特許 7396075 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】2023-12-04

(45)【発行日】2023-12-12

(54)【発明の名称】二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/184 20210101AFI20231205BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20231205BHJP

   H01M 10/0585 20100101ALI20231205BHJP

   H01M 50/105 20210101ALI20231205BHJP

   H01M 50/178 20210101ALI20231205BHJP

   H01M 50/477 20210101ALI20231205BHJP

   H01M 50/55 20210101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

H01M50/184 C

H01M10/04 Z

H01M10/0585

H01M50/105

H01M50/178

H01M50/477

H01M50/55 301

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020010776

(22)【出願日】2020-01-27

(65)【公開番号】P2021118099

(43)【公開日】2021-08-10

【審査請求日】2022-08-23

(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】吉田 知弘

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 修次

【審査官】福井 晃三

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０２０７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２７９９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０００／０２６９７６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／１０－５０／１９８

Ｈ０１Ｍ ５０／４０－５０／４９７

Ｈ０１Ｍ ５０／５０－５０／５９８

Ｈ０１Ｍ １０／００－１０／３９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電極板が積層された電極積層体と、
前記電極積層体に接合された一対の電極タブと、
可撓性を持つ一対のシート状の外装体と、
前記外装体の周縁部全体と対応する矩形枠状の接合部と、を備えた二次電池であって、
前記外装体の周縁部は、前記接合部における厚さ方向の一対の開口を塞ぐように、全体が前記接合部に溶着され、前記外装体と前記接合部に囲まれた空間内に前記電極積層体が収容されており、
一対の前記電極タブは、前記接合部の天井部分を貫通することで一部が外部に突出して突出部分となる構成とされ、
前記接合部は、前記突出部分の突出方向と交差する方向であって前記外装体の周縁部に沿う方向の端部の幅が、当該方向において先端に向かうほど狭くなっていることを特徴とする二次電池。

【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、外装部材としての矩形状のラミネートフィルム上に発電要素としての電池コアを載置し、電池コアと電池コアから対をなすように並んで延びる矩形板状の正極端子及び負極端子のそれぞれの基端部とを包むようにしてラミネートフィルムを二つ折りにした状態で、ラミネートフィルムの周縁部同士を溶着した構成になっている。

【0003】

この場合、正極端子及び負極端子のそれぞれの基端部以外の部分は、折り重ねられて溶着されたラミネートフィルムの周縁部同士の間からはみ出している。このため、正極端子及び負極端子がはみ出す部分のラミネートフィルムの周縁部同士は、通常、治具によって正極端子及び負極端子の外形に沿って引き伸ばしながら溶着することで、シール性が確保される。

【0004】

こうした方法での正極端子及び負極端子がはみ出す部分のラミネートフィルムの周縁部のシール性の確保は、正極端子及び負極端子の厚さが０．５ミリメートル程度以下の場合にしかできない。なぜなら、正極端子及び負極端子の厚さが例えば数ミリメートル程度であると、ラミネートフィルムを正極端子及び負極端子の外形に沿って引き伸ばす際に、ラミネートフィルムが破れるおそれがあるからである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００１－１０２０９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、上述のような二次電池では、出力を大きくしようとすると、正極端子及び負極端子のそれぞれの厚さを例えば数ミリメートル程度に厚くする必要があるため、正極端子及び負極端子がはみ出す部分のラミネートフィルムの周縁部のシール性の確保ができなくなってしまうという問題がある。

【0007】

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、電極タブの太さに拘わらず外装体のシール性を確保することが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】

【0008】

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、複数の電極板が積層された電極積層体と、前記電極積層体に接合された一対の電極タブと、前記電極積層体及び一対の前記電極タブを包んだ状態で周縁部が封止された可撓性を持つシート状の外装体と、を備え、前記外装体から一対の前記電極タブの一部がそれぞれ外部に突出するように構成された二次電池であって、少なくとも一対の前記電極タブにおける前記外装体からの突出部分と隣接する部分に設けられて前記外装体の周縁部の少なくとも一部が接合される接合部を備え、前記接合部は、前記突出部分の突出方向と交差する方向であって前記外装体の周縁部に沿う方向の端部の幅が、当該方向において先端に向かうほど狭くなっていることを要旨とする。

【0009】

この構成によれば、接合部と外装体の周縁部とを容易に密着させることができる。すなわち、外装体の周縁部を、接合部を介して電極タブに容易に密着させることができる。したがって、電極タブの太さに拘わらず外装体のシール性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態の二次電池の斜視図。

【図2】図１の平面図。

【図3】第２実施形態の二次電池の斜視図。

【図4】図３の平面図。

【図5】第３実施形態の二次電池の斜視図。

【図6】図５の平面図。

【図7】第３実施形態の二次電池の使用時の状態を示す平面模式図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１実施形態）
以下、二次電池の第１実施形態を図面に従って説明する。
図１及び図２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、可撓性を持つ矩形シート状の外装体１２と、外装体１２内に包まれるようにして封止された電極積層体１３及び電解液（図示略）と、外装体１２の長辺側から一部が外部に突出する一対の電極タブ１４とを備えている。

【0012】

電極積層体１３は、電極板の一例としての矩形状の正極板１５と、電極板の一例としての矩形状の負極板１６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１７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１７の一方側の対向する面同士の間に正極板１５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１６がそれぞれ挟まれた状態になっている。

【0013】

複数の正極板１５の一部はセパレータ１７の一端側から露出するように突出した状態で互いに電気的に接続されるように積層して接合され、複数の負極板１６の一部はセパレータ１７の他端側から露出するように突出した状態で互いに電気的に接続されるように積層して接合されている。積層された複数の正極板１５におけるセパレータ１７から露出した部分及び積層された複数の負極板１６におけるセパレータ１７から露出した部分には、矩形板状をなす金属製の電極タブ１４の中央部から基端部にかけての部位がそれぞれ電気的に接続されるように接合されている。

【0014】

外装体１２は、例えばアルミニウム箔を一対の合成樹脂シートで挟んだ三層構造の可撓性の矩形状の一対のラミネートフィルムによって構成されている。外装体１２を構成する一対のラミネートフィルムは、電極積層体１３及び一対の電極タブ１４を挟むように包んだ状態で周縁部同士を溶着して封止することによって袋状に形成される。

【0015】

一対の電極タブ１４は、外装体１２の短手方向Ｙに延びており、外装体１２の長手方向Ｘに距離を置いて配置されている。各電極タブ１４における中央部よりも先端部寄りの位置には、当該位置が電極タブ１４における他の部位よりも太くなるように接合部１８が設けられている。接合部１８は、接合部１８を構成する六角枠状の合成樹脂部品を一体成型することによって電極タブ１４に設けられている。つまり、接合部１８は、外装体１２の短手方向Ｙから見て六角形状をなしている。

【0016】

各電極タブ１４における接合部１８よりも先端側の部分は、外装体１２の外部に突出する突出部分１９とされている。すなわち、各電極タブ１４の一部である先端部は外装体１２から外部に突出した突出部分１９とされ、各電極タブ１４における突出部分１９と隣接する部分に接合部１８が設けられている。

【0017】

接合部１８は、外装体１２の短手方向Ｙから見て長手方向Ｘの両端が尖るように長手方向Ｘに延びる線対称な六角形状をなしている。したがって、接合部１８は、突出部分１９の突出方向となる外装体１２の短手方向Ｙと直交（交差）する方向であって外装体１２の周縁部の長辺に沿う方向となる長手方向Ｘの両端部の幅が、長手方向Ｘにおいて先端に向かうほど狭くなっている。

【0018】

すなわち、接合部１８は、外装体１２の長手方向Ｘの両端部の幅が長手方向Ｘの外側に向かうほど狭くなっている。この場合、接合部１８における外装体１２の長手方向Ｘの両端部の幅とは、接合部１８における外装体１２の長手方向Ｘ及び短手方向Ｙの両方と直交する方向である厚さ方向Ｚの幅のことである。なお、接合部１８における外装体１２の長手方向Ｘの両端部は、短手方向Ｙから見て鋭角に尖っている。

【0019】

各電極タブ１４において、接合部１８は突出部分１９よりも太いので、接合部１８と突出部分１９との間には段差面２０が形成される。本実施形態の接合部１８は、段差面２０のみが外装体１２から露出するように、外装体１２に収容されている。つまり、本実施形態では、接合部１８における段差面２０と隣接する面に対して、当該面を覆うように外装体１２の周縁部の一部が溶着によって接合されている。

【0020】

次に、二次電池１１の製造方法について説明する。
図１及び図２に示すように、二次電池１１を製造する場合には、まず、接合部１８を構成する六角枠状の合成樹脂部品を、それぞれの電極タブ１４の中間部（先端部と中央部との間の部分）に一体成型する。続いて、電極積層体１３の正極板１５側及び負極板１６側に電極タブ１４の中央部から基端部にかけての部位をそれぞれ接合する。続いて、外装体１２を構成する一対のラミネートフィルムによって電極積層体１３及び一対の電極タブ１４における接合部１８から基端側の部分を挟むように包む。

【0021】

続いて、外装体１２を構成する一対のラミネートフィルムの周縁部同士を溶着して封止する。このとき、外装体１２を構成する一対のラミネートフィルムの周縁部の一部は、接合部１８における段差面２０と隣接する面に対して当該面を覆うように溶着される。

【0022】

さらにこのとき、接合部１８は外装体１２の長手方向Ｘの両端部の厚さ方向Ｚの幅が長手方向Ｘの外側に向かうほど狭くなっているため、接合部１８における外装体１２の長手方向Ｘの両端部と外装体１２を構成する一対のラミネートフィルムの周縁部の一部とが密着した状態で溶着される。このため、電極タブ１４の太さに拘わらず外装体１２のシール性が確保される。

【0023】

因みに、電極タブ１４が太い上に接合部１８における外装体１２の長手方向Ｘの両端部の厚さ方向Ｚの幅が長手方向Ｘの外側に向かうほど狭くなっていない場合には、接合部１８における外装体１２の長手方向Ｘの両端部と外装体１２を構成する一対のラミネートフィルムの周縁部の一部との間に隙間ができてしまう。この結果、外装体１２のシール性を確保することができないという問題がある。

【0024】

また、外装体１２を構成する一対のラミネートフィルムの周縁部同士を溶着して封止するときには、外装体１２を構成する一対のラミネートフィルムの周縁部の一部に、溶着していない部分を残す。そして、一対のラミネートフィルムの周縁部における溶着していない部分から外装体１２内に電解液（図示略）を注入した後、当該溶着していない部分を溶着することで、図１に示す二次電池１１が完成する。

【0025】

以上詳述した第１実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
（１－１）二次電池１１において、接合部１８は、外装体１２の長手方向Ｘの両端部の厚さ方向Ｚの幅が長手方向Ｘの外側に向かうほど狭くなっている。この構成によれば、接合部１８と外装体１２の周縁部とを容易に密着させることができる。すなわち、外装体１２の周縁部を、一対の接合部１８を介して一対の電極タブ１４に対してそれぞれ容易に密着させて溶着することができる。したがって、電極タブ１４の太さに拘わらず外装体１２のシール性を確保することができる。

【0026】

（１－２）二次電池１１において、接合部１８は、１つの電極タブ１４に１つずつ設けられている。このため、一対の電極タブ１４同士の間隔が変わっても外装体１２のシール性を確保することができる。

【0027】

（第２実施形態）
次に、二次電池の第２実施形態を図面に従って説明する。
図３及び図４に示すように、この第２実施形態の二次電池２１は、上記第１実施形態の二次電池１１において接合部１８を接合部２２に変更したこと以外は、上記第１実施形態の二次電池１１と同じである。したがって、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なる点のみを説明し、第１実施形態と重複する説明を省略する。また、この第２実施形態では、第１実施形態と同一の部材については同一の符号を付すものとする。

【0028】

図３及び図４に示すように、本実施形態の二次電池２１は、上記第１実施形態の二次電池１１において一対の接合部１８を一体化して接合部２２としたものである。接合部２２は、外装体１２の周縁部の一部に沿って直線状に延びており、一対の電極タブ１４を連結している。

【0029】

すなわち、接合部２２は、外装体１２の長手方向Ｘに延びており、長手方向Ｘの両端部の厚さ方向Ｚの幅が長手方向Ｘの外側に向かうほど狭くなっている。つまり、接合部２２における外装体１２の長手方向Ｘの両端部は、短手方向Ｙから見て鋭角に尖っている。接合部２２における外装体１２の長手方向Ｘの両端部以外の部分は、厚さ方向Ｚの幅が一定になっている。

【0030】

以上詳述した第２実施形態によれば、上記（１－１）に記載の効果に加えて次のような効果が発揮される。
（２－１）二次電池２１において、接合部２２は、外装体１２の長手方向Ｘに直線状に延びており、一対の電極タブ１４を連結している。この構成によれば、外装体１２の周縁部の一部を、１つの接合部２２を介して一対の電極タブ１４に対して容易に密着させて溶着することができる。この場合、一対の電極タブ１４同士の間の部分にも接合部２２が存在するため、上記第１実施形態の二次電池１１よりも外装体１２のシール性を向上することができる。

【0031】

（第３実施形態）
次に、二次電池の第３実施形態を図面に従って説明する。
図５及び図６に示すように、この第３実施形態の二次電池２３は、上記第１実施形態の二次電池１１において接合部１８を接合部２４に変更したこと以外は、上記第１実施形態の二次電池１１と同じである。したがって、この第３実施形態では、上記第１実施形態と異なる点のみを説明し、第１実施形態と重複する説明を省略する。また、この第３実施形態では、第１実施形態と同一の部材については同一の符号を付すものとする。

【0032】

図５及び図６に示すように、本実施形態の二次電池２３は、接合部２４が外装体１２の周縁部全体と対応する矩形枠状をなしている。接合部２４における外装体１２の長手方向Ｘの両端部は、短手方向Ｙから見て鋭角に尖っている。一対の電極タブ１４における突出部分１９側とは反対側の端部は、外装体１２の短手方向Ｙにおいて接合部２４からはみださないように接合部２４に埋没された状態で固定されている。電極積層体１３は、接合部２４内の領域に収まるように配置されている。

【0033】

外装体１２を構成する一対のラミネートフィルムの周縁部は、接合部２４における厚さ方向Ｚの一対の開口を完全に塞ぐように、全体が接合部２４に溶着されている。この場合、外装体１２を構成する一対のラミネートフィルムの周縁部同士は、一切溶着されていない。

【0034】

次に、二次電池２３の冷却時の作用について説明する。
図７に示すように、二次電池２３は、例えば直方体状のフレーム２５内に厚さ方向Ｚに等間隔で複数並べて配置され、直列に接続された状態で使用される。フレーム２５の外側には、複数の二次電池２３と外装体１２の長手方向Ｘで対向するように複数の冷却ファン２６が配置されている。そして、複数の二次電池２３がそれらの使用によって発熱した場合には、複数の冷却ファン２６を駆動することで、複数の冷却ファン２６から複数の二次電池２３に対して外装体１２の長手方向Ｘから送風される。

【0035】

複数の冷却ファン２６から送られた風は、図７の矢印で示すように、複数の二次電池２３に当たりながら複数の二次電池２３同士の間を通って反対側に抜ける。このとき、各二次電池２３の接合部２４における外装体１２の長手方向Ｘの両端部は、短手方向Ｙから見て鋭角に尖っているため、複数の冷却ファン２６から複数の二次電池２３に送られた風が流れるときの圧力損失が低減される。このため、複数の二次電池２３が複数の冷却ファン２６によって効率よく冷却される。

【0036】

以上詳述した第３実施形態によれば、上記（１－１）及び（２－１）に記載の効果に加えて次のような効果が発揮される。
（３－１）二次電池２３において、接合部２４は、外装体１２の周縁部全体と対応する枠状をなしている。この構成によれば、外装体１２の周縁部全体を接合部２４に対して容易に密着させて溶着することができるので、上記第２実施形態の二次電池２１よりも外装体１２のシール性を向上することができる。

【0037】

（変更例）
上記各実施形態は、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。

【0038】

・二次電池１１，２１，２３において、外装体１２は、一枚の矩形板状のラミネートフィルムによって構成し、二つに折り返すようにして電極積層体１３及び一対の電極タブ１４を包んだ状態で周縁部を溶着により封止することによって袋状に形成してもよい。

【0039】

・二次電池１１，２１，２３において、接合部１８，２２，２４における外装体１２の長手方向Ｘの両端部は、必ずしも短手方向Ｙから見て鋭角に尖っている必要はない。すなわち、接合部１８，２２，２４における外装体１２の長手方向Ｘの両端部は、短手方向Ｙから見て丸みを帯びていてもよい。

【0040】

・接合部１８，２２，２４を予め成型し、これを溶着等の方法によって電極タブ１４に接合するようにしてもよい。
・二次電池１１，２１，２３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】

【0041】

１１，２１，２３…二次電池
１２…外装体
１３…電極積層体
１４…電極タブ
１５…電極板の一例としての正極板
１６…電極板の一例としての負極板
１８，２２，２４…接合部
１９…突出部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】