特開 2024-42814 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】P2024042814

(43)【公開日】2024-03-29

(54)【発明の名称】電池セル

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/169 20210101AFI20240322BHJP

   H01M 50/103 20210101ALI20240322BHJP

   H01M 50/15 20210101ALI20240322BHJP

   H01M 50/121 20210101ALI20240322BHJP

   H01M 50/159 20210101ALI20240322BHJP

   H01M 50/16 20210101ALI20240322BHJP

【ＦＩ】

H01M50/169

H01M50/103

H01M50/15

H01M50/121

H01M50/159

H01M50/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022147683

(22)【出願日】2022-09-16

(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

【Ｆターム（参考）】

5H011AA09

5H011DD06

5H011FF03

(57)【要約】

【課題】外装フィルムの封止部の突出を抑える。
【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の周りに巻き付けられた巻付部分３０２と、巻付部分３０２から引き出された引出部分３０４と、を有している。巻付部分３０２の少なくとも一部分と、引出部分３０４の少なくとも一部分と、は互いに接合されている。
【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、
前記電池要素の周りに巻き付けられた巻付部分と、前記巻付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、
前記巻付部分の少なくとも一部分と、前記引出部分の少なくとも一部分と、が互いに接合されている、電池セル。

【請求項2】

前記巻付部分及び前記引出部分の接合部が、前記電池要素の所定方向に向けられた面の少なくとも一部分と重なっている、請求項１に記載の電池セル。

【請求項3】

前記電池要素が、前記端部と前記端部の反対側の他の端部との間の所定の第１方向の長さと、前記第１方向に直交する第２方向の幅と、前記幅より短く前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向の厚さと、を有し、
前記巻付部分及び前記引出部分の接合部が、前記電池要素の前記第３方向に略垂直な面の少なくとも一部分と重なっている、請求項１に記載の電池セル。

【請求項4】

前記電池要素が、前記端部と前記端部の反対側の他の端部との間の所定の第１方向の長さと、前記第１方向に直交する第２方向の幅と、前記幅より短く前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向の厚さと、を有し、
前記巻付部分及び前記引出部分の接合部が、前記電池要素の前記第２方向に略垂直な面の少なくとも一部分と重なっている、請求項１に記載の電池セル。

【請求項5】

前記巻付部分及び前記引出部分の接合部が前記電池要素の周囲の下方以外のいずれかの部分に位置する、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池セル。

【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

【特許文献2】特開２０１１－１０８６２３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に記載されている電池セルにおいて、外装フィルムは、電池要素に巻き付けられた巻付部分と、巻付部分から引き出された２つの引出部分と、を有している。２つの引出部分が互いに接合されて封止部が形成されている。しかしながら、この構造においては、封止部の突出を抑えるためには、封止部を折り曲げる必要がある。

【0005】

本発明の目的の一例は、外装フィルムの封止部の突出を抑えることにある。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、
前記電池要素の周りに巻き付けられた巻付部分と、前記巻付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、
前記巻付部分の少なくとも一部分と、前記引出部分の少なくとも一部分と、が互いに接合されている、電池セル。
［２］
前記巻付部分及び前記引出部分の接合部が、前記電池要素の所定方向に向けられた面の少なくとも一部分と重なっている、［１］に記載の電池セル。
［３］
前記電池要素が、前記端部と前記端部の反対側の他の端部との間の所定の第１方向の長さと、前記第１方向に直交する第２方向の幅と、前記幅より短く前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向の厚さと、を有し、
前記巻付部分及び前記引出部分の接合部が、前記電池要素の前記第３方向に略垂直な面の少なくとも一部分と重なっている、［１］に記載の電池セル。
［４］
前記電池要素が、前記端部と前記端部の反対側の他の端部との間の所定の第１方向の長さと、前記第１方向に直交する第２方向の幅と、前記幅より短く前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向の厚さと、を有し、
前記巻付部分及び前記引出部分の接合部が、前記電池要素の前記第２方向に略垂直な面の少なくとも一部分と重なっている、［１］に記載の電池セル。
［５］
前記巻付部分及び前記引出部分の接合部が前記電池要素の周囲の下方以外のいずれかの部分に位置する、［１］～［４］のいずれか一に記載の電池セル。

【発明の効果】

【0007】

本発明の上記態様によれば、外装フィルムの封止部の突出を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る電池セルの右側面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ断面模式図である。

【図3】実施形態に係る電池セルの製造方法の一例を説明するための図である。

【図4】変形例に係る電池セルの断面図である。

【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。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】

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の前端部が突出している。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の後端部が突出している。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】

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。これによって、巻付部分３０２は、内周面３０２ａ及び外周面３０２ｂを有している。内周面３０２ａは、外装フィルム３００の電池要素１００のＸ方向の周りの内側に位置している。外周面３０２ｂは、外装フィルム３００の電池要素１００のＸ方向の周りの外側に位置している。

【0021】

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。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。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。

【0022】

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３０２ａ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、電池要素１００の前方に前方封止部５１０が形成されている。

【0023】

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３０２ａ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、電池要素１００の後方に後方封止部５２０が形成されている。

【0024】

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の右下側の角に位置する一端から引き出されている。引出部分３０４は、電池要素１００の右側面に沿って折り曲げられている。これによって、引出部分３０４は、内面３０４ａ及び外面３０４ｂを有している。内面３０４ａは、電池要素１００が位置する側に位置している。外面３０４ｂは、電池要素１００が位置する側の反対側に位置している。電池要素１００の右側面側において、巻付部分３０２の外周面３０２ｂと、引出部分３０４の内面３０４ａ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、電池要素１００の右方に側方封止部５３０が形成されている。すなわち、側方封止部５３０は、巻付部分３０２及び引出部分３０４の接合部を含んでいる。側方封止部５３０は、電池要素１００の右側面に沿って形成されている。したがって、側方封止部５３０を折り曲げることなく側方封止部５３０の突出を抑えることができる。

【0025】

外装フィルム３００の電池要素１００のＸ方向の周りの内周面及び外周面は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等の熱可塑性樹脂にすることができる。この例では、巻付部分３０２の外周面３０２ｂ及び引出部分３０４の内面３０４ａを熱可塑性樹脂にすることができる。したがって、熱融着によって巻付部分３０２の外周面３０２ｂ及び引出部分３０４の内面３０４ａを接合しやすくすることができる。

【0026】

実施形態において、電池要素１００のＹ方向の厚さは、電池要素１００のＺ方向の幅より短くなっている。この場合、電池要素１００のＹ方向の両側の側面は、電池要素１００のＺ方向の両側の側面よりも平坦にすることができる。例えば、複数の正極、複数の負極及び複数のセパレータが電池要素１００の厚み方向に積層されている場合、電池要素１００の幅方向の両側の側面には、各正極、各負極及び各セパレータの端部が位置している。或いは、セパレータが、電池要素１００の厚み方向に交互に積層された正極及び負極の間の領域を通過するつづら折り形状である場合、電池要素１００の幅方向の両側の側面には、セパレータの折り返しが存在している。或いは、正極、負極及びセパレータが巻回されている場合、電池要素１００の幅方向の両側の側面には、正極、負極及びセパレータの折り曲げが存在している。したがって、電池要素１００のこれらのいずれの構造においても、電池要素１００のＹ方向の両側の側面は、電池要素１００のＺ方向の両側の側面よりも平坦にすることができる。実施形態において、側方封止部５３０は、電池要素１００のＹ方向に略垂直な面の少なくとも一部分と重なっている。具体的には、側方封止部５３０は、電池要素１００の右方向に向けられた面の少なくとも一部分と重なっている。したがって、側方封止部５３０を電池要素１００の比較的平坦性が面に沿って配置することができる。このため、側方封止部５３０が電池要素１００のＺ方向に略垂直な面と重なっている場合と比較して、側方封止部５３０を容易に形成することができる。

【0027】

一例において、複数の電池セル１０がＹ方向に積層されて電池モジュールが構成されることがある。この例において、各電池セル１０の下面は、平坦であることが望ましい。実施形態においては、側方封止部５３０が電池要素１００の側方に位置しており、電池要素１００の下方に位置していない。このため、側方封止部５３０が電池要素１００の下方に位置する場合と比較して、電池セル１０の下面を平坦にすることができる。側方封止部５３０が設けられる位置は、実施形態に係る位置に限定されない。側方封止部５３０は、例えば、電池要素１００の上方に位置していてもよい。すなわち、側方封止部５３０は、電池要素１００のＸ方向の周囲の下方以外のいずれかの部分に位置させることができる。

【0028】

図２に示す例において、引出部分３０４のＺ方向の長さは、電池要素１００のＺ方向の幅と略等しくなっている。すなわち、側方封止部５３０は、電池要素１００の右側面の略全体と重なっている。しかしながら、引出部分３０４のＺ方向の長さは、電池要素１００のＺ方向の幅より短くてもよい。例えば、引出部分３０４のＺ方向の長さは、電池要素１００のＺ方向の幅の５０％以下であってもよい。すなわち、側方封止部５３０は、電池要素１００の右側面の一部分のみと重なっていてもよい。

【0029】

図３は、実施形態に係る電池セル１０の製造方法の一例を説明するための図である。図３において、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、下方向及び左方向である。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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。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の余長が引出部分３０４として引き出される。図３に示す例では、前方から見て、巻付部分３０２の電池要素１００のＸ方向の周りの右上側の角に位置する一端から引出部分３０４が引き出されている。また、電池要素１００の上方において、巻付部分３０２の外周面３０２ｂ及び引出部分３０４の内面３０４ａは互いに対向している。

【0033】

次いで、図３に示すように、電池要素１００の上面と、巻付部分３０２の内周面３０２ａと、の間に基材６０２を配置させる。基材６０２は、例えば、比較的高硬度の板材である。基材６０２を電池要素１００の上面と巻付部分３０２の内周面３０２ａとの間に配置させた状態で、引出部分３０４の上方から熱プレス６００によって巻付部分３０２及び引出部分３０４をＹ方向に熱プレスする。これによって、巻付部分３０２の外周面３０２ｂ及び引出部分３０４の内面３０４ａが熱融着によって互いに接合される。このようにして、側方封止部５３０が形成される。次いで、基材６０２を収容空間５００から取り出す。

【0034】

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３０２ａ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３０２ａ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。

【0035】

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。

【0036】

このようにして、電池セル１０が製造される。

【0037】

図４は、変形例に係る電池セル１０Ａの断面図である。変形例に係る電池セル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。

【0038】

変形例に係る外装フィルム３００Ａは、巻付部分３０２Ａ及び引出部分３０４Ａを有している。巻付部分３０２Ａは、内周面３０２ａＡ及び外周面３０２ｂＡを有している。引出部分３０４Ａは、内面３０４ａＡ及び外面３０４ｂＡを有している。

【0039】

図４に示すように、前方から見て、引出部分３０４Ａは、巻付部分３０２Ａの電池要素１００の右上側の角に位置する一端から引き出されている。引出部分３０４Ａは、電池要素１００の上側面に沿って折り曲げられている。電池要素１００の上側面側において、巻付部分３０２Ａの外周面３０２ｂＡと、引出部分３０４Ａの内面３０４ａＡ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、電池要素１００の上方に側方封止部５３０Ａが形成されている。すなわち、側方封止部５３０Ａは、巻付部分３０２Ａ及び引出部分３０４Ａの接合部を含んでいる。側方封止部５３０Ａは、電池要素１００の上側面に沿って形成されている。したがって、側方封止部５３０Ａを折り曲げることなく側方封止部５３０Ａの突出を抑えることができる。

【0040】

一例において、複数の電池セル１０ＡがＹ方向に積層されて電池モジュールが構成されることがある。変形例において、側方封止部５３０Ａは、電池要素１００のＺ方向に略垂直な面の少なくとも一部分と重なっている。具体的には、側方封止部５３０Ａは、電池要素１００の上方向に向けられた面の少なくとも一部分と重なっている。したがって、変形例では、側方封止部５３０Ａが電池要素１００のＹ方向に垂直な面の少なくとも一部分と重なっている場合と比較して、Ｙ方向に隣り合う電池セル１０Ａの間に側方封止部５３０Ａが存在しない分、電池モジュールのＹ方向の長さを短くすることができる。このため、変形例では、側方封止部５３０Ａが電池要素１００のＹ方向に略垂直な面の少なくとも一部分と重なっている場合と比較して、電池モジュールの体積効率を向上させることができる。

【0041】

図４に示す例において、引出部分３０４ＡのＹ方向の長さは、電池要素１００のＹ方向の厚さと略等しくなっている。すなわち、側方封止部５３０Ａは、電池要素１００の上側面の略全体と重なっている。しかしながら、引出部分３０４ＡのＹ方向の長さは、電池要素１００のＹ方向の厚さより短くてもよい。例えば、引出部分３０４ＡのＹ方向の長さは、電池要素１００のＹ方向の厚さの５０％以下であってもよい。すなわち、側方封止部５３０Ａは、電池要素１００の上側面の一部分のみと重なっていてもよい。

【0042】

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。

【0043】

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】

【0044】

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 前方蓋材
２２０ 後方蓋材
３００，３００Ａ 外装フィルム
３０２，３０２Ａ 巻付部分
３０２ａ，３０２ａＡ 内周面
３０２ｂ，３０２ｂＡ 外周面
３０４，３０４Ａ 引出部分
３０４ａ，３０４ａＡ 内面
３０４ｂ，３０４ｂＡ 外面
５００ 収容空間
５１０ 前方封止部
５２０ 後方封止部
５３０，５３０Ａ 側方封止部
６００ 熱プレス
６０２ 基材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】