特開 2024-158033 ラミネート型電池

(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】P2024158033

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】ラミネート型電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20241031BHJP

   H01M 50/105 20210101ALI20241031BHJP

   H01M 50/126 20210101ALI20241031BHJP

   H01M 10/0585 20100101ALI20241031BHJP

   H01M 10/052 20100101ALN20241031BHJP

【ＦＩ】

H01M10/04 Z

H01M50/105

H01M50/126

H01M10/0585

H01M10/052

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023072837

(22)【出願日】2023-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101203

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100104499

【弁理士】

【氏名又は名称】岸本 達人

(74)【代理人】

【識別番号】100129838

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 典輝

(72)【発明者】

【氏名】小出 剛

【テーマコード（参考）】

5H011

5H028

5H029

【Ｆターム（参考）】

5H011AA01

5H011AA09

5H011BB03

5H011CC10

5H011GG09

5H028AA07

5H028CC02

5H028CC08

5H028CC19

5H029AJ11

5H029AJ14

5H029BJ04

5H029BJ12

5H029CJ05

5H029DJ02

5H029HJ12

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ラミネート外装体におけるシワの発生が抑制されたラミネート型電池を提供する。
【解決手段】電池セル１０と、電池セル１０を覆うカバー部材２０とを備えるラミネート型電池１００であって、電池セル１０は、厚さ方向に積層された複数の電極を有する電極積層体１１と、電極積層体１１を収容するラミネート外装体１２とを有し、電池セル１０は、封止面Ｍａ１と、幅広面Ｍｂ１と、角部Ｃと、を有し、カバー部材２０は、封止面Ｍａ１、幅広面Ｍｂ１および角部Ｃと接し、かつ、幅広面Ｍｂ１においてラミネート外装体１２が露出する開口部２１を有し、ラミネート型電池１００を、厚さ方向から平面視した場合、電極積層体１１は、電極層が形成された電極塗工部１１ａと、電極層が形成されていない電極未塗工部１１ｂと、を有し、開口部２１の外縁は、電極塗工部１１ａの外縁よりも内側に位置する、ラミネート型電池１００とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池セルと、前記電池セルを覆うカバー部材と、を備えるラミネート型電池であって、
前記電池セルは、厚さ方向に積層された複数の電極を有する電極積層体と、前記電極積層体を収容するラミネート外装体と、を有し、
前記電池セルは、前記ラミネート外装体の端部同士が溶着された封止部を有する封止面と、前記厚さ方向に位置する幅広面と、前記封止面および前記幅広面を接続する角部と、を有し、
前記カバー部材は、前記封止面、前記幅広面および前記角部と接し、かつ、前記幅広面において前記ラミネート外装体が露出する開口部を有し、
前記ラミネート型電池を、前記厚さ方向から平面視した場合、
前記電極積層体は、電極層が形成された電極塗工部と、前記電極層が形成されていない電極未塗工部と、を有し、
前記開口部の外縁は、前記電極塗工部の外縁よりも内側に位置する、ラミネート型電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ラミネート型電池に関する。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン二次電池等の電池は、通常、正極集電体、正極活物質層、電解質層、負極活物質層および負極集電体を有する電極体を備える。電極体は、例えば、外装材に囲まれた内部空間に封止される。

【0003】

例えば、特許文献１には、電極と電解質を収納し密封封止する外装体を備える平板型電気化学セルが開示されている。また、特許文献２には、正極と、負極と、セパレータと、を有する電極部と、上記電極部を覆う外装体と、を有する二次電池が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５―１８３５５６号公報

【特許文献2】特開２０１６―１３４１９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電池は充放電により膨張収縮する場合があり、膨張した際にラミネート外装体が引き延ばされることで、しわが生じる恐れがある。また、しわが発生すると、しわ部分からラミネート外装体が破断する恐れがある。

【0006】

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ラミネート外装体におけるしわの発生が抑制されたラミネート型電池を提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

［１］
電池セルと、上記電池セルを覆うカバー部材と、を備えるラミネート型電池であって、上記電池セルは、厚さ方向に積層された複数の電極を有する電極積層体と、上記電極積層体を収容するラミネート外装体と、を有し、上記電池セルは、上記ラミネート外装体の端部同士が溶着された封止部を有する封止面と、上記厚さ方向に位置する幅広面と、上記封止面および上記幅広面を接続する角部と、を有し、上記カバー部材は、上記封止面、上記幅広面および上記角部と接し、かつ、上記幅広面において上記ラミネート外装体が露出する開口部を有し、上記ラミネート型電池を、上記厚さ方向から平面視した場合、上記電極積層体は、電極層が形成された電極塗工部と、上記電極層が形成されていない電極未塗工部と、を有し、上記開口部の外縁は、上記電極塗工部の外縁よりも内側に位置する、ラミネート型電池。

【発明の効果】

【0008】

本開示においては、しわの発生が抑制されたラミネート型電池を提供できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示におけるラミネート型電池を例示する概略斜視図、概略平面図および概略断面図である。

【図2】本開示における電池セルを例示する概略斜視図および概略断面図である。

【図3】本開示における電極積層体を例示する概略断面図および概略平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示におけるラミネート型電池について、図面を用いて詳細に説明する。以下に示す各図は、模式的に示したものであり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張している。また、適宜、各部のハッチングを省略する場合がある。詳細に説明する。

【0011】

図１（ａ）は本開示におけるラミネート型電池を例示する概略斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示したラミネート型電池を厚さ方向から見た概略平面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）に示したラミネート型電池のＡ－Ａ断面図である。図２（ａ）は本開示における電池セルを例示する概略斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図３（ａ）は、本開示における電池セルを例示する概略断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した電池セルを厚さ方向から見た概略平面図である。

【0012】

図１（ａ）～（ｃ）に示すように、ラミネート型電池１００は、電池セル１０と、電子セル１０を覆うカバー部材２０とを備える。図１（ｃ）および図３（ａ）に示すように、電池セル１０は、厚さ方向Ｚに積層された複数の電極Ｅを有する電極積層体１１と、電極積層体１１を収容するラミネート外装体１２と、を有している。図２（ａ）および（ｂ）に示すように、電池セル１０は、ラミネート外装体１２の端部同士が溶着された封止部Ｓを有する封止面（Ｍａ１およびＭａ２）と、厚さ方向Ｚに位置する幅広面（Ｍｂ１およびＭｂ２）と、封止面および幅広面を接続する角部Ｃと、を有する。図２（ａ）および（ｂ）に示すように、角部は、２つの封止面（Ｍａ１およびＭａ２）を、それぞれ、２つの幅広面（Ｍｂ１およびＭｂ２）に接続する部分である。

【0013】

また、図１（ａ）～（ｃ）に示すように、カバー部材２０は、封止面（Ｍａ１およびＭａ２）、幅広面（Ｍｂ１およびＭｂ２）および角部Ｃと接し、かつ、幅広面（Ｍｂ１およびＭｂ２）においてラミネート外装体１２が露出する開口部２１を有している。ラミネート型電池を、厚さ方向から平面視した場合、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、電極積層体１１は、電極層（正極活物質層２および負極活物質層３）が形成された電極塗工部１１ａと、電極層（正極活物質層２および負極活物質層３）が形成されていない電極未塗工部１１ｂと、を有し、図１（ｂ）に示すように、開口部２１の外縁Ｅ１は、電極塗工部１１ａの外縁Ｅ２よりも内側に位置する。電極塗工部の外縁については後述する。

【0014】

封止面と幅広面とを接続する角部では応力が集中しやすく、電池セルの膨張収縮に伴いしわが発生しやすく、しわの発生に起因した外装体の破断も生じやすい。これに対して、本開示におけるラミネート型電池では、カバー部材が電池セルの封止面、幅広面および角部と接し、かつ、所定の外縁を有する開口部を有するため、ラミネート外装体の形状を良好に保持することができ、しわの発生が抑制されたラミネート型電池となる。

【0015】

また、本開示におけるラミネート型電池は、電池サイズに応じてカバー部材のサイズを調整することでしわを抑制することができるため、電池の設計の自由度を低下させずにしわを抑制することができる。

【0016】

１．電池セル
本開示における電池セルは、電極積層体と、電極積層体を収容するラミネート外装体を有する。

【0017】

（１）電極積層体
図３は、本開示における電極積層体を例示する概略断面図および概略平面図である。図３（ａ）に示すように、本開示における電極積層体１１は、厚さ方向Ｚに積層された複数の電極Ｅを有する。

【0018】

図３（ａ）に示す電極積層体１１は、電極Ｅとして、バイポーラ電極ＢＰ、正極側端部電極ＣＡ、および、負極側端部電極ＡＮを有する。バイポーラ電極ＢＰは、集電体１と、集電体１の一方の面上に配置された正極活物質層２と、集電体１の他方の面上に配置された負極活物質層３と、を有する。正極側端部電極ＣＡは、集電体１と、集電体１の一方の面上に配置された正極活物質層２と、を有する。負極側端部電極ＡＮは、集電体１と、集電体１の一方の面上に配置された負極活物質層３と、を有する。各電極Ｅは、セパレータ４を介して積層されている。

【0019】

また、図３（ａ）に示すように、電極積層体１１は、通常、正極活物質層１、セパレータ４および負極活物質層３をこの順に有する発電単位Ｕ（Ｕ１～Ｕ２）を有し、通常、電極積層体１１は、電極Ｅの外縁部（発電単位Ｕの外縁部）にシール部５を有する。

【0020】

電極積層体における各部材は、電池において通常用いられる部材とすることができる。なお、電極積層体の内部には、通常電解液が注入されている。

【0021】

また、図３（ｂ）に示すように、厚さ方向Ｚから平面視した場合、電極積層体１１は、電極層（正極活物質層２および負極活物質層３）が形成されている領域である電極塗工部１１ａと、上記電極層が形成されていない未塗工部１１ｂとを有する。図３（ｂ）に示すように、電極塗工部１１ａは、外縁Ｅ２を有し、外縁Ｅ２の外側が電極未塗工部１１ｂである。図３（ａ）に示すように、電極未塗工部には、上記集電体１およびセパレータ４の一部と、シール部５が含まれる。

【0022】

ここで、図３（ａ）に示すように、電池セルにおいては、複数の電極層（正極活物質層２および負極活物質層３）において互いにサイズが異なる場合がある。その場合、最もサイズの大きい電極層の外縁を、電極塗工部の外縁とみなすことができる。例えば、図３（ａ）においては、正極活物質層２よりも負極活物質層３のサイズが大きいため、負極活物質層３の外縁が電極塗工部１１ａの外縁Ｅ２となる。

【0023】

（２）ラミネート外装体
ラミネート外装体は特に限定されず、従来公知の部材を使用することができる。ラミネート外装体としては、例えば、熱溶着層、金属層および樹脂層を、厚さ方向に沿って、この順に有するラミネートフィルムが挙げられる。熱溶着層、金属層および樹脂層については、従来公知の材料を使用することができる。

【0024】

（３）電池セル
図２（ａ）に示すように、電池セルは、封止面（Ｍａ１およびＭａ２）および幅広面（Ｍｂ１およびＭｂ２）を有し、通常、さらに、側面（Ｍｃ１およびＭｃ２）を有する。幅広面は、厚さ方向における電池の頂面および底面であり、電池セルの主面と捉えることができる。封止面は、幅広面と接続され、かつ、厚さ方向Ｚと直交する方向Ｘに延在する面である。また、側面は、幅広面と接続され、かつ、方向Ｘと直交する方向Ｙに延在する面である。

【0025】

また、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、電池セルの角部Ｃは、封止面（Ｍａ１およびＭａ２）の延在方向（Ｘ方向）に延在し、封止面および幅広面の一部を含む部分である。また、側面の一部も角部には含まれる。

【0026】

２．カバー部材
カバー部材は上述した電池セルを覆う部材である。カバー部材は、上述した電池セルの封止面、幅広面および角部と接する。

【0027】

また、カバー部材は、幅広面においてラミネート外装体が露出する開口部を有する。図１（ｂ）に示すように、開口部２１の外縁Ｅ１は、電極塗工部の外縁Ｅ２よりも内側に位置する。また、電極塗工部の中央部分が開口部の内側に位置するように、開口部を設けることが好ましい。なお、開口部においては電池セルに拘束圧が付与されないため、開口部はラミネート型電池における未拘束部と捉えることができる。また、図１（ａ）に示すように、カバー部材３０は、１つの側面Ｍｃ１において、ラミネート外装体および後述する電流端子３０が露出する側面開口部を有していてもよい。

【0028】

カバー部材の材料は特に限定されないが、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフタールアミド（ＰＰＡ）およびポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの樹脂を挙げることができる。このような樹脂を用いたカバー部材は柔軟性を有するため、電池セルが膨張できる余地を残すことができる。その結果、内圧の絶対値を低減でき、上記封止部を大きくする必要性を低下でき、電池のエネルギー密度を向上できる。

【0029】

また、カバー部材はラミネート外装体と直接接していてもよく、接着剤（接着剤層）を介してラミネート外装体と接していてもよい。接着剤については、電池の分野において従来公知の接着剤を用いることができる。

【0030】

３．ラミネート型電池
図１（ａ）に示すように、ラミネート型電池１００は、電池セル１０の側面（Ｍｃ１）において、ラミネート外装体の内部からラミネート外装体の外部に突出する電流端子３０を有していてもよい。

【0031】

本開示におけるラミネート型電池は、典型的にはリチウムイオン二次電池である。また、ラミネート型電池の用途としては、例えば、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）、電気自動車（ＢＥＶ）、ガソリン自動車、ディーゼル自動車等の車両の電源が挙げられる。特に、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）または電気自動車（ＢＥＶ）の駆動用電源に用いられることが好ましい。また、全固体電池は、車両以外の移動体（例えば、鉄道、船舶、航空機）の電源として用いられてもよく、情報処理装置等の電気製品の電源として用いられてもよい。

【0032】

なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本開示における特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示における技術的範囲に包含される。

【符号の説明】

【0033】

１０ …電池セル
１１ …電極積層体
１２ …ラミネート外装体
２０ …カバー部材
１００ …ラミネート型電池

【図1】

【図2】

【図3】