JP2011192476A - リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】捲回電極群の軸芯10は、アルミニウム製の正極軸芯部12と銅製の負極軸芯部11とを絶縁材13で絶縁しつつ接合して構成される。正極軸芯部12は、一端部に正極集電板12bが形成され、他端部に厚さ方向の「あいじゃくり継ぎ」の継ぎ手を形成し得る継ぎ手部12Jが形成されており、負極軸芯部11は、一端部に負極集電板11bが形成され、他端部に継ぎ手部が11J形成されている。正極軸芯部12と負極軸芯部11とは、継ぎ手部において、両面に粘着材料を塗布した絶縁材13にて接着される。正極軸芯部12と負極軸芯部11の集電部12a,11aには、アルミニウム製および銅製の電極接続板が超音波溶接にて接続されている。これによって、軸芯は、電気的、熱伝導的に外部熱負荷と接続されている。
【選択図】図6
Description
(2)請求項2の発明は、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池において、前記電池外装容器は扁平角形であることを特徴とする。
(3)請求項3の発明は、請求項2に記載のリチウムイオン二次電池において、前記捲回電極群は、前記軸芯が前記電池外装容器の幅広方向に延在するように電池外装容器内に収容され、前記負極軸芯部は、前記外部負極端子に接続されている負極接続部材に接続され、前記正極軸芯部は、前記正極外部端子に接続されている正極接続部材に接続されていることを特徴とする。
(4)請求項4の発明は、請求項3に記載のリチウムイオン二次電池において、前記負極軸芯部は、前記負極集電部および前記負極接続部材に電気的、熱伝導的に接続され、前記正極軸芯部は、前記正極集電部および前記正極接続部材に電気的、熱伝導的に接続されていることを特徴とする。
(5)請求項5の発明は、請求項4に記載のリチウムイオン二次電池において、前記捲回電極群は前記軸芯を構成する前記負極軸芯部および前記正極軸芯部に捲回され、前記負極軸芯部は、捲回された電極群の前記負極集電部が接続される巻芯部(負極巻芯部)と、前記巻芯部の端部に設けられ前記負極接続部材と接続される集電板(軸芯負極集電板)とを備え、前記正極軸芯部は、捲回された電極群の前記正極集電部が接続される巻芯部(正極巻芯部)と、前記巻芯部の端部に設けられ前記正極接続部材と接続される集電板(軸芯正極集電板)とを備えていることを特徴とする。
(6)請求項6の発明は、請求項5に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記負極巻芯部と前記正極巻芯部は、扁平形電池外装容器の幅広側面に平行に配置された平板であり、前記軸芯負極集電板と前記軸芯正極集電板は、前記巻芯部と直交して配置され、扁平形電池外装容器の幅狭側面に平行に配置された平板であることを特徴とする。
(7)請求項7の発明は、請求項6に記載のリチウムイオン二次電池において、前記負極巻芯部は前記負極板の負極集電部に、前記軸芯負極集電板は前記負極接続部材にそれぞれ超音波溶接され、前記正極巻芯部は前記正極板の正極集電部に、前記軸芯正極集電板は前記正極接続部材にそれぞれ超音波溶接されていることを特徴とする。
(8)請求項8の発明は、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池において、前記絶縁体は、前記負極軸芯部と前記正極軸芯部との間に所定長さに渡って設けられ、前記負極軸芯部と前記正極軸芯部の幅は、前記正負極板の前記正負極集電部のそれぞれの幅以上であることを特徴とする。
(9)請求項9の発明は、請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池において、前記軸芯の外表面には、少なくとも一周以上のセパレータが捲回され、前記負極板の電極層および前記正極板の電極層を前記軸芯と絶縁したことを特徴とする。
(10)請求項10の発明は、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池において、前記電池外装容器は円筒形であることを特徴とする。
(12)請求項12の発明は、請求項11に記載のリチウムイオン二次電池において、前記電池外装容器は扁平角形であり、前記軸芯の両端は、前記電池外装容器の対向幅狭側面間に突っ張るように設けられていることを特徴とする。
図1〜図6を参照して、本発明による角形電池の実施形態を説明する。
[角形電池の全体構成]
図1〜図3において、角形電池70は、電池容器78内に絶縁シート79を介して扁平形捲回電極群20を収納して構成される。電池容器78の矩形開口は、矩形形状の電池蓋75を電池容器78にレーザ溶接して封止されている。電池蓋75には、正極外部端子73と、負極外部端子71とが設けられている。外部端子73,71を介して外部負荷に電力が供給され、あるいは、外部端子73,71を介して外部発電電力が捲回電極群20に充電される。
捲回電極群20は、図4に示すように、正極軸芯部12と負極軸芯部11で構成される軸芯10の周りにセパレータ60を介在させつつ正負極板40,30を扁平状に捲回して構成される。軸芯10は、後述するように、正極軸芯部を構成する正極軸芯部12と負極軸芯部を構成する負極軸芯部11とを絶縁材13(図6参照)を介して一体化したものである。正負極板40,30はそれぞれ軸芯10に電気的、熱伝導的に接続されている。
図5に正負電極板の正面図を示す。
正負極板40,30は正負極集電箔50上に活物質合剤41,31を塗布して構成され、その幅方向(捲回方向に直交する方向)の一端部には、活物質合剤41,31を塗布しない正負極集電部50a,50bが設けられている。正負極集電部50a,50bは、捲回電極群20の幅方向の反対位置にそれぞれ形成される。
以上の正負極電極板40,30を使用する第1実施形態のリチウムイオン二次電池では、以下に例示する電解液を使用することできる。例えば、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とジエチルカーボネート(DEC)の体積比1:1:1の混合溶液中に六フッ化リン酸リチウムを1mol/Lとなるように溶解したものを用いる。
図6に示すように捲回電極群20の軸芯10は、正極板40と同様にアルミニウムもしくはアルミニウム合金を素材とした正極軸芯部12と、負極板30と同様に銅もしくは銅合金を用いた負極軸芯部11とを絶縁材13を介して接合してなる。正極軸芯部12は、正極巻芯部12aと正極集電板12bとを有し、負極軸芯部11は、負極巻芯部11aと負極集電板11bとを有する。
このように軸芯10は、正極軸芯部12と負極軸芯部11との絶縁を確保した3層構造の平板状に形成されている。
以上説明した第1の実施形態のリチウムイオン二次電池20の作用効果を説明する。
(1)捲回電極群20の捲回中心には、正極接続部材74と同一材質の金属製軸芯12と、負極接続部材72と同一材質の金属製軸芯11とを絶縁材13で接続しつつ一体化した一つの軸芯10が配置され、正負極軸芯部12,11が正極および負極の接続部材74,72に接合されている。このような構造により、捲回電極群20内部の熱は、正極集電部50aに接続されている正極軸芯部12と、負極集電部50bに接続されている負極軸芯部11から、各々接続部材74、72を通り、電池蓋75の両端部上方に突出して設置されている各極の外部端子73、71から放熱される。
上述の効果を確認するために、電池の電池容器78の側面部に熱電対を取り付け、外気温度を25℃に保ち、10時間率での電流値(10CA)で充放電を5回繰り返した後、側面部温度が外気温度と同じ25℃になるまでの時間を測定した。
このような比較例1の軸芯を備えた比較扁平形リチウムイオン二次電池について、第1実施形態と同様の試験を行った。
次に、本発明を扁平形リチウムイオン二次電池に適用した第2実施形態を、図7を参照して説明する。なお、図中第1実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
また、比較のために、第2実施形態の軸芯10と同一形状、寸法の比較例2の軸芯を絶縁板14と同一の素材のみによって一体形成した。この比較例2の軸芯は電極集電部50a,50bと接合せず、電極集電部50a,50bは直接、接続部材74、72を接合した。
次に、本発明を扁平形リチウムイオン二次電池に適用した第3実施形態を、図8を参照して説明する。なお、図中第1実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
また、比較のために、第3実施形態の軸芯10と同一形状、寸法の比較例3の軸芯を絶縁板14と同一の素材のみによって一体形成した。この比較例3の軸芯は電極集電部50a、50bと接合せず、電極集電部50a,50bは直接、接続部材74、72を接合した。
次に、本発明を扁平形リチウムイオン二次電池に適用した第4実施形態を、図9を参照して説明する。なお、図中第1実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
その他の構成は第1実施形態と同様である。
また、比較のために、第4実施形態の軸芯10と同一形状、寸法の比較例4の軸芯を絶縁材13と同一の素材のみによって一体形成した。この比較例4の軸芯は電極集電部50a,50bと接合せず、電極集電部50a、50bは直接、接続部材74、72を接合した。
この結果により第4実施形態の放熱性は改善されたといえる。
次に、本発明を扁平形リチウムイオン二次電池に適用した第5実施形態を、図10〜図12を参照して説明する。なお、図中第1実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
図13は、本発明を円筒形リチウムイオン二次電池に適用した場合の軸芯110を示す図である。
円筒形リチウムイオン二次電池の内部構造は周知であり、詳細な説明、図示は省略する。
[第7実施形態]
(変形例)
11,110,210:負極軸芯部
11a:負極巻芯部
11b:負極集電板
12,112,212:正極軸芯部
12a:負極巻芯部
12b:負極集電板
13:絶縁材
14:絶縁板
20:捲回電極群
30:負極板
31:負極合剤層
40:正極板
41;正極合剤層
50:電極箔
50a,50b:集電部
60:セパレータ
70:電池
71:外部負極端子
72:負極接続板
73:外部正極端子
74:正極接続板
75:蓋
78:電池容器
Claims (12)
- 電極層が形成されるとともに、前記電極層が形成されない集電部が幅方向の一側にそれぞれ配置された正極板と負極板とをセパレータを介して前記集電部が互いに逆になるように捲回した捲回電極群と、
前記捲回電極群を収納し、負極外部端子および正極外部端子を有する電池外装容器と、
前記捲回電極群の中心部に延在し、前記負極板の前記集電部(負極集電部)に接続された負極軸芯部、前記正極板の集電部(正極集電部)に接続された正極軸芯部、および、前記負極軸芯部および前記正極軸芯部を電気的に絶縁する絶縁体を有する軸芯とを備え、
前記負極集電部は前記負極軸芯部を経由して前記負極外部端子に接続され、前記正極集電部は前記正極軸芯部を経由して前記正極外部端子に接続されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 請求項1に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記電池外装容器は扁平角形であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 請求項2に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記捲回電極群は、前記軸芯が前記電池外装容器の幅広方向に延在するように電池外装容器内に収容され、
前記負極軸芯部は、前記外部負極端子に接続されている負極接続部材に接続され、前記正極軸芯部は、前記正極外部端子に接続されている正極接続部材に接続されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 請求項3に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記負極軸芯部は、前記負極集電部および前記負極接続部材に電気的、熱伝導的に接続され、
前記正極軸芯部は、前記正極集電部および前記正極接続部材に電気的、熱伝導的に接続されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 請求項4に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記捲回電極群は前記軸芯を構成する前記負極軸芯部および前記正極軸芯部に捲回され、
前記負極軸芯部は、捲回された電極群の前記負極集電部が接続される巻芯部(負極巻芯部)と、前記巻芯部の端部に設けられ前記負極接続部材と接続される集電板(軸芯負極集電板)とを備え、
前記正極軸芯部は、捲回された電極群の前記正極集電部が接続される巻芯部(正極巻芯部)と、前記巻芯部の端部に設けられ前記正極接続部材と接続される集電板(軸芯正極集電板)とを備えていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 請求項5に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記負極巻芯部と前記正極巻芯部は、扁平形電池外装容器の幅広側面に平行に配置された平板であり、前記軸芯負極集電板と前記軸芯正極集電板は、前記巻芯部と直交して配置され、扁平形電池外装容器の幅狭側面に平行に配置された平板であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 請求項6に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記負極巻芯部は前記負極板の負極集電部に、前記軸芯負極集電板は前記負極接続部材にそれぞれ超音波溶接され、
前記正極巻芯部は前記正極板の正極集電部に、前記軸芯正極集電板は前記正極接続部材にそれぞれ超音波溶接されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記絶縁体は、前記負極軸芯部と前記正極軸芯部との間に所定長さに渡って設けられ、
前記負極軸芯部と前記正極軸芯部の幅は、前記正負極板の前記正負極集電部のそれぞれの幅以上であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記軸芯の外表面には、少なくとも一周以上のセパレータが捲回され、前記負極板の電極層および前記正極板の電極層を前記軸芯と絶縁したことを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 請求項1に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記電池外装容器は円筒形であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 電極層が形成されるとともに、前記電極層が形成されない集電部が幅方向の一側にそれぞれ配置された正極板と負極板とをセパレータを介して前記集電部が互いに逆になるように捲回した捲回電極群と、
前記捲回電極群を収納し、負極外部端子および正極外部端子を有する電池外装容器と、
前記捲回電極群の中心部に延在し、前記負極板および正極板の電極層とは絶縁されつつ前記電池外装容器に接続されている金属製の軸芯とを有することを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 請求項11に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記電池外装容器は扁平角形であり、前記軸芯の両端は、前記電池外装容器の対向幅狭側面間に突っ張るように設けられていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
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