JP2017022060A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】積層型の電極組立体の電極（正極、負極）にタブを接合する作業時間を短縮化することが可能な蓄電装置の提供の提供にある。【解決手段】複数の正極および複数の負極が絶縁状態を保ちつつ交互に積層される積層型の電極組立体を備え、正極は、正極本体２３と正極本体２３から引き出される帯状の正極タブ２４とを備え、負極は、負極本体２７と負極本体２７から引き出される帯状の負極タブ２８とを備える蓄電装置において、正極タブ２４および負極タブ２８は導電性粘着テープであり、正極タブ２４は正極本体２３に貼着され、負極タブ２８は負極本体２７に貼着された。【選択図】 図４

Description

この発明は蓄電装置に関し、特に、積層型の電極組立体を備えた蓄電装置に関する。

近年、リチウムイオン二次電池は、電子機器の電源だけでなく、ハイブリッド車や電気自動車の電源として採用されている。通常、リチウムイオン二次電池の電池ケース内には、発電要素としての電極組立体が収容されており、電極組立体は金属箔に正極活物質を塗布した正極と、金属箔に負極活物質を塗布した負極と、正極と負極との間に介在されるセパレータとを有している。電極組立体としては、例えば、巻回型の電極組立体と積層型の電極組立体が存在する。巻回型の電極体は、長尺状の正極および負極の間にセパレータを介在させた電極シートを巻回することにより形成されている。一方、積層型の電極組立体は、多数枚の正極、負極およびセパレータが交互に積層される構造を有する。

ところで、積層型の電極組立体の場合、電極（正極、負極）の縁部の一部には、金属箔からなるタブが形成されている。タブは放電時又は充電時において電気が通る部位である。タブは、電極（正極、負極）が有する金属箔とともに打ち抜きにより一体形成される場合があるほか、電極（正極、負極）の金属箔の縁部に同じ金属箔のタブを溶接により接合する場合がある。一方、特許文献１に開示されたリチウム二次電池では、巻回型の電極組立体の電極にタブを溶接や導電性接着剤により接合する点が記載されている。

特開２００６−１５６３６５号公報

積層型の電極体の場合、電極（正極、負極）毎にタブを設ける必要がある。しかしながら、特許文献１に開示されたリチウム二次電池のように、電極にタブを溶接により接合する場合、数十枚の電極にタブを溶接によりそれぞれ接合することは、極めて煩雑な作業であり、多大な作業時間を必要とするという問題がある。また、多数の電極にタブを導電性接着剤により接合する場合であっても、溶接と同様に多大な作業時間を必要とする。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、積層型の電極組立体の電極（正極、負極）にタブを接合する作業時間を短縮化することが可能な蓄電装置の提供にある。

上記の課題を解決するために、本発明は、複数の正極および複数の負極が絶縁状態を保ちつつ交互に積層される積層型の電極組立体を備え、前記正極は、正極本体と前記正極本体から引き出される帯状の正極タブとを備え、前記負極は、負極本体と前記負極本体から引き出される帯状の負極タブとを備える蓄電装置において、前記正極タブおよび前記負極タブは導電性粘着テープであり、前記正極タブは前記正極本体に貼着され、前記負極タブは前記負極本体に貼着されていることを特徴とする。

本発明では、正極本体および負極本体に導電性粘着テープの端部をそれぞれ貼着することにより、正極タブおよび負極タブを接合により形成することができる。したがって、溶接による正極タブおよび負極タブの接合の場合と比較すると、接合し易く、接合の作業時間を短縮化することができる。

また、上記の蓄電装置において、複数の前記正極タブを前記電極組立体の積層方向に集約する正極集約部が形成され、複数の前記負極タブを前記電極組立体の積層方向に集約する負極集約部が前記正極集約部と離間して形成され、前記正極集約部には、複数の前記正極タブの相互貼着により形成され、前記負極集約部には、複数の前記負極タブの相互貼着により形成されている構成としてもよい。
この場合、複数の正極本体にそれぞれ貼着した導電性粘着テープの端部の反対側の端部を相互貼着することにより正極集約部を形成することができる。また、複数の負極本体にそれぞれ貼着した導電性粘着テープの端部の反対側の端部を相互貼着することにより負極集約部を形成することができる。複数の導電性粘着テープの相互貼着により正極集約部および負極集約部を簡単に形成することができる。

また、上記の蓄電装置において、前記正極集約部は、貼着により正極導電部が接合され、前記負極集約部は、貼着により負極導電部が接合されている構成であってもよい。
この場合、正極集約部における導電性粘着テープの粘着面に正極導電部を貼着することにより、正極集約部に正極導電部を接合することができる。また、負極集約部における導電性粘着テープの粘着面に負極導電部を貼着することにより、負極集約部に負極導電部を接合することができる。

また、上記の蓄電装置において、前記正極タブは、相互貼着前に屈曲により形成される正極タブ屈曲部を有し、前記負極タブは、相互貼着前に屈曲により形成される負極タブ屈曲部を有する構成としてもよい。
この場合、相互貼着後に正極タブを一括して屈曲させる場合と比べると、正極タブの屈曲は屈曲に対する抵抗が小さくすることができる。また、相互貼着後に負極タブを一括して屈曲させる場合と比べると、負極タブの屈曲は屈曲に対する抵抗を小さくすることができる。

本発明によれば、積層型の電極組立体の電極（正極、負極）にタブを接合する作業時間を短縮化することが可能な蓄電装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る二次電池の分解斜視図である。 本実施形態に係る二次電池の縦断面図である。 本実施形態に係る二次電池が備える電極組立体の一部の分解斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は正極タブ（負極タブ）の接合を説明する要部側面図である。 本実施形態に係る電極組立体の製作過程を説明する斜視図である。 変形例に係る二次電池が備える電極組立体の製作過程を説明する斜視図である。

以下、本発明の実施形態に係る蓄電装置について図面を参照して説明する。本実施形態では、蓄電装置としての二次電池について例示する。本実施形態の二次電池は具体的にはリチウムイオン二次電池である。

図１および図２に示すように、本実施形態の二次電池１０は角型の二次電池である。二次電池１０の電池ケース１１には電極組立体２０が収容されている。図１に示す電池ケース１１の長手方向を左右方向として示し、電池ケース１１の高さ方向を上下方向として示すほか、電池ケース１１の短手方向を前後方向として示す。電池ケース１１の高さ方向は電極組立体２０の収容方向と一致する。電極組立体２０は、電池機能（充電・放電など）を生じさせる発電要素である。

電池ケース１１は、有底筒状のケース本体１２と、ケース本体１２の開口１３を閉塞する矩形平板状の蓋体１４を有している。ケース本体１２および蓋体１４は金属材料（例えば、アルミニウム）により形成されている。図２に示すように、ケース本体１２の内面には、電池ケース１１に収容された電極組立体２０との絶縁を図るための絶縁部材としての絶縁シート１５が貼着されている。また、蓋体１４の内側面には、電池ケース１１に収容された電極組立体２０との絶縁を図るための絶縁部材としての絶縁シート１６が貼着されている。蓋体１４には一対の通孔１７が形成されている。

図３に示すように、電極組立体２０は、シート状の正極２１とシート状の負極２２とを備える。正極２１は、矩形の正極本体２３と、正極本体２３の縁部に形成される帯状の正極タブ２４を有する。正極本体２３は、矩形の正極金属箔２５と、正極金属箔２５の両面に塗工された正極活物質により形成された正極活物質層２６を有する。本実施形態の正極金属箔２５はアルミニウム箔である。正極金属箔２５において正極タブ２４を設けた上部の縁部付近の両面は、正極活物質層２６が塗工されていない未塗工域２５Ａとなっている。本実施形態の正極タブ２４は、導電性粘着テープにより形成されており、正極金属箔２５の未塗工域２５Ａに正極タブ２４の一方の端部が貼着されている。図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、正極タブ２４を構成する導電性粘着テープは、テープ状の圧延アルミニウム箔Ａの片面に導電性粘着剤（例えば、導電性アクリル系粘着剤）Ｂが塗布されているものである。なお、使用前の導電性粘着テープには導電性粘着剤Ｂが塗布されている面を覆う剥離紙（図示せず）が備えられている。正極タブ２４は長手方向において屈曲された正極タブ屈曲部Ｍを有し、正極タブ２４の他方の端部は屈曲された方向へ向けられている。

負極２２は、矩形の負極本体２７と、負極本体２７の縁部に形成される帯状の負極タブ２８を有する。負極本体２７は、矩形の負極金属箔２９と、負極金属箔２９の両面に塗工された負極活物質により形成された負極活物質層３０を有する。本実施形態の負極金属箔２９は銅箔である。負極金属箔２９において負極タブ２８を設けた上部の縁部付近の両面は、負極活物質層３０が塗工されていない未塗工域２９Ａとなっている。本実施形態の負極タブ２８は、導電性粘着テープにより形成されており、負極金属箔２９の未塗工域２９Ａに負極タブ２８の一方の端部が貼着されている。図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、負極タブ２８を構成する導電性粘着テープは、テープ状の圧延銅箔Ｃの片面に導電性粘着剤（例えば、導電性アクリル系粘着剤）Ｂが塗布されているものである。なお、使用前の導電性粘着テープには導電性粘着剤Ｂが塗布されている面を覆う剥離紙（図示せず）が備えられている。負極タブ２８は長手方向において屈曲された負極タブ屈曲部Ｎを有し、負極タブ２８の他方の端部は屈曲された方向へ向けられている。

電極組立体２０は、正極２１と負極２２の間を絶縁するセパレータ３１を介在させ、複数の正極２１および複数の負極２２が絶縁状態を保ちつつ交互に積層される層状をなす。電極組立体２０は、例えば、図５に示すように、複数の正極２１と複数の負極２２を積層して構成される。

各正極タブ２４は、電極組立体２０の積層方向に沿って列状に配置されている。各負極タブ２８は、正極タブ２４と重ならないように、正極タブ２４と同様に、積層方向に沿って列状に配置されている。各正極タブ２４の他方の端部は、互いに重なるように相互貼着されて集約され、多数の正極タブ２４は正極集電群３２を形成する。相互貼着された正極タブ２４の他方の端部は正極集約部３２Ａを形成する（図１、図２を参照）。本実施形態では、正極タブ２４毎に、一方の端部から他方の端部までの長さが異なるように設定されている。各負極タブ２８の他方の端部は、正極タブ２４と同様に、互いに重なるように相互貼着されて集約され、多数の負極タブ２８は負極集電群３３を形成する。相互貼着された負極タブ２８の他方の端部は負極集約部３３Ａを形成する（図１、図２を参照）。負極集約部３３Ａは正極集約部３２Ａと離間して形成されている。本実施形態では、負極タブ２８毎に、一方の端部から他方の端部までの長さが異なるように設定されている。

正極集電群３２には正極集電板３４が接合され、負極集電群３３には負極集電板３５が接合されている。正極集電群３２と正極集電板３４との接合は、正極集電群３２において最下位置となる導電性粘着テープの粘着剤が塗布されている面と、正極集電板３４の表面との貼着による。負極集電群３３と負極集電板３５との接合は、負極集電群３３において最下位置となる導電性粘着テープの粘着剤が塗布されている面と、負極集電板３５の表面との貼着による。図２に示すように、正極集電板３４には、過電流保護回路３６を介して電気的に接続される正極端子３７が設けられている。また、負極集電板３５には、過電流保護回路３６を介して電気的に接続される負極端子３８が設けられている。電極組立体２０が電池ケース１１に収容された状態では、正極端子３７と負極端子３８は、蓋体１４の一対の通孔１７から電池ケース１１の外部に露出される。正極端子３７および負極端子３８には、正極端子３７および負極端子３８を蓋体１４から絶縁するための樹脂製の筒状の絶縁リング３９がそれぞれ取り付けられている（図１、図２を参照）。

正極集電板３４および負極集電板３５は、図１に示すように矩形の平板である。正極集電板３４および負極集電板３５は、正極集電群３２および負極集電群３３に接合した際にケース本体１２の内面と干渉しない。

次に、本実施形態の二次電池１０における電極組立体２０の製造について説明する。まず、正極２１の製造について説明すると、予め矩形に製作された正極金属箔２５の両面に対して正極活物質層２６を形成して正極本体２３を得る。正極活物質が塗工された正極金属箔２５には未塗工域２５Ａが形成されている。次に、正極タブ２４となる導電性粘着テープの一方の端部を未塗工域２５Ａに貼着する。正極タブ２４は、未塗工域２５Ａへの貼着により正極金属箔２５と接合されて電気的に接続される。正極タブ２４の正極金属箔２５への接合後に、正極タブ２４を屈曲する（図４（ａ）〜（ｃ）を参照）。電極組立体２０では、多数の正極本体２３を有しており、正極本体２３毎に接合されている正極タブ２４の他方の端部が相互貼着されている（図５を参照）。

次に、負極２２の製造について説明すると、予め矩形に製作された負極金属箔２９の両面に対して負極活物質層３０を形成して負極本体２７を得る。負極活物質が塗工された負極金属箔２９には未塗工域２９Ａが形成されている。次に、負極タブ２８となる導電性粘着テープの一方の端部を未塗工域２９Ａに貼着する。負極タブ２８は、未塗工域２９Ａへの貼着により負極金属箔２９と接合されて電気的に接続される。負極タブ２８の負極金属箔２９への接合後に、負極タブ２８を屈曲する（図４（ａ）〜（ｃ）を参照）。電極組立体２０では、多数の負極本体２７を有しており、負極本体２７毎に接合されている負極タブ２８の他方の端部が相互貼着されている（図５を参照）。

図５に示すように、正極本体２３に正極タブ２４が接合された正極２１と、負極本体２７に負極タブ２８が接合された負極２２との間には、セパレータ３１が介在され、複数の正極２１および複数の負極２２が絶縁状態を保ちつつ交互に積層される。多数の正極タブ２４の屈曲の方向が一致するように積層され、多数の正極タブ２４の他方の端部は互いに重ねられる。重ねられる正極タブ２４のアルミニウム箔の面に、重なる正極タブ２４の導電性粘着剤の面が密着することにより、正極タブ２４が相互貼着される。全ての正極タブ２４が相互貼着されることにより、多数の正極タブ２４は正極集電群３２を形成する。正極集電群３２には正極集電板３４が接合される。正極集電板３４には、過電流保護回路３６を介して電気的に接続される正極端子３７が予め設けられている。正極集電群３２において最下位置となる導電性粘着テープの導電性粘着剤の面に正極集電板３４が貼着され、正極集電群３２に正極集電板３４が接合される。

多数の負極タブ２８の屈曲の方向が一致するように積層され、多数の負極タブ２８の他方の端部は互いに重ねられる。重ねられる負極タブ２８の銅箔の面に、重なる負極タブ２８の粘着剤の面が密着することにより、負極タブ２８が相互貼着される。全ての負極タブ２８が相互貼着されることにより、多数の負極タブ２８は負極集電群３３を形成する。負極集電群３３には負極集電板３５が接合される。負極集電板３５には、過電流保護回路３６を介して電気的に接続される負極端子３８が予め設けられている。負極集電群３３において最下位置となる導電性粘着テープの導電性粘着剤の面に負極集電板３５が貼着され、負極集電群３３に負極集電板３５が接合される。

電極組立体２０が完成すると、電極組立体２０をケース本体１２に挿入し、正極端子３７および負極端子３８を絶縁リング３９および蓋体１４の通孔１７にそれぞれ挿通させる。その後、蓋体１４をケース本体１２に溶接により接合し、電解液を注入口（図示せず）から注入し、注入口を封止することにより二次電池１０の組立が完了する。

本実施形態の二次電池１０によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）正極本体２３に導電性粘着テープの一方の端部を貼着することにより、正極タブ２４を接合により形成することができる。負極本体２７に導電性粘着テープの一方の端部を貼着することにより、負極タブ２８を接合により形成することができる。したがって、溶接による正極タブおよび負極タブの接合の場合と比較すると、接合し易く、接合の作業時間を短縮化することができる。また、溶接のための機材を必要としない。特に、多数の正極タブ２４および負極タブ２８を必要とする積層型の電極組立体２０であることから、溶接の省略による作業時間の短縮化の効果は大きい。

（２）複数の正極本体２３にそれぞれ貼着した導電性粘着テープの一方の端部の反対側の他方の端部を相互貼着することにより正極集約部３２Ａを形成することができる。また、複数の負極本体２７にそれぞれ貼着した導電性粘着テープの一方の端部の反対側の他方の端部を相互貼着することにより負極集約部３３Ａを形成することができる。複数の導電性粘着テープの相互貼着により正極集約部３２Ａおよび負極集約部３３Ａを簡単に形成することができる。

（３）正極集約部３２Ａにおける導電性粘着テープの導電性粘着剤の面に正極導電部としての正極集電板３４を貼着することにより、正極集約部３２Ａに正極集電板３４を接合することができる。また、負極集約部３３Ａにおける導電性粘着テープの導電性粘着剤の面に負極導電部としての負極集電板３５を貼着することにより、負極集約部３３Ａに負極集電板３５を接合することができる。したがって、溶接による正極集電板３４および負極集電板３５の接合の場合と比較すると、接合し易く、接合の作業時間を短縮化することができる。

（４）相互貼着前に正極タブ屈曲部Ｍが屈曲により形成され、負極タブ屈曲部Ｎが屈曲により形成される。相互貼着後に正極タブ２４を一括して屈曲させる場合と比べると、正極タブ２４の屈曲は屈曲に対する抵抗が小さくすることができる。また、相互貼着後に負極タブ２８を一括して屈曲させる場合と比べると、負極タブ２８の屈曲は屈曲に対する抵抗を小さくすることができる。また、溶接のための機材を必要としない。

次に、変形例に係る二次電池１０について説明する。図６に示すように、本変形例では、正極タブ２４および負極タブ２８が積極的に屈曲されない。屈曲されない正極タブ２４の他方の端部に正極導電部（図示せず）が貼着により接合される。また、屈曲されない負極タブ２８の他方の端部に負極導電部（図示せず）が貼着により接合される。本変形例に係る二次電池１０によれば、実施形態に係る二次電池１０の作用効果（１）〜（３）と同等の効果を奏する。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更してもよい。

○ 上記の実施形態（変形例を含む）では、正極タブとして、圧延アルミニウム箔に導電性粘着剤が塗布された導電性粘着テープを用いたが、導電性粘着テープの金属箔はかならずしも正極金属箔と同じ材料でなくてもよい。また、負極タブとして、圧延銅箔に導電性粘着剤が塗布された導電性粘着テープを用いたが、導電性粘着テープの金属箔はかならずしも負極金属箔と同じ材料でなくてもよい。
○ 上記の実施形態（変形例を含む）では、正極タブ（負極タブ）毎に異なる長さ（一方の端部から他方の端部までの長さ）を有するとしたが、正極タブ（負極タブ）の長さについては、特に制限されない。正極タブ（負極タブ）は他方の端部で相互貼着することができる長さに設定されていればよい。
○ 上記の実施形態（変形例を含む）では、蓄電装置として二次電池を例示したが、蓄電装置は二次電池に限らず、例えば、電気二重層コンデンサ等、電池以外のキャパシタに適用してもよい。

１０ 二次電池
１１ 電池ケース
２０ 電極組立体
２１ 正極
２２ 負極
２３ 正極本体
２４ 正極タブ
２７ 負極本体
２８ 負極タブ
３１ セパレータ
３２Ａ 正極集約部
３３Ａ 負極集約部
３４ 正極集電板
３５ 負極集電板
３７ 正極端子
３８ 負極端子
Ａ 圧延アルミニウム箔
Ｂ 導電性粘着剤
Ｃ 圧延銅箔
Ｍ 正極タブ屈曲部
Ｎ 負極タブ屈曲部

Claims (4)

1. 複数の正極および複数の負極が絶縁状態を保ちつつ交互に積層される積層型の電極組立体を備え、
   前記正極は、正極本体と前記正極本体から引き出される帯状の正極タブとを備え、
   前記負極は、負極本体と前記負極本体から引き出される帯状の負極タブとを備える蓄電装置において、
   前記正極タブおよび前記負極タブは導電性粘着テープであり、
   前記正極タブは前記正極本体に貼着され、
   前記負極タブは前記負極本体に貼着されていることを特徴とする蓄電装置。
2. 複数の前記正極タブを前記電極組立体の積層方向に集約する正極集約部が形成され、
   複数の前記負極タブを前記電極組立体の積層方向に集約する負極集約部が前記正極集約部と離間して形成され、
   前記正極集約部は、複数の前記正極タブの相互貼着により形成され、
   前記負極集約部は、複数の前記負極タブの相互貼着により形成されていることを特徴とする請求項１記載の蓄電装置。
3. 前記正極集約部には、貼着により正極導電部が接合され、
   前記負極集約部には、貼着により負極導電部が接合されていることを特徴とする請求項２記載の蓄電装置。
4. 前記正極タブは、相互貼着前に屈曲により形成される正極タブ屈曲部を有し、
   前記負極タブは、相互貼着前に屈曲により形成される負極タブ屈曲部を有することを特徴とする請求項２記載の蓄電装置。

Images