特許 7509113 ラミネート電池

(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】2024-06-24

(45)【発行日】2024-07-02

(54)【発明の名称】ラミネート電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/148 20210101AFI20240625BHJP

   H01M 50/105 20210101ALI20240625BHJP

   H01M 50/548 20210101ALI20240625BHJP

   H01M 50/545 20210101ALI20240625BHJP

   H01M 50/557 20210101ALI20240625BHJP

【ＦＩ】

H01M50/148

H01M50/105

H01M50/548 301

H01M50/545

H01M50/557

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021169416

(22)【出願日】2021-10-15

(65)【公開番号】P2023059421

(43)【公開日】2023-04-27

【審査請求日】2023-05-15

(73)【特許権者】

【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】100129838

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 典輝

(74)【代理人】

【識別番号】100101203

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100104499

【弁理士】

【氏名又は名称】岸本 達人

(72)【発明者】

【氏名】前田 孝昌

【審査官】福井 晃三

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２２８３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１５３５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１１９２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０２４２５２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０００－１００３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５３４７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０９５４３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／１０－５０／１９８

Ｈ０１Ｍ ５０／５０－５０／５９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ラミネートシートを含む外装体の内側に、全体として６面体である電池要素が封止されたラミネート電池であって、
前記外装体は、
前記電池要素の前記６面体のうち４つの面を覆い、端部同士の接合部を少なくとも１つ有して筒状をなすラミネートシートと、
前記電池要素の前記６面体のうち他の２面に対向し、前記ラミネートシートの前記筒状の開口部を塞ぐように配置される側面部材と、を有し、
前記側面部材は全体として６面体であり、かつ、前記ラミネートシートの前記接合部に位置する部位に突起を有する、
ラミネート電池。

【請求項2】

前記側面部材が電気的に前記電池要素に接続されており、前記側面部材が外部端子として機能する、請求項１に記載のラミネート電池。

【請求項3】

前記接合部が前記電池要素の表裏面のいずれか一方側に寄せられた位置に設けられている、請求項１又は２に記載のラミネート電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ラミネートシートを含む外装体の内側に電池要素が配置及び封止されてなるラミネート電池に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、１つ以上の平面状のラミネートシート、及び、外周全体が底面に対して立ち上がって凹形状を形成している２つの凹形状のラミネートシートを有するラミネート外装体を備えたラミネート電池が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１７４５５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

構造効率（外装体の容積に対する電池要素が占める割合）を高めるために、外装体の側面形状を特許文献１のような六角形から四角形（電池要素の側面に近い形状及び大きさ）にした場合、ラミネートシートの端面同士及び側面部材の接合部に略三角形の隙間ができてしまい、構造信頼性（リークや経時的な劣化に起因する問題の発生の起こり難さ）が低下する。

【0005】

そこで本開示では上記問題を鑑み、接合部に隙間ができることを抑制して構造信頼性の低下を抑えることができるラミネート電池を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、ラミネートシートを含む外装体の内側に、全体として６面体である電池要素が封止されたラミネート電池であって、外装体は、電池要素の６面体のうち４つの面を覆い、端部同士の接合部を少なくとも１つ有して筒状をなすラミネートシートと、電池要素の６面体のうち他の２面に対向し、ラミネートシートの筒状の開口部を塞ぐように配置される側面部材と、を有し、側面部材は全体として６面体であり、かつ、ラミネートシートの接合部に位置する部位に突起を有する、ラミネート電池を開示する。

【0007】

側面部材は電気的に電池要素に接続されており、側面部材が外部端子として機能するように構成してもよい。

【0008】

接合部は電池要素の表裏面のいずれか一方側に寄せられた位置に設けられているように構成してもよい。

【発明の効果】

【0009】

本開示のラミネート電池によれば、側面部材がラミネートシート端部同士の接合部に位置する部位に突起を有することで、当該接合部に隙間ができることを抑制し、構造信頼性の低下を抑えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１はラミネート電池１０の外観斜視図である。

【図2】図２はラミネート電池１０の分解斜視図である。

【図3】図３はラミネート電池１０の側面図である。

【図4】図４は接合部１３ａの周辺に注目した側面図である。

【図5】図５は接合部１３ａの周辺に注目した分解斜視図である。

【図6】図６はラミネート電池２０を説明する図である。

【図7】図７はラミネート電池３０の外観斜視図である。

【図8】図８はラミネート電池３０の分解斜視図である。

【図9】図９はラミネート電池４０の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

１．第１形態
図１～図５には第１形態にかかるラミネート電池１０の構造を説明するための図を表した。図１はラミネート電池１０の外観斜視図、図２はラミネート電池１０の分解斜視図、図３はラミネート電池１０の側面図（図１の矢印ＩＩＩの方向から見た図。）、図４は図３のうちラミネートシートの接合部１３ａ（図３の上端部）を拡大して表した図、図５は図２にＶで囲んだ部分の拡大図である。
これら図からわかるように本形態のラミネート電池１０は、電池要素１１及び電池要素１１を内包して封止している外装体１２を有して構成されている。

【0012】

１．１．電池要素
電池要素１１は公知のものを適用することができるが、例えば全固体電池や液系電池を挙げることができる。全固体電池であれば、正極集電体、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体をこの順に有する積層体が複数重ねられた形態を具備して構成されている。一方、液系電池であれば、正極集電体、正極活物質層、セパレーター、負極活物質層、及び負極集電体が電解液に含浸されている態様である。

【0013】

正極集電体及び負極集電体としては、例えば各種金属を適用することができ、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、若しくはチタン等、又はこれらの合金を挙げることができる。電池要素がリチウムイオン電池である場合には、化学的安定性の観点から、正極集電体の材質はアルミニウムが好ましく、負極集電体の材質は銅が好ましい。

【0014】

正極活物質層、固体電解質層、及び負極活物質層は、電池要素が電池としての機能を有する構成であれば特に限定されない。例えば電池要素がリチウムイオン電池である場合には、正極活物質層は正極活物質としてのコバルト酸リチウムを有していてよく、固体電解質層は硫化物固体電解質としてのＬｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５を有していてよく、負極活物質層は負極活物質としてのグラファイトを有していてよい。

【0015】

また電池要素１１は、全体として直方体（６面体）の形状である。最も広い２つの面が表裏面（１１ｃ）として形成され（図２では一方の面のみが表れている。）、当該表裏面の間を渡され、電池要素１１の厚さ部分を形成する４つの側面を有している。
ここで「全体として直方体（６面体）」であるとは、要素が厳密な意味での直方体でなく、必要な部材による当該部材が側面や表裏面から突出して凹凸を有してもよく、全体として直方体（６面体）と見なせる形態であることを意味する。

【0016】

本形態で電池要素１１は、直方体である６面体の４つの側面のうち、後述する側面部材１４に対向する面１１ａ及び面１１ｂ（面１１ｂは図２では死角となり見えない。）に不図示の集電タブが設けられている。面１１ａと面１１ｂとは互いに反対側となる面である。
集電タブは公知のように正極集電タブ及び負極集電タブがあり、本形態では面１１ａに正極集電タブ、面１１ｂに負極集電タブが設けられている。集電タブは、電池要素と電気的に接続されており、正極集電タブは正極側、負極集電タブは負極側について外部と電池要素とを電気的に接続する機能を有する部材である。正極集電タブ及び負極集電タブを構成する材料は導電性があればよいが、各種金属が好ましく、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、若しくはチタン等、又はこれらの合金を挙げることができる。

【0017】

これにより、本形態では後述するように集電タブが外装体１２の側面部材１４に電気的に接続し、側面部材１４が封止手段としてのみでなく外部との接続端子として機能することもできる。

【0018】

１．２．外装体
外装体１２は、袋状であり、その内側に電池要素１１を内包するとともに封止する部材である。本形態で外装体１２は、ラミネートシート１３及び側面部材１４を有して構成されている。

【0019】

１．２ａ．ラミネートシート
本形態でラミネートシート１３は、全体として６面体である電池要素１１の外周部のうち、表裏面１１ｃ及び面１１ａ、面１１ｂ以外の２つの側面を一周するように囲み、端部同士が接合部１３ａで接合されている筒状とされた部材である。

【0020】

ここで、ラミネートシートとは、金属層とシーラント材層とを有するシートである。ラミネートシートに用いられる金属等としては、例えばアルミニウム、ステンレス鋼が挙げられ、シーラント材層に用いられる材料としては、例えば熱可塑性樹脂であるポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、又はポリ塩化ビニル等を挙げることができる。

【0021】

ラミネートシートの接合の方法は特に限定されることはなく、公知の方法を用いることができる。具体的には、ラミネートシートのシーラント材層同士を溶着する方法（例えば熱板溶着、超音波溶着法、振動溶着法、又はレーザー溶着法等）や接着剤による接着を挙げることができる。

【0022】

本形態のラミネートシート１３は、電池要素１１の外周部のうち表裏面１１ｃ及び２つの側面を一周するように囲み、当該囲んだ部位において電池要素１１の外周に沿った形状とされている。従って、ラミネートシート１３で囲まなかった側からラミネートシート１３を見ると、図１や図３からわかるようにラミネートシート１３は電池要素１１の外周に沿って電池要素１１を縁取った四角形の枠状となる。

【0023】

また、本形態でラミネートシート１３は、上記のように電池要素１１の外周を一周するように囲み、端部同士が接合部１３ａで接合されている。そして、図１～図５よりわかるように、本形態の接合部１３ａは、ラミネートシート１３の面のうち、電池要素１１側となる面同士を向かい合わせて接合している。

【0024】

また接合部１３ａの位置は、電池要素１１の表裏面１１ｃ側のいずれかに寄せられていることが好ましい。接合部１３ａには、図３～図５に符号１３ｂで示したように、その根本側に凹状の隙間１３ｂが生じる。本形態では接合部１３ａの位置を電池要素１１の表裏面１１ｃ側のいずれかに寄せる位置に設けることで、当該隙間１３ｂを小さく抑えることができる。

【0025】

１．２ｂ．側面部材
本形態で側面部材１４は全体として直方体のブロック状の部材であり、２つ設けられている。側面部材１４は全体として直方体である６面のうち最も広い表裏面１４ａが、電池要素１１のうちラミネートシート１３により囲まれなかった残りの２つの側面である側面１１ａ、側面１１ｂと概ね同じ形状及び大きさとされている。そして、当該表裏面１４ａのうち一方の面が、側面１１ａ、側面１１ｂのそれぞれに対向するように配置されている。
また、側面部材１４は、一周して筒状となったラミネートシート１３の開口部１３ｃ（図２、図５参照）に挿入されて、その側面１４ｂがラミネートシート１３の内周面に接合される。接合方法は特に限定されることはないが例えば接着剤を用いる方法を挙げることができる。

【0026】

ここで、本形態の側面部材１４は、その側面１４ｂの一部に突起１４ｃを備えている。この突起１４ｃは、側面部材１４がラミネートシート１３に組み合わされたときに、ラミネートシート１３の接合部１３ａの隙間１３ｂが配置される位置に設けられ、隙間１３ｂに入り込んでこれを埋めることができる形状とされている。

【0027】

また、本形態で側面部材１４は、外装体１３の１つの構成として上記のようにラミネートシート１３と組み合わされて電池要素１１を内包して封止する機能を有するとともに、外部と電池要素１１とを電気的に接続する端子としても機能する。従って、本形態で側面部材１４は少なくとも一部に導電性を有する部材（例えば銅又は銅合金）を有するとともに当該導電性を有する部材は電池要素１１の側面１１ａ、側面１１ｂに設けられた導電タブに電気的に接続されている。

【0028】

１．３．効果など
本開示のラミネート電池によれば、側面部材がラミネートシートの接合部に位置する部位に突起を有するため、接合部に生じた隙間を埋め、外装体として隙間が生じることを抑制し、構造信頼性を高めることができる。
また、本開示では特許文献１のように側面視で六角形の外装体に比べて、電池要素の形状に沿った外装体となり、外装体内に無駄な空間が生じることを抑制し構造効率を高めることが可能となる。これは、外装体における接合部の全長を短くすることができることも意味し、かかる観点からも構造信頼性を高めることができる。
また、本形態では、外装体を構成する部材である側面部材が外部との接続端子を兼ねているため、ラミネート電池の構造を簡素化することができる。

【0029】

２．第２形態
図６には第２形態にかかるラミネート電池２０の構造を説明する図を示した。この図は図４と同じ視点による図である。
ラミネート電池２０では、外装体２２において、ラミネートシート２３及び側面部材２４が適用されている。ラミネート電池２０は接合部２３ａが接合部１３ａとは異なる形状であり、これに応じて側面部材２４の突起２４ｃが突起１４ｃと形状が異なるが、その考え方はラミネート電池１０と同様である。

【0030】

ラミネートシート２３の接合部２３ａは、一方側の端部は内側面（電池要素側となる面）、及び、他方側の端部は外側面（外部に露出する側の面）、が重ね合わされて両者が接合されている。これにより接合部２３ａの内側（電池要素側）に略三角形の隙間２３ｂが生じる。
なお、本形態における接合部２３ａも電池要素の表裏面側のいずれかに寄せられている。これにより生じる隙間２３ｂの大きさを小さく抑えることができる。

【0031】

側面部材２４のうち、隙間２３ｂに位置する部位には、該隙間２３ｂを埋めることができる大きさ及び形状の突起２４ｃが設けられている。

【0032】

このようなラミネート電池２０も、ラミネート電池１０と同様の効果を奏するものとなる。

【0033】

３．第３形態
図７、図８には第３形態のラミネート電池３０の構造を説明する図を示した。図７はラミネート電池３０の外観斜視図、図８はラミネート電池３０の分解斜視図である。
ラミネート電池３０では、ラミネート電池１０に備えられた電池要素１１の代わりに、電池要素３１が備えられ、他の要素については以下の説明以外はラミネート電池１０と同様に考えることができる。

【0034】

本形態で電池要素３１は、集電タブ３１ａ、集電タブ３１ｂが外装体１２の接合部１３ａの方向に延びるとともに、接合部１３ａを貫通して外部に露出することにより外部に接続可能な端子を形成している。従ってこの形態では外装体１２の側面部材１４は外装体１２の封止機能のみを有すればよいため、必ずしも導電性の材料が含まれている必要はなく、全体を樹脂、例えば熱可塑性樹脂であるポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、又はポリ塩化ビニル等により構成することもできる。

【0035】

このようなラミネート電池３０も、側面部材１４が外部端子を兼用しない点以外においてはラミネート電池１０と同様の効果を奏するものとなる。

【0036】

４．第４形態
図９には第４形態のラミネート電池４０の構造を説明する図を示した。この図は図３と同じ視点による図である。

【0037】

ラミネート電池４０では、ラミネートシート４３が、シート４３ａ、シート４３ｂが繋ぎ合わされることにより構成されている。このように、複数のシートによりラミネートシートが構成されてもよい。この場合、複数の接合部１３ａを有することになるが、各接合部、及び、これに対する側面部材１４の突起１４ｃは、ラミネート電池１０と同様に考えることができる。

【0038】

このようなラミネート電池４０では、接合部が増えるものの、電池要素を２つのシートで挟み込むことで電池要素を覆うことができる。
他の点については、ラミネート電池４０によってもラミネート電池１０と同様の効果を奏するものとなる。

【符号の説明】

【0039】

１０ ラミネート電池
１１ 電池要素
１２ 外装体
１３ ラミネートシート
１３ａ 接合部
１３ｂ 隙間
１４ 側面部材
１４ｃ 突起

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】