(57)【要約】      （修正有）【課題】袋状のラミネート外装体を用いた場合のラミネート材とタブとの溶着の位置決め精度を向上させる電池セルの提供。【解決手段】電極体と、電極体を収納する袋状の外装体５００と、電極体と電気的に接続された電極端子１５０，２５０と、を有し、外装体５００は、外装体５００の一方端を封止する外装体タブ形成側封止部５２０を形成することで形成された外装体上折込部５３０および外装体下折込部５４０を有し、電極端子１５０，２５０は、外装体下折込部５４０から突出している、電池セル１０００。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極体と、
前記電極体を収納する袋状の外装体と、
前記電極体と電気的に接続された電極端子と、を有し、
前記外装体は、前記外装体の一方端を封止する外装体タブ形成側封止部を形成することで形成された外装体上折込部および外装体下折込部を有し、
前記電極端子は、前記外装体下折込部から突出している電池セル。
【請求項２】
請求項1の電池セルにおいて、
前記電池セルは、前記外装体の一方面を封止する外装体側面封止部を有し、
前記外装体側面封止部および前記外装体タブ形成側封止部は、前記電池セルの幅狭面に形成されている電池セル。
【請求項３】
請求項1の電池セルにおいて、
前記外装体側面封止部は、電極体の最薄面に形成されている電池セル。
【請求項４】
請求項1の電池セルにおいて、
前記外装体下折込部の長さは、前記電極体中の正極および負極の積層方向の厚さから、前記外装体500から突出した前記電極端子の長さを引いた長さ以下である電池セル。
【請求項５】
請求項1の電池セルにおいて、
前記外装体上折込部の長さは、前記電極体中の正極および負極の積層方向の厚さ以下である電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ラミネート型の電池セルに関する技術として、特許文献1には以下の内容が開示されている。ラミネート外装体1は、外装体本体部3と、外装体本体部の頂部を封止する第1封止部4Aと、外装体本体部の底部を封止する第2封止部4Bと、外装体本体部の側端部を封止する第3封止部4Cとから構成される。第1及び第2封止部4A，4Bは、ラミネート材の内側面同士が密着するように重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものであり、第3封止部4Cはラミネート材の内側面と外側面とが密着するようにラミネート材の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものである。第1封止部4A及び第2封止部4Bは、折り曲げられ、且つ折り曲げ部分が外装体本体部3の厚み範囲内に規制されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平11-260327号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献1では、筒状のラミネート材18の一方の開口部から集電タブ5a、5bが突出するように渦巻き電極体2を配置し、両集電タブ5a、5bが突出している開口部のラミネート材18を溶着して封止し、第1封止部4aを形成しているため、袋状のラミネート外装体を用いた場合に渦巻き状電極体2の厚み方向におけるラミネート材と両集電タブ5a、5bとを溶着する際の位置決めが難しくなる場合がある。
【０００５】
本発明は、袋状のラミネート外装体を用いた場合のラミネート材とタブとの溶着の位置決め精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明の特徴は、例えば以下の通りである。
【０００７】
電極体と、電極体を収納する袋状の外装体と、電極体と電気的に接続された電極端子と、を有し、外装体は、外装体の一方端を封止する外装体タブ形成側封止部を形成することで形成された外装体上折込部および外装体下折込部を有し、電極端子は、外装体下折込部から突出している電池セル。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、袋状のラミネート外装体を用いた場合のラミネート材とタブとの溶着の位置決め精度を向上できる。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電池セルの断面図。
【図２】電極体の外観図。
【図３】電池セルの製造工程を表す斜視図。
【図４】電池セルの製造工程を表す斜視図。
【図５】電池セルの製造工程を表す斜視図。
【図６】電池セルの製造工程を表す斜視図。
【図７】電池セルの製造工程を表す斜視図。
【図８】電池セルの製造工程を表す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００１１】
本明細書に記載される「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的に記載されている上限値又は下限値に置き換えてもよい。本明細書に記載される数値範囲の上限値又は下限値は、実施例中に示されている値に置き換えてもよい。
【００１２】
本明細書では、電池セルとしてリチウムイオン二次電池を例にして説明する。リチウムイオン二次電池とは、電解質中における電極へのリチウムイオンの吸蔵・放出により、電気エネルギーを貯蔵または利用可能とする電気化学デバイスである。これは、リチウムイオン電池、非水電解質二次電池、非水電解液二次電池の別の名称で呼ばれており、いずれの電池も本発明の対象である。本発明の技術的思想は、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池、カルシウムイオン二次電池、亜鉛二次電池、アルミニウムイオン二次電池などに対しても適用できる。
【００１３】
以下で例示している材料群から材料を選択する場合、本明細書で開示されている内容と矛盾しない範囲で、材料を単独で選択してもよく、複数組み合わせて選択してもよい、また、本明細書で開示されている内容と矛盾しない範囲で、以下で例示している材料群以外の材料を選択しても良い。
【実施例１】
【００１４】
図1は、電池セルの断面図である。図1は図8のA-A'線断面をy方向から見た図である。図2は、電極体の外観図である。電池セル1000は、正極100（電極）、負極200（電極）、正極端子150（電極端子）、負極端子250（電極端子）、セパレータ300、外装体500、シーラント材600を有する。正極端子150は、x軸方向における負極端子250の紙面奥行き方向に形成されている。
【００１５】
正極100は、正極合剤層110（電極合剤層）、正極集電体120（電極集電体）、および正極タブ130（電極タブ）を有する。正極集電体120の両面に正極合剤層110が形成されている。負極200は、負極合剤層210（電極合剤層）、負極集電体220（電極集電体）、および負極タブ230（電極タブ）を有する。負極集電体220の両面に負極合剤層210が形成されている。
【００１６】
正極100、セパレータ300、負極200が積層されて電極体400が構成される。電池セル1000は、複数の電極体400が積層されて構成される。正極タブ130同士および負極タブ230が接続されることで、電池セル1000中で電気的な並列接続が構成される。図1の電池セル1000は積層型の二次電池である。正極100、セパレータ300、負極200の積層方向をx軸方向、電極タブが突出している方向をz軸方向、xz平面の垂線方向をy軸方向、とする。
【００１７】
＜電極合剤層＞
正極合剤層110は、Liの吸蔵・放出が可能な正極活物質を有する。正極活物質としては、LiCo系酸化物、LiNi系複合酸化物、LiMn系複合酸化物、Li-Co-Ni-Mn系複合酸化物、LiFeP系酸化物、LiMnPO4系酸化物、LiMn1-xFexPO4（0＜1＜x）系酸化物等の材料群から選択される。負極合剤層210は、Liの吸蔵・放出が可能な負極活物質を有する。負極活物質としては、天然黒鉛、ソフトカーボン、非晶質炭素などの炭素系材料、Si金属やSi合金、チタン酸リチウム、リチウム金属等の材料群から選択される。
【００１８】
電極合剤層中に、電極合剤層内の電子伝導性を担う電極導電剤や、電極合剤層内の材料間の密着性を確保する電極バインダ、さらには電極合剤層内のイオン伝導性を確保するための固体電解質を含めてもよい。
【００１９】
電極合剤層の作製方法は、例えば以下の通りである。まず、電極合剤層に含まれる材料を溶媒に溶かしてスラリー化し、それを電極集電体上に塗工する。塗工方法として、例えば、ロールコーターを使用した方法、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法などが挙げられる。次に、溶媒を除去するために電極集電体上に塗工された電極合剤層を乾燥させる。次に、電極合剤層内の電子伝導性、イオン伝導性を確保するために電極合剤層をプレスする。
【００２０】
＜電極集電体、電極タブ＞
電極集電体は電極タブと電気的に接続されている。電極タブは電極集電体の側面から導出されている。図1において、電極タブには電極合剤層が形成されていない。ただし、電池性能に悪影響を与えない範囲で電極タブに電極合剤層を形成してもよい。
【００２１】
正極集電体120および正極タブ130として、アルミニウム箔、アルミニウム製穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡アルミニウム板、ステンレス、チタン等の材料群から選択される。負極集電体220および負極タブ230として、銅箔、銅製穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡銅板、ステンレス、チタン、ニッケル等の材料群から選択される。
【００２２】
電極集電体および電極タブの厚さは、電池セル1000のエネルギー密度と電極の機械強度両立の観点から、10nm〜1mm、特に1〜100μm程度が望ましい。
【００２３】
＜セパレータ300＞
セパレータ300は、正極100と負極200との間に形成され、電池セル1000がリチウムイオン二次電池の場合、リチウムイオンを透過させ、正極100と負極200の短絡を防止する。セパレータ300を構成する材料として、微多孔膜や固体電解質等が挙げられるが、これらに限られない。
【００２４】
微多孔膜として、ポリエチレンやポリプロピレンといったポリオレフィンやガラス繊維等の材料群から選択される。セパレータ300に微多孔膜が用いられる場合、外装体500の空いている1辺や外装体500に形成された注液孔から電池セル1000に電解液を注入することで、電池セル1000中に電解液が充填される。
【００２５】
電解液は、例えば溶媒及びリチウム塩を有し、正極100と負極200の間でリチウムイオンの伝達させる媒体となる。溶媒として、エチレンカーボネート（EC）、ジメチルカーボネート（DMC）、ジエチルカーボネート（DEC）、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ-ブチロラクトン、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン等の材料群から選択される。リチウム塩として、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、リチウムビスオキサレートボラート（LiBOB）、リチウムイミド塩（例えば、リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド、LiFSI）等の材料群から選択される。
【００２６】
固体電解質として、Li10Ge2PS12、Li2S-P2S5などの硫化物系、Li-La-Zr-Oなどの酸化物系、イオン液体や常温溶融塩などを有機高分子や無機粒子などに担持させた半固体電解質、高分子ゲルを電解質としたゲル電解質等の材料群から選択される。セパレータ300として固体電解質を用いた場合、固体電解質が正極100と負極200の間にリチウムイオンの伝達させる媒体となり、上記の電解液は基本不要となるため、電池セル1000中で電気的な直列接続を構成できる。ただし、電池セル1000中での電気的な短絡を防止できるのであれば、セパレータ300として固体電解質を用いた場合でも電池セル1000中に電解液を添加してもよい。
【００２７】
セパレータ300は、シートとして正極100と負極200との間に形成してもよいし、電極合剤層の上に塗布により形成してもよい。電極合剤層の両面にセパレータ300を形成してもよく、正極100と負極200との間にセパレータ300が形成されれば、電極合剤層の片面にセパレータ300が形成されていてもよい。セパレータ300の厚さは電池セル1000のエネルギー密度、電子絶縁性の確保等の観点から数nm〜数mmであることが望ましい。
【００２８】
＜電極端子＞
電極端子は、例えば超音波溶接により溶接されて、電極タブと電気的に接続される。電極端子として、金属であるアルミニウム、銅、ニッケル、ステンレスなどの材料群から選択される。
【００２９】
＜外装体500＞
外装体500は、電極体400を収納する。外装体500は、袋状になっている。外装体500として、アルミラミネートフィルム、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼製など、電解液や固体電解質に対し耐食性のある材料等から選択される。
【００３０】
＜シーラント材600＞
電極タブおよび電極端子の接合部をシーラント材600で熱融着することにより、電池セル1000（電極タブ、電極端子、外装体500）を封止する。このとき、電池セル1000をz軸方向から見た際、電極タブ、電極端子、外装体500およびシーラント材600が一断面に並んでいる。これにより、従来、電池セル1000をシールする際に電池セル1000の電極タブが延伸している方向に並んでいた電極タブおよび電極端子の接合部ならびにシーラント材600を一断面に集約することができ、電池セル1000のデッドスペースを低減し、電池セル1000の体積エネルギー密度を向上できる。
【００３１】
シーラント材600として、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオレフィン系樹脂等、熱により変形し、電池セル1000の構成部材に密着する機能を有する材料等から選択される。
【００３２】
図3〜図8は、本発明の一実施形態における電池セルの製造工程を表す斜視図である。
【００３３】
＜図3＞
一枚に広げられたアルミニウム製の外装体500を半分に折り曲げる。外装体500の片面にのみ接着性の材料が形成されている場合、外装体500の折り曲げた部分の同一面をシーラーで接着し、外装体500の折り曲げられた部分を密封する。これにより、外装体側面封止部510が形成される。外装体500の両面に接着性の材料が形成されている場合、外装体500の折り曲げた部分の反対面をシーラーで接着してもよい。外装体500の折り曲げた部分を接着することにより、外装体500の形状は、z軸方向における外装体500の両端部が開口している筒状となる。
【００３４】
次に、外装体500で開口している両端部の一方端部について、外装体500の同一面をシーラーで接着し、z軸方向における外装体500の一方端部を密封する。これにより、外装体タブ形成側封止部520が形成される。外装体タブ形成側封止部520の形成と同時に、外装体500に外装体上折込部530および外装体下折込部540が形成される。外装体上折込部530が延伸している方向と垂直方向に外装体タブ形成側封止部520が形成されている。
【００３５】
外装体タブ形成側封止部520を形成する工程の後の工程で外装体500中に電解液を注入するまたはダミー電極体を外装体500中に挿入するために、z軸方向における外装体500の他方端部は開口部を設けたままにしておく。図3のアルミニウム製の外装体500では、x軸方向、y軸方向、z軸方向の順で長さが大きくなっている。
【００３６】
次に、外装体500の他方端部から外装体500中に直方体状のダミー電極体を挿入して、外装体500を立体的にする。図1の電池セル1000中の電極体400には電極タブが形成されているために、外装体500を所望の立体形にするために、本工程では電極タブのない直方体状のダミー電極体を用いている。
【００３７】
＜図4＞
外装体下折込部540の延伸する方向がz軸方向になるように、外装体下折込部540をx軸方向で外装体上折込部530が形成されている方向に折り曲げる。
【００３８】
＜図5＞
Z軸方向において外装体下折込部540が延伸している長さを小さくするために、外装体下折込部540を切り取る。切り取った後の外装体下折込部540の長さは、外装体500に挿入する電極体400のx軸方向における厚さから外装体500から突出した電極端子の長さを引いた長さ以下となることが望ましい。これにより、x軸方向において電極端子が電池セル1000から突出することを防止し、エネルギー密度に寄与しない電池セル1000のデッドスペースを削減でき、電池セル1000の体積エネルギー密度を向上できる。
【００３９】
＜図6＞
ダミー電極体を外装体500から抜き出す。次に、図1の電極体400中の電極端子が外装体下折込部540から突出するように、電極体400を外装体500中に挿入する。シーラント材600および外装体500をシーラーで接着し、電極タブ、電極端子および外装体500を封止する。これにより、袋状の外装体500を用いた場合に電極体400のx軸方向における外装体500と電極端子とを溶着する際の位置決めが容易になる。また、z軸方向において外装体500で開口している両端部の一方端部に裕度を持たせる必要がなく、z軸方向において外装体500で開口している両端部の一方端部を封止した後に余剰部分となる外装体500を切断するプロセスも不要となる。
【００４０】
外装体下折込部540のy軸方向においてシーラント材600が形成されている部分を外装体500に形成された接着性の材料でシールする工程を、シーラント材600および外装体500をシーラーで接着すると同時に実施してもよいし、シーラント材600および外装体500をシーラーで接着した後に実施してもよい。上記二つの工程を同時に実施することにより、電池セルの製造時間を短縮できる。
【００４１】
＜図7＞
外装体上折込部530が延伸している長さを小さくするために、外装体上折込部530を切り取る。外装体上折込部530が延伸する方向がx軸方向になるように、外装体上折込部530を外装体下折込部540が形成されている方向に折り曲げる。
【００４２】
切り取った後の外装体上折込部530の長さは、外装体500に挿入する電極体400の厚さ以下となることが望ましい。これにより、外装体上折込部530と外装体下折込部540との接触を防止でき、外装体500に欠陥が生じ、電極体400が外装体500から露出した場合でも、電極間の短絡を防止できる。また、外装体上折込部530、外装体下折込部540、および外装体500から突出した電極端子の長さの和が、挿入する電極体400の厚さ以下であることが望ましい。これにより、z軸方向における外装体上折込部530および外装体下折込部540または電極端子との重畳を防止し、電池セル1000の体積エネルギー密度を向上できる。
【００４３】
外装体上折込部530を切り取った後、外装体上折込部530に開口部が形成されるので、電解液の漏洩を防止するなどの外装体500のシール性を確保するために、図7の外装体上折込部530のy軸方向全体を、外装体500に形成された接着性の材料を用いてシーラーで接着する。
【００４４】
＜図8＞
外装体下折込部540が延伸する方向がx軸方向になるように、外装体下折込部540をx軸方向で外装体上折込部530が形成されている方向に折り曲げる。カプトンテープ、電池セル1000を複数個並べる際の筐体、複数の電池セル1000中の電極端子を接続するバスバーなどで外装体上折込部530および外装体下折込部540を固定する。
【００４５】
次に、z軸方向において開口部が形成されている外装体500の他方端部から電解液を注入する。外装体500に電解液を注入した後、真空ポンプを使って、外装体500の内部をほぼ真空にする。外装体500の内部をほぼ真空にした後、z軸方向における外装体500の他方端部について、外装体500の同一面をシーラーで接着し、外装体500の他方端部を密封する。これにより、外装体500の形状は袋状になる。
【００４６】
図8の電池セル1000では、アルミニウム製の外装体500の形状に合わせて、x軸方向、y軸方向、z軸方向の順で長さが大きくなっている。電池セル1000は、電池セル1000の一番幅広面となっているyz平面以外の面で封止されている。換言すれば、電池セル1000は、電池セル1000の幅狭面で封止されている、または、外装体側面封止部および外装体タブ形成側封止部封止部は、電池セル1000の幅狭面に形成されている。これにより、電池セル1000に封止部を形成することによる電池セル1000の体積エネルギー密度の低減を抑制できる。
【００４７】
外装体側面封止部510が電極体400の最薄面であるxz平面に形成されているため、電池セル1000に封止部を形成することによる電池セル1000の体積エネルギー密度の低減を抑制できる。
【符号の説明】
【００４８】
100  正極、110  正極合剤層、120  正極集電体、130  正極タブ、150  正極端子
200  負極、210  負極合剤層、220  負極集電体、230  負極タブ、250  負極端子
300  セパレータ、400  電極体
500  外装体、510  外装体側面封止部、520  外装体タブ形成側封止部
530  外装体上折込部、540  外装体下折込部
600  シーラント材
1000  電池セル
【図１】
2020004515.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020004515.tif 000005
【図４】
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【図５】
2020004515.tif 000007
【図６】
2020004515.tif 000008
【図７】
2020004515.tif 000009
【図８】
2020004515.tif 000010