(57)【要約】  ソフトパッケージ大容量リチウムイオン電池およびその製造方法であり、当該電池はアルミニウムプラスチック複合フィルムにより完全にシールドされた電池コアからなる。電池コアは、正極プレート、負極プレートおよびセパレータが交互に積層されてなり、前記正極プレートおよび負極プレートは、その長さ方向に沿って塗布領域および未塗布領域が画定され、前記複数の正極プレートの未塗布領域は、前記積層されてなる構造の一方の側面から延伸しているとともに、折り曲げられて前記積層構造の上表面上まで延伸して正極カレントコレクタを形成し、前記複数の負極プレートの未塗布領域もすべて前記積層構造の他方の対向する側面から延伸しているとともに、同様に折り曲げられて前記積層構造の上表面上まで延伸して負極カレントコレクタを形成し、大面積のアルミニウム薄板を採用して正極および負極タブとし、それを正極および負極プレートのカレントコレクタと大面積で十分に接触させることにより、電池の内部抵抗を低減させるとともに、電池の大電流充放電能力を増大させている。
2009530778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池コアと、前記電池コアが封入されるソフトパッケージケーシングと、前記ケーシング内に収容される電解液と、前記電池コアと接続されているとともに、前記ケーシングの外部に引き出されている電極タブとを備えるソフトパッケージ大容量リチウムイオン電池であり、
前記電池コアは、複数の正極プレートおよび複数の負極プレートを含み、前記正極プレートおよび負極プレートは、形状が基本的に同一の金属長尺型プレート材であり、かつ、それぞれ長さ方向に沿って塗布領域および未塗布領域が画定され、前記正極プレートの塗布領域は両面に正極活性材が塗布され、前記負極プレートの塗布領域は両面に負極活性材が塗布されており、前記正極プレートの塗布領域および前記負極プレートの塗布領域の大きさは基本的に同一であるとともに、基本的に平坦に延伸しており、前記塗布領域の延伸長さは、基本的に必要とする電池コアの幅と一致しており、
前記複数の正極プレートの塗布領域および前記複数の負極プレートの塗布領域は、基本的に位置合わせして１層の積層構造として交互に積層され、正極プレートおよび負極プレートの塗布領域の間にはセパレータが設けられ、
前記複数の正極プレートの未塗布領域は、いずれも前記積層構造の一方の側面から延伸しているとともに、折り曲げられて前記積層構造の上表面上まで延伸しており、前記複数の負極プレートの未塗布領域は、いずれも前記積層構造の他方の対向する側面から延伸しているとともに、同様に折り曲げられて前記積層構造の上表面上まで延伸しており、
前記積層構造の前記上表面箇所に金属プレート製の２つの電極タブが設けられ、前記２つの電極タブは、それぞれ前記複数の正極プレートの未塗布領域および前記複数の負極プレートの未塗布領域と接続していることを特徴とするソフトパッケージ大容量リチウムイオン電池。
【請求項２】
前記セパレータは横方向に開口したＵ字形であり、前記正極プレートまたは負極プレートの塗布領域の上表面と下表面および一方の端部を被覆していることを特徴とする請求項１記載のソフトパッケージ大容量リチウムイオン電池。
【請求項３】
前記セパレータが前記正極プレートの塗布領域を被覆している場合には、前記積層構造の最外層の電極プレートがいずれも正極プレートとなるように、前記正極プレートの数量は負極プレートの数量よりも１つ多く、また、
前記セパレータが前記負極プレートの塗布領域を被覆している場合には、前記積層構造の最外層の電極プレートがいずれも負極プレートとなるように、前記負極プレートの数量は正極プレートの数量よりも１つ多いことを特徴とする請求項２記載のソフトパッケージ大容量リチウムイオン電池。
【請求項４】
前記正極プレートはアルミニウム箔であり、前記負極プレートは銅箔であり、前記電極タブはアルミニウム製薄板であることを特徴とする請求項１記載のソフトパッケージ大容量リチウムイオン電池。
【請求項５】
前記電極タブは、前記積層構造の上表面と平行に設置されることを特徴とする請求項４記載のソフトパッケージ大容量リチウムイオン電池。
【請求項６】
前記電極タブ上に熱溶融接着フィルムが設けられていることを特徴とする請求項４記載のソフトパッケージ大容量リチウムイオン電池。
【請求項７】
ａ）複数の平坦な正極プレートおよび複数の平坦な負極プレートを提供する工程であり、前記正極プレートおよび負極プレートは、形状が基本的に同一の金属長尺型プレート材であり、かつ、それぞれ長さ方向に沿って塗布領域および未塗布領域が画定され、前記正極プレートの塗布領域は両面に正極活性材が塗布され、前記負極プレートの塗布領域は両面に負極活性材が塗布されており、前記正極プレートの塗布領域および前記負極プレートの塗布領域の大きさは基本的に同一であり、前記塗布領域の延伸長さは、基本的に必要とする電池コアの幅と一致している正極プレートおよび負極プレートの提供工程と、
ｂ）横方向に開口したＵ字形で、前記塗布領域の上表面と下表面および一方の端部を被覆するセパレータにより、前記複数の正極プレートの塗布領域または前記複数の負極プレートの塗布領域を被覆する工程と、
ｃ）前記複数の正極プレートの塗布領域と前記複数の負極プレートの塗布領域とを基本的に位置合わせして１層の積層構造として交互に積層する工程であり、前記複数の正極プレートの未塗布領域はいずれも前記積層構造の一方の側面から延伸し、前記複数の負極プレートの未塗布領域はいずれも前記積層構造の他方の対向する側面から延伸する位置合わせおよび積層工程と、
ｄ）前記積層構造両側の未塗布領域をそれぞれ電極タブに接続する工程と、
ｅ）前記積層構造両側の未塗布領域をその上に接続された電極タブと共に、前記積層構造の上表面上まで折り曲げて、電池コアを形成する工程と、
ｆ）形成された電池コアをソフトパッケージケーシングで封入し、前記封入過程において前記ケーシング内に電解液を注入する工程とを備えるソフトパッケージ大容量リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項８】
前記セパレータが前記正極プレートの塗布領域を被覆している場合には、前記積層構造の最外層の電極プレートがいずれも正極プレートとなるように、前記正極プレートの数量は負極プレートの数量よりも１つ多く、また、
前記セパレータが前記負極プレートの塗布領域を被覆している場合には、前記積層構造の最外層の電極プレートがいずれも負極プレートとなるように、前記負極プレートの数量は正極プレートの数量よりも１つ多いことを特徴とする請求項７記載のソフトパッケージ大容量リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項９】
前記正極プレートはアルミニウム箔であり、前記負極プレートは銅箔であり、前記電極タブはアルミニウム製薄板であることを特徴とする請求項７または８記載のソフトパッケージ大容量リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項１０】
前記電極タブ上に熱溶融接着フィルムが設けられていることを特徴とする請求項９記載のソフトパッケージ大容量リチウムイオン電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパワーバッテリ分野に関するものであり、特に大容量（３０Ａｈ以上）のソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在生産されている大容量（３０Ａｈ以上）のリチウムイオンパワーバッテリは、一般にいずれもハードケーシング（金属または厚壁プラスチック）を採用して封入されており、このような方法の利点は、電池コアから大電流が通過可能な電極ポール（電極タブとも称される）が引き出され、安全弁の設置が容易である点である。欠点は、安全弁の安全係数が低く、電池にひとたび内部短絡が発生すると、過充電または想定外の衝突、押圧により爆発などの安全面の事故が容易に発生する点であり、次に、この種の封入では、ケーシングが重く、電池重量がエネルギーに比べて高くなく、工程は複雑で、設備投資が大きい点である。ハードケーシングに封入するというこれらの欠点を克服するため、当業者はアルミニウムプラスチック複合フィルムによるリチウムイオン電池の封入を試み、かつ、小容量の電池上では広範に採用されているが、大容量（３０Ａｈ以上）のリチウムイオン電池については、依然として、単一プレート、単一電極タブで電池コアを巻回するか、または電極プレートを打ち抜き、さらにセパレータを１層積層して電池コアとする小電池の一連の技術を援用しているが、電池内部抵抗の低減および大電流での充放電という要求を達成することは非常に困難である。
【発明の開示】
【０００３】
本発明の目的は、製造方法が簡単で、電池の内部抵抗は小さく、安全性に優れ、かつ、大電流での充放電に適した大容量のソフトパッケージリチウムイオン電池の製造方法を提供することにある。
【０００４】
上記目的を実現するため、本発明では、電池コアと、前記電池コアを封入するソフトパッケージケーシングと前記ケーシング内に収容される電解液と、前記電池コアと接続されているとともに、前記ケーシングの外部に引き出されている電極タブとを備えるソフトパッケージ大容量リチウムイオン電池が提供されている。
【０００５】
前記電池コアは、複数の正極プレートおよび複数の負極プレートを含み、前記正極プレートおよび負極プレートは、形状が基本的に同一の金属長尺型プレート材であり、かつ、それぞれ長さ方向に沿って塗布領域および未塗布領域が画定され、前記正極プレートの塗布領域は両面に正極活性材が塗布され、前記負極プレートの塗布領域は両面に負極活性材が塗布されており、前記正極プレートの塗布領域および前記負極プレートの塗布領域の大きさは基本的に同一であるとともに、基本的に平坦に延伸しており、前記塗布領域の延伸長さは、基本的に必要とする電池コアの幅と一致している。
【０００６】
前記複数の正極プレートの塗布領域および前記複数の負極プレートの塗布領域は、基本的に位置合わせして１層の積層構造として交互に積層され、正極プレートおよび負極プレートの塗布領域の間にはセパレータが設けられている。
【０００７】
前記複数の正極プレートの未塗布領域は、いずれも前記積層構造の一方の側面から延伸しているとともに、折り曲げられて前記積層構造の上表面上まで延伸しており、前記複数の負極プレートの未塗布領域は、いずれも前記積層構造の他方の対向する側面から延伸しているとともに、同様に折り曲げられて前記積層構造の上表面上まで延伸している。
【０００８】
前記積層構造の前記上表面箇所に金属プレート製の２つの電極タブが設けられ、前記２つの電極タブは、それぞれ前記複数の正極プレートの未塗布領域および前記複数の負極プレートの未塗布領域と接続している。
【０００９】
本発明では、さらに、ソフトパッケージ大容量リチウムイオン電池の製造方法が提供されており、それは、
ａ）複数の平坦な正極プレートおよび複数の平坦な負極プレートを提供する工程であり、前記正極プレートおよび負極プレートは、形状が基本的に同一の金属長尺型プレート材であり、かつ、それぞれ長さ方向に沿って塗布領域および未塗布領域が画定され、前記正極プレートの塗布領域は両面に正極活性材が塗布され、前記負極プレートの塗布領域は両面に負極活性材が塗布されており、前記正極プレートの塗布領域および前記負極プレートの塗布領域の大きさは基本的に同一であり、前記塗布領域の延伸長さは、基本的に必要とする電池コアの幅と一致している正極プレートおよび負極プレートの提供工程と、
ｂ）横方向に開口したＵ字形で、前記塗布領域の上表面と下表面および一方の端部を被覆するセパレータにより、前記複数の正極プレートの塗布領域または前記複数の負極プレートの塗布領域を被覆する工程と、
ｃ）前記複数の正極プレートの塗布領域と前記複数の負極プレートの塗布領域とを基本的に位置合わせして１層の積層構造として交互に積層する工程であり、前記複数の正極プレートの未塗布領域はいずれも前記積層構造の一方の側面から延伸し、前記複数の負極プレートの未塗布領域はいずれも前記積層構造の他方の対向する側面から延伸する位置合わせおよび積層工程と、
ｄ）前記積層構造両側の未塗布領域をそれぞれ電極タブに接続する工程と、
ｅ）前記積層構造両側の未塗布領域をその上に接続された電極タブと共に、前記積層構造の上表面上まで折り曲げて、電池コアを形成する工程と、
ｆ）形成された電池コアをソフトパッケージケーシングで封入し、前記封入過程において前記ケーシング内に電解液を注入する工程とを備える。
【００１０】
本発明のソフトパッケージ大容量リチウムイオン電池について、正極・負極プレート面の密度が一定である場合、電池容量の大きさは、電極プレートの大きさおよび数量により決定される。本発明においては、本発明の塗布領域の長さが基本的に必要とする電池コアの幅と一致するように選択されており、塗布領域を巻回する必要がないため、製造は簡単である。また、本発明の大容量のソフトパッケージリチウムイオンにおいては、大面積のアルミニウム薄板を採用しており、正負極の電極タブが正負極のカレントコレクタと大面積で十分に接触するため、通常のニッケル電極タブと比べ、コストが低減されて封入が簡便であるばかりではなく、電池の内部抵抗も低減され、大電流での充放電能力が許容される。本発明の大容量ソフトパッケージリチウムイオン電池は、その製造方法は簡単で、コストは低く、電池の内部抵抗は比較的小さく、製造される電池の安全性および電気的性能も良好である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１および図３を参照すると、本発明のソフトパッケージ大容量リチウムイオン電池は、電池コアと、前記電池コアが封入されるソフトパッケージケーシング５と、前記ケーシング５内に収容される電解液（未表示）と、前記電池コアと接続されているとともに、前記ケーシングの外部に引き出されている電極タブ４とを備える。図７に示されている通り、正・負極タブ４はいずれもアルミニウム製薄板上に１枚の熱溶融接着フィルム４’を敷設して構成される。当該電池コアは複数の正極プレートおよび複数の負極プレートを含み、当該正極プレートはアルミニウム箔により製造することができ、当該負極プレートは銅箔により製造することができる。図４および図５には正極プレートおよび負極プレートがそれぞれ示されており、それらの形状は基本的に同一の金属長尺型プレート材である。正極プレートは、その長さ方向に沿って塗布領域１（陰影領域）および未塗布領域（カレントコレクタとも称する）１’が画定されている。負極プレートは、その長さ方向に沿って塗布領域２（陰影領域）および未塗布領域（カレントコレクタとも称する）２’が画定されている。カレントコレクタ１’およびカレントコレクタ２’は電極タブ４を接続するために用いる。正極プレートの塗布領域１は両面に正極活性材料が塗布されており、負極プレートの塗布領域２は両面に負極活性材料が塗布されている。図２および図４、図５によれば、正極プレートの塗布領域１および負極プレートの塗布領域２の大きさは基本的に同一（若干の差異は許容される）であるとともに、基本的に平坦に延伸しており、塗布領域１および２の延伸長さは基本的に必要とする電池コア（図１）の幅と一致している。
【００１２】
複数の正極プレートの塗布領域１および複数の負極プレートの塗布領域２は、基本的に位置合わせして１層の積層構造として交互に積層され、正極プレートおよび負極プレートの塗布領域１および２の間にはセパレータ３が設けられている。セパレータ３は製造された電池コアの中において横方向に開口したＵ字形であり、前記正極プレートの塗布領域１または負極プレートの塗布領域２の上表面と下表面および一方の端部を被覆している。図６はセパレータ３の展開図であり、使用時には図内の破線にＵ字形に折り曲げられる。
【００１３】
正極プレートの未塗布領域１’は積層構造の一方の側面から延伸しているとともに、折り曲げられて積層構造の上表面上まで延伸しており、負極プレートの未塗布領域２’は、積層構造の他方の対向する側面から延伸しているとともに、同様に折り曲げられて積層構造の上表面上まで延伸している。積層構造の上表面上まで折り曲げられた未塗布領域１’および２’はそれぞれ２つの電極タブ４、つまり正極タブおよび負極タブに接続している。
【００１４】
セパレータ３により被覆されるのが正極プレートの塗布領域１である場合、正極プレートの数量は負極プレートの数量よりも１枚多くすることができ、それにより積層構造の最外層の電極プレートがいずれも正極プレートとなり、当該積層構造の最上面および最下面のいずれにもセパレータ３を暴露させる。セパレータ３により被覆されるのが負極プレートの塗布領域２である場合、負極プレートの数量は正極プレートの数量よりも１枚多くすることができ、それにより積層構造の最外層の電極プレートがいずれも負極プレートとなり、当該積層構造の最上面および最下面のいずれにもセパレータ３を暴露させる。
【００１５】
以下においては、少なくとも本発明のソフトパッケージ大容量リチウムイオン電池の応用実施例についていくつか紹介する。
【００１６】
実施例１：１００Ａｈソフトパッケージリチウムイオン電池１個の製造
図４に示されている通り、厚さ０．０１２ｍｍのアルミニウム箔により製造された正極プレート４０枚を選択する。正極プレート内の一部領域上の両面に正極活性材料を塗布して、塗布領域１を形成する。当該塗布領域１は、長さ３００ｍｍ、幅２３０ｍｍで、塗布材料を含む全厚みは０．１５ｍｍである。正極プレート内の残りの領域が未塗布領域、つまりカレントコレクタ１’であり、その長さ１４０ｍｍ、幅２３０ｍｍである。図５に示されている通り、さらに、０．０１２ｍｍの銅箔により製造された負極プレート４１枚を選択する。負極プレート内の一部領域上の両面に負極活性材料を塗布して、塗布領域２を形成する。当該負極プレートの塗布領域２は、長さ３０２ｍｍ、幅２３２ｍｍで、塗布材料を含む全厚みは０．１５ｍｍである。負極プレート内の残りの領域が未塗布領域、つまりカレントコレクタ２’であり、その長さ１４０ｍｍ、幅２３２ｍｍである。図６に示されている通り、さらに、セパレータ３を４１枚選択する。その長さは６１０ｍｍ、幅２３６ｍｍであり、セパレータ３を中央の破線に沿って折り曲げて負極プレートを包む。その後、正極プレートの塗布領域１と包み込まれた負極プレートの塗布領域２とを位置合わせし、未塗布のカレントコレクタ１’および２’をそれぞれ左右両側に配置して、交互に１枚ずつ重ね合わせる。重ね合わされた２つのカレントコレクタ１’および２’上に、超音波溶接機による溶接またはリベット接続方式により正・負極タブ４をそれぞれ接続する。図７に示されている通り、電極タブ４はアルミニウム製薄板であり、当該アルミニウム板は、厚み０．３ｍｍ、幅１００ｍｍ、合計長さは３５０ｍｍである。当該電極タブ４のアルミニウム板の２３５ｍｍ箇所において、その表裏両面に横方向に沿って幅３０ｍｍ、長さ１１０ｍｍの熱溶融接着テープ４’を１枚貼着する。電極タブ４が接続された正・負カレントコレクタ１’および２’を対向させて２回９０°折り曲げた後、積層された電極プレート平面上に配設し、高温接着テープで固定すると電池コアとなる。その後、電池コアをアルミプラスチック複合フィルムにより製造されたケーシング５に封入する。封入時には、ケーシング５上に電解液を注入するための小さな開口を留保し、開口が済み、電池化が整った後、電池内部を真空近くまで抽気し、さらに留保されている小さな開口を加熱封止すると、完成品の電池となる。
【００１７】
実施例２：２００Ａｈソフトパッケージリチウムイオン電池１個の製造
図４に示されている通り、厚さ０．０１２ｍｍのアルミニウム箔により製造された正極プレート４０枚を選択する。正極プレート内の一部領域上の両面に正極活性材料を塗布して、塗布領域１を形成する。当該塗布領域１は、長さ６００ｍｍ、幅２３０ｍｍで、塗布材料を含む全厚みは０．１５ｍｍである。正極プレート内の残りの領域が未塗布領域、つまりカレントコレクタ１’であり、その長さ１４０ｍｍ、幅２３０ｍｍである。図５に示されている通り、さらに、０．０１２ｍｍの銅箔により製造された負極プレート４１枚を選択する。負極プレート内の一部領域上の両面に負極活性材料を塗布して、塗布領域２を形成する。当該負極プレートの塗布領域２は、長さ６０２ｍｍ、幅２３２ｍｍで、塗布材料を含む全厚みは０．１５ｍｍである。負極プレート内の残りの領域が未塗布領域、つまりカレントコレクタ２’であり、その長さ１４０ｍｍ、幅２３２ｍｍである。図６に示されている通り、さらに、セパレータ３を４１枚選択する。その長さは１２２０ｍｍ、幅２３６ｍｍであり、セパレータ３を中央の破線に沿って折り曲げて負極プレートを包む。その後、正極プレートの塗布領域１と包み込まれた負極プレートの塗布領域２とを位置合わせし、未塗布のカレントコレクタ１’および２’をそれぞれ左右両側に配置して、交互に１枚ずつ重ね合わせる。重ね合わされた２つのカレントコレクタ１’および２’上に、超音波溶接機による溶接またはリベット接続方式により正・負極タブ４をそれぞれ接続する。図７に示されている通り、電極タブ４はアルミニウム製薄板であり、当該アルミニウム板は、厚み０．３ｍｍ、幅１００ｍｍ、合計長さは３５０ｍｍである。当該電極タブ４のアルミニウム板の２３５ｍｍ箇所において、その表裏両面に横方向に沿って幅３０ｍｍ、長さ１１０ｍｍの熱溶融接着テープ４’を１枚貼着する。以下の製造順は実施例１と完全に同一である。
【００１８】
実施例３：５０Ａｈソフトパッケージリチウムイオン電池１個の製造
正極プレート２０枚、負極プレート２１枚およびセパレータ３を２１枚選択する。それらの長さ、幅と厚みおよび製造方法と手順は、いずれも実施例１と同一である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の電池の断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１の側面図である。
【図４】本発明の正極プレートの概略図である。
【図５】本発明の負極プレートの概略図である。
【図６】本発明のセパレータの概略図である。
【図７】本発明の電極タブの平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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2009530778.tif 000012
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