JP2005038613A

JP2005038613A - Plate-shaped battery

Info

Publication number: JP2005038613A
Application number: JP2003196942A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Sano; 茂佐野; Shigetaka Kasuya; 成孝糟谷; Takeo Mizui; 健雄水井
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2005-02-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plate-shaped battery in which the volume of the part substantially not contributing to power generation is minimized, and has a battery case with sufficient strength. <P>SOLUTION: A lithium ion secondary battery 1 is formed by airtightly sealing a plate-shaped cell in a battery case 4 made of a laminated enveloping material. A marginal part for adhesion 11 keeping the internal airtightness is formed on the battery case 4. The marginal part 11 of two sides adjacent to each other is folded toward case body side. The end face of the corner part of the cell 2 is formed so as to retreat inside a virtual angle VC formed by virtually extending a pair of side face on which the marginal part 11 to be folded extends. The marginal part 11 is extended up to the inside of the virtual angle VC, and notched parts 40 to 43 are formed at every corners of the case 2. The marginal part for adhesion 11 having a width corresponding to the depth of the notched parts 40 to 43 is folded. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状の発電要素が軟質容器内に気密封止された構造の板型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、電解液を電極内で膨潤保持可能なリチウムイオン二次電池（リチウムポリマー二次電池の概念を含む）においては、液漏れの恐れが小さいため、発電要素（セル）を、可撓性を有するラミネート外装材からなる電池容器に収容することが行なわれている。この手法によれば、金属製の容器を使用しないで済むため、電池の薄型化が容易である。また、後述する積層型リチウムイオン二次電池に至っては、形状の自由度が極めて高いという特徴を持っている。
【０００３】
ラミネート外装材は、アルミニウム箔の両面に樹脂をラミネートしたものが一般的である。容器内に露出する側には、ポリプロピレン等の熱融着性樹脂がラミネートされる。この構成によれば、熱融着性樹脂を溶融および固化させるだけで、容器を封口することが可能である。熱融着性樹脂が溶融および固化された箇所には、融着代が形成される。この融着代は、電池内部への水分の透過を防止するために、少なくとも数ミリ幅は設けるのが通常である。小型の電池においては、この融着代が比較的大きな面積を占めるようになるので、電池の側面にぴったりと折り畳んで、電池を実質的に小型化する試みがなされている（下記特許文献１〜３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−５８０１３号公報
【特許文献２】
特開２００１−２０２９３１号公報
【特許文献３】
特開２００１−３５７８２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
折り線を融着代の内周縁に概ね一致させる形で、該融着代の折り曲げ成形を行なうようにすれば、電池そのものの大きさを最も小さくできる。上記特許文献１〜３に示す板型の電池は、発電要素が方形状である。融着代は、方形状の発電要素の外周に沿って形成されており、平行な１組の辺について折り曲げ成形が行なわれている。１組の平行な融着代をその内周縁に沿って折り曲げることに大きな困難性は無い。
【０００６】
ところが、隣り合う２辺の融着代を折り曲げる場合は、カドに折り皺が形成されることは不可避である。この折り皺の形成によって、融着代の強度、ひいては電池容器の強度が損なわれたり、外観が悪くなったりする。上記特許文献３には、融着代を切り欠いた切欠き部を設けることにより、融着代の折り曲げ容易性を高める技術が開示されているものの、該技術を採用する場合においては、空気の侵入防止、耐水分透過性の維持という観点から、融着代の内周縁に差し掛からないように切欠き部を形成することが必須となる。この場合、融着代をその内周縁に沿って折り曲げることは難しく、内周縁よりもやや外側に折り線を設定する必要性が生じる。
【０００７】
本発明の課題は、発電に寄与しない部分が実質的に占有する容積を極力小さくするとともに、電池容器の強度が十分に保たれた板型電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために本発明は、金属箔に熱融着性樹脂がラミネートされてなる外装材で構成された電池容器に、板状の発電要素を気密封止した板型電池であって、多角形の形態を有し、電池容器は、容器本体と蓋部とを含んで構成され、内側に位置する熱融着性樹脂の溶融および固化により容器本体と蓋部とが貼り合わさり、電池容器内の気密を保持する融着代が発電要素の外周に沿って形成され、互いに隣り合う２辺を構成する融着代が容器本体側に折り曲げられており、発電要素は、折り曲げに供された融着代が沿う１組の側面を仮想的に延長することによって形成される仮想角の内側に、当該発電要素の角部における端面が後退して位置するように構成され、融着代が仮想角の内側に進出する位置まで形成され、発電要素の角部に対応して、融着代を内側方向に切り欠いた切欠き部が設けられ、該切欠き部の切り込み深さに応じた幅の融着代が折り曲げに供されていることを特徴とする。
【０００９】
上記本発明においては、融着代の折り曲げの際に、折り皺が発生することを防ぐための切欠き部を設けるようにしている。ただし、切り込み深さを大きく取って、融着代の折り曲げ幅を大きくするための工夫がなされている。簡単にいえば、切欠き部を形成する位置において融着代の幅を予め余分に設けておき、切り込み深さの大きい切欠き部を形成したあとでも、空気や水分の透過を十分に防げるようにしている。具体的には、発電要素をその角部の端面がやや内側に後退して位置するように構成し、その分だけ融着代を余分に形成する。そして、その部分において切り込み深さの大きい切欠き部を形成している。このようにすれば、深さが大の切り欠きであっても、その先端から電池容器内までの距離を十分に確保できるので、空気や水分の透過を防ぐことができる。また、切り込み深さが大の切欠き部を設けることにより、融着代の折り曲げ幅を大きく取ることができる。したがって、電池のコンパクト化も最大限に図ることができる。また、切欠き部を設けることにより折り皺が生じることも無くなり、電池容器の強度を十分に保てる。
【００１０】
好適な態様において、隣り合う１組の切欠き部にかかる切欠きの先端と先端とを結ぶ線分が融着代の内周縁に重なるように、それら切欠き部の切り込み深さ調整がなされており、融着代はその内周縁に沿って折り曲げられている。融着代の内周縁を折り線に設定すれば、電池のコンパクト化という課題に対しては、最良の態様であるといえる。そしてその態様の実現のために、本発明においては、切欠き部の切り込み深さ調整により、折り線を内周縁に略一致させることができる。
【００１１】
また、角部における端面が凹面をなすように発電要素を構成できる。そしてこの場合、角部の端面の両端に位置する側面を電池板面方向に延長することにより、当該発電要素の仮想角が構成されることとなる。発電要素の角部の端面を凹状とすると、その端面に迫る融着代の形成幅を十分に確保できるようになる。
【００１２】
一方、容器本体には発電要素を収容する凹部が形成される。容器本体の凹部の隅は、凹状の端面を有する発電要素の角部がちょうど嵌まり込む形に成形されているとよい。このようにすれば、容器内のデッドスペースを極力減ずることになる。
【００１３】
ところで、本発明にかかる板型電池は、発電要素に非水電解液が含浸された非水電解質リチウムイオン二次電池に好適である。発電要素は、活物質および集電体を含んで構成された電極と、正負の電極間に配置されたセパレータとを有する発電単位の複数が積層されたものとして発電要素を構成することができる。つまり、リチウムイオン二次電池のなかでも、極板およびセパレータを複数積層させた構造の発電要素を持ち、辺の数が５以上の多角形状のものに特に好適である。積層型のリチウムイオン二次電池においては、発電要素の形状の自由度が高いため、方形以外の形の電池を提供するのに適している。たとえば図８に示すような六角形の電池も容易に作製できる。ところが、六角形の電池では、折り曲げる必要のある融着代の辺数が多くなる。このような電池に対し、本発明にかかる技術を採用すれば、電池のコンパクト化、折り皺の発生防止等、極めて高い効果を享受することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明にかかるリチウムイオン二次電池１（以下、単に電池１ともいう）の断面模式図である。図３は、電池１の斜視図である。電池１は、発電要素であるセル２が、電池容器４の中に密封された構造を有する。セル２は、個別に作製された複数の発電単位２０が外周縁を上下方向で一致させる形で積層されたものである。図２に発電単位２０の断面模式図を示す。
【００１５】
図２に示すように、発電単位２０は、セパレータ３，３を正極７，７と負極１０とにより挟んだバイセル構造をなすものである。正極７は、正極集電体５に正極活物質層６を積層させた構造をなす。他方、負極１０は、負極集電体８に負極活物質層９，９を積層させた構造をなす。本実施形態では、負極１０が２つのセパレータ３，３に挟まれる形にてこれらに共用され、各セパレータ３，３の負極１０に面していない側が、個別に正極７，７に覆われている。正極７および負極１０の配置は、相互に入れ替わってもよい。
【００１６】
正極集電体５は、ＡｌまたはＡｌ合金からなる箔または金属メッシュで構成することができる。負極集電体８は、ＣｕまたはＣｕ合金からなる箔または金属メッシュで構成することができる。金属メッシュとしては、エキスパンドメタル、エッチングメタルおよびパンチングメタルのいずれも使用できる。
【００１７】
正極活物質層６は、正極活物質、導電助剤および高分子基質（ポリマー）を含んで構成される。同様に、負極活物質層９は、負極活物質、導電助剤および高分子基質を含んで構成される。セパレータ３、正極活物質層６および負極活物質層９は多孔質形態を有し、ＬｉＰＦ_６などのリチウム塩を、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートのような有機溶媒に溶解させた非水電解液が含浸されている。
【００１８】
正極活物質層６および負極活物質層９を構成する高分子基質としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＦ）などのフッ素樹脂や、あるいはこれらのフッ素樹脂の共重合体を使用することができる。
【００１９】
正極活物質層６を構成する正極活物質としては、ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２など、遷移金属あるいは典型金属を含むリチウム複合酸化物を使用できる。負極活物質層９を構成する負極活物質としては、メソフューズカーボン材などの黒鉛系炭素材料が好適である。また、導電助剤（導電性物質）としてはアセチレンブラックなどの導電性カーボンを使用できる。
【００２０】
セパレータ３は、正極活物質層６および負極活物質層９に含まれる高分子基質と同様の材料、たとえばＰＶＤＦやＨＦＰ、あるいはそれらの共重合体により構成される（ＳｉＯ_２などのフィラーを混入させてもよい）。あるいは、ポリエチレンやポリプロピレンなどの微多孔膜、ポリエチレンをポリプロピレンで挟んだ複数層構造を持つ微多孔膜、ポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂層と、ＰＶＤＦやＨＦＰ、あるいはそれらの共重合体からなる樹脂層とを有する微多孔膜などを使用してもよい。
【００２１】
図１に示すように、セル２には、帯状のリード端子１２，１３の一端が接続されている。リード端子１２，１３の他端は、電池容器４の融着代１１（封口部）を経て外側に延び出ている。具体的には、正極集電体５の電力取出部５０に正極用のリード端子１２の一端が接続されており、負極集電体８の電力取出部８０に負極用のリード端子１３の一端が接続されている。正極集電体５の電力取出部５０は、発電単位２０の各々に設けられており、これら複数の電力取出部５０は１つに束ねられている。正極用のリード端子１２は、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金にて構成するとよい。負極用のリード端子１３は、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、ニッケルメッキを施した銅またはニッケルメッキを施した銅合金にて構成するとよい。
【００２２】
セル２を収容する電池容器４は、図９に示すように、アルミニウム箔などの金属箔３２の両面に樹脂層３１，３３を設けた可撓性を有するシート状の外装材３４で構成されている。電池容器４の外側に露出する樹脂層３１としては、たとえばポリエチレンテレフタラートや２軸延伸ナイロンなどが使用され、内側にくる樹脂層３３には、ポリエチレンやポリプロピレンなど、熱融着性、電解液に対する耐性および低水蒸気透過性を備えた材料が使用されている。電池容器４の内側となるべき樹脂層３３の溶融および固化により、上下の外装材３４同士が貼り合わさり、融着代１１が形成される。
【００２３】
図１０に示すように、電池容器４は、セル２を収容するための凹部４ｐを有する容器本体４ｂと、蓋部４ａとで構成することができる。容器本体４ｂの凹部４ｐにセル２を収容させた後に、蓋部４ａを被せる。容器本体４ｂの凹部４ｐの開口周縁部にちょうど重なるように蓋部４ａを配置し、シールバー９０，９１（熱融着治具）を、容器本体４ｂおよび蓋部４ａに当接させる。内側の樹脂層３３，３３が溶融および固化することにより、電池容器４内の気密を保持する融着代１１が形成される。なお、１枚の外装材３４を成形して蓋部４ａと容器本体４ｂとを一体に作製する場合と、蓋部４ａと容器本体４ｂとを別々に作製する場合とがある。
【００２４】
本発明の電池１は、図２に示したように、複数の発電単位２０を個別に作製して、それらを積層および圧着させて得られる積層型のリチウムイオン二次電池である。このような積層型の電池についていえば、セル２の形状の自由度が極めて大きいので、たとえば六角形など方形以外の多角形状の電池を容易に提供できるという利点がある（例：図８）。電池容器４は、セル２の形状にあわせてプレス加工等により成形される。融着代１１は、セル２の外周に沿って設けられる。
【００２５】
図３および図４に示すように、本発明の電池１においては、この融着代１１を厚さ方向にほぼ９０度折り曲げて当該電池１のコンパクト化を図っている。さらに、融着代１１には、当該融着代１１を電池容器４の内側方向に切欠いた切欠き部４０〜４３を設けている。これにより、折り曲げ加工を容易に行なえるようにするとともに、電池容器４に折り皺が形成されることを防止している。
【００２６】
図５に示すのは、セル２および融着代１１の位置関係を説明する平面模式図であり、融着代１１の折り曲げ前の状態を示している。図３および図５に示すように、融着代１１には、その一部を切り欠くことにより切欠き部４０〜４３が形成されている。切欠き部４０〜４３は、その各々がセル２の角部２２に対応して設けられ、電池容器４ひいては当該電池１の角を構成している。本発明の電池１においては、切欠き部４０〜４３を形成した位置においても、十分な幅の融着代１１を確保できるように、以下に示す構成を採用している。
【００２７】
図６に示すのは、セル２の角部２２の拡大平面模式図である。セル２は、その角部２２における端面２２ｆが、当該セル２の主要な側面２ｆ，２ｆの延長によって形成される仮想角ＶＣの内側に後退して位置するように構成されている。端面２２ｆは凹曲面をなしており、側面２ｆ，２ｆはその端面２２ｆの両端に位置する形となっている。これにともない、電池容器４の融着代１１は、セル２の角部２２に面する内周縁１１ｆが半径Ｒ_１の円弧を描くように形成されている。図５に示す本実施形態では、切欠き部４２を形成した後において、融着代１１の最小残存幅ｄが上記Ｒ_１（セル２の角部２２に面する内周縁１１ｆが描く円弧の半径）と略等しくなるように調整している。このような構成により、切欠き部４０〜４３を深く形成しても、電池容器４内での空気のリークはもとより、水分が透過することを十分に防止できるようになる。
【００２８】
また、セル２は、その角部２２における端面２２ｆが仮想角ＶＣを軸とする半径Ｒ_３の円筒面の一部をなすように構成されている。容器本体４ｂの凹部４ｐは、凹曲面状の端面２２ｆを有するセル２の角部２２が、ちょうど嵌まり込む形に成形されている。したがって、図５に示すように、セル２の仮想角ＶＣの内側に進出する位置まで融着代１１を形成しても、セル２には機械的ダメージ等が及ばない構成となっている。
【００２９】
融着代１１の幅Ｄ（図５参照）は、電池容器４を構成する外装材３４の構成材料、厚さなどにもよるが、電池容器４内への空気や水分の透過を防ぐために必要な幅と、デッドスペースとのバランスを考慮して、たとえば１ｍｍ以上５ｍｍ以下に調整するとよい。また、切欠き部４０〜４３の深さについては、たとえば次のように調整することができる。すなわち、隣り合う１組の切欠き部４１，４２にかかる切り欠きの先端と先端とを結ぶ線分が融着代１１の内周縁１１ｆに概ね重なるようにする。このようにすれば、互いに隣り合う２辺を構成する融着代１１について、セル２の側面２ｆ，２ｆに沿って厚さ方向に立ち上がるように折り曲げたときにも、折り皺が形成されることを防止できる（図４参照）。なお、折り曲げられた融着代１１は、接着剤や粘着テープ等の固定手段（図示省略）により、折り曲げられた状態が保持される。
【００３０】
また、図７に示すように、切欠き部４２の底、つまり切欠きの先端４２ｋには、電池容器４の内部側に凹の適度なアールが付与されていることが望ましい（他の切欠き部についても同様）。切欠き部４２の形成は、切断刃を用いて行なうことができるが、切欠きの先端４２ｋが鋭くなっていると、融着代１１の折り曲げ作業中等において、切欠きの先端４２ｋから破断が進行したりして、電池容器４内に空気や水分が侵入する恐れがある。他方、図７に示すように、切欠きの先端４２ｋにアールが付与されている場合には、破断が生じ難い。アールの半径Ｒ_２は、たとえば０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下に調整するとよい。
【００３１】
また、本実施形態において切欠き部４２は、ほぼ直角の切り込み角度にて形成するようにしているが、これをもっと狭め、切り込み角度を鋭角に設定する形態も好適である。つまり、先端はアールにしつつ鋭角に切り欠いて切欠き部４２を形成すれば、耐水分透過性の保持効果と破断防止効果とを、よりバランスよく保つことができる。切り欠きの先端にアールを付与しつつ、アールの両端から延びる１組の切欠き線が平行に延びるように切欠き部４２を設けるようにしてもよい。
【００３２】
なお、以上に説明した各構成は辺の数が５以上、たとえば図８に示すような六角形のリチウムイオン二次電池１００に好適に採用できる。このような電池１００に本発明の構成を適用することにより、電池のコンパクト化、折り皺の発生防止等の効果がより高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるリチウムイオン二次電池の断面模式図。
【図２】図１の電池を構成する発電単位の断面模式図。
【図３】図１の電池の斜視図。
【図４】図３の部分拡大図。
【図５】セルと融着代との位置関係を説明する部分平面模式図。
【図６】セルの角部の拡大平面模式図。
【図７】切欠き部の拡大平面図。
【図８】本発明の構成をより好適に採用できる電池の例。
【図９】電池容器の材料である外装材の構成を示す断面模式図。
【図１０】電池容器の封止手順を示す断面模式図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plate battery having a structure in which a plate-shaped power generation element is hermetically sealed in a soft container.
[0002]
[Prior art]
Recently, in lithium ion secondary batteries (including the concept of a lithium polymer secondary battery) that can swell and hold an electrolyte in an electrode, there is little risk of liquid leakage. It has been carried out in a battery container made of a laminate exterior material. According to this method, since it is not necessary to use a metal container, it is easy to thin the battery. In addition, a laminated lithium ion secondary battery described later has a feature that the degree of freedom in shape is extremely high.
[0003]
The laminate exterior material is generally a laminate of resin on both sides of an aluminum foil. A heat-fusible resin such as polypropylene is laminated on the side exposed in the container. According to this configuration, the container can be sealed only by melting and solidifying the heat-fusible resin. A fusion allowance is formed at a location where the heat-fusible resin is melted and solidified. This fusion allowance is usually at least several millimeters wide in order to prevent moisture permeation into the battery. In a small battery, since the fusion allowance occupies a relatively large area, an attempt has been made to substantially fold the battery by folding it tightly on the side of the battery (Patent Documents 1 to 1 below). 3).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-58013 A [Patent Document 2]
JP 2001-202931 A [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-357824
[Problems to be solved by the invention]
If the folding line is formed so that the fold line substantially coincides with the inner peripheral edge of the fusion allowance, the size of the battery itself can be minimized. In the plate-type batteries shown in Patent Documents 1 to 3, the power generation element has a square shape. The fusion allowance is formed along the outer periphery of the square power generation element, and bending is performed on a pair of parallel sides. There is no great difficulty in bending a set of parallel fusion allowances along its inner periphery.
[0006]
However, it is inevitable that a crease will be formed in the quadrature when bending the fusion allowance between two adjacent sides. Due to the formation of the crease, the strength of the fusion allowance, and consequently the strength of the battery container, is impaired or the appearance is deteriorated. Although the above Patent Document 3 discloses a technique for improving the easiness of bending of the fusion allowance by providing a notch portion in which the fusion allowance is cut out, From the viewpoint of preventing intrusion and maintaining moisture permeation resistance, it is essential to form a notch so as not to reach the inner periphery of the fusion allowance. In this case, it is difficult to bend the fusion allowance along the inner peripheral edge, and it becomes necessary to set a fold line slightly outside the inner peripheral edge.
[0007]
An object of the present invention is to provide a plate type battery in which the volume substantially occupied by a portion that does not contribute to power generation is minimized, and the strength of the battery container is sufficiently maintained.
[0008]
[Means for solving the problems and actions / effects]
In order to solve the above problems, the present invention is a plate type battery in which a plate-shaped power generation element is hermetically sealed in a battery container composed of an outer packaging material in which a heat-fusible resin is laminated on a metal foil. The battery container includes a container body and a lid, and the container body and the lid are bonded together by melting and solidifying the heat-fusible resin located inside. A fusion allowance that maintains hermeticity in the container is formed along the outer periphery of the power generation element, and a fusion allowance that forms two adjacent sides is folded toward the container body, and the power generation element is subjected to bending. The end face at the corner of the power generation element is positioned so as to recede inside the virtual angle formed by virtually extending a pair of side surfaces along which the fusion allowance is provided. It is formed up to the position where it advances inside the virtual corner, and the corner of the power generation element Correspondingly, the fusion margin notch formed by cutting inward direction is provided, wherein the fusion Chakudai of width corresponding to the depth of cut of the cutout portion is subjected to bending.
[0009]
In the present invention, a notch portion is provided for preventing the occurrence of creases when the fusion allowance is folded. However, a contrivance has been made to increase the cutting width and increase the bending width of the fusion allowance. To put it simply, it is possible to sufficiently prevent the permeation of air and moisture even after forming a notch with a large depth of cut by providing an extra width for the fusion allowance in advance at the position where the notch is formed. I have to. Specifically, the power generation element is configured such that the end face of the corner portion is slightly retracted inward, and an extra fusion margin is formed accordingly. And the notch part with a large cutting depth is formed in the part. In this way, even if the notch has a large depth, a sufficient distance from the tip of the notch to the inside of the battery container can be ensured, so that permeation of air and moisture can be prevented. Further, by providing a notch portion with a large cut depth, the bending width of the fusion allowance can be increased. Therefore, the battery can be made compact as much as possible. In addition, the provision of the notched portion eliminates the occurrence of creases and can sufficiently maintain the strength of the battery container.
[0010]
In a preferred embodiment, the notch depths of the notch portions are adjusted so that the line segment connecting the notch portions of the adjacent notch portions overlaps the inner peripheral edge of the fusion allowance. The fusion allowance is bent along the inner periphery. If the inner periphery of the fusion allowance is set to a fold line, it can be said that this is the best mode for the problem of battery compactness. And in order to implement | achieve the aspect, in this invention, a fold line can be made to correspond substantially to an inner periphery by the cutting depth adjustment of a notch part.
[0011]
In addition, the power generation element can be configured such that the end surfaces at the corners are concave. In this case, the imaginary angle of the power generation element is configured by extending side surfaces located at both ends of the end surface of the corner portion in the battery plate surface direction. If the end surface of the corner portion of the power generation element is concave, it is possible to secure a sufficient width for forming the fusion allowance approaching the end surface.
[0012]
On the other hand, the container body is formed with a recess for accommodating the power generation element. The corners of the recesses of the container main body may be formed so that the corners of the power generation element having the concave end face are just fitted. In this way, the dead space in the container is reduced as much as possible.
[0013]
By the way, the plate type battery according to the present invention is suitable for a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery in which a power generation element is impregnated with a non-aqueous electrolyte. The power generation element can be configured as a stack of a plurality of power generation units each having an electrode including an active material and a current collector and a separator disposed between positive and negative electrodes. In other words, the lithium ion secondary battery is particularly suitable for a polygonal battery having a power generation element having a structure in which a plurality of electrode plates and separators are stacked and having 5 or more sides. The stacked lithium ion secondary battery is suitable for providing a battery having a shape other than a square shape because the power generation element has a high degree of freedom. For example, a hexagonal battery as shown in FIG. 8 can be easily manufactured. However, in a hexagonal battery, the number of sides of the fusion allowance that needs to be bent increases. If the technology according to the present invention is adopted for such a battery, extremely high effects such as a reduction in the size of the battery and prevention of creases can be obtained.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a lithium ion secondary battery 1 (hereinafter also simply referred to as battery 1) according to the present invention. FIG. 3 is a perspective view of the battery 1. The battery 1 has a structure in which a cell 2 as a power generation element is sealed in a battery container 4. The cell 2 is formed by laminating a plurality of individually generated power generation units 20 so that their outer peripheral edges coincide with each other in the vertical direction. FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the power generation unit 20.
[0015]
As shown in FIG. 2, the power generation unit 20 has a bi-cell structure in which separators 3 and 3 are sandwiched between positive electrodes 7 and 7 and a negative electrode 10. The positive electrode 7 has a structure in which a positive electrode active material layer 6 is laminated on a positive electrode current collector 5. On the other hand, the negative electrode 10 has a structure in which negative electrode active material layers 9 and 9 are laminated on a negative electrode current collector 8. In the present embodiment, the negative electrode 10 is shared by the two separators 3 and 3 so that the sides of the separators 3 and 3 not facing the negative electrode 10 are individually covered with the positive electrodes 7 and 7. Yes. The arrangement of the positive electrode 7 and the negative electrode 10 may be interchanged.
[0016]
The positive electrode current collector 5 can be composed of a foil or a metal mesh made of Al or an Al alloy. The negative electrode current collector 8 can be composed of a foil or a metal mesh made of Cu or a Cu alloy. As the metal mesh, any of expanded metal, etching metal and punching metal can be used.
[0017]
The positive electrode active material layer 6 includes a positive electrode active material, a conductive additive, and a polymer substrate (polymer). Similarly, the negative electrode active material layer 9 includes a negative electrode active material, a conductive additive, and a polymer substrate. The separator 3, the positive electrode active material layer 6 and the negative electrode active material layer 9 have a porous form, and are impregnated with a nonaqueous electrolytic solution in which a lithium salt such as LiPF ₆ is dissolved in an organic solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate. Has been.
[0018]
Examples of the polymer substrate constituting the positive electrode active material layer 6 and the negative electrode active material layer 9 include fluororesins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), hexafluoropropylene (HFP), polytetrafluoroethylene (PTEF), and the like. A copolymer of fluororesin can be used.
[0019]
As the positive electrode active material constituting the positive electrode active material layer 6, a lithium composite oxide containing a transition metal or a typical metal such as LiMnO ₂ , LiCoO ₂ , or LiNiO ₂ can be used. As the negative electrode active material constituting the negative electrode active material layer 9, a graphite-based carbon material such as a mesofuse carbon material is suitable. In addition, conductive carbon such as acetylene black can be used as the conductive auxiliary agent (conductive substance).
[0020]
The separator 3 is made of the same material as the polymer substrate contained in the positive electrode active material layer 6 and the negative electrode active material layer 9, for example, PVDF, HFP, or a copolymer thereof (mixed with a filler such as SiO ₂ or the like). May be) Alternatively, a microporous film such as polyethylene or polypropylene, a microporous film having a multi-layer structure in which polyethylene is sandwiched between polypropylene, a resin layer such as polyethylene or polypropylene, and a resin layer made of PVDF, HFP, or a copolymer thereof You may use the microporous film etc. which have.
[0021]
As shown in FIG. 1, one end of strip-shaped lead terminals 12 and 13 is connected to the cell 2. The other ends of the lead terminals 12 and 13 extend outward through the fusion allowance 11 (sealing portion) of the battery container 4. Specifically, one end of the positive lead terminal 12 is connected to the power outlet 50 of the positive current collector 5, and one end of the negative lead terminal 13 is connected to the power outlet 80 of the negative current collector 8. It is connected. The power extraction unit 50 of the positive electrode current collector 5 is provided in each of the power generation units 20, and the plurality of power extraction units 50 are bundled into one. The positive lead terminal 12 may be made of, for example, aluminum or an aluminum alloy. The lead terminal 13 for the negative electrode is preferably composed of copper, copper alloy, nickel, nickel alloy, nickel-plated copper, or nickel-plated copper alloy.
[0022]
As shown in FIG. 9, the battery container 4 that accommodates the cell 2 is composed of a flexible sheet-like exterior material 34 in which resin layers 31 and 33 are provided on both surfaces of a metal foil 32 such as an aluminum foil. Yes. As the resin layer 31 exposed to the outside of the battery container 4, for example, polyethylene terephthalate or biaxially stretched nylon is used. Materials with resistance and low water vapor permeability are used. By melting and solidifying the resin layer 33 to be inside the battery container 4, the upper and lower exterior materials 34 are bonded together, and the fusion allowance 11 is formed.
[0023]
As shown in FIG. 10, the battery container 4 can be composed of a container body 4 b having a recess 4 p for accommodating the cells 2 and a lid part 4 a. After the cell 2 is accommodated in the recess 4p of the container body 4b, the lid 4a is covered. The lid portion 4a is disposed so as to overlap the opening peripheral edge of the recess 4p of the container body 4b, and the seal bars 90 and 91 (heat fusion jig) are brought into contact with the container body 4b and the lid portion 4a. By melting and solidifying the inner resin layers 33, 33, a fusion allowance 11 that maintains airtightness in the battery container 4 is formed. In addition, there are a case where the cover part 4a and the container body 4b are integrally manufactured by molding one exterior material 34, and a case where the lid part 4a and the container body 4b are separately manufactured.
[0024]
As shown in FIG. 2, the battery 1 of the present invention is a laminated lithium ion secondary battery obtained by individually producing a plurality of power generation units 20 and laminating and pressing them. With respect to such a stacked battery, since the degree of freedom of the shape of the cell 2 is extremely large, there is an advantage that a battery having a polygonal shape other than a rectangular shape such as a hexagon can be easily provided (eg, FIG. 8). The battery container 4 is formed by press working or the like according to the shape of the cell 2. The fusion allowance 11 is provided along the outer periphery of the cell 2.
[0025]
As shown in FIG. 3 and FIG. 4, in the battery 1 of the present invention, the fusion allowance 11 is bent approximately 90 degrees in the thickness direction to make the battery 1 compact. Further, the fusion allowance 11 is provided with notches 40 to 43 in which the fusion allowance 11 is notched in the inner direction of the battery container 4. Thus, the folding process can be easily performed, and the formation of creases in the battery container 4 is prevented.
[0026]
FIG. 5 is a schematic plan view for explaining the positional relationship between the cell 2 and the fusion allowance 11, and shows a state before the fusion allowance 11 is bent. As shown in FIGS. 3 and 5, the fusion allowance 11 is formed with notches 40 to 43 by notching a part thereof. Each of the cutout portions 40 to 43 is provided corresponding to the corner portion 22 of the cell 2, and constitutes the corner of the battery container 4 and thus the battery 1. In the battery 1 of the present invention, the following configuration is adopted so that the fusion allowance 11 having a sufficient width can be secured even at the position where the notches 40 to 43 are formed.
[0027]
FIG. 6 is an enlarged schematic plan view of the corner portion 22 of the cell 2. The cell 2 is configured such that the end surface 22f at the corner portion 22 is positioned so as to recede inside the virtual angle VC formed by the extension of the main side surfaces 2f, 2f of the cell 2. The end surface 22f has a concave curved surface, and the side surfaces 2f and 2f are positioned at both ends of the end surface 22f. Accordingly, fusion Chakudai 11 of the battery container 4, the inner peripheral edge 11f facing the corner portion 22 of the cell 2 are formed so as to draw a circular arc of radius R _1. In the present embodiment shown in FIG. 5, after forming the notch 42, the minimum remaining width d of the fusion allowance 11 is the radius of the arc drawn by R ₁ (the inner peripheral edge 11 f facing the corner 22 of the cell 2). ) To be approximately equal to. With such a configuration, even if the notches 40 to 43 are formed deeply, it is possible to sufficiently prevent moisture from permeating as well as air leakage in the battery container 4.
[0028]
The cell 2, the end surface 22f of the corner portion 22 is configured to form a part of the cylindrical surface of radius R ₃ to the virtual angle VC the axis. The concave portion 4p of the container body 4b is formed so that the corner portion 22 of the cell 2 having the concave curved end surface 22f is fitted. Therefore, as shown in FIG. 5, even if the fusion allowance 11 is formed up to the position where the cell 2 advances to the inside of the virtual angle VC, the cell 2 is not mechanically damaged.
[0029]
The width D (see FIG. 5) of the fusion allowance 11 is necessary to prevent the permeation of air and moisture into the battery container 4 although it depends on the constituent material and thickness of the exterior material 34 constituting the battery container 4. In consideration of a balance between a large width and a dead space, it may be adjusted to, for example, 1 mm to 5 mm. Moreover, about the depth of the notch parts 40-43, it can adjust as follows, for example. That is, the line segment connecting the notches of the notch portions 41, 42 adjacent to each other substantially overlaps the inner peripheral edge 11 f of the fusion allowance 11. In this way, even when the fusion allowance 11 constituting two adjacent sides is folded so as to rise in the thickness direction along the side surfaces 2f and 2f of the cell 2, a crease is formed. Can be prevented (see FIG. 4). The folded fusion allowance 11 is held in a folded state by a fixing means (not shown) such as an adhesive or an adhesive tape.
[0030]
Moreover, as shown in FIG. 7, it is desirable that the bottom of the notch 42, that is, the tip 42k of the notch, is provided with an appropriate concave radius on the inner side of the battery container 4 (other notches The same applies to the department). The notch 42 can be formed by using a cutting blade. If the notch tip 42k is sharp, the breakage proceeds from the notch tip 42k during the bending work of the fusion margin 11 or the like. Or air or moisture may enter the battery container 4. On the other hand, as shown in FIG. 7, when a radius is given to the notch tip 42k, it is difficult to break. The radius R ₂ of R is preferably adjusted to, for example, 0.5 mm or more and 2 mm or less.
[0031]
Further, in this embodiment, the notch portion 42 is formed at a substantially right angle of cut, but a form in which this is further narrowed and the angle of cut is set to an acute angle is also suitable. That is, if the notch 42 is formed by cutting the tip at an acute angle while being rounded, the moisture permeation retaining effect and the fracture preventing effect can be maintained in a more balanced manner. The cutout portion 42 may be provided so that a set of cutout lines extending from both ends of the rounded portion extends in parallel while giving a rounded shape to the tip of the cutout.
[0032]
In addition, each structure demonstrated above can be suitably employ | adopted for the hexagonal lithium ion secondary battery 100 as shown in FIG. By applying the configuration of the present invention to such a battery 100, effects such as battery compactness and prevention of occurrence of creases are further enhanced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a lithium ion secondary battery according to the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view of a power generation unit constituting the battery of FIG.
3 is a perspective view of the battery of FIG. 1. FIG.
4 is a partially enlarged view of FIG. 3;
FIG. 5 is a partial plan view illustrating a positional relationship between a cell and a fusion allowance.
FIG. 6 is an enlarged schematic plan view of a corner portion of a cell.
FIG. 7 is an enlarged plan view of a notch.
FIG. 8 shows an example of a battery that can more suitably employ the configuration of the present invention.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an exterior material that is a material of a battery container.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a procedure for sealing a battery container.

Claims

金属箔（３２）に熱融着性樹脂（３３）がラミネートされてなる外装材（３４）で構成された電池容器（４）に、板状の発電要素（２）を気密封止した板型電池（１）であって、
前記電池容器（４）は、容器本体（４ｂ）と蓋部（４ａ）とを含んで構成され、内側に位置する前記熱融着性樹脂（３３）の溶融および固化により前記容器本体（４ｂ）と前記蓋部（４ａ）とが貼り合わさり、前記電池容器（４）内の気密を保持する融着代（１１）が前記発電要素（２）の外周に沿って形成され、互いに隣り合う２辺を構成する前記融着代（１１）が前記容器本体（４ｂ）側に折り曲げられており、
前記発電要素（２）は、前記折り曲げに供された前記融着代（１１）が沿う１組の側面（２ｆ，２ｆ）を仮想的に延長することによって形成される仮想角（ＶＣ）の内側に、当該発電要素（２）の角部（２２）における端面（２２ｆ）が後退して位置するように構成され、
前記融着代（１１）が前記仮想角（ＶＣ）の内側に進出する位置まで形成され、
前記発電要素（２）の前記角部（２２）に対応して、前記融着代（１１）を内側方向に切り欠いた切欠き部（４０，４１，４２，４３）が設けられ、
該切欠き部（４０，４１，４２，４３）の切り込み深さに応じた幅の前記融着代（１１）が前記折り曲げに供されていることを特徴とする板型電池（１）。A plate type in which a plate-shaped power generation element (2) is hermetically sealed in a battery container (4) composed of an exterior material (34) formed by laminating a heat-fusible resin (33) on a metal foil (32). A battery (1),
The battery container (4) includes a container main body (4b) and a lid (4a), and the container main body (4b) is formed by melting and solidifying the heat-fusible resin (33) located inside. And the lid portion (4a) are bonded together, and a fusion allowance (11) for maintaining airtightness in the battery container (4) is formed along the outer periphery of the power generation element (2), and two adjacent sides The fusion allowance (11) that constitutes is bent to the container body (4b) side,
The power generation element (2) is located inside a virtual angle (VC) formed by virtually extending a pair of side surfaces (2f, 2f) along which the fusion allowance (11) subjected to the bending is along. And the end face (22f) at the corner (22) of the power generation element (2) is configured to recede and be positioned,
The fusion allowance (11) is formed to a position where it advances to the inside of the virtual angle (VC),
Corresponding to the corner portion (22) of the power generation element (2), a notch portion (40, 41, 42, 43) in which the fusion allowance (11) is notched inward is provided,
A plate battery (1), wherein the fusion allowance (11) having a width corresponding to a cut depth of the notches (40, 41, 42, 43) is used for the bending.

隣り合う１組の前記切欠き部（４０，４１）にかかる切欠きの先端と先端とを結ぶ線分が前記融着代（１１）の内周縁（１１ｆ）に重なるように、それら切欠き部（４０，４１）の切り込み深さ調整がなされており、前記融着代（１１）はその内周縁（１１ｆ）に沿って折り曲げられている請求項１記載の板型電池（１）。The notches are arranged such that a line segment connecting the notches of the notch portions (40, 41) adjacent to each other overlaps the inner peripheral edge (11f) of the fusion allowance (11). The plate type battery (1) according to claim 1, wherein the depth of cut (40, 41) is adjusted, and the fusion allowance (11) is bent along the inner peripheral edge (11f).

前記発電要素（２）は、その角部（２２）における端面（２２ｆ）が凹曲面をなすように構成され、前記端面（２２ｆ）の両端に位置する前記側面（２ｆ，２ｆ）を電池板面方向に延長することにより、前記仮想角（ＶＣ）が構成される請求項１または２記載の板型電池（１）。The power generating element (2) is configured such that the end face (22f) at the corner (22) forms a concave curved surface, and the side faces (2f, 2f) positioned at both ends of the end face (22f) are battery plate surfaces. The plate battery (1) according to claim 1 or 2, wherein the virtual angle (VC) is configured by extending in a direction.

前記容器本体（４ｂ）には前記発電要素（２）を収容する凹部（４ｐ）が形成されており、該凹部（４ｐ）の隅は、凹状の端面（２２ｆ）を有する前記発電要素（２）の角部（２２）がちょうど嵌まり込む形に成形されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の板型電池（１）。The container body (4b) has a recess (4p) for accommodating the power generation element (2), and the corner of the recess (4p) has a concave end surface (22f). The plate-type battery (1) according to any one of claims 1 to 3, wherein the corner portion (22) is formed so as to be fitted.

前記発電要素（２）は、活物質および集電体を含んで構成された電極（７，１０）と、正負の電極（７，１０）間に配置されたセパレータ（３）とを有する発電単位（２０）の複数が積層されたものであり、その発電要素（２）に非水電解液が含浸された非水電解質リチウムイオン二次電池として構成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の板型電池（１）。The power generating element (2) includes an electrode (7, 10) configured to include an active material and a current collector, and a separator (3) disposed between the positive and negative electrodes (7, 10). A plurality of (20) are laminated, and the power generation element (2) is configured as a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery impregnated with a non-aqueous electrolyte. The plate battery (1) according to item.