Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7357650B2 - 集電体構造及びそれを用いた二次電池 - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7357650B2 - 集電体構造及びそれを用いた二次電池 - Google Patents

集電体構造及びそれを用いた二次電池 Download PDF

Info

Publication number
JP7357650B2
JP7357650B2 JP2021004608A JP2021004608A JP7357650B2 JP 7357650 B2 JP7357650 B2 JP 7357650B2 JP 2021004608 A JP2021004608 A JP 2021004608A JP 2021004608 A JP2021004608 A JP 2021004608A JP 7357650 B2 JP7357650 B2 JP 7357650B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tab
electrode
current collector
composite material
positive electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021004608A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2022109355A (ja
Inventor
稔之 有賀
拓哉 谷内
正弘 大田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2021004608A priority Critical patent/JP7357650B2/ja
Priority to US17/572,527 priority patent/US20220231328A1/en
Priority to CN202210039142.3A priority patent/CN114765258B/zh
Publication of JP2022109355A publication Critical patent/JP2022109355A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7357650B2 publication Critical patent/JP7357650B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/70Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/80Porous plates, e.g. sintered carriers
    • H01M4/801Sintered carriers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562Solid materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/536Electrode connections inside a battery casing characterised by the method of fixing the leads to the electrodes, e.g. by welding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0585Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/66Selection of materials
    • H01M4/661Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/70Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72Grids
    • H01M4/74Meshes or woven material; Expanded metal
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/70Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/76Containers for holding the active material, e.g. tubes, capsules
    • H01M4/762Porous or perforated metallic containers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/70Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/80Porous plates, e.g. sintered carriers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531Electrode connections inside a battery casing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/533Electrode connections inside a battery casing characterised by the shape of the leads or tabs
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/534Electrode connections inside a battery casing characterised by the material of the leads or tabs
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/54Connection of several leads or tabs of plate-like electrode stacks, e.g. electrode pole straps or bridges
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Description

本発明は、集電体構造及びそれを用いた二次電池に関する。
従来、高エネルギー密度を有する二次電池として、リチウムイオン二次電池が幅広く普及している。液体のリチウムイオン二次電池は、正極と負極との間にセパレータを存在させ、液体の電解質(電解液)を充填したセル構造を有する。また、電解質が固体である固体電池の場合には、正極と負極との間に固体電解質が存在するセル構造を有する。この単セルが複数積層されてリチウムイオン二次電池を構成する。
正極および負極を構成する集電体として、金属多孔体を用いることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。金属多孔体は、細孔を有した網目構造を有し、表面積が大きい。当該網目構造の内部に、電極活物質を含む電極合材を充填することで、電極層の単位面積あたりの電極活物質量を増加させることができる。
また、電極における金属多孔体同士の接続強度を増す方法として、金属多孔体の端部間に別の金属多孔体を配置して三者を一括で圧着する電極も知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開2012-186139号公報 特開2004-063398号公報
図7は従来の集電体構造を用いた二次電池の一実施形態を示す斜視図であり、図8はタブ集束前の二次電池の斜視図であり、図9は図7のタブ集束部付近の断面図であり、図10は図9におけるタブ集束部付近の拡大断面図である。
図7に示すように、この二次電池200は、正極10と、固体電解質層30と、負極20と、が交互に積層配置された電極積層体であり、正極10からは正極タブ11が、負極20からは負極タブ21が延出されている。正極10及び負極20は、全体が金属多孔体で形成されており、電極合材が充填される合材充填領域と、電極合材が充填されていない合材未充填領域が存在し、正極タブ11と負極タブ21が合材未充填領域を構成している。正極タブ11及び負極タブ21はそれぞれ集束されて接合部60を形成している。なお、図7は正極タブ11の集束状態のみ示し、負極タブ21の集束状態は省略しているが、負極タブも同様に集束される。
図8は図7のタブ集束前の状態である。ここから、図9に示すように、正極タブ11及び負極タブ21の端部をそれぞれ集束し、超音波又は抵抗溶接などの方法で圧縮接合する。このときの接合部60の拡大図が図10である。接合部60は正極タブ11が複数毎(この実施形態では3枚)積層されている。
タブを構成する金属多孔体は、通常、90体積%以上の空孔を有する。このため、圧縮接合すると接合部60において厚さが1/10程度に減少する(d>d)。この場合、接合部60とその周囲との間に大きな段差(厚み差)が発生することになり、図10における接合部60の上部側において、正極タブ11が超音波ホーンなどの圧部材に押し切られる形になり、特に積層上部の正極タブ11が破断し易いという問題があった。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、集電体タブを集束接合する際の接合部破断を防止し、電流経路の維持を図ることを目的とする。
本発明者等は、タブ間を跨ぐ連結タブリードを特定の状態で配置することにより、上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下のものを提供する。
(1) 金属多孔体で構成される複数の電極集電体と、
それぞれの電極集電体において、前記金属多孔体の一端から延出される複数のタブと、
2以上の前記タブ同士を電気的に接続する連結タブリードと、を備える電極であって、
前記連結タブリードは金属多孔体で構成され、
前記連結タブリードと前記タブとは、前記タブの延出方向と、前記連結タブリードの長手方向とが互いに交わる交点で、第1の圧縮接合部を有し、
前記連結タブリードは、一のタブとの前記交点から折り返されて、他のタブとの前記交点へ伸びるように配置されており、
前記交点が複数積層されるタブ集束位置において、第2の圧縮接合部を有する、集電体構造。
(1)の発明によれば、第1圧縮接合部及び第2圧縮接合部には、タブと連結タブリードが存在する。このため、両者が絡み合って圧縮接合部を形成するので、圧縮接合部における金属多孔体の密度が高くなる。このため、接合部の破断を効果的に防止できる。
(2) 前記第2の圧縮接合部において、外部接続用タブと接続されている、(1)に記載の集電体構造。
(2)の発明によれば、第2の圧縮接合部によりタブが破断することなく、外部接続用タブと接合できる。
(3) (1)又は(2)に記載の集電体構造を備える二次電池であって、
前記電極集電体の前記金属多孔体の内部に電極合材が充填されている合材充填領域と、前記電極合材が充填されていない合材未充填領域と、を有する正極及び/又は負極と、
電極間に配置される電解質と、を備え、
前記電極集電体の前記合材未充填領域が、前記タブを構成する、二次電池。
(3)の発明によれば、(1)又は(2)の効果を奏する二次電池が得られる。
本発明の集電体構造を用いた二次電池の一実施形態を示す斜視図である。 電極から延出される複数のタブ間を、連結タブリードで連結している状態を示す平面図である。 図1のタブ集束前の二次電池の斜視図である。 図3におけるタブ付近の拡大斜視図である。 連結タブリードの配置状態及びその変形例を示す断面模式図である。 図1におけるタブ集束部の拡大断面図である。 従来の集電体構造を用いた二次電池の一実施形態を示す斜視図である。 図7のタブ集束前の二次電池の斜視図である。 図7のタブ集束部付近の断面図である。 図9におけるタブ集束部付近の拡大断面図である。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。本発明の内容は以下の実施形態の記載に限定されない。なお、以下の実施形態においては、固体電池のリチウムイオン電池を例に説明するが、本発明は固体電池に限定されず、液体の電解質とセパレータとを備える二次電池にも適用できる。また、リチウムイオン電池以外の電池にも適用できる。
[第1実施形態]
<リチウムイオン二次電池の全体構成>
図1に示すように、本実施形態に係る図1のリチウムイオン二次電池100は、固体電池であり、正極10と、固体電解質層30と、負極20と、が交互に積層配置された電極積層体である。図示しないが、電極積層体は後述するタブとその集束部を含めて外装フィルムで真空包装されており、タブ収束部に電気的に接続される正負極のリードタブが、外装フィルム外に向けて、それぞれ延出されている。
具体的には、電極積層体のそれぞれの電極の集電体の一端から正極タブ11及び負極タブ21がそれぞれ延出された後に集束されており、第2の圧縮接合部17で圧縮接合されて一体化されている。第2の圧縮接合部17には、外部接続用タブ50が電気的に接続されている(図6参照)。なお、この集電体構造の詳細については後述する。
以下、それぞれを構成する部材について説明する。
<正極及び負極>
この実施形態においては、正極10と負極20は、それぞれ、互いに連続した孔部(連通孔部)を有する金属多孔体により集電体を構成している。
それぞれの集電体の孔部には、電極活物質を含む電極合材(正極合材、負極合材)がそれぞれ充填配置されている合材充填領域である。逆に言うと、正極タブ11と負極タブ21は電極合材が充填配置されていない合材未充填領域である。
(集電体)
集電体は、互いに連続した孔部を有する金属多孔体により構成される。互いに連続した孔部を有することで、孔部の内部に電極活物質を含む正極合材、負極合材を充填することができ、電極層の単位面積あたりの電極活物質量を増加させることができる。上記金属多孔体としては、互いに連続した孔部を有するものであれば特に制限されず、例えば発泡による孔部を有する発泡金属、金属メッシュ、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金属不織布等の形態が挙げられる。
金属多孔体に用いられる金属としては、導電性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、ニッケル、アルミニウム、ステンレス、チタン、銅、銀等が挙げられる。これらの中では、正極を構成する集電体としては、固体電解質を用いた電池では、発泡アルミニウム、発泡ニッケル及び発泡ステンレスが好ましく、電解液を用いた電池では、発泡アルミニウムが好ましい。負極を構成する集電体としては、固体電解質・電解液のどちらを用いた電池であっても発泡銅、発泡ニッケル及び発泡ステンレスを好ましく用いることができる。
金属多孔体の集電体を用いることで、電極の単位面積あたりの活物質量を増加させることができ、その結果、リチウムイオン二次電池の体積エネルギー密度を向上させることができる。また、正極合材、負極合材の固定化が容易となるため、従来の金属箔を集電体として用いる電極とは異なり、電極合材層を厚膜化する際に、電極合材層を形成する塗工用スラリーを増粘する必要がない。このため、増粘に必要であった有機高分子化合物等の結着剤を低減することができる。従って、電極の単位面積当たりの容量を増加させることができ、リチウムイオン二次電池の高容量化を実現することができる。
(電極合材)
正極合材、負極合材は、それぞれ、集電体の内部に形成される孔部に配置される。正極合材、負極合材は、それぞれ正極活物質、負極活物質を必須として含んでいる。
(電極活物質)
正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出することができるものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、LiCoO、Li(Ni5/10Co2/10Mn3/10)O2、Li(Ni6/10Co2/10Mn2/10)O2、Li(Ni8/10Co1/10Mn1/10)O2、Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2、Li(Ni1/6Co4/6Mn1/6)O2、Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2、LiCoO、LiMn、LiNiO、LiFePO、硫化リチウム、硫黄等が挙げられる。
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出することができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、金属リチウム、リチウム合金、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、Si、SiO、および人工黒鉛、天然黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料等が挙げられる。
(その他の成分)
電極合材は、電極活物質及びイオン伝導性粒子以外のその他の成分を任意に含んでいてもよい。その他の成分としては特に限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池を作製する際に用い得る成分であればよい。例えば、導電助剤、結着剤等が挙げられる。正極の導電助剤としては、アセチレンブラックなどが例示でき、正極のバインダーとしては、ポリフッ化ビニリデンなどが例示できる。負極のバインダーとしては、カルボキシルメチルセルロースナトリウム、スチレンブタジエンゴム、ポリアクリル酸ナトリウムなどが例示できる。
(正極及び負極の製造方法)
正極10及び負極20は、集電体としての互いに連続した孔部を有する金属多孔体の孔部に、電極合材を充填することにより得られる。まず、電極活物質、更に必要に応じてバインダーや助剤を、従来公知の方法にて均一に混合し、所定の粘度に調整された、好ましくはペースト状の電極合材組成物を得る。
次いで、上記の電極合材組成物を電極合材として、集電体である金属多孔体の孔部に充填する。集電体に電極合材を充填する方法は、特に限定されず、例えば、プランジャー式ダイコーターを用いて、圧力をかけて、集電体の孔部の内部に電極合材を含むスラリーを充填する方法が挙げられる。上記以外に、ディップ方式により金属多孔体の内部にイオン伝導体層を含侵させてもよい。
<固体電解質層>
図1に示すように、本発明においては、正極10と負極20との間に、固体電解質層30が形成されている。
固体電解質層30を構成する固体電解質としては、特に限定されないが、例えば、硫化物系固体電解質材料、酸化物系固体電解質材料、窒化物系固体電解質材料、ハロゲン化物系固体電解質材料等を挙げることができる。硫化物系固体電解質材料としては、例えばリチウムイオン電池であれば、LPS系ハロゲン(Cl、Br、I)や、LiS-P、LiS-P-LiI等が挙げられる。なお、上記「LiS-P」の記載は、LiSおよびPを含む原料組成物を用いてなる硫化物系固体電解質材料を意味し、他の記載についても同様である。酸化物系固体電解質材料としては、例えばリチウムイオン電池であれば、NASICON型酸化物、ガーネット型酸化物、ペロブスカイト型酸化物等を挙げることができる。NASICON型酸化物としては、例えば、Li、Al、Ti、PおよびOを含有する酸化物(例えばLi1.5Al0.5Ti1.5(PO)を挙げることができる。ガーネット型酸化物としては、例えば、Li、La、ZrおよびOを含有する酸化物(例えばLiLaZr12)を挙げることができる。ペロブスカイト型酸化物としては、例えば、Li、La、TiおよびOを含有する酸化物(例えばLiLaTiO)を挙げることができる。
<液体電解質>
非水溶媒に溶解される電解質としては、特に限定されないが、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiN(SOCF)、LiN(SO、LiCFSO、LiCSO、LiC(SOCF、LiF、LiCl、LiI、LiS、LiN、LiP、Li10GeP12(LGPS)、LiPS、LiPSCl、LiI、LiPO(x=2y+3z-5、LiPON)、LiLaZr12(LLZO)、Li3xLa2/3-xTiO(LLTO)、Li1+xAlTi2-x(PO(0≦x≦1、LATP)、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO(LAGP)、Li1+x+yAlTi2-xSiyP3-y12、Li1+x+yAl(Ti,Ge)2-xSiyP3-y12、Li4-2xZnGeO(LISICON)等を挙げることができる。上記は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
電解液に含まれる非水溶媒としては、特に限定されないが、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の非プロトン性溶媒を挙げることができる。具体的には、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、1,2-ジメトキシエタン(DME)、1,2-ジエトキシエタン(DEE)、テトラヒドロフラン(THF)、2-メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、1,3-ジオキソラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、アセトニトリル(AN)、プロピオニトリル、ニトロメタン、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ-ブチロラクトン等を挙げることができる。上記は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(セパレータ)
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、特に液状の電解質を用いる場合には、セパレータを含んでいてもよい。セパレータは、正極と負極との間に位置する。その材料や厚み等は特に限定されるものではなく、ポリエチレンやポリプロピレンなど、リチウムイオン二次電池に用いうる公知のセパレータを適用することができる。
<集電体構造>
次に、本発明の特徴である集電体構造について、図1から図6を用いて具体的に説明する。なお、図7から図10の従来技術と同様の構成については、同一の図番を付してその説明を省略する。
図1は本発明の集電体構造を用いた二次電池の一実施形態を示す斜視図であり、図2は電極から延出される複数のタブ間を、連結タブリードで連結している状態を示す平面図であり、図3は図1のタブ集束前の二次電池の斜視図であり、図4は図3におけるタブ付近の拡大斜視図であり、図5は連結タブリードの配置状態及びその変形例を示す断面模式図であり、図6は図1におけるタブ集束部の拡大断面図である。
図1に示すように、このリチウムイオン二次電池100は、正極10と、固体電解質層30と、負極20と、が交互に積層配置された電極積層体であり、正極10からは正極タブ11が、負極20からは負極タブ21が延出されている。正極10及び負極20は、全体が金属多孔体で形成されており、電極合材が充填される合材充填領域と、電極合材が充填されていない合材未充填領域が存在し、正極タブ11と負極タブ21が合材未充填領域を構成している。正極タブ11及び負極タブ21はそれぞれ集束されて第2の圧縮接合部17を形成している。なお、図1は正極タブ11の集束状態のみ示し、負極タブ21の集束状態は省略しているが、負極タブ21も同様に集束される。以下、正極10集電体構造について説明するが、負極20においても同様の構成となる。
図2は、図1における正極10と連結タブリード15とからなる連結部材10aを抜き出して展開した平面図である。
略矩形形状の正極10の一側辺から、該側辺より狭い幅で延出される正極タブ11は同じく略矩形形状をなしている。上記のように正極タブ11は金属多孔体の合材未充填領域である。
連結タブリード15は、正極タブ11とは別体であるが、同様の金属多孔体(材料や大きさは正極タブ11と異なっていてもよい)で構成されており、平面視で全体として所定幅の平板状(リード状)をなしており、長手方向と幅方向とを有する。正極タブ11の延出方向と、連結タブリード15の長手方向とは、この実施形態では略直交する方向に配置されており、正極タブ11の延出端部を含む位置で両者が重なって配置されており、交点Pを形成している。なお、本発明における「交点」とは、図2のように少なくとも一部が重畳していればよく、互いに交差していてもよい。
図2の3ヶ所の交点Pで、連結タブリード15は、正極タブ11とは第1の圧縮接合部16を有しており、これにより、連結タブリード15と正極タブ11とは電気的に接合されている。これにより、仮に特定の箇所で正極タブ11が破断した場合でも、全体の電気的導通は確保される。第1の圧縮接合部16は、互いの金属多孔体同士がかみ合って圧着されていることにより絡み合っている状態であり、これにより電気的にも物理的にも確実な接合が担保されている。第1の圧縮接合部16の形成は、従来公知のプレス工程で行うことができる。
図3は、図2の連結部材10aを畳んで配置して、電極積層体を構成した図であり、図1におけるタブ集束前の状態を示す図である。図4は図3の拡大図である。図3、図4において、連結タブリード15は3重に折り畳まれて配置されており、積層状態の最上層の第1の正極タブ11の一側辺から延出して下層の第2の正極タブ11の一側辺へ、折り返し部18を介して折り返されており、その後、第2の正極タブ11の他側辺から延出して、更に下層の第3の正極タブ11の他側辺へ、折り返し部18を介して折り返されている。
図5は、図3のX-X断面図の概略模式図であって、折り返し状態の一例を示す図である。本発明においては、折り返しの態様は特に限定されず、図5(a)(b)のように蛇腹状に折り返されていてもよく、図5(c)のようにZ文字状に折り返されていてもよい。折り返しの回数についても特に限定されず、連結タブリード15が2以上の正極タブ11を連結していればよい。すなわち、全てのタブを一括集束してもよく、分割して集束してもよい。
連結タブリード15と正極タブ11とは上下関係も特に限定されず、図5(a)(b)のように、正極タブ11が、連結タブリード15の上面で第1の圧縮接合部16を形成していてもよく、連結タブリード15の下面で第1の圧縮接合部16を形成していてもよい。
次に、図3の状態から、図6に示すように、正極タブ11及び負極タブ21の端部をそれぞれ集束し、タブ集束位置において、それぞれのタブの第1の圧縮接合部16が複数毎重なるように積層し、その位置で、超音波や抵抗溶接などの方法で圧縮接合することで、第2の圧縮接合部17を形成すると共に、外部接続用タブ50と接合し、図1のリチウムイオン二次電池100を得る。このときの第2の圧縮接合部17付近の拡大図が図6である。
この第2の圧縮接合部17では、上記の第1の圧縮接合部16を有する連結タブリード15と正極タブ11の接合部が、複数毎(この実施形態では3層で計3枚)が重なって積層されており、超音波ホーン40で圧縮接合されている。第2の圧縮接合部17は、第1の圧縮接合部16と同様に、互いの金属多孔体同士がかみ合って圧着されていることにより絡み合っている状態であり、これにより電気的にも物理的にも確実な接合が担保されている。
図9、図10の従来技術と対比すると、接合部60が正極タブ3枚のみで構成されていたのに対し、本実施形態では、第2の圧縮接合部17は、連結タブリード15と正極タブ11で予め第1の圧縮接合部16を形成しており、これを3枚重ねることになるため、実質的には交互に計6枚積層されていることになる。このため、図6の厚さdは、図10の厚さdより大きい(d>d)。また、予め第1の圧縮接合部16を形成しているので金属多孔体の密度も高くなっており、既に破断強度が増している。これにより、超音波や抵抗溶接時のタブの破断を効果的に防止できる。
なお、第2の圧縮接合部17を形成する前に、タブ集束位置において、外部接続用タブ50との接合面を得るために、再度のプレス工程を行ってもよい。この場合、平面視において、再度のプレス工程のプレス面積は、第1の圧縮接合部16の接合面積より大きいことが好ましい。これにより、第1の圧縮接合部16の存在によって生じている接合部の段差を解消し、平滑な接合面を得ることができるので、外部接続用タブ50との接合が確実になる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明の内容は上記実施形態に限定されず、適宜変更が可能である。
10 正極
10a 連結部材
11 正極タブ
15 連結タブリード
16 第1の圧縮接合部
17 第2の圧縮接合部
18 折り返し部
20 負極
21 負極タブ
40 超音波ホーン
50 外部接続用タブ
100 リチウムイオン二次電池

Claims (4)

  1. 金属多孔体で構成される複数の電極集電体と、
    それぞれの電極集電体において、前記金属多孔体の一端から延出される複数のタブと、
    2以上の前記タブ同士を電気的に接続する連結タブリードと、を備える電極であって、
    前記連結タブリードは金属多孔体で構成され、
    前記連結タブリードと前記複数のタブとは、前記タブの延出方向と、前記連結タブリードの長手方向とが互いに交わる交点で、それぞれ第1の圧縮接合部を有し、
    前記連結タブリードは、一のタブとの前記交点から折り返されて、他のタブとの前記交点へ伸びるように配置されており、
    前記交点が複数積層されるタブ集束位置において、第2の圧縮接合部を有する、集電体構造。
  2. 前記第2の圧縮接合部において、外部接続用タブと接続されている、請求項1に記載の集電体構造。
  3. 請求項1又は2に記載の集電体構造を備える二次電池であって、
    前記電極集電体の前記金属多孔体の内部に電極合材が充填されている合材充填領域と、前記電極合材が充填されていない合材未充填領域と、を有する正極及び/又は負極と、
    電極間に配置される電解質と、を備え、
    前記電極集電体の前記合材未充填領域が、前記タブを構成する、二次電池。
  4. 金属多孔体で構成される複数の電極集電体と、
    それぞれの電極集電体において、前記金属多孔体の一端から延出される複数のタブと、
    2以上の前記タブ同士を電気的に接続する連結タブリードと、を備える連結部材であって、
    前記連結タブリードは金属多孔体で構成され、
    前記連結タブリードと前記複数のタブとは、前記タブの延出方向と、前記連結タブリードの長手方向とが互いに交わる交点で、それぞれ第1の圧縮接合部を有し、
    前記連結タブリードは、一のタブとの前記交点から折り返されて、他のタブとの前記交点へ伸びるように配置されており、
    前記交点が複数積層されるタブ集束位置において、第2の圧縮接合部を有する、連結部材。
JP2021004608A 2021-01-15 2021-01-15 集電体構造及びそれを用いた二次電池 Active JP7357650B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021004608A JP7357650B2 (ja) 2021-01-15 2021-01-15 集電体構造及びそれを用いた二次電池
US17/572,527 US20220231328A1 (en) 2021-01-15 2022-01-10 Current collector structure and secondary battery having the same
CN202210039142.3A CN114765258B (zh) 2021-01-15 2022-01-13 集电体构造及使用该集电体构造的二次电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021004608A JP7357650B2 (ja) 2021-01-15 2021-01-15 集電体構造及びそれを用いた二次電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022109355A JP2022109355A (ja) 2022-07-28
JP7357650B2 true JP7357650B2 (ja) 2023-10-06

Family

ID=82365461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021004608A Active JP7357650B2 (ja) 2021-01-15 2021-01-15 集電体構造及びそれを用いた二次電池

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220231328A1 (ja)
JP (1) JP7357650B2 (ja)
CN (1) CN114765258B (ja)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004063398A (ja) 2002-07-31 2004-02-26 Sanyo Electric Co Ltd 3次元多孔体の接続方法および電極の製造方法
JP2007227090A (ja) 2006-02-22 2007-09-06 Toshiba Corp 非水電解質電池、電池パック及び自動車
JP2010108794A (ja) 2008-10-31 2010-05-13 Nec Tokin Corp ラミネート電池連続体および電池モジュール
JP2012124146A (ja) 2010-11-17 2012-06-28 Sony Corp 二次電池、バッテリユニットおよびバッテリモジュール
JP2012186139A (ja) 2011-02-18 2012-09-27 Sumitomo Electric Ind Ltd 集電体用三次元網状アルミニウム多孔体、該アルミニウム多孔体を用いた集電体、電極、非水電解質電池、キャパシタ及びリチウムイオンキャパシタ
JP2012209261A (ja) 2012-06-18 2012-10-25 Toshiba Corp 電池
JP2013140707A (ja) 2012-01-04 2013-07-18 Hitachi Ltd 電池モジュール及びその製造方法
JP2019200884A (ja) 2018-05-15 2019-11-21 河村電器産業株式会社 蓄電装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5106024B2 (ja) * 2007-09-28 2012-12-26 株式会社東芝 電池
JP5653081B2 (ja) * 2010-06-17 2015-01-14 Necトーキン株式会社 電気二重層キャパシタ
JP6190213B2 (ja) * 2013-08-28 2017-08-30 日立マクセル株式会社 電池パック
KR102446407B1 (ko) * 2015-05-06 2022-09-22 삼성전자주식회사 이차전지용 셀 구조체 및 이를 포함하는 이차전지
CN109075377B (zh) * 2016-04-28 2020-08-25 远景Aesc日本有限公司 非水电解质二次电池
JP2018018600A (ja) * 2016-07-25 2018-02-01 トヨタ自動車株式会社 積層電池及びその製造方法
KR102613050B1 (ko) * 2018-04-20 2023-12-15 삼성전자주식회사 이차전지용 복합막, 그 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004063398A (ja) 2002-07-31 2004-02-26 Sanyo Electric Co Ltd 3次元多孔体の接続方法および電極の製造方法
JP2007227090A (ja) 2006-02-22 2007-09-06 Toshiba Corp 非水電解質電池、電池パック及び自動車
JP2010108794A (ja) 2008-10-31 2010-05-13 Nec Tokin Corp ラミネート電池連続体および電池モジュール
JP2012124146A (ja) 2010-11-17 2012-06-28 Sony Corp 二次電池、バッテリユニットおよびバッテリモジュール
JP2012186139A (ja) 2011-02-18 2012-09-27 Sumitomo Electric Ind Ltd 集電体用三次元網状アルミニウム多孔体、該アルミニウム多孔体を用いた集電体、電極、非水電解質電池、キャパシタ及びリチウムイオンキャパシタ
JP2013140707A (ja) 2012-01-04 2013-07-18 Hitachi Ltd 電池モジュール及びその製造方法
JP2012209261A (ja) 2012-06-18 2012-10-25 Toshiba Corp 電池
JP2019200884A (ja) 2018-05-15 2019-11-21 河村電器産業株式会社 蓄電装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20220231328A1 (en) 2022-07-21
CN114765258A (zh) 2022-07-19
CN114765258B (zh) 2025-04-15
JP2022109355A (ja) 2022-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4644899B2 (ja) 電極及び電池、並びにそれらの製造方法
KR101925982B1 (ko) 파우치형 이차전지 및 그의 제조방법
CN111033857A (zh) 锂离子二次电池
CN111326707B (zh) 层叠型电池和层叠型电池的制造方法
JP2011222388A (ja) 積層型二次電池
JP2010086780A (ja) 角形二次電池
CN114597476B (zh) 锂离子二次电池
KR102048822B1 (ko) 접힘 방식으로 형태 변형이 가능한 구조의 전지셀
CN114613936B (zh) 电极及使用此电极的锂离子二次电池
JP2011129446A (ja) ラミネート形電池
JP7368400B2 (ja) 集電体構造及びそれを用いた二次電池
JP7357650B2 (ja) 集電体構造及びそれを用いた二次電池
US12034125B2 (en) Electrode and secondary battery including the same
WO2017110842A1 (ja) 非水二次電池およびその製造方法
JP7239551B2 (ja) リチウムイオン二次電池用電極
JP7174085B2 (ja) 二次電池
JP7239537B2 (ja) リチウムイオン二次電池用電極、及びリチウムイオン二次電池用電極の製造方法
JP5954339B2 (ja) 角形二次電池及びその製造方法
KR20230048711A (ko) 리튬 이차전지용 전극 및 이의 제조방법
JP2009043424A (ja) 扁平形非水電解液二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210928

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221018

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221212

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230411

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230607

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230905

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230926

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7357650

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150