(57)【要約】【課題】本発明は、製造工程、及び部品点数が少ない、複数のラミネート電池同士を接続した場合に接続部が腐食することを抑制したラミネート電池を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のラミネート電池は、正極集電体及び負極集電体を有する発電要素と、正極集電体に接続されている正極集電タブと、負極集電体に接続されている負極集電タブと、発電要素の全部と前記正極集電タブの一部及び前記負極集電タブの一部を減圧状態及び／又は乾燥状態で封止しているラミネート外装体とを有する。ここで、正極集電体及び負極集電体は互いに異なる材質で構成されている。また、正極集電タブ及び前記負極集電タブは、同じ材質で構成されている。さらに、正極集電体と正極集電タブとの接続部、及び負極集電体と負極集電タブとの接続部は、ラミネート外装体の内部にある。【選択図】図１
2017123306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体、及び負極集電体を有する発電要素と、
前記正極集電体に接続されている正極集電タブと、
前記負極集電体に接続されている負極集電タブと、
前記発電要素の全部と前記正極集電タブの一部及び前記負極集電タブの一部を減圧状態及び／又は乾燥状態で封止しているラミネート外装体とを有し、
前記正極集電体及び前記負極集電体が互いに異なる材質で構成されており、
前記正極集電タブ及び前記負極集電タブは、同じ材質で構成されており、
前記正極集電体と前記正極集電タブとの接続部、及び前記負極集電体と前記負極集電タブとの接続部が、前記ラミネート外装体の内部にある、
ラミネート電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のラミネート電池同士を接続した場合に接続部が腐食することを抑制したラミネート電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境ヘの配慮から、電気を走行の動力に活用する車両形態が増加している。そのため、走行用の動力源として、蓄電池を車両に搭載する必要性が高まっている。
【０００３】
電気によって車両を動かすには、大きな電圧が必要である。しかしながら、電池の酸化還元反応電位は、使用する材料によって決まり、車両を動かすために必要な電位と比較して、低い場合が一般的である。そのため、車両を走行させるのに十分な電圧を得るため、車両に搭載する電池を直列に接続することが考えられる。
【０００４】
このような電池の正極側端と負極側端には、電子のやりとりをする集電体がそれぞれ配置されている。集電体に用いる金属の種類によっては、電池反応において集電体自体が反応することを防止するため、それぞれ別の種類の金属が用いられることが一般的である。例えばチウムイオン電池の場合、通常は正極集電体としてアルミニウム、負極集電体として銅が用いられる。
【０００５】
電池を直列に接続する場合、正極集電体と負極集電体の材質が異なるため、電池の接続部分には異種金属同士が直接触れている部分が形成される。異種金属同士が直接触れている場合、異種金属間のイオン化傾向の差とイオン化を促す外気の湿度環境によって、異種金属同士が直接触れている部分において局部電池現象が発生し、異種金属のうち卑なる金属が腐食される。例えば正極集電体としてアルミニウム、負極集電体として銅を用いたリチウムイオン電池の場合、アルミニウムと銅が接触している部分において、卑なる金属であるアルミニウムが腐食する。
【０００６】
特許文献１及び２では、この様な問題を下記のようにして解決している。
【０００７】
特許文献１は、外装体から延出している、互いに材質が異なる正極集電タブ又は負極集電タブのうち一方の集電タブの先端に、他方の集電タブと同じ材質の部材を接合し、接合部分を樹脂層で被覆している。
【０００８】
また、特許文献２は、ラミネート電池において、ラミネート外装体外部に延出しており、かつ互いに材質が異なる正極集電タブ又は負極集電タブのうち、一方の集電タブの表面に他方の集電タブと同じ材質の被膜を、被膜の縁辺がラミネート外装体の外部と内部の境目に配置されるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−０１９２１３号公報
【特許文献２】特開２００５−３３９９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ラミネート電池同士を接続した場合に、接続部分が腐食することを抑制する手段として、ラミネート外装体の外部に特許文献１又は特許文献２で開示されるような構造を設けると、製造工程、及び部品点数が増加するという問題がある。
【００１１】
本発明は、製造工程、及び部品点数が少ない、複数のラミネート電池同士を接続した場合に接続部が腐食することを抑制し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】
【００１２】
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：
正極集電体及び負極集電体を有する発電要素と、前記正極集電体に接続されている正極集電タブと、前記負極集電体に接続されている負極集電タブと、前記発電要素の全部と前記正極集電タブの一部及び前記負極集電タブの一部とを減圧状態及び／又は乾燥状態で封止しているラミネート外装体を有し、前記正極集電体及び前記負極集電体が互いに異なる材質で構成されており、前記正極集電タブ及び前記負極集電タブは、同じ材質で構成されており、前記正極集電体と前記正極集電タブとの接続部、及び前記負極集電体と前記負極集電タブとの接続部が、前記ラミネート外装体の内部にある、ラミネート電池。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、製造工程、及び部品点数が少ない、複数のラミネート電池同士を接続した場合に接続部が腐食することを抑制し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】
【００１４】
【図１】図１は、従来のラミネート電池、及び本発明のラミネート電池の一例の模式断面図である。
【図２】図２は、従来のラミネート電池、及び本発明のラミネート電池の一例の内部を上から見た模式図である。
【図３】図３は、従来のラミネート電池、及び本発明のラミネート電池をそれぞれ複数直列に接続した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
＜本発明のラミネート電池＞
本発明のラミネート電池は、正極集電体及び負極集電体を有する発電要素と、正極集電体に接続されている正極集電タブと、負極集電体に接続されている負極集電タブと、発電要素の全部と前記正極集電タブの一部及び前記負極集電タブの一部とを減圧状態及び／又は乾燥状態で封止しているラミネート外装体を有する。ここで、正極集電体及び負極集電体は互いに異なる材質で構成されている。また、正極集電タブ及び前記負極集電タブは、同じ材質で構成されている。さらに、正極集電体と正極集電タブとの接続部、及び負極集電体と負極集電タブとの接続部は、ラミネート外装体の内部にある。
【００１７】
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。
【００１８】
電池において、電池反応において集電体自体が反応することを防止するため、正極集電体と負極集電体の材質として、互いに異なる金属を用いるのが通常である。
【００１９】
従来のラミネート電池は、集電タブの材質を集電体の材質に合わせて構成されている。そのため、従来のラミネート電池では正極集電タブと負極種電タブの材質も、互いに異なっている。
【００２０】
そして、従来のラミネート電池では正極集電タブと負極種電タブの材質が異なるため、電池を直列に接続した場合に、接続部分には異種金属同士が直接触れている部分が形成される。そのため、接触部分において、集電タブの一方が腐食する。例えばラミネート電池が正極集電体としてアルミニウム、負極集電体として銅を用いたリチウムイオン電池である場合、アルミニウムと銅が接触している部分において、卑なる金属であるアルミニウムが腐食する。
【００２１】
これは、異種金属同士が接触すると、異種金属間のイオン化傾向の差とイオン化を促す外気の湿度環境によって、異種金属同士が直接触れている部分において局部電池現象が発生し、異種金属のうち卑なる金属が腐食されるためである。
【００２２】
これに対して、本発明のラミネート電池では、正極集電体と負極集電体の材質として互いに異なる金属を用いる点において従来のラミネート電池と共通するものの、正極集電タブと負極種電タブに同じ材質を用いている。また、従来のラミネート電池では異種金属同士が直接触れている部分が電池同士の接続部分、即ち電池の外装体の外側部分に存在しているのに対して、本発明のラミネート電池では、異種金属同士が直接触れている部分が各集電体と集電タブの接続部分、即ち電池の外装体の内側部分に存在している。さらに、本発明のラミネート電池の外装体の内部は、減圧状態及び／又は乾燥状態となっている。
【００２３】
そのため、本発明のラミネート電池では、電池同士の接続部分では同種の金属が接触しているため、異種金属同士の接触による腐食が起きない。また、外装体の内部は減圧状態及び／又は乾燥状態となっているため、異種金属同士が接触している部分は腐食が起きにくい環境となっている。
【００２４】
本発明のラミネート電池は、従来のラミネート電池と比較して、上記のような違いを有するため、複数のラミネート電池同士を接続した場合に接続部が腐食することを抑制することができる。
【００２５】
図１〜３を用いて、本発明のラミネート電池と従来のラミネート電池との違いをより具体的に説明する。
【００２６】
図１〜３は、従来のラミネート電池及び本発明のラミネート電池の一例を示している。図１（ａ）及び図２（ａ）は、従来のラミネート電池（１１ａ）の図であり、図１（ｂ）及び図２（ｂ）は、本発明のラミネート電池（１１ｂ）の図である。また、図３（ａ）は従来のラミネート電池（１１ａ）を複数直列に接続した図であり、図３（ｂ）は本発明のラミネート電池（１１ｂ）を複数直列に接続した図である。
【００２７】
図１及び２に示すように、従来のラミネート電池と本発明のラミネート電池は、共に正極集電体（２）、正極活物質層（３）、固体電解質層（４）、負極活物質層（５）、及び負極集電体（６）をこの順に有する発電要素と、正極集電体（２）に接続されている正極集電タブ（９ａ、９ｂ）と、負極集電体に接続されている負極集電タブ（１０ａ、１０ｂ）と、発電要素の全部と前記正極集電タブ及び前記負極集電タブの一部と封止しているラミネート外装体（１）とを有する。図において、参照番号７及び８は、それぞれ正極集電体及び負極集電体の延長部分であり、この延長部分は、それぞれ正極集電タブ及び負極集電タブに接続されている。
【００２８】
しかし、図１及び２に示すように、本発明のラミネート電池と従来のラミネート電池では、次の点で異なる。
図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、従来のラミネート電池は、正極集電タブ（９ａ）及び負極集電タブ（１０ａ）は、それぞれ正極集電体及び負極集電体と同じ材質であり、正極集電タブ（９ａ）及び負極集電タブ（１０ａ）が互いに異なる金属から構成されている。これに対して、図１（ｂ）及び２（ｂ）に示すように、本発明のラミネート電池は、本発明のラミネート電池では、正極集電タブ（９ｂ）及び負極集電タブ（１０ｂ）の材質を正極集電体及び負極集電体の材質に合わせず、正極集電タブ（９ｂ）及び負極集電タブ（１０ｂ）を同じ材質で構成している。また、従来のラミネート電池と異なり、本発明のラミネート電池は、正極集電タブ（９ｂ）と正極集電体の材質及び／又は負極集電タブ（１０ｂ）と負極集電体の材質を同じ材質としないため、ラミネート外装体（１）の内部において異種金属間の接触部を有する。
【００２９】
次に、図３（ａ）のように、従来のラミネート電池（１１ａ）を複数直列に接続した場合、従来のラミネート電池同士の（１２ａ）において、互いに異なる金属から構成される正極集電タブと負極集電タブが接触する。そのため、この接続部において、正極集電タブと負極集電タブのうち卑なる金属により構成されている集電タブが腐食する。
【００３０】
これに対して、図３（ｂ）のように、本発明のラミネート電池（１１ｂ）を複数直列に接続した場合、本発明のラミネート電池同士の接続部（１２ｂ）において、同じ種類の金属から構成される正極集電タブと負極集電タブが接触する。そのため、この接続部において腐食は起こらない。
【００３１】
なお、図１〜３は本発明の一つの実施の形態を図示したものにすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【００３２】
特許文献１及び２では、複数の電池を接続したときに接続部分において腐食が起こるという問題を解決するために、メッキ等によりなるべくイオン化傾向の近い金属をコーティングすることで腐食を緩和する方法、正極集電タブ及び負極集電タブの間にこれらの集電タブよりもさらに卑な金属を犠牲電極として配置する方法、溶接部分をラミネートシール内に封入することによりイオン化を防止する方法等を取っている。
【００３３】
しかしながら、これらの方法はいずれも、コストがかかること、設計制約となること等の問題がある。
【００３４】
例えば、集電タブと集電体とを接合する場合、異種金属結合を形成する必要がある。しかしながら、異種金属結合は、共晶組織の生成等があり、加熱溶融接合が使用しにくい等、接合方法が限られる。また、この接合をセルとセルの間で実施した場合、例えば、超音波接合を適用する場合には、接合をしようとしているセル自体が邪魔になり、接続部を小さくできない場合が多い。
【００３５】
これに対して、本発明では集電体と集電タブを、ラミネート外装体に電池積層体等を収容する前に接続することができる。そのため、接合する装置のスペース制約が無く、例えば、超音波接合を容易に適用することができる。
【００３６】
また、従来技術では、集電タブとして銅を用いていたが、本発明では集電タブとして素材コストの安いアルミニウムを用いることができるため、電池コストの削減も可能となる。
【００３７】
＜発電要素＞
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。
【００３８】
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。
【００３９】
正極活物質層、固体電解質層、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。
【００４０】
＜集電タブ＞
集電タブは、正極集電体に接続されている正極集電タブ負極集電体に接続されている負極集電タブが挙げられる。
【００４１】
本発明において、正極集電タブ及び負極集電タブは材質が同じであり、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、材質はアルミニウム又は銅を用いてもよい。より具体的には、発電要素がリチウムイオン電池である場合、正極集電体としてアルミニウム、負極集電体として銅、集電タブとしてアルミニウムを用いる構成を挙げることができる。
【００４２】
また、上述のとおり、本発明において正極集電体と負極集電体は材質が異なる。このため、正極集電タブと正極集電体との接続部、及び／又は負極集電タブと負極集電体との接続部では、異種金属が接触している。
【００４３】
本発明において、正極集電体と正極集電タブとの接続部及び負極集電体と負極集電タブとの接続部は、ラミネート外装体の内部に配置されている。このため、異種金属が接触している接続部は減圧／乾燥状態のラミネート外装体内部に配置される。これにより、異種金属が接触している接続部における卑なる金属の腐食を抑制することができる。
【００４４】
なお、正極集電タブ及び負極集電タブは、図２（ｂ）に図示されるように、それぞれ正極集電体及び負極集電体の延長部分と接続されていてよい。
【００４５】
＜ラミネート外装体＞
ラミネート外装体は、金属層とシーラント材層を有する。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。
【００４６】
ラミネート外装体は、発電要素の全部と正極集電タブ及び負極集電タブの一部とを減圧状態及び／又は乾燥状態で封止している。
【００４７】
本発明において、正極／負極集電体と正極／負極集電タブとの接続部の少なくとも一方は異種金属が接触している。ラミネート外装体の内部を減圧状態及び／又は乾燥状態とすることにより、ラミネート外装体内部にある接続部の周りの雰囲気はイオン化しにくい環境となり、異種金属が接触している接続部の卑なる金属の腐食を防止することができる。
【００４８】
発電要素等を封止する方法は、シーラント材層同士を溶着することにより行うことができる。ラミネート外装体を溶着する方法としては、例えば熱板溶着法、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。
【符号の説明】
【００４９】
１    ラミネート外装体
２    正極集電体
３    正極活物質層
４    固体電解質層
５    負極活物質層
６    負極集電体
７    正極集電体の延長部分
８    負極集電体の延長部分
９ａ    正極集電タブ
９ｂ    正極集電タブ
１０ａ    負極集電タブ
１０ｂ    負極集電タブ
１１ａ    従来のラミネート電池
１１ｂ    本発明のラミネート電池
１２ａ    従来のラミネート電池同士の接続部
１２ｂ    本発明のラミネート電池同士の接続部
【図１】
2017123306.tif 000003
【図２】
2017123306.tif 000004
【図３】
2017123306.tif 000005