特開 2025-9035 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】P2025009035

(43)【公開日】2025-01-20

(54)【発明の名称】ラミネート型電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/105 20210101AFI20250109BHJP

   H01M 50/124 20210101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

H01M50/105

H01M50/124

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023111751

(22)【出願日】2023-07-06

(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】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柿下 健一

(72)【発明者】

【氏名】鬼頭 澄子

【テーマコード（参考）】

5H011

【Ｆターム（参考）】

5H011AA01

5H011CC02

5H011DD13

5H011FF02

5H011HH02

5H011KK01

(57)【要約】

【課題】外部からの衝撃に対する耐衝撃性に優れるラミネート型電池が提供される。
【解決手段】本開示のラミネート型電池は、電極体と、前記電極体を覆って内部に封入するラミネートフィルムと、を備える。前記ラミネートフィルムは、端部同士が重ね合わされて内面が融着された融着部を有する。前記融着部は、前記融着部の長手方向に延在する折り曲げ線部に沿って、折り曲げられている。前記融着部は、前記折り曲げ線部よりも先端側の領域において、前記電極体に向いた面を有し、かつ前記融着部の長手方向に沿って波状にうねった形状を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極体と、
前記電極体を覆って内部に封入するラミネートフィルムと、
を備え、
前記ラミネートフィルムが、端部同士が重ね合わされて内面が融着された融着部を有し、
前記融着部が、前記融着部の長手方向に延在する折り曲げ線部に沿って、折り曲げられており、
前記融着部が、前記折り曲げ線部よりも先端側の領域において、前記電極体に向いた面を有し、かつ前記融着部の長手方向に沿って波状にうねった形状を有する、ラミネート型電池。

【請求項2】

前記形状の波の山の数が２つ以上であり、かつ前記融着部の先端において、前記形状の波の山と波の谷との高低差が０．５ｍｍ以上である、請求項１に記載のラミネート型電池。

【請求項3】

前記融着部が、前記折り曲げ線部に沿って、角状又は弧状に折り曲げられている、請求項１又は請求項２に記載のラミネート型電池。

【請求項4】

前記融着部の長手方向において、前記形状の先端における長さが、前記融着部の前記折り曲げ線部における長さよりも長い、請求項１又は請求項２に記載のラミネート型電池。

【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】

電極体がラミネートフィルムに覆われたラミネート型電池では、電極体を封入するためにラミネートフィルムの一部を融着して融着部を形成することが行われている。

【0003】

特許文献１は、ラミネート加工をした二次電池の外装体において、少なくとも１つの端部に折り曲げ部を有する二次電池の製造方法を開示している。特許文献１に開示の製造方法は、第１工程と、第２工程とを備える。第１工程及び第２工程は、この順で実施される。第１工程では、前記外装体の前記端部の折り曲げの基点に押さえ板を当接させる。第２工程では、前記端部を挟むように前記押さえ板と前記押さえ板に対向する位置に配置されている押し付け板とを摺動させて、前記基点を中心に前記端部を折り曲げるとともに、前記押さえ板と前記押し付け板とで前記端部を挟持することにより前記折り曲げ部を形成する。前記押し付け板の前記端部と摺動する面は、前記端部の折り曲げを行う傾斜面と、前記端部を挟持する挟持面と、を有する。前記傾斜面は前記押し付け板の幅方向に直交する断面において、前記押し付け板の断面積は、前記摺動方向に狭まるように傾斜している。前記傾斜面は、前記幅方向に傾斜している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－２００９７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電極体を１枚のラミネートフィルムで覆うラミネート型電池では、ラミネートフィルムの一端側と他端側とを重ね合わせてその内面を融着して融着部を形成することで、電極体をラミネートフィルムにより封入する。電極体を複数のラミネートフィルムで覆うラミネート型電池では、複数のラミネートフィルムの端部同士を重ね合わせてその内面を融着して融着部を形成することで封入を行う。ラミネート型電池の構造効率を向上させるため、これらの融着部を例えば折り曲げてラミネート型電池全体の外形のサイズを小さくすることが行われる。

【0006】

ラミネート型電池に含まれる電極体に衝撃が加えられた場合、電極体が破損し、求められる電池の性能を発揮できなくなることがある。そのため、ラミネート型電池には耐衝撃性が求められている。

【0007】

特許文献１に開示のラミネート型電池の融着部の折り曲げの基点より先端側の部位（以下、「曲げ部位」ともいう）は、平面状である。そのため、ラミネート型電池に外部からの衝撃（例えば、側突等）が加わった際に、曲げ部位は、衝撃の緩衝材として機能しにくいおそれがある。その結果、特許文献１に開示のラミネート型電池の耐衝撃性は、十分ではないおそれがある。

【0008】

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものである。
本開示の一実施形態が解決しようとする課題は、外部からの衝撃に対する耐衝撃性に優れるラミネート型電池を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するための手段には、以下の実施態様が含まれる。

【0010】

＜１＞本開示の第１態様のラミネート型電池は、電極体と、前記電極体を覆って内部に封入するラミネートフィルムと、を備え、前記ラミネートフィルムが、端部同士が重ね合わされて内面が融着された融着部を有し、前記融着部が、前記融着部の長手方向に延在する折り曲げ線部に沿って、折り曲げられており、前記融着部が、前記折り曲げ線部よりも先端側の領域において、前記電極体に向いた面を有し、かつ前記融着部の長手方向に沿って波状にうねった形状を有する、ラミネート型電池である。

【0011】

第１態様では、前記融着部は、前記折り曲げ線部よりも先端側の領域（以下、「折り曲げ領域」ともいう）において、前記電極体に向いた面を有し、かつ前記融着部の長手方向に沿って波状にうねった形状（以下、「波形状」ともいう）を有する。折り曲げ領域は、通常、適度な形状保持性を有する。そのため、折り曲げ領域に外部から衝撃（例えば、側突等）が加わった際に、折り曲げ領域は、折り曲げ領域が平面状である場合よりも、衝撃の緩衝材として機能しやすい。その結果、第１態様のラミネート型電池は、外部からの衝撃に対する耐衝撃性に優れる。

【0012】

＜２＞本開示の第２態様のラミネート型電池は、前記形状の波の山の数が２つ以上であり、かつ前記融着部の先端において、前記形状の波の山と波の谷との高低差が０．５ｍｍ以上である、前記＜１＞に記載のラミネート型電池である。

【0013】

本開示において、「波の山と波の谷との高低差」とは、山部の頂部と、この山部の隣の谷部の底部との距離を示す。

【0014】

第２態様では、折り曲げ領域に外部から衝撃（例えば、側突等）が加わった際に、折り曲げ領域は、折り曲げ領域が第２態様の条件を満たさない場合よりも、衝撃の緩衝材としてより機能しやすい。その結果、第２態様のラミネート型電池は、外部からの衝撃に対する耐衝撃性により優れる。

【0015】

＜３＞本開示の第３態様のラミネート型電池は、前記融着部が、前記折り曲げ線部に沿って、角状又は弧状に折り曲げられている、前記＜１＞又は前記＜２＞に記載のラミネート型電池である。

【0016】

第３態様では、折り曲げ領域は、融着部が折り曲げ線部に沿って角状又は弧状に折り曲げられていない場合よりも優れた形状保持性を有する。その結果、第３態様のラミネート型電池は、外部からの衝撃に対する耐衝撃性により優れる。

【0017】

＜４＞本開示の第４態様のラミネート型電池は、前記融着部の長手方向において、前記形状の先端における長さが、前記融着部の前記折り曲げ線部における長さよりも長い、前記＜１＞～前記＜３＞のいずれか１つに記載のラミネート型電池である。

【0018】

第４態様では、折り曲げ領域に外部から衝撃（例えば、側突等）が加わった際に、折り曲げ領域は、折り曲げ領域が第４態様の条件を満たさない場合よりも、衝撃の緩衝材としてより機能しやすい。その結果、第４態様のラミネート型電池は、外部からの衝撃に対する耐衝撃性により優れる。

【発明の効果】

【0019】

本開示によれば、外部からの衝撃に対する耐衝撃性に優れるラミネート型電池が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本開示の実施形態に係るラミネート型電池の外観斜視図である。

【図2】図１のＣ２－Ｃ２線断面図である。

【図3】本開示の実施形態に係るラミネート型電池の上面図である。

【図4】本開示の実施形態に係るラミネート型電池の半製品の外観斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本開示において、「～」を用いて示された数値範囲は、「～」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を意味する。本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。本開示において、２以上の好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。本開示において、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても、その工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。

【0022】

以下、図面を参照して、本開示のラミネート型電池、電池スタック及びラミネート型電池の製造方法の実施形態について説明する。図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

【0023】

（１）ラミネート型電池
本開示の実施形態に係るラミネート型電池１は、図１に示すように、電極体１０と、ラミネートフィルム２０と、一対の端子３０と、を備える。一対の端子３０の一方は、正極端子である。一対の端子３０の他方は、負極端子である。ラミネート型電池１は、直方体状物である。

【0024】

本実施形態では、ラミネート型電池１の主面の短手方向の一方側をＸ軸正方向とし、その反対側をＸ軸負方向と規定する。ラミネート型電池１の主面の長手方向の一方側をＹ軸正方向とし、その反対側をＹ軸負方向と規定する。ラミネート型電池１の厚み方向の一方側をＺ軸正方向とし、その反対側をＺ軸負方向と規定する。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各々は、互いに直交する。なお、これらの向きは、本開示のラミネート型電池１の使用時の向きを限定するものではない。

【0025】

一対の端子３０は、電極体１０を介して、互いに対向して配置されている。電極体１０は、一対の端子３０の各々と電気的に接続されている。ラミネートフィルム２０は、電極体１０を覆って内部に封入している。ラミネートフィルム２０は、一対の端子３０の一部を覆っている。

【0026】

（１．１）ラミネートフィルム
ラミネートフィルム２０は、１枚物である。ラミネートフィルム２０は、端部同士が重ね合わされて内面が融着された融着部２１を有する。融着部２１は、折り曲げ線部Ｒに沿って、折り曲げられている。折り曲げ線部Ｒは、融着部２１の長手方向（すなわち、Ｙ軸方向）に沿って延在している。本実施形態では、図２に示すように、融着部２１は、折り曲げ線部Ｒに沿って、弧状ＡＳに折り曲げられている。

【0027】

融着部２１は、折り折り曲げ領域２１１と、非折り曲げ領域２１２とを有する。折り曲げ領域２１１は、ラミネート型電池１の主面（ＸＹ平面）に対して折り曲げられている。折り曲げ領域２１１は、融着部２１の折り曲げ線部Ｒよりも融着部２１の先端側の領域を示す。非折り曲げ領域２１２は、ラミネート型電池１の主面（ＸＹ平面）に対して折り曲げられていない。非折り曲げ領域２１２は、融着部２１の折り曲げ線部Ｒよりも融着部２１の先端側とは反対側の領域を示す。

【0028】

（１．１．１）波形状
折り曲げ領域２１１は、電極体１０に向いた面Ｓ２１１を有する。折り曲げ領域２１１は、融着部２１の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って波状にうねった形状ＷＳ（以下、「波形状ＷＳ」ともいう）を有する。
本実施形態では、図３に示すように、波形状ＷＳの波の山Ｍの数が２つ以上である。融着部２１の先端において、波形状ＷＳの波の山Ｍと波の谷Ｖとの高低差Ｌ１（図３参照）は０．５ｍｍ以上である。

【0029】

本実施形態では、融着部２１の長手方向（Ｙ軸方向）において、波形状ＷＳの先端Ｔ２１（図２参照）における長さＬ２は、融着部２１の折り曲げ線部Ｒにおける長さＬ３よりも長い。

【0030】

図４は、ラミネート型電池１の半製品１００の外観斜視図を示す。半製品１００の構成は、融着部２１に折り曲げ加工処理が施されていないことの他は、ラミネート型電池１と同様である。波形状ＷＳは、半製品１００を公知のロールフォーミング法による折り曲げ加工処理が施されることによって形成される。詳しくは、半製品１００の融着部２１を複数の一対のローラの各々の間を通過させて融着部２１を段階的に折り曲げる際に、融着部２１の短手方向において、融着部２１の先端Ｔ２１は、折り曲げ線部Ｒとは反対側に引っ張られて塑性変形する。これにより、折り曲げ領域２１１には、波形状ＷＳが形成される。波形状ＷＳの長さＬ２は、主として、一対のローラの通過による折り曲げ角度と、隣り合う一対のローラ対のロールピッチと、によって調整される。「折り曲げ角度」とは、ラミネート型電池１の主面（ＸＹ平面）に対する折り曲げ領域２１１の角度を示す。

【0031】

（１．１．２）フィルム構成
ラミネートフィルム２０は、ラミネート型電池に用いられる公知のラミネートフィルムであればよく、３層構造のフィルムであってもよい。３層構造のフィルムは、金属層と、金属層の一方の主面上に配置された第１樹脂層と、金属層の他方の主面上に配置された第２樹脂層と、を有する。第１樹脂層は融着層として機能してもよく、第２樹脂層は保護層として機能してもよい。

【0032】

融着層の材料としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等のオレフィン系樹脂等が挙げられる。金属層の材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等が挙げられる。保護層の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン等が挙げられる。融着層の厚さは、４０μｍ～１００μｍであってもよい。金属層の厚さは、３０μｍ～６０μｍ以下であってもよい。保護層の厚さは、２０μｍ～６０μｍであってもよい。ラミネートフィルム２０の厚さは、７０μｍ～２２０μｍであってもよい。

【0033】

（１．２）電極体
電極体１０は、ラミネート型電池１の発電要素として機能する。電極体１０の形状は特に限定されないが、例えば、直方体の形状、端面が傾斜面となる形状等が挙げられる。電極体は、複数の単位電極層がＺ軸方向に沿って積層されてなる。単位電極層は、Ｚ軸方向に沿って、正極集電体、正極合材層、固体電解質層、負極合材層及び負極集電体がこの順に積層されてなる。

【0034】

正極集電体の材質は、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、チタン又はカーボンである。正極集電体の各々の形状は、例えば、箔状、又はメッシュ状である。

【0035】

正極合材層は、正極活物質（例えば、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、又はＬｉＦｅＰＯ_４）を含有する。正極合材層は、必要に応じて、固体電解質（例えば、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、又はハロゲン化固体電解質）、導電材（例えば、アセチレンブラック、金属粒子又は導電性ポリマー等）及びバインダー（例えば、スチレンブタジエンゴム又はポリフッ化ビニリデン）を更に含有してもよい。

【0036】

固体電解質層は、固体電解質（例えば、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、又はハロゲン化固体電解質）を含有し、必要に応じて、バインダー（例えば、スチレンブタジエンゴム又はポリフッ化ビニリデン）を更に含有してもよい。硫化物固体電解質の組成は、例えば、ｘＬｉ_２Ｓ・（１００－ｘ）Ｐ_２Ｓ_５（７０≦ｘ≦８０）、ｙＬｉＩ・ｚＬｉＢｒ・（１００－ｙ－ｚ）（ｘＬｉ_２Ｓ・（１－ｘ）Ｐ_２Ｓ_５）（０．７≦ｘ≦０．８、０≦ｙ≦３０、０≦ｚ≦３０）である。酸化物固体電解質としては、ガーネット型固体電解質、ペロブスカイト型固体電解質、ナシコン型固体電解質、Ｌｉ－Ｐ－Ｏ系固体電解質、Ｌｉ－Ｂ－Ｏ系固体電解質等が挙げられる。ハロゲン化固体電解質は、例えば、Ｌｉ_６－３ｚＺ_ｚＸ_６（Ｘは、Ｃｌ及びＢｒの少なくとも１種であり、ｚは０＜ｚ＜２である）である。

【0037】

負極集電体の材質は、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、チタン又はカーボンである。負極集電体の形状は、例えば、箔状、又はメッシュ状である。

【0038】

負極合材層は、負極活物質（例えば、金属リチウム、グラファイト、チタン酸リチウム、又はＳｉ単体）を含有する。負極合材層は、必要に応じて、固体電解質（例えば、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、又はハロゲン化固体電解質）、導電材（例えば、アセチレンブラック、金属粒子又は導電性ポリマー等）及びバインダー（例えば、スチレンブタジエンゴム又はポリフッ化ビニリデン）を更に含有してもよい。

【0039】

（１．３）端子
端子３０は、Ｘ軸方向を長手方向とし、Ｚ軸方向を短手方向とする直方体状物である。
端子３０の材質としては、金属（例えば、ステンレス（ＳＵＳ）等）等が挙げられる。

【0040】

（１．４）用途
ラミネート型電池１の用途としては、例えば、車両の電源、車両以外の移動体（例えば、鉄道、船舶、航空機）の電源、電気製品（情報処理装置等）の電源等が挙げられる。車両としては、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が挙げられる。

【0041】

（１．５）作用効果
図１～図４を参照して説明したように、ラミネート型電池１は、電極体１０と、ラミネートフィルム２０と、を備える。ラミネートフィルム２０は、融着部２１を有する。融着部２１は、折り曲げ線部Ｒに沿って、折り曲げられている。融着部２１は、折り曲げ領域２１１において、電極体１０に向いた面Ｓ２１１を有し、かつ波形状ＷＳを有する。
折り曲げ領域２１１は、通常、適度な形状保持性を有する。そのため、折り曲げ領域２１１に外部から衝撃（例えば、側突等）が加わった際に、折り曲げ領域２１１は、折り曲げ領域２１１が平面状である場合よりも、衝撃の緩衝材として機能しやすい。その結果、ラミネート型電池１は、外部からの衝撃に対する耐衝撃性に優れる。

【0042】

図１～図４を参照して説明したように、ラミネート型電池１は、波形状ＷＳの波の山Ｍの数が２つ以上であり、かつ融着部２１の先端Ｔ２１において高低差Ｌ１（図３参照）が０．５ｍｍ以上である。
これにより、折り曲げ領域２１１に外部から衝撃（例えば、側突等）が加わった際に、折り曲げ領域２１１は、折り曲げ領域２１１が上記条件を満たさない場合よりも、衝撃の緩衝材としてより機能しやすい。その結果、ラミネート型電池１は、外部からの衝撃に対する耐衝撃性により優れる。

【0043】

図１～図４を参照して説明したように、ラミネート型電池１では、融着部２１は、折り曲げ線部Ｒに沿って、弧状に折り曲げられている。
これにより、折り曲げ領域２１１は、融着部２１が折り曲げ線部Ｒに沿って角状又は弧状に折り曲げられていない場合よりも優れた形状保持性を有する。その結果、ラミネート型電池１は、外部からの衝撃に対する耐衝撃性により優れる。

【0044】

図１～図４を参照して説明したように、ラミネート型電池１は、融着部２１の長手方向（Ｙ軸方向）において、波形状ＷＳの先端Ｔ２１における長さＬ２（図３参照）が、融着部２１の折り曲げ線部Ｒにおける長さＬ３よりも長い。
これにより、折り曲げ領域２１１に外部から衝撃（例えば、側突等）が加わった際に、折り曲げ領域２１１は、折り曲げ領域２１１が上記条件を満たさない場合よりも、衝撃の緩衝材としてより機能しやすい。その結果、ラミネート型電池１は、外部からの衝撃に対する耐衝撃性により優れる。

【0045】

（２）変形例
ラミネート型電池１では、波形状ＷＳの波の山Ｍの数が２つ以上であり、かつ高低差Ｌ１（図３参照）が０．５ｍｍ以上であるが、本開示はこれに限定されない。本開示のラミネート型電池は、波形状ＷＳの波の山Ｍの数が２つ以上であることと、融着部２１の先端Ｔ２１において高低差Ｌ１（図３参照）が０．５ｍｍ以上であることとの少なくとも一方を満たしていなくてもよい。

【0046】

ラミネート型電池１では、融着部２１は、折り曲げ線部Ｒに沿って、弧状に折り曲げられているが、本開示はこれに限定されない。融着部２１は、折り曲げ線部Ｒに沿って、角状に折り曲げられていてもよいし、弧状及び角状のいずれとも違う形状に折り曲げられていてもよい。「角状」とは、角を有する形状を示す。

【0047】

電極体１０は、固体電解質層を備える全固体電池であるが、非水電解質を備えるリチウム二次電池であってもよいし、金属イオン二次電池（例えば、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池等であってもよい。

【符号の説明】

【0048】

１ ラミネート型電池
１０ 電極体
２０ ラミネートフィルム
２１ 融着部
Ｔ２１ 先端
２１１ 折り曲げ領域
Ｓ２１１ 面
２１２ 非折り曲げ領域
３０ 端子
１００ 半製品
ＡＳ 弧状
Ｒ 折り曲げ線部
Ｍ 山
Ｖ 谷
ＷＳ 波形状

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】