JP6260266B2 - Secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、正極板及び負極板を積層した構造を持つ二次電池に関する。 The present invention relates to a secondary battery having a structure in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated.
従来、リチウムイオン電池や金属リチウム電池,ニッケル水素電池といった各種の二次電池が自動車,コンピュータ,携帯型電子機器類のバッテリーとして利用されている。特にエネルギー密度の高いリチウムイオン電池は、バッテリー容量に比して小型軽量化が図りやすく、大電力が要求される電気自動車やプラグインハイブリッド車両の走行用バッテリーとしての需要の増大が見込まれている。 Conventionally, various secondary batteries such as lithium ion batteries, metal lithium batteries, and nickel metal hydride batteries have been used as batteries for automobiles, computers, and portable electronic devices. In particular, lithium-ion batteries with high energy density are easier to reduce in size and weight than battery capacity, and demand is expected to increase as batteries for running electric vehicles and plug-in hybrid vehicles that require high power. .
これらの二次電池の内部には、一対の電極板(正極板,負極板)が重ね合わされた状態で収容される。それぞれの電極板は、集電箔の表面に活物質を層状に結着して形成され、セパレータを介して互いの活物質層が対向するように積層される。また、それぞれの電極板の集電箔は、集電体まで延長されて溶接固定され、この集電体が電池ケースの外部に露出して設けられた電極に接続される(特許文献1参照)。 A pair of electrode plates (a positive electrode plate and a negative electrode plate) are accommodated inside these secondary batteries. Each electrode plate is formed by laminating an active material on the surface of the current collector foil in layers, and is laminated so that the active material layers face each other with a separator interposed therebetween. In addition, the current collector foil of each electrode plate is extended to the current collector and fixed by welding, and this current collector is connected to an electrode provided to be exposed to the outside of the battery case (see Patent Document 1). .
ここで、二次電池に内蔵される一対の電極板及びセパレータの積層体のことを、エレメントと呼ぶ。エレメントの形状は、例えばラミネート状(発電要素を重畳してシート状にしたもの),円柱状(発電要素を巻物状に巻回したもの),長円柱状(発電要素を楕円渦状,長円渦状となるように扁平に巻回したもの)等に形成される(特許文献1〜3参照)。このようなエレメントの構造により、単位体積当たりの電極板同士の対向面積を増大させることができ、電池容量を十分に確保することができる。
Here, a laminated body of a pair of electrode plates and separators built in the secondary battery is referred to as an element. The shape of the element is, for example, a laminate (a sheet of power generation elements superimposed), a cylinder (a power generation element wound in a roll), a long column (a power generation element having an elliptical vortex shape, an elliptical vortex shape) (Refer to
上記のような二次電池では、エレメント内で正極板と負極板とがセパレータを挟んで積層される。したがって、セパレータが十分な厚み,強度を備えたものであれば、エレメント内における積層体の厚み方向についての内部短絡が生じることはない。一方、セパレータが全く破損していない状態であっても、外力によって電極板とセパレータとが面内方向(スライド方向)に相対移動した場合には、一方の電極板の端辺が他方の電極板の集電箔と接触し、短絡が生じる可能性がある。特に、車体振動が発生する車両に搭載される二次電池や、可搬性の高い電子機器に搭載される二次電池では、電極板のスライド方向への移動による内部短絡の発生が懸念される。 In the secondary battery as described above, the positive electrode plate and the negative electrode plate are stacked in the element with the separator interposed therebetween. Therefore, if the separator has sufficient thickness and strength, an internal short circuit in the thickness direction of the laminate in the element does not occur. On the other hand, even when the separator is not damaged at all, when the electrode plate and the separator are relatively moved in the in-plane direction (sliding direction) by an external force, the end of one electrode plate is the other electrode plate. Contact with the current collector foil may cause a short circuit. In particular, in a secondary battery mounted on a vehicle in which vehicle body vibration occurs or a secondary battery mounted in a highly portable electronic device, there is a concern about the occurrence of an internal short circuit due to movement of the electrode plate in the sliding direction.
このような課題に対し、電極板と集電体との間を接続する部位を絶縁体で被覆することで内部短絡の発生を防止することが考えられる。例えば、集電体まで延長された集電箔の表面を絶縁体で覆い、一方の電極板がスライド方向に移動したとしても、その端辺が絶縁体に接触するような構造とする。これにより、電極板のスライド方向への移動による内部短絡が抑制されうる。 In order to solve such a problem, it is conceivable to prevent the occurrence of an internal short circuit by covering the portion connecting the electrode plate and the current collector with an insulator. For example, the surface of the current collector foil extended to the current collector is covered with an insulator, and even if one of the electrode plates moves in the sliding direction, the end side is in contact with the insulator. Thereby, the internal short circuit by the movement to the sliding direction of an electrode plate can be suppressed.
しかしながら、外力の作用時には一方の電極板だけでなく、絶縁体で被覆された集電箔もスライド方向に移動しうる。そのため、集電箔の屈曲変形によって絶縁体が破損,剥離し、その破損,剥離箇所を介して、電極板の端辺が集電箔に接触する可能性がある。また、内部短絡の抑制効果を高めるには、このような集電箔の変形を防止し、かつ、仮に集電箔が変形した場合であっても、電極板の端辺が集電箔に接触する可能性が生じないように、集電箔の変形状態をコントロールすることが望まれる。 However, when an external force is applied, not only one electrode plate but also a current collector foil covered with an insulator can move in the sliding direction. Therefore, there is a possibility that the insulator is damaged and peeled off due to the bending deformation of the current collector foil, and the edge of the electrode plate comes into contact with the current collector foil through the damaged or peeled portion. Moreover, in order to enhance the effect of suppressing internal short circuit, the deformation of the current collector foil is prevented, and even if the current collector foil is deformed, the edge of the electrode plate contacts the current collector foil. It is desirable to control the deformation state of the current collector foil so that there is no possibility of failure.
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、外力に対する集電箔の変形状態を制御して、内部短絡の抑制効果を昂進できるようにした二次電池を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。 One of the purposes of the present invention was devised in view of the above-described problems, and provides a secondary battery that can control the deformation state of the current collector foil against an external force and promote the effect of suppressing an internal short circuit. It is to be. The present invention is not limited to this purpose, and is a function and effect derived from each configuration shown in the embodiments for carrying out the invention described later, and other effects of the present invention are to obtain a function and effect that cannot be obtained by conventional techniques. Can be positioned.
(1)ここで開示する二次電池は、正極集電箔の表面に正極活物質が結着された正極結着面と正極活物質が結着されていない正極非結着面とを有する正極電極板と、負極集電箔の表面に負極活物質が結着された負極結着面と負極活物質が結着されていない負極非結着面とを有する負極電極板と、正極結着面及び負極結着面よりも大きく形成され正極電極板と負極電極板との間に配置されたセパレータと、を積層してケースに収容した二次電池において、正極非結着面又は負極非結着面に設けられ、セパレータよりケースの外側に延在する絶縁部を備える。 (1) A secondary battery disclosed herein has a positive electrode having a positive electrode binding surface with a positive electrode active material bound to the surface of a positive electrode current collector foil and a positive electrode non-binding surface with no positive electrode active material bound A negative electrode plate having an electrode plate, a negative electrode binding surface having a negative electrode active material bound to the surface of the negative electrode current collector foil, and a negative electrode non-binding surface having no negative electrode active material bound thereto; and a positive electrode binding surface And a positive electrode non-binding surface or negative electrode non-binding in a secondary battery in which a positive electrode plate and a separator formed between the positive electrode plate and the negative electrode plate are stacked and accommodated in a case. An insulating part is provided on the surface and extends from the separator to the outside of the case.
例えば、絶縁部の端辺がセパレータの端辺に沿うように、絶縁部の位置を設定することが考えられる。言い換えれば、セパレータの端辺の近くに絶縁部の端辺を位置させることが考えられる。これにより、外力の作用時における正極非結着面又は負極非結着面の屈曲位置が制御され、絶縁部の端辺近傍で屈曲しやすくなる。 For example, it is conceivable to set the position of the insulating portion so that the end side of the insulating portion is along the end side of the separator. In other words, it can be considered that the end side of the insulating portion is positioned near the end side of the separator. Thereby, the bending position of the positive electrode non-binding surface or the negative electrode non-binding surface when an external force is applied is controlled, and the bending portion is easily bent in the vicinity of the end of the insulating portion.
また、絶縁部が、結着面と非結着面との境界線の延在方向に沿って帯状に形成されるとともに、境界線の延在方向に垂直な方向に所定の間隔を空けて複数列設される。なお、絶縁部の列設数は複数(任意)である。複数の絶縁部は、直線状に配置されてもよいし、曲線状に配置されてもよい。 The insulating portion is spaced is formed in a strip shape along the extending direction of the border line with the binder surface and the non-binding surface, the predetermined distance in a direction perpendicular to the extending direction of the boundary line more Lined up . Note that there are a plurality (arbitrary) number of insulating portions arranged in a row. The plurality of insulating portions may be arranged linearly or may be arranged in a curved shape.
(2)複数の絶縁部の間に設けられ、絶縁部に被覆された部位よりも曲げ剛性が低い曲げガイド部を備えることが好ましい。すなわち、所定の間隔を空けて複数列設された絶縁部の間に曲げガイド部を設けることが好ましい。
(3)曲げガイド部が、集電箔を屈曲して形成されることが好ましい。例えば、集電箔を予め僅かに折り曲げておいてもよいし、あるいは折り曲げ,折り戻しを数度繰り返して折り癖を付けておいてもよい。
( 2 ) It is preferable to include a bending guide portion that is provided between the plurality of insulating portions and has lower bending rigidity than a portion covered with the insulating portions. That is, it is preferable to provide the bending guide portion between the insulating portions arranged in a plurality of rows at a predetermined interval.
( 3 ) It is preferable that the bending guide part is formed by bending the current collector foil. For example, the current collector foil may be slightly folded in advance, or the folding and folding may be repeated several times to add a crease.
(4)曲げガイド部が、集電箔の厚み方向の寸法を削減して形成されることが好ましい。例えば、集電箔の表面を切削することや、集電箔の表面を引掻いて傷をつけることなどが考えられる。
(5)絶縁部が、絶縁体を含む粘着テープを集電箔の表面に貼着してなることが好ましい。
(6)二次電池がリチウムイオン二次電池であって、絶縁部が正極集電箔の表面に形成されることが好ましい。さらに、曲げガイド部も正極集電箔の表面に形成されることが好ましい。
( 4 ) It is preferable that the bending guide part is formed by reducing the dimension in the thickness direction of the current collector foil. For example, it is conceivable to cut the surface of the current collector foil or scratch the surface of the current collector foil.
( 5 ) It is preferable that an insulating part sticks the adhesive tape containing an insulator on the surface of current collection foil.
( 6 ) Preferably, the secondary battery is a lithium ion secondary battery, and the insulating portion is formed on the surface of the positive electrode current collector foil. Furthermore, it is preferable that the bending guide portion is also formed on the surface of the positive electrode current collector foil.
開示の二次電池によれば、正極非結着面,負極非結着面の少なくとも何れか一方において、セパレータよりもケースの外側に延在する絶縁部を設けることで、電極板を絶縁部に沿って屈曲しやすくすることができる。これにより、一方の電極板が屈曲変形した際に絶縁部を他方の電極板に当接させることができ、二次電池の短絡防止効果を高めることができる。また、絶縁部を結着面と非結着面との境界線の延在方向に沿って帯状に形成するとともに、絶縁部を境界線の延在方向に垂直な方向に所定の間隔を空けて複数列設することで、短絡防止効果を高めることができる。 According to the disclosed secondary battery, at least one of the positive electrode non-binding surface and the negative electrode non-binding surface is provided with an insulating portion that extends to the outside of the case with respect to the separator, whereby the electrode plate is used as the insulating portion. It can be easily bent along. Thereby, when one electrode plate is bent and deformed, the insulating portion can be brought into contact with the other electrode plate, and the effect of preventing a short circuit of the secondary battery can be enhanced. In addition, the insulating portion is formed in a strip shape along the extending direction of the boundary line between the binding surface and the non-binding surface, and the insulating portion is spaced apart in a direction perpendicular to the extending direction of the boundary line. By providing a plurality of rows, the short-circuit prevention effect can be enhanced.
以下、図面を参照して、一実施形態に係る二次電池について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。 Hereinafter, a secondary battery according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The embodiment described below is merely an example, and there is no intention of excluding various modifications and technical applications that are not explicitly described in the following embodiment. Each configuration of the present embodiment can be implemented with various modifications without departing from the spirit of the present embodiment, and can be selected or combined as necessary.
[1.電池セル]
図1(A),(B)に、電気自動車やハイブリッド自動車等の駆動用電力源として使用される二次電池のセル10の構造を例示する。このセル10は、エレメント1が収容されたケース11を蓋12で閉塞した密閉型の単位電池である。電池の種類は任意であり、例えばリチウムイオン二次電池やリチウムイオンポリマー電池,ニッケル水素二次電池等であるが、以下の説明ではリチウムイオン二次電池であるものとする。
[1. Battery cell]
1A and 1B illustrate a structure of a
ケース11は、容器状に形成された外装缶である。ケース11の形状は、エレメント1を封入しうる形状であって、例えば頂面に相当する上側部分が開放された直方体状(角形)とされる。頂面側からケース11の内部にエレメント1が挿入された後、頂面に蓋12が溶接固定される。ケース11の素材としては、例えばステンレス鋼やメッキ処理された鋼材,強化プラスティック等が用いられる。セル10のケース11は、気密,水密構造とされ、必要に応じて図示しないベント機構が設けられる。ベント機構は、セル10の内部圧力をケース11の外部に逃がす安全弁として機能する。また、ケース11の頂面には、一対の電極端子13(端子)が蓋12を貫通して設けられる。
The
エレメント1は、シート状の電極板等を積層した発電要素であり、充放電反応に係る電解質が溶解した有機溶媒系の電解液をその内部に含有する。エレメント1の形状は、例えばラミネート状(シート状),円柱状(巻物状),長円柱状(発電要素を楕円渦状,長円渦状となるように扁平に巻回したもの)等に形成される。図1(A),(B)中に示すエレメント1は長円柱状であり、発電要素の巻回軸方向についての一端側(図中左側)の外表面には正極が露出して設けられ、他端側(図中右側)の外表面には負極が露出して設けられる。以下、巻回軸の延在方向をエレメント1及び電極板等の「幅方向」とする。
The
ケース11の内部には、エレメント1内の正極及び負極と電極端子13とを接続する一対の集電体8が収納される。図1(B)に示すように、それぞれの集電体8は、エレメント1の一端部,他端部を挟み込んだ状態でエレメント1に固定される。エレメント1は、その左右両端部を集電体8によって堅固に挟持された状態で、ケース11内に収容される。また、それぞれの集電体8の上端部には、電極端子13が固定される。電極端子13の外周には絶縁部が形成され、蓋12に対して絶縁される。なお、集電体8及び電極端子13は、図1(A),(B)に示すように、ケース11の上面において、幅方向の左右両端部に配置される。
In the
[2.エレメント]
エレメント1は、図2に示すように、正極板2と負極板3との間にセパレータ9を挟んで積層し、これを扁平に巻回した構造とされる。セパレータ9はシート状に形成された微多孔膜であり、正極板2と負極板3とを電気的に絶縁しつつ、リチウムイオンの通過を許容するものである。セパレータ9の膜厚は、例えば数μm〜数十μmに形成される。セパレータ9の素材としては、例えばポリオレフィン系材料(ポリエチレン,ポリプロピレン),ポリフッ化ビニリデン樹脂,不織布,セルロース繊維等が挙げられる。セパレータ9の膜構造は単層,複層のどちらでもよく、表面に耐熱コートや耐アルカリコート,補強コート等が施されたものであってもよい。
[2. element]
As shown in FIG. 2, the
[2−1.正極板]
正極板2(正極電極板)は、図3に示すように、正極集電箔2aの表面に正極活物質層2bが形成されたものである。正極集電箔2aは、板状又は箔状に形成された導電体(例えば、アルミニウム,アルミ合金等)であり、例えば数μm〜数十μmのほぼ均一な厚みを持つ。正極活物質層2bは、正極集電箔2aの表面に正極活物質(リチウム複合酸化物)やバインダー物質,導電材等が結着されてなる部位であり、例えば数十μm〜数百μmの厚みとされる。また、正極活物質層2bは、正極集電箔2aを挟んでその両面に形成される。これにより、正極板2と負極板3とが交互に積層されたエレメント1の内部では、正極板2の両側面でリチウムイオンの授受がなされる。なお、正極活物質の具体例としては、コバルト酸リチウム(LiCoO2)やマンガンスピネル(LiMn2O4)等が挙げられる。
[2-1. Positive electrode plate]
As shown in FIG. 3, the positive electrode plate 2 (positive electrode plate) is obtained by forming a positive electrode
正極活物質層2bは、正極集電箔2aの長手方向に伸びる二辺のうち、片側の一辺に沿って形成される。反対に、正極集電箔2aの他辺の側には、正極活物質層2bが形成されない部分が残存する。ここで、図3に示すように、正極集電箔2aの表面のうち、正極活物質層2bが形成された面のことを結着面2c(正極結着面)と呼び、正極活物質層2bが形成されていない面のことを非結着面2d(正極非結着面)と呼ぶ。
The positive electrode
結着面2cは、セル10の充電時にリチウムイオンを負極板3側に供給し、放電時にリチウムイオンを受け取る部位となる。また、非結着面2dは、集電体8によってその端部が束ねられた状態で挟持される部位であり、セル10の電極端子13(プラス端子)に接続される。正極板2の結着面2cと非結着面2dとの境界線7は、正極板2の長手方向に伸びる二辺に沿って直線状に配置される。
The
図3に示すように、正極集電箔2aの非結着面2dには、絶縁部4が設けられる。絶縁部4は、正極板2と負極板3とを電気的に絶縁する材料で層状に形成された部位であり、例えば正極集電箔2aの表面に絶縁テープを貼着することで形成される。この絶縁テープとしては、絶縁性,耐熱性,難燃性の高い絶縁体を含む粘着テープを使用することができる。例えば、ポリイミドやポリフェニレンサルファイド等を基材とした粘着テープを使用してもよい。あるいは、このような絶縁テープの代わりに、絶縁性を有する樹脂材料やセラミック材料を貼着,塗布,焼成することで絶縁部4を形成してもよい。本実施形態の絶縁部4の厚みは、例えば数十μm〜数百μmの厚みとされる。
As shown in FIG. 3, the insulating
絶縁部4は、結着面2cと非結着面2dとの境界線7の延在方向(正極板2の長手方向)に沿って帯状に形成される。本実施形態の絶縁部4は、その端辺が境界線7に平行となるように配置される。この絶縁部4は、積層した際にセパレータ9よりもケース外側(図面の幅方向のケース側)に延在するように設けられる。つまり、絶縁部4の配設位置は、非結着面2dのうちセパレータ9と対向しない位置とされる。したがって、正極板2及びセパレータ9の積層状態では、非結着面2dのうちセパレータ9よりも飛び出した部分に絶縁部4が配置される。
The insulating
絶縁部4の本数は、正極集電箔2aの片面につき二本とされ、正極集電箔2aを挟んでその両面に合計四本の絶縁部4が形成される。つまり、正極板2の非結着面2dには、片面につき二本の絶縁部4がほぼ平行となるように、所定の間隔を空けて列設される。絶縁部4の幅(幅方向の寸法)は、少なくともエレメント1に積層された状態で、隣接する二つの負極集電箔3a間の寸法(積層方向の寸法)よりも大きい幅とされ、例えば数mm〜数十mmの範囲内で設定される。
The number of the insulating
図3に示すように、正極集電箔2aの非結着面2dは、二本の絶縁部4によって三つの領域に区画される。ここで、正極活物質層2bに近い側の絶縁部4を第一絶縁部4aと呼び、正極活物質層2bから遠い側の絶縁部4を第二絶縁部4bと呼ぶ。また、第一絶縁部4aと第二絶縁部4bとで挟まれた領域のことを、第一曲げガイド部5と呼び、第一絶縁部4aと正極活物質層2b(境界線7)とで挟まれた領域のことを、第二曲げガイド部6と呼ぶ。
As shown in FIG. 3, the
第一曲げガイド部5は、第一絶縁部4aの端辺のうち、結着面2cとは反対側の端辺に隣接して設けられた部位である。第一曲げガイド部5の幅寸法は、正極集電箔2aが屈曲したときに二つの絶縁部4同士が干渉しない程度の寸法とされ、例えば数百μm〜数mmの範囲内で設定される。また、第二曲げガイド部6は、第一絶縁部4aの端辺のうち、結着面2cに近い端辺に隣接して設けられた部位である。
The 1st bending
正極集電箔2aにおいて、第一絶縁部4a,第二絶縁部4bに被覆された部位は、絶縁部4の厚みに対応する分だけ断面積が板厚方向外側に増大する。これにより、板厚方向に垂直な中心線(正極板2の短手方向に延在する中心線)を基準とした断面二次モーメントは、絶縁部4に被覆されている部分よりも絶縁部4に被覆されていない部分の方が小さくなる。したがって、第一曲げガイド部5,第二曲げガイド部6は、絶縁部4に被覆された部位よりも曲げ剛性が低く、座屈しやすい部分となる。
In the positive electrode
また、座屈によって正極集電箔2aが折れ曲がりやすい位置は、曲げ剛性が急変する位置である。したがって、エレメント1に幅方向の外力が作用したときには、第一絶縁部4a,第二絶縁部4bのそれぞれにおける両端辺近傍が、折れ曲がりやすくなる。このように、本実施形態では、正極板2の長手方向に絶縁部4を帯状に設けることによって、正極集電箔2aが絶縁部4の両端辺に沿って折れ曲がりやすい構造を形成している。
Moreover, the position where the positive electrode
本実施形態の第一曲げガイド部5は、外力作用時に正極集電箔2aが山折りされる位置(エレメント1の外側から見たときの山折り線)に対応し、第二曲げガイド部6は、外力作用時に正極集電箔2aが谷折りされる位置(エレメント1の外側から見たときの谷折り線)に対応する。このように、正極集電箔2aに第一曲げガイド部5,第二曲げガイド部6を設けることで、外力作用時における正極集電箔2aの屈曲位置が制御される。
The first
[2−2.負極板]
負極板3(負極電極板)は、負極集電箔3aの表面に負極活物質層3bが形成されたものである。負極集電箔3aは、板状又は箔状に形成された導電体(例えば、銅,ニッケル等)であり、例えば数μm〜数十μmのほぼ均一な厚みを持つ。負極活物質層3bは、負極集電箔3aの表面に負極活物質やバインダー物質,導電材等が結着されてなる部位であり、例えば数十μm〜数百μmの厚みとされる。また、負極活物質層3bは、正極活物質層2bと同様に、負極集電箔3aを挟んでその両面に形成される。なお、負極活物質の具体例としては、グラファイトをはじめとするカーボン材料やケイ素系合金材料等が挙げられる。
[2-2. Negative electrode plate]
The negative electrode plate 3 (negative electrode plate) has a negative electrode
負極活物質層3bも、負極集電箔3aの長手方向に伸びる二辺のうち、片側の一辺に沿って形成される。したがって、負極集電箔3aの他辺の側には、負極活物質層3bが形成されない部分が残存する。ここで、負極集電箔3aの表面のうち、負極活物質層3bが形成された面のことを結着面3c(負極結着面)と呼び、負極活物質層3bが形成されていない面のことを非結着面3d(負極非結着面)と呼ぶ。
The negative electrode
結着面3cは、二次電池の充放電に係るリチウムイオンの授受が行われる部位となる。非結着面3dは、集電体8によってその端部が束ねられた状態で挟持される部位であり、セル10の電極端子13(マイナス端子)に接続される。図2に示すように、正極板2の非結着面2dがセル10の幅方向における一側(図中の左側)に配置されるのに対し、負極板3の非結着面3dはセル10の幅方向における他側(図中の右側)に配置される。なお、負極板3の結着面3cと非結着面3dとの境界線は、負極板3の長手方向に伸びる二辺に沿って直線状に配置される。
The
[2−3.積層状態]
図4は、正極板2,負極板3,セパレータ9の積層状態を説明するための模式的な断面図である。図4では、紙面の縦方向(厚み方向)の寸法を大きくデフォルメし、正極板2,負極板3,セパレータ9のそれぞれの隙間を便宜的に大きく表示している。また、図4中では、正極板2,負極板3が平行に配置されているが、エレメント1の左右両端部は集電体8よって厚み方向に挟み込まれて束ねられる。そのため、実際には図6に示すように、エレメント1の左右両端部において、隣接する正極板2,負極板3が互いに接近するように湾曲した配置となる。
[2-3. Laminated state]
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the laminated state of the
図4に示すように、負極板3の結着面3cは、正極板2の結着面2cよりも面積が大きく形成される。また、正極板2と負極板3とが積層された状態で、少なくとも正極板2の結着面2cの全体に対して負極板3の結着面3cが対向するように、結着面3cの位置が設定される。つまり、エレメント1をその側面から積層方向に透視したときに、正極板2の結着面2cが負極板3の結着面3cの内側に包含されるように、正極板2及び負極板3が積層される。
As shown in FIG. 4, the
図4中のXは、正極活物質層2bと負極活物質層3bとが対向する部位の範囲(対向領域X)を示す。負極活物質層3bは、対向領域Xよりも幅方向外側にはみ出して配置される。図4中のYは、対向領域Xから負極活物質層3bがはみ出している部位の範囲(超過領域Y)を示す。これにより、負極活物質層3bにおけるリチウムイオンの捕捉性が向上し、負極板3の表面にリチウム金属が析出しにくくなる。
X in FIG. 4 indicates a range of a region where the positive electrode
図4中のZは、正極集電箔2aが負極活物質層3bと対向していない部分の範囲(非対向領域Z)を示す。正極集電箔2a上に形成された絶縁部4は、負極板3の負極活物質層3bと対向しない非対向領域Zに配置される。つまり、エレメント1をその側面から積層方向に透視したときに、負極活物質層3bと重合しないように絶縁部4の位置が設定される。絶縁部4が形成されうる位置は、図4中の非対向領域Zの内側とされる。
Z in FIG. 4 indicates a range (non-opposing region Z) where the positive electrode
また、セパレータ9は、結着面2c及び結着面3cよりも面積が大きく形成される。つまり、エレメント1の積層状態において、少なくともセパレータ9の全体に対して結着面2c及び結着面3cが対向するように、セパレータ9のサイズ及び幅方向の位置が設定される。したがって、エレメント1をその側面から積層方向に透視したときに、セパレータ9は負極活物質層3bよりもさらに外側にはみ出して配置される。
In addition, the
図4中のWは、正極集電箔2aがセパレータ9と対向していない部分の範囲(突出領域W)を示す。本実施形態の絶縁部4は、セパレータ9よりも幅方向外側に配置される。つまり、エレメント1をその側面から積層方向に透視したときに、負極活物質層3bだけでなくセパレータ9にも重合しないように、絶縁部4の位置が突出領域W内に設定される。また、絶縁部4の端辺は、突出領域Wの端辺にほぼ一致するように配置される。これにより、エレメント1に幅方向の外力が作用したときには、突出領域Wの端辺近傍で正極集電箔2aが折れ曲がりやすくなる。なお、セパレータ9のサイズは、少なくとも対向領域X及び超過領域Yをカバーして、非対向領域Zに若干はみ出す大きさに設定される。
4 indicates a range (protrusion region W) where the positive electrode
[3.作用]
例えばセル10の外部からの衝撃により、エレメント1に幅方向の外力が作用すると、エレメント1が左右何れかの集電体8に向かって移動し、エレメント1の左右両端部が変形する。このとき、正極側の集電体8の近くでエレメント1が変形すると、負極板3の端辺と正極板2の正極集電箔2aとが近接し、内部短絡が発生しやすくなる。特に、リチウムイオン二次電池の負極板3は正極板2よりも大きく、図4に示すように、負極活物質層3bが正極活物質層2bよりも幅方向にはみ出して設けられる。そのため、エレメント1が変形した場合には、負極側の集電体8よりも正極側の集電体8で内部短絡が発生する可能性が高い。
[3. Action]
For example, when an external force in the width direction acts on the
一方、本実施形態の正極集電箔2aの非結着面2dには、絶縁部4が帯状に形成されている。これにより、図5に示すように、第一絶縁部4a,第二絶縁部4bのそれぞれにおける両端辺で正極集電箔2aが屈曲し、負極板3の端辺は絶縁部4の表面に当接する。つまり、正極集電箔2a上の絶縁部4が、負極板3の幅方向への移動を阻止する向きとなり、エレメント1の変形が抑制されると同時に、負極板3の端辺が絶縁部4によって絶縁され、内部短絡の発生が回避される。
On the other hand, the insulating
また、図6(A)に示すように、本実施形態のエレメント1は、対向領域Xから左右に飛び出している正極集電箔2a及び負極集電箔3aのそれぞれが、集電体8によって厚み方向に束ねられている。したがって、エレメント1に幅方向の外力が作用したときには、図6(B)に示すように、それぞれの正極集電箔2aの第一曲げガイド部5が厚み方向外側に突出するように、くの字型に変形する。これにより、それぞれの負極板3の端辺が第一絶縁部4aに確実に当接し、内部短絡が阻止される。また、それぞれの負極板3の端辺が第一絶縁部4aによって移動を拘束されるため、正極板2に対する負極板3のスライド移動が抑制される。
In addition, as shown in FIG. 6A, in the
[4.効果]
(1)上記の二次電池のセル10では、図2,図4に示すように、正極集電箔2aの非結着面2dに形成される絶縁部4が、セパレータ9よりもケース11の外側方向(幅方向)に延在して設けられる。この絶縁部4は、第一曲げガイド部5,第二曲げガイド部6よりも曲げ剛性が高い部位であり、絶縁部4の両端辺が外力の作用時に折れ曲がりやすい部位となる。このような折れ曲がりやすい部位を突出領域Wの端辺近傍に設けることで、正極集電箔2aが屈曲変形した際に、絶縁部4を負極板3の端辺に当接させることができる。したがって、セル10の内部短絡が発生する可能性を低下させることができ、短絡防止効果を高めることができる。
[4. effect]
(1) In the
また、絶縁部4が突出領域Wの内部に配置されることから、エレメント1の厚み方向の寸法を増大させることなく、絶縁性を高めることができる。例えば、絶縁部4の厚みを正極活物質層2bの厚みよりも大きくすることが容易である。つまり、絶縁性の高い絶縁部4を形成することが容易であり、セル10の短絡防止効果を高めることができる。また、絶縁部4が超過領域Yには形成されないため、超過領域Yに絶縁部4を形成した場合と比較して、セル10の重量及びコストを削減することができる。なお、図4に示すように、正極集電箔2aの超過領域Yは、その上下に挟装されるセパレータ9によって絶縁することができる。
Further, since the insulating
(2)上記のセル10では、図3に示すように、絶縁部4が結着面2cと非結着面2dとの境界線7の延在方向に沿って帯状に形成される。これにより、積層された負極板3の端辺をその長手方向の全長にわたって、絶縁部4に当接させることができ、短絡防止効果を高めることができる。また、例えば絶縁テープを用いて絶縁部4を形成することが容易であり、製造に係る手間やコストを削減することができる。
(2) In the
(3)上記のセル10では、図3,図4に示すように、絶縁部4が幅方向に所定の間隔を空けて列設される。このように、帯状の絶縁部4を列設することで、曲げ剛性の低い部分を二つの絶縁部4の間に(ライン状に)形成することができ、正極集電箔2aが折れ曲がる位置を確実に設定することができ、短絡防止効果を高めることができる。
(3) In the
(4)上記のセル10の第一絶縁部4a及び第二絶縁部4bに挟まれた第一曲げガイド部5は、絶縁部4に被覆された部位よりも曲げ剛性が低く、座屈しやすい部分となる。また、第一絶縁部4aよりも正極活物質層2b側に位置する第二曲げガイド部6も、絶縁部4に被覆された部位よりも曲げ剛性が低く、座屈しやすい部分となる。このような折れ曲がりやすい部位を第一絶縁部4aの両端辺に沿って設けることで、正極集電箔2aの変形状態を適切にコントロールすることができ、絶縁部4を負極板3の端辺に当接させることができる。したがって、セル10の内部短絡が発生する可能性を低下させることができ、短絡防止効果を高めることができる。また、絶縁部4の面内で正極集電箔2aが折れ曲がりにくくなるため、絶縁部4を破断しにくくすることができ、短絡防止効果を高めることができる。
(4) The first
(5)上記の絶縁部4は、正極集電箔2aの両面に絶縁テープを貼着することで形成されるため、簡素な構成で絶縁部4を設けることができ、製造に係る手間やコストを削減することができる。
(6)リチウムイオン二次電池では一般に、正極活物質層2bよりも負極活物質層3bの方が広くなるようにエレメント1が形成される。このようなエレメント1において、正極集電箔2aの表面に絶縁部4を設けることで、正極板2と負極板3との間の短絡を確実に防止することができ、短絡防止効果を高めることができる。
(5) Since the insulating
(6) In a lithium ion secondary battery, the
[5.変形例]
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。図7(A)〜(D)は、変形例としての二次電池のセル10を説明するための断面図である。以下、上述の実施形態と同一の要素については、同一の符号を用いて説明する。
[5. Modified example]
Regardless of the embodiment described above, various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Each structure of this embodiment can be selected as needed, or may be combined appropriately. 7A to 7D are cross-sectional views for explaining a
図7(A)は、第一曲げガイド部5に曲げ癖をつけたもの(予め僅かに屈曲させたもの)である。この曲げ癖は、正極板2の生産時に形成しておくことが好ましい。このような正極集電箔2aの屈曲形状により、外力に対して正極集電箔2aを弾性的に変形させることができ、幅方向に作用する衝撃を吸収,緩和することができる。また、正極集電箔2aがその衝撃に屈して折り曲げられた際には、上述の実施形態と同様に、負極板3の端辺を第一絶縁部4aに当接させることができ、短絡防止効果を高めることができる。
FIG. 7A shows the first
図7(B)は、第一曲げガイド部5に曲げ癖をつけてから元の形状に戻したもの(あるいは、折り曲げ,折り戻しを数度繰り返して折り癖を付けたもの)である。折り曲げの方向は、上述の実施形態と同様に、正極集電箔2aが厚み方向外側に突出する方向とすることが好ましい。このような曲げ癖を形成した場合であっても、衝撃吸収効果と短絡防止効果とを両立させることができる。
FIG. 7B shows the first
図7(C)は、第一曲げガイド部5に溝を切削形成したもの、あるいは、正極集電箔2aの表面を引掻いて溝状の傷をつけたものである。これらの溝は、正極集電箔2aの厚み方向の寸法を削減して形成される。また、図7(D)は、第一曲げガイド部5における厚み方向の寸法を他の部位の厚み寸法よりも小さく(薄く)形成したものである。これらのように、板厚方向の断面積が小さい部位を第一曲げガイド部5に設けておくことで、絶縁部4に被覆された部位よりも第一曲げガイド部5の曲げ剛性を低くすることができ、その位置で折れ曲がりやすくすることができる。したがって、上述の実施形態と同様に、正極集電箔2aの変形状態を適切にコントロールすることができ、絶縁部4を負極板3の端辺に当接させることができる。
FIG. 7C shows a groove formed by cutting a groove in the first
上述の実施形態,変形例では、正極集電箔2aの片面につき二本の絶縁部4が形成されたものを示したが、絶縁部4の箇所数はこれに限定されない。少なくとも、正極集電箔2aの片面に第一絶縁部4aを形成することで、正極集電箔2aの変形状態をコントロールしつつ第一絶縁部4aと負極板3の端辺とを当接させることができ、セル10の短絡防止効果を高めることができる。
In the above-described embodiment and modification, the two insulating
上述の実施形態では、絶縁部4が突出領域W内に設定されたものを例示したが、絶縁部4の配設位置はこれに限定されない。例えば、図8(A)に示すように、突出領域W内だけでなく、突出領域Wに隣接する超過領域Y内にも絶縁部4を配置してもよい。絶縁部4によって被覆される面積が増大するほど、負極板3の端辺が正極集電箔2aに対して直接的に接触しにくくなり、内部短絡が発生しにくくなる。
In the above-described embodiment, the insulating
一方、正極集電箔2aの全体を絶縁部4で被覆した場合、正極集電箔2a自体の変形による絶縁部4の破断,剥離が発生する位置を制御することが難しくなる。そこで、図8(A)に示すように、突出領域Wの端辺近傍に第二曲げガイド部6として機能する隙間を形成してもよい。このように、正極集電箔2aの屈曲位置を積極的にガイドすることで、短絡防止効果を高めることができる。
On the other hand, when the whole positive electrode
また、上述の実施形態では、絶縁部4の端辺が突出領域Wの端辺にほぼ一致するように配置されたものを例示したが、絶縁部4の配設位置はこれに限定されない。例えば、図8(B)に示すように、絶縁部4の端辺を突出領域Wよりも僅かに境界線7側に突出させてもよい。あるいは、図8(C)に示すように、絶縁部4の端辺を突出領域Wよりも僅かに幅方向外側に位置させてもよい。絶縁部4の端辺の位置は、例えば図5に示すように、負極板3の端辺が絶縁部4の表面に当接するように正極集電箔2aを変形させる位置であればよい。
Further, in the above-described embodiment, an example in which the end portion of the insulating
上述の実施形態では、正極板2の非結着面2dに絶縁部4を形成したものを示したが、これと同様の絶縁部を負極板3の非結着面3dに形成してもよい。この場合、正極板2の端辺と負極集電箔3aとの間の内部短絡を防止することができ、上述の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。
なお、上述の実施形態では、電気自動車やハイブリッド自動車等の駆動用電力源として使用される二次電池のセル10の構造を説明したが、上記のセル10の用途はこれに限定されない。例えば、上記のセル10を携帯電話機やスマートフォン,携帯情報端末の二次電池として使用することができる。
In the above-described embodiment, the insulating
In the above-described embodiment, the structure of the
1 エレメント
2 正極板(正極電極板)
2a 正極集電箔
2b 正極活物質層
2c 結着面(正極結着面)
2d 非結着面(正極非結着面)
3 負極板(負極電極板)
3a 負極集電箔
3b 負極活物質層
3c 結着面(負極結着面)
3d 非結着面(負極非結着面)
4 絶縁部
5 第一曲げガイド部
6 第二曲げガイド部
7 境界線
8 集電体
9 セパレータ
10 セル
W 突出領域
X 対向領域
Y 超過領域
Z 非対向領域
1
2a Positive electrode
2d Non-binding surface (Positive electrode non-binding surface)
3 Negative electrode plate (negative electrode plate)
3a Negative electrode
3d Non-binding surface (negative electrode non-binding surface)
4 Insulating
Claims (6)
前記正極非結着面又は前記負極非結着面に設けられ、前記セパレータより前記ケースの外側に延在する絶縁部を備え、
前記絶縁部が、前記結着面と前記非結着面との境界線の延在方向に沿って帯状に形成されるとともに、前記境界線の延在方向に垂直な方向に所定の間隔を空けて複数列設される
ことを特徴とする、二次電池。 A positive electrode plate having a positive electrode binding surface with a positive electrode active material bound to the surface of the positive electrode current collector foil and a positive electrode non-binding surface with no positive electrode active material bound thereto, and a surface of the negative electrode current collector foil A negative electrode plate having a negative electrode binding surface to which a negative electrode active material is bound and a negative electrode non-binding surface to which the negative electrode active material is not bound; and larger than the positive electrode binding surface and the negative electrode binding surface In a secondary battery that is formed and stacked and accommodated in a case, the separator disposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate,
An insulating portion provided on the positive electrode non-binding surface or the negative electrode non-binding surface and extending outside the case from the separator ;
The insulating portion is formed in a band shape along the extending direction of the boundary line between the binding surface and the non-binding surface, and has a predetermined interval in a direction perpendicular to the extending direction of the boundary line. A plurality of rows of secondary batteries.
ことを特徴とする、請求項1記載の二次電池。 Provided between a plurality of said insulating portion, the bend than the site coated with the insulating portion stiffness, comprising the low bending guide portion, the secondary battery according to claim 1, wherein.
ことを特徴とする、請求項2記載の二次電池。 The secondary battery according to claim 2 , wherein the bending guide portion is formed by bending the current collector foil.
ことを特徴とする、請求項2又は3記載の二次電池。 The secondary battery according to claim 2 , wherein the bending guide portion is formed by reducing a thickness direction dimension of the current collector foil.
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の二次電池。 It said insulating portion, the adhesive tape comprising an insulator, characterized by comprising adhered to the surface of the collector foil, the secondary battery according to any one of claims 1-4.
前記絶縁部が、前記正極集電箔の表面に形成される
ことを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載の二次電池。 The secondary battery is a lithium ion secondary battery,
Said insulating section, said to be formed on the surface of the positive electrode current collector foil and said secondary battery according to any one of claims 1-5.
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