JP2014175247A - 電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電極体において、正極板および負極板102の各々は、平面視において、短冊形状を有する。負極板102のコーナー部分は、当該コーナー部分に連続する2辺L1,L3に対して斜めとなる斜辺L6となっている。そして、ラミネート外装体20の収納空間を囲繞する内側面の境界線LBは、負極板102の斜辺L6に対応する内コーナー部分が、R形状(曲率半径R1)を以って形成されている。負極板102の斜辺L6は、G3>G1およびG3>G2の関係を満たすように形状・寸法が規定されている。また、負極板102の斜辺L6に対応する電極体のコーナー部分とラミネート外装体20の内コーナー部分との間に、セパレータが狭入されている。
【選択図】図6
Description
図13(a)に示すように、従来技術に係るラミネート外装電池は、ラミネート外装体920のカップ部(収納空間)920aに電極体910が収納された構成を有する。ラミネート外装体920は、金属ラミネートシートの一部が深絞り加工などされて形成されており、電極体910を収納するカップ部920aの周縁部920b〜920eが熱溶着されることにより内部封止がなされている。
しかし、ラミネート外装電池においては、更なる高容量化が求められており、極板面積の増大を図る必要がある。
本発明に係る電池は、電極体と、外装体とを備える。
電極体は、正極板と負極板とが、間にセパレータを挟んで交互に積層され構成されている。
正極板および負極板の各々は、平面視において、短冊形状を有し、正極板および負極板の少なくとも一方の極板(以下、「第1極板」と記載する。)は、少なくとも一のコーナー部分(以下、「第1コーナー部分」と記載する。)が、当該第1コーナー部分に連続する2辺に対して交差する方向に延伸する斜辺となっている。そして、平面視において、外装体における収納空間を囲繞する側面は、第1コーナー部分に対応する内コーナー部分が、R形状を以って形成されている。
[数2] Gc>Gb
また、本発明に係る電池では、第1極板の上記斜辺と外装体の上記内コーナー部分との間に、セパレータが狭入されている。
本発明に係る電池では、次のようなバリエーション構成を採用することができる。
本発明に係る電池は、上記構成において、外装体における収納空間が、深絞り加工により金属ラミネートシートの一部が凹入されることにより形成され、略四角形状の一の底面と、当該底面の各辺から起立する略四角形状の四側面との囲繞により構成されている。そして、上記点Pa、点Pb、および点Pcは、外装体における収納空間に臨む底面に最も近い側に配された極板(第1極板)を基準に規定されている。
本発明に係る電池は、電極体の構成中に含まれる全ての正極板についても、コーナー部分が斜辺で構成されている。これにより、正極板の潰れなどに起因する短絡の発生も抑制することができる。
[実施の形態]
1.ラミネート外装電池1の外観構成
本発明の実施の形態に係るラミネート外装電池1の外観構成について、図1を用い説明する。
ラミネート外装体20からは、封止部20dを横断して正極集電端子31および負極集電端子32がそれぞれ延出されている。正極集電端子31および負極集電端子32が封止部20dを横断する各領域には、ラミネート外装体20の内面との間に封止樹脂体(タブ樹脂)41,42が介挿されている。
ラミネート外装体20のカップ部20a内に収納されている電極体10の構成について、図2を用い説明する。
図2に示すように、電極体10は、ともに略矩形の正極板101および負極板102が、間にセパレータ103を挟んで交互に積層された構成を有し、全体として略矩形の平面形状を有する積層部分を有する。そして、電極体10における積層方向(紙面に直交する方向)の両外部分には、絶縁シート109が積層され、積層部分の外縁の複数箇所に絶縁テープ104が貼着されている。電極体10においては、絶縁テープ104の貼着により、極板ズレが抑制されている。
3.絶縁スペーサ40
本発明の実施の形態に係るラミネート外装電池1では、ラミネート外装体20のカップ部20a内に、電極体10の他に絶縁スペーサ40および電解液が収納されている。このうち、絶縁スペーサ40の構成について、図3を用い説明する。
絶縁スペーサ40は、例えば、ポリプロピレンなどの樹脂材料や、絶縁紙などを用い形成されている。
なお、図3(a)に示すように、正極リード105の集束された部分における正極集電端子31とは反対側には、絶縁テープ43が貼着されている。図示を省略するが、負極リード106の該当箇所にも同様に絶縁テープ43が貼着されている。
ラミネート外装電池1のボトム部分での電極体10とラミネート外装体20との配置関係について、図4および図5を用い説明する。図4は、図1における矢印Aで指し示す部分をカップ部20a内方より見た模式平面図であり、図5は、図4における矢印B部分のC−C断面を示す模式断面図である。
なお、図示を省略しているが、本実施の形態に係るラミネート外装電池1では、正極板101(図2を参照。)についても、ボトム側のコーナー部分が斜辺(C面)に形成されている。ただし、セパレータ103(図2を参照。)については、コーナー部分は、角形形状のままであり、負極板102の斜辺で構成されたコーナー部分から延出している。
なお、本実施の形態に係るラミネート外装電池1では、ラミネート外装体20をラミネート部材(蓋側部材)201とラミネート部材(カップ側部材)202とで構成されており、カップ部20a(図1を参照。)は、ラミネート部材202に対して深絞り加工が施されることにより形成されている。そして、隙間部分は、カップ部20aの底面側からラミネート部材201側へと行くに従い大きくなっている。
5.正極板101および負極板102のコーナー部分の斜辺の規定
正極板101および負極板102のコーナー部分の斜辺の規定の仕方について、図6を用い説明する。なお、図6では、負極板102とラミネート外装体20との関係だけを示し、正極板101については図示を省略しているが、正極板101についても基本的に同様の方法で規定されている。
次に、ラミネート外装体20におけるカップ部20a(図1を参照。)の内側面の境界線LB,LUは、ともにコーナー部分(内コーナー部分)がラウンド(R)形状に形成されている。このうち、カップ部20aを囲繞する底面側の境界線LBについては、そのコーナー部分における曲率半径R1が、例えば、3mmに設定されている。
[数3] G3>G1
[数4] G3>G2
6.効果
本実施の形態に係るラミネート外装電池1では、ラミネート外装体20におけるボトム側の内コーナー部分のR形状に起因する短絡の発生を抑制することができる。これは、正極板101および負極板102のボトム側のコーナー部分を斜辺(C面)とし、上記[数3]および[数4]の関係を満たすようにしていることによる。このとき、ボトム側のコーナー部分に狭入されるセパレータ103は、正極板101および負極板102の各コーナー部分(斜辺)とラミネート外装体20の内コーナー部分との間での緩衝部材としての役割と、電解液をリザーブ(保液)するための領域としての役割を果たす。
また、R形状ではなく、斜辺(C面)とすることで、正極板101および負極板102の各コーナー部分を加工するための治工具や型のコストを削減可能であり、組み付けなどのメンテナンスも容易となり、製造コストの低減を図ることができる。
7.製造方法
次に、本実施の形態に係るラミネート外装電池1の製造方法について図7〜図10を用い説明する。なお、本明細書に添付の図面については模式的なものであって、図中における寸法などは実際のものと比率などを含め異なっている。
正極集電体である芯体に対して、正極活物質を塗布し乾燥させた後に、ローラを用いて厚みが0.1mmになるまで圧縮する。そして、高さH1が115mm、幅W1も115mmで切断することで、図7(a)に示すような活物質塗布部分101aが形成された正極板101を作製する。
また、正極板101では、正極リード105が延出された側とは反対側のY軸方向下側の両コーナー部分について、C2で面取りを実施する(図7(a)に二点鎖線で囲んだ部分)。
また、正極板101における正極リード105については、芯体とは別体の金属箔を、芯体に対して接合することで形成してもよいし、芯体の一部をY軸方向上向きに延出するように形成することとしてもよい。
負極集電体である芯体に対して、負極活物質を塗布し乾燥させた後に、ローラを用いて厚みが0.08mmになるまで圧縮する。そして、高さH3が120mm、幅W3も120mmで切断することで、図7(b)に示すような活物質塗布部分102aが形成された負極板102を作製する。
また、負極板102においても、負極リード106が延出された側とは反対側のY軸方向下側の両コーナー部分について、C2で面取りを実施する(図7(b)に二点鎖線で囲んだ部分)。
また、負極板102における負極リード106についても、正極板101における正極リード105と同様に、芯体とは別体とすることもできるし、芯体の一部をY軸方向上向きに延出するように形成することもできる。
図8に示すように、作製した正極板101の両主面を2枚のセパレータ103で覆い、図9に示すように、四方の外縁部を熱溶着する(溶着部103a)。用いるセパレータ103は、ポリプロピレンからなり、図8に示すように、高さH5が120mm、幅W5が120mmで、厚みが30μmのサイズのものを用いる。なお、図8の二点鎖線で囲んだ部分(矢印E部分)に示すように、セパレータ103のボトム側のコーナー部分については、カットを行わない。
以上のようにして、正極袋体108が作製できる。
(4)電極体10の作製
図10(a)に示すように、正極袋体108と負極板102とを交互に積層し、上下にセパレータ103と同サイズの絶縁シート109を重ねる。絶縁シート109は、例えば、ポリプロピレン(PP)を用い形成されたものである。
次に、図10(b)に示すように、正極袋体108、負極板102、および絶縁シート109を積層した積層体の外縁部分の複数箇所に、絶縁テープ104を貼着する。絶縁テープ104は、形状保持の目的で貼着されるものである。
(5)正負極リード105,106の集束と正負極集電端子31,32の接合
上記のように作製した電極体10について、図3(b)に示すように、正極リード105および負極リード106をそれぞれ集束し、当該集束した各接続領域31aに対し、正負極集電端子31,32を超音波溶接により接合する(負極リード106の側については、図示を省略。)。
なお、正負極集電端子31,32については、ラミネート外装体20への収納のために、図3(b)のように曲折加工し、さらに、各接続領域31aにおいては、集電端子31,32が接合された側とは反対側に絶縁テープ43を貼着する。また、絶縁スペーサ40を装着する。
上記のように、正負極集電端子31,32が接続され、絶縁スペーサ40が装着された電極体10を、ラミネート外装体20におけるカップ側部材202のカップ部20aへと収納する。カップ側部材202におけるカップ部20aは、金属ラミネートシートの一部を深絞り加工することにより形成される。
(7)電解液の注液と封止
次に、正負極集電端子31,32が延出されたラミネート外装体20の外縁部から、カップ部20a内に電解液を注液する。電解液としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とが体積比で30:70の割合で混合された混合溶媒に、LiPF6が1M(mol/L)の割合で溶解された液を用いることができる。
以上のようにして、ラミネート外装電池1が完成する。
[変形例]
変形例に係るラミネート外装電池の構成について、図11(a)を用い説明する。なお、本変形例に係るラミネート外装電池では、電極体における正極板および負極板の各ボトム側のコーナー部分の面取りの構成が異なる。それ以外については、上記実施の形態と同一である。
[数5] G13>G11
[数6] G13>G12
また、図示を省略しているが、ボトム側のコーナー部分においては、負極板202の斜辺L16とラミネート外装体20のカップ部20aの内側面との間に、セパレータが密に狭入されている。
なお、斜辺L16が側辺L11および側辺L13に対してなす角度については、極板の潰れのモードを考慮しながら、極板面積が最大になるように規定すればよい。
図11(b)に示すように、ボトム側のコーナー部分における極板の潰れなどを抑制するという観点からは、極板(図11(b)では、負極板302)のコーナー部分をラウンド(R)形状とすることも考えられる。例えば、負極板302のボトム側のコーナー部分について、点P52に中心を有する半径R22の曲線L26とすることができる。そして、ラミネート外装体20におけるカップ部20aを囲繞する内側面について、ボトム側のコーナー部分が、点P21に中心を有する半径R21の曲線とする。半径R21と半径R22とは、例えば、次の関係を満たすものとする。
このとき、点P21と点P25とを結ぶ仮想直線を考えるとき、負極板302の曲線L26との交点を点P23、ラミネート外装体20の内側面との交点を点P24とし、その間の直線距離をG23とするとき、次の関係を満たすこととする。
[数8] G23>G21
[数9] G23>G22
なお、G21、G22の規定については、上記実施の形態および変形例におけるG1,G2,G11,G12と同様である。
以上のように正極板および負極板302を備えるラミネート外装電池では、正極板および負極板302のボトム側のコーナー部分の潰れなどに起因する短絡の発生は、上記実施の形態および変形例と同様に抑制される。
図12は、間隙G33を同一とするときのボトム側のコーナー部分を斜辺L33で構成した場合と、曲線L32で構成した場合とを重ねて描いた模式図である。斜辺L33については、上記実施の形態と同様に、C面(C3)で構成し、曲線L32については、点P35を中心とする半径R32の曲率を有するものとする。そして、P33と点P34との間の間隙G31は、間隙G32,G33に対して、次の関係を満たす。
[数11] G33>G32
また、ラミネート外装体におけるカップ部を囲繞する内側面のボトム側のコーナー部分は、点P31を中心とし、半径R31のR形状を以って構成されているとする。
図12に示すように、ボトム側のコーナー部分を斜辺L33で構成した極板402の方が、ボトム側のコーナー部分をR形状で構成した極板に比べて、領域502の分だけ面積を広くできる。即ち、図12のハッチングを付した部分A502だけ極板面積を大きくすることができる。
[その他の事項]
上記実施の形態および変形例では、正極板および負極板の両極板において、ボトム側のコーナー部分を斜辺で構成することとしたが、一方の極板(例えば、負極板)のボトム側のコーナー部分だけを斜辺で構成することとしてもよい。この場合、極板面積の大きな方について、ボトム側のコーナー部分を斜辺で構成することとすれば、極板潰れなどに起因する短絡などの問題を生じ難い。
また、上記実施の形態では、負極板102におけるボトム側のコーナー部分についてC2のC面とし、ラミネート外装体20における対応コーナー部分をR3としたが、C面の寸法とラミネート外装体におけるR寸法との関係については、これに限定されるものではない。但し、極板の潰れを抑制しながら、極板面積を大きく設定するという観点からは、C面の値Cと、曲率半径Rとが次の関係を満たすことが望ましい。
また、上記実施の形態では、ラミネート外装体20について、蓋側部材201とカップ側部材202の2つの部材を接合することで構成することとしたが、一枚の部材を折り返して構成することもできる。
また、上記実施の形態において示した各部材の使用材料や寸法などについては、一例として示したものであって、適宜選択することができる。
また、上記実施の形態および変形例では、電極体の構成に含まれる全ての正極板および負極板について、そのボトム側のコーナー部分を斜辺としたが、少なくとも一部の極板についてコーナー部分を斜辺とすることもできる。具体的には、ラミネート外装体におけるカップ部を囲繞する内側面について、その曲率が大きくなる底面側に近い部分に配される極板についてのみ、コーナー部分を斜辺とすることもできる。
10.電極体
20.ラミネート外装体
31.正極集電端子
32.負極集電端子
40.絶縁スペーサ
41,42.封止樹脂体
43.絶縁テープ
101.正極板
102,202,302,402,502.負極板
103.セパレータ
104.絶縁テープ
105.正極リード
106.負極リード
107.絶縁層
108.正極袋体
109.絶縁シート
201.蓋側部材
202.カップ側部材
Claims (6)
- 正極板と負極板とが、間にセパレータを挟んで交互に積層されてなる電極体と、
金属ラミネートシートから構成され、前記電極体の外観形状に対応した収納空間を有し、前記収納空間に前記電極体が収納された状態で内部封止された外装体と、
を備え、
前記正極板および前記負極板の各々は、平面視において、短冊形状を有し、
前記正極板および前記負極板の少なくとも一方の極板は、少なくとも一のコーナー部分が、当該コーナー部分に連続する2辺に対して交差する方向に延伸する斜辺となっており、
平面視において、
前記外装体における前記収納空間を囲繞する側面は、前記少なくとも一のコーナー部分に対応する内コーナー部分が、R形状を以って形成されており、
前記内コーナー部分の曲率中心を点Pa、当該点Paから前記斜辺に対して直交する仮想直線を引いたときの前記斜辺との交点を点Pb、前記仮想直線と前記内コーナー部分との交点を点Pcとし、前記2辺の内の一方の辺と当該辺に対応する前記収納空間を囲繞する内側面との間隙をGa、前記2辺の内の他方の辺と当該辺に対応する前記収納空間を囲繞する内側面との間隙をGbとするとき、
前記点Pbと点Pcとの間の直線距離Gcは、
Gc>Ga
Gc>Gb
の両関係を満たし、
且つ、
前記斜辺と前記内コーナー部分との間には、前記セパレータが狭入されている
ことを特徴とする電池。 - 前記収納空間は、深絞り加工により前記金属ラミネートシートの一部が凹入されることにより形成され、略四角形状の一の底面と、当該底面の各辺から起立する略四角形状の四側面との囲繞により構成されており、
前記点Pa、点Pb、および点Pcは、前記収納空間に臨む底面に最も近い側に配された極板を基準に規定されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電池。 - 前記電極体の一の辺からは、前記正極板および前記負極板の各々に対して電気的に接続されたリードが、当該電極体の一の辺に対して交差する方向に延出されており、
前記少なくとも一方の極板を平面視するとき、前記斜辺となっているのは、前記リードが延出する側とは反対側の2つのコーナー部分である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電池。 - 前記正極板は、袋状にされたセパレータに包装されており、
前記負極板は、前記正極板よりも平面サイズが大きく、
前記電極体の構成中に含まれる全ての前記負極板について、前記コーナー部分が斜辺で構成されている
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載の電池。 - 前記電極体の構成中に含まれる全ての前記正極板についても、前記コーナー部分が斜辺で構成されている
ことを特徴とする請求項4に記載の電池。 - 前記収納空間の深さは、5mm以上である
ことを特徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載の電池。
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