特開 2024-25362 電池セル

(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】P2024025362

(43)【公開日】2024-02-26

(54)【発明の名称】電池セル

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/105 20210101AFI20240216BHJP

   H01M 50/103 20210101ALI20240216BHJP

   H01M 50/15 20210101ALI20240216BHJP

   H01M 50/176 20210101ALI20240216BHJP

   H01M 50/531 20210101ALI20240216BHJP

   H01M 50/548 20210101ALI20240216BHJP

   H01M 50/169 20210101ALI20240216BHJP

【ＦＩ】

H01M50/105

H01M50/103

H01M50/15

H01M50/176

H01M50/531

H01M50/548 101

H01M50/169

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022128736

(22)【出願日】2022-08-12

(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】大岡 愛佳

【テーマコード（参考）】

5H011

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H011AA03

5H011CC01

5H011CC06

5H011DD06

5H011DD13

5H011EE02

5H011FF03

5H043AA04

5H043BA19

5H043CA08

5H043CA13

5H043DA09

5H043EA06

(57)【要約】

【課題】外装フィルムの端部の露出を抑制する。
【解決手段】電池セル１０は、電池要素１００と、電池要素１００に電気的に接続された正極タブ１１０と、電池要素１００の端部を覆い、正極タブ１１０が引き出される前方蓋材２１０と、少なくとも一部分が電池要素１００の周りに巻き付けられた外装フィルム３００と、を備えている。前方蓋材２１０の少なくとも一部分は、外装フィルム３００の端部の少なくとも一部分を覆っている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池要素と、
前記電池要素に電気的に接続されたタブと、
前記電池要素の端部を覆い、前記タブが引き出される蓋材と、
少なくとも一部分が前記電池要素の周りに巻き付けられた外装フィルムと、
を備え、
前記蓋材の少なくとも一部分が前記外装フィルムの端部の少なくとも一部分を覆っている、電池セル。

【請求項2】

前記蓋材の少なくとも一部分が前記外装フィルムの外周面の少なくとも一部分を覆っている、請求項１に記載の電池セル。

【請求項3】

前記電池要素の前記端部の反対側の他の端部を覆う他の蓋材をさらに備える、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】国際公開第２０２１／１５７７３１号

【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に記載されている電池セルにおいて、外装フィルムを蓋材に巻き付けると、外装フィルムの端部が露出する。外装フィルムの端部が露出している場合、外装フィルムに含まれる導電性シート等の導体を介しての外装フィルムの短絡を抑制することが難しくなることがある。

【0005】

本発明の目的の一例は、外装フィルムの端部の露出を抑制することにある。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、
前記電池要素に電気的に接続されたタブと、
前記電池要素の端部を覆い、前記タブが引き出される蓋材と、
少なくとも一部分が前記電池要素の周りに巻き付けられた外装フィルムと、
を備え、
前記蓋材の少なくとも一部分が前記外装フィルムの端部の少なくとも一部分を覆っている、電池セル。
［２］
前記蓋材の少なくとも一部分が前記外装フィルムの外周面の少なくとも一部分を覆っている、［１］に記載の電池セル。
［３］
前記電池要素の前記端部の反対側の他の端部を覆う他の蓋材をさらに備える、［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、外装フィルムの端部の露出を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る電池セルの前方斜視図である。

【図2】実施形態に係る電池セルの一部分の前方拡大斜視図である。

【図3】実施形態に係る電池セルの右側面図である。

【図4】図２のＡ－Ａ断面模式図である。

【図5】図４の変形例を示す図である。

【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の前方斜視図である。図２は、実施形態に係る電池セル１０の一部分の前方拡大斜視図である。図３は、実施形態に係る電池セル１０の右側面図である。図４は、図２のＡ－Ａ断面模式図である。図３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。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方向の長さは、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】

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。これによって、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。

【0017】

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。これによって、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。

【0018】

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の前端部が引き出されている。前方から見て、前方蓋材２１０は、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。

【0019】

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の後端部が引き出されている。後方から見て、後方蓋材２２０は、略長方形形状となっている。後方から見て、後方蓋材２２０の長手方向はＺ方向に略平行となっており、後方蓋材２２０の短手方向はＹ方向に略平行となっている。

【0020】

図１及び図２に示すように、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の前方の開口の内部には、後述する前方凸部２１２を除いて前方蓋材２１０が配置されている。巻付部分３０２の後方の開口の内部には、後述する後方凸部２２２を除いて後方蓋材２２０が配置されている。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。これによって、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。なお、巻付部分３０２の電池要素１００の巻き付きの態様は、上述した例に限定されない。

【0021】

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。これによって、前方封止部５１０が形成されている。

【0022】

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。これによって、後方封止部５２０が形成されている。

【0023】

図１及び図２に示すように、前方から見て、引出部分３０４は、巻付部分３０２の電池要素１００の左上側の角から引き出されている。具体的には、図２に示すように、引出部分３０４は、第１引出部分３０４ａ及び第２引出部分３０４ｂを含んでいる。第１引出部分３０４ａは、巻付部分３０２のＸ方向の周りの周方向の両端の一方から引き出されている。第２引出部分３０４ｂは、巻付部分３０２のＸ方向の周りの周方向の両端の他方から引き出されている。第１引出部分３０４ａ及び第２引出部分３０４ｂは、例えば熱融着によって互いに接合されている。これによって、前方から見て、側方封止部５３０が形成されている。引出部分３０４は、電池要素１００の上面に沿って折り曲げられている。ただし、引出部分３０４は、折り曲げられていなくてもよい。また、引出部分３０４の折り曲げの形状は、実施形態に係る形状に限定されない。

【0024】

図１、図２及び図４に示すように、前方蓋材２１０の外周面には、前方凸部２１２が設けられている。前方凸部２１２は、前方蓋材２１０の外周面の全周に設けられている。ただし、前方凸部２１２は、前方蓋材２１０の外周面の全周の一部分のみに設けられていてもよい。前方凸部２１２は、外装フィルム３００の前端部の前方に位置している。これによって、前方凸部２１２は、外装フィルム３００の前端部を覆っている。このため、外装フィルム３００の前端部の露出を前方凸部２１２によって抑制することができる。したがって、外装フィルム３００に含まれる導電性シート等の導体が外装フィルム３００の前端部から露出していても、当該導体を介しての外装フィルム３００の短絡を抑制することができる。

【0025】

図１に示すように、後方蓋材２２０の外周面には、前方蓋材２１０の外周面と同様にして、後方凸部２２２が設けられている。後方凸部２２２は、前方凸部２１２と同様にして、外装フィルム３００の後端部を覆っている。このため、外装フィルム３００の後端部の露出を後方凸部２２２によって抑制することができる。したがって、外装フィルム３００に含まれる導電性シート等の導体が外装フィルム３００の後端部から露出していても、当該導体を介しての外装フィルム３００の短絡を抑制することができる。

【0026】

実施形態では、前方凸部２１２及び後方凸部２２２の双方が設けられている。しかしながら、前方凸部２１２及び後方凸部２２２の一方のみが設けられていてもよい。

【0027】

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、実施形態に係る電池セル１０は、以下のようにして製造されている。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

次いで、外装フィルム３００を電池要素１００、前方蓋材２１０及び後方蓋材２２０のＸ方向の周りに１周巻き付ける。これによって、巻付部分３０２が形成される。また、外装フィルム３００の余長を引出部分３０４として引き出す。この状態において、外装フィルム３００の前端部の前方に前方凸部２１２が位置している。これによって、外装フィルム３００の前端部が前方凸部２１２によって覆われている。また、外装フィルム３００の後端部の後方に後方凸部２２２が位置している。これによって、外装フィルム３００の後端部が後方凸部２２２によって覆われている。

【0031】

次いで、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。これによって、前方封止部５１０が形成される。次いで、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。これによって、後方封止部５２０が形成される。

【0032】

次いで、第１引出部分３０４ａ及び第２引出部分３０４ｂの間の隙間を介して収容空間５００に電解液を注入する。次いで、第１引出部分３０４ａ及び第２引出部分３０４ｂの間の隙間を介して収容空間５００を真空引きする。次いで、第１引出部分３０４ａ及び第２引出部分３０４ｂを熱融着によって接合して側方封止部５３０を形成する。これによって、収容空間５００が真空封止される。

【0033】

なお、収容空間５００の真空封止の方法は、上述した例に限定されない。他の例においては、まず、第１引出部分３０４ａ及び第２引出部分３０４ｂを熱融着によって接合して側方封止部５３０を形成する。次いで、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収容空間５００に電解液を注入する。次いで、当該注液孔を介して収容空間５００を真空引きする。次いで、当該注液孔を所定の蓋材によって塞ぐ。

【0034】

次いで、側方封止部５３０を電池要素１００の上面に沿って折り曲げる。

【0035】

このようにして、電池セル１０が製造される。

【0036】

図５は、図４の変形例を示す図である。

【0037】

変形例に係る電池セル１０Ａの前方蓋材２１０Ａは、前方被覆部２１２Ａを有している。前方被覆部２１２Ａは、外装フィルム３００の前端部と、外装フィルム３００の外周面の前端部の近傍部と、を覆っている。特に、収容空間５００の上方かつ外装フィルム３００の前端部の近傍において、前方被覆部２１２Ａは、側方封止部５３０の上面を覆っている。前方被覆部２１２Ａが外装フィルム３００の前端部の少なくとも一部分を覆う場合、外装フィルム３００に含まれる導電性シート等の導体が外装フィルム３００の前端部から露出していても、当該導体を介しての外装フィルム３００の短絡を抑制することができる。前方被覆部２１２Ａが外装フィルム３００の外周面の少なくとも一部分を覆う場合、外装フィルム３００の前端部の位置を前方被覆部２１２Ａによって固定することができる。

【0038】

一例において、前方被覆部２１２Ａは、実施形態に係る前方凸部２１２を変形させることで形成することができる。例えば、実施形態に係る電池セル１０の製造方法のすべての工程を終了した後、前方凸部２１２に熱を加えながら前方凸部２１２を押しつぶすことで、前方凸部２１２を構成する材料を後方に向けて流動させる。これによって、前方凸部２１２を構成する材料は、外装フィルム３００の前端部だけでなく、外装フィルム３００の外周面も覆うようになる。特に、前方凸部２１２を変形させる前に、側方封止部５３０が電池要素１００に沿って折り曲げられている場合、側方封止部５３０の外面を前方被覆部２１２Ａによって覆うことができる。

【0039】

図５に示す例では、前方蓋材２１０Ａの構造について説明した。図５における前方蓋材２１０Ａの構造は、後方蓋材にも同様に適用可能である。

【0040】

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。

【0041】

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】

【0042】

１０，１０Ａ 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 前方蓋材
２１２ 前方凸部
２１２Ａ 前方被覆部
２２０ 後方蓋材
２２２ 後方凸部
３００ 外装フィルム
３０２ 巻付部分
３０４ 引出部分
３０４ａ 第１引出部分
３０４ｂ 第２引出部分
５００ 収容空間
５１０ 前方封止部
５２０ 後方封止部
５３０ 側方封止部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】