JP2017134901A - 扁平型電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の扁平型電池では接着性テープで電極群の上下面を固定するので、上下面ではテープの厚みによって、テープが存在する部分と存在しない部分との間で電極群の積層方向に加わる力が不均一になり電極群に歪みが生じ、サイクル特性が低下する課題があった。【解決手段】表面に活物質層が形成された正極板41と負極板43とが対向するように積層して電極母群を形成する扁平型電池において、電極母群の側面に沿って正極板及び負極板を固定する固定フィルムを設け、また固定フィルムの幅は、電極母群の厚みとほぼ同じとし、さらに固定フィルムに開口部を設けた。【選択図】図1A

Description

本発明は、扁平型電池に関する。
電池は、金属箔の表面に合剤(活物質とバインダー剤との混合物)を設けて構成した正極の電極板(以下、「正極板」と表記する)及び負極の電極板(以下、「負極板」と表記する)を、セパレータを介して電気的に絶縁した状態で対向させ、その間に電解液を介在させる構造を有している。「正極板」と「負極板」とを対向させたものを一般的に「電極群」と呼び、この「電極群」を外装ケースに収納し、外装ケースと「電極群」とを電気的に接続することで一次又は二次電池として機能する。
近年、スマートホンのような薄型かつ高機能の情報端末が広く使用されるようになり、電気容量が大きい扁平型の一次、二次電池(以下、「扁平型電池」と表記する)に対する需要が高まっている。
電池容量の大きい扁平型電池を実現するためには正極板と負極板との対向面積を大きくする必要があり、正極板と負極板とを複数組対向させた電極群が広く用いられるが、対向させた正極板と負極板との相対位置がずれると電池容量の減少や充放電特性の低下等の問題が発生する。このため電極群をテープで固定する技術が公開されている。(例えば、特許文献1参照)
特許文献1に公開された技術は、複数の扁平丸形の正極板及び負極板を互い違いに積層して形成した電極群において、電極群の側面と上下面とを接着性テープで係止し、正極板及び負極板の位置のずれを防止し組立性の向上をはかるものである。
特開2011−081941号公報(第1頁、図1)
特許文献1に示された技術は、正極板及び負極板を互い違いに積層して形成した電極群の、側面と上下面とを接着性テープで係止するので、上下面ではテープの厚みによって、テープが存在する部分と存在しない部分との間で電極群の積層方向に加わる力が不均一になり電極群に歪みが生じる。具体的には電池群を電池ケースに収納して圧接により電池全体を組み立てる際に、また完成品電池を、例えば電子機器の電池収納場所に挿入する場合に、電池を抑える際の応力はテープが存在する領域では大きくなるので、電極群に不均一な応力が加わって電極間距離の不均一を生じ、電池のサイクル特性を低下させる。
本発明の目的は上記課題を解決するためにある。すなわち扁平型電池において正極板及び負極板を積層して形成した電極群の固定において外部からの応力に対しても電極群に不均一な応力が加わらず電極間距離の不均一を生じることがなく、サイクル特性に優れた扁平型電池を実現することである。
上記課題を解決するため本発明の扁平型電池は下記記載の構成を採用する。
本発明の扁平型電池は、表面に活物質層が形成された正極板と負極板とが対向するよう
に積層して電極母群を形成する扁平型電池において、電極群の側面に沿って正極板及び負極板を固定する固定フィルムを有することを特徴とする。
上記構成により、電極母群の側面に沿った部位にのみ固定フィルムが配設されるので電極母群の上下面に凹凸が生じない。よって扁平型電池の組み立てや実使用状態で応力が加わっても不均一な歪みが生じることがなくサイクル特性に優れた扁平型電池を提供する。
さらに固定フィルムの幅は、電極母群の厚みとほぼ同じであることが望ましい。
上記構成により、電極母群の側面の全領域が固定フィルムによって固定され、電極母群を構成する正極板及び負極板が位置ずれを生じることがないのでサイクル特性の低下を生じない。また電池組み立ての作業性が向上する。
さらに固定フィルムは、開口部を有していることが望ましい。
上記構成により、電解液は速やかに電極母群内部に流入するので電池組み立ての作業性が向上する。
さらに固定フィルムの幅は、前記電極母群の厚みより狭くてもよい。
上記構成により、電解液の流路が広がり、電解液が速やかに電極母群に流入するので電池組み立ての作業性が向上する。
さらに固定フィルムは、前記側面に複数回巻回されていることが望ましい。
上記構成により、電極群の側面の広い範囲が固定され、電極母群の固定が確実になり正極板及び負極板が位置ずれを生じることがなくサイクル特性の低下を生じない。
さらに固定フィルムは、前記側面の複数個所に設けられていることが望ましい。
上記構成により、必要な個所にのみ固定フィルムが設けることが可能なので固定フィルムの使用量を減じ扁平型電池の製作コストが低減する。また、さらに固定フィルムが無い個所は電解液の流路経路になるので、電解液の流入が促進され電池組み立ての作業性が向上する。
本発明によれば、電池に外部からの力が加わっても、電極群に不均一な応力が加わり電極間距離が不均一になることがなくサイクル特性に優れた扁平型電池を提供するとともに、電解液の注入工程の迅速化によって組み立て作業性が向上した扁平型電池の実現が可能となる。
本発明の第1実施形態における扁平型電池の電極群の平面図である。 本発明の第1実施形態における扁平型電池の電極群の断面図である。 本発明の第1実施形態における正極板の構造を示す平面図である。 本発明の第1実施形態における正極板の構造を示す断面図である。 本発明の第1実施形態における負極板の構造を示す平面図である。 本発明の第1実施形態における負極板の構造を示す断面図である。 本発明の第1実施形態における電極群の製造方法を示す平面図である。 本発明の第1実施形態における電極群の製造方法を示す平面図である。 本発明の第1実施形態における電極群の製造方法を示す平面図である。 本発明の第1実施形態における電極群の製造方法を示す平面図である。 本発明の第1実施形態における電極群の製造方法を示す断面図である。 本発明の第1実施形態における電極群の外観を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態における電極母群の製造方法を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態における電極母群の外観を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態における扁平型電池の組立工程を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態における扁平型電池の組立工程を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態における扁平型電池の組立工程を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態における扁平型電池の組立工程を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態における扁平型電池の全体構造を示す断面図である。 本発明の第2実施形態における固定フィルムの構造を示す斜視図である。 本発明の第2実施形態における電極群の構造を示す斜視図である。 本発明の第2実施形態における電極母群の構造を示す斜視図である。 本発明の第3実施形態における固定フィルムの構造を示す斜視図である。 本発明の第3実施形態における固定フィルムの構造を示す斜視図である。 本発明の第3実施形態における電極母群の構造を示す斜視図である。 本発明の第4実施形態における電極群の構造を示す斜視図である。 本発明の第4実施形態における固定フィルムの構造を示す斜視図である。 本発明の第4実施形態における電極母群の構造を示す斜視図である。
本発明は、正極板と電極板とを積層して形成した電極群の固定に関するもので、電極群の側面に沿って、固定フィルムを設けることによって、組み立て工程あるいは実使用状態において、電極群の上下面にストレスが印加した場合でも電極群にひずみを生じることなく、また実使用において外部から力が加わっても電極群に不均一な機械的ストレスが加わらない様にして、電池としてのサイクル特性や生産性を向上した扁平型電池を実現するものである。
以下、本発明の扁平型電池の実施形態を説明する。
本発明における正極板又は負極板の形状は、各々複数の同形状の正極側の電極部(以下、「正極電極部」と表記する)又は負極側の電極部(以下、「負極電極部」と表記する)を、細長い帯状の連結部によって連結した帯板状の構造である。また以降の説明において「正極電極部」又は「負極電極部」を、単に「電極部」と表現することがあり、「正極板」又は「負極板」を、総称して「電極板」と表現することがある。
なお詳細は後述するが、本発明において「電極群」とは、正極板と負極板とを積層して形成した「電極母群」の側面に固定フィルムを貼付し固定したもの、と定義する。
[第1実施形態]
[第1実施形態の説明:図1〜図6]
以下図面により扁平型電池の第1実施形態について説明する。
図1〜図6は第1実施形態に関し、図1は本発明の第1実施形態における扁平型電池1の電極群の構造を示す平面図及び断面図、図2は図1に示す電極群を構成する正極板及び負極板の構造を示す平面図及び断面図、図3は図1に示す電極群の製造方法を示す平面図、図4は図3に続く電極群の製造方法及び完成した電極群を示す平面図及び断面図及び斜視図、図5は図4に示す電極群を用いて扁平型電池を組み立てる工程を示す斜視図、図6は本発明の第1実施形態における扁平型電池の全体構造を示す断面図である。
図1を用い、第1実施形態における扁平型電池1の主要な要素である電極群50の構造を説明する。図1Aは電極群50の構造を示す平面図であり、図1Bは、図1Aに示す電極群50のA−A´断面図である。
図1A及び図1Bに示す様に、電極群50は電極母群45と固定フィルム60とから構成される。固定フィルム60は電極母群45の側面に沿って貼付され、電極母群45を固定する。図1Aに示す様に電極母群45は後述する正極板と負極板とが九十九折りで重ねられ形成された積層体であって、平面視では正8角形の形状である。
また固定フィルム60は、厚み200μmのポリエチレンテープの片面に粘着性アクリル材を塗付して形成され、電極群50を固定するため、電極群50の全周囲に巻き回され、図1Aの合わせ面Jの位置で貼り合わされている。以上の説明の様に、電極母群45は、電極母群45の側面に沿って貼付された固定フィルム60によって固定される。
図1Bに示す様に、電極母群45は正極板41と負極板43とを、九十九折りとして知られている方法で交互に積層して形成されている。図1Bには、図1Aに示す電極群50のA−A’断面上の、正極板41の連結部41rが図示されている。
[第1実施形態における正極板の構造説明:図2A〜図2B]
次に図2を用いて電極母群45の形成方法を説明する。図2Aは電極母群45を形成する正極板41の構造を説明する平面図で、図2Bは、図2Aに示す正極板41の中央部の断面図である。
図2Aに示す様に、正極板41は、平面視で正8角形の4枚の正極電極部411〜414を3箇所の連結部41rで結合して形成されている。4枚の正極電極部411〜414のうち、端部に配置されている正極電極部411と正極電極部414を除いた正極電極部412、413はそれぞれ連結部を2つ備えている。なお、正極板41は電解液を含浸させたセパレータに包まれているが、本発明に直接関係しないので省略している。
図2Bに示す様に、正極板41は、アルミニウムを用いた正極箔41mの、連結部41rと正極電極部414の一方の面を除き、両面に正極側の活物質層41kを形成している。活物質層41kは正極活物質と導電剤及びバインダー剤との混合物である。なお正極電極部414の一方の面に活物質層41kを形成しない理由は、扁平型電池1の組み立てにおいて、正極板41と正極側の外装ケースとを電気的に接続するためである。
[第1実施形態における負極板の構造説明:図2C〜図2D]
図2Cは電極母群45を形成する負極板43の構造を説明する平面図、図2Dは、図2Cに示す負極板43の中央部の断面図である。図2Cに示す様に、負極板43は、平面視で正8角形の4枚の負極電極部431〜434を3箇所の連結部43rで結合して形成されている。
図2Dに示す様に、負極板43は、銅を用いた負極箔43mの、連結部43rと負極電極部431の一方の面を除き、両面に負極側の活物質層43kを形成している。活物質層43kは、負極活物質と導電剤及びバインダー剤との混合物である。
なお負極電極部431の一方の面は活物質層43kを形成しない理由は、扁平型電池1の組み立てにおいて、負極板43と負極側の外装ケースである封口ケースとを電気的に接続するためである。
[第1実施形態における電極群50の製造方法の説明:図3A〜図4E]
次に図3A〜図4Eを用いて電極母群45の形成方法を説明する。図3A〜図3Cは、正極板41及び負極板43の九十九折りによる電極母群45の形成工程を示す平面図である。
まず図3Aに示す様に、負極板43の負極電極部431の上に、正極板41の正極電極部411を重ねる。
次に負極板43の連結部43rと直角に交わる折り曲げ線B1を規定する。そして折り曲げ線B1を谷にして、矢印F1の方向に、負極板43を折り畳む。これにより正極板41の正極電極部411の上に、負極板43の負極電極部432が重なる。すなわち図3Bに示す状態となる。
次に図3Bに示す様に、正極板41の連結部41rと直角に交わる折り曲げ線B2を規定する。そして折り曲げ線B2を谷にして、矢印F2の方向に、正極板41を折り畳む。これにより負極板43の負極電極部432の上に、正極板41の正極電極部412が重なる。すなわち図3Cに示す状態となる。
次に図3Cに示す様に、負極板43の連結部43rと直角に交わる折り曲げ線B3を規定する。そして折り曲げ線B3を谷にして、矢印F3の方向に、負極板43を折り畳む。これにより正極板41の正極電極部412の上に、負極板43の負極電極部433が重なる。
さらに以上の折り畳み工程を3回繰り返し、正極板41と負極板43とを交互に折り畳み図4Aに示す電極母群45を形成する。詳細は以上の工程と同様なので説明は省略する。
図4A〜図4Eを用いて、以上述べた工程後の、電極群50の前段階である電極母群45の構造と、電極群50の形成工程を説明する。図4Aは完成した電極母群45の平面図、図4Bは図4AのG−G´断面、図4Cは完成した電極母群45の斜視図、図4Dは電極母群45に固定フィルム60を貼付し電解液Sを注入する工程を示す斜視図、図4Eは完成した電極群50の斜視図である。
図4Aに示す様に電極母群45は正8角形の形状であり、側面に連結部41rと連結部43rとを有している。
図4Bに示す様に電極母群45の層の構成は、平面視で最下層は負極板43の負極電極部431であり、その上に正極板41の正極電極部411が積層され、以降この積層が3回繰り返されて正極側及び負極側の電極部の対が4層形成され、正極板41の連結部41rは正極電極部411と正極電極部412とを、さらに正極電極部412と正極電極部413とを、さらに正極電極部413と正極電極部414とを連結し、電極母群45の平面視で最上層は正極電極部414の、活物質層41kを形成していない面である。
図4Cに示す様に、電極母群45の最大幅Dは20mm、厚みHは1.8mmであり、電極母群45の最上層は正極板41の正極電極部411であって、最下層は負極板43の負極電極部431である。
次に図4Dに示す様に、ディスペンサKを用いて電極母群45に電解液Sを注入する。なお正極板41は電解液を含浸したセパレータで包まれているので基本的には電解液の注入は不要であり、ここでの注入は蒸発した電解液の補充を行うためである。
次に図4Dに示す様に、電極母群45の厚みHと同寸法の幅Hを有し、電極母群45の側面の全範囲を覆う長さを有する固定フィルム60を、電極母群45の側面に貼付する。
図4Eに示す様に、電極母群45の側面に電極母群45の側面と同寸法の幅を有する固定フィルム60が貼付され、電極群50が完成する。図4Eに示す様に、固定フィルム60は、合わせ面Jにおいてその端部が過不足なく接合することが望ましい。
[電極群50の電池ケースへの組み込みの説明:図5A〜図5D]
次に図5A〜図5Dを用いて完成した電極群50をケースへ組み込む工程を説明する。図5A〜図5Dは、正極側の外部端子である外装ケース(正極側の外装ケース)10と負極側の外部端子である封口ケース(負極側の外装ケース)30とガスケット20と、電極群50とを組み立てる方法を説明する斜視図である。
図5A〜図5Dに示す様に封口ケース30に電極群50を収納し、必要に応じ電解液を注入し、電極群50の負極板431と封口ケース30とを、また正極板414と外装ケース10とを、ガスケット20を介して各々押接法により電気的に接続し、扁平型電池1が完成する。
[第1実施形態の扁平型電池1の全体構造の説明:図6]
図6を用いて扁平型電池1の全体構造を説明する。図6は扁平型電池1の電池中央部の断面図である。図6に示すように、扁平型電池1は正極側の外部端子である外装ケース10と負極側の外部端子である封口ケース30の中に、正極板41と負極板43とを4層に積層して形成した電極母群45の側面に固定フィルム60を貼付し形成した電極群50を、ガスケット20を介して封入している。
[第1実施形態の扁平型電池の効果:図5C]
次に、図5Cを用いて、第1実施形態の扁平型電池1の効果を説明する。
図5Cに示す様に固定フィルム60は電極母群45の側面を全面覆い、かつ電極母群45の平面視で上面には固定フィルム60が存在しないので、外装ケース10及び封口ケース30とガスケット20とで電極群50を封入した際に、電極群50には不均一な偏った応力が加わらない。
したがって電極群50には、電極間距離を不均一にして電池のサイクル特性を悪化させる歪みが生じることがなく、かつ電極群50の側面が全てにわたって固定されるので、電極板の位置ずれによって生じる電池寿命の低下といった問題も発生せず、特性や信頼性に優れた扁平型電池が実現する。
[第2実施形態]
第2実施形態は、第1実施形態における固定フィルム60に開口部を設けたものである。その他の要素や構造は第1実施形態と同じである。
[第2実施形態の説明:図7A〜図7C]
図7A〜図7Cを用いて、第2実施形態の扁平型電池1の構造を説明する。第2実施形態における偏平型電池1は、図7Aに示す固定フィルム60に開口部を設けたものを固定フィルム61として図7Bに示す電極母群45の側面に貼付することによって図7Cに示すように電極母群45を固定する。本実施形態では開口部は各々丸穴状で、固定フィルム61の幅に千鳥状に複数個並べ、固定フィルム61の長さに沿って全面に配列してある。
本実施形態では、固定フィルム61の強度を低下させず開口部の開口面積を大きくするため、複数の丸穴を千鳥状に並べた形状としたが、開口部の形状や大きさは本実施形態に
限るものではなく、他の長方形や矩形の開口部を並べたものであっても、また開口部を網の目状に形成しても良い。
[第2実施形態の効果の説明:図7C]
図7Cを用いて第2実施形態の効果を説明する。第2実施形態における偏平型電池1の効果は、固定フィルム61が複数の丸穴状の開口部を備えているので、開口部が流路となり、電解液の電極母群45への注入を速やかに行えることである。また、固定フィルム61で電極母群45を固定した後に電解液の注入を行うことも可能となる。電解液の注入が促進されれば、電解液の補充不足も生じ難くなり電池の特性向上につながる。また組立工程における工数の圧縮につながり扁平型電池の生産性が向上する。
[第3実施形態]
第3実施形態は、第1実施形態における固定フィルム60の幅を狭めて形成した固定フィルム62を複数本用い、電極母群45を固定するものである。その他の要素や構造は第1実施形態と同じである。
[第3実施形態の説明:図8A〜図8C]
図8A〜図8Cを用いて、第3実施形態の扁平型電池1の構造を説明する。第2実施形態における偏平型電池1は、固定フィルム60の幅を狭めたものを図8Aに示す固定フィルム62として4本用い、図7Bに示す電極母群45の側面に貼付する。1本は電極母群45の一方の面近く、2本目は電極母群45の他方の面近くを水平に固定し、さらに3本目と4本目の固定フィルム62で、電極母群45の側面を、たすき掛けの様に固定して、図8Cに示すように電極母群45を固定し、電極群50Tを形成する。固定フィルム62の幅は本実施形態では、電極母群45の厚みの1/6程度すなわち略300μmであるが、他の寸法幅でも良い。
図8A〜図8Cでは、複数の固定フィルム62を電極母群45の側面に貼付した例を説明したが、1本の帯状固定フィルムを複数回巻回して図8Cに示すような電極群50Tを形成しても良い。
[第3実施形態の効果の説明:図8C]
図8Cを用いて、第3実施形態の扁平型電池1の効果を説明する。図8Cに示す様に、第3実施形態における偏平型電池1の効果は、固定フィルム62によって電極母群45の側面が全て覆われていない構造となり、固定フィルム62で覆われていない部分が電解液の流路となるため、第2実施形態と比較して流路を大きくすることができ、電解液の注入工程において電解液の電極母群45へ注入がさらに促進されることである。
[第4実施形態]
第4実施形態は、第1実施形態における固定フィルム60の長さを短くして形成した固定フィルム63を複数枚用いるものである。その他の要素や構造は第1実施形態と同じである。
[第4実施形態の説明:図9A〜図9C]
まず図9A〜図9Cを用いて第4実施形態における偏平型電池1の電極母群45Mの構造を説明する。図9Aに示す様に、第4実施形態における偏平型電池1は、接続部43pを有する複数の負極電極部431m〜434mからなる枚葉負極板と、接続部41pを有する複数の正極電極部411m〜414mからなる枚葉正極板とが交互に積層され、各々接続部43pと接続部41pとが、接続電極50cによって結合された電極母群45Mを用いている。他の要素及び構造は第1実施形態と同様である。
次に第4実施形態における偏平型電池1の電極群50Mの構造を説明する。図9Bに示
す様に、本実施形態においては、固定フィルム63により、電極群45Mの、接続部41p及び接続部43pを含まない2個所の側面を固定する。固定フィルム63は、電極母群45Mの厚みに等しい幅を有し、2枚の固定フィルム63で電極母群45Mの2個所の側面を固定する。
なお本実施形態では、2枚の固定フィルム63は、電極母群45Mの正8角形の3辺に沿って貼付されているが、例えば6枚の固定フィルム63を電極母群45Mの6辺に沿って個別に貼付しても良い。
[第4実施形態の効果の説明:図9C]
図9Cを用いて、第3実施形態の扁平型電池1の効果を説明する。図9Cに示す様に、第4実施形態における偏平型電池1の効果は、電解液の注入や補充において、固定フィルム63が貼付されていない部分から電解液の注入がさらに促進され、また固定フィルムの使用量を減らすことができるので扁平型電池1の製作コストが低減することである。電解液の注入促進による効果については第2及び第3実施形態と同様なので説明は省略する。
1、2 扁平型電池
10 外装ケース
20 ガスケット
30 封口ケース
45、45A、45T 電極母群
50、50A 電極群
50c 接続電極
41、41A 正極板
411〜414 正極電極部
41r 連結部
41m 金属箔
41k 活物質層
43、43A 負極板
431〜434 負極電極部
43r 連結部
43m 金属箔
43k 活物質層
60、61、62、64、65 固定フィルム
J 合わせ面
K ディスペンサ

Claims (6)

  1. 表面に活物質層が形成された正極板と負極板とが対向するように積層して電極母群を形成する扁平型電池において、
    前記電極母群の側面に沿って前記正極板及び前記負極板を固定する固定フィルムを有する
    ことを特徴とする扁平型電池。
  2. 前記固定フィルムの幅は、前記電極母群の厚みとほぼ同じである
    ことを特徴とする請求項1に記載の扁平型電池。
  3. 前記固定フィルムは、開口部を有している
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の扁平型電池。
  4. 前記固定フィルムの幅は、前記電極母群の厚みより狭い
    ことを特徴とする請求項1に記載の扁平型電池。
  5. 前記固定フィルムは、前記側面に複数回巻回されている
    ことを特徴とする請求項4に記載の扁平型電池。
  6. 前記固定フィルムは、前記側面の複数個所に設けられている
    ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一つに記載の扁平型電池。
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