触しにくく、短絡が発生しにくい。

【0029】

また、第１の辺３ａのうち正極タブ４および負極タブ５が貫通する部分以外ではタブフィルム６は第１の辺３ａからほとんどはみ出していないため、ラミネート型蓄電素子１の外形寸法は外装体３の外形寸法と一致する。したがって、正極タブ４と負極タブ５が貫通する部分以外ではタブフィルム６のはみ出し量によって外形寸法がばらつくことがない。正極タブ４と負極タブ５が貫通する部分以外を基準とすることで、製造工程における位置決めを精度よく行うことができる。これにより、位置決め不良を原因とするラミネート型蓄電素子１の性能の低下および歩留まりの低下を防ぐことができる。

【0030】

なお、離間範囲１７において第２の辺７ａを例示したようにＲ形状とするために、金型１０もＲ形状で形成される。Ｒ形状で形成された金型１０は、Ｒ形状ではなく角部を有する形状の金型１０を外装体３に当接させるよりも外装体３に傷がつきにくくなる。

【0031】

また、凹部７は外装体３の第１の辺３ａから離れて形成されており、凹部７の第２の辺７ａと外装体３の第１の辺３ａとの間には隙間が設けられている。隙間部分ではタブフィルム６がほとんど溶融されないため、タブフィルム６のはみ出しをより確実に減らすことができる。

【0032】

また、第１の外装体３１と第２の外装体３２とが第１の辺３ａでタブフィルム６を介して溶着されているので、正極タブ４および負極タブ５が貫通していても、確実に封止することができる。この記載は、タブフィルム６を設けずに、第１の外装体３１の裏面と第２の外装体３２の裏面に形成された熱溶着を目的とした樹脂層で溶着することを除外するものではない。また、タブフィルム６を第１の辺３ａに沿って設ければよいため、タブフィルム６の形状を単純化できる。これにより、タブフィルム６を安価に製造することが可能となる。

【0033】

また、ラミネート型蓄電素子１の薄型化を図る観点から、外装体３と、正極２１と、負極２２と、セパレータ２３と、正極タブ４または負極タブ５と、が重なった部分の厚さは０．６ｍｍ以下であることが好ましい。

【0034】

また、正極２１と負極２２とを一つずつ備えた１層型のラミネート型蓄電素子１とすることで、ラミネート型蓄電素子１の薄型化を図ることができる。この記載は、正極２１と負極２２とをそれぞれ複数備えた多層型のラミネート型蓄電素子１とすることを除外するものではない。

【0035】

なお、第１の辺３ａにタブフィルム６を設けずに第１の外装体３１と第２の外装体３２との裏面に形成された樹脂層で溶着させてもよい。タブフィルム６を設けた場合と同様に、正極タブ４と負極タブ５の周りで樹脂層がはみ出してはみ出し部が形成される。また、正極タブ４と負極タブ５が貫通する部分以外では溶融した樹脂層がほとんどはみ出さず、ラミネート型蓄電素子１の位置決めを精度良く行うことができる。

【符号の説明】

【0036】

１ ラミネート型蓄電素子
２ 電極体
３ 外装体
３ａ 第１の辺
４ 正極タブ
４ａ 一端
４ｂ 他端
５ 負極タブ
５ａ 一端
５ｂ 他端
６ タブフィルム
６ａ はみ出し部
７ 凹部
７ａ 第２の辺
７ｂ 離間範囲
２１ 正極
２２ 負極
２３ セパレータ
３１ 第１の外装体
３１ａ，３２ａ 端面
３２ 第２の外装体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】