JP7310584B2 - 外装体、ラミネート電池および外装体の製造方法 - Google Patents

外装体、ラミネート電池および外装体の製造方法 Download PDF

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Description

本開示は、外装体、それを用いたラミネート電池、および、外装体の製造方法に関する。
近年、高電圧かつ高エネルギー密度な電池としてリチウムイオン電池が実用化されている。また、このような電池の態様の一つとして、発電要素をラミネートシート(外装体)で封入したラミネート電池が知られている。例えば特許文献1には、ラミネートシート(外装体)に封入された電池要素を有する全固体電池が開示されている。
特開2015-079719号公報
ラミネート電池に用いられる外装体に、発電要素を封入するための空間を有する凸構造を形成する場合がある。凸構造は、例えば、ラミネートシートにフランジ加工(プレス加工)を行うことにより形成される。凸構造の角(コーナー)は、プレス時の応力によって薄くなりやすく、外装体に破れが発生する場合がある。
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、凸構造のコーナーにおける厚さが薄くなることを抑制した外装体を提供することを主目的とする。
上記課題を達成するために、本開示においては、ラミネート電池に用いられる外装体であって、上記外装体は、発電要素を封入するための空間を有する凸構造を備え、上記凸構造は、頂面を有し、上記頂面は、平面視上、第1辺と、上記第1辺と交差する方向に延びる第2辺と、上記第1辺および上記第2辺を連結するコーナーC12と、を有し、上記コーナーC12は、平面視上、上記第1辺側から上記第2辺側に向かって、曲線部1A、直線部L12および曲線部2Bを有する、外装体を提供する。
本開示によれば、コーナーC12が直線部L12を有することから、コーナーC12における厚さが薄くなることを抑制した外装体とすることができる。
上記開示において、上記凸構造の高さは、3mm以上であってもよい。
上記開示において、上記頂面は、平面視上、上記第1辺に対向する第3辺と、上記第2辺に対向する第4辺と、上記第2辺および上記第3辺を連結するコーナーC23と、上記第3辺および上記第4辺を連結するコーナーC34と、上記第4辺および上記第1辺を連結するコーナーC41と、を有していてもよい。
上記開示において、上記コーナーC23は、平面視上、上記第2辺側から上記第3辺側に向かって、曲線部2A、直線部L23および曲線部3Bを有していてもよい。
上記開示において、上記コーナーC34は、平面視上、上記第3辺側から上記第4辺側に向かって、曲線部3A、直線部L34および曲線部4Bを有していてもよい。
上記開示において、上記コーナーC41は、平面視上、上記第4辺側から上記第1辺側に向かって、曲線部4A、直線部L41および曲線部1Bを有していてもよい。
また、本開示においては、第1外装体と、第2外装体と、上記第1外装体および上記第2外装体の間に封入された発電要素と、を有するラミネート電池であって、上記第1外装体および上記第2外装体の少なくとも一方が、上述した外装体である、ラミネート電池を提供する。
本開示によれば、上述した外装体を用いることにより、構造的な信頼性が高いラミネート電池とすることができる。
また、本開示においては、上述した外装体の製造方法であって、ラミネートフィルムにフランジ加工を行い、上記凸構造を形成するフランジ加工工程を有し、上記フランジ加工に用いられる型が、上記コーナーC12に対応する形状を有する、外装体の製造方法を提供する。
本開示によれば、上記フランジ加工に用いられる型が、上記コーナーC12に対応する形状を有するため、凸構造のコーナーにおける厚さが薄くなることを抑制した外装体を得ることができる。
本開示における外装体は、凸構造のコーナーにおける厚さが薄くなることを抑制できるという効果を奏する。
本開示における外装体を例示する模式図である。 本開示における凸構造の頂面を例示する概略平面図である。 従来のコーナーを例示する概略平面図である。 本開示におけるコーナーを例示する概略平面図である。 本開示におけるコーナーを例示する概略平面図である。 本開示における外装体を例示する概略断面図である。 本開示におけるラミネート電池を例示する模式図である。
以下、本開示における外装体、ラミネート電池および外装体の製造方法について、詳細に説明する。本願明細書において、ある部材の上に他の部材を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」あるいは「下に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある部材に接するように、直上あるいは直下に他の部材を配置する場合と、ある部材の上方あるいは下方に、さらに別の部材を介して他の部材を配置する場合との両方が含まれる。
A.外装体
図1(a)は、本開示における外装体を例示する概略平面図であり、図1(b)は図1(a)のA-A断面図である。また、図2は、本開示における凸構造の頂面を例示する概略平面図である。図1(a)、(b)に示すように、外装体100は、発電要素(図示せず)を封入するための空間10を有する凸構造20を備える。さらに、凸構造20は、頂面TSを有する。また、図2に示すように、頂面TSは、平面視上、第1辺Sと、第1辺Sと交差する方向に延びる第2辺Sと、第1辺Sおよび第2辺Sを連結するコーナーC12と、を有する。さらに、コーナーC12は、平面視上、第1辺側Sから第2辺側Sに向かって、曲線部1A、直線部L12および曲線部2Bを有する。
本開示によれば、コーナーC12が直線部L12を有することから、コーナーC12における厚さが薄くなることを抑制した外装体とすることができる。上述したように、発電要素を封入するための空間を有する凸構造は、例えば、ラミネートシートにフランジ加工(プレス加工)を行うことにより形成される。凸構造の角(コーナー)は、プレス時の応力によって薄くなりやすく、外装体に破れが発生する場合がある。
ここで、図3(a)は、従来のコーナーを例示する概略平面図であり、図3(b)は図3(a)のA-A断面図である。図3(a)に示すように、従来のコーナーCは、平面視上、曲面部(R形状部)のみで構成されることが多い。その場合、図3(b)に示すように、コーナーCにおける外装体100の厚さが薄くなりやすい。
一方、図4(a)は、本開示におけるコーナーを例示する概略平面図であり、図4(b)は図4(a)のA-A断面図である。図4(a)に示すように、本開示におけるコーナーC12は、平面視上、第1辺側Sから第2辺側Sに向かって、曲線部1A、直線部L12および曲線部2Bを有する。従来のコーナーCでは、コーナーCにのみ応力が集中していた。これに対して、本開示においては、コーナーC12が直線部L12を有することで応力の集中が曲線部1A、直線部L12および曲線部2Bに分散されることにより、プレス時の応力がコーナーのみに集中することを抑制できる。
また、本開示においては、直線部L12の両端に、曲線部1Aおよび曲線部2Bが配置される。仮に、曲線部1Aおよび曲線部2Bが配置されず、コーナーC12が直線部L12のみで構成されている場合、直線部L12と第1辺との接点、および、直線部L12と第2辺との接点に、それぞれ、応力が集中してしまう。これに対して、直線部L12の両端に、曲線部1Aおよび曲線部2Bが配置されることで、直線部L12の両端に応力が集中することを抑制できる。その結果、コーナーC12における厚さが薄くなることを抑制した外装体とすることができる。また、特に、電池の高電圧化または高容量化を図る場合、発電要素を厚くする必要が生じるが、そのような場合であっても、本開示では、コーナーC12における厚さが薄くなることを抑制することができる。
図1(b)に示すように、外装体100は、発電要素(図示せず)を封入するための空間10を有する凸構造20を備える。凸構造20は、頂面TSおよび側面SSを有し、空間10は、頂面TSおよび側面SSにより形成された空間である。
また、図4(a)に示すように、頂面TSは、平面視上、第1辺Sと、第1辺Sと交差する方向に延びる第2辺Sと、を有する。第1辺Sおよび第2辺Sは、ともに直線状であることが好ましい。また、第1辺Sが延びる方向Dと、第2辺Sが延びる方向Dとのなす角度(鋭角側のなす角度)は、例えば60°以上90°以下である。頂面TSは、平面視上、第1辺Sおよび第2辺Sを連結するコーナーC12と、を有する。さらに、コーナーC12は、平面視上、第1辺S側から第2辺S側に向かって、曲線部1A、直線部L12および曲線部2Bを有する。
図5に示すように、曲線部1Aは、第1辺Sに連結されていることが好ましい。また、曲線部1Aは、仮想円VCAの円弧として近似することができる。仮想円VCAの半径(曲線部1Aの曲率半径)は、例えば0.5mm以上であり、2mm以上であってもよい。また、図5に示すように、曲線部1Aに対応する円弧(仮想円VCAの円弧)の中心角をαとした場合、中心角αは、例えば20°以上であり、30°以上であってもよい。一方、中心角αは、例えば70°以下であり、60°以下であってもよく、45°以下であってもよい。
図5に示すように、直線部L12は、曲線部1Aおよび曲線部2Bを連結することが好ましい。直線部L12の長さは、例えば1mm以上であり、2mm以上であってもよく、3mm以上であってもよい。また、図5に示すように、第1辺Sの延長線と、第2辺Sの延長線との交点をPとし、第1辺Sの延長線と、第2辺Sの延長線とのなす角度を2θとする。また、交点Pから、第1辺Sおよび第2辺Sのそれぞれに対して角度θで交差する直線をmとし、直線mおよび外装体100との交点をQとする。本開示においては、交点Qが、直線部L12上の点であることが好ましい。交点Qは、特に応力が集中しやすいため、その交点Qが直線部L12上の点であることにより、コーナーC12における厚さが薄くなることを抑制した外装体とすることができる。
図5に示すように、曲線部2Bは、第2辺Sに連結されていることが好ましい。また、曲線部2Bは、仮想円VCBの円弧として近似することができる。仮想円VCBの半径(曲線部2Bの曲率半径)の好ましい範囲については、上述した仮想円VCAの半径(曲線部1Aの曲率半径)の好ましい範囲と同様であるので、ここでの記載は省略する。仮想円VCBの半径および仮想円VCAの半径は、互いに、同じであってもよく、異なっていてもよい。また、図5に示すように、曲線部2Bに対応する円弧(仮想円VCBの円弧)の中心角をβとした場合、中心角βの好ましい範囲については、中心角αの好ましい範囲と同様であるので、ここでの記載は省略する。中心角βおよび中心角αは、互いに、同じであってもよく、異なっていてもよい。
図2に示すように、頂面TSは、平面視上、第1辺Sに対向する第3辺Sを有することが好ましい。同様に、頂面TSは、平面視上、第2辺Sに対向する第4辺Sを有することが好ましい。第3辺Sおよび第4辺Sは、ともに直線状であることが好ましい。第1辺Sが延びる方向と、第3辺Sが延びる方向とのなす角度(鋭角側のなす角度)は、例えば30°以下であることが好ましい。同様に、第2辺Sが延びる方向と、第4辺Sが延びる方向とのなす角度(鋭角側のなす角度)は、例えば30°以下であることが好ましい。
また、頂面TSは、第2辺および第3辺を連結するコーナーC23を有していてもよい。コーナーC23の形状は特に限定されないが、図2に示すように、第2辺側Sから第3辺側Sに向かって、曲線部2A、直線部L23および曲線部3Bを有することが好ましい。曲線部2A、直線部L23および曲線部3Bについては、それぞれ、上述した曲線部1A、直線部L12および曲線部2Bに記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。
また、頂面TSは、第3辺および第4辺を連結するコーナーC34を有していてもよい。コーナーC34の形状は特に限定されないが、図2に示すように、第3辺側Sから第4辺側Sに向かって、曲線部3A、直線部L34および曲線部4Bを有することが好ましい。曲線部3A、直線部L34および曲線部4Bについては、それぞれ、上述した曲線部1A、直線部L12および曲線部2Bに記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。
また、頂面TSは、第4辺および第1辺を連結するコーナーC41を有していてもよい。コーナーC41の形状は特に限定されないが、図2に示すように、第4辺側Sから第1辺側Sに向かって、曲線部4A、直線部L41および曲線部1Bを有することが好ましい。曲線部4A、直線部L41および曲線部1Bについては、それぞれ、上述した曲線部1A、直線部L12および曲線部2Bに記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。
また、図1(b)に示すように、凸構造の高さをTとする。凸構造の高さTは、特に限定されないが、3mm以上であることが好ましい。高さTが大きくなるほど、コーナーは、プレス時の応力によって薄くなりやすい。これに対して、本開示においては、コーナーC12が直線部を有することから、高さTが大きい場合であっても、コーナーC12における厚さが薄くなることを効果的に抑制できる。一方、凸構造の高さTは、例えば14mm以下である。
本開示における外装体の層構成は特に限定されない。中でも、図6に示すように、外装体100は、熱融着層1、金属層2および樹脂層3を有することが好ましい。熱融着層1の材料としては、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)等のオレフィン系樹脂が挙げられる。金属層2の材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼が挙げられる。樹脂層3の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ナイロンが挙げられる。熱融着層1、金属層2および樹脂層3の厚さは、それぞれ、例えば30μm以上60μm以下である。
本開示における外装体は、通常、ラミネート電池に用いられる。ラミネート電池の詳細については後述する。
B.ラミネート電池
図7(a)は、本開示におけるラミネート電池を例示する概略平面図であり、図7(b)は図7(a)のA-A断面図である。図7(a)、(b)に示すように、ラミネート電池200は、第1外装体100aと、第2外装体100bと、第1外装体100aおよび第2外装体100bの間に封入された発電要素110と、発電要素110に接続された正極タグ120および負極タグ130と、を有する。さらに、第1外装体100aおよび第2外装体100bの少なくとも一方が、上記「A.外装体」に記載した外装体である。
本開示によれば、上述した外装体を用いることにより、構造的な信頼性が高いラミネート電池とすることができる。
1.外装体
本開示における外装体は、発電要素を封入するための部材である。本開示においては、第1外装体および第2外装体の少なくとも一方が、上記「A.外装体」に記載した外装体である。上述した外装体以外の外装体としては、例えば、凸構造を有しないシート状の外装体が挙げられる。
2.発電要素
発電要素は、第1外装体および第2外装体の間に封入される部材である。発電要素の構成は、特に限定されないが、正極活物質層、負極活物質層および電解質層を有する単位セルを少なくとも含むことが好ましい。
正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有し、必要に応じて、導電材、バインダーおよび電解質の少なくとも一つをさらに含有していてもよい。また、負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含有し、必要に応じて、導電材、バインダーおよび電解質の少なくとも一つをさらに含有していてもよい。
電解質層は、正極活物質層および負極活物質層の間に形成され、少なくとも電解質を含有する。電解質は、液体電解質(電解液)であってもよく、ポリマー電解質であってもよく、無機固体電解質であってもよい。単位セルは、正極活物質層の集電を行う正極集電体、および、負極活物質層の集電を行う負極集電体を有していてもよい。単位セルの種類は、特に限定されないが、リチウムイオン電池であることが好ましい。高電圧かつ高エネルギー密度な電池だからである。
発電要素は、厚さ方向に沿って、複数の単位セルを有することが好ましい。複数の単位セルは、直列接続されていてもよく、並列接続されていてもよい。
3.ラミネート電池
本開示におけるラミネート電池は、通常、正極集電体に接続された正極タブと、負極集電体に接続された負極タブとを有する。正極タブおよび負極タブについては、公知の集電タブを用いることができる。また、本開示におけるラミネート電池は、一次電池であってもよく、二次電池であってもよいが、後者が好ましい。繰り返し充放電でき、例えば車載用電池として有用だからである。ラミネート電池の製造方法は、特に限定されないが、第1外装体および第2外装体の間に、集電タブを取り付けた発電要素を収納し、収納された発電要素の周囲をヒートシールすることで、第1外装体および第2外装体を熱融着する方法が挙げられる。
C.外装体の製造法
本開示における外装体の製造方法は、上述した外装体の製造方法であって、ラミネートフィルムにフランジ加工を行い、上記凸構造を形成するフランジ加工工程を有し、上記フランジ加工に用いられる型が、上記コーナーC12に対応する形状を有する。
本開示によれば、上記フランジ加工に用いられる型が、上記コーナーC12に対応する形状を有するため、凸構造のコーナーにおける厚さが薄くなることを抑制した外装体を得ることができる。
本開示におけるフランジ加工工程は、ラミネートフィルムにフランジ加工を行い、凸構造を形成する工程である。フランジ加工では、通常、雄型および雌型の間にラミネートシートを配置し、プレスすることで凸構造が形成される。雄型および雌型のコーナーに、上記コーナーC12に対応する形状が形成されている。プレス条件については、特に限定されず、通常の条件を採用することができる。
なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本開示における特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示における技術的範囲に包含される。
1 … 熱溶融性樹脂層
2 … 金属層
3 … 基材層
10 … 空間
20 … 凸構造
100 … 外装体
110 … 発電要素
120 … 正極タブ
130 … 負極タブ
200 … ラミネート電池

Claims (7)

  1. ラミネート電池に用いられる外装体であって、
    前記外装体は、発電要素を封入するための空間を有する凸構造を備え、
    前記凸構造は、頂面を有し、
    前記頂面は、平面視上、第1辺と、前記第1辺と交差する方向に延びる第2辺と、前記第1辺および前記第2辺を連結するコーナーC12と、を有し、
    前記コーナーC12は、平面視上、前記第1辺側から前記第2辺側に向かって、曲線部1A、直線部L12および曲線部2Bを有し、
    前記凸構造の高さは、3mm以上であり、
    前記頂面は、平面視上、前記第1辺に対向する第3辺と、前記第2辺に対向する第4辺と、前記第2辺および前記第3辺を連結するコーナーC23と、前記第3辺および前記第4辺を連結するコーナーC34と、前記第4辺および前記第1辺を連結するコーナーC41と、を有し、
    前記コーナーC23は、平面視上、前記第2辺側から前記第3辺側に向かって、曲線部2A、直線部L23および曲線部3Bを有し、
    前記コーナーC34は、平面視上、前記第3辺側から前記第4辺側に向かって、曲線部3A、直線部L34および曲線部4Bを有し、
    前記コーナーC41は、平面視上、前記第4辺側から前記第1辺側に向かって、曲線部4A、直線部L41および曲線部1Bを有し、
    前記曲線部1Aに対応する仮想円の円弧の中心角をαとした場合、前記中心角αは、20°以上、70°以下であり、
    前記外装体は、熱融着層、金属層および樹脂層を有する、外装体。
  2. 前記熱融着層の材料は、ポリプロピレン(PP)またはポリエチレン(PE)である、
    請求項1に記載の外装体。
  3. 前記金属層の材料は、アルミニウム、アルミニウム合金またはステンレス鋼である、請
    求項1に記載の外装体。
  4. 前記樹脂層の材料は、ポリエチレンテレフタレート(PET)またはナイロンである、
    請求項1に記載の外装体。
  5. 前記第1辺の延長線と、前記第2辺の延長線との交点をPとし、
    前記第1辺の前記延長線と、前記第2辺の前記延長線とのなす角度を2θとし、
    前記交点Pから、前記第1辺および前記第2辺のそれぞれに対して角度θで交差する直線をmとし、
    前記mおよび前記外装体との交点をQとした場合、
    前記交点Qは、前記直線部L12上の点である、請求項1に記載の外装体。
  6. 第1外装体と、第2外装体と、前記第1外装体および前記第2外装体の間に封入された発電要素と、を有するラミネート電池であって、
    前記第1外装体および前記第2外装体の少なくとも一方が、請求項1から請求項までのいずれかの請求項に記載の外装体である、ラミネート電池。
  7. 請求項1から請求項までのいずれかの請求項に記載の外装体の製造方法であって、
    ラミネートフィルムにフランジ加工を行い、前記凸構造を形成するフランジ加工工程を有し、
    前記フランジ加工に用いられる型が、前記コーナーC12に対応する形状を有する、外装体の製造方法。
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