特許 7326834 二次電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-07

(45)【発行日】2023-08-16

(54)【発明の名称】二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20230808BHJP

   H01M 50/548 20210101ALI20230808BHJP

   H01M 4/13 20100101ALI20230808BHJP

   H01M 10/0583 20100101ALI20230808BHJP

   H01M 50/54 20210101ALI20230808BHJP

   H01M 50/44 20210101ALI20230808BHJP

   H01M 4/02 20060101ALI20230808BHJP

【ＦＩ】

H01M10/04 Z

H01M50/548 301

H01M4/13

H01M10/0583

H01M50/54

H01M50/44

H01M4/02 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019080149

(22)【出願日】2019-04-19

(65)【公開番号】P2020177841

(43)【公開日】2020-10-29

【審査請求日】2021-10-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000241500

【氏名又は名称】トヨタ紡織株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000497

【氏名又は名称】弁理士法人グランダム特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西川 裕貴

【審査官】松嶋 秀忠

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－００１５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０２０９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３２９０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９６８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６７４１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／０４－３９

Ｈ０１Ｍ ５０／４０－５９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

正極活物質が塗布された正極集電体を有する正極板と、負極活物質が塗布された負極集電体を有する負極板とがセパレータを介して交互に複数積層されてなる電極積層体を備えた二次電池であって、
前記正極集電体における一辺側の端部には、正極タブ部が形成され、
前記正極集電体の周縁部における前記正極タブ部が形成された一辺側以外の部分の少なくとも一部には、前記正極活物質を塗布しない非塗布部が形成され、
前記非塗布部は、少なくとも前記正極集電体の周縁部における前記正極タブ部側とは反対側に位置する辺側全体に形成され、
前記負極集電体における一辺側の端部には、負極タブ部が形成され、
複数の前記正極板と複数の前記負極板とは、それらの前記正極タブ部と前記負極タブ部とが互いに反対側に位置するように積層され、
複数の前記正極タブ部は、積層方向において束ねた状態で正極端子に接続され、
複数の前記負極タブ部は、積層方向において束ねた状態で負極端子に接続され、
複数の前記正極板は、積層方向において前記負極端子から近い位置に配置されたものよりも遠い位置に配置されたものの方が前記非塗布部の面積が広くなるように構成されていることを特徴とする二次電池。

【請求項2】

前記非塗布部は、少なくとも前記正極集電体の周縁部における前記正極タブ部側とは反対側に位置する両コーナー部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。

【請求項3】

前記セパレータは、不織布によって構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の二次電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばリチウムイオン電池などの二次電池に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の二次電池として例えば特許文献１に示すものが知られている。こうした二次電池は、矩形板状の正極集電体の両面に正極活物質層を形成した正極（正極板）と矩形板状の負極集電体の両面に負極活物質層を形成した負極（負極板）とがセパレータを介して交互に複数積層されてなる発電要素（電極積層体）を電解液と共にラミネートフィルムからなる外装材で封止することによって形成される。

【0003】

外装材からは正極集電板（正極端子）及び負極集電板（負極端子）がそれぞれ導出されている。正極集電板は正極リードによって正極集電体と電気的に接続され、負極集電板は負極リードによって負極集電体と電気的に接続されている。この場合、正極集電体及び負極集電体はいずれも金属箔によって構成され且つセパレータはポリエチレンからなる通気性を有する矩形板状の多孔質体によって構成されている。したがって、セパレータは、正極集電体及び負極集電体に比べて格段に脆弱である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１３－１８７０２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上述のような二次電池では、複数の正極同士及び複数の負極同士はいずれも積層方向で輪郭が揃うように積層されているので、発電要素の端縁部は切り立った絶壁形状となる。このため、発電要素は、剛性が高くなり、端縁部が撓み難い状態になっている。この状態で、外装材の外側から発電要素の端縁部に対して積層方向における押圧力が作用した場合には、特に負極よりも小さい正極の端縁が刃となってセパレータに対して剪断力が作用し、セパレータが破断されることがあるという問題がある。

【0006】

本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされた。その目的は、外力の作用によってセパレータが破断することを抑制できる二次電池を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する二次電池は、正極活物質が塗布された正極集電体を有する正極板と、負極活物質が塗布された負極集電体を有する負極板とがセパレータを介して交互に複数積層されてなる電極積層体を備えた二次電池であって、前記正極集電体における一辺側の端部には、正極タブ部が形成され、前記正極集電体の周縁部における前記正極タブ部が形成された一辺側以外の部分の少なくとも一部には、前記正極活物質を塗布しない非塗布部が形成されていることを要旨とする。

【0008】

この構成によれば、正極集電体の周縁部に正極活物質を塗布しない非塗布部が形成されているため、正極集電体の周縁部において、非塗布部が形成された部分は、他の部分よりも薄くなる。すなわち、正極集電体の周縁部において、非塗布部が形成された部分は、他の部分よりも剛性が低くなる。このため、正極集電体の周縁部に外力が作用しても、正極集電体の周縁部が刃となってセパレータに剪断力が作用することが抑制される。すなわち、正極集電体の周縁部に外力が作用しても、当該周縁部がセパレータと一緒に撓み易くなるので、正極集電体の周縁部によってセパレータが傷付けられ難くなる。したがって、外力の作用によってセパレータが破断することを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態における二次電池の斜視図。

【図2】電極積層体の分解斜視図。

【図3】電極積層体の斜視図。

【図4】正極板の平面模式図。

【図5】負極板の平面模式図。

【図6】二次電池の平面模式図。

【図7】二次電池の断面模式図。

【図8】変更例の正極板の平面模式図。

【図9】変更例の正極板の平面模式図。

【図10】変更例の正極板の平面模式図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１に示すように、二次電池１１は、例えばリチウムイオン電池などによって構成され、矩形状をなす可撓性を有した外装体１２と、外装体１２内に封止された電極積層体１３及び電解液（図示略）と、外装体１２から露出する正極端子１４及び負極端子１５とを備えている。外装体１２は、例えばアルミニウムを用いた一対の矩形状をなす可撓性のラミネートフィルムの周縁部同士を溶着することによって形成される。

【0011】

図２及び図３に示すように、電極積層体１３は、矩形状の正極板１６と、正極板１６よりも一回り大きい矩形状の負極板１７とを、山折りと谷折りを交互に繰り返すつづら折りされた帯状のセパレータ１８を介して交互に複数積層することによって形成される。この場合、セパレータ１８の一方側の対向する面同士の間に正極板１６がそれぞれ挟まれ、他方側の対向する面同士の間に負極板１７がそれぞれ挟まれた状態になっている。

【0012】

セパレータ１８は、例えば絶縁性を有する合成樹脂製の不織布によって構成される。セパレータ１８における隣り合う２つの折り目間の矩形板状の部分は、負極板１７よりも一回り大きくなっている。つまり、図６に示すように、二次電池１１において、正極板１６、負極板１７、及びセパレータ１８の大きさを比較すると、セパレータ１８が最も大きく、正極板１６が最も小さい。

【0013】

図３及び図４に示すように、正極板１６は、例えば厚さが１０～２０μｍのアルミニウム箔などの導電性材料によって構成される正極集電体１９と、正極集電体１９の両面に塗布された正極活物質１９ａとを有している。正極活物質１９ａは、例えばリチウムイオンなどの陽イオンを吸蔵及び放出可能な材料によって構成される。

【0014】

正極集電体１９は、略矩形板状をなしており、その長手方向の一辺側の端部に矩形板状の正極タブ部２０が突出するように形成されている。すなわち、正極タブ部２０は、正極集電体１９と一体形成されており、セパレータ１８から露出するように突出している。各正極タブ部２０は、正極端子１４（図１参照）に電気的に接続される。正極タブ部２０には、正極活物質１９ａが塗布されていない。

【0015】

正極集電体１９の両面の周縁部における正極タブ部２０側とは反対側に位置する辺側全体には、正極活物質１９ａを塗布しない非塗布部１９ｂが形成されている。すなわち、正極集電体１９の両面における正極タブ部２０側とは反対側の端部には、非塗布部１９ｂが正極集電体１９の短手方向の全体にわたって延びるように形成されている。

【0016】

この場合、正極集電体１９の長手方向における非塗布部１９ｂの長さは、数ミリメートル～十数ミリメートルに設定することが好ましい。したがって、正極板１６において、非塗布部１９ｂの存在する領域の厚さは、正極活物質１９ａが塗布されない分だけ、他の領域の厚さよりも薄くなっている。

【0017】

図３及び図５に示すように、負極板１７は、例えば厚さが１０～２０μｍの銅箔などの導電性材料によって構成される負極集電体２１と、負極集電体２１の両面に塗布された負極活物質２１ａとを有している。負極活物質２１ａは、例えばリチウムイオンなどの陽イオンを吸蔵及び放出可能な材料によって構成される。

【0018】

負極集電体２１は、略矩形板状をなしており、その長手方向の一辺側の端部に矩形板状の負極タブ部２２が突出するように形成されている。すなわち、負極タブ部２２は、負極集電体２１と一体形成されており、セパレータ１８から露出するように突出している。この場合、負極タブ部２２は、正極タブ部２０側とは反対側の方向に突出している。

【0019】

つまり、電極積層体１３を構成する複数の正極板１６と複数の負極板１７とは、それらの正極タブ部２０と負極タブ部２２とが互いに反対側に位置するように積層されている。各負極タブ部２２は、負極端子１５（図１参照）に電気的に接続される。負極タブ部２２には、負極活物質２１ａが塗布されていない。

【0020】

図７に示すように、二次電池１１において、複数の負極タブ部２２は、正極板１６と負極板１７とが交互に複数積層される方向である積層方向Ｘにおいて束ねた状態で負極端子１５に接続されている。複数の正極タブ部２０は、積層方向Ｘにおいて束ねた状態で正極端子１４に接続されている。複数の正極集電体１９は、積層方向Ｘにおいて負極端子１５から近い位置に配置されたものよりも遠い位置に配置されたものの方が非塗布部１９ｂの面積が広くなるように構成されている。つまり、複数の正極集電体１９は、積層方向Ｘにおいて負極端子１５から離れるほど非塗布部１９ｂの面積が広くなるように構成されている。

【0021】

次に、二次電池１１が外力を受けるときの作用について説明する。
さて、二次電池１１は、例えば梱包作業などで作業者に取り扱われる際に、作業者によって積層方向Ｘから強い押圧力（外力）が付与されることがある。この場合、特に二次電池１１の正極板１６における正極タブ部２０側とは反対側の端部（負極タブ部２２側の端部）に積層方向Ｘの押圧力が付与されると、セパレータ１８における当該端部と対応する位置に対して集中的に剪断力がかかり易くなる。

【0022】

この点、本実施形態の二次電池１１の電極積層体１３では、図７に示すように、複数の正極板１６の両面における正極タブ部２０側とは反対側の端部に正極活物質１９ａを塗布しない非塗布部１９ｂが形成されている。このため、正極板１６において、非塗布部１９ｂが形成された部分は、他の部分よりも薄くなるので、剛性が低くなる。加えて、正極板１６における非塗布部１９ｂが形成された部分（正極集電体１９のみの部分）とセパレータ１８との間には、隙間ができる。

【0023】

このため、二次電池１１の正極板１６における正極タブ部２０側とは反対側の端部に積層方向Ｘの押圧力が付与されても、正極板１６における正極タブ部２０側とは反対側の端部がセパレータ１８と一緒に撓み易くなる。すなわち、二次電池１１の正極板１６における正極タブ部２０側とは反対側の端部に積層方向Ｘの押圧力が付与されても、正極板１６における正極タブ部２０側とは反対側の端部が刃となって隣り合うセパレータ１８に剪断力が作用することが抑制される。

【0024】

したがって、正極板１６における正極タブ部２０側とは反対側の端部によってセパレータ１８が傷付けられ難くなる。よって、二次電池１１に対して積層方向Ｘから強い押圧力（外力）が作用しても、セパレータ１８が破断することが抑制される。

【0025】

因みに、二次電池１１の正極板１６に非塗布部１９ｂが形成されていない場合には、正極板１６の両面における正極タブ部２０側とは反対側の端部の剛性が高くなる上に、正極板１６の両面における正極タブ部２０側とは反対側の端部とセパレータ１８との間に隙間ができない。このため、二次電池１１の正極板１６における正極タブ部２０側とは反対側の端部に積層方向Ｘの押圧力が作用すると、当該端部が刃となって隣り合うセパレータ１８に対して局所的に剪断力が集中して作用し、セパレータ１８が破断され易くなるという問題がある。

【0026】

以上詳述した実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
（１）二次電池１１において、正極集電体１９における一辺側の端部には正極タブ部２０が形成され、正極集電体１９の周縁部における正極タブ部２０側とは反対側に位置する辺側全体には正極活物質１９ａを塗布しない非塗布部１９ｂが形成されている。通常、正極集電体１９の周縁部における正極タブ部２０側とは反対側に位置する辺側全体は、外力（積層方向Ｘの押圧力）が作用すると刃となって隣り合うセパレータ１８を傷付けやすい。この点、この構成によれば、正極集電体１９の周縁部における正極タブ部２０側とは反対側に位置する辺側全体に非塗布部１９ｂが形成されているので、当該辺側全体の剛性が低くなる。このため、正極集電体１９の周縁部における正極タブ部２０側とは反対側に位置する辺側全体に外力が作用しても、当該辺側全体が隣り合うセパレータ１８と一緒に撓み易くなるので、当該辺側全体によって隣り合うセパレータ１８が傷付けられて破断することを抑制できる。

【0027】

（２）二次電池１１において、複数の正極タブ部２０は積層方向Ｘにおいて束ねた状態で正極端子１４に接続され、複数の負極タブ部２２は積層方向Ｘにおいて束ねた状態で負極端子１５に接続され、複数の正極板１６は積層方向Ｘにおいて負極端子１５から近い位置に配置されたものよりも遠い位置に配置されたものの方が非塗布部１９ｂの面積が広くなるように構成されている。通常、複数の負極タブ部２２を積層方向Ｘにおいて束ねた状態で負極端子１５に接続すると、複数の正極板１６における正極タブ部２０側とは反対側の端部（負極タブ部２２側の端部）は、積層方向Ｘにおいて負極端子１５から近い位置に配置されたものよりも遠い位置に配置されたものの方を大きく撓ませる必要がある。この点、この構成によれば、複数の正極板１６は、積層方向Ｘにおいて負極端子１５から近い位置に配置されたものよりも遠い位置に配置されたものの方が非塗布部１９ｂの面積が広くなっている。このため、複数の正極板１６は、積層方向Ｘにおいて負極端子１５から近い位置に配置されたものよりも遠い位置に配置されたものの方の剛性を低くして撓み易くすることができる。したがって、二次電池１１の組立性の向上に貢献できる。

【0028】

（３）二次電池１１において、セパレータ１８は、不織布によって構成されている。通常、二次電池１１は、セパレータ１８の空隙率が高いほど陽イオン（リチウムイオン等）がセパレータ１８を透過し易くなるので、電気抵抗が低く抑えられて、出力が大きくなる。このため、セパレータ１８を一般的に空隙率の高い不織布によって構成すると、二次電池１１の出力を高めることができる。しかし、不織布は、空隙率が高い反面、非常に脆弱である。この点、本実施形態の二次電池１１は、セパレータ１８に不織布を採用しつつ、外力（積層方向Ｘの押圧力）が作用してもセパレータ１８が正極板１６によって傷付けられて破断することを抑制する構成になっている。このため、二次電池１１の出力を高めつつ、セパレータ１８の脆弱性をカバーできる。

【0029】

（変更例）
上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。また、上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0030】

・図８に示すように、非塗布部１９ｂは、少なくとも正極集電体１９の両面の周縁部における正極タブ部２０側とは反対側に位置する両コーナー部１９ｃに形成するようにしてもよい。通常、正極集電体１９の周縁部における正極タブ部２０側とは反対側に位置する両コーナー部１９ｃは、尖っているため、外力（積層方向Ｘの押圧力）が作用すると刃となってセパレータ１８を傷付けやすい。この点、この構成によれば、上記両コーナー部１９ｃに非塗布部１９ｂが形成されているので、両コーナー部１９ｃの剛性が低くなる。このため、外力が作用しても両コーナー部１９ｃがセパレータ１８と一緒に撓み易くなる。したがって、外力が作用しても両コーナー部１９ｃによってセパレータ１８が傷付けられることを抑制できる。

【0031】

・図９に示すように、正極集電体１９の両面の周縁部における正極タブ部２０が形成された一辺側以外の部分の少なくとも一部、すなわち例えば正極集電体１９の両面の周縁部における短手方向の両辺側全体に非塗布部１９ｂを形成するようにしてもよい。この構成によれば、正極集電体１９の両面の周縁部に非塗布部１９ｂが形成されているため、正極集電体１９の周縁部において、非塗布部１９ｂが形成された部分は、他の部分よりも薄くなる。すなわち、正極集電体１９の周縁部において、非塗布部１９ｂが形成された部分は、他の部分よりも剛性が低くなる。このため、正極集電体１９の周縁部に外力（積層方向Ｘの押圧力）が作用しても、正極集電体１９の周縁部が刃となってセパレータ１８に剪断力が作用することを抑制できる。すなわち、正極集電体１９の周縁部に外力が作用しても、当該周縁部がセパレータ１８と一緒に撓み易くなるので、正極集電体１９の周縁部によってセパレータ１８が傷付けられることを抑制できる。したがって、外力の作用によってセパレータ１８が破断することを抑制できる。

【0032】

・図１０に示すように、非塗布部１９ｂは、正極集電体１９の両面の周縁部における正極タブ部２０側とは反対側の端部における両コーナー部１９ｃ以外の部分に形成するようにしてもよい。

【0033】

・セパレータ１８は、必ずしも不織布によって構成する必要はない。すなわち、セパレータ１８は、例えば延伸フィルムによって構成してもよい。
・二次電池１１において、複数の正極板１６は、必ずしも積層方向Ｘにおいて負極端子１５から近い位置に配置されたものよりも遠い位置に配置されたものの方が非塗布部１９ｂの面積が広くなるように構成する必要はない。

【0034】

・正極集電体１９には、正極活物質１９ａを片面だけにのみ塗布するようにしてもよい。
・負極集電体２１には、負極活物質２１ａを片面だけにのみ塗布するようにしてもよい。

【0035】

・二次電池１１は、リチウムイオン電池以外の二次電池であってもよい。

【符号の説明】

【0036】

１１…二次電池、１３…電極積層体、１４…正極端子、１５…負極端子、１６…正極板、１７…負極板、１８…セパレータ、１９…正極集電体、１９ａ…正極活物質、１９ｂ…非塗布部、１９ｃ…コーナー部、２０…正極タブ部、２１…負極集電体、２１ａ…負極活物質、２２…負極タブ部、Ｘ…積層方向。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】