JP7499234B2

JP7499234B2 - 電池セル、電池及び電子機器

Info

Publication number: JP7499234B2
Application number: JP2021517379A
Authority: JP
Inventors: 東閣胡; 杰林袁; 涛王; 飛呉
Original assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Current assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2024-06-13
Anticipated expiration: 2040-03-31
Also published as: WO2021195917A1; EP3916878A4; EP3916878A1; JP2022531038A; CN112868121B; CN112868121A

Description

本出願は、電池分野に関し、特に、電池セルと、この電池セルを備える電池及び電子機器に関する。

デバイスのスペースをより良く利用し、より高いエネルギーを提供するために、デバイスの中に特殊形状の電池を用いることは理想的な解決策となる。このように、デバイス内に残る空間を十分に利用することができ、電池のエネルギー密度を高めることができる。

現在、特殊形状の電池セルの生産は、常にベアスタック技術を用いて実現される。具体的には、各々のベアスタック過程では、異なる種類の電極シートを１層ずつ積み重ねる必要がある。このような方法は、効率が低く、かつ、製造コストが比較的高い。

このような状況に鑑み、製造し易い特殊形状の電池セル及びこの電池セルを備える電池及び電子機器の提供が求められている。

本発明の一実施形態に係る電池セルは、電極組立体と、前記電極組立体を収容する梱包袋とを備える。前記電極組立体は、第１組立体及び第２組立体を含み、前記第１組立体は、積層するように配置されている第１電極シート及び第２電極シートを有し、前記第１組立体は、その幅方向において第１側辺と、前記第１側辺に対向する第２側辺とを含み、前記第２組立体は、積層するように配置されている第３電極シート及び第４電極シートを有する。前記電極組立体は、第１本体部と、前記第１本体部に接続される第２本体部とを含み、前記第１組立体と前記第２組立体が積み重ねられた後に巻回されて、前記第１本体部及び前記第２本体部を形成し、前記電極組立体の厚さ方向に沿って、前記第１本体部の厚さは、前記第２本体部の厚さより大きい。

本発明の一態様によれば、前記第１組立体の幅は、前記第２組立体の幅より大きく、前記第２組立体は、前記第１組立体の表面に設けられ、前記第１組立体の幅方向において、前記第１組立体は、第１側辺と、前記第１側辺に対向する第２側辺とを含み、前記第２組立体の前記第１側辺に対向する側辺は、前記第１側辺と面一であり、又は前記第２組立体の前記第２側辺に対向する側辺は、前記第２側辺と面一であり、又は前記第組立体は前記第１側辺と前記第２側辺との間に設けられる。

さらに、前記第１組立体と前記第２組立体が順次に積み重ねられた後に巻回されることによって、前記第１本体部は形成され、
前記第１組立体の厚さ方向において、前記第２組立体と重ならない一部の前記第１組立体が巻回されることによって、前記第２本体部は形成される。

本発明の一態様によれば、前記電極組立体は、第５電極シート及び第６電極シートを有する第３組立体をさらに含み、前記第５電極シートと前記第６電極シートは、積層するように配置され、
前記第１組立体の幅は、前記第２組立体の幅と前記第３組立体の幅より大きく、前記第３組立体は、前記第１組立体の表面に設けられ、
前記第１組立体の幅方向において、前記第３組立体と前記第２組立体は、間隔をあけて設けられ、
前記第１組立体、前記セパレータ及び前記第３組立体が順次に積み重ねられた後に巻回されることによって、第３本体部は形成され、
前記第３本体部の厚さは、前記第２本体部の厚さより大きい。

本発明の一態様によれば、前記第１組立体は、その長手方向において第３側辺と、前記第３側辺に対向する第４側辺とを含み、
前記電極組立体の巻取方向において、前記第１組立体の前記第３側辺及び／又は前記第４側辺を巻き始め端として、前記第２組立体と積み重ねられた後に共に巻回されて、前記第１本体部を形成し、一部の巻き取られない前記第１組立体及び前記第２組立体は積み重ねられた後に、前記第２本体部を形成する。

さらに、前記第１組立体の前記第３側辺及び前記第４側辺は、それぞれ第１巻き始め端と第２巻き始め端とされており、前記第１巻き始め端の巻取方向は、前記第２巻き始め端の巻取方向と逆である。

本発明の一態様によれば、前記第１組立体の前記第３側辺及び前記第４側辺は、それぞれ第１巻き始め端と第２巻き始め端とされており、前記第１巻き始め端の巻取方向は、前記第２巻き始め端の巻取方向と同じである。

本発明の一態様によれば、前記電極組立体は、前記第１本体部及び／又は前記第２本体部と電気的に接続され、且つ前記電極組立体から離れる方向に延在するタブをさらに備える。

また、本願発明の実施形態には、電池セル及び前記電池セルを収容するケースを含む電池が提供される。前記電池は、上記の何れか態様に記載した電池セルを含む。

また、本願発明の実施形態には、上記の何れかの電池及び前記電池に電気的に接続される回路素子を含む電子機器がさらに開示されている。

上記の電池セルは、第１組立体及び第２組立体を積み重ねて巻回して、厚さの異なる第１本体部及び第２本体部を形成することにより、特殊形状の電池セルの製造過程を簡略化し、既存のスタックにより特殊形状の電池セルを製造する方法を置換して、生産効率を効果的に高めると共に生産コストを低減させる。

第１実施形態における電池セルの電極組立体の展開構造を示す図である。電池セルの第１実施形態での構造図である。一変形例における電極組立体の展開構造を示す図である。変形例における電池セルの構造を示す図である。電極組立体の他の変形例における展開構造を示す図である。他の変形例における電池セルの構造を示す図である。第２実施形態における電極組立体の展開構造を示す図である。電池セルの第２実施形態での構造を示す図である。電池セルの第３実施形態での構造を示す図である。電池セルの第３実施形態の変形例での構造を示す図である。第４実施形態における電池セルの構造を示す図である。第５実施形態における電池セルの構造を示す図である。一実施形態における電池の構造を示すブロック図である。一実施形態における電子デバイスの構造を示すブロック図である。

以下では、本発明の実施形態の図面に関連して、本発明の実施形態における技術的な態様を明確にし、完全に説明するが、説明した実施形態は、全ての実施形態ではなく、本発明の一部の実施形態のみであることは明らかである。本発明の実施例に基づいて、創造的な労働がなされていない前提下で当業者により取得される他のすべての実施形態も、本発明の保護範囲内に属する。

ある要素がもう１つの要素に「固定された」と称される場合、それは直接に前記もう１つの要素に存在してもよいし、他の要素を介して前記もう１つの要素に固定されてもよい。１つの要素がもう１つの要素に「接続される」と考えられる場合、それは前記もう１つの要素に直接に接続されてもよいし、他の要素を介して前記もう１つの要素に接続されてもよい。ある要素がもう１つの要素に「設けられる」と考えられる場合、それは前記もう１つの要素に直接に設けられてもよいし、他の要素を介して前記もう１つの要素に設けられてもよい。本明細書で使用される用語「垂直」、「水平」、「左」、「右」及び類似する表現は、説明の目的だけに使用される。

別段の定義がない限り、本文で使用するすべての技術及び科学的用語は、本願の技術分野に属する技術者が一般的に理解する意味と同様である。本願明細書において使用する用語は、具体的な実施形態を説明する目的に過ぎず、本願を限定する旨ではない。本明細書で使用される用語「又は／及び」は、１つ又は複数の関連する項目の任意及びすべての組み合わせを含む。

本願実施形態に係る電池セルは、電極組立体と、前記電極組立体を収容する梱包袋と、を含む。前記電極組立体は、第１組立体と第２組立体とを含み、前記第１組立体は、積層するように配置されている第１電極シート及び第２電極シートを含み、前記第１組立体は、その幅方向において第１側辺と前記第１側辺に対向する第２側辺とを含み、前記第２組立体は、積層するように配置されている第３の電極シート及び第４の電極シートを含み、前記電極組立体は、第１本体部と前記第１本体部に接続された第２本体部とを含み、前記第１組立体と前記第２組立体とが積み重ねられた後に巻回されて、前記第１本体部と前記第２本体部とを形成する。前記電極組立体の厚さ方向に沿って、前記第１本体部の厚さは、前記第２本体部の厚さより大きい。

上記の電池セルは、第１組立体及び第２組立体を積み重ねて巻回して、厚さの異なる第１本体部及び第２本体部を形成することにより、特殊形状の電池セルの製造過程を簡略化し、既存のスタックにより特殊形状の電池セルを製造する方法を置換して、生産効率を効果的に高めると共に生産コストを低減させる。本願のいくつかの実施形態を詳細に説明する。衝突しない場合、下記の実施形態及び実施形態における特徴は、互いに組み合わせてもよい。

［第１実施形態]
図１及び図２に示すように、電池セル１００は、電極組立体１０と、電極組立体１０を収容する梱包袋とを含む。電極組立体１０は、第１組立体１１と、第２組立体１２とを含む。第１組立体１１は、極性が逆である第１電極シート１１１及び第２電極シート１１２を含む。第１電極シート１１１と第２電極シート１１２は、積層するように配置される。第１組立体１１は、その幅方向（図１において矢印Ａがで指示される方向）において第１側辺１１３と、第１側辺１１３に対向する第２側辺１１４とを含む。第２組立体１２は、極性が逆である第３電極シート１２１と第４電極シート１２２とを含む。第３電極シート１２１と第４電極シート１２２とは、積層するように配置される。電極組立体１０は、第１本体部１３と、第１本体部１３に接続された第２本体部１４とを含む。第１組立体１１と第２組立体１２とが積み重ねられた後に、巻回されて第１本体部１３と第２本体部１４とを形成する。電極組立体１０の厚さ方向、即ち第１組立体１１と第２組立体１２との積層方向に沿って、第１本体部１３の厚さは第２本体部１４の厚さよりも大きい。

短絡が生じないようにするため、第１電極シート１１１と第２電極シート１１２との間には、セパレータが設けられている。第１電極シート１１１、前記セパレータ及び第２電極シート１１２は、この順で積層されて第１組立体１１が形成される。第３電極シート１２１と第４電極シート１２２との間にも、セパレータが設けられていてもよい。第３電極シート１２１、前記セパレータ及び第４電極シート１２２は、この順で積層されて、上記の第２組立体１２が形成される。他の実施形態では、第１組立体１１と第２組立体１２との間にも、セパレータが設けられていてもよい。第１組立体１１、前記セパレータ及び第２組立体１２は順次に積み重ねられた後に、巻き取るように設けられる。なお、他の実施形態では、各々の電極シートの外面の間にセパレータを設けてもよい。前記梱包袋は、前記電極組立体１０の外表面に被覆されて、前記電極組立体１０を封止する。

さらに、第１組立体１１の幅は、第１組立体１１の表面に設けられた第２組立体１２の幅よりも大きい。第１組立体１１の幅方向において、第２組立体１２の第１側辺１１３と対向する側辺は第１側辺１１３と面一である。第１組立体１１、前記セパレータ及び第２組立体１２が順次に積み重ねられた後に巻回されることによって、第１本体部１３が形成される。第１組立体１１の厚さ方向において、第２組立体１２と重なっていない部分の第１組立体１１は、巻回されて第２本体部１４を形成する。電池セル１００の長手方向（図２において矢印Ｂで指示された方向）に沿って、電池セル１００は、対向するように配置された第１端部１０１と、第２端部１０２とを有する。第１本体部１３は、電池セル１００の第１端部１０１に位置する。電極組立体１０は、第１本体部１３及び／又は第２本体部１４と電気的に接続され、且つ電極組立体１０から離れる方向に延在するタブ１５をさらに含む。本願の実施形態では、２つのタブ１５は、第１端部１０１から張り出している。しかし、他の実施形態では、タブ１５の数は、複数であってもよい。複数のタブ１５は、それぞれ電池セル１００の異なる位置から張り出すことが可能であり、本発明はこれに限定されない。

図３及び図４に示すように、一変形例において、第２組立体１２の第２側辺１１４と対向する側辺は、第２側辺１１４と面一になっている。これにより、第１本体部１３は、第２端部１０２に位置している。

図５及び図６に示すように、他の一変形例において、第２組立体１２は、第１側辺１１３と第２側辺１１４との間に配置される。この場合、第１本体部１３は、第１端部１０１と第２端部１０２との間に位置する。なお、本願における第１組立体１１と第２組立体１２との相対位置は、その他の組み合わせ形態があることが可能であり、実際の応用における電池ボックスの形状と空間サイズに応じて構成されることができ、本願はこれに限定されない。

［第２実施形態]
図７及び図８に示すように、第２実施形態に係る電池セル１００は、第１実施形態と略同様であるが、第２実施形態に係る電極組立体１０が第３組立体１６をさらに備える点で、第１の実施形態と相違している。第３組立体１６は、極性が逆であり、且つ積層するように配置される第５電極シート１６１と、第６電極シート１６２とを含む。さらに、第５電極シート１６１と第６電極シート１６２との間には、短絡を回避するためのセパレータが設けられてもよい。

第１組立体１１の幅は、第２組立体１２及び第１組立体１１の表面に設けられた第３組立体１６の幅よりも広い。第１組立体１１の幅方向において、第３組立体１６と第２組立体１２とが間隔をあけて設けられる。第３本体部１７は、第１組立体１１、前記セパレータ及び第３組立体１６が順次に積み重ねられた後に巻回されることによって、形成される。第３本体部１７の厚さは、第２本体部１４の厚さより大きい。他の変形例では、電極組立体１０は、電極組立体１０が複数の本体部を有して、多種の生産ニーズを満たすように、第４組立体、第５組立体などを備えてもよい。

［第３実施形態]
図９に示すように、第３実施形態の電池セル１００は、第１実施形態と略同様であるが、第３実施形態では、第１組立体１１がその長手方向（図３において矢印Ｃで指示された方向）において、第３側辺１１５と、第３側辺１１５に対向する第４側辺１１６とを含み、第３側辺１１５と第４側辺１１６は、それぞれ第１側辺１１３と第２側辺１１４との間に設けられ、電極組立体１０の巻取方向において、第１組立体１１は、第３側辺１１５を巻き始め端として、第２組立体１２と積み重ねられた後に、共に巻回されて、第１本体部１３を形成し、一部の巻き取られない第１組立体１１及び第２組立体１２は積み重ねられた後に第２本体部１４を形成する点で、第１実施形態と相違している。なお、第３実施形態において、第１組立体１１の長さ及び幅は、第２組立体１２と同じである。

図１０に示すように、一変形例において、第４側辺１１６を巻き始め端としてもよい。これにより、第１本体部１３と第２本体部１４との位置を交換させて、異なる生産ニーズに適合させてもよい。

［第４実施形態]
図１１に示すように、第４実施形態の電池セル１００は、第３実施形態と略同様であるが、第４実施形態では、第１組立体１１の第３側辺１１５及び第４側辺１１６がそれぞれ第１巻き始め端及び第２巻き始め端とされ、前記第１巻き始め端の巻取方向が前記第２巻き始め端の巻取方向と同じであり、第３側辺１１５が巻回されて第１本体部１３を形成し、第４側辺が巻回されて第３本体部１７を形成し、第１本体部１３と第３本体部１７が間隔をあけて設けられ、第１本体部１３と第３本体部１７との間の巻き取られない部分が第２本体部１４とされている点で、第３実施形態と相違している。巻取方向が同じであるため、電極組立体１０の厚さ方向に沿って、第１本体部１３の突出方向は、第３本体部１７の突出方向と同じである。

［第５実施形態]
図１２に示すように、第５実施形態の電池セル１００は、第３実施形態と略同様であるが、第５実施形態では、第１組立体１１の第３側辺１１５及び第４側辺１１６がそれぞれ第１巻き始め端及び第２巻き始め端とされ、前記第１巻き始め端の巻取方向が前記第２巻き始め端の巻取方向と反対であり、第３側辺１１５が巻回されて第１本体部１３を形成し、第４側辺が巻回されて第３本体部１７を形成し、第１本体部１３と第３本体部１７が間隔をあけて設けられ、第１本体部１３と第３本体部１７との間の巻き取られない部分が第２本体部１４とされている点で、第３実施形態と相違している。巻取方向が反対であるため、電極組立体１０の厚さ方向に沿って、第１本体部１３の突出方向は、第３本体部１７の突出方向と逆である。

図１３に示すように、本発明の実施形態には、上述した何れかの実施形態又は実施形態の組み合わせにおける電池セル１００を含む電池セルと、当該電池セルを収容するケース２０１とを備える電池２００がさらに提供される。

さらに、図１４に示すように、本願発明に係る電子機器３００は、電池と、前記電池に電気的に接続された回路素子３０１と、を備える。前記電池は、上述した電池２００を含む。

以上の実施形態は、本出願の技術的な態様を説明するためにのみ用いられるものであり、限定するものではないが、以上のより良い実施形態を参照して本出願を詳細に説明したが、当業者は、本出願の技術的な態様を修正または同等に置換しても本出願の技術案の精神的及び範囲から逸脱してはならないことを理解すべきである。

１００電池セル
１０１第１端部
１０２第２端部
１０電極組立体
１１第１組立体
１１１第１電極シート
１１２第２電極シート
１１３第１側辺
１１４第２側辺
１１５第３側辺
１１６第４側辺
１２第２組立体
１２１第３電極シート
１２２第４電極シート
１３第１本体部
１４第２本体部
１５タブ
１６第３組立体
１６１第５電極シート
１６２第６電極シート
１７第３本体部
２００電池
２０１ケース
３００電子機器
３０１回路素子

Claims

電極組立体と、前記電極組立体を収容する梱包袋と、を備える電池セルであって、
前記電極組立体は、積層するように配置されている第１電極シート及び第２電極シートを有する第１組立体と、積層するように配置されている第３電極シート及び第４電極シートを有する第２組立体と、を含み、
前記電極組立体は、第１本体部と、前記第１本体部に接続される第２本体部とを含み、
前記第１組立体と前記第２組立体が積み重ねられて巻回されて、前記第１本体部及び前記第２本体部を構成し、
前記電極組立体の厚さ方向に沿って、前記第１本体部の厚さは、前記第２本体部の厚さより大きく、
前記第１組立体の幅は、前記第２組立体の幅より大きく、前記第２組立体は、前記第１組立体の表面に設けられ、
前記第１組立体と前記第２組立体が順次に積み重ねられて巻回されることによって、前記第１本体部を構成され、
前記第１組立体の厚さ方向において、前記第２組立体と重ならない一部の前記第１組立体が巻回されることによって、前記第２本体部を構成されることを特徴とする電池セル。
前記第１組立体の幅方向において、前記第１組立体は、第１側辺と、前記第１側辺に対向する第２側辺とを含み、前記第２組立体の前記第１側辺に対向する側辺は、前記第１側辺と面一であり、又は前記第２組立体の前記第２側辺に対向する側辺は、前記第２側辺と面一であり、又は前記第２組立体は前記第１側辺と前記第２側辺との間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の電池セル。
前記電極組立体は、第５電極シート及び第６電極シートを有する第３組立体をさらに含み、前記第５電極シートと前記第６電極シートは、積層するように配置され、
前記第１組立体の幅は、前記第２組立体の幅と前記第３組立体の幅より大きく、前記第３組立体は、前記第１組立体の表面に設けられ、
前記第１組立体の幅方向において、前記第３組立体と前記第２組立体は、間隔をあけて設けられ、
前記第１組立体、セパレータ及び前記第３組立体が順次に積み重ねられて巻回されることによって、第３本体部を構成し、
前記第３本体部の厚さは、前記第２本体部の厚さより大きいことを特徴とする請求項１に記載の電池セル。
前記第１組立体は、その長手方向において第３側辺と、前記第３側辺に対向する第４側辺とを含み、
前記電極組立体の巻取方向において、前記第１組立体の前記第３側辺及び／又は前記第４側辺を巻き始め端として、前記第２組立体と積み重ねられて共に巻回されて、前記第１本体部を構成し、一部の巻き取られない前記第１組立体及び前記第２組立体は積み重ねられて、前記第２本体部を構成することを特徴とする請求項１に記載の電池セル。
前記第１組立体の前記第３側辺及び前記第４側辺は、それぞれ第１巻き始め端と第２巻き始め端とされており、前記第１巻き始め端の巻取方向は、前記第２巻き始め端の巻取方向と逆であることを特徴とする請求項４に記載の電池セル。
前記第１組立体の前記第３側辺及び前記第４側辺は、それぞれ第１巻き始め端と第２巻き始め端とされており、前記第１巻き始め端の巻取方向は、前記第２巻き始め端の巻取方向と同じであることを特徴とする請求項４に記載の電池セル。
前記電極組立体は、前記第１本体部及び／又は前記第２本体部と電気的に接続され、且つ前記電極組立体から離れる方向に延在するタブをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の電池セル。
請求項１～７の何れか一項に記載の電池セルと、前記電池セルを収容するケースと、を備えることを特徴とする電池。
電池と、前記電池に電気的に接続される回路素子とを備える電子機器であって、
前記電池は、請求項８に記載の電池を含むことを特徴とする電子機器。