(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】2024-09-19
(45)【発行日】2024-09-30
(54)【発明の名称】パッケージ構造と電池セル
(51)【国際特許分類】
H01M 50/105 20210101AFI20240920BHJP
H01M 50/133 20210101ALI20240920BHJP
H01M 50/131 20210101ALI20240920BHJP
H01M 50/184 20210101ALI20240920BHJP
H01M 50/178 20210101ALI20240920BHJP
B65D 85/86 20060101ALI20240920BHJP
【FI】
H01M50/105
H01M50/133
H01M50/131
H01M50/184 C
H01M50/178
B65D85/86
(21)【出願番号】P 2021515117
(86)(22)【出願日】2020-03-30
(86)【国際出願番号】 CN2020082122
(87)【国際公開番号】W WO2021195856
(87)【国際公開日】2021-10-07
【審査請求日】2021-03-18
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】513054978
【氏名又は名称】寧徳新能源科技有限公司
【氏名又は名称原語表記】Ningde Amperex Technology Limited
【住所又は居所原語表記】No.1 Xingang Road, Zhangwan Town, Jiaocheng District, Ningde City, Fujian Province, 352100, People’s Republic of China
(74)【代理人】
【識別番号】110002262
【氏名又は名称】TRY国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】劉 瑩
【審査官】小川 進
(56)【参考文献】
【文献】特開2017-118017(JP,A)
【文献】特表2018-506832(JP,A)
【文献】中国特許出願公開第108428814(CN,A)
【文献】国際公開第2017/177358(WO,A1)
【文献】特開2008-041494(JP,A)
【文献】特開平04-319253(JP,A)
【文献】国際公開第2019/196073(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 50/105
H01M 50/133
H01M 50/131
H01M 50/178
H01M 50/184
B65D 85/86
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電極アセンブリを収容するための収容部と、封止部とを備えたパッケージ構造であって、
前記収容部は、第1表面と、第2表面とを含み、前記パッケージ構造の厚さ方向に沿って、前記第1表面と前記第2表面は対向するように配置されており、
前記封止部は、前記収容部の側面に設けられ、且つ前記第1表面に対して平行であり、
前記封止部は、前記パッケージ構造の幅方向に沿って、前記収容部の側面から外側へ張り出し、
前記パッケージ構造は封止材をさらに備え、
前記封止部は上面と下面を含み、前記封止材は前記上面と前記下面に設けられ、且つ前記封止部の切欠き端部を包み、
前記封止部の幅は2mm未満であり、前記収容部の厚さは2mm未満であり、
前記封止部は、前記第1表面に平行な第1折り畳み層及び第2折り畳み層を含み、前記第1折り畳み層の第1端は、前記収容部の側面と接続されており、前記第1折り畳み層の第2端は、1つの接続面を介して前記第2折り畳み層と接続されていることを特徴とするパッケージ構造。
【請求項2】
前記封止材は、ラミネートまたはテープであることを特徴とする請求項1に記載のパッケージ構造。
【請求項3】
前記第1折り畳み層と前記第2折り畳み層は、互いに間隔をあけて設けられることを特徴とする請求項1に記載のパッケージ構造。
【請求項4】
前記収容部の側面と前記第2折り畳み層の端部との間には、第1封止材が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のパッケージ構造。
【請求項5】
前記第1折り畳み層と前記第2折り畳み層との間には、第2封止材が設けられていることを特徴とする請求項4に記載のパッケージ構造。
【請求項6】
前記第1折り畳み層と前記第2折り畳み層は、1つの封止材により包まれていることを特徴とする請求項1に記載のパッケージ構造。
【請求項7】
前記パッケージ構造の幅方向に沿って、前記第1折り畳み層の幅は、前記第2折り畳み層の幅よりも大きいかまたは前記第2折り畳み層の幅に等しいことを特徴とする請求項1に記載のパッケージ構造。
【請求項8】
前記封止部は、前記第1表面と整合するかまたは前記第1表面と前記第2表面との間に位置する請求項1に記載のパッケージ構造。
【請求項9】
前記収容部の長さ、幅及び厚さの比は、(10~250):(10~250):(0.3~2.0)であることを特徴とする請求項1に記載のパッケージ構造。
【請求項10】
前記パッケージ構造の厚さ方向に沿って、前記封止部の厚さは、前記収容部の厚さより小さいことを特徴とする請求項1に記載のパッケージ構造。
【請求項11】
電極アセンブリと、請求項1~10の何れか一項に記載のパッケージ構造と、を備え、
前記電極アセンブリは、第1極片、第2極片、及び前記第1極片と前記第2極片との間に設けられた分離膜を含み、
前記電極アセンブリは、前記パッケージ構造の収容部に収容されることを特徴とする電池セル。
【請求項12】
前記電池セルは、タブをさらに備え、前記タブは、前記第1極片に接続され、且つ前記パッケージ構造の長さ方向に沿って、前記収容部の第1端から張り出すことを特徴とする請求項11に記載の電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は電池の分野に関し、特にパッケージ構造とこのパッケージ構造を有する電池セルに関する。
【背景技術】
【0002】
電池の製造において、電池セルの腐食や電池セルが外部から短絡することを防止するために、電池パッケージ構造のエッジシールを密封することにより、アルミニウム層の漏れを防止する必要がある。スマートフォンやタブレットなどの携帯用電子製品の小型化が進むにつれて、電池は製品に占めるスペースが益々小さくなり、超薄型の電池セルの開発と使用がトレンドとなっている。
【0003】
現在の電池パッケージ構造の密封方式は、エッジシールを折り畳んでパッケージ本体の側面に貼り付けるものであるが、このようなパッケージ構造は一定の厚さを有する電池セルのみに適用され、薄型電池セルのパッケージに適用できない。そのため、どのように薄型電池をパッケージするかが緊急の問題となる。
【発明の概要】
【0004】
上記の状況を考慮して、パッケージ構造の電池セルの厚さに対する制限を解消して、超薄型電池セルの製造に適用するように、エッジシールをパッケージ本体の側面に貼り付ける必要のないパッケージ構造を提供する必要がある。また、本願は、このパッケージ構造を有する電池セルを提供する。
【0005】
本願発明に係るパッケージ構造は、収容部と封止部とを含み、前記収容部は、第1表面と第2表面とを備え、前記第1表面と前記第2表面は、前記パッケージ構造の厚さ方向に沿って対向するように配置されている。前記封止部は、前記収容部の側面に設けられ、且つ前記第1表面に対して平行である。このパッケージ構造の幅方向に沿って、前記封止部は、前記収容部の側面から外側に突出して延伸し、前記パッケージ構造は、前記封止部の端部に設けられた封止材をさらに備える。
【0006】
本発明の一態様によれば、前記封止材は、接着剤である。
【0007】
本発明の一態様によれば、前記封止部は、前記第1表面に平行な第1折り畳み層及び第2折り畳み層を含み、前記第1折り畳み層の第1端は、前記収容部の側面と接続されており、前記第1折り畳み層の第2端は、1つの接続面を介して前記第2折り畳み層と接続されている。
【0008】
さらに、前記第1折り畳み層と前記第2折り畳み層は、互いに間隔をあけて設けられる。
【0009】
本発明の一態様によれば、前記収容部の側面と前記第2折り畳み層の端部との間には、第1封止材が設けられている。
【0010】
さらに、前記第1折り畳み層と前記第2折り畳み層との間には、第2封止材が設けられている。
【0011】
本発明の一態様によれば、前記第1折り畳み層と前記第2折り畳み層は、1つの封止材により包まれている。
【0012】
本発明の一態様によれば、前記パッケージ構造の幅方向に沿って、前記第1折り畳み層の幅は、前記第2折り畳み層の幅よりも大きいかまたは前記第2折り畳み層の幅に等しい。
【0013】
本発明の一態様によれば、前記収容部の厚さは2mmより小さい。
【0014】
本発明の一態様によれば、前記封止部は、前記第1表面と整合するかまたは前記第1表面と前記第2表面との間に位置する。
【0015】
本発明の一態様によれば、前記パッケージ構造の厚さ方向に沿って、前記封止部の厚さは、前記収容部の厚さよりも小さい。
【0016】
本願発明に係る電池セルは、電極アセンブリと上記何れか態様に記載のパッケージ構造を備え、前記電極アセンブリは、第1極片、第2極片、及び前記第1極片と前記第2極片との間に設けられた分離膜を含み、前記電極アセンブリは、前記パッケージ構造の収容部に収容される。
【0017】
さらに、前記電池セルは、タブをさらに備え、前記タブは、前記第1極片に接続され、且つ前記パッケージ構造の長さ方向に沿って、前記収容部の第1端から張り出す。
【0018】
上記のパッケージ構造は、封止部を第1表面に対して平行に設置し、且つ収容部の側面から外側へ突出させることにより、エッジシールをパッケージ本体の側面に貼り付ける必要がなく、パッケージ構造の電池セルの厚さに対する制限が解消され、超薄型電池セルの製造に適用するようになる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【
図1】パッケージ構造及び電池セルの第1実施形態での構成を示す図である。
【
図2】
図1に示されるパッケージ構造の底面とシール過程を示す図である。
【
図4】パッケージ構造及び電池セルの第2実施形態での構成を示す図である。
【
図5】
図1に示されるパッケージ構造の底面とシール過程を示す図である。
【
図7】パッケージ構造及び電池セルの第3実施形態での構成を示す図である。
【
図8】
図7に示されるパッケージ構造の底面とシール過程を示す図である。
【
図10】パッケージ構造及び電池セルの第4実施形態での構成を示す図である。
【
図11】
図10に示されるパッケージ構造の底面とシール過程を示す図である。
【
図13】
図10に示されるパッケージ構造の一変形例での構成を示す図である。
【
図14】パッケージ構造及び電池セルの第5実施形態での構成を示す図である。
【
図15】
図14に示されるパッケージ構造の底面とシール過程を示す図である。
【
図17】
図14に示されるパッケージ構造の一変形例での構成を示す図である。
【
図18】パッケージ構造の他の変形例での構成を示す図である。
【
図19】パッケージ構造の他の変形例での構成を示す図である。
【
図20】パッケージ構造の一比較例での構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下では、本発明の実施形態の図面に関連して、本願の実施形態における技術的な態様を明確にして、完全に説明する。説明した実施形態は、全ての実施形態ではなく、本願の一部の実施形態のみであることは明らかである。本願の実施例に基づいて、当業者は、創造的な労働がなされていない前提下で取得される他のすべての実施形態も、本願の保護範囲内に属する。
【0021】
1つの部品が他の部品に「固定される」と称される場合、それは直接に他の部品に存在してもよいし、他の要素を介由して固定されてもよい。また、1つの部品が他の部品に「接続される」と称される場合、それは直接に他の部品に接続されてもよいし、同時に中間媒体が存在してもよい。また、1つの部品が他の部品に「設けられる」と称される場合、それは直接に他の部品に設けられてもよいし、同時に中間媒体が存在してもよい。本明細書で使用される用語「垂直」、「水平」、「左」、「右」及びこれらに類似する表現は、説明の目的のためだけに使用される。別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語及び科学用語は、本願の技術分野に属する技術者が一般に理解する意味と同じである。本明細書で使用される用語は、具体的な実施形態を説明するためだけであり、本願を限定することを意味するものではない。本明細書で使用される用語「または/及び」は、1つまたは複数の関連する項目の任意及びすべての組み合わせを含む。
【0022】
本願の実施形態は、収容部及び封止部を備えたパッケージ構造を提供し、前記収容部は、第1表面と、第2表面とを含む。前記パッケージ構造の厚さ方向に沿って、第1表面と第2表面は、対向するように配置されている。封止部は、収容部の側面に設けられ、且つ第1表面に対して平行である。前記封止部は、前記パッケージ構造の幅方向に沿って前記収容部の側面から外側へ張り出している。
【0023】
上記のパッケージ構造は、封止部を第1表面に対して平行に設置し、且つ封止部を収容部の側面から外側へ突出させることにより、エッジシールをパッケージ本体の側面に貼り付ける必要がなく、パッケージ構造の電池セルの厚さに対する制限が解消され、超薄型電池セルの製造に適用するようになる。
【0024】
以下、本願の幾つかの実施形態を詳細に説明する。衝突しない場合には、下記の実施形態及び実施形態における特徴を組み合わせても良い。
【0025】
[第1実施形態]
図1、
図2及び
図3に示すように、第1実施形態では、パッケージ構造100は、収容部10と、封止部20とを備える。収容部10は、パッケージ構造100の厚さ方向(
図3の矢印Xが示す方向)に沿って対向するように配置された第1表面11と第2表面12とを含む。封止部20は、収容部10の側面に設けられ、封止部20は、第1表面11に対して平行である。パッケージ構造100の幅方向(
図3の矢印Yで示す方向)に沿って、封止部20は、収容部10の側面から外側に突出している。
【0026】
さらに、封止部20は、収容部10の側面に略垂直であり、パッケージ構造100の厚さ方向に沿って、封止部20の厚さは収容部10の厚さよりも小さい。パッケージ構造100は、封止部20の端部に設けられた封止材30をさらに備える。第1実施形態では、封止材30は接着剤であり、好ましくは、感光性接着剤であり、主な成分はエポキシ樹脂、ポリウレタンなどの接着性が強く、副反応のない脂質であり、紫外線の作用によって、感光性接着剤が速やかに硬化し、目標強度を達成することができる。封止材30は、封止部20の端部にディスペンサー、塗布等の方法により設けられることが可能である。
【0027】
さらに、感光性接着剤の中のエポキシ基によって、感光性接着剤は多様なタイプの固化剤と架橋反応が起こって、不溶、不融の三方向の網目構造を有する高分子重合体を形成することができる。この高分子重合体の安定性は、良好であり、感光性接着剤が封止材30としてより良い劣化防止性能、高温、耐腐食性を有するようにし、パッケージ構造100をより安定的にさせ、電池セル200の側面の保護に適用される。他の実施形態では、封止材30は、他のタイプの速硬性接着剤であってもよく、本願はこれに限定されない。
【0028】
シール過程において、先ず、封止部20を圧着して、そのエッジを精密に縁切りする。縁切りの幅は2mmより小さい。即ち、封止部20の幅は2mmより小さい。精密に縁切りされた後の封止部20の端部に封止材30を設けて、断面形状が略円形の円柱形長尺を形成する。封止部20の端部は、封止材30内に包まれているので、電池セル200のアルミエッジの外漏れを回避し、電池セル200の腐食または短絡を防止する。成形後の封止材30の断面半径は0.01~0.03mmであり、封止部20の幅と封止材30の幅との和は収容部10の厚さよりも小さい。極薄電池セルの寸法要求を満たすために、収容部10の厚さは2mm未満である。さらに、収容部10の長さ、幅、及び厚みの比は、(10~250):(10~250):(0.3~2.0)である。具体的には、収容部10の長さは40mm~160mmであることが好ましく、幅は20mm~230mmであることが好ましく、厚さは1.0mm~2.0mmであることが好ましい。
【0029】
封止部20は、収容部10の第1表面11と平行に設けられている。封止部20を電池セル200の本体と平行に設けることに相当する。これにより、電池セル200のバッファ領域を増やし、電池セル200の落下過程において、電池セルがコーナー位置で落下する時の安全性能を効果的に向上させた。
【0030】
第1実施形態では、2つの封止部20は、パッケージ構造の幅方向において、収容部10の両側に対称的に配置されている。封止部20は、第1表面11と第2表面12との間に位置する。
図18及び
図19に示すように、他の変形例において、封止部20は、第1表面11と略同一平面内に配置されている。このパッケージ構造100は、電池セル200の外面に包まれた包装体であってもよい。封止部20は、収容部10の側面から外側に向かって延びる。封止材30は、封止部20の端部の切欠きを包む。封止材30を収容部10の側面に近づけるように、封止部20をさらに折り畳むことができる。この場合、封止部20の全体は、依然として収容部10に対して平行である。即ち、封止部20の幅を小さくするとともに、封止部20の厚さが収容部10の厚さを超えないようにする。
【0031】
[第2実施形態]
図4、
図5及び
図6に示すように、第2実施形態に係るパッケージ構造100は、第1実施形態とほぼ同じであるが、封止部20が第1表面11に平行な第1折り畳み層21と第2折り畳み層22とを含む点で第1実施形態と異なっている。第1折り畳み層21の第1端211は、収容部10の側面と接続し、第1折り畳み層21の第2端212は、1つの接続面23を介して第2折り畳み層22と接続する。第1折り畳み層21と第2折り畳み層22は、精密に縁切りされた後の封止部20が180°折り曲げられることにより形成され、第1折り畳み層21と第2折り畳み層22は、いずれも収容部10の側面に対してほぼ垂直である。
【0032】
さらに、第1折り畳み層21と第2折り畳み層22は、互いに対して離間するように平行に設けられる。第2実施形態では、封止材30は、収容部10と第2折り畳み層22との間に設けられており、収容部10と第2折り畳み層22との間の接着性を保証して、パッケージ構造100を封止する。第2実施形態では、封止材30の断面は、略半円状の流体形態であり、第1折り畳み層21の第1端と第2折り畳み層22の端部とを同時に接着することができる。他の実施形態では、封止材30の断面は、他の形態であってもよく、本願はこれに限定されない。
【0033】
[第三実施形態]
図7、
図8及び
図9に示すように、第3実施形態に係るパッケージ構造100は、第2実施形態とほぼ同じであるが、封止材30が第1封止材31と第2封止材32とを含む点で第2実施形態と異なっている。収容部10の側面と第2折り畳み層22の端部との間には、第1封止材31が設けられている。第1折り畳み層21と第2折り畳み層22との間には、第2封止材32が挟み込まれている。本実施形態では、第1封止材31は、感光性接着剤であることが好ましい。第2封止材32は、ホットメルトであることが好ましい。第2封止材32は、収容部10の側面から外側に向かって延びており、第1折り畳み層21と第2折り畳み層22とを接着固定するために設けられている。第1封止材31は、収容部10と第2折り畳み層22とを接着して、封止部20の展開を防止するとともに、アルミ層の露出による腐食を防止するように縁切り部を密封している。
【0034】
第1封止材31の断面形状は略扇形であり、第2封止材32の厚さは、1mm±0.3mmであり、第2封止材32の幅は、封止部20が折り畳まれる前の幅の1/3~1/2である。さらに、第1封止材31、第2封止材32、第1折り畳み層21及び第2折り畳み層22の厚さの合計は、収容部10の厚さよりも小さい。
【0035】
さらに、第1封止材31の設置方法は、敷き詰めであり、収容部10の側面全体には、第1封止材31が設けられている。第2封止材32は、第1折り畳み層21と第2折り畳み層22とを接着するために、ディスペンサーまたは敷き詰めの形で封止部20における収容部10と連接する一端に設けられる。
【0036】
[第四実施形態]
図10、
図11及び
図12に示すように、第4実施形態に係るパッケージ構造100は、第2実施形態とほぼ同じであるが、第1折り畳み層21及び第2折り畳み層22が封止材30内に包含されている点で第2実施形態と異なっている。封止材30は、ラミネート、テープ等の材料であり、巻き付けられたり、被覆したりするように、封止部20の第1折り畳み層21及び第2折り畳み層22を覆っている。
【0037】
さらに、パッケージ構造100の幅方向において、第1折り畳み層21の幅は、第2折り畳み層22の幅より大きいか又はそれに等しい。具体的には、第2折り畳み層22の幅は、第1折り畳み層21の幅の1/3~1/2である。封止材30と第1折り畳み層21又は第2折り畳み層22との間には隙間がない。即ち、封止材30が封止部20の外側に密着しており、封止部20の接続面23を保護することに有利であり、封止部20の耐摩耗性を向上させる。一実施形態では、封止材30の幅は、2倍の第2折り畳み層22の幅よりも大きい必要があり、即ち封止材30は、第1折り畳み層21の下方と第2折り畳み層22の上方に同時に位置している。封止材30が封止部20を十分に拘束でき、封止部20が開くのを防止することを保証するために、封止材30の接着力は封止部20が開く張力よりも大きい必要がある。封止材30の長さは、封止部20の長さと同じであり、即ち、封止材30は、収容部10全体の側面を覆っている。
【0038】
図13に示すように、一変形例において、電池セル200は、巻き取り構造の電池セルであってもよく、収容部10内に設けられる。封止部20は、精密に縁切りされた後に、180°折り畳まれ、封止材30は、封止部20全体及び封止部20の切欠きを覆い、パッケージングプロセスを完了する。
【0039】
[第五実施形態]
図14、
図15及び
図16に示すように、第5実施形態に係るパッケージ構造100は、第1実施形態とほぼ同じであるが、封止材30がラミネート、テープなどの材料である点で第1実施形態と異なっている。封止材30は、封止部20の上面及び下面に貼り付けられ、且つ封止部20の切欠き端部を包む。さらに、封止材30の幅は、少なくとも封止部20の幅の半分である。
【0040】
図17に示すように、一変形例では、封止部20の切欠き端及び上下側面は封止材30により包まれるので、パッケージ構造100の側面の密封性と耐摩耗性が大幅に向上された。折り曲げプロセスに関与しないため、封止部20には折り目が開放するリスクがなく、ある程度で封止部20の安定性を向上させた。
【0041】
本願は、電極アセンブリと、上記の何れかの実施形態または実施形態の組み合せにおけるパッケージ構造100とを備える。前記電極アセンブリは、第1極片201、第2極片202、及び第1極片201と第2極片202との間に設けられた分離膜203を含む。第1極片201と第2極片202とは、極性が反対となっている。前記電極アセンブリは、第1極片201と、分離膜203と、第2極片202とにより巻き取られて形成される。前記電極アセンブリは、パッケージ構造100の収容部10内に収容される。電池セル200は、第1極片201と接続するタブ204がさらに備える。タブ204は、パッケージ構造100の長さ方向に沿って、収容部10の第1端13から張り出す。また、電池セル200は、極性が反対であるもう1つのタブ205を備えても良い。タブ205は、第2極片202と接続するために用いられ、収容部10から張り出している。
【0042】
[比較例]
図20に示すように、比較例において、パッケージ構造の実施形態は、第2実施形態と類似するが、比較例に係る封止部20は、封止部20が収容部10の側面に貼り付くように、180°折り畳まれた後にさらに90°折り畳まれている。封止部20は、収容部10の第1表面11に対して略垂直である。
【0043】
比較例におけるパッケージ構造は、2回折り畳む必要があり、製造過程の難易度が高く、設備の精度に対する要求が高い。しかも、従来技術の限界により、比較例のパッケージ構造は、厚みが2.3mmより大きい電池セルに適用され、厚みが2mmより小さい極薄電池セルのパッケージには適用できない。さらに、封止部20が収容部10の側辺に貼り付けられることにより、封止部20の幅が小さくなり、緩衝作用を発揮できず、電池セルの落下損傷のリスクを増やすことが容易となる。
【0044】
別の比較実施形態では、封止部20は、収容部10の側面に直接90°折り畳まれてもよく、180°折り畳む必要がなく、その後、粘着テープが封止部20全体を被覆し且つ収容部10の上下面に貼り付けられる。この場合、粘着テープが電池セルの全体的な厚さを増加させるため、超薄型の電池セルの製造には不利である。
【0045】
以上の実施形態は、本願の技術提案を説明するのみに用いられ、本願を制限するものではない。以上の好ましい実施形態を参照して本願を詳細に説明したが、当業者は、本願の技術案を修正又は均等に置換することで得られたものも、本願の技術案の精神と範囲から逸脱することがないと理解されるべきである。
【符号の説明】
【0046】
100 パッケージ構造
10 収容部
11 第1表面
12 第2表面
13 第1端
20 封止部
21 第1折り畳み層
211 第1端
212 第2端
22 第2折り畳み層
23 接続面
30 封止材
31 第1封止材
32 第2封止材
200 電池セル
201 第1極片
202 第2極片
203 分離膜
204,205 タブ