(57)【要約】【課題】本発明の目的は、ラミネート外装体の内部の電池反応に寄与しない余剰な空間を減少させることによってエネルギー密度を増加させたラミネート電池を提供することである。【解決手段】本発明のラミネート電池は、ラミネート外装体に電池要素が封入されているラミネート電池である。ラミネート外装体は、１つ以上の平面状のラミネートシート、及び外周全体が底面に対して立ち上がって凹形状を形成している２つの凹形状のラミネートシートを有している。２つの凹形状のラミネートシートは、凹面がラミネート外装体の外側を向くようにして電池要素を挟んで対向しており、凹形状のラミネートシートの外周全体に、平面状のラミネートシートの一対の端部が接合されており、かつ平面状のラミネートシートの端部のうち、凹形状のラミネートシートの外周全体に接合されていない端部同士が接合されており、それによってラミネート外装体が袋状に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラミネート外装体に電池要素が封入されているラミネート電池であって、
前記ラミネート外装体は、１つ以上の平面状のラミネートシート、及び外周全体が底面に対して立ち上がって凹形状を形成している２つの凹形状のラミネートシートを有しており、
２つの前記凹形状のラミネートシートは、凹面が前記ラミネート外装体の外側を向くようにして前記電池要素を挟んで対向しており、前記凹形状のラミネートシートの外周全体に、前記平面状のラミネートシートの一対の端部が接合されており、かつ前記平面状のラミネートシートの端部のうち、前記凹形状のラミネートシートの前記外周全体に接合されていない端部同士が接合されており、それによって前記ラミネート外装体が袋状に形成されている、
ラミネート電池。
【請求項２】
正極集電タブ及び負極集電タブを有し、
前記正極集電タブ及び前記負極集電タブは、前記電池要素と電気的に接続されており、かつ、前記平面状のラミネートシートの端部同士が互いに接合されている部分において、前記ラミネート電池の内部から外部に貫通している、
請求項１に記載のラミネート電池。
【請求項３】
２つの前記凹形状のラミネートシートが同一形状かつ／又は鏡映対称である、請求項１又は２に記載のラミネート電池。
【請求項４】
前記凹形状のラミネートシートの底面が多角形である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のラミネート電池。
【請求項５】
前記凹形状のラミネートシートの前記底面が六角形である、請求項４に記載のラミネート電池。
【請求項６】
前記平面状のラミネートシートの端部同士が互いに接合されている部分が、前記凹形状のラミネートシートの前記底面の頂点に接している、請求項４又は５に記載のラミネート電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラミネート電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄型かつ軽量な電池として、ラミネート外装体に電池要素が収容されているラミネート電池が知られている。ラミネート外装体は、アルミニウムやステンレス等の薄い金属層上にシーラント材層を有する多層構造を有するため、軽量かつ柔軟であり、かつ酸やアルカリにも強いため、電池の外装体の材料に適している。
【０００３】
ラミネート電池において、エネルギー密度を増加させることが求められてきた。エネルギー密度を増加させる手段としては、電池反応に関与しない部分の体積を減らすことが考えられてきた。
【０００４】
特許文献１は、ラミネート外装体のうち電池要素を収容する部分に凹みを形成して、ラミネート外装体の袋の形状を電池要素の形状に合わせている。特許文献１では、この様な方法によってラミネート電池の体積全体に占めるラミネート外装体の体積を小さくして、ラミネート電池のエネルギー密度を増加させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２２６８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のようにして、エンボス加工によって電池要素を収容する空間をラミネート外装体に形成した場合、電池要素を収容することができない余剰な空間が、ラミネート外装体の内部に生じる。
【０００７】
したがって、本発明は、ラミネート外装体の内部の電池反応に寄与しない余剰な空間を減少させることによって、エネルギー密度を増加させたラミネート電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の課題を解決するための手段は、下記のとおりである：
【０００９】
＜１＞ラミネート外装体に電池要素が封入されているラミネート電池であって、
前記ラミネート外装体は、１つ以上の平面状のラミネートシート、及び外周全体が底面に対して立ち上がって凹形状を形成している２つの凹形状のラミネートシートを有しており、
２つの前記凹形状のラミネートシートは、凹面が前記ラミネート外装体の外側を向くようにして前記電池要素を挟んで対向しており、前記凹形状のラミネートシートの外周全体に、前記平面状のラミネートシートの一対の端部が接合されており、かつ前記平面状のラミネートシートの端部のうち、前記凹形状のラミネートシートの端部の前記外周全体に接合されていない端部同士が接合されており、それによって前記ラミネート外装体が袋状に形成されている、
ラミネート電池。
＜２＞正極集電タブ及び負極集電タブを有し、
前記正極集電タブ及び前記負極集電タブは、前記電池要素と電気的に接続されており、かつ、前記平面状のラミネートシートの端部同士が互いに接合されている部分において、前記ラミネート電池の内部から外部に貫通している、
前記１に記載のラミネート電池。
＜３＞２つの前記凹形状のラミネートシートが同一形状かつ／又は鏡映対称である、前記１又は２に記載のラミネート電池。
＜４＞前記凹形状のラミネートシートの底面が多角形である、前記１〜３のいずれか一項に記載のラミネート電池。
＜５＞前記凹形状のラミネートシートの前記底面が六角形である、前記４に記載のラミネート電池。
＜６＞前記平面状のラミネートシートの端部同士が互いに接合されている部分が、前記凹形状のラミネートシートの前記底面の頂点に接している、前記４又は５に記載のラミネート電池。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ラミネート外装体の内部の電池反応に寄与しない余剰な空間を減少させることによって、エネルギー密度を増加させたラミネート電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一つの実施形態のラミネート電池の模式図である。
【図２】図２は、本発明の一つの実施形態のラミネート電池のラミネート外装体の部品の模式図である。
【図３】図３は、ラミネートシートに対してエンボス加工を行っている模式図である。
【図４】図４は、本発明の一つの実施形態のラミネート電池の模式図である。
【図５】図５は、従来のラミネート電池の模式図である。
【図６】図６は、本発明の一つの実施形態のラミネート電池及び従来のラミネート電池の断面を比較した模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について詳述する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるのではなく、発明の本旨の範囲内で種々変形して実施できる。
【００１３】
本発明のラミネート電池は、ラミネート外装体に電池要素が封入されているラミネート電池である。ラミネート外装体は、１つ以上の平面状のラミネートシート、及び外周全体が底面に対して立ち上がって凹形状を形成している２つの凹形状のラミネートシートを有している。２つの凹形状のラミネートシートは、凹面がラミネート外装体の外側を向くようにして電池要素を挟んで対向しており、凹形状のラミネートシートの外周全体に、平面状のラミネートシートの一対の端部が接合されており、かつ平面状のラミネートシートの端部のうち、凹形状のラミネートシートの外周全体に接合されていない端部同士が接合されており、それによってラミネート外装体が袋状に形成されている。
【００１４】
図１は、本発明のラミネート電池の一つの実施形態の模式図である。図１において、２つの凹形状のラミネートシート（１０）は、凹面がラミネート外装体の外側を向くようにしてラミネート外装体の対向する一方の側面を形成している。そして、凹形状のラミネートシートの外周全体（１１）に、２つの平面状のラミネートシート（２０）の一対の端部が接合されている。平面状のラミネートシート（２０）の端部のうち、凹形状のラミネートシートの外周全体（１１）に接合されていない端部同士が接合されており、それによってラミネート外装体が袋状に形成されている。さらに、平面状のラミネートシートの端部同士が接合されている部分（２１）において、集電タブ（３０）がラミネート電池の内部から外部に貫通している。
【００１５】
図２は、本発明のラミネート電池の一つの実施形態のラミネート外装体を構成する部品を示している模式図である。図２において、ラミネート外装体を構成する部品は、２つの凹形状のラミネートシート（１０）、及び２つの平面状のラミネートシート（２０）である。２つの平面状のラミネートシート（２０）は、凹形状のラミネートシートの外周全体（１１）に接合される。また、図２において、凹形状のラミネートシートの外周全体（１１）は、凹形状のラミネートシートの底面（１２）に対して立ち上がっている。
【００１６】
原理によって限定されるものではないが、本発明の作用原理は以下のとおりであると考える。
【００１７】
図３は、ラミネートシート（１２０）に対してエンボス加工を行っている模式図である。図３において、ラミネートシート（１２０）は型を用いてエンボス加工されている。型は、雄型（１００）、雌型（１１０）、及びしわ押さえ板（１３０）によって構成されている。雄型（１００）と雌型（１１０）との間には隙間（１４０）が設けられている。
【００１８】
図３のように、エンボス加工によってラミネートシート（１２０）に凹部を設けた場合、エンボス加工によって形成された角部は、丸みを持った角となる。また、形成される凹部は、雄型（１００）と雌型（１１０）との間の隙間（１４０）の分だけ雄型（１００）よりも大きくなる。
【００１９】
特許文献１のような従来のラミネート電池のようにしてエンボス加工を行い、電池要素を収納する空間をラミネート外装体に形成する場合、丸みを持った角の部分、及び雄型と雌型との間の隙間の部分によって、余剰な空間が形成される。この余剰な空間は、ラミネートシートが接合されている部分に近づくにつれて空間が狭くなっていくため、電池要素を収容するために使用することができない。そのため、ラミネート外装体のエネルギー密度は、余剰な空間の体積の分だけ小さくなる。言い換えると、ラミネート外装体の幅の長さについて、エンボス加工に必要な長さの分だけ、ラミネート外装体が電池要素を収容できる幅が減少する。
【００２０】
したがって、電池要素を収容する空間を形成するためにラミネート外装体に対してエンボス加工を行った従来のラミネート電池の場合、ラミネート外装体内部に余剰な空間が生じてしまい、ラミネート電池のエネルギー密度が低下してしまう。
【００２１】
これに対して、本発明のラミネート電池では、ラミネート外装体を、外周全体が底面に対して立ち上がって凹形状を形成している２つの凹形状のラミネートシート、及び平面状のラミネートシートを接合して、ラミネート外装体の形状を電池要素の形状に合わせている。
【００２２】
このように、本発明のラミネート電池のラミネート外装体は、従来のラミネート電池とは異なる構成によって電池要素を収容する空間が形成されており、ラミネートシートが接合されている部分においても空間が狭くならない。
【００２３】
これにより、本発明のラミネート電池は、同じ大きさのラミネート外装体を有する従来のラミネート電池よりも、より大きい電池要素を収納することができ、エネルギー密度を増加させることができる。
【００２４】
従来のラミネート電池と本発明のラミネート電池の違いを、図４〜６を用いてより具体的に説明する。
【００２５】
図４及び５は、それぞれ本発明の一つの実施形態に基づくラミネート電池（２００）及び従来のラミネート電池（２１０）の模式図である。ここで、図４及び５に示されるそれぞれのラミネート電池は、幅、すなわちＡ−Ａ方向、及びＡ’−Ａ’方向の長さが等しいことを理解されたい。
【００２６】
また、図６の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図４及び５のＡ−Ａ断面、及びＡ’−Ａ’断面の模式図である。
【００２７】
図６の（ａ）及び（ｂ）では、いずれもラミネートシートが接合されている部分の幅（３００）は等しい。しかしながら、図６の（ｂ）では、ラミネート外装体内部の電池要素を収納する空間を、エンボス加工を用いて形成しているため、ラミネートシートが接合されている部分に近づくにつれて電池要素（４００）を収納する空間が狭くなっている部分を有する。そのため、ラミネート電池の幅方向において、エンボス加工に必要な幅（３２０）、すなわち電池要素（４００）を収容するために使用することができない余剰な空間が生じている。これに対して、図６（ａ）では、ラミネート外装体内部の電池要素（４００）を収納する空間を、厚さが小さくなっている部分が形成されないようにしているため、従来のラミネート電池よりも、電池要素（４００）を余分に収容できる幅（３１０）を有する。
【００２８】
なお、本明細書において、「エネルギー密度」という用語は、ラミネート電池の単位体積当たりの電池のエネルギーを表している、体積エネルギー密度を意味することを理解されたい。
【００２９】
＜ラミネート電池＞
本発明のラミネート電池は、ラミネート外装体に電池要素が封入されている。また、本発明のラミネート電池は、正極集電タブ及び負極集電タブを有していることができる。
【００３０】
＜ラミネート外装体＞
本発明において、ラミネート外装体は、１つ以上の平面状のラミネートシート、及び２つの凹形状のラミネートシートを有している。
【００３１】
ここで、ラミネートシートとは、金属層とシーラント材層を有するシートである。ラミネートシートに用いられる金属等としては、例えばアルミニウム又はステンレス鋼を用いることができ、シーラント材層としては、例えば熱可塑性樹脂であるポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、又はポリ塩化ビニル等を用いることができる。
【００３２】
平面状のラミネートシートと凹形状のラミネートシート、及び平面状のラミネートシート同士の接合部分は、それぞれラミネート外装体内部の密閉性を維持できる態様であれば、いかなる方法によっても接合することができる。具体的な接合方法としては、ラミネートシートのシーラント材層同士を溶着する方法を挙げることができる。他には、ラミネートシート同士を接着剤によって接着してもよい。
【００３３】
ラミネートシートのシーラント材層同士を溶着する場合、例えば熱板溶着、超音波溶着法、振動溶着法、又はレーザー溶着法等を挙げることができる。
【００３４】
１．凹形状のラミネートシート
凹形状のラミネートシートは、外周全体が底面に対して立ち上がって凹形状を形成している。凹形状のラミネートシートの凹形状は、一枚のラミネートシートに対してエンボス加工を行って形成されていてよく、他の方法、例えばラミネートシートの外周部分の角部に切り込みを入れ、外周部分を底面に対して立ち上がるように折り曲げられて形成されていてもよい。
【００３５】
凹形状のラミネートシートの底面は、ラミネート外装体の電池要素を収容する空間をより大きくするため、平面状であることが好ましい。さらに、平面状のシートとの接合を容易にするため、凹形状のラミネートシートの底面は、多角形、特に六角形又は五角形が好ましい。また、２つの凹形状のラミネートフィルムは、同一形状かつ／又は鏡映対称であってよい。
【００３６】
２．平面状のラミネートシート
ラミネート外装体は、１つ以上の平面状のラミネートシートを有する。平面状のラミネートシートは、１つ又は２つであることが好ましい。
【００３７】
平面状のラミネートシートが１つである場合、２つの凹形状のラミネートシートの外周全体に平面状のラミネートシートを巻きつけるようにしてラミネート外装体を形成することができる。このようにラミネート外装体が形成されていることにより、平面状のラミネートシート同士の接合部分を減少することができ、ラミネート電池のエネルギー密度をより増加させることができる。
【００３８】
平面状のラミネートシートが２つである場合、２つの平面状のラミネートシートで電池要素を挟み込むように配置し、２つの平面状のラミネートシートの一対の端部を凹形状のラミネートシートに接合し、かつ２つの平面状のラミネートシートの残った端部を互いに接合することによってラミネート外装体を形成することができるため、ラミネート外装体の形成をより簡易にすることができる。
【００３９】
平面状のラミネートシートの端部同士が互いに接合されている部分は、凹形状のラミネートシートの底面の頂点に接していることが好ましい。これは、平面状のラミネートシートの端部同士が互いに接合されている部分が凹形状のラミネートシートの底面の頂点でない部分に接している場合よりも、平面状のラミネートシートの端部同士が互いに接合されている部分とその周辺部分との境界部分の角度がより緩やかになるため、平面状のラミネートシートの端部同士が互いに接合されている部分の強度が増加するためである。
【００４０】
＜電池要素＞
発電要素は、例えば正極集電体、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体をこの順に有する全固体電池、並びに正極集電体、正極活物質層、セパレーター、負極活物質層、及び負極集電体が電解液に含浸されている液系電池等を挙げることができるが、これらに限定されない。
【００４１】
正極集電体及び負極集電体としては、例えば各種金属、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、若しくはチタン等、又はこれらの合金を用いることができる。発電要素がリチウムイオン電池である場合には、化学的安定性の観点から、正極集電体の材質はアルミニウムが好ましく、負極集電体の材質は銅が好ましい。なお、本発明において、正極集電体及び負極集電体は、互いに異なる材質から構成されている。
【００４２】
正極活物質層、固体電解質層、及び負極活物質層は、発電要素が電池としての機能を有する構成であれば特に限定されない。例えば発電要素がリチウムイオン電池である場合には、正極活物質層は正極活物質としてのコバルト酸リチウムを有していてよく、固体電解質層は硫化物固体電解質としてのＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を有していてよく、負極活物質層は負極活物質としてのグラファイトを有していてよい。
【００４３】
＜正極集電タブ及び負極集電タブ＞
正極集電タブ及び負極集電タブは、電池要素と電気的に接続されており、かつ、平面状のラミネートシートの端部同士が互いに接合されている部分において、ラミネート電池の内部から外部に貫通していることが好ましい。正極集電タブ及び負極集電タブがこのような配置を有することにより、平面状のラミネートシートの端部同士が互いに接合されている部分が正極集電タブ及び負極集電タブをラミネート電池に接合する部分を兼ねるため、ラミネート外装体の接合部分を減少させることができる。ラミネート外装体の接合部分を減少させることにより、ラミネート外装体の体積を減少させ、エネルギー密度をより増加させることができる。
【００４４】
正極集電タブ及び負極集電タブは、各種金属、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、若しくはチタン等、又はこれらの合金を用いることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０    凹形状のラミネートシート
１１    凹形状のラミネートシートの外周全体
１２    凹形状のラミネートシートの底面
２０    平面状のラミネートシート
２１    平面状のラミネートシートの端部同士が接合されている部分
３０    集電タブ
１００    雄型
１１０    雌型
１２０    ラミネートシート
１３０    しわ押さえ板
１４０    隙間
２００    本発明の一つの実施形態に基づくラミネート電池
２１０    従来のラミネート電池
３００    ラミネートシートが接合されている部分の幅
３１０    電池要素を余分に収容できる幅
３２０    エンボス加工に必要な幅
４００    電池要素
【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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