JP-2026077222-A - 扁平形電池

Abstract

【課題】省スペース化を図ることができ、かつ、内部短絡を抑制することができる扁平形電池を提供する。 【解決手段】扁平形電池１は、外装体１００と、外装体１００の内部空間に収容される電極体本体４１とを備える。電極体本体４１は、交互に積層される複数の正極シート４１１及び複数の負極シート４１２からなる。電極体本体４１の一方の最外層には負極シート４１２が配置され、他方の最外層には正極シート４１１が配置される。最外層の正極シート４１１を覆うセパレータ（最外層セパレータ４１１ｄ）と外装体１００（外装缶１０の底部１１）との間には正極集電箔４４が配されている。正極集電箔４４の外周端は、最外層セパレータ４１１ｄの外周端よりも内側に位置付けられる。 【選択図】図２

Inventors

• 鳥井 弘渉
• 藤坂 義和
• 久語 哲平
• 板谷 健太

Assignees

• マクセル株式会社

Dates

Publication Date

20260513

Application Date

20241025

Claims (5)

1. 外装体と、 前記外装体の内部空間に収容される電極体本体と、 前記電極体本体と前記外装体の間に配置される正極集電箔とを備え、 前記電極体本体は、複数の正極シート及び複数の負極シートを交互に積層してなり、 前記複数の正極シートは各々、袋状のセパレータにより被覆されており、 前記電極体本体の一方の最外層には、正極シートが配置されており、 前記電極体本体の他方の最外層には、負極シートが配置されており、 前記正極集電箔は、前記最外層に配置される正極シートを覆う前記セパレータ（以下、最外層セパレータと称する。）と前記外装体との間に配置されており、 前記正極集電箔の外周端は、平面視において、前記最外層セパレータの外周端の内側に位置付けられる、扁平形電池。
2. 請求項１に記載の扁平形電池であって、 前記正極集電箔は、外周端に第１円弧部を含み、 前記最外層セパレータは、外周端に第２円弧部を含み、 前記正極集電箔の第１円弧部と前記最外層セパレータの第２円弧部との平面視における最短距離は、０．１ｍｍ以上である、扁平形電池。
3. 請求項１に記載の扁平形電池であって、 前記正極集電箔は、平面視において、前記最外層セパレータの面積に対して９６％以下の面積を有する、扁平形電池。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の扁平形電池であって、 さらに、網状集電体を備え、 前記網状集電体は、前記外装体と前記正極集電箔との間に配置される、扁平形電池。
5. 請求項４に記載の扁平形電池であって、 前記網状集電体の外周端は、平面視において、前記正極集電箔の外周端よりも内側に位置付けられる、扁平形電池。

Description

本発明は、コイン形電池等の扁平形電池に関する。 有底筒状の外装缶と、外装缶との間に空間が形成されるように外装缶に対して逆皿状に配置される有底筒状の封口缶と、外装缶と封口缶との間に配置された電極体とを備えた扁平形電池が知られている。このような扁平形電池では、例えば、特開２０１３－１８７１８２号公報（特許文献１）又は国際公開第２０１８／１２０３８８号（特許文献２）のように、外装缶及び封口缶によって形成される外装体の内部空間内に、複数の正極シート及び複数の負極シートを交互に積層することによって構成される電極体が収納されている。 特許文献１は、交互に積層される正極及び負極を有する扁平形電池を開示している。正極は、平板状の正極本体及び正極リードを有している。負極は、平板状の負極本体及び負極リードを有している。負極本体は、負極集電体と、負極集電体の両面に積層された負極活物質層とからなる。ただし、電極体の軸方向端部側に位置する負極本体は、負極集電体が電極体の軸方向端部側に位置するように、負極集電体の一面側のみに負極活物質層を有する。電極体の軸方向両端部側に位置する負極のうち、一方の端部側に位置する負極の負極集電体は、電極体が電池ケースの空間内に配置された状態で、負極缶の平面部に接触する。電極体の他方の端部側に位置する負極本体の負極集電体は、絶縁シート及び正極箔を介して正極缶の底部上に位置づけている。すなわち、特許文献１の電極体において、電極体の軸方向両端側にそれぞれ負極本体が配されており、電極体の他方の端部側に位置する負極本体と正極缶の間には、絶縁シートが配されている。 特許文献２は、ケーシングと、ケーシング内に設けられた柱状セルとを備えるボタン電池を開示している。柱状セルは、複数の正極シートと複数の負極シートとが積層されて形成されている。柱状セルにおいて正極シートと負極シートとは、同数であり、かつ、柱状セルの両端は、それぞれ正極シート及び負極シートである。 特開２０１３－１８７１８２号公報国際公開第２０１８／１２０３８８号 図１は、本開示の実施形態に係る扁平形電池の断面図である。図２は、図１に示す扁平形電池の図示右側下方における拡大断面図である。図３は、図１に示す扁平形電池の図示左側下方における拡大断面図である。図４は、図１に示す正極シートの平面図である。図５は、図１に示す負極シートの平面図である。図６は、図１に示す最外層セパレータと正極集電箔の位置関係を示す模式図である。図７は、図６に示す最外層セパレータと正極集電箔の変形例を示す模式図である。図８は、網状集電体をさらに備える扁平形電池の断面図である。 本発明者らは、特許文献１の扁平形電池について検討し、扁平形電池の内部空間を省スペース化するために、発電に寄与しない絶縁シートを取り除くことを考えた。略円柱形状の電極体の軸方向における一方の端部に負極シートを位置付け、かつ、電極体の軸方向における他方の端部に袋状のセパレータに覆われた正極シートを位置付けるように、複数の正極シート及び複数の負極シートを積層すれば、絶縁シートを取り除くことができる。 ただし、絶縁シートを取り除くことによって、電極体と外装体の間に配置され、電極体の外周端から外方に出た正極集電箔の端部が電極体の積層方向に折れ曲がり易くなる。例えば、正極集電箔の端部の折れ曲がりは、電極体の正極集電箔方向への加圧によって起こり得る、又は、電極体と正極集電箔とを結束バンドにより結束した場合に起こり得る。正極集電箔の端部が折れ曲がると、正極集電箔の端部が負極シート又は負極リードに接触し易くなり、短絡が生じ易くなる。 そこで、本発明者らは、鋭意検討の結果、正極集電箔の平面視におけるサイズを最外層の正極シートを覆うセパレータ（最外層セパレータ）よりも小さくすれば、正極集電箔の端部の折り曲げを抑制でき、正極集電箔と負極シート又は負極リードとの接触による短絡の発生を抑制できると考えた。本開示は、このような知見に基づき、本発明者らによって完成されたものである。 （構成１） 本開示の実施形態に係る扁平形電池は、外装体と、外装体の内部空間に収容される電極体本体と、電極体本体と前記外装体の間に配置される正極集電箔とを備える。電極体本体は、複数の正極シート及び複数の負極シートを交互に積層してなる。複数の正極シートは各々、袋状のセパレータにより被覆されている。電極体本体の一方の最外層には、正極シートが配置されている。電極体本体の他方の最外層には、負極シートが配置されている。正極集電箔は、最外層セパレータと外装体との間に配置されている。正極集電箔の外周端は、平面視において、最外層セパレータの外周端の内側に位置付けられている。 これにより、外装体の内部空間における省スペース化を図ることができ、かつ、内部短絡の発生を抑制することができる。 （構成２） 構成１の扁平形電池であって、正極集電箔は、外周端に第１円弧部を含む。最外層セパレータは、外周端に第２円弧部を含む。正極集電箔の外周端と最外層セパレータの第２円弧部との平面視における最短距離は、０．１ｍｍ以上であってよい。これにより、より効果的に内部短絡を抑制することができる。 （構成３） 構成１又は２の扁平形電池であって、正極集電箔は、平面視において、最外層セパレータの面積に対して９６％以下の面積を有してよい。これにより、より効果的に内部短絡を抑制することができる。 （構成４） 構成１～３のいずれか１つの扁平形電池であって、さらに網状集電体を備えてよい。網状集電体は、外装体と正極集電箔との間に配置されてよい。これにより、集電効率を向上させることができる。 （構成５） 構成４の扁平形電池であって、網状集電体の外周端は、平面視において、正極集電箔の外周端よりも内側に位置付けられてよい。これにより、集電効率をより向上させることができる。 以下、本開示に係る実施形態の扁平形電池１について、図１～図８を用いて具体的に説明する。なお、図中同一及び相当する構成については同一の符号を付し、同じ説明を繰り返さない。また、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。 図１に示すように、扁平形電池１は、有底円筒状の外装缶１０と、外装缶１０の開口を覆う封口缶２０と、外装缶１０の外周側と封口缶２０の外周側との間に配置されるガスケット３０と、外装缶１０及び封口缶２０の間に形成される空間内に収納される電極体４０とを備えている。したがって、扁平形電池１は、外装缶１０と封口缶２０とを合わせることによって、全体が扁平なコイン形状となる。すなわち、外装缶１０及び封口缶２０によって内部空間を有する外装体１００が構成される。外装体１００の内部空間には、電極体４０以外に、非水電解液（図示せず。）も封入されている。 外装缶１０は、ステンレスなどの金属材料からなり、プレス成形によって有底円筒状に形成されている。外装缶１０は、円形状の底部１１と、その外周に底部１１と連続して形成される円筒状の周壁部１２とを有している。この周壁部１２は、縦断面視（図１に図示する状態）で、底部１１の外周端からほぼ垂直に延びるように設けられている。外装缶１０は、後述するように、封口缶２０との間にガスケット３０を挟んだ状態で、周壁部１２の開口端側が内側に折り曲げられて、封口缶２０に対してカシメられている。 封口缶２０は、ステンレスなどの金属材料からなり、プレス成形によって有底円筒状に形成されている。封口缶２０は、外装缶１０の周壁部１２よりも外形が小さい円筒状の周壁部２２と、その一方の開口を塞ぐ円形状の平面部２１とを有している。周壁部２２は、縦断面視で、平面部２１に対してほぼ垂直に延びるように設けられている。 ガスケット３０は、ポリプロピレン（ＰＰ）からなる。ガスケット３０は、封口缶２０の周壁部２２と外装缶１０の周壁部１２との間に挟みこまれるように、周壁部１２と周壁部２２の間に配置されている。ガスケット３０の材料としては、ＰＰに限らず、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）にオレフィン系エラストマーを含有した樹脂組成物や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）、ポリアミド系樹脂などを用いてもよい。 電極体４０は、電極体本体４１と、正極接続部４２と、負極接続部４３とを有している。 電極体本体４１は、交互に積層される複数の正極シート４１１と複数の負極シート４１２とを有している。電極体本体４１は、略円柱形状を有している。複数の正極シート４１１と複数の負極シート４１２の枚数は同じであり、電極体本体４１のうち封口缶２０の平面部２１側の最外層には負極シート４１２が配されており、外装缶１０の底部１１側の最外層には正極シート４１１が配されている。 正極シート４１１は、図２及び図３に示すように、コバルト酸リチウム等の正極活物質を含有する正極活物質層４１１ａを、アルミニウム等の金属箔製の正極集電体４１１ｂの両面にそれぞれ配置したものである。正極シート４１１は、図４に示すように、円板の一部を切り欠いた形状をしており、正極シート４１１の切欠き部分からは正極リード４２１が延びている。正極シート４１１は、袋状のセパレータ４１１ｃにより被覆されている。正極リード４２１の一部、すなわち、正極シート４１１側の基端部分は、セパレータ４１１ｃから延びる張出部４２１ａにより被覆されている。張出部４２１ａは、筒状であり、張出部４２１ａの内部は、セパレータ４１１ｃの内部と連通している。 図１～図３に示すように、外装缶１０の底部１１に最も近い正極シート４１１、言い換えれば、電極体本体４１の最外層に位置する正極シート４１１は、正極集電体４１１ｂが底部１１に対向するように正極集電体４１１ｂの一面にのみ正極活物質層４１１ａが設けられている。すなわち、正極集電体４１１ｂの両面のうち底部１１側の一面には、正極活物質層４１１ａが設けられていない。 セパレータ４１１ｃは、平面視で略円形状に形成された袋状の部材であり、正極シート４１１を収納可能な大きさに形成されている。張出部４２１ａは、正極リード４２１の正極シート４１１側の少なくとも基端部分を収容可能な大きさに形成されている。セパレータ４１１ｃは、絶縁性に優れたポリエチレン製の微多孔性薄膜によって構成されている。このように、セパレータ４１１ｃを微多孔性薄膜によって構成することで、リチウムイオンがセパレータ４１１ｃを透過することができる。セパレータ４１１ｃ及び張出部４２１ａは、２枚の長方形状の微多孔性薄膜のシート材によって、正極シート４１１と、正極リード４２１の正極シート４１１寄りの一部分とを挟み込んで、正極シート４１１の周縁部の外側部分と、正極リード４２１の一部の外側部分との、２枚のシート材の重なっている部分を熱溶着等によって接着し、接着部分を正極シート４１１及び正極リード４２１の外形に沿って打ち抜くことにより形成される。 負極シート４１２は、図２及び図３に示すように、黒鉛等の負極活物質を含有する負極活物質層４１２ａを、銅等の金属箔製の負極集電体４１２ｂの両面にそれぞれ配置したものである。図１に示すように、封口缶２０の平面部２１に最も近い負極シート４１２は、負極集電体４１２ｂが平面部２１に対向するように負極集電体４１２ｂの一面にのみ負極活物質層４１２ａが形成される。負極シート４１２は、図５に示すように、円板の一部を切り欠いた形状をしており、負極シート４１２の切欠き部分からは負極リード４３１が延びている。 このように、電極体本体４１のうち、外装缶１０の底部１１側の最外層に正極シート４１１を配したことにより、電極体本体４１と底部１１との間に絶縁シートを設ける必要がない。そのため、絶縁シートを取り除いた内部空間において、外装体１００の内部空間の省スペース化を図ることができる。その結果