电池的制作方法

1.本公开涉及具有电极体和将电极体封装的外装体的电池。


背景技术：

2.专利文献1公开了一种将矩形的电极体利用层压膜(外装体)密封的电池，其具有在矩形的电极体的角部与层压膜(laminated film)之间配置间隔件的构成。记载了“由此能够抑制在层压膜、尤其是层压膜的角部集中地产生褶皱，防止层压膜中的金属箔层的破损，防止电池性能的劣化”这一内容。
3.现有技术文献
4.专利文献1：日本特开2004-39271号公报


技术实现要素：

5.发明要解决的课题
6.然而，即使配置了如专利文献1所记载的间隔件，也观察到在角部产生褶皱的现象，有时会在层压膜产生破损。
7.鉴于上述背景技术，本公开的目的是抑制在外装体的接合部的角部产生褶皱，抑制外装体发生破损。
8.用于解决课题的技术方案
9.本发明人进行了深入研究，结果发现在现有的间隔件中，如图17所示的剖视图的一部分那样，在层压膜(外装体)的角部，在层压膜彼此的接合部与间隔件之间，如图17中的s所示存在由未接合部形成的层压膜之间的空间s，这是产生褶皱的原因，从而完成了本发明。
10.本技术公开一种电池，所述电池是将俯视时为四边形的电极体收纳在外装体中的电池，外装体在其外周端部的至少3条边上具有接合部，在电极体的角部与外装体的内表面之间配置有间隔件，间隔件具有朝向外装体的接合部延伸的突起。
11.突起可以构成为随着朝向顶端而变细。
12.突起可以构成为具有朝向接合部并在电极体的厚度方向上倾斜的面。
13.突起可以构成为具有凹面。
14.发明的效果
15.根据本公开的电池，通过在变形集中的外装体的接合部的角部所形成的空间内配置间隔件的突起，能够抑制褶皱的产生，抑制外装体的破损。
附图说明
16.图1是全固态电池10的外观立体图。
17.图2是全固态电池10的俯视图。
18.图3是全固态电池10的正视图。
19.图4是全固态电池10的分解立体图。
20.图5是将图2的一部分放大地表示的图。
21.图6是vi-vi剖视图。
22.图7是间隔件15的外观立体图。
23.图8是间隔件15的俯视图。
24.图9是间隔件15的仰视图。
25.图10是间隔件15的正视图。
26.图11是间隔件15的背视图。
27.图12是间隔件15的侧视图。
28.图13是间隔件15的剖视图。
29.图14是用于说明其他形态的全固态电池的图。
30.图15是表示比较例的结果的图。
31.图16是表示实施例的结果的图。
32.图17是用于说明以往的例子的图。
33.附图标记说明
34.10：全固态电池；
35.11：外装体；
36.14：电极体；
37.15：间隔件；
38.17：突起。
具体实施方式
39.1.电池
40.图1～图4示出用于说明一个实施方式涉及的全固态电池10的图。在此，作为一个典型的例子，对全固态电池进行说明，但本公开并不一定必须是全固态电池，也能够适用于具有电极体和将该电极体封装的外装体的电池。图1是外观立体图，图2是俯视图(从图1的箭头ii的方向观察的图)，图3是正视图(从图1的箭头iii的方向观察的图)，图4是分解立体图。
41.另外，图5示出将图2中由v表示的部位放大的图。该图是关注于全固态电池10的1个角部10a的图。图5中以能够看到在外装体11的内侧配置的间隔件15的方式透视地进行表示。图6是沿着图5中由vi-vi表示的线的剖视图。
42.由图1～图6可知，本实施方式的全固态电池10具有外装体11(第一外装体12、第二外装体13)、电极体14以及间隔件15。并且，在作为长方体且俯视时大致为四边形的电极体14的4个角分别配置间隔件15，安装有间隔件15的电极体14内包于外装体11中。此时，以正极端子14a、负极端子14b从电极体14延伸且正极端子14a、负极端子14b的顶端从外装体11突出的方式配置。
43.以下，对各构成以及它们的关系进行说明。
44.1.1.外装体
45.在本实施方式中，外装体11由俯视时为四边形的片状部件构成，在本实施方式中
具备第一外装体12和第二外装体13。在该第一外装体12与第二外装体13之间内包有电极体14和间隔件15，第一外装体12的外周端部与第二外装体13的外周端部接合而成为接合部11a。因此，该外装体11为袋状，在其内侧将电极体14和间隔件15内包并封装。
46.第一外装体12在俯视时为四边形，具有俯视时为四边形的凹部12a(凹部12a的开口在图4的视角下成为纸面下侧，处于死角而看不到)，在该凹部12a的内侧收纳有电极体14、间隔件15。在凹部12a的外周的边缘，以从该边缘伸出的方式设置有伸出部12b，该伸出部12b与第二外装体13的表面的外周端部接合，构成接合部11a。
47.第二外装体13在俯视时为四边形的片状。如上所述，在第二外装体13的面之中的朝向第一外装体12的伸出部12b的面处，其外周端部与第一外装体12的伸出部12b重叠而接合，形成接合部11a。
48.在本实施方式中，第一外装体12、第二外装体13由层压膜构成。在此，层压膜是指具有金属层和密封材料层的薄膜。作为层压膜的金属层所使用的金属，例如可举出铝、不锈钢，作为密封材料层所使用的材料，例如可举出作为热塑性树脂的聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、或聚氯乙烯等。
49.对于第一外装体12与第二外装体13的接合、即层压膜的接合方法没有特别限定，可以采用公知的方法。具体而言，可举出将层压膜的密封材料层彼此熔接的方法(例如热板熔接法、超声波熔接法、振动熔接法、或激光熔接法等)、利用粘接剂进行粘接的方法。
50.1.2.电极体
51.电极体14具有正极集电层、正极合材层(合剂层)、分隔层、负极合材层、负极集电层、正极端子14a以及负极端子14b。在本实施方式中，由正极集电层、正极合材层、分隔层、负极合材层、负极集电层、负极合材层、分隔层、正极合材层和正极集电层按照该顺序层叠而成的单位元件层叠多个(有时记为“层叠体14c”)，正极端子14a与层叠体14c的正极集电层电连接，负极端子14b与层叠体14c的负极集电层电连接。
52.层叠体14c也是长方体状且俯视时为四边形。
53.1.2a.正极集电层
54.正极集电层层叠在正极合材层上，从正极合材层进行集电。正极集电层在俯视时为四边形的箔状，在本实施方式中包括作为金属箔的正极集电箔和层叠于正极集电箔上的碳层。通过碳层层叠在正极合材层上，使得正极集电层层叠在正极合材层上。
55.作为构成正极集电箔的材料，例如可举出不锈钢、铝、镍、铁和钛，碳层由含有碳的材料构成。
56.1.2b.正极合材层
57.正极合材层在一个表面上层叠上述正极集电层，在另一个表面上层叠分隔层。正极合材层在俯视时为四边形的片状。
58.正极合材层是含有正极活性物质的层，根据需要也可以进一步含有固体电解质材料、导电材料和粘结剂中的至少一者。
59.正极活性物质可以使用公知的活性物质。例如可举出钴系(licoo2等)、镍系(linio2等)、锰系(limn2o4、li2mn2o3等)、磷酸铁系(lifepo4、li2fep2o7等)、nca系(镍、钴、铝的化合物)、nmc系(镍、锰、钴的化合物)等。更具体而言有lini
1/3
co
1/3
mn
1/3
o2等。
60.正极活性物质的表面可以被铌酸锂层、钛酸锂层、磷酸锂层等氧化物层覆盖。
61.固体电解质优选为无机固体电解质。这是由于其与有机聚合物电解质相比离子传导率高且耐热性优异。作为无机固体电解质，例如可举出硫化物固体电解质、氧化物固体电解质等。
62.作为具有li离子传导性的硫化物固体电解质材料，例如可举出li2s-p2s5、li2s-p2s
5-lii、li2s-p2s
5-li2o、li2s-p2s
5-li2o-lii、li2s-sis2、li2s-sis
2-lii、li2s-sis
2-libr、li2s-sis
2-licl、li2s-sis
2-b2s
3-lii、li2s-sis
2-p2s
5-lii、li2s-b2s3、li2s-p2s
5-zmsn(其中，m、n为正数，z为ge、zn、ga中的任一者)、li2s-ges2、li2s-sis
2-li3po4、li2s-sis
2-li
x
moy(其中，x、y为正数，m为p、si、ge、b、al、ga、in中的任一者)等。再者，上述“li2s-p2s
5”这样的记载是指使用含有li2s和p2s5的原料组合物形成的硫化物固体电解质材料，关于其他的记载也是同样的。
63.另一方面，作为具有li离子传导性的氧化物固体电解质材料，例如可举出具有nasicon型结构的化合物等。作为具有nasicon型结构的化合物的一个例子，可举出由通式li
1+x
al
x
ge
2-x
(po4)3(0≤x≤2)表示的化合物(lagp)、由通式li
1+x
al
x
ti
2-x
(po4)3(0≤x≤2)表示的化合物(latp)等。另外，作为氧化物固体电解质材料的其他例子，可举出lilatio(例如li
0.34
la
0.51
tio3)、lipon(例如li
2.9
po
3.3n0.46
)、lilazro(例如li7la3zr2o
12
)等。
64.粘结剂只要是化学稳定、电稳定的材料，就没有特别限定，例如可举出聚偏氟乙烯(pvdf)、聚四氟乙烯(ptfe)等氟系粘结剂、丁苯橡胶(sbr)等橡胶粘结剂、聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)等烯烃系粘结剂、羧甲基纤维素(cmc)等纤维素系粘结剂等。
65.作为导电材料，可以使用乙炔黑(ab)、科琴黑、碳纤维等碳材料、镍、铝、不锈钢等金属材料。
66.正极合材层中的各成分的含量与以往同样即可。另外，正极合材层的厚度例如优选为0.1μm以上且1mm以下，更优选为1μm以上且150μm以下。
67.1.2c.分隔层
68.分隔层(固体电解质层)在俯视时为四边形的片状，是配置在正极合材层与负极合材层之间、且包含固体电解质材料而形成的层。作为固体电解质材料，可以与在正极合材层中进行了说明的固体电解质材料同样地考虑(选择)。
69.1.2d.负极合材层
70.负极合材层是至少含有负极活性物质的层。负极合材层中根据需要也可以含有粘结剂、导电材料和固体电解质材料。关于粘结剂、导电材料和固体电解质材料，可以与正极合材层同样地考虑(选择)。
71.对于负极活性物质没有特别限定，在构成锂离子电池的情况下，作为负极活性物质可举出石墨、硬碳等碳材料、钛酸锂等各种氧化物、si、si合金、或金属锂、锂合金等。
72.负极合材层在俯视时为四边形的片状，在一侧的表面层叠上述分隔层，在另一侧的表面层叠负极集电层。
73.负极合材层中的各成分的含量与以往同样即可。另外，负极合材层的厚度例如优选为0.1μm以上且1mm以下，更优选为1μm以上且150μm以下。
74.1.2e.负极集电层
75.负极集电层层叠在负极合材层上，从负极合材层进行集电。负极集电层在俯视时为四边形的箔状，例如可以由不锈钢、铜、镍和碳等构成。
76.1.2f.正极端子、负极端子
77.正极端子14a、负极端子14b是具有导电性的部件，分别成为用于将各电极与外部电连接的端子。
78.正极端子14a的一端与正极集电层电连接，另一端贯穿第一外装体12与第二外装体13的接合部11a而向外部露出。
79.负极端子14b的一端与负极集电层电连接，另一端贯穿第一外装体12与第二外装体13的接合部11a而向外部露出。
80.1.3.间隔件
81.间隔件15是在全固态电池10的角部10a，配置于电极体14的层叠体14c与第一外装体12的凹部12a的内表面之间的部件。图7～图13表示用于说明间隔件15的图。图7是外观立体图，图8是俯视图(从图7中由箭头viii表示的方向观察的图)，图9是仰视图(从图7中由箭头ix表示的方向观察的图)，图10是正视图(从图8中由箭头x表示的方向观察的图)，图11是背视图(从图8中由箭头xi表示的方向观察的图)，图12是侧视图(从图8中由箭头xii表示的方向观察的图)，图13是沿着图8中由xiii-xiii表示的线的剖视图。
82.由图5、图8可知，间隔件15在俯视时为大致三角形，以沿着外装体11的凹部12a的内表面角部的方式构成。因此，间隔件15中的在俯视时沿着外装体11的凹部12a的内表面角部的侧面15a与侧面15b所成的角大致为90
°
。所以，在本实施方式中，间隔件15是三棱柱状的部件。
83.如图6、图9、图11、图13所示，在间隔件15设置有供电极体14的层叠体14c的角部插入的槽16。槽16被设为收纳电极体14的层叠体14c角部的形态和形状。因此，槽16是在侧面15c(侧面15a与侧面15b之间的侧面)和底面15d具有开口的槽。另外，对于槽16没有特别限定，例如可以如本实施方式这样设为在俯视(仰视)时为直角三角形。
84.在间隔件15中，特别是与外装体11的表面接触的各边缘优选为边缘部除去形状，即直线状边缘部除去形状(所谓的c倒角形状)、曲线状边缘部除去形状(所谓的r倒角形状)的边缘部。由此，能够减少间隔件15的边缘刺破外装体11(层压膜)的风险。
85.特别是如图8、图13所示，侧面15a与侧面15b所形成的边缘部优选为曲面状。由于在该部分与外装体11的凹部12a的角部相对向，容易引起应力集中，因此通过设为曲面形状，能够缓和该应力集中，能够抑制外装体11发生破裂。
86.间隔件15在侧面15a与侧面15b所形成的边缘部的底面15d侧具有突起17。由此，突起17以间隔件15配置于全固态电池10的形态定位于外装体11的凹部12a的角部。
87.如图6所示，突起17被构成为减小在用图17说明的接合部与间隔件之间产生的外装体的非接合部所形成的空间s的大小。只要是能够像这样减小空间s的形状，对于突起17的具体形状就没有特别限定，作为更有效的形状，如图6、图13明确表示的那样，优选具有在厚度方向(电极体14中的各层的层叠方向)上向接合部11a倾斜的倾斜面17a。由此，突起17成为以朝向接合部11a变细(变薄)的方式倾斜的形状，能够在角部有效地减小接合部11a与间隔件15之间的空间。
88.对于倾斜面17a的形态没有特别限定，可以为平面，也可以如图6、图13所示为凹面。通过将倾斜面17a设为凹面，能够抑制向沿着它配置的外装体11的急剧变化，缓和应力集中。
89.关于突起17的宽度(图8中由b表示的方向的大小)，也优选构成为朝向突起17的顶端而变细。由此，成为沿着角部形状的构成，能够更有效地在角部有效减小接合部11a与间隔件15之间的空间。
90.另外，突起17与间隔件15的其他部位优选通过曲面而连结。由此，能够缓和应力向与间隔件15紧贴的外装体11集中，抑制破裂的发生。
91.由此，有时突起17与其他部位的边界会变得模糊，但本质上是在外装体11的角部，以向第一外装体12与第二外装体13的接合部11a延伸的方式突出的部位。虽然没有特别限定，但例如在图13所示的剖面(俯视时包含突起17的顶部，沿着将间隔件15的面积二等分的线(图8的xiii-xiii线)的剖面)中，可以将比拐点a靠顶端侧的部位作为突起17。
92.对于突起17，不特别限定其大小，图13中由d表示的突起17的厚度优选为间隔件15的厚度e的0.05倍以上。另外，图8中由b表示的突起17的宽度优选为厚度d的2倍以上，由c表示的突起17的突出量优选为宽度b的0.5倍以上。
93.这样的间隔件15如图5、图6所示那样进行配置。即，在全固态电池10的角部10a的外装体11的内侧，配置在第一外装体12的凹部12a的内侧与电极体14的层叠体14c之间。此时，层叠体14c的俯视时为四边形的角部(顶点部分)被收纳在间隔件15的槽16的内侧。
94.另一方面，以间隔件15中的、与外装体11的内表面相对的表面(具备突起17的表面)接触外装体11的内表面的方式进行配置，使外装体11沿着间隔件15的表面而被覆。此时，如果间隔件15的各边缘成为边缘部除去形状，则能够缓和向外装体11的应力集中，抑制外装体11发生破裂。
95.另外，突起17如图6明确表示的那样，在全固态电池10的角部10a，以向第一外装体12与第二外装体13的接合部11a延伸从而减小接合部11a与间隔件15之间的空间的方式配置。
96.由此，在全固态电池10的角部10a，能够抑制外装体11中的褶皱的产生。
97.构成间隔件15的材料具有电绝缘性，优选为容易发生一定程度的弹性变形的材料。虽然没有特别限定，但例如可以采用热固性树脂、紫外线固化性树脂、热塑性树脂等各种树脂。
98.2.关于制造
99.关于全固态电池10，除了间隔件15以外，可以采用公知的方法制造。
100.另外，对于间隔件15没有特别限定，可以通过向模具中注入熔融的材料，并采用适当的方法使其固化来制作。如果是热塑性树脂则可以通过冷却使其固化，如果是紫外线固化树脂则可以通过紫外线的照射使其固化。
101.如上所述，在层叠体14c的各顶部(角部)分别配置间隔件15，安装有间隔件15的电极体14被收纳在第一外装体12的凹部12a的内侧。并且，第一外装体12与第二外装体13重叠，第一外装体12的伸出部12b与第二外装体13的表面端部接合。此时，为了对凹部12a的内侧进行脱气，可以进行抽真空。
102.3.效果等
103.根据本公开的全固态电池10，通过其中具备的间隔件15，能够减小在角部10a处的间隔件15与外装体11的接合部11a之间形成的空间，抑制外装体11处的褶皱的产生。
104.在外装体(特别是层压膜)对于热循环(温度反复上升和下降)的耐受性弱，角部产
生褶皱的情况下，应力集中于此而产生龟裂的可能性提高。龟裂的产生会引起外装体的破损而成为电池劣化的原因。与此相对，根据具备间隔件15的全固态电池10，能够抑制这样的不良情况。
105.在以往的例子中，褶皱有时会在全固态电池的制作时产生，有时也会在使用中或热循环试验中产生，但根据本公开，在任一情况下均能够抑制褶皱的产生。
106.4.其他例子
107.除上述之外，可以如图14所示那样构成全固态电池。图14是与图6相对应的图。在图14所示的例子中，不使用第二外装体13，而是通过将两个第一外装体12重叠而形成外装体。因此，两个第一外装体12的凹部12a的开口侧彼此重叠并且伸出部12b彼此重叠，两个伸出部12b成为接合部11a。
108.在该实施方式中，在电极体14的角部，在电极体14的厚度方向(纸面上下方向、电极体14的层叠体14c中各层的层叠方向)的两侧配置有间隔件15。因此，如图14所示，在本实施方式中，间隔件15以其底面15d彼此重叠的方式配置。
109.这种形态的电池也发挥与上述同样的效果。
110.另外，在上述实施方式中，通过将第一外装体12和第二外装体13这两个外装体用部件接合而构成，但不限于此，也可以是将1片外装体用部件对折，以在其间夹着电极体和间隔件的方式配置，将3条边的外周端部接合的形态。
111.另外，在上述实施方式中，列举了在各角部配置的间隔件为单独的独立部件的例子，但不限于此，例如也可以构成为上述间隔件通过两个连结部而连结，连结部沿着层叠体14c的一条边而配置。
112.5.实施例
113.5.1.电极体的构成
114.采用公知的方法形成了电极体。电极体的各层的规格如下所述。
115.·
正极集电层：材质为1000号系铝，厚度为10μm
116.·
正极合材层：材质为ncm系，厚度为50μm
117.·
分隔层：材质为硫化物固体电解质，厚度为30μm
118.·
负极合材层：材质为钛酸锂，厚度为50μm
119.·
负极集电层：材质为1000号系铝，厚度为10μm
120.·
电极体的尺寸：100mm
×
200mm，合计厚度为5mm
121.5.2.外装体的形态
122.外装体是由层压片加工而成的，层压片由聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)制绝缘树脂层、铝制金属层、聚丙烯(pp)制密封树脂层这三层构成，厚度为0.15mm。
123.其外形在俯视时为120mm
×
220mm，凹部的外形在俯视时为100mm
×
200mm，凹部的深度为5mm，边缘为曲线状边缘部除去形状，所谓的r为1mm。
124.5.3.间隔件的形态
125.作为实施例用的间隔件，制作了具有突起的间隔件。间隔件的材质为pp(聚丙烯)，侧面(上述间隔件15的侧面15a、侧面15b)的长度(图8的视角下的侧面15a、侧面15b的长度)为5mm，间隔件的厚度(图13的e)为6mm，突起的厚度(图8的d)为1.2mm，突起的宽度(图8的b)为2.4mm，突起的突出量(图8的c)为1.2mm。
126.另一方面，作为比较例用的间隔件，制作了不具有突起的间隔件。具体而言，除了突起以外，与实施例用的间隔件相同。
127.5.4.全固态电池的制作
128.在实施例中，将上述实施例用的间隔件安装在电极体的四个角部，将间隔件和电极体封装在外装体内。
129.在比较例中，将上述比较例用的间隔件安装在电极体的四个角部，将间隔件和电极体封装在外装体内。
130.5.5.试验方法
131.对制作的全固态电池进行了热循环试验。具体而言，将高温侧的指定温度设为100℃，将低温侧的指定温度设为﹣20℃，以各30分钟为1次循环，将其重复2000次循环。在高低温气层更换型的恒温槽中放入制成的全固态电池，以10分钟左右使层内达到指定的温度，使全固态电池的温度达到指定温度至少5分钟以上，以这样的方式进行试验。
132.5.6.结果
133.试验的结果，在比较例中，如图15所示，在制作时在外装体的角部产生褶皱，在热循环试验中，在300次循环时外装体产生了龟裂。与此相对，在实施例中，如图16所示没有产生褶皱，在热循环试验中即使经过2000次循环也没有产生龟裂。

技术特征：
1.一种电池，是将俯视时为四边形的电极体收纳在外装体中的电池，所述外装体在其外周端部的至少3条边上具有接合部，在所述电极体的角部与所述外装体的内表面之间配置有间隔件，所述间隔件具有向所述外装体的所述接合部延伸的突起。2.根据权利要求1所述的电池，所述突起构成为随着朝向顶端而变细。3.根据权利要求1或2所述的电池，所述突起具有朝向所述接合部并在所述电极体的厚度方向上倾斜的面。4.根据权利要求1～3中任一项所述的电池，所述突起具有凹面。

技术总结
一种电池，在外装体的接合部的角部抑制褶皱的产生，抑制外装体发生破损。所述电池是将俯视时为四边形的电极体收纳在外装体中的电池，外装体在其外周端部的至少3条边上具有接合部，在电极体的角部与外装体的内表面之间配置有间隔件，间隔件具有向所述外装体的所述接合部延伸的突起。合部延伸的突起。合部延伸的突起。


技术研发人员：各务僚
受保护的技术使用者：丰田自动车株式会社
技术研发日：2022.12.15
技术公布日：2023/7/11