(57)【要約】【課題】積層型電池の体積エネルギー密度を向上させる。【解決手段】正極および負極を有する電極体と電極体から導出された電極タブと電極タブに電気的に接続された電極端子と、電極体および電極端子を収容する外装体と、を有する積層型電池であって、電極タブと電極端子とが溶接されている電極端子接合部と、電極タブ、電極端子、および外装体をシールするシール部と、を有し、積層型電池を面内方向から見た際、電極タブ、電極端子、外装体およびシール部が一断面に並んでいる積層型電池。【選択図】図1
2019133779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極および負極を有する電極体と
前記電極体から導出された電極タブと
前記電極タブに電気的に接続された電極端子と、
前記電極体および前記電極端子を収容する外装体と、を有する積層型電池であって、
前記電極タブと前記電極端子とが溶接されている電極端子接合部と、
前記電極タブ、前記電極端子、および前記外装体をシールするシール部と、を有し、
前記積層型電池を面内方向から見た際、前記電極タブ、前記電極端子、前記外装体および前記シール部が一断面に並んでいる積層型電池。
【請求項２】
請求項1の積層型電池において、
前記積層型電池の面内方向において、前記電極タブは前記シール部より内側に形成されている積層型電池。
【請求項３】
請求項1の積層型電池において、
前記一断面が前記積層型電池の積層方向に対して傾いている積層型電池。
【請求項４】
請求項3に記載の積層型電池において、
前記電極タブの先端の、前記電極体の厚さ方向に射影された点の位置が、前記電極体の積層方向の幅の中に納められている積層型電池。
【請求項５】
請求項1の積層型電池において、
前記電極端子接合部および前記シール部が前記積層型電池の積層方向における下部に形成されている積層型電池。
【請求項６】
請求項1の積層型電池において、
前記電極体は、前記正極および前記負極を分離するセパレータを有し、
前記積層型電池の積層方向から見た際、前記セパレータは前記正極または前記負極より大きい積層型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層型電池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。ラミネートフィルム2の内部において、正極集電部4のエッジ12と、正極集電部4と正極タブ6とを超音波溶接により溶着している超音波溶接部9のバリ状部分11と、正極集電部4と接続された側の正極タブ6の端部のカエリ10とを覆う領域に保護シート8が貼り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2012-33449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、正極集電部4と正極タブ6とを超音波溶接により接続しており、溶接部より外側でラミネートフィルム2によりシールされているため、シール部がデッドスペースとなり、積層型電池の体積エネルギー密度が低下する可能性がある。
【０００５】
本発明は、積層型電池の体積エネルギー密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】
正極および負極を有する電極体と電極体から導出された電極タブと電極タブに電気的に接続された電極端子と、電極体および電極端子を収容する外装体と、を有する積層型電池であって、電極タブと電極端子とが溶接されている電極端子接合部と、電極タブ、電極端子、および外装体をシールするシール部と、を有し、積層型電池を面内方向から見た際、電極タブ、電極端子、外装体およびシール部が一断面に並んでいる積層型電池。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により積層型電池の体積エネルギー密度を向上を向上できる。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】積層型電池の外観図。
【図２】積層型電池の外観図。
【図３】積層型電池の外観図。
【図４】積層型電池の外観図。
【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、積層型電池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。
【実施例１】
【００１３】
図1は、積層型電池の外観図である。積層型電池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、電極端子接合部600、シール部700を有する。
【００１４】
正極100は、正極合剤層110（電極合剤層）、正極集電体120、および正極タブ130（電極タブ）を有する。正極集電体120（電極集電体）の両面に正極合剤層110が形成されている。負極200、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。
【００１５】
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。積層型電池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、積層型電池1000中で電気的な並列接続が構成される。図1の積層型電池1000は積層型の二次電池である。
【００１６】
＜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系複合酸化物な、Li-Co-Ni-Mn複合酸化物、LiFeP系酸化物などが上げられる。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、リチウム金属などが上げられる。
【００１７】
電極合剤層中に、電極合剤層内の電子伝導性を担う正極導電剤や、電極合剤層内の材料間の密着性を確保するバインダ、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。
【００１８】
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、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。
【００１９】
＜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に導出されている。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。
【００２０】
正極集電体120および正極タブ130には、アルミニウム箔、孔径0.1mm〜10mmの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などを適用できる。材質は、アルミニウムの他に、ステンレス、チタンなどを適用できる。
【００２１】
負極集電体220および負極タブ230には、銅箔、孔径0.1mm〜10mmの銅製穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡銅板などが用いられる。材質は、銅の他に、ステンレス、チタン、ニッケルなどを適用できる。
【００２２】
電極集電体および電極タブの厚さは、10nm〜1mmであることが望ましい。積層型電池1000のエネルギー密度と電極の機械強度両立の観点から1μm〜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、積層型電池1000がリチウムイオン積層型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を利用できる。
【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などを利用できる。セパレータ300に微多孔膜が用いられる場合、複数の電極体400を収納する外装体の空いている1辺や注液孔から積層型電池1000に電解液を注入することで、積層型電池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、スルホラン等を用いることができる。こられの材料を単独または複数組み合わせて使用してもよい。リチウム塩としては、例えば、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）等を好ましく用いることができる。これらのリチウム塩を単独または複数組み合わせて使用してもよい。
【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を利用できる。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、積層型電池1000中で電気的な直列接続を構成できる。ただし、積層型電池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積層型電池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の厚さは積層型電池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のサイズとなる。
【００２８】
＜電極端子＞
電極端子は電極タブと電気的に接続される。正極端子150および負極端子250の材質として、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレスなどの金属を用いることができる。   
【００２９】
＜外装体500＞
外装体500は、電極体400、電極端子を収納する。電極端子をバスバに電気的に接続させるために、外装体500の電極端子が形成されている面では、電極端子を露出させるように外装体500に開口部が形成されている。外装体500の材質はアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼製など、電解質に対し耐食性のある材料から選択される。
【００３０】
＜電極端子接合部600＞
電極タブと電極端子を例えば超音波溶接により溶接することにより、電極タブと電極端子とが接合された電極端子接合部600が形成される。
【００３１】
＜シール部700＞
電極端子接合部600をシーラント材で熱融着することにより、積層型電池1000（電極タブ、電極端子、外装体500）をシールするシール部700が形成される。このとき、積層型電池1000を面内方向から見た際、電極タブ、電極端子、外装体500およびシール部700が一断面に並んでいる。これにより、従来、積層型電池1000をシールする際に積層型電池1000の面内方向に並んでいた電極端子接合部600およびシール部700を一断面に集約することができ、積層型電池1000のデッドスペースを低減し、積層型電池1000の体積エネルギー密度を向上できる。
【００３２】
シーラント材として、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、積層型電池1000の構成部材に密着する機能を有する材料が挙げられる。
【００３３】
図1では、積層型電池1000の面内方向において、電極タブはシール部700より内側に形成されている。これにより、電極タブと外部の空気との接触を防止でき、電極タブの腐食を防げる
【実施例２】
【００３４】
図2は、積層型電池の外観図である。図2では、電極タブ、電極端子、外装体500およびシール部700で構成される一断面が積層型電池1000の積層方向に対して傾いている。具体的には、積層型電池1000の面内方向において、外装体500の電極体400を収納する領域の外部に導出されている電極タブを折り曲げ、電極端子接合部600およびシール部700が積層型電池1000の積層方向に向けられている。これにより、電極端子により生ずる積層型電池1000のデッドスペースを低減し、積層型電池1000の体積エネルギー密度を向上できる。
【００３５】
積層型電池1000の面内方向に対して電極タブの延出方向がほぼ垂直になっているが、垂直でなくとも傾いていればよい。その場合、傾いている電極タブの先端の、電極体400の厚さ方向に射影された点の位置が、電極体400の積層方向の幅の中に納まることで体積エネルギー密度の向上を図ることができる。
【００３６】
電極体400の側面の前記電極タブが配置された辺を除く3辺においても外装体500は接合されている。このとき、3辺における外装体500の接合箇所の幅が、積層型電池1000の積層方向に対して傾いていることが望ましい。換言すれば、傾いている外装体500の接合箇所の先端の、電極体400の厚さ方向に射影された点の位置が、電極体400の積層方向の幅の中に納められていることが望ましい。これにより、外装体500により生ずる積層型電池1000のデッドスペースを低減し、積層型電池1000の体積エネルギー密度を向上できる。
【００３７】
積層型電池1000の面内方向において、傾いている外装体500の接合箇所より外周側に、傾いている外装体500およびシール部700で構成される一断面が形成されることが望ましい。これにより、積層型電池1000の生産性を向上できる。
【実施例３】
【００３８】
図3は、積層型電池の外観図である。図3では、電極端子接合部600およびシール部700が積層型電池1000の積層方向における下部に形成されている。具体的には、電極体400の最下部にある電極タブが形成されている位置で複数の電極タブを束ね、電極体400の最下部にある電極タブが形成されている位置から束ねた電極タブを折り曲げられている。また、積層型電池1000の積層方向の下部に配置されている外装体500は、図2のように積層型電池1000の積層方向に折り曲げられておらず、積層型電池1000の面内方向に延伸している。これにより、電極端子の長さを大きくすることができる。
【００３９】
電極体400の最下部にある電極タブが形成されている位置で複数の電極タブを束ねる必要はなく、およそ積層型電池1000の積層方向の膜厚の1/2より下部、好ましくは1/3より下部で複数の電極タブが束ねられていることが望ましい。
【実施例４】
【００４０】
図4は、積層型電池の外観図である。図4では、積層型電池1000の積層方向から見た際、セパレータ300を電極より大きく形成している。具体的には、電極端部の一部または全部を覆うようにセパレータ300が形成されている。これにより、電極タブを折り曲げた際に、折り曲げた電極タブに対応する電極とは異なる電極と折り曲げた電極タブとの短絡を防止できる。
【符号の説明】
【００４１】
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
600  電極端子接合部
700  シール部
1000  積層型電池
【図１】
2019133779.tif 000003
【図２】
2019133779.tif 000004
【図３】
2019133779.tif 000005
【図４】
2019133779.tif 000006