JP6964190B2 - 電池 - Google Patents

Description

本発明は、電池に関する。

近年、非水電解液二次電池、特に、リチウムイオン二次電池が開発されている。リチウムイオン二次電池は、正極、負極及びセパレータを含む積層体を有している。正極、負極及びセパレータは、正極と負極がセパレータによって隔てられるように積層されている。積層体は、外装材によって封止されている。

特許文献１には、外装材によって積層体を封止する方法の一例が記載されている。この例では、外装材は、２つの分離可能なフィルムを含んでいる。各フィルムには、凹部が形成されている。２つのフィルムは、各フィルムの凹部によって形成された空間内に積層体が収容されるように、互いに貼り合わされている。特許文献１には、積層体の周辺において、外装材に皺が形成されることが記載されている。

特開２００６−１８５７１３号公報

外装材によって積層体を封止する方法は、特許文献１に記載された例に限らず、特許文献１に記載された例とは異なる方法、例えば、外装材を積層体に沿って折り返すことも含む。本発明者は、外装材を積層体に沿って折り返すことを検討し、特に、外装材による積層体の収容空間を小さくすることを検討した。

本発明の目的は、外装材による積層体の収容空間を小さくすることにある。

本発明によれば、
第１電極、第２電極及びセパレータを含み、第１面と、前記第１面の反対側の第２面と、前記第１面と前記第２面の間にあって、第１リードが形成された第１側面と、前記第１側面に交わる第２側面と、前記第１側面の反対側の第３側面と、前記第２側面の反対側の第４側面と、前記第１側面と前記第２側面の間の第１角と、を有する積層体と、
前記積層体の前記第１面から前記第４側面を経由して前記第２面にかけて折り返されており、前記積層体の前記第１側面及び前記第２側面の外側で貼り合わされた第１部分及び第２部分と、を有する外装材と、
を含み、
前記外装材の前記第１部分及び前記第２部分は、前記積層体の前記第１角から延伸する第１歪みを有する、電池が提供される。

本発明によれば、外装材による積層体の収容空間を小さくすることができる。

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

実施形態に係る電池の斜視図である。 図１に示した電池の一部を拡大した平面図である。 図１及び図２に示した電池の製造方法の一例を説明するための図である。 図１及び図２に示した電池の製造方法の一例を説明するための図である。 図１及び図２に示した電池の製造方法の一例を説明するための図である。 図１及び図２に示した電池の製造方法の一例を説明するための図である。 図１及び図２に示した電池の製造方法の一例を説明するための図である。 図２の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、実施形態に係る電池１０の斜視図である。図２は、図１に示した電池１０の一部を拡大した平面図である。

図１を用いて、電池１０の概要を説明する。電池１０は、積層体１００及び外装材２００を含んでいる。積層体１００は、第１電極１１０、第２電極１２０及びセパレータ１３０を含んでいる。積層体１００は、第１面１０２ａ、第２面１０２ｂ、第１側面１０４ａ、第２側面１０４ｂ、第３側面１０４ｃ、第４側面１０４ｄ及び第１角１０６ａを有している。第２面１０２ｂは、第１面１０２ａの反対側にある。第１側面１０４ａは、第１面１０２ａと第２面１０２ｂの間にある。第１側面１０４ａには、第１リード１１２が形成されている。第２側面１０４ｂは、第１側面１０４ａに交わっている。第３側面１０４ｃは、第１側面１０４ａの反対側にある。第４側面１０４ｄは、第２側面１０４ｂの反対側にある。第１角１０６ａは、第１側面１０４ａと第２側面１０４ｂの間にある。外装材２００は、積層体１００の第１面１０２ａから第４側面１０４ｄを経由して第２面１０２ｂにかけて折り返されている。外装材２００は、第１部分２１０及び第２部分２２０を有している。第１部分２１０及び第２部分２２０は、積層体１００の第１側面１０４ａ及び第２側面１０４ｂの外側で貼り合わされている。外装材２００の第１部分２１０及び第２部分２２０は、歪み２０２ａ（第１歪み）を有している。歪み２０２ａは、積層体１００の第１角１０６ａから延伸している。

上述した構成によれば、外装材２００による積層体１００の収容空間を小さくすることができる。具体的には、上述した構成においては、外装材２００の第１部分２１０及び第２部分２２０は、歪み２０２ａを有している。歪み２０２ａは、外装材２００の第１部分２１０及び第２部分２２０を積層体１００の第２側面１０４ｂに近接した領域で貼り合わせた場合に、後述する隆起２０４ａ（例えば、図５）を解消するように外装材２００の第１部分２１０及び第２部分２２０が変形することで形成される。したがって、歪み２０２ａの存在は、積層体１００の第２側面１０４ｂに近接した領域で外装材２００の第１部分２１０及び第２部分２２０が貼り合わせられているとこと、すなわち、外装材２００による積層体１００の収容空間が小さくなっていることを示している。

図１に示す例では、積層体１００の第３側面１０４ｃには、第２リード１２２が形成されている。積層体１００は、第２角１０６ｂを有している。第２角１０６ｂは、第３側面１０４ｃと第２側面１０４ｂの間にある。外装材２００の第１部分２１０及び第２部分２２０は、積層体１００の第３側面１０４ｃの外側で貼り合わされている。外装材２００の第１部分２１０及び第２部分２２０は、歪み２０２ｂ（第２歪み）を有している。歪み２０２ｂは、積層体１００の第２角１０６ｂから延伸している。

他の例において、第１リード１１２及び第２リード１２２の双方が、積層体１００の共通の面、例えば、第１側面１０４ａ又は第３側面１０４ｃに形成されていてもよい。第１リード１１２及び第２リード１２２の双方が第１側面１０４ａに形成されている場合、第１部分２１０及び第２部分２２０は、積層体１００の第１側面１０４ａ及び第２側面１０４ｂの外側で貼り合わされ、歪み２０２ａを有する。

図１を用いて、積層体１００の詳細を説明する。

積層体１００は、第１電極１１０、第２電極１２０及びセパレータ１３０を含んでいる。第１電極１１０及び第２電極１２０は、互いに異なる極性を有しており、それぞれ、正極及び負極であってもよいし、又は、それぞれ、負極及び正極であってもよい。第１電極１１０、第２電極１２０及びセパレータ１３０は、第１電極１１０と第２電極１２０がセパレータ１３０によって隔てられるように第１面１０２ａから第２面１０２ｂにかけて積層されている。積層体１００は、複数の第１電極１１０及び複数の第２電極１２０を含んでいてもよい。この場合、隣り合う第１電極１１０と第２電極１２０がセパレータ１３０によって隔てられる。

積層体１００は、実質的に直方体の形状を有している。積層体１００は、第１面１０２ａと第２面１０２ｂの間に厚さを有しており、第１側面１０４ａと第３側面１０４ｃの間に長さを有しており、第２側面１０４ｂと第４側面１０４ｄの間に幅を有している。

図１に示す例では、積層体１００の長さ（第１側面１０４ａと第３側面１０４ｃの間）は、積層体１００の幅（第２側面１０４ｂと第４側面１０４ｄの間）よりも大きくなっている。幅に対する長さの比が大きいと、積層体１００の第２側面１０４ｂ又は第４側面１０４ｄが下方を向くように積層体１００を載置しやすくなる。積層体１００の第２側面１０４ｂ又は第４側面１０４ｄが下方を向くように積層体１００を安定的に載置させるため、上述した比は例えば２．０超にすることができる。

積層体１００の第１側面１０４ａからは、第１リード１１２が突出している。第１リード１１２は、積層体１００の第１電極１１０に電気的に接続している。

積層体１００の第２側面１０４ｂからは、第２リード１２２が突出している。第２リード１２２は、積層体１００の第２電極１２０に電気的に接続している。

後述するように、本実施形態は、第１面１０２ａと第２面１０２ｂの間の厚さが大きい場合に特に有意義である。積層体１００は、第１面１０２ａと第２面１０２ｂの間に、例えば、５．０ｍｍ以上、７．５ｍｍ以上又は１０．０ｍｍ以上の厚さを有することができる。

図１を用いて、外装材２００の詳細を説明する。

外装材２００は、積層体１００を収容するための空間を画定している。外装材２００のこの空間には、積層体１００及び電解液が収容される。このようにして、外装材２００は、積層体１００を封止している。

図１に示す例において、外装材２００による積層体１００の収容空間は、エンボスによって形成されていない。外装材２００は、積層体１００を包むように、積層体１００の第１面１０２ａと第４側面１０４ｄの間の角及び第２面１０２ｂと第４側面１０４ｄの間の角に沿って折り曲げられている。さらに、外装材２００は、積層体１００の第４側面１０４ｄに沿って延伸する部分を含んでいる。一般に、深さの大きい凹みを形成するためのエンボスには、複雑な技術が必要となる。したがって、積層体１００の厚さが大きいほど、外装材２００による積層体１００の収容空間をエンボスによって形成するためには複雑な技術が必要になる。これに対して本実施形態では、エンボスを用いる必要がない。したがって、積層体１００の厚さが大きくても、外装材２００による積層体１００の収容空間を容易に形成することができる。

図１及び図２を用いて、外装材２００の歪み２０２ａの詳細を説明する。

歪み２０２ａは、積層体１００の第１角１０６ａから外装材２００の縁（積層体１００の第１側面１０４ａに沿った縁）にかけて延伸している。外装材２００の断面において、歪み２０２ａにおける外装材２００の第１部分２１０及び第２部分２２０は、凸状に湾曲している。歪み２０２ｂも、歪み２０２ａと同様の形状を有している。

図３から図７は、図１及び図２に示した電池１０の製造方法の一例を説明するための図である。

まず、図３に示すように、積層体１００の第１面１０２ａ（図１）から第４側面１０４ｄを経由して第２面１０２ｂ（図１）にかけて外装材２００を折り返す。このようにして、外装材２００のうちの第１部分２１０及び第２部分２２０を積層体１００の第１側面１０４ａ、第２側面１０４ｂ及び第３側面１０４ｃの外側で重ね合わせる。

次いで、図４に示すように、第１領域２３２において外装材２００の第１部分２１０及び第２部分２２０を貼り合わせる。第１領域２３２は、積層体１００の第１側面１０４ａに沿っている。

第１領域２３２における第１部分２１０及び第２部分２２０の貼り合わせによって、隆起２０４ａ（第１隆起）が第１部分２１０に形成される。隆起２０４ａは、第１角１０６ａから第１領域２３２にかけて延伸している。隆起２０４ａの幅は、第１角１０６ａから遠ざかるほど狭くなっている。隆起２０４ａは、積層体１００の第１角１０６ａから外装材２００の第１領域２３２にかけて第１部分２１０と第２部分２２０の間の間隔が狭くなることで外装材２００に生じる歪みに起因している。

第１領域２３２における第１部分２１０及び第２部分２２０の貼り合わせによって、第１部分２１０の隆起２０４ａと同様にして、第２部分２２０にも隆起２０４ａの反対側に隆起が形成される。

図４に示すように、第３領域２３６において外装材２００の第１部分２１０及び第２部分２２０を貼り合わせる。第３領域２３６は、積層体１００の第３側面１０４ｃに沿っている。このようにして、第１部分２１０の隆起２０４ａと同様にして、隆起２０４ｂ（第２隆起）が第１部分２１０に形成される。隆起２０４ｂは、第２角１０６ｂから第３領域２３６にかけて延伸している。隆起２０４ｂの幅は、第２角１０６ｂから遠ざかるほど狭くなっている。

第３領域２３６における第１部分２１０及び第２部分２２０の貼り合わせによって、第１部分２１０の隆起２０４ｂと同様にして、第２部分２２０にも隆起２０４ｂの反対側に隆起が形成される。

次いで、図５に示すように、積層体１００の第２側面１０４ｂに沿って外装材２００を折り曲げる。図５の一点鎖線は、外装材２００の折り曲げ線に沿った線を示している。外装材２００の折り曲げによって、隆起２０４ａ及び隆起２０４ｂを積層体１００に向けて寄せることができる。外装材２００を折り曲げる理由は、後述する。

次いで、図６に示すように、第１部分領域２３４ａ及び第２部分領域２３４ｂにおいて外装材２００の第１部分２１０及び第２部分２２０を貼り合わせる。第１部分領域２３４ａは、積層体１００の第２側面１０４ｂに対して第１角１０６ａの反対側にある。第２部分領域２３４ｂは、積層体１００の第２側面１０４ｂに対して第２角１０６ｂの反対側にある。第１部分領域２３４ａ及び第２部分領域２３４ｂにおいて第１部分２１０及び第２部分２２０を貼り合わせる理由は、後述する。

次いで、図７に示すように、第２領域２３４において外装材２００の第１部分２１０及び第２部分２２０を貼り合わせる。第２領域２３４は、積層体１００の第２側面１０４ｂに沿っている。図７に示す工程では、外装材２００による積層体１００の収容空間の圧力を、大気圧よりも低く、例えば、真空に減圧しながら、第１部分２１０及び第２部分２２０を貼り合わせる。第２領域２３４は、第１部分領域２３４ａ及び第２部分領域２３４ｂと重なってもよいし、又は重なっていなくてもよい。

次いで、外装材２００のうち第２領域２３４の外側部分を除去する。

このようにして、電池１０が製造される。

図３から図７に示す方法において、第１領域２３２、第２領域２３４及び第３領域２３６における第１部分２１０及び第２部分２２０の貼り合わせは、例えば、第１部分２１０及び第２部分２２０の溶着によって行うことができる。

図３から図７に示す方法によれば、高い信頼性をもって積層体１００を封止することができる。具体的には、この方法においては、図６に示すように、第１部分領域２３４ａにおいて外装材２００の第１部分２１０及び第２部分２２０を貼り合わせている。このようにすることで、図７の減圧の際に隆起２０４ａが第２領域２３４まで広がらないようにすることができる。言い換えると、第１部分領域２３４ａにおける第１部分２１０及び第２部分２２０の貼り合わせは、隆起２０４ａの広がりを制限するためのストッパとして機能している。仮に、隆起２０４ａが第２領域２３４まで広がると、第２領域２３４における第１部分２１０と第２部分２２０を貼り合わせにおいて第２領域２３４に位置する隆起２０４ａを押圧することで、外装材２００の表面に皴（例えば、後述する図８に示す皴２０６）を形成し得る。このような皴は、外装材２００による積層体１００の収容空間から外装材２００の外部の空間に通じるリーク経路を形成し得る。これに対して、図６及び図７に示す例においては、このような皴を抑えることができる。したがって、高い信頼性をもって積層体１００を封止することができる。

図３から図７に示す方法によれば、外装材２００の第１部分２１０及び第２部分２２０に歪み２０２ａ（歪み２０２ｂ）が形成される。具体的には、この方法においては、上述したように、隆起２０４ａが第２領域２３４まで広がらない。それにもかかわらず隆起２０４ａを平坦化するように第２領域２３４において第１部分２１０及び第２部分２２０を貼り付けると、隆起２０４ａを解消するように歪み２０２ａが形成される。歪み２０２ａそのものは、外装材２００による積層体１００の収容空間から外装材２００の外部の空間に通じるリーク経路を形成し得ない。したがって、高い信頼性をもって積層体１００を封止することができる。

図３から図７に示す方法によれば、外装材２００による積層体１００の収容空間を小さくすることができる。具体的には、この方法においては、図５に示すように、積層体１００の第２側面１０４ｂに沿って外装材２００を折り曲げて、隆起２０４ａ及び隆起２０４ｂを積層体１００に向けて寄せている。第２領域２３４における皴を抑えるためには、隆起２０４ａ及び隆起２０４ｂを第２領域２３４、第１部分領域２３４ａ及び第２部分領域２３４ｂに重ねないようにする必要がある。したがって、隆起２０４ａ及び隆起２０４ｂが積層体１００の第２側面１０４ｂに寄っているほど、第２領域２３４を積層体１００の第２側面１０４ｂに寄せることができる。したがって、外装材２００による積層体１００の収容空間を小さくすることができる。

他の例に係る方法は、図５に示す工程を含んでいなくてもよい。この例においては、図４に示す工程が行われた後、図５に示す工程を経ないで、図６に示す工程が行われる。この例においても、隆起２０４ａ及び隆起２０４ｂをそれぞれ第１部分領域２３４ａ及び第２部分領域２３４ｂに重ねないようにすることで、第２領域２３４における皴を抑えることができる。

図８は、図２の変形例を示す図である。変形例に係る電池１０は、以下の点を除いて、実施形態に係る電池１０と同様である。

図８に示す例において、電池１０は、図６に示す工程を経ないで製造されている。図８に示す例において、外装材２００は、皴２０６を含んでいる。図３から図７を用いて説明したように、皴２０６は、隆起２０４ａが第２領域２３４まで広がった状態で第２領域２３４において第１部分２１０及び第２部分２２０を貼り合わせることで形成される。

図８に示す例においても、歪み２０２ａが形成されている。図６に示した第１部分領域２３４ａにおいて第１部分２１０及び第２部分２２０を貼り合わせなくても、積層体１００の第２側面１０４ｂに近接した領域で外装材２００の第１部分２１０及び第２部分２２０を貼り合わせることで、隆起２０４ａの一部分を解消するように歪み２０２ａが形成される。

図８に示す例においても、外装材２００による積層体１００の収容空間を小さくすることができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

この出願は、２０１８年５月１６日に出願された日本出願特願２０１８−０９４６９０号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (3)

1. 第１電極、第２電極及びセパレータを含み、第１面と、前記第１面の反対側の第２面と、前記第１面と前記第２面の間にあって、第１リードが形成された第１側面と、前記第１側面に交わる第２側面と、前記第１側面の反対側の第３側面と、前記第２側面の反対側の第４側面と、前記第１側面と前記第２側面の間の第１角と、を有する積層体と、
   前記積層体の前記第１面から前記第４側面を経由して前記第２面にかけて折り返されており、前記積層体の前記第１側面及び前記第２側面の外側で貼り合わされた第１部分及び第２部分と、を有する外装材と、
   を含み、
   前記外装材の前記第１部分及び前記第２部分は、前記積層体の前記第１角から延伸する第１歪みを有する、電池。
2. 請求項１に記載の電池において、
   前記積層体の前記第３側面には、第２リードが形成されており、
   前記積層体は、前記第３側面と前記第２側面の間の第２角を有しており、
   前記外装材の前記第１部分及び前記第２部分は、前記積層体の前記第３側面の外側で貼り合わされており、
   前記外装材の前記第１部分及び前記第２部分は、前記積層体の前記第２角から延伸する第２歪みを有する、電池。
3. 請求項１又は２に記載の電池において、
   前記積層体は、前記第１面と前記第２面の間に５．０ｍｍ以上の厚さを有する、電池。

Images