特許 7552325 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】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/105 20210101AFI20240910BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20240910BHJP

   H01M 10/0585 20100101ALI20240910BHJP

   H01M 50/131 20210101ALI20240910BHJP

【ＦＩ】

H01M50/105

H01M10/04 Z

H01M10/0585

H01M50/131

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020205591

(22)【出願日】2020-12-11

(65)【公開番号】P2022092721

(43)【公開日】2022-06-23

【審査請求日】2023-03-13

(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】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

(74)【代理人】

【識別番号】100129838

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 典輝

(72)【発明者】

【氏名】各務 僚

【審査官】上野 文城

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１９－５３７２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－００４７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０６０４５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／１０５

Ｈ０１Ｍ １０／０４

Ｈ０１Ｍ １０／０５８５

Ｈ０１Ｍ ５０／１３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発電要素と、ラミネート外装体とを有し、かつ、車両の電源に用いられる電池であって、
前記ラミネート外装体は、平面視上、前記発電要素を収容する収容部と、前記収容部の周囲に配置されたシール部と、前記収容部の周囲に配置され、ラミネートシートを折り曲げた折曲部と、を有し、
前記収容部は、前記シール部を基準にして、厚さ方向の一方向側に空間を有する第一収容部と、他方向側に空間を有する第二収容部と、を備え、
前記折曲部は、平面視上、方向Ｘに沿って配置された直線部と、前記方向Ｘに直交する方向Ｙにおいて前記直線部よりも外側に位置する角部と、前記直線部および前記角部の間に配置された中間部とを有し、
前記中間部は、平面視上、曲線形状を有し、
前記角部の前記直線部側の端部における前記中間部の接線の角度をθ _１ とした場合、θ _１ が４５°以上であり、
前記方向Ｙにおける前記角部と前記直線部との距離は、１ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下であり、
前記発電要素は、電池セルを１０以上含むバイポーラ型の積層電池である、電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、発電要素と、ラミネート外装体とを有する電池に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、携帯機器や自動車等の電源として使用される電池として、電池積層体及び電池積層体を封止している外装体によって構成されている電池が提案されている（特許文献１～３）。

【0003】

ラミネート外装体に用いられるラミネートシートとして、１つのシートに２つの収容部（エンボス部）を設けたシートが知られている。例えば特許文献１には、電極組立体を収納してパッケージングするパウチ外装体であって、凹状に形成される第一収納部および第二収納部と、パウチ外装体の外縁に沿って形成されるシール部と、第一収納部と第二収納部との間に形成された区画部と、を含み、区画部は、上端がシール部よりも低い高さで形成され、上記区画部の中間で第一収納部と第二収納部を区画する第一区画部と、区画部の両端で、上面がシール部と同一の高さで形成される第二区画部と、第一区画部と第二区画部を連結する第３区画部と、を含むパウチ外装体が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２０－００４７１２号公報

【文献】特開２０２０－０９１９９５号公報

【文献】特表２０１９－５３７２２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

図４（Ａ）は、１つのシートに２つの収容部（エンボス部）を設けたラミネートシートを用いた従来の電池を例示する概略平面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）における点線領域の拡大図である。図５は、図４における電池を製造する際に、ラミネートシートの一方の収容部に発電要素を配置した状態を示す概略平面図である。

【0006】

図４、図５に示すように、従来の電池３０（例えば特許文献１の電池）は、発電要素３１を、ラミネートシート３２の一方の収容部（図５では第一収容部３２１）に配置し、第一収容部３２１および第二収容部３２２の間に位置する折曲予定部Ｓ２´に沿って、ラミネートシート３２を折り曲げ、その後、シール部３２３を形成することにより得られる。図４に示すように、折曲部Ｓ２は、電池３０の長手方向に該当する方向Ｘに沿って配置された直線部Ｓ２１と、電池３０の短手方向に該当する方向Ｙにおいて直線部Ｓ２１よりも外側（直線部Ｓ２１を基準にして、収容部とは反対側）に位置する角部Ｓ２２と、直線部Ｓ２１および角部Ｓ２２の間に配置された中間部Ｓ２３とを有する。従来の中間部Ｓ２３は、平面視上、直線形状を有する。

【0007】

このような折曲部を有する電池は、折れ端（Ｑ１、Ｑ２）に、負荷（温度変化や充放電等に伴う膨張収縮による負荷）が集中しやすく、ラミネート外装体の疲労破壊の原因となる場合がある。本開示は、上記問題に鑑みてなされものであり、ラミネート外装体の折曲部に位置する折れ端に、負荷が集中することを抑制可能な電池を提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本開示においては、発電要素と、ラミネート外装体とを有する電池であって、上記ラミネート外装体は、平面視上、上記発電要素を収容する収容部と、上記収容部の周囲に配置されたシール部と、上記収容部の周囲に配置され、ラミネートシートを折り曲げた折曲部と、を有し、上記収容部は、上記シール部を基準にして、厚さ方向の一方向側に空間を有する第一収容部と、他方向側に空間を有する第二収容部と、を備え、上記折曲部は、平面視上、方向Ｘに沿って配置された直線部と、上記方向Ｘに直交する方向Ｙにおいて上記直線部よりも外側に位置する角部と、上記直線部および上記角部の間に配置された中間部とを有し、上記中間部は、平面視上、曲線形状を有する、電池を提供する。

【0009】

本開示によれば、直線部および角部の間に配置された中間部が、平面視上、曲線形状を有することから、直線部および角部が滑らかに繋がり、折れ端に負荷が集中することを抑制できる。

【発明の効果】

【0010】

本開示における電池は、ラミネート外装体の折曲部に位置する折れ端に、負荷が集中することを抑制できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示における電池の一例を示す概略平面図、概略断面図および部分拡大図である。

【図2】本開示における電池に用いるラミネート外装体および発電要素の一例を示す概略平面図および概略断面図である。

【図3】本開示における電池の製造方法における各工程を例示する概略平面図および概略断面図である。

【図4】従来の電池の概略平面図および部分拡大図である。

【図5】従来の電池の製造過程における、ラミネート外装体の１つの収容部に発電要素を配置した状態の概略平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示における電池について、図面を用いて詳細に説明する。以下に示す各図は、模式的に示したものであり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張している。また、各図において、部材の断面を示すハッチングを適宜省略している。また、本明細書において、ある部材に対して他の部材を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」または「下に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある部材に接するように、直上または直下に他の部材を配置する場合と、ある部材の上方または下方に、別の部材を介して他の部材を配置する場合との両方を含む。

【0013】

図１（Ａ）は、本開示における電池を例示する概略平面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ－Ａ概略断面図、図１（Ｃ）は図１（Ａ）の点線で囲まれた領域の拡大図である。図２（Ａ）は、本開示における電池に用いられるラミネートシートの概略平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ－Ａ概略断面図、図２（Ｃ）は発電要素の概略平面図、図２（Ｄ）は図２（Ｃ）のＡ－Ａ概略断面図である。

【0014】

図１に示す電池１０は、発電要素１１と、ラミネート外装体１２とを有する。ラミネート外装体１２は、例えば図２に示すラミネートシート１２´を用いて作製される。ラミネートシート１２´は、凹状に形成された第一収容部１２１および第二収容部１２２と、第一収容部１２１および第二収容部１２２を囲むように、ラミネートシート１２´の外縁に沿って形成されたシール予定部１２３´と、を備える。本開示においては、第一収容部１２１および第二収容部１２２の一方に、発電要素１１を配置し、その後、第一収容部１２１および第二収容部１２２が対向するように、ラミネートシート１２´を折り曲げる。具体的には、第一収容部１２１および第二収容部１２２の間に位置する折曲予定部Ｓ１´（例えば区画部１２４の中心線）に沿って、ラミネートシート１２´を折り曲げる。これにより、図１に示すような折曲部Ｓ１が得られる。

【0015】

図１に示すように、ラミネート外装体１２は、発電要素１１を収容する収容部１３０と、収容部１３０の周囲に配置されたシール部１２３と、収容部１３０の周囲に配置され、ラミネートシート１２´を折り曲げた折曲部Ｓ１と、を有する。折曲部Ｓ１は、電池１０の長手方向に該当する方向Ｘに沿って配置された直線部Ｓ１１と、電池１０の短手方向に該当する方向Ｙにおいて直線部Ｓ１１よりも外側（直線部Ｓ１１を基準にして、収容部１３０とは反対側）に位置する角部Ｓ１２と、直線部Ｓ１１および角部Ｓ１２の間に配置された中間部Ｓ１３とを有する。本開示における中間部Ｓ１３は、平面視上、曲線形状を有している。なお、図１および図２では、発電要素１１には、電流を外部に導出させる電極端子１３が接続されている。

【0016】

本開示によれば、直線部および角部の間に配置された中間部が、平面視上、曲線形状を有することから、直線部および角部が滑らかに繋がり、折れ端に負荷が集中することを抑制できる。その結果、ラミネート外装体の疲労破壊を抑制することができ、例えばヒートサイクル試験での穴開きを抑制することができる。また、電池内からの漏液や電池内への水分侵入を抑制することができる。

【0017】

１．ラミネート外装体
本開示におけるラミネート外装体は、平面視上、発電要素を収容する収容部と、収容部の周囲に配置されたシール部と、収容部の周囲に配置され、ラミネートシートを折り曲げた折曲部と、を有する。

【0018】

（１）折曲部
本開示におけるラミネート外装体は、収容部の周囲に配置され、ラミネートシートを折り曲げた折曲部を有する。上述した図２で説明したように、第一収容部１２１および第二収容部１２２の間に位置する折曲予定部Ｓ１´（例えば区画部１２４の中心線）に沿って、ラミネートシート１２´を折り曲げる。これにより、図１に示すような折曲部Ｓ１が得られる。

【0019】

図１に示すように、折曲部Ｓ１は、平面視上、方向Ｘに沿って配置された直線部Ｓ１１を有する。方向Ｘは、電池の長手方向であってもよく、電池の短手方向であってもよい。また、折曲部Ｓ１は、方向Ｘに直交する方向Ｙにおいて、直線部Ｓ１１よりも外側に位置する角部Ｓ１２を有する。角部Ｓ１２は、直線部Ｓ１１を基準として、収容部１３０とは反対側に位置している。図１における角部Ｓ１２は、方向Ｙにおいて、直線部Ｓ１１から幅Ｗ５の距離で離れている。Ｗ５は、通常、後述するＷ４の半分以下である。また、図１に示すように、角部Ｓ１２は、シール部１２３の端部に該当していてもよい。

【0020】

また、図１に示すように、折曲部Ｓ１は、直線部Ｓ１１および角部Ｓ１２の間に配置された中間部Ｓ１３を有する。さらに、中間部Ｓ１３は、平面視上、曲線形状を有する。図１（Ｃ）に示すように、直線部Ｓ１１における角部Ｓ１２側の端部（折れ端Ｑ１）と、角部Ｓ１２の直線部Ｓ１１側の端部（折れ端Ｑ２）とを結ぶ直線をＬとした場合に、中間部Ｓ１３の変曲点は、直線Ｌよりもシール部１２３側に位置していてもよい。角部Ｓ１２の直線部Ｓ１１側の端部（折れ端Ｑ２）における中間部Ｓ１３の接線の角度をθ_１とした場合、θ_１は、例えば４５°以上であることが好ましい。

【0021】

（２）シール部
本開示におけるラミネート外装体は、収容部の周囲に配置されたシール部を有する。収容部の平面視形状が矩形である場合、シール部は、折曲部が形成された辺を除く三辺に形成される。また、シール部では、ラミネート外装体の内層同士が熱融着されており、これにより、発電要素をラミネート外装体の外部から隔離している。

【0022】

（３）収容部
本開示におけるラミネート外装体は、発電要素を収容する収容部を有する。収容部は、シール部を基準にして、厚さ方向の一方向側に空間を有する第一収容部と、他方向側に空間を有する第二収容部と、を備える。このような収容部は、第一収容部および第二収容部を有するラミネートシートを用い、第一収容部および第二収容部が対向するように、ラミネートシートを折り曲げることにより、得ることができる。

【0023】

（４）ラミネートシート
本開示におけるラミネート外装体は、通常、１つのシートに２つの収容部（エンボス部）を設けたラミネートシートを用いて作製される。具体的に、ラミネートシートは、凹状に形成された第一収容部および第二収容部を備える。第一収容部および第二収容部は、平板状に形成されたラミネート外装体に対して、エンボス加工を行うことにより、得ることができる。

【0024】

第一収容部および第二収容部のそれぞれの深さの和は、発電要素の厚さに対応することが好ましい。なお、第一収容部および第二収容部の深さは、フランジ部（シール予定部）から、第一収容部および第二収容部のそれぞれの底面までの深さをいう。また、第一収容部の深さと第二収容部の深さは、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。

【0025】

また、ラミネートシートは、第一収容部および第二収容部の間に、区画部を有していてもよい。区画部は、電池の幅方向において、第一収容部と第二収容部とを区画する。区画部は、例えば、フランジ部（シール予定部）と同一の高さに位置する。例えば図２に示すように、区画部１２４の幅をＷ４とした場合、Ｗ４は、例えば、２ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

【0026】

第一収容部および第二収容部のそれぞれの幅（Ｗ１、Ｗ２）は、発電要素の幅（Ｗ３）より、小さいことが好ましい。曲線形状を有する中間部が得られやすくなるからである。Ｗ１またはＷ２と、Ｗ３との差は、Ｗ４に対して、例えば、０．４倍以上０．６倍以下である。

【0027】

ラミネートシートは、例えば、外層である耐熱性樹脂層と、中間層である金属箔層と、内層である熱融着樹脂層とを有する。耐熱性樹脂層は基材層として機能し、金属箔層はバリア層として機能し、熱融着樹脂層はシーラント層として機能する。耐熱性樹脂層に用いられる樹脂としては、例えば、ナイロン等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリアルキレンテレフタラートが挙げられる。金属箔層に用いられる金属材料としては、例えば、アルミニウム、ステンレス、チタン、ニッケル、銅が挙げられる。熱溶着性樹脂層に用いられる樹脂としては、例えば、酸変性ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレンが挙げられる。ラミネートシートを構成する各層の厚さは、特に限定されないが、例えば、１μｍ以上、１０００μｍ以下である。

【0028】

２．発電要素
発電要素は、単電池であってもよいが、２以上の単位電池が積層された積層電池であることが好ましい。積層電池は、モノポーラ型積層電池（並列接続型の積層電池）であってもよく、バイポーラ型積層電池（直列接続型の積層電池）であってもよい。積層電池に含まれる電池セルの数は、少なくとも２以上であり、３以上であってもよく、５以上であってもよく、１０以上であってもよい。一方、電池セルの数は、例えば２００以下である。

【0029】

３．電池
本開示における電池の種類は特に限定されないが、典型的には、リチウムイオン二次電池である。さらに、本開示における電池の用途は、特に限定されないが、例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、ガソリン自動車、ディーゼル自動車等の車両の電源が挙げられる。特に、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動用電源に用いられることが好ましい。また、本開示における電池は、車両以外の移動体（例えば、鉄道、船舶、航空機）の電源として用いられてもよく、情報処理装置等の電気製品の電源として用いられてもよい。

【0030】

本開示における電池は、例えば、以下のようにして製造することができる。本開示における電池の製造方法について、図３（Ａ）～（Ｄ）を用いて説明する。まず、ラミネートシート１２´の第一収容部１２１（または第二収容部１２２）に、発電要素１１を配置する（図３（Ａ）、（Ｂ））。この際、図３（Ｂ）に示すように、発電要素１１の幅方向の中心Ｃ１が、第一収容部１２１の幅方向の中心Ｃ２よりも、区画部１２４側に長さＺだけずれる位置に発電要素を配置する。Ｚは、例えば、Ｗ４の０．４倍以上０．６倍以下である。ラミネートシートが柔軟性を有することから、発電要素の幅方向の中心Ｃ１を区画部１２４側にずらして配置することで、ラミネートシートを発電要素の側面に密着させながら折り畳むことができる。

【0031】

次いで、第二収容部１２２（または第一収容部１２１）側を、折曲予定部Ｓ１´に沿って折り畳み、シール予定部１２３´同士を対向させ（（図３（Ｃ））、真空状態で、対向するシール予定部１２３´同士を熱融着させて、シール部１２３を形成する（（図３（Ｄ））。この折り畳みおよび封入の際に、折曲部Ｓ１に近い収容部の角部が、発電要素１１によって外側（図１（Ｃ）における点線矢印の方向）に引き延ばされることにより、曲線形状を有する中間部Ｓ１３が形成される。

【0032】

なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本開示における特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示における技術的範囲に包含される。

【実施例】

【0033】

（実施例）
図３（Ａ）～（Ｄ）に示すような工程を経て、発電要素をラミネートシートにより封止し、電池を作製した。ここで、ラミネートシートとして、第一収容部および第二収容部の幅（Ｗ１、Ｗ２）が発電要素の幅Ｗ３よりも区画部幅Ｗ４の１／２小さいサイズのものを用い、発電要素の幅方向の中心Ｃ１が、第一収容部の幅方向の中心Ｃ２よりも、区画部側に、区画部幅Ｗ４の１／２だけずれる位置に発電要素を配置した。得られた電池は、図１に示すように、直線部Ｓ１１および角部Ｓ１２の間に配置された中間部Ｓ１３が、平面視上、曲線形状を有していた。得られた電池を用い、以下のヒートサイクル試験を行った。

【0034】

（比較例）
ラミネートシートとして、第一収容部および第二収容部の幅（Ｗ１、Ｗ２）が発電要素の幅Ｗ３と同じサイズのものを用い、中心Ｃ１および中心Ｃ２を一致させたこと以外は、実施例と同様にして電池を得た。得られた電池は、図４に示すように、直線部Ｓ２１および角部Ｓ２２の間に配置された中間部Ｓ２３が、平面視上、直線形状を有していた。得られた電池を用い、以下のヒートサイクル試験を行った。

【0035】

［ヒートサイクル試験］
電池の充放電を模したヒートサイクル試験を表１に示す回数行い、ラミネート外装体の割れ（穴開き）の有無を観察した。結果を表１に示す。〇は割れ（穴開き）が無いことを示し、×は割れ（穴開き）が生じたことを示す。

【0036】

【表1】

【0037】

実施例で得られた電池は、５００回のヒートサイクル試験を行っても穴開きが生じなかったが、比較例で得られた電池は、１００回のヒートサイクル試験で折れ端が起点となり穴開きが生じた。

【符号の説明】

【0038】

１１ …発電要素
１２ …ラミネート外装体
１２１ …第一収容部
１２２ …第二収容部
１２３ …シール部
Ｓ１ …折曲部
Ｓ１１ …直線部
Ｓ１２ …角部
Ｓ１３ …中間部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】