JP5269296B2 - Secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池に関し、特に、セパレータをつづら折りにした複数の電極群を用いて、二次電池の劣化を抑制する技術に関する。   The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a technique for suppressing deterioration of a secondary battery using a plurality of electrode groups in which separators are folded.

一般に、薄型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挟んで積層した積層電極群をラミネートフィルム外装に納めた構成となっている（特許文献１参照）。   Generally, a thin lithium ion secondary battery has a configuration in which a laminated electrode group obtained by laminating a separator between a positive electrode and a negative electrode is housed in a laminate film exterior (see Patent Document 1).

特許文献１における電極群の構成例を図７に示す。図７における積層電極群は、正極１００と負極２００との間にセパレータ３００ｆを挟んで渦巻き状に捲回した後、径方向に加圧されている。   A configuration example of the electrode group in Patent Document 1 is shown in FIG. The laminated electrode group in FIG. 7 is pressed in the radial direction after being wound in a spiral shape with the separator 300 f interposed between the positive electrode 100 and the negative electrode 200.

また特許文献１における別の電極群の構成例を図８に示す。図８に記載された積層電極群は、正極１００と負極２００との間にセパレータ３００ｇを挟んでつづら折りにした構造を有する。電極群の製造を簡素化することができると共に、電極群の機械的強度を向上することができる。   Moreover, the structural example of another electrode group in patent document 1 is shown in FIG. The stacked electrode group illustrated in FIG. 8 has a structure in which the separator 300g is sandwiched between the positive electrode 100 and the negative electrode 200 and is folded. The production of the electrode group can be simplified and the mechanical strength of the electrode group can be improved.

これらのような薄型リチウムイオン二次電池の容量を増加するためには正極と負極の積層枚数を増加させることが必要となり、積層電極群が厚くなる。したがって、容量を増加するために厚くした積層電極群の中央部分の冷却が悪くなるため、積層電極群の周囲に比べて中央部分の温度が高くなり積層電極部分の中央部分の劣化が速く進む問題があった。  In order to increase the capacity of such a thin lithium ion secondary battery, it is necessary to increase the number of stacked positive and negative electrodes, and the stacked electrode group becomes thick. Therefore, since the cooling of the central portion of the laminated electrode group thickened to increase the capacity is worsened, the temperature of the central portion becomes higher than the periphery of the laminated electrode group, and the deterioration of the central portion of the laminated electrode portion proceeds rapidly. was there.

この積層電極群の温度を制御するため積層電極群の間に熱媒介部を設けた二次電池が特許文献２に開示されている。ただし、特許文献２における熱媒介部の役割は主として加熱である。この熱媒介部を設けることにより、冬季や寒冷地で二次電池を使用する場合にも、低温による内部抵抗の上昇を回避し、高出力を速やかに確保することが可能となる。
特開２００４−４７４７９号公報 特開２００３−１７１２７号公報 Patent Document 2 discloses a secondary battery in which a heat medium portion is provided between stacked electrode groups in order to control the temperature of the stacked electrode group. However, the role of the heat mediating part in Patent Document 2 is mainly heating. By providing this heat medium part, it is possible to avoid a rise in internal resistance due to a low temperature and to ensure high output promptly even when a secondary battery is used in winter or cold regions.
JP 2004-47479 A JP 2003-17127 A

しかしながら、図７のような構成の電極群を用いた場合、電解液の対流が起こりにくい形状であるため、積層電極群の中心部の冷却が充分に行われず、積層電極群の周囲に比べて温度が高くなるため、劣化が速く進む。   However, when the electrode group having the configuration as shown in FIG. 7 is used, the convection of the electrolyte solution is unlikely to occur. Therefore, the central portion of the multilayer electrode group is not sufficiently cooled, and compared with the periphery of the multilayer electrode group. As the temperature increases, the deterioration proceeds faster.

また図８のような構成の電極群を用いた場合も図７の構成と同様に、電解液の対流が起こりにくく、冷却が充分に行われないため、劣化が速く進む。   Further, when the electrode group having the configuration as shown in FIG. 8 is used, as in the configuration shown in FIG. 7, the convection of the electrolytic solution hardly occurs and the cooling is not sufficiently performed.

一方、特許文献１における図７のように、セパレータ、電極を１枚ずつ積層した場合には、積層後の一体性が無く、ラミネートフィルム外装への収納作業の作業性が悪いという問題点がある。   On the other hand, as shown in FIG. 7 in Patent Document 1, when the separators and the electrodes are laminated one by one, there is no integrity after lamination, and there is a problem that the workability of the storing operation in the laminate film exterior is poor. .

特許文献２における薄型リチウムイオン二次電池の場合は、容量を増加するために厚くした積層電極群の中央部分の冷却を確保するため、中央部分に熱媒介部を設けると、積層電極群の密度が低くなり二次電池としての出力密度やエネルギー密度が低くなるという問題点がある。   In the case of the thin lithium ion secondary battery in Patent Document 2, in order to ensure the cooling of the central portion of the laminated electrode group that has been thickened in order to increase the capacity, the density of the laminated electrode group can be increased by providing a heat-mediating portion in the central portion However, there is a problem that the output density and energy density as a secondary battery are lowered.

そこで本発明は、出力密度やエネルギー密度を低下させることなく電池の劣化を抑制することができる二次電池を提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the secondary battery which can suppress deterioration of a battery, without reducing an output density and an energy density.

上記課題を解決するために、本発明に係る二次電池は、電気的に並列に接続された偏平形状の複数の電極群と、前記複数の電極群に含浸される液状の非水電解質と、前記複数の電極群と前記非水電解質が収納される外装材とを備え、前記複数の電極群の各々は、平面形状の１以上の正極と、平面形状の１以上の負極と、交互に積層された前記正極と前記負極との間に設けられ、つづら折り状に繋がったセパレータとを有し、前記セパレータの折り目部分に方形の開口を有し、前記折り目部分が前記開口の略中央に配置されることを特徴とする。




In order to solve the above problems, a secondary battery according to the present invention includes a plurality of flat electrode groups electrically connected in parallel, and a liquid nonaqueous electrolyte impregnated in the plurality of electrode groups, A plurality of electrode groups and an exterior material for accommodating the nonaqueous electrolyte, wherein each of the plurality of electrode groups is alternately laminated with one or more planar positive electrodes and one or more planar negative electrodes. The separator is provided between the positive electrode and the negative electrode and connected in a zigzag manner, and has a square opening in the fold portion of the separator, and the fold portion is arranged at substantially the center of the opening. It is characterized by that.




本発明に係る二次電池によれば、電極群同士はセパレータも含めてつながっていないため、セパレータによる阻害も無く電解液は自由に電極群間に通過する。したがって、電解液の対流が容易に起き、積層電極群の中央付近も冷却され、高温になるのを抑えることができ、電池の劣化を抑制するため寿命が長くなる。また１電極群中のセパレータはつづら折りでつながっているため、積層後の一体性があり、外装材への収納作業の作業性が良い。   According to the secondary battery of the present invention, since the electrode groups are not connected to each other including the separator, the electrolytic solution freely passes between the electrode groups without being inhibited by the separator. Therefore, convection of the electrolytic solution easily occurs, and the vicinity of the center of the multilayer electrode group is also cooled, so that it can be prevented from becoming high temperature, and the life is prolonged because deterioration of the battery is suppressed. In addition, since the separators in one electrode group are connected in a zigzag manner, the separators are integrated and the workability of the housing work in the exterior material is good.

さらに、冷却のためだけに熱媒介部といった装置や複雑な構成を必要としないため、薄型の電極群を構成することが可能となる。したがって、出力密度やエネルギー密度を低下させることなく電池の劣化を抑制することができる二次電池を提供することができる。   Furthermore, since a device such as a heat transfer unit and a complicated configuration are not required only for cooling, a thin electrode group can be configured. Therefore, it is possible to provide a secondary battery that can suppress the deterioration of the battery without reducing the output density and the energy density.

以下、本発明の二次電池の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the secondary battery of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

最初に図１（ａ）、図２を用いて実施例１を説明する。図１（ａ）は本発明の実施例１に係る二次電池の基本構成を示す図である。この二次電池は、外装６００、電解液４００、電極群５００で構成されている。外装６００は、本発明の外装材に対応する。電解液４００は、本発明の非水電解質に対応し、外装材６００内部に収納されている。電極群５００は、複数個並列に電気的に接続され、電解液４００に浸されたうえで、外装材６００内部に収納されている。   First, Example 1 will be described with reference to FIGS. Fig.1 (a) is a figure which shows the basic composition of the secondary battery which concerns on Example 1 of this invention. This secondary battery includes an exterior 600, an electrolytic solution 400, and an electrode group 500. The exterior 600 corresponds to the exterior material of the present invention. The electrolytic solution 400 corresponds to the nonaqueous electrolyte of the present invention and is accommodated in the exterior material 600. A plurality of electrode groups 500 are electrically connected in parallel, immersed in the electrolytic solution 400, and stored in the exterior material 600.

また電極群５００は、正極１００、負極２００、セパレータ３００ａにより構成されており、主として偏平形状である。平面形状の１以上の正極１００と平面形状の１以上の負極２００は、間にセパレータ３００ａを介して交互に積層されている。またセパレータ３００ａは、一つの電極群５００内で全てつづら折り状に繋がっている。   The electrode group 500 includes a positive electrode 100, a negative electrode 200, and a separator 300a, and is mainly flat. One or more planar positive electrodes 100 and one or more planar negative electrodes 200 are alternately stacked via separators 300a therebetween. Further, the separators 300a are all connected in a zigzag manner in one electrode group 500.

図２は、本発明の実施例１に係る二次電池の１例を示す鳥瞰図である。この二次電池は、複数の積層電極群、すなわち積層電極群５２０ａと、積層電極群５２０ｂと、これらの積層電極群を収納するラミネートフィルム外装６００ａと、ラミネートフィルム外装６００ｂと、積層電極群からラミネートフィルム外装の外へ正極集電体１２０を介して電力を取り出す正極端子１５０ａと、負極集電体２２０ａを介する負極端子２５０ｂとから構成されている。   FIG. 2 is a bird's-eye view showing an example of the secondary battery according to Example 1 of the present invention. The secondary battery includes a plurality of laminated electrode groups, that is, a laminated electrode group 520a, a laminated electrode group 520b, a laminated film exterior 600a that houses these laminated electrode groups, a laminated film exterior 600b, and a laminated electrode group. It is composed of a positive electrode terminal 150a for taking out power through the positive electrode current collector 120 to the outside of the film exterior and a negative electrode terminal 250b through the negative electrode current collector 220a.

また実施例２において詳しく説明するが、積層電極群の構成は図４（ｂ）のようになっている。ここでは、図４（ｂ）における負極集電体２２０ｂと負極端子２５０ｂは、図２における負極集電体２２０ａと負極端子２５０ａに対応し、同一のものとして説明する。図４（ｂ）に示すように、積層電極群５２０ａ及び積層電極群５２０ｂは、正極１００と負極２００の間にセパレータ３００ｃを挟みこんだ電極を複数積層して構成され、ラミネートフィルム外装６００ａ及びラミネートフィルム外装６００ｂ内で電解液に浸されている。また、積層電極群５２０ａ及び積層電極群５２０ｂの負極２００は負極集電体２２０ａを介して負極端子２５０ａに接続され、正極１００は正極集電体１２０を介して正極端子１５０ａに接続されている。   Further, as will be described in detail in Example 2, the configuration of the laminated electrode group is as shown in FIG. Here, the negative electrode current collector 220b and the negative electrode terminal 250b in FIG. 4B correspond to the negative electrode current collector 220a and the negative electrode terminal 250a in FIG. As shown in FIG. 4B, the laminated electrode group 520a and the laminated electrode group 520b are configured by laminating a plurality of electrodes with a separator 300c sandwiched between the positive electrode 100 and the negative electrode 200. It is immersed in the electrolytic solution in the film exterior 600b. The negative electrode 200 of the multilayer electrode group 520a and the multilayer electrode group 520b is connected to the negative electrode terminal 250a via the negative electrode current collector 220a, and the positive electrode 100 is connected to the positive electrode terminal 150a via the positive electrode current collector 120.

なお、それぞれの構成要件の材質等については様々なものが考えられる。以下、負極、正極、セパレータ、非水電解質及び外装材について説明する。   In addition, various things can be considered about the material of each structural requirement. Hereinafter, the negative electrode, the positive electrode, the separator, the nonaqueous electrolyte, and the exterior material will be described.

（１）負極
この負極は、負極集電体と、負極集電体の片面もしくは両面に担持され、負極材料及び結着剤を含む負極層とを有する。 (1) Negative electrode This negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode layer that is supported on one or both sides of the negative electrode current collector and includes a negative electrode material and a binder.

負極材料には、リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物が好ましい。炭素質物としては、（Ｉ）黒鉛、コークス、炭素繊維、球状炭素、粒状炭素などの黒鉛質材料もしくは炭素質材料や、（II）熱硬化性樹脂、等方性ピッチ、メソフェースピッチ、メソフェーズピッチ系炭素繊維、気相成長系炭素繊維、メソフェーズ小球体などに５００〜３０００℃で熱処理を施すことにより得られる黒鉛質材料または炭素質材料等を挙げることができる。熱処理が施された炭素質物のうち好ましいのは、メソフェーズピッチ系炭素繊維の黒鉛質材料または炭素質材料、メソフェーズ小球体の黒鉛質材料または炭素質材料、粒状の黒鉛質材料である。   The negative electrode material is preferably a carbonaceous material that absorbs and releases lithium ions. Examples of carbonaceous materials include (I) graphite materials such as graphite, coke, carbon fiber, spherical carbon, and granular carbon, or carbonaceous materials, and (II) thermosetting resins, isotropic pitches, mesophase pitches, mesophase pitches. Examples thereof include graphite materials and carbonaceous materials obtained by heat-treating carbon-based carbon fibers, vapor-grown carbon fibers, mesophase spherules and the like at 500 to 3000 ° C. Among the carbonaceous materials subjected to the heat treatment, mesophase pitch-based carbon fiber graphite material or carbonaceous material, mesophase microsphere graphite material or carbonaceous material, or granular graphite material.

集電体としては、多孔質構造の導電性基板か、あるいは無孔の導電性基板を用いることができる。これら導電性基板は、例えば、銅、ステンレス、またはニッケルから形成することができる。   As the current collector, a conductive substrate having a porous structure or a nonporous conductive substrate can be used. These conductive substrates can be formed from, for example, copper, stainless steel, or nickel.

前記負極材料には、前述したリチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物の他に、金属酸化物か、金属硫化物か、もしくは金属窒化物や、リチウム金属またはリチウム合金を用いることができる。   As the negative electrode material, a metal oxide, a metal sulfide, a metal nitride, lithium metal, or a lithium alloy can be used in addition to the above-described carbonaceous material that absorbs and releases lithium ions.

（２）正極
この正極は、正極集電体と、正極集電体片面もしくは両面に担持され、活物質及び結着剤を含む正極層とを有する。 (2) Positive electrode The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode layer that is supported on one or both surfaces of the positive electrode current collector and includes an active material and a binder.

正極活物質としては、種々の酸化物、例えば二酸化マンガン、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、リチウム含有鉄酸化物、リチウムを含むバナジウム酸化物や、二硫化チタン、二硫化モリブデンなどのカルコゲン化合物などを挙げることができる。中でも、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、リチウムマンガン複合酸化物を用いると、高電圧が得られるために好ましい。   Examples of the positive electrode active material include various oxides such as manganese dioxide, lithium manganese composite oxide, lithium-containing nickel oxide, lithium-containing cobalt oxide, lithium-containing nickel cobalt oxide, lithium-containing iron oxide, and vanadium containing lithium. Examples thereof include oxides and chalcogen compounds such as titanium disulfide and molybdenum disulfide. Among these, when a lithium-containing cobalt oxide, a lithium-containing nickel cobalt oxide, or a lithium manganese composite oxide is used, it is preferable because a high voltage can be obtained.

正極層は、さらに導電剤を含んでいてもよい。かかる導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。   The positive electrode layer may further contain a conductive agent. Examples of the conductive agent include acetylene black, carbon black, and graphite.

（３）セパレータ
セパレータには多孔質セパレータを用いる。 (3) Separator A porous separator is used as the separator.

多孔質セパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を含む多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を挙げることができる。中でも、ポリエチレンか、あるいはポリプロピレン、または両者からなる多孔質フィルムは、二次電池の安全性を向上できるため、好ましい。   Examples of the porous separator include a porous film containing polyethylene, polypropylene, cellulose, or polyvinylidene fluoride (PVdF), and a synthetic resin nonwoven fabric. Among these, a porous film made of polyethylene, polypropylene, or both is preferable because it can improve the safety of the secondary battery.

（ ４ ） 非水電解質
この非水電解質は、少なくともセパレータに保持される。特に、非水電解質は、電極群全体に分散されていることが好ましい。この非水電解質としては、電解質が溶解された非水溶媒（以下、非水溶液と称す）からなる液状非水電解質、非水溶液が保持された高分子材料、または固体非水電解質を用いることができる。非水溶液が保持された高分子材料としては、非水溶液がゲル化しているゲル状非水電解質、前記非水溶液が一部がゲル化し、残りが液状のままであるもの、前記非水溶液が液状のまま保持されているものなどを挙げることができる。中でも、液状非水電解質を用いることが好ましい。液状非水電解質は、電極群のイオン伝導度を高くすることができるため、正極とセパレータの界面抵抗並びに負極とセパレータの界面抵抗を小さくすることができる。 (4) Non-aqueous electrolyte This non-aqueous electrolyte is held by at least the separator. In particular, the nonaqueous electrolyte is preferably dispersed throughout the electrode group. As this non-aqueous electrolyte, a liquid non-aqueous electrolyte composed of a non-aqueous solvent in which the electrolyte is dissolved (hereinafter referred to as a non-aqueous solution), a polymer material holding the non-aqueous solution, or a solid non-aqueous electrolyte can be used. . As the polymer material in which the non-aqueous solution is retained, a gel-like non-aqueous electrolyte in which the non-aqueous solution is gelled, a part of the non-aqueous solution is gelled, and the rest remains liquid, and the non-aqueous solution is liquid What is held as it is can be mentioned. Among these, it is preferable to use a liquid nonaqueous electrolyte. Since the liquid non-aqueous electrolyte can increase the ionic conductivity of the electrode group, the interface resistance between the positive electrode and the separator and the interface resistance between the negative electrode and the separator can be reduced.

（５）外装材
この外装材は、例えば、金属缶、または水分を遮断する機能を有するシートを用いることができる。金属缶は、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウムから形成することができる。シートとしては、例えば、２種類以上の樹脂層から形成され、片面または両面が熱可塑性樹脂である多層シート、又は可撓性を有する金属層の片面または両面に保護層を形成したものからなる多層シートを挙げることができる。 (5) Exterior material As this exterior material, for example, a metal can or a sheet having a function of blocking moisture can be used. The metal can can be formed from, for example, iron, stainless steel, or aluminum. As the sheet, for example, a multilayer sheet formed of two or more types of resin layers, one or both surfaces being a thermoplastic resin, or a multilayer formed by forming a protective layer on one or both surfaces of a flexible metal layer. A sheet can be mentioned.

また、樹脂層を含む外装材を用いることもできる。樹脂層は、例えば、熱可塑性樹脂から形成することができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等を挙げることができる。   An exterior material including a resin layer can also be used. The resin layer can be formed from, for example, a thermoplastic resin. Examples of the thermoplastic resin include polyethylene and polypropylene.

樹脂層を含む外装材としては、例えば、金属層と、金属層の両面に形成された樹脂層とからなる多層シートを挙げることができる。外装材の内面となる樹脂層は、ヒートシール面としての機能と、金属層が非水電解質により腐食されるのを防止する機能を有する。また、外装材の外面となる樹脂層は、金属層の損傷を防止する役割をなす。各樹脂層は、１種類の樹脂から形成されていても、あるいは２種類以上の樹脂から形成されていても良い。各樹脂層は、熱可塑性樹脂から形成されることが望ましい。   As an exterior material containing a resin layer, the multilayer sheet which consists of a metal layer and the resin layer formed in both surfaces of a metal layer can be mentioned, for example. The resin layer serving as the inner surface of the exterior material has a function as a heat seal surface and a function of preventing the metal layer from being corroded by the nonaqueous electrolyte. Moreover, the resin layer used as the outer surface of an exterior material plays the role which prevents damage to a metal layer. Each resin layer may be formed from one type of resin, or may be formed from two or more types of resins. Each resin layer is preferably formed from a thermoplastic resin.

次に、本実施の形態の二次電池の作用について説明する。本実施例において複数の電極群５００は、外装６００内に収納されているが、各々の電極群間においてセパレータ３００ａはつながっていない。したがって、図１（ａ）の矢印である電解液の流れ５０ａで示すように、電解液４００は、自由に電極群間を流れることができる。すなわち、図１（ｂ）のように、電極群５００ａと電極群５００ｂの中央部分を通過するように電解液４００が循環することができる。したがって、電解液の流れ５０ｂに示すように、電解液４００による対流が容易に発生し、電極群５００ａおよび５００ｂの中央部分が冷却されて、高温になることを抑えることができる。また図１（ｂ）において電極群は２つ記載されているが、２つとは限らず複数の電極群を収納することが可能である。   Next, the effect | action of the secondary battery of this Embodiment is demonstrated. In the present embodiment, the plurality of electrode groups 500 are housed in the exterior 600, but the separator 300a is not connected between each electrode group. Therefore, as shown by the flow 50a of the electrolytic solution that is an arrow in FIG. 1A, the electrolytic solution 400 can freely flow between the electrode groups. That is, as shown in FIG. 1B, the electrolytic solution 400 can circulate so as to pass through the central portions of the electrode group 500a and the electrode group 500b. Therefore, as shown in the flow 50b of the electrolytic solution, convection due to the electrolytic solution 400 is easily generated, and the central portion of the electrode groups 500a and 500b can be prevented from being cooled to a high temperature. In FIG. 1B, two electrode groups are shown, but the number is not limited to two, and a plurality of electrode groups can be accommodated.

一方、セパレータ３００ａをつづら折に繋げることなく、１枚づつ正極１００と負極２００の間に挟んで積層する構成とすることもできるが、できあがった積層電極群は、ばらばらとなり易く組立が困難となる。   On the other hand, the separators 300a can be stacked one by one between the positive electrode 100 and the negative electrode 200 without being folded, but the resulting stacked electrode group tends to be disjointed and difficult to assemble. .

以上説明したように、本発明の実施例１に係る二次電池によれば、各々の電極群間において、セパレータ３００ａはつながっていないため、電解液４００の対流が起きやすく、積層電極群５００ａおよび５００ｂの中央付近も冷却され、高温になるのを抑えることができ、電池の劣化を抑制するため寿命が長くなる。   As described above, according to the secondary battery according to the first embodiment of the present invention, the separator 300a is not connected between each electrode group, so that convection of the electrolyte 400 is likely to occur, and the laminated electrode group 500a and The vicinity of the center of the 500b is also cooled, so that it can be prevented from becoming a high temperature, and the life is prolonged in order to suppress the deterioration of the battery.

すなわち、一つの厚い電極群ではなく、複数の薄い電極群を収納することにより、一つの厚い電極群を用いた場合と同じエネルギー密度及び出力密度を維持したまま、冷却効果を高めることができる。   That is, by storing a plurality of thin electrode groups instead of one thick electrode group, the cooling effect can be enhanced while maintaining the same energy density and output density as when one thick electrode group is used.

なお、電極群内の構造についても、つづら折りされているセパレータの各折り目部分以外は開放されており電解液が通過できる。このように３方向が開放されている構造のため、構造的にも図７や図８に示すようにセパレータ部が２方向のみしか開放されていない構造と比して、対流が起こりやすい構造となっているため、冷却効果を高めることができ、ひいては電池の劣化を回避して寿命を長くすることができる。   In addition, the structure in the electrode group is also open except for the fold portions of the separator that is folded in a zigzag manner so that the electrolyte can pass therethrough. Since the structure is open in three directions in this way, it is structurally more likely to cause convection than the structure in which the separator is open only in two directions as shown in FIGS. Therefore, the cooling effect can be enhanced, and as a result, the deterioration of the battery can be avoided and the life can be extended.

また、電極群を複数収納するという簡単な構造であるため、特許文献２のように、温度調節のために電極群間に熱媒介部を設置する必要が無い。したがって、電池の厚さを増すことなく積層電極群５００ａおよび５００ｂの中央部分を冷却することができ、出力密度やエネルギー密度の低下を招くことなく電池の劣化を抑制することができる。   In addition, since it has a simple structure in which a plurality of electrode groups are housed, it is not necessary to install a heat-mediating unit between the electrode groups for temperature adjustment as in Patent Document 2. Therefore, the central portion of the stacked electrode groups 500a and 500b can be cooled without increasing the thickness of the battery, and deterioration of the battery can be suppressed without causing a decrease in output density or energy density.

さらに、セパレータ３００ａがつづら折りでつながっているため、積層後の一体性があり、外装材への収納作業の作業性が良い。   Furthermore, since the separators 300a are connected in a zigzag manner, the separators 300a are integrated after stacking, and the workability of the storing work in the exterior material is good.

また図８のような構成の電極群を用いた場合は、負極２００同士が接触するため、その部分に負極活物質を塗布しても、その活物質は電池としてほとんど機能しないという問題点があるが、セパレータのみをつづら折り構造とすることにより、正極同士もしくは負極同士が接触する部分は無く、電極の両側の活物質を充放電に活用できる。すなわち活物質の比率を高くすることができ、電池のエネルギー密度を高くすることができる。   Further, when the electrode group configured as shown in FIG. 8 is used, since the negative electrodes 200 are in contact with each other, even if a negative electrode active material is applied to the portion, the active material hardly functions as a battery. However, when only the separator has a zigzag folded structure, there is no portion where the positive electrodes or the negative electrodes are in contact with each other, and the active materials on both sides of the electrode can be used for charging and discharging. That is, the ratio of the active material can be increased, and the energy density of the battery can be increased.

図３（ａ）は本発明の実施例２に係る二次電池の基本構成を示す図である。実施例１と異なるのは、電極群５００ｃが複数ではなく一つである点のみである。したがって重複した説明は省略する。   FIG. 3A is a diagram showing a basic configuration of a secondary battery according to Example 2 of the present invention. The difference from the first embodiment is only that the electrode group 500c is not a plurality but one. Therefore, duplicate description is omitted.

図４（ａ）は、本発明の実施例２に係る二次電池の１例を示す鳥瞰図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ部を拡大した図である。この二次電池は、積層電極群５２０ｃと、この積層電極群５２０ｃを収納するラミネートフィルム外装６００ｃと、積層電極群５２０ｃからラミネートフィルム外装６００ｃの外へ電力を取り出す正極端子１５０ｂと、負極端子２５０とから構成されている。   Fig.4 (a) is a bird's-eye view which shows one example of the secondary battery which concerns on Example 2 of this invention. Moreover, FIG.4 (b) is the figure which expanded the A section of Fig.4 (a). The secondary battery includes a laminated electrode group 520c, a laminated film outer package 600c that houses the laminated electrode group 520c, a positive electrode terminal 150b that extracts power from the laminated electrode group 520c to the outside of the laminated film outer package 600c, It is composed of

図４（ｂ）に示すように、積層電極群５２０ｃは、正極１００と負極２００の間にセパレータ３００ｃを挟みこんだ電極を複数積層して構成され、ラミネートフィルム外装６００ｃ内で電解液に浸されている。また、積層電極群５２０ｃの負極２００は、負極集電体２２０ｂを介して負極端子２５０ｂに接続され、正極１００は同様に図示されていない正極集電体を介して正極端子１５０ｂに接続されている。   As shown in FIG. 4B, the laminated electrode group 520c is formed by laminating a plurality of electrodes with a separator 300c sandwiched between a positive electrode 100 and a negative electrode 200, and is immersed in an electrolyte solution in a laminate film exterior 600c. ing. In addition, the negative electrode 200 of the stacked electrode group 520c is connected to the negative electrode terminal 250b via the negative electrode current collector 220b, and the positive electrode 100 is connected to the positive electrode terminal 150b via a positive electrode current collector that is also not shown. .

次に、本実施の形態の二次電池の作用について説明する。図３（ａ）に示すように、いずれの正極１００および負極２００も片側の端のセパレータ３００ｂが開いた構造となっており、３方向が開放された構成となっている。したがって、捲回した電極群や、正極および負極もつづら折りした電極群のように２方向しか開放されていない電極群に比べて電解液４００の対流が起こりやすい。   Next, the effect | action of the secondary battery of this Embodiment is demonstrated. As shown in FIG. 3A, each of the positive electrode 100 and the negative electrode 200 has a structure in which a separator 300b at one end is opened, and has a structure in which three directions are opened. Therefore, convection of the electrolytic solution 400 is more likely to occur than a wound electrode group or an electrode group that is open only in two directions, such as a positive electrode and a negative electrode group.

ただし、本実施例においては電極群が一つであるため、図３（ｂ）の電解液の流れ５０ｄに示すように、電解液４００は電極群５００ｄの外周を回るように流れることは容易であるが、電極群５００ｄの中央部分を通過して流れることは困難である。   However, since there is only one electrode group in this embodiment, it is easy for the electrolyte 400 to flow around the outer periphery of the electrode group 500d as shown in the flow 50d of the electrolyte in FIG. However, it is difficult to flow through the central portion of the electrode group 500d.

一方、セパレータ３００ｂをつづら折に繋げることなく、１枚づつ正極１００と負極２００の間に挟んで積層する構成とした場合には、できあがった積層電極群は、ばらばらとなり易く組立が困難となる。   On the other hand, when the separators 300b are stacked one by one between the positive electrode 100 and the negative electrode 200 without being folded, the resulting stacked electrode group is likely to be disjointed and difficult to assemble.

以上説明したように、本発明の実施例２に係る二次電池によれば、セパレータ３００ｂがつづら折りでつながっているため、積層後の一体性があり、外装材への収納作業の作業性が良い。   As described above, according to the secondary battery according to Example 2 of the present invention, since the separator 300b is connected by zigzag folding, there is integrity after stacking, and workability of storing work in the exterior material is good. .

また３方向が開放されているおり、従来の図７や図８に示すような構造と比して、対流が起こりやすい構造となっているため、冷却効果を高めることができ、ひいては電池の劣化を回避して寿命を長くすることができる。   In addition, the three directions are open, and the structure is more susceptible to convection than the conventional structure shown in FIGS. 7 and 8, so that the cooling effect can be enhanced and the battery is deteriorated. It is possible to extend the life by avoiding the above.

さらに、冷却のためだけに熱媒介部といった装置や複雑な構成を必要としないため、薄型の電極群５００ｃを構成することが可能となる。したがって、出力密度やエネルギー密度を低下させることなく電池の劣化を抑制することができる。   Furthermore, since a device such as a heat transfer unit and a complicated configuration are not required only for cooling, the thin electrode group 500c can be configured. Therefore, battery deterioration can be suppressed without lowering the output density or energy density.

また特許文献１における図８のような構成の電極群を用いた場合は、負極２００同士が接触するため、その部分に負極活物質を塗布しても、その活物質は電池としてほとんど機能しないという問題点があるが、セパレータのみをつづら折り構造とすることにより、正極同士もしくは負極同士が接触する部分は無く、電極の両側の活物質を充放電に活用できる。すなわち活物質の比率を高くすることができ、電池のエネルギー密度を高くすることができる。これは最小限の電極で最大のエネルギー密度を得ることができることを意味し、コストの削減にも寄与しうる。   Further, when the electrode group having the configuration as shown in FIG. 8 in Patent Document 1 is used, the negative electrodes 200 are in contact with each other. Although there is a problem, by forming only the separator in a zigzag folded structure, there is no portion where the positive electrodes or the negative electrodes are in contact with each other, and the active materials on both sides of the electrode can be used for charging and discharging. That is, the ratio of the active material can be increased, and the energy density of the battery can be increased. This means that the maximum energy density can be obtained with a minimum number of electrodes, which can contribute to cost reduction.

図５は本発明の実施例３に係る二次電池の電極群の構造を示す図である。実施例１及び実施例２と異なるのは、セパレータ３００ｄの折り目部分に開口７００ａを設けた点のみである。その他の構成は、実施例１及び実施例２と同様である。   FIG. 5 is a diagram showing the structure of the electrode group of the secondary battery according to Example 3 of the invention. The difference from the first and second embodiments is only that the opening 700a is provided in the fold portion of the separator 300d. Other configurations are the same as those in the first and second embodiments.

この開口７００ａの幅は、負極および正極より短くする。このようにすることにより、このセパレータ３００ｄの開口部より負極および正極が外側へはみ出すことを防ぐことができる。   The width of the opening 700a is shorter than that of the negative electrode and the positive electrode. By doing in this way, it can prevent that a negative electrode and a positive electrode protrude outside from the opening part of this separator 300d.

次に、本実施の形態の二次電池の作用について説明する。電解液４００は、セパレータ３００ｄの折り目部分に設けられた開口７００ａを抵抗無く通過することができるため、積層電極群の中央部分を冷却することができる。   Next, the effect | action of the secondary battery of this Embodiment is demonstrated. Since the electrolytic solution 400 can pass through the opening 700a provided in the fold portion of the separator 300d without resistance, the central portion of the stacked electrode group can be cooled.

以上説明したように、本発明の実施例３に係る二次電池によれば、セパレータ３００ｄの折り目部分に開口７００ａを有することにより、電解液４００は自由に開口７００ａを通過することができる。したがって、電解液４００の対流が起き易く、電極群の中央部分における電流による発熱を抑え、冷却するため、電池の劣化を抑制し寿命を長くすることができる。また冷却のための熱媒介部や複雑な構成を必要としないため、実施例１や実施例２と同様に、電池の電力密度やエネルギー密度の低下を招くことなく冷却が可能である。   As described above, according to the secondary battery according to Example 3 of the present invention, the electrolytic solution 400 can freely pass through the opening 700a by having the opening 700a in the fold portion of the separator 300d. Therefore, convection of the electrolytic solution 400 easily occurs, and heat generation due to current in the central portion of the electrode group is suppressed and cooled, so that deterioration of the battery can be suppressed and the life can be extended. In addition, since a heat transfer unit for cooling and a complicated configuration are not required, cooling can be performed without causing a decrease in the power density and energy density of the battery as in the first and second embodiments.

また実施例１のように複数の電極群に分けずとも、電解液４００が積層電極群の中央部分を通過して循環することができるため、積層電極群は１つであっても良い。したがって、電極群全体がセパレータ３００ｄがつづら折りでつながっているため、積層後の一体性があり、外装材への収納作業の作業性が良い。   Moreover, since the electrolytic solution 400 can circulate through the central portion of the laminated electrode group without being divided into a plurality of electrode groups as in the first embodiment, the number of laminated electrode groups may be one. Therefore, since the separator 300d is connected in a zigzag manner to the entire electrode group, there is integrity after stacking, and workability of storing work in the exterior material is good.

また、開口７００ａの幅が正極１００及び負極２００の幅よりも短いため、正極１００及び負極２００が開口７００ａより外側へはみ出すことを防ぐ。したがって、一体性を維持し、外装材への収納作業の作業性を良くするとともに、正極負極間の短絡を防ぐことができる。   Further, since the width of the opening 700a is shorter than the width of the positive electrode 100 and the negative electrode 200, the positive electrode 100 and the negative electrode 200 are prevented from protruding outside the opening 700a. Accordingly, it is possible to maintain the integrity, improve the workability of the housing operation into the exterior material, and prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode.

図６は本発明の実施例４に係る二次電池の電極群の構造を示す図である。実施例３と異なるのは、セパレータ３００ｅの少なくとも一つの折り目部分の一辺中に複数の開口７００ｂを設けた点のみである。その他の構成は、実施例３と同様である。   FIG. 6 is a view showing the structure of the electrode group of the secondary battery according to Example 4 of the present invention. The difference from the third embodiment is only that a plurality of openings 700b are provided in one side of at least one fold portion of the separator 300e. Other configurations are the same as those of the third embodiment.

次に、本実施の形態の二次電池の作用について説明する。電解液４００は、実施例３の場合と同様、セパレータ３００ｅの折り目部分に設けられた開口７００ｂを抵抗無く通過することができるため、電解液４００の対流が起きやすく、積層電極群の中央部分を冷却することができる。   Next, the effect | action of the secondary battery of this Embodiment is demonstrated. As in the case of Example 3, the electrolytic solution 400 can pass through the opening 700b provided in the fold portion of the separator 300e without resistance. Therefore, convection of the electrolytic solution 400 easily occurs, and the central portion of the stacked electrode group Can be cooled.

以上説明したように、本発明の実施例４に係る二次電池によれば、実施例３と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the secondary battery according to the fourth embodiment of the present invention, the same effects as in the third embodiment can be obtained.

また、折り目部分の一辺中に複数の開口７００ｂを有することにより、実施例３と同様に電極群全体の冷却効果に寄与しうる。また、一辺中に小さな幅の開口７００ｂを複数個有するため、正極１００、負極２００が外側にはみ出すことはなく、一体性の維持、短絡防止に寄与しうる。   Further, by providing a plurality of openings 700b in one side of the fold portion, it is possible to contribute to the cooling effect of the entire electrode group as in the third embodiment. In addition, since the plurality of openings 700b having a small width are provided on one side, the positive electrode 100 and the negative electrode 200 do not protrude outside, and can contribute to maintenance of integrity and prevention of a short circuit.

さらに、実施例３及び実施例４において、セパレータの全ての折り目部分に開口を形成することで、より確実に電極群全体の冷却を均一に効果的に行うことができる。   Furthermore, in Example 3 and Example 4, by forming openings in all the crease portions of the separator, the entire electrode group can be cooled more effectively and uniformly.

本発明は、リチウムイオン二次電池に適用可能である。   The present invention is applicable to lithium ion secondary batteries.

本発明の実施例１に係る二次電池の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the secondary battery which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係る二次電池の１例を示す鳥瞰図である。It is a bird's-eye view which shows one example of the secondary battery which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例２に係る二次電池の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the secondary battery which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例２に係る二次電池の１例を示す鳥瞰図である。It is a bird's-eye view which shows one example of the secondary battery which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例３に係る二次電池の電極群の構成図である。It is a block diagram of the electrode group of the secondary battery which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例４に係る二次電池の電極群の構成図である。It is a block diagram of the electrode group of the secondary battery which concerns on Example 4 of this invention. 従来の二次電池の捲回型電極群の構成図である。It is a block diagram of the winding type electrode group of the conventional secondary battery. 従来の二次電池のつづら折り型電極群の構成図である。It is a block diagram of the zigzag folded electrode group of the conventional secondary battery.

符号の説明Explanation of symbols

５０ａ,５０ｂ,５０ｃ,５０ｄ 電解液の流れ
１００ 正極
１２０ 正極集電体
１５０ａ,１５０ｂ 正極端子
２００ 負極
２２０ａ,２２０ｂ 負極集電体
２５０,２５０ａ,２５０ｂ 負極端子
３００ａ,３００ｂ,３００ｃ,３００ｄ,３００ｅ,３００ｆ,３００ｇ セパレータ
４００ 電解液
５００ 電極群
５００ａ 積層電極群
５００ｂ,５００ｃ 電極群
５００ｄ,５００ｅ 積層電極群
６００ 外装
６００ａ,６００ｂ,６００ｃ ラミネートフィルム外装
７００ａ,７００ｂ 開口

50a, 50b, 50c, 50d Electrolyte flow 100 Positive electrode 120 Positive electrode current collector 150a, 150b Positive electrode terminal 200 Negative electrode 220a, 220b Negative electrode current collector 250, 250a, 250b Negative electrode terminal 300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f , 300 g Separator 400 Electrolyte 500 Electrode group 500a Laminated electrode group 500b, 500c Electrode group 500d, 500e Laminated electrode group 600 Exterior 600a, 600b, 600c Laminated film exterior 700a, 700b Opening

Claims (4)

偏平形状の複数の電極群と、
前記複数の電極群に含浸される液状の非水電解質と、
前記複数の電極群と前記非水電解質が収納される外装材とを備え、
前記複数の電極群の各々は、
平面形状の１以上の正極と、
平面形状の１以上の負極と、
交互に積層された前記正極と前記負極との間に設けられ、つづら折り状に繋がったセパレータと、
を有し、
前記セパレータの折り目部分に方形の開口を有し、前記折り目部分が前記開口の略中央に配置されることを特徴とする二次電池。 A plurality of flat electrode groups;
A liquid non-aqueous electrolyte impregnated in the plurality of electrode groups;
A plurality of electrode groups and an exterior material in which the nonaqueous electrolyte is accommodated,
Each of the plurality of electrode groups is
One or more planar positive electrodes;
One or more planar negative electrodes;
A separator provided between the positive electrode and the negative electrode, which are alternately stacked, and connected in a zigzag manner;
Have
A secondary battery having a square opening in a fold portion of the separator, wherein the fold portion is disposed at a substantially center of the opening. 前記開口の幅は、前記正極および前記負極の幅よりも短く、前記正極に接続される正極端子と前記負極に接続される負極端子とは、互いに略１８０度反対から出力されることを特徴とする請求項１記載の二次電池。The width of the opening is shorter than the width of the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode terminal connected to the positive electrode and the negative electrode terminal connected to the negative electrode are output from approximately 180 degrees opposite to each other. The secondary battery according to claim 1. 前記方形の開口は、前記セパレータの少なくともひとつの折り目部分の一辺中に複数個形成されていることを特徴とする請求項１記載の二次電池。2. The secondary battery according to claim 1, wherein a plurality of the square openings are formed in one side of at least one fold portion of the separator. 前記開口は、前記セパレータの全ての折り目部分に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の二次電池。The secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the opening is formed in all folds of the separator.
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