JP7444698B2 - 電池セル - Google Patents

Description

本発明は、電池セル、特に外装体で密閉された電池セルに関する。

近年、自動車、パソコン、携帯電話等の大小さまざまな電気・電子機器の普及により、高容量、高出力の電池デバイスの需要が急速に拡大している。このような電池デバイスとしては、正極と負極との間に有機電解液を電解質として用いる液系電池セルや、有機電解液の電解質に代えて、難燃性の固体電解質を用いた固体電池セルなどが挙げられる。

このような電池デバイスにおいて、電池をラミネートフィルム（外装体）で包み込んで板形状に密閉したラミネートセルタイプの電池セルが知られている。ＥＶやＨＥＶ等の用途では、このようなラミネートセルタイプの電池セルを複数個並べてケース内に収納した電池セル集合体が使用されている。外装体で包み込むことにより、電池への大気の侵入を防ぐことができる（例えば、特許文献１）。なお、本明細書において、「電池」は、正負の電極と電解質からなる電池素子の積層体、及び、集電タブリードで構成される部材をいい、また、電池をラミネートフィルム（外装体）で包み込んで密閉したものを「電池セル」と呼ぶ。

また、ラミネートフィルム（外装体）の密閉性を維持しつつ、電池モジュールの体積エネルギー密度を効果的に向上させることを目的に、電池を収容するように１枚のフィルムが折り返された外装体を備える電池セルが開示されている（特許文献２）。特許文献２によれば、この電池セルは、外装体の密閉性を維持しつつ、電池モジュールの体積エネルギー密度を効果的に向上させることができる。

特開２０１２－１６９２０４号公報 ＷＯ２０１９／１８８８２５

電池セルをモジュール化するに際して、前記電池セル同士が相互に位置ずれすることなく、効率よく前記電池セルを積層することが困難であった。前記電池セルの積層において位置ずれが生じると、前記電池セルに均等な面圧（拘束力）をかけることができず、前記電池セルは、部分的に過大な荷重を受けて損傷することがある。

本発明は、電池セルのモジュール化における上記の問題に鑑み、前記電池セル同士が相互に位置ずれすることなく、効率よく前記電池セルを積層することができるようにすることを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の電池セルにおいては、電池と、電池を収容する外装体と、を備える電池セルであって、前記電池における端面から、前記端面に垂直方向に集電タブリードが延設されており、前記外装体は、前記電池の前記集電タブリードが延設されない側面から、前記側面に水平方向に延出する部分を有して、前記電池セルがモジュールを組んで積層される際に、前記電池セルの前記外装体における、前記電池の前記側面から延出する部分が、隣接する電池セルの側面上で溶着されることを特徴とする。

前記外装体が、前記電池の前記集電タブリードが延設されない側面から延出する部分を有して、前記電池セルがモジュールを組んで積層される際に、前記外装体の前記集電タブリードが延設されない側面から延出する部分が隣接する電池セルの側面上で溶着されることで、前記電池セルが積層される際に、前記電池セル同士の位置関係が相互に固定され、滑りが生じて位置ずれを起こすことがない。したがって、位置ずれに起因した部分的な過大荷重によって電池を損傷することはない。

また、本発明においてはこの場合に、前記外装体の前記側面から延出する部分は、前記隣接する電池セルの側面と同じ形状・寸法であることを特徴とする。

前記外装体の前記側面から延出する部分が、前記隣接する電池セルの前記側面と同じ形状・寸法であることから、前記電池セルの側面に、隣接する電池セルの前記側面から延出する部分による凹凸（段差）が生じることがなく、そのような凹凸に起因して内装されている電池に損傷をあたえることを回避できる。また、前記外装体の前記側面から延出する部分が、前記隣接する電池セルの前記側面からはみ出して、さらにその隣接する電池セルに悪影響を与えるということも避けられる。

また、本発明においてはこの場合に、前記電池セルがモジュールを組んで積層される際に、前記側面から延出する部分と隣接する電池セルの側面との溶着部分は、水平方向に積層される前記電池セルの上下に交互に配置されることを特徴とする。

前記溶着部分と反対側の側面は、前記外装体のフィルムが前記電池を覆い囲って包装する際に、２枚のフィルムで覆われることになる。そして、溶着部分側の側面は、隣接する電池セルから延出される部分のフィルムも含めて２枚のフィルムで覆われることになる。そうすると、積層された電池セルの全て電池の側面が２枚のフィルムで保護されることになる。

また、本発明においてはこの場合に、前記外装体は前記側面から延出する部分を有する１枚のフィルムからなることを特徴とする。

前記外装体を１枚のフィルムからなるものとすることによって、包装時の接合箇所を極力減らし、密閉性を高めることができる。また、前記１枚のフィルムが前記外装体は前記集電タブリードが延設されない側面から延出する部分を有することによって、電池を１枚のフィルムで覆って包装する際に、電池セルの前記側面から延出する部分が自然に生じるので、製造効率を高めることができる。

また、本発明においてはこの場合に、前記電池は、固体電解質を用いた積層体からなる全固体電池ルであることを特徴とする。

全固体電池セルは脆く、破損しやすい。そのため、本件発明の、前記電池セルを積層する際に、前記電池セル同士の位置関係を相互に固定して位置ずれを起こさないようにし、位置ずれに起因した部分的な過大荷重による電池の損傷を避ける構成は、特に、全固体電池セルへの適用に有効である。

このように、本発明は、電池セルのモジュール化のため積層する際に、前記電池セル同士の位置関係を相互に固定して位置ずれを起こさないようにした。そのため、前記電池セルに均等な面圧（拘束力）をかけることができるため、位置ずれに起因した部分的に過大な荷重による電池の損傷を避けることができる。

本発明の電池セルの中の電池の斜視図である。 本発明の電池セルの外観を示す斜視図である。 本発明の電池セルの外装体の展開図である。 本発明の積層された電池セルの断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。

本発明の電池１は、実施例においては全固体電池であって、図１に示すように直方体の形状をしており、天面１１ａ、底面１１ｂ、側面１２ａ，１２ｂ及び端面１３ａ，１３ｂの６面を有している。端面１３ａ及び１３ｂそれぞれの中心を結ぶ中心軸１５を仮想したとき、端面１３ａ及び１３ｂのそれぞれから、中心軸１５の方向に、集電タブリード１４ａ及び１４ｂが延設されている。全固体電池は、特に角部、表面部（端面部）で脆く破損しやすいので、本発明の各実施形態の構成を適用することに、より適しているといえる。

図２に本発明の電池１を外装体３で覆って包装した電池セル２を示す。本実施形態の電池セル２において、前記電池１に対応して、天面２１ａ，底面２１ｂ，及び側面２２ａ，２２ｂが規定される。ここで、側面２２ｂについては、側面２２ｂの面内で底面２１ｂから、外装体３が延出する延長部分を有し、図２においては外装体３が底面２１ｂより下側に垂れている状態にある。通常は、積層される電池セル２は隣同士で同じ寸法・形状なので、前記側面２２ｂにおける延長部分は、電池セル２の側面２２ｂの延長部分でない部分と同じ形状・寸法である。すなわち、側面２２ｂ側の外装体３の面積は、逆側の側面２２ａ側の外装体３の面積の２倍の大きさである。

前記電池１の端面１３ａ，１３ｂに対応した箇所は、外装体３が折り合わされた形態の端面折り合わせ部２３ａ－１，２３ａ－２，２３ｂ－１，２３ｂ－２となっており、外面上、三角柱状を呈している。また、端面折り合わせ部２３ａ－１，２３ａ－２及び２３ｂ－１，２３ｂ－２には、それぞれ、側面２２ａ，２２ｂ側から折り込まれて形成される、三角錐状の空間部２５ａ－１，２５ａ－２及び２５ｂ－１，２５ｂ－２が、それぞれの側から２個ずつ合計４個形成される。そして、前記端面折り合わせ部２３ａ－１，２３ａ－２及び２３ｂ－１，２３ｂ－２それぞれの先端側から中心軸１５方向に延長して、前記集電タブリード１４ａ，１４ｂを上下から挟み込んで収容している集電タブリード収容部２４ａ－１，２４ａ－２及び２４ｂ－１，２４ｂ－２が延設されている。

図３に前記外装体３の展開図を示す。前記外装体３は、前記電池１の天面１１ａ及び底面１１ｂのそれぞれを覆う部分として、天面覆部３１ａ及び底面覆部３１ｂを有し、また、側面１２ａを覆う部分として側面覆部３２ａ，側面１２ｂを覆う部分として側面覆部３２ｂ－１及び３２ｂ－２を有する。前記側面覆部３２ｂ－１及び３２ｂ－２は、前記外装体３が前記電池１を包み込んだ際に、相互に重なり合い接合される接合部である。したがって、前記電池セル２の側面２２ｂは、前記外装体３の側面覆部３２ｂ－１及び３２ｂ－２によって、電池１の側面１２ｂを二重に覆って構成することになる。

前記電池１の端面１３ａ，１３ｂを覆う箇所としては、電池セル２における前記外装体３が折り合わされた形態の三角柱状を呈している端面折り合わせ部２３ａ－１，２３ａ－２，２３ｂ－１，２３ｂ－２を形成する部分である、端面覆部３３ａ－１，３３ａ－２，３３ｂ－１，３３ｂ－２が、両側の端面のそれぞれの上下方向に対応して備わっている。前記端面覆部３３ａ－１，３３ａ－２，３３ｂ－１，３３ｂ－２を中心軸１５方向に延長した先に、前記両側の集電タブリードを上下から挟み込む集電タブリード挟持部３４ａ－１，３４ａ－２，３４ｂ－１，３４ｂ－２が設けられている。また、側面２２ａ，２２ｂ側から折り込まれて形成される、三角錐状の空間部２５ａ－１，２５ａ－２及び２５ｂ－１，２５ｂ－２を形成する部分である、三角錐状空間形成部３５ａ－１，３５ａ－２１，３５ａ－２２及び３５ｂ－１，３５ｂ－２１，３５ａ－２２が形成されている。三角錐状空間形成部３５ａ－２１と３５ａ－２２及び３５ｂ－２１と３５ｂ－２２は、それぞれにおいて重なり合って、三角錐状空間を形成することになる。

本実施形態においては、外装体３の側面覆部３２ｂ－１は、図３に示すように、三角錐状空間形成部３５ａ－２１及び３５ｂ－２１より外側（図３では左側）に延出されている。前記外装体３の側面覆部３２ｂ－１における前記延出部は、電池セル２の側面２２ｂにおける延長部分を構成する箇所であり、通常は、積層される電池セル２は隣同士で同じ寸法・形状なので、隣接する電池セル２の側面２２ａと同じ形状・寸法に設けられる。したがって、前記側面覆部３２ｂ－１における延出部は、側面覆部３２ｂ－１の延出部でない部分や側面覆部３２ａ，３２ｂ－２と同じ形状・寸法である。

このように、本発明の実施の形態においては、外装体３が側面覆部３２ｂ－２から延出された延出部が一体に設けられた１枚のフィルムで構成されていることにより、包装時の接合か所を極力減らし、密閉性を高めることができるとともに、電池１を外装体３の１枚のフィルムで覆って包装する際に、電池セル２の側面２２ｂにおける外装体３の延出部が製造過程で自然に生じるので、製造効率が高いといえる。

本発明の１つの実施形態においては、電池セル２を水平方向に積層してモジュール化するに際して、図４に示すように、電池セル２の外装体３の延出部２２ｃの内面部が、隣接する電池セル２の側面２２ａの外面部に溶着されて面接合される。この溶着によって電池セル２の間での滑りを防止し、相互に拘束し合うので、電池セル２の面上に均等な面圧が掛かり、隣接する電池セル２相互の位置ずれに起因する荷重の偏りを避けることができる。したがって、隣接する電池セル２相互に位置ずれに基づいて過大荷重がかかり電池２を損傷する、ということがない。

ここで、電池セル２の外装体３の延出部２２ｃは、隣接する電池セル２の側面２２ａと同じ形状・寸法であるのが好ましい。それらの形状・寸法が相互に異なると、その形状・寸法の違いによって電池セル２の側面２２ａ，２２ｂに凹凸が生じて、側面２２ａ，２２ｂにかかる荷重に偏りが生じて、過大荷重となり電池セル２を損傷する可能性が大きくなる。具体的には、延出部２２ｃの方が側面２２ａより小さい場合には、モジュール構成部品で電池セル２を固定する場合、延出部２２ｃが隣の電池セル２の側面２２ａの全体を覆わないことにより、電池１の側面１２ａ、１２ｂに固定圧がかかる部分とかからない部分が存在し不均一荷重がかかり電極が損傷する。延出部２２ｃの方が側面２２ａより大きい場合には、モジュール構成部品で電池セル２を固定する場合、延出部２２ｃが隣の電池セル２のさらに隣の電池セル２の側面２２ａの一部を覆うことにより、電池１の側面１２ａ、１２ｂに通常より大きな固定圧がかかる部分が存在し不均一荷重がかかり電極が損傷する。さらに、延出部２２ｃの方が側面２２ａより大きい場合には、はみ出し部分による損傷だけでなく、余分な部分が存在することによるモジュールのエネルギー密度低下につながるという問題も生じる。

また、この要領で電池セル２を水平方向に順次積層していくと、図４からも知ることができるように、電池セル２の外装体３の延出部２２ｃの内面と隣接する電池セルの側面が溶着される溶着部は、積層体の水平方向に上下に交互に配置されることになる。

この場合に、前記溶着部と反対側の側面は、前記外装体のフィルムが前記電池を覆い囲って包装する際に、２枚の外装体３のフィルムで覆われることになる。そして、溶着部分側の側面は、隣接する電池セル２から延出される部分のフィルムも含めて２枚の外装体３のフィルムで覆われることになる。そうすると、積層された電池セルの全て電池の側面が２枚のフィルムで保護されることになる。なお、電池セル２の天面２１ａ側及び底面２１ｂ側は、それぞれ１枚の外装体３のフィルムを介して、隣接する電池セル２の底面２１ｂ側及び天面２１ａ側と接しており、相互に外力から保護していることになる。したがって、電池セル２のモジュール化された積層体は全体として強固に外力から保護ざれた形態となっている。

ここで、全固体電池セルには表面において脆く、破損しやすいという欠点を有し、その保護を強固なものにすることが必要であるという技術課題が内在する。そのため、本件発明の、前記電池セルを積層する際に、前記電池セル同士の位置関係を相互に固定して位置ずれを起こさないようにし、位置ずれに起因した部分的な過大荷重による電池の損傷を避ける構成、及び、モジュール化した際に側面が全面において外装体３のフィルムによって２重に覆われ、強固な保護が施されることになる構成は、特に、全固体電池セルへの適用に有効である。

以上、本発明を実施する態様について、実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々なる態様で実施できるものであることは勿論である。

１ 電池
１１ａ 天面
１１ｂ 底面
１２ａ，１２ｂ 側面
１３ａ，１３ｂ 端面
１４ａ，１４ｂ 集電タブリード
１５ 中心軸
２ 電池セル
２１ａ 天面
２１ｂ 底面
２２ａ，２２ｂ 側面
２２ｃ 外装体の延出部
２３ａ－１，２３ａ－２，２３ｂ－１，２３ｂ－２ 端面折合わせ部
２４ａ－１，２４ａ－２，２４ｂ－１，２４ｂ－２ 集電タブリード収容部
２５ａ－１，２５ａ－２，２５ｂ－１，２５ｂ－２ 三角錐状の空間部
３ 外装体
３１ａ 天面覆部
３１ｂ 底面覆部
３２ａ，３２ｂ－１，３２ｂ－２ 側面覆部
３３ａ－１，３３ａ－２，３３ｂ－１，３３ｂ－２ 端面覆部
３４ａ－１，３４ａ－２，３４ｂ－１，３４ｂ－２ 集電タブリード挟持部
３５ａ－１１，３５ａ－１２，３５ａ－２，３５ｂ－１１，３５ｂ－１２，３５ｂ－２
三角錐状空間形成部

Claims (4)

1. 天面、底面、２面の側面及び２面の端面の６面からなる直方体の形状の電池と、電池を収容する外装体と、を備える電池セルであって、
   前記電池における端面から、前記端面に垂直方向に集電タブリードが延設されており、
   前記外装体は、前記電池の前記集電タブリードが延設されない側面から、前記側面に、側面の面方向である水平方向に延出する部分を有して、
   前記電池セルがモジュールを組んで積層される際に、前記電池セルの前記外装体における、前記電池の前記側面から延出する部分が、隣接する電池セルの側面上で接合され、
   前記電池セルがモジュールを組んで積層される際に、前記外装体の前記側面から延出する部分と前記隣接する電池セルの側面との接合部分は、水平方向に積層される前記電池セルの上下に交互に配置される電池セル。
2. 前記外装体の前記側面から延出する部分は、前記隣接する電池セルの側面と同じ形状・寸法である請求項１に記載された電池セル。
3. 前記外装体は前記側面から延出する部分を有する１枚のフィルムからなる請求項１または２に記載された電池セル。
4. 前記電池は、固体電解質を用いた積層体からなる全固体電池ルである請求項１～３のいずれかに記載された電池セル。

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