JP2019194949A - ラミネート型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】端子部の一部が溶断しても、端子部の強度が低下しにくいラミネート型電池【解決手段】本発明に係るラミネート型電池１０は、電極体２０と、ラミネート外装材３０と、タブフィルム４０とを備える。電極体２０は、平板状の端子部２２を有する。ラミネート外装材３０は、端子部２２を挟んで封止した縁部３２を有する。ラミネート外装材３０のうち少なくとも縁部３２は、最も内側に配置された熱可塑性樹脂層３３と、熱可塑性樹脂層３３の外側に重ねられた金属層３４とを含む多層構造を有する。タブフィルム４０は、熱可塑性樹脂からなり、縁部３２と端子部２２との間に挟まれ、かつ、縁部３２と端子部２２とに溶着している。端子部２２は、縁部３２に挟まれた部分に、断面積が他の部分よりも小さい溶断部２２ａを備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、ラミネート型電池に関する。

例えば、特開２０１２−０７４３８７号公報には、引出端子を接続した素電池を、アルミニウム箔等の金属薄膜の両面に合成樹脂フィルムを積層したラミネート材を用いて外装したラミネート電池が開示されている。このラミネート電池では、引出端子は、絶縁樹脂で被覆されている。また、引出端子は、ラミネート材の溶着部の外側に延びた部分に切り欠き部を備えている。この切り欠き部が形成された部分は、異常な大電流が流れたときには溶断され、電流を遮断する。

また、例えば、特開２００２−０５６８３９号公報には、密閉用の外装材と接する部分の外径線が凹凸、ジグザグ状に形成された電極タブを備える密閉型電池が開示されている。電極タブの凹凸、ジグザグ状に形成された部分は、断面積が小さいため、過大な電流が流れた場合には発熱によって溶断される。

特開２０１２−０７４３８７号公報 特開２００２−０５６８３９号公報

過電流が流れて端子部の一部が溶断されると、端子部の溶断部分よりも先端側は、他の部分と分離する。そのため、端子部の強度が低下する虞がある。

ここに開示するラミネート型電池は、電極体と、ラミネート外装材と、タブフィルムとを備えている。電極体は、電極体部と、電極体部から延びた平板状の端子部とを有している。ラミネート外装材は、電極体部を収容した袋状部と、袋状部の外部に延びた端子部を挟んで封止した縁部とを有している。ラミネート外装材のうち少なくとも縁部は、最も内側に配置された熱可塑性樹脂層と、熱可塑性樹脂層の外側に重ねられた金属層とを含む多層構造を有している。タブフィルムは、熱可塑性樹脂からなり、縁部と端子部との間に挟まれ、かつ、縁部と端子部とに溶着している。端子部は、縁部に挟まれた部分に、伸長方向に対する横断面の断面積が他の部分よりも小さい溶断部を備えている。

上記ラミネート型電池によれば、溶断部はラミネート外装材に挟まれるとともにタブフィルムによってラミネート外装材に溶着されている。また、ラミネート外装材は、金属層を有するため、剛性を備えている。そこで、過電流が流れて端子部の溶断部が溶断されたときにも、ラミネート外装材の剛性により、端子部の強度が低下しにくい。

図１は、一実施形態に係るラミネート型電池１０を模式的に示す正面図である。 図２は、ラミネート型電池１０の縦断面図である。 図３Ａは、１つ目の他の実施形態に係る端子部２２を示す斜視図である。 図３Ｂは、２つ目の他の実施形態に係る端子部２２を示す斜視図である。 図３Ｃは、３つ目の他の実施形態に係る端子部２２を示す斜視図である。 図３Ｄは、４つ目の他の実施形態に係る端子部２２を示す斜視図である。 図３Ｅは、５つ目の他の実施形態に係る端子部２２を示す斜視図である。 図３Ｆは、６つ目の他の実施形態に係る端子部２２を示す斜視図である。

以下、ラミネート型電池の一実施形態を説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、各図は模式図であり、必ずしも実際の実施品が忠実に反映されたものではない。以下では、同じ作用を奏する部材、部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化する。ここでは、図中において、前、後、上、下、左、右は、それぞれＦ、Ｒｒ、Ｕ、Ｄ、Ｌ、Ｒで表す。ただし、前、後、上、下、左、右は説明の便宜上の方向に過ぎず、ラミネート型電池の設置態様等を限定するものではない。

図１は、一実施形態に係るラミネート型電池１０を模式的に示す正面図である。図２は、ラミネート型電池１０の縦断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面を示している。図１および図２に示すように、ラミネート型電池１０は、電極体２０と、ラミネート外装材３０と、タブフィルム４０とを備えている。

電極体２０は、電極体部２１と、端子部２２とを有している。電極体部２１は、特に限定されず、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等の蓄電池を備えていてもよい。あるいは、電極体部２１は、電気二重層キャパシタ等の蓄電素子や、全固体電池等を備えていてもよい。

端子部２２は、電極体部２１から延びた平板状の部材である。図示は省略するが、電極体２０は、２つの端子部２２を備えている。端子部２２の１つは、電極体部２１の正極に接続された正極端子である。端子部２２の他の１つは、電極体部２１の負極に接続された負極端子である。端子部２２と電極体部２１とは、シート状のタブリード部２３によって接続されている。例えば、正極側のタブリード部２３は、積層または捲回された正極シートに設けられた複数のタブが集約されたものである。負極側のタブリード部２３は、積層または捲回された負極シートに設けられた複数のタブが集約されたものである。

端子部２２は、伸長方向に対する横断面の断面積が他の部分よりも小さい溶断部２２ａを備えている。端子部２２の伸長方向は、電流が流れる方向である。電流が流れる方向は、図１および図２の場合には、上下方向である。溶断部２２ａは、ここでは、電流の流れる方向に垂直な断面の断面積が、端子部２２の他の部分よりも小さい。この実施形態では、溶断部２２ａは、孔部２２ｂと狭小部２２ｃとを有している。孔部２２ｂは、端子部２２の１つの面からその裏面まで貫通した孔である。孔部２２ｂは、略長方形に形成されている。孔部２２ｂは、端子部２２の幅（ここでは、左右方向の長さ）の半分以上の幅を有している。孔部２２ｂは、端子部２２の幅方向の真ん中に設けられている。孔部２２ｂが設けられることにより、孔部２２ｂの両側に狭小部２２ｃが構成されている。溶断部２２ａは、２つの狭小部２２ｃを合わせた断面積しか有さず、端子部２２の他の部分よりも断面積が小さい。そこで、過電流が流れたとき、溶断部２２ａが溶融されて、過電流が遮断される。

溶断部２２ａは、後述するラミネート外装材３０の縁部３２に挟まれた部分に設けられている。ラミネート外装材３０の縁部３２に端子部２２が挟まれている構造については後述する。

ラミネート外装材３０は、絶縁性のラミネートフィルムで形成されている。ラミネート外装材３０は、袋状部３１と、縁部３２とを有している。袋状部３１は、電極体部２１を収容している。袋状部３１は、電極体部２１を収容しうるように、袋状に構成されている。

縁部３２は、電極体２０の端子部２２を挟んで封止している。端子部２２は、袋状部３１の外部に延びている。縁部３２は、ラミネート外装材３０の外周部に設けられている。ラミネート外装材３０は、縁部３２が封止されることによって袋状に形成されている。ラミネート外装材３０は、２枚のラミネートフィルムが縁部３２で接合されて袋状に形成されたものでもよい。または、１枚のラミネートフィルムが折りたたまれ、縁部３２で接合されたものでもよい。電極体２０の端子部２２は、一部が縁部３２に挟まれ、他の一部が縁部３２よりも外部まで延びている。

ラミネート外装材３０は、熱可塑性樹脂層３３と、金属層３４とを含む多層構造を有している。この実施形態では、図２に示すように、ラミネート外装材３０は、熱可塑性樹脂層３３と金属層３４の他に、外装樹脂層３５を有している。ラミネート外装材３０は、ここでは、最も内側の層として熱可塑性樹脂層３３が形成され、その次の層として金属層３４が形成され、最も外側の層として外装樹脂層３５が形成された３層構造のシートである。ただし、ラミネート外装材３０は、少なくとも、端子部２２を挟んで封止した縁部３２が熱可塑性樹脂層３３と金属層３４とを含む多層構造を有していればよい。

熱可塑性樹脂層３３は、ラミネート外装材３０の最も内側に配置されている。熱可塑性樹脂層３３は、ラミネート外装材３０の内面を形成している。熱可塑性樹脂層３３は、熱溶着を可能にするための層である。縁部３２は、熱可塑性樹脂層３３の熱溶着によって封止されている。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）が好適に利用される。

金属層３４は、熱可塑性樹脂層３３の外側に重ねられている。金属層３４は、ここでは、熱可塑性樹脂層３３の外側の面に接して配置されている。金属層３４は、湿気や空気、あるいはラミネート型電池１０の内部で発生したガスの出入りを遮断する層である。また、金属層３４は、ラミネート外装材３０の剛性を補強している。金属層３４には、例えば、アルミニウムが好適に利用できる。金属層３４は、例えば、アルミニウム箔やアルミニウム蒸着層であってもよい。または、金属層３４は、例えば、鉄などによって構成されていてもよい。

外装樹脂層３５は、金属層３４の外側の面に接して配置されている。外装樹脂層３５は、ここでは、ラミネート外装材３０の最外層である。外装樹脂層３５は、ラミネート外装材３０の耐久性を向上させるための層である。外装樹脂層３５は、例えば、ＰＥＴで構成されている。

タブフィルム４０は、熱可塑性樹脂からなっている。図２に示すように、タブフィルム４０は、ラミネート外装材３０の縁部３２と電極体２０の端子部２２との間に挟まれて配置されている。タブフィルム４０は、フィルム状の薄いシートである。熱可塑性樹脂には、接着性の面から、例えば、ＰＰが好適に利用できる。タブフィルム４０は、端子部２２の前後に１枚ずつ配置されていてもよい。または、１枚のタブフィルム４０が端子部２２に巻きつけられていてもよい。

タブフィルム４０は、ラミネート外装材３０の縁部３２と電極体２０の端子部２２とに溶着している。タブフィルム４０は、これにより、端子部２２とラミネート外装材３０とを接合している。

前述したように、溶断部２２ａは、端子部２２のラミネート外装材３０の縁部３２に挟まれた部分に形成されている。溶断部２２ａの狭小部２２ｃはタブフィルム４０に挟まれ、タブフィルム４０は、さらにラミネート外装材３０に挟まれている。タブフィルム４０は、ここでは、孔部２２ｂよりも大きい。そこで、タブフィルム４０は、一部が狭小部２２ｃと重なっており、その重なり部分で狭小部２２ｃと溶着されている。この重なり部分の幅は、１ｍｍ以上が好ましい。しかし、重なり部分の幅は、１ｍｍ未満であってもよい。

この実施形態に係るラミネート型電池１０は、上記のような構成を備えることにより、過電流が流れて溶断部２２ａが溶断されたときにも、端子部２２の強度が低下しにくいように構成されている。例えば外部短絡などによってラミネート型電池１０に過電流が流れると、断面積が小さいために電気抵抗が大きい溶断部２２ａが溶断される。しかしながら、溶断部２２ａは、ラミネート外装材３０に挟まれるとともに、タブフィルム４０によってラミネート外装材３０と接合されている。そこで、端子部２２の溶断部２２ａよりも先端側は、溶断部２２ａが溶断されて電極体部２１と分離されても、ラミネート外装材３０によって保持されうる。ラミネート外装材３０は、金属層３４によって剛性を備えており、その剛性により、端子部２２の分離された部分を保持しうる。また、溶断部２２ａの溶断時の熱によって金属層３４が溶融または軟化する可能性は低いため、熱によって端子部２２の強度が低下する可能性も低い。

さらに、この実施形態に係るラミネート型電池１０では、タブフィルム４０とラミネート外装材３０の両者によって溶断部２２ａが覆われているため、溶断部２２ａの断熱性が高い。そこで、例えば、タブフィルム４０だけによって溶断部２２ａが覆われている場合に比べて、小さい電流でも溶断部２２ａが溶断されうる。これにより、安全性が向上する。タブフィルム４０は一般に薄く、断熱性能は高くないので、タブフィルム４０だけで溶断部２２ａ付近の断熱性を高くすることは難しい。

また、例えば、タブフィルム４０だけによって溶断部２２ａが覆われている場合には、タブフィルム４０の熱容量が小さいために、過電流による熱により、タブフィルム４０が比較的容易に溶融される。これにより、端子部２２の強度が低下する虞がある。しかし、この実施形態に係るラミネート型電池１０では、タブフィルム４０とラミネート外装材３０の両者によって溶断部２２ａが覆われているため、溶断部２２ａを覆う部材の熱容量が大きい。そこで、端子部２２を覆っている部材が溶融されにくく、溶断部２２ａの溶断によっても、端子部２２の強度が低下する虞が小さい。

この実施形態に係るラミネート型電池１０では、ラミネート外装材３０により、通常時における溶断部２２ａの強度も補強されている。溶断部２２ａは、断面積が小さく、端子部２２の他の部位よりも強度が弱いことが多い。しかし、溶断部２２ａの強度は、ラミネート外装材３０に挟持されることにより向上している。ラミネート外装材３０は、金属層３４を有しており、剛性が強化されている。剛性の高いラミネート外装材３０により、例えば、端子部２２の対振動性が向上しうる。

以上、一実施形態に係るラミネート型電池１０について説明した。しかしながら、上記した実施形態は、好適な一実施形態の例示に過ぎず、他の実施形態によっても実現できる。

例えば、溶断部２２ａは、上記した形状以外の形状も取り得る。図３Ａ〜図３Ｆは、他の形状を有する溶断部２２ａを備えた端子部２２の例を示す斜視図である。図３Ａは、１つ目の他の実施形態に係る端子部２２を示す斜視図である。図３Ａに示すように、１つ目の他の実施形態では、溶断部２２ａは、端子部２２の幅方向に並んだ２つの孔部２２ｂを備えていてもよい。この実施形態では、狭小部２２ｃは、３つとなる。狭小部２２ｃが３つとなることで、通常時における端子部２２の強度が向上する。

図３Ｂは、２つ目の他の実施形態に係る端子部２２を示す斜視図である。図３Ｂに示すように、２つ目の他の実施形態では、溶断部２２ａは、端子部２２の幅方向に並んだ２つの孔部２２ｂと、薄肉部２２ｄを備えていてもよい。薄肉部２２ｄは、図３Ａの３つの狭小部２２ｃのうちの例えば１つの厚さを薄く形成したものである。この実施形態では、過電流が流れたとき、薄肉部２２ｄがまず溶断される。それにより他の２つの狭小部２２ｃが比較的容易に溶断される。この実施形態によれば、通常時の強度を向上させつつ、溶断性も向上させることができる。

図３Ｃは、３つ目の他の実施形態に係る端子部２２を示す斜視図である。図３Ｃに示すように、３つ目の他の実施形態では、溶断部２２ａは、端子部２２の幅方向に並んだ２つの孔部２２ｂと、各孔部２２ｂに設けられた斜交２２ｅを備えていてもよい。斜交２２ｅは、孔部２２ｂの内部に斜めに渡された補強部である。この実施形態によれば、通常時における端子部２２の強度が向上する。また、斜交２２ｅに区分されることにより、１つの孔が小さいため、タブフィルム４０の溶着を行いやすい。

図３Ｄは、４つ目の他の実施形態に係る端子部２２を示す斜視図である。図３Ｄに示すように、４つ目の他の実施形態では、溶断部２２ａは、それぞれ端子部２２の側面に到達した２つの切り欠き２２ｆを備えていてもよい。２つの切り欠き２２ｆは、互いに向かいあっている。この実施形態では、狭小部２２ｃは、端子部２２の幅方向の真ん中に１つである。２つの切り欠き部２２ｆは、それぞれ略三角形の先端を有している。２つの切り欠き２２ｆは、この略三角形の先端が向かいあうように対向している。そこで、狭小部２２ｃの一部の幅は狭くなり、狭小部２２ｃの溶断性が向上する。

図３Ｅは、５つ目の他の実施形態に係る端子部２２を示す斜視図である。図３Ｅに示すように、５つ目の他の実施形態では、溶断部２２ａは、幅方向全体に渡る薄肉部２２ｇを備えていてもよい。この実施形態では、溶断部２２ａは、孔部を備えない。そこで、通常時における端子部２２の強度が向上する。また、孔部を備えないため、タブフィルム４０の溶着が容易である。

図３Ｆは、６つ目の他の実施形態に係る端子部２２を示す斜視図である。図３Ｆに示すように、６つ目の他の実施形態では、溶断部２２ａは、幅方向全体に渡る楔形の凹部２２ｈを表裏両面に備えていてもよい。この実施形態では、凹部２２ｈは、向かい合っている。そこで、凹部２２ｈが形成された部分で、端子部２２の厚さが薄くなっている。そのため、この厚さが薄い部分の溶断性が向上する。また、この実施形態では、溶断部２２ａは、孔部を備えない。そのため、通常時における端子部２２の強度が向上し、また、タブフィルム４０の溶着が容易である。

以上、ここで提案されるラミネート型電池について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられたラミネート型電池の実施形態などは、本発明を限定しない。

１０ ラミネート型電池
２０ 電極体
２１ 電極体部
２２ 端子部
２２ａ 溶断部
２２ｂ 孔部
２２ｃ 狭小部
２２ｄ 薄肉部（変形例）
２２ｅ 斜交（変形例）
２２ｇ 薄肉部（変形例）
２２ｈ 凹部（変形例）
２３ タブリード部
３０ ラミネート外装材
３１ 袋状部
３２ 縁部
３３ 熱可塑性樹脂層
３４ 金属層
３５ 外装樹脂層
４０ タブフィルム

Claims (1)

1. 電極体と、
   ラミネート外装材と、
   タブフィルムと
   を備え、
   前記電極体は、
   電極体部と、
   前記電極体部から延びた平板状の端子部と
   を有し、
   前記ラミネート外装材は、
   前記電極体部を収容した袋状部と、
   前記袋状部の外部に延びた前記端子部を挟んで封止した縁部と
   を有し、
   前記ラミネート外装材のうち少なくとも前記縁部は、最も内側に配置された熱可塑性樹脂層と、前記熱可塑性樹脂層の外側に重ねられた金属層とを含む多層構造を有し、
   前記タブフィルムは、
   熱可塑性樹脂からなり、
   前記縁部と前記端子部との間に挟まれ、かつ、前記縁部と前記端子部とに溶着しており、
   前記端子部は、
   前記縁部に挟まれた部分に、伸長方向に対する横断面の断面積が他の部分よりも小さい溶断部を備えている、
   ラミネート型電池。

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