JP7479199B2

JP7479199B2 - 電池セル

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Publication number: JP7479199B2
Application number: JP2020093829A
Authority: JP
Inventors: 拓哉谷内; 正弘大田; 稔之有賀
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2040-05-29
Also published as: JP2021190281A

Description

本発明は、電池セル、特に外装体で密閉された電池セルに関する。

近年、自動車、パソコン、携帯電話等の大小さまざまな電気・電子機器の普及により、高容量、高出力の電池デバイスの需要が急速に拡大している。このような電池デバイスとしては、正極と負極との間に有機電解液を電解質として用いる液系電池セルや、有機電解液の電解質に代えて、難燃性の固体電解質を用いた固体電池セルなどが挙げられる。

このような電池デバイスにおいて、電池をラミネートフィルム（外装体）で包み込んで板形状に密閉したラミネートセルタイプの電池セルが知られている。ＥＶやＨＥＶ等の用途では、このようなラミネートセルタイプの電池セルを複数個並べてケース内に収納した電池セル集合体が使用されている。外装体で包み込むことにより、電池への大気の侵入を防ぐことができる（例えば、特許文献１）。なお、本明細書において、「電池」は、正負の電極と電解質からなる電池素子の積層体、及び、集電タブリードで構成される部材をいい、また、電池をラミネートフィルム（外装体）で包み込んで密閉したものを「電池セル」と呼ぶ。

また、ラミネートフィルム（外装体）の密閉性を維持しつつ、電池モジュールの体積エネルギー密度を効果的に向上させることを目的に、電池を収容するように１枚のフィルムが折り返された外装体を備える電池セルが開示されている（特許文献２）。特許文献２によれば、この電池セルは、外装体の密閉性を維持しつつ、電池モジュールの体積エネルギー密度を効果的に向上させることができる。

特開２０１２－１６９２０４号公報ＷＯ２０１９／１８８８２５

電池をラミネートフィルムの外装体で覆った電池セルにおいては、ラミネートフィルムは、それのみで電池を外力から保護するのに十分な強度を有していない。したがって、電池セルの剛性は十分に高いとはいえず、特に、角部において電池セルの電極が割れるなどの問題が生じている。そこで、電池セルの角部に補強材を配設することも考えられるが、その場合には、部品の増加による重量の増加、体積の増加によるエネルギー密度の低減、補強部材配設のための工程数の増加などの問題が生じる。

本発明は、電池セルにおける上記の問題に鑑み、電池をラミネートフィルムの外装体で覆った電池セルにおいて、新たな補強部材を設けることなく、電池セルの角部の剛性を高め、電極が割れることがないようにすることを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の電池セルにおいては、電池素子が積層して形成された電池と、電池を収容する外装体と、を備える電池セルであって、前記電池における１つの端面から集電タブリードが延設されており、前記外装体は１枚のフィルムからなり、前記電池の前記集電タブリードが延設される端面と直交する辺の角部に前記フィルムを複数枚重ねて設けられるリブ構造が設けられていることを特徴とする。

前記電池の前記タブリードが延設される端面と直交する辺の角部に前記フィルムを複数枚重ねて設けられるリブ構造を設けることによって、新たな補強部材を設けることなく、前記角部が２枚のフィルムで外力から保護されることになり、角部において電極が割れるという問題の発生を低減できる。

また、本発明においてはこの場合に、前記１枚のフィルムによって、前記電池を、余裕を持たせて取り囲んで包装した後、余った部分を寄せ集めて折り重ねることによって形成したものであることを特徴とする。

前記１枚のフィルムによって、前記電池を、余裕を持たせて取り囲んで包装した後、余った部分を寄せ集めて折り重ねることによって前記リブ構造を形成することによって、前記フィルムの余った部分を有効活用することができ、資源（フィルム）の利用効率を高めることができる。また、前記１枚のフィルムによって前記電池を余裕を持たせて取り囲んで包装するため、電池の包装の工程において電池を損傷するリスクを低減できる。

また、本発明においてはこの場合に、前記フィルムを２枚重ねて設けられるリブ構造は、前記１枚のフィルムによって、前記電池を取り囲んで包装した後、前記フィルムの余裕部分を電池の角部に集めることにより真空引きした際に効率よく電池セル内の空気を抜く
ことができるようにした状態で真空引きするとともに、脱気後は前記フィルムの余裕部分が大気で押圧されて集合した部分を形成し、これを利用してリブ構造としたものであることを特徴とする。

前記１枚のフィルムによって、前記電池を取り囲んで包装した後、前記フィルムの余裕部を前記角部に寄せて効率よく電池セル内の空気を抜くことができるようにした状態で、真空引きした後に形成されるフィルム集合部を利用して前記リブ構造を形成することによって、前記フィルムの余った部分を有効活用することができ、資源（フィルム）の利用効率を高めることができるとともに、簡単な工程で前記リブ構造を形成することができ、製造効率を高めることもできる。

また、本発明においてはこの場合に、前記フィルムを複数枚重ねて設けられるリブ構造は、電極面側と反対の、前記電池素子が積層される面の方向に折り曲げられ、熱溶着して固定されることを特徴とする。

前記リブ構造は、折り曲げられ、熱溶着して固定されることによって、前記リブ構造に外力が生じたときのリブ構造の動きが電池を破損するリスクを低減することができる。また、電極面側と反対の、前記電池素子が積層される面の方向に折り曲げられているので、リブ構造に起因する段差によって電極に歪を与える問題も生じない。

また、本発明においてはこの場合に、前記外装体の前記１枚のフィルムは、前記電池の前記集電タブリードが延設される端面に直交する天面、底面及び２つの側面と接して覆う部分、前記電池の前記集電タブリードが突出する端面を覆う部分であって、前記端面の両側の短い辺側から折り込んで両側に三角錐状の空間部を形成するとともに、前記端面の両側の長い辺側から折り合わせて前記端面を包み込む部分、及び、前記端面を包み込む部分からさらに軸方向に延設されて上下の対向する双方の面を接合して前記集電タブリードを挟持する部分からなることを特徴とする。

前記１枚のフィルムからなる外装体のこのような形態は、前記集電タブリード及び前記集電タブリードが突出する端面を含む電池に対応させた形態であり、前記集電タブリードが突出する端面を効率的に包み込んで密閉できるとともに、前記集電タブリードに対しても上下の両面から覆って挟持することができ、少ない工程数で効率よく前記集電タブリードが突出した電池を包装することができる。

また、本発明においてはこの場合に、前記電池は、固体電解質を用いた積層体からなる全固体電池であることを特徴とする。

全固体電池セルは、特に角部や端面で脆く、破損しやすい。そのため、本件発明の、前記電池の前記タブリードが延設される端面と直交する辺の角部に前記フィルムを複数枚重ねて設けられるリブ構造が設けられている構成は、全固体電池セルへの適用に特に有効である。

本発明によれば、前記電池の前記タブリードが延設される端面と直交する辺の角部に前記フィルムを複数枚重ねて設けられるリブ構造を設けることによって、新たな補強部材を設けることなく、特に全固体電池において、角部において電極が割れるという技術課題を解消することができる。

本発明の電池セルの中の電池の斜視図である。本発明の電池セルの外観を示す斜視図である。本発明の電池セルの外装体の展開図である。従来における電池セルの角部の断面図である。本発明の電池セルの実施例における角部の断面図である。本発明の電池セルのその他の実施例における角部の断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。

本発明の電池１は、実施例においては全固体電池であって、図１に示すように直方体の形状をしており、天面１１ａ、底面１１ｂ、側面１２ａ，１２ｂ及び端面１３ａ，１３ｂの６面を有している。端面１３ａ及び１３ｂそれぞれの中心を結ぶ中心軸１５を仮想したとき、端面１３ａ及び１３ｂのそれぞれから、中心軸１５の方向に、集電タブリード１４ａ及び１４ｂが延設されている。全固体電池は、特に角部、表面部（端面部）で脆く破損しやすいので、本発明の各実施形態の構成を適用することに、より適しているといえる。

図２には、図１の電池１を外装体３で覆って包装した電池セル２を示す。なお、図２においては、本発明の、外装体３のフィルム余裕部を重ね合わせて設けられるリブ構造を明確には表していない。すなわち、図２は、図１の電池１を外装体３で覆って包装した従来例の電池セル２を示す。

電池セル２においても、前記電池１に対応して、天面２１ａ，底面２１ｂ，及び側面２２ａ，２２ｂが規定される。前記電池１の端面１３ａ，１３ｂに対応した箇所は、外装体３が折り合わされた形態の端面折り合わせ部２３ａ－１，２３ａ－２，２３ｂ－１，２３ｂ－２となっており、外面上、三角柱状を呈している。また、端面折り合わせ部２３ａ－１，２３ａ－２及び２３ｂ－１，２３ｂ－２には、それぞれ、側面２２ａ，２２ｂ側から折り込まれて形成される、三角錐状の空間部２５ａ－１，２５ａ－２及び２５ｂ－１，２５ｂ－２が、それぞれの側から合計２個ずつ形成される。そして、前記端面折り合わせ部２３ａ－１，２３ａ－２及び２３ｂ－１，２３ｂ－２から中心軸１５の方向には、前記集電タブリード１４ａ，１４ｂを上下から挟み込んで収容している集電タブリード収容部２４ａ－１，２４ａ－２及び２４ｂ－１，２４ｂ－２が延設されている。

図３に前記外装体３の展開図を示す。前記外装体３は、前記電池１の天面１１ａ及び底面１１ｂのそれぞれを覆う部分として、天面覆部３１ａ及び底面覆部３１ｂを有し、また、側面１２ａを覆う部分として側面覆部３２ａ，側面１２ｂを覆う部分として側面覆部３２ｂ－１及び３２ｂ－２を有する。前記側面覆部３２ｂ－１及び３２ｂ－２は、前記外装体３が前記電池１を包み込んだ際に、相互に重なり合い接着される接着部である。したがって、前記電池１の側面１２ｂは、前記外装体３の側面覆部３２ｂ－１及び３２ｂ－２によって、二重に覆われることになる。

前記電池１の端面１３ａ，１３ｂを覆う箇所としては、電池セル２において前記外装体３が折り合わされた形態の三角柱状を呈している端面折り合わせ部２３ａ－１，２３ａ－２，２３ｂ－１，２３ｂ－２を形成する、端面覆部３３ａ－１，３３ａ－２，３３ｂ－１，３３ｂ－２が、両側の端面のそれぞれの上下方向に対応して備わっている。前記端面覆部３３ａ－１，３３ａ－２，３３ｂ－１，３３ｂ－２を中心軸１５方向に延長した先に、前記両側の集電タブリード１４ａ，１４ｂを上下から挟み込む集電タブリード挟持部３４ａ－１，３４ａ－２，３４ｂ－１，３４ｂ－２が設けられている。また、側面２２ａ，２２ｂ側から折り込まれて形成される、三角錐状の空間部２５ａ－１，２５ａ－２及び２５ｂ－１，２５ｂ－２を形成する部分である、三角錐状空間形成部３５ａ－１，３５ａ－２１，３５ａ－２２及び３５ｂ－１，３５ｂ－２１，３５ｂ－２２が形成されている。三角錐状空間形成部３５ａ－２１と３５ａ－２２及び３５ｂ－２１と３５ｂ－２２は、それぞれにおいて重なり合って、三角錐状空間を形成することになる。

図４は、図２のIV－IVの箇所から切り下された断面図を示す。電池素子が積層して形成された電池１を外装体３が覆う形態が表されているが、従来のものにおいては、図４に示すように、電池１の角部においても、外装体３のラミネートフィルムは１枚でしか覆っておらず、特に、全固体電池などの脆い電池の角部を外力から保護するには十分な強度を備えているとはいえない。

図５は、図４の従来の電池セル２に対して、本件発明の電池１の角部に外装体３のフィルムを２枚重ねて設けられるリブ構造４を形成したものである。リブ構造４は、外装体３のフィルム２枚が重ねられて形成されたもので、電池１の角部に対して補強部となり、電池１を外力から保護することができる。

図５のリブ構造４は、１枚のフィルムによって、電池１を、余裕を持たせて取り囲んで包装した後、余った部分を寄せ集めて形成することができる。それによって、外装体３のフィルムの余った部分を有効活用することができ、資源（フィルム）の利用効率を高めることができるとともに、１枚のフィルムによって、電池１を、余裕を持たせて取り囲んで包装するため、電池１の包装の工程において電池１を損傷するリスクを低減できる。

また、図５のリブ構造４は、１枚のフィルムによって、電池１を取り囲んで包装した後に、フィルムの余裕部を電池１の角部に寄せて効率よく電池セル内の空気を抜くことができるようにした状態で、真空引きした後に形成されるフィルム集合部を利用して形成することができる。それによって、外装体３のフィルムの余った部分を有効活用することができ、資源（フィルム）の利用効率を高めることができるとともに、簡単な工程でリブ構造４を形成することができ、製造効率を高めることもできる。

図５に示されるリブ構造４は、さらに、図６に示すように、電極面側と反対の、電池素子が積層される面の方向に折り曲げられ、熱溶着して固定されることがより好ましい。リブ構造４が折り曲げられて熱溶着して固定されることによって、リブ構造４に外力が生じてもリブ構造４が構造を保持しており、リブ構造４内の外装フィルムのズレや滑りによって電池を破損するリスクを低減することができる。なお、リブ構造４を折り曲げることについて、リブ構造４が電極面側に折り曲げられた場合には、電極面の上側の外装体３に、リブ構造４の存在する部分と存在しない部分による段差が生じ、その段差が電極に外力を与えて損傷させる可能性が生じるので好ましくない。

以上、本発明を実施する態様について、実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々なる態様で実施できるものであることは勿論である。

１電池
１１ａ天面
１１ｂ底面
１２ａ，１２ｂ側面
１３ａ，１３ｂ端面
１４ａ，１４ｂ集電タブリード
１５中心軸
２電池セル
２１ａ天面
２１ｂ底面
２２ａ，２２ｂ側面
２３ａ－１，２３ａ－２，２３ｂ－１，２３ｂ－２端面折り合わせ部
２４ａ－１，２４ａ－２，２４ｂ－１，２４ｂ－２集電タブリード収容部
２５ａ－１，２５ａ－２，２５ｂ－１，２５ｂ－２三角錐状の空間部
３外装体
３１ａ天面覆部
３１ｂ底面覆部
３２ａ，３２ｂ－１，３２ｂ－２側面覆部
３３ａ－１，３３ａ－２，３３ｂ－１，３３ｂ－２端面覆部
３４ａ－１，３４ａ－２，３４ｂ－１，３４ｂ－２集電タブリード挟持部
３５ａ－１，３５ａ－２１，３５ａ－２２，３５ｂ－１，３５ｂ－２１，３５ｂ－２２
三角錐状空間形成部
４リブ構造

Claims

電池素子を積層して形成された電池と、電池を収容する外装体と、を備える電池セルであって、
前記電池における１つの端面から集電タブリードが延設されており、
前記外装体は、１枚のフィルムからなり、前記電池の前記集電タブリードが延設される端面と直交する辺の角部に前記フィルムを複数枚重ねて設けられるリブ構造が設けられ、
前記フィルムを複数枚重ねて設けられるリブ構造は、前記１枚のフィルムによって、前記電池を取り囲んで包装した後、前記フィルムの余裕部分を電池の前記角部に集めることにより真空引きした際に効率よく電池セル内の空気を抜くことができるようにした状態で真空引きするとともに、脱気後は前記フィルムの余裕部分が大気で押圧されて集合した部分を形成し、これを利用してリブ構造としたものである電池セル。
前記角部に寄せ集めて余った部分は、熱溶着して固定される請求項１に記載された電池セル。
前記角部に寄せ集めて余った部分は、電極面側と反対の、前記電池素子が積層される面の方向に折り曲げられ、熱溶着して固定される請求項１又は２に記載された電池セル。
前記外装体の前記１枚のフィルムは、前記電池の前記集電タブリードが延設される端面に直交する天面、底面及び２つの側面と接して覆う部分、前記電池の前記集電タブリードが突出する端面を覆う部分であって、前記端面の両側の短い辺側から折り込んで両側に三角錐状の空間部を形成するとともに、前記端面の両側の長い辺側から折り合わせて前記端面を包み込む部分、及び、前記端面を包み込む部分からさらに軸方向に延設されて上下の対向する双方の面を接合して前記集電タブリードを挟持する部分からなる請求項１～３のいずれかに記載された電池セル。
前記電池は、固体電解質を用いた積層体からなる全固体電池である請求項１～４のいずれかに記載された電池セル。