JP7426363B2 - secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池に関する。 The present invention relates to a secondary battery.
特開2017-50069号公報には、集電体上に活物質層が形成された正極と負極とが、セパレータが間に存在する状態で積層された電極組立体が、ケース本体と、ケース本体の開口部を覆う蓋とを有するケース内に収容された蓄電装置が開示されている。かかる蓄電装置は、電極タブが、ケース本体の幅方向における側壁に沿って延びるように折り曲げられた折り曲げ部を備えている。電極タブには、導電部材が接続されている。導電部材は、側壁に沿って延びるタブ接続部において、電極タブの折り曲げ部と電気的に接続されている。かかる蓄電装置は、組み立て性が良いとされている。また、かかる蓄電装置によると、エネルギー密度の向上を図ることができるとされている。 JP 2017-50069 A discloses an electrode assembly in which a positive electrode and a negative electrode, each having an active material layer formed on a current collector, are stacked with a separator between them. Disclosed is a power storage device housed in a case having a lid that covers an opening of the power storage device. Such a power storage device includes a bent portion in which the electrode tab is bent so as to extend along the side wall in the width direction of the case body. A conductive member is connected to the electrode tab. The conductive member is electrically connected to the bent portion of the electrode tab at a tab connection portion extending along the side wall. Such power storage devices are said to be easy to assemble. Further, it is said that such a power storage device can improve energy density.
ところで、二次電池に振動や衝撃が加わると、振動や衝撃は、集電部材を介して電池ケース内の電極体にも伝わりうる。その際、電極体のうち、電極集電体と接続されている電極タブにも負荷が加わりうる。本発明者は、電極タブの損傷を抑制したいと考えている。 By the way, when vibrations or shocks are applied to the secondary battery, the vibrations or shocks can also be transmitted to the electrode body inside the battery case via the current collecting member. At this time, a load may also be applied to the electrode tabs of the electrode body that are connected to the electrode current collectors. The inventor would like to suppress damage to the electrode tabs.
ここで開示される二次電池は、第1電極板と、第1電極板と極性が異なる第2電極板とを含む電極体を備えている。第1電極板は、本体部と、本体部から突出するタブ部を有している。第1電極板は、芯体と、芯体上に形成された塗布層と、を含んでいる。タブ部は、芯体の露出部と塗布層の形成部との境界部と、タブ部の突出方向において、タブ部の根元側に、境界部の幅よりも小さな幅を有する第1領域と、タブ部の突出方向において、タブ部の先端側に、境界部の幅よりも大きな幅を有する第2領域と、を有している。
かかる構成によると、タブの損傷が抑制された二次電池が提供される。
The secondary battery disclosed herein includes an electrode body including a first electrode plate and a second electrode plate having a different polarity from the first electrode plate. The first electrode plate has a main body and a tab protruding from the main body. The first electrode plate includes a core and a coating layer formed on the core. The tab portion includes a boundary portion between the exposed portion of the core and the coating layer formation portion, and a first region having a width smaller than the width of the boundary portion on the root side of the tab portion in the protruding direction of the tab portion. In the protruding direction of the tab portion, the tab portion has a second region on the distal end side having a width larger than the width of the boundary portion.
According to this configuration, a secondary battery in which damage to the tab is suppressed is provided.
タブ部が積層され、湾曲された状態で集電体に接合されていてもよい。
第1領域には、塗布層として、活物質層が配置されていてもよい。
第1領域には、塗布層として、保護層が配置されていてもよい。
境界部における幅をW0、第1領域において最も幅が小さい部分の幅をW1、としたとき、W1/W0は、0.5以上1未満であってもよい。
境界部における幅をW0、第2領域において最も幅が大きい部分の幅をW2、としたとき、W2/W0は、1より大きく1.5以下であってもよい。
The tab portions may be stacked and joined to the current collector in a curved state.
An active material layer may be disposed as a coating layer in the first region.
A protective layer may be disposed in the first region as a coating layer.
W1/W0 may be 0.5 or more and less than 1, where W0 is the width at the boundary and W1 is the width of the smallest width in the first region.
When the width at the boundary portion is W0 and the width of the widest portion in the second region is W2, W2/W0 may be greater than 1 and less than or equal to 1.5.
以下、ここで開示される技術の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって、ここで開示される技術の実施に必要な事柄(例えば、電池の一般的な構成および製造プロセス)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。ここで開示される技術は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。本明細書において数値範囲を示す「X~Y」の表記は、特に言及されない限りにおいて「X以上Y以下」を意味する。 Hereinafter, embodiments of the technology disclosed herein will be described with reference to the drawings. Note that matters other than those specifically mentioned in this specification that are necessary for implementing the technology disclosed herein (for example, the general configuration and manufacturing process of batteries) are based on conventional techniques in the field. This can be understood as a matter of design by a person skilled in the art based on the technology. The technology disclosed herein can be implemented based on the content disclosed in this specification and common technical knowledge in the field. In this specification, the expression "X to Y" indicating a numerical range means "more than or equal to X and less than or equal to Y" unless otherwise specified.
なお、本明細書において「二次電池」とは、電解質を介して一対の電極(正極と負極)の間で電荷担体が移動することによって充放電反応が生じる蓄電デバイス一般をいう。かかる二次電池は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池の他に、電気二重層キャパシタ等のキャパシタなども包含する。以下では、上述した二次電池のうち、巻回電極体を備える扁平角型のリチウムイオン二次電池を対象とした場合の実施形態について説明する。 Note that in this specification, the term "secondary battery" refers to a general electricity storage device in which charge and discharge reactions occur due to the movement of charge carriers between a pair of electrodes (positive electrode and negative electrode) via an electrolyte. Such secondary batteries include not only so-called storage batteries such as lithium ion secondary batteries, nickel-hydrogen batteries, and nickel-cadmium batteries, but also capacitors such as electric double layer capacitors. Below, an embodiment will be described in which, among the above-mentioned secondary batteries, a flat prismatic lithium ion secondary battery including a wound electrode body is targeted.
また、本明細書において参照する各図における符号Xは「奥行方向」を示し、符号Yは「幅方向」を示し、符号Zは「高さ方向」を示す。また、奥行方向XにおけるFは「前」を示し、Rrは「後」を示す。幅方向YにおけるLは「左」を示し、Rは「右」を示す。そして、高さ方向ZにおけるUは「上」を示し、「D」は下を示す。但し、これらの方向は説明の便宜上の定めたものであり、ここに開示される二次電池を使用する際の設置形態を限定することを意図したものではない。 Further, in each figure referred to in this specification, the symbol X indicates the "depth direction," the symbol Y indicates the "width direction," and the symbol Z indicates the "height direction." Further, F in the depth direction X indicates "front" and Rr indicates "rear". In the width direction Y, L indicates "left" and R indicates "right". In the height direction Z, U indicates "upper" and "D" indicates lower. However, these directions are determined for convenience of explanation, and are not intended to limit the installation form when using the secondary battery disclosed herein.
<二次電池の構造>
以下、ここに開示される二次電池の一実施形態について図1~図7を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る二次電池100を模式的に示す斜視図である。図2は、図1中のII-II線に沿う模式的な縦断面図である。図3は、図1中のIII-III線に沿う模式的な横断面図である。図4は、封口板54に取り付けられた電極体40を模式的に示す斜視図である。図5は、正極第2集電体72と負極第2集電体77が取り付けられた電極体40を模式的に示す斜視図である。図2に示すように、本実施形態に係る二次電池100は、巻回電極体40と、巻回電極体40を収容する電池ケース50を備えている。
<Structure of secondary battery>
An embodiment of the secondary battery disclosed herein will be described below with reference to FIGS. 1 to 7. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a
<電池ケース>
電池ケース50は、巻回電極体40を収容する筐体である。図示は省略するが、電池ケース50の内部には非水電解液も収容されている。図1に示すように、本実施形態における電池ケース50は、扁平かつ有底の直方体形状(角形)の外形を有する。なお、電池ケース50には、従来公知の材料を特に制限なく使用できる。例えば、電池ケース50は、金属製であるとよい。かかる電池ケース50の材料の一例として、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金等が挙げられる。
<Battery case>
The
電池ケース50は、外装体52と、封口板54とを備えている。外装体52は、上面に開口52h(図2参照)を有する扁平な有底角型の容器である。外装体52は、平面略矩形の底壁52aと、底壁52aの長辺から高さ方向Zの上方に延びる一対の長側壁52bと、底壁52aの短辺から高さ方向Zの上方に延びる一対の短側壁52cとを備えている。一方、封口板54は、図2に示すように、外装体52の開口52hを塞ぐ、平面略矩形の板状部材である。そして、封口板54の外周縁部は、外装体52の開口52hの外周縁部と接合(例えば溶接)されている。これによって、内部が気密に密閉された電池ケース50が作製される。また、封口板54には、注液孔55とガス排出弁57が設けられている。注液孔55は、密閉後の電池ケース50の内部に非水電解液を注液するために設けられた貫通孔である。なお、注液孔55は、非水電解液の注液後に封止部材56によって封止される。また、ガス排出弁57は、電池ケース50内で大量のガスが発生した際に破断(開口)し、当該ガスを排出するように設計された薄肉部である。
The
<電解液>
上述の通り、電池ケース50の内部には、巻回電極体40の他に、電解液(図示省略)も収容されている。電解液には、従来公知の二次電池において使用されているものを特に制限なく使用できる。例えば、電解液には、非水系溶媒に支持塩を溶解させた非水電解液を使用できる。この非水系溶媒の一例として、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のカーボネート系溶媒が挙げられる。支持塩の一例として、LiPF6等のフッ素含有リチウム塩が挙げられる。
<Electrolyte>
As described above, inside the
<電極端子>
また、封口板54の幅方向Yの一方(図1、図2中の左側)の端部には、正極端子60が取り付けられている。かかる正極端子60は、電池ケース50の外側において、板状の正極外部導電部材62と接続されている。一方、封口板54の幅方向Yの他方(図1、図2中の右側)の端部には、負極端子65が取り付けられている。かかる負極端子65には、板状の負極外部導電部材67が取り付けられている。これらの外部導電部材(正極外部導電部材62および負極外部導電部材67)は、外部接続部材(バスバー等)を介して、他の二次電池や外部機器と接続される。なお、外部導電部材は、導電性に優れた金属(アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等)で構成されていることが好ましい。
<Electrode terminal>
Further, a
<電極集電体>
図3および図4に示すように、本実施形態に係る二次電池100では、電池ケース50内に複数個(3個)の巻回電極体40が収容されている。詳しい構造は後述するが、各々の巻回電極体40には、正極タブ群42と負極タブ群44とが設けられている。これらの電極タブ群(正極タブ群42と負極タブ群44)は、電極集電体(正極集電体70と負極集電体75)が接合された状態で折り曲げられている。
<Electrode current collector>
As shown in FIGS. 3 and 4, in the
具体的には、複数の巻回電極体40の各々の正極タブ群42は、正極集電体70を介して正極端子60と接続されている。この正極集電体70は、電池ケース50の内部に収容されている。図2に示すように、この正極集電体70は、封口板54の内側面に沿って幅方向Yに延びる板状の導電部材である正極第1集電体71と、高さ方向Zに沿って延びる板状の導電部材である複数の正極第2集電体72とを備えている。そして、正極端子60の下端部60cは、封口板54の端子挿通孔58を通って電池ケース50の内部に挿入され、正極第1集電体71と接続されている。一方で、図4および図5に示すように、この二次電池100では、複数の巻回電極体40に対応した数の正極第2集電体72が設けられている。それぞれの正極第2集電体72は、巻回電極体40の正極タブ群42に接続される。そして、巻回電極体40の正極タブ群42は、正極第2集電体72と巻回電極体40の一方の側面とが対向するように折り曲げられる(図3参照)。これによって、正極第2集電体72の上端部と正極第1集電体71とが電気的に接続される。正極集電体70には、導電性に優れた金属を好適に使用できる。正極集電体70としては、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等を好適に使用できる。
Specifically, each positive
一方、図2に示すように、複数の巻回電極体40の各々の負極タブ群44は、負極集電体75を介して負極端子65と接続される。かかる負極側の接続構造は、上述した正極側の接続構造と略同一である。具体的には、負極集電体75は、封口板54の内側面に沿って幅方向Yに延びる板状の導電部材である負極第1集電体76と、高さ方向Zに沿って延びる板状の導電部材である複数の負極第2集電体77とを備えている。そして、負極端子65の下端部65cは、端子挿通孔59を通って電池ケース50の内部に挿入され、負極第1集電体76と接続される。一方、複数の負極第2集電体77の各々は、巻回電極体40の負極タブ群44と接続される。そして、負極タブ群44は、負極第2集電体77と巻回電極体40の他方の側面とが対向するように折り曲げられる(図3参照)。これによって、負極第2集電体77の上端部と負極第1集電体76とが電気的に接続される。負極集電体75には、導電性に優れた金属を好適に使用できる。負極集電体75には、銅や銅合金等を好適に使用できる。
On the other hand, as shown in FIG. 2, each negative
<絶縁部材>
また、この二次電池100では、巻回電極体40と電池ケース50との導通を防止するために、種々の絶縁部材が取り付けられている。具体的には、正極外部導電部材62(負極外部導電部材67)と封口板54の外側面との間には、外部絶縁部材92が介在している(図1参照)。これによって、正極外部導電部材62や負極外部導電部材67が封口板54と導通することを防止できる。また、封口板54の端子挿通孔58、59の各々にはガスケット90が装着されている。これによって、端子挿通孔58、59に挿通された正極端子60(または負極端子65)が封口板54と導通することを防止できる。また、正極第1集電体71(または負極第1集電体76)と封口板54の内側面との間には、内部絶縁部材94が配置されている。この内部絶縁部材94は、正極第1集電体71(または負極第1集電体76)と封口板54の内側面との間に介在する板状のベース部94aを備えている。これによって、正極第1集電体71や負極第1集電体76が封口板54と導通することを防止できる。さらに、内部絶縁部材94は、封口板54の内側面から巻回電極体40に向かって突出する突出部94bを備えている。これによって、高さ方向Zにおける巻回電極体40の移動を規制し、巻回電極体40と封口板54が直接接触することを防止できる。加えて、複数の巻回電極体40は、絶縁性の樹脂シートからなる図示しない電極体ホルダに覆われた状態で電池ケース50の内部に収容される。これによって、巻回電極体40と外装体52が直接接触することを防止できる。なお、上述した各々の絶縁部材の材料は、所定の絶縁性を有していれば特に限定されない。一例として、ポリオレフィン系樹脂(例、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE))、フッ素系樹脂(例、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE))等の合成樹脂材料を使用できる。
<Insulating member>
Further, in this
<電極体>
図6は、本実施形態に係る二次電池100の電極体40の構成を示す模式図である。図6に示すように、二次電池100(図2参照)は、第1電極板(この実施形態では、正極板10)と、第1電極板と極性が異なる第2電極板(この実施形態では、負極板20)とを含む電極体40を備えている。本実施形態に係る二次電池100において使用される電極体40は、セパレータ30を介して正極板10と負極板20とが巻回された扁平形状の巻回電極体40である。なお、この二次電池100では、巻回電極体40の巻回軸WLと二次電池100の幅方向Yとが略一致するように、電池ケース50内に巻回電極体40が収容される(図2および図3参照)。すなわち、以下の説明における「巻回軸方向」は、図中の幅方向Yと略同一の方向である。なお、ここに開示される二次電池に使用される電極体は、巻回電極体に限られない。ここに開示される二次電池に使用される電極体は、例えば、複数の略矩形状の正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層された、いわゆる積層電極体であってもよい。電極体を構成する正極板、負極板およびセパレータの角部には、例えば、R加工等が施されていてもよい。
<Electrode body>
FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the
<セパレータ>
巻回電極体40は、正極板10と負極板20との間に介在する2枚のセパレータ30を備えている。各々のセパレータ30は、電荷担体が通過し得る微細な貫通孔が複数形成された絶縁シートである。このセパレータ30を正極板10と負極板20との間に介在させることによって、正極板10と負極板20との接触を防止すると共に、正極板10と負極板20との間で電荷担体(例えばリチウムイオン)を移動させることができる。
<Separator>
The
セパレータ30としては、従来公知の二次電池のセパレータにおいて用いられるものを特に制限なく使用できる。セパレータ30としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂からなる樹脂製の多孔性シートを使用することができる。セパレータ30は、樹脂製の多孔性シートからなる基材部と、基材部の少なくとも一方の表面上に設けられ、無機フィラーを含む耐熱層(Heat Resistance Layer:HRL)と、を有していてもよい。無機フィラーとしては、例えば、アルミナ、ベーマイト、水酸化アルミニウム、チタニア等を使用し得る。
As the
<負極板>
負極板20は、長尺な帯状の部材である。負極板20は、芯体22と、芯体22上に形成された塗布層24と、を含んでいる。芯体22は、帯状の金属箔である。この実施形態では、塗布層24は、負極芯体22の表面に付与された負極活物質層24である。電池性能の観点から、負極活物質層24は、負極芯体22の両面に付与されていることが好ましい。また、負極板20は、負極活物質層24が形成されておらず、負極芯体22が露出した露出部22eが設けられている。さらに、この負極板20には、巻回軸方向(幅方向Y)の一方の端辺から外側(図5中の右側)に向かって突出する負極タブ22tが設けられている。この負極タブ22tは、負極板20の長手方向において所定の間隔を空けて複数設けられている。この負極タブ22tには、負極活物質層24が付与されておらず、負極芯体22が露出した領域(露出部22e)が設けられている。
<Negative electrode plate>
The
負極板20を構成する各部材には、一般的な二次電池(例えば、リチウムイオン二次電池)で使用され得る従来公知の材料を特に制限なく使用できる。例えば、負極芯体22には、所定の導電性を有した金属材料を好ましく使用できる。かかる負極芯体22は、例えば、銅や銅合金等から構成されていることが好ましい。特に限定されないが、負極芯体22の厚みは、例えば、5μm以上であり、15μm以下であることが好ましい。
For each member constituting the
負極活物質層24は、負極活物質を含む層である。負極活物質には、後述する正極活物質との関係において電荷担体を可逆的に吸蔵・放出できれば特に限定されず、従来の一般的な二次電池で使用され得る材料を特に制限なく使用できる。かかる負極活物質としては、例えば、炭素系負極活物質を使用できる。炭素系負極活物質としては、例えば、炭素材料、シリコン系材料などが挙げられる。炭素材料としては、例えば、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、非晶質炭素等を使用し得る。また、黒鉛の表面が非晶質炭素で被覆された非晶質炭素被覆黒鉛などを使用することもできる。一方、シリコン系材料としては、シリコン、シリコン酸化物(シリカ)などが挙げられる。また、シリコン系材料は、他の金属元素(例えばアルカリ土類金属)や、その酸化物を含有していてもよい。また、負極活物質層24は、負極活物質以外の添加剤を含んでいてもよい。かかる添加剤の一例として、バインダ、増粘剤等が挙げられる。バインダの具体例として、スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム系のバインダが挙げられる。また、増粘剤の具体例としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)等が挙げられる。なお、負極活物質層24の固形分全体を100質量%としたときの負極活物質の含有量は、概ね30質量%以上であり、典型的には50質量%以上である。なお、負極活物質は、負極活物質層24の80質量%以上を占めていてもよいし、90質量%以上を占めていてもよい。特に限定されないが、負極活物質層24の厚みは、片面あたり、例えば、70μm以上であり、100μm以下であることが好ましい。
The negative electrode
<正極板>
正極板10は、長尺な帯状の部材である。正極板10は、芯体12と、芯体12上に形成された塗布層14と、を含んでいる。芯体12は、帯状の金属箔である。この実施形態では、塗布層14は、正極芯体12の表面に付与された正極活物質層15と、正極板10の長手方向に正極活物質層15の端部に沿って延びる保護層16と、を含んでいる。電池性能の観点から、正極活物質層15は、正極芯体12の両面に付与されていることが好ましい。また、正極板10には、塗布層14が形成されておらず、正極芯体12が露出した露出部12eが設けられている。
<Positive plate>
The
正極板10は、本体部10mと、本体部10mから突出するタブ部10tを有している。本体部10mは、タブ部10tを除いて芯体12に応じた形状である。この正極板10では、タブ部10tは、巻回軸方向(幅方向Y)の一方の端辺から外側(図6中の左側)に向かって突出した部位である。この正極タブ部10tは、長尺な帯状の正極板10の長手方向において所定の間隔を空けて複数形成されている。露出部12eは、タブ部10tに設けられている。
The
正極板10を構成する各部材には、一般的な二次電池(例えば、リチウムイオン二次電池)で使用され得る従来公知の材料を特に制限なく使用できる。例えば、正極芯体12には、所定の導電性を有した金属材料を好ましく使用できる。かかる正極芯体12は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等から構成されていることが好ましい。特に限定されないが、正極芯体12の厚みは、例えば、5μm以上であり、15μm以下であることが好ましい。
For each member constituting the
正極活物質層15は、正極活物質を含む層である。正極活物質は、上述した負極活物質との関係において電荷担体を可逆的に吸蔵・放出できる粒子状の材料である。高性能の正極板10を安定的に作製するという観点から、正極活物質は、リチウム遷移金属複合酸化物が好適である。上記リチウム遷移金属複合酸化物の中でも、遷移金属として、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびマンガン(Mn)からなる群の少なくとも一種を含むリチウム遷移金属複合酸化物は特に好適である。具体例としては、リチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物(NCM)、リチウムニッケル系複合酸化物、リチウムコバルト系複合酸化物、リチウムマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム系複合酸化物(NCA)、リチウム鉄ニッケルマンガン系複合酸化物等が挙げられる。また、Ni、CoおよびMnを含まないリチウム遷移金属複合酸化物の好適例として、リチウムリン酸鉄系複合酸化物(LFP)等が挙げられる。なお、本明細書における「リチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物」とは、主要構成元素(Li、Ni、Co、Mn、O)の他に、添加的な元素を含む酸化物を包含する用語である。かかる添加的な元素の例としては、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Si、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Na、Fe、Zn、Sn等の遷移金属元素や典型金属元素等が挙げられる。また、添加的な元素は、B、C、Si、P等の半金属元素や、S、F、Cl、Br、I等の非金属元素であってもよい。詳しい説明は省略するが、このことは「~系複合酸化物」と記載した他のリチウム遷移金属複合酸化物についても同様である。また、正極活物質層15は、正極活物質以外の添加剤を含んでいてもよい。かかる添加剤の一例として、導電材、バインダ等が挙げられる。導電材の具体例としては、アセチレンブラック(AB)等の炭素材料が挙げられる。バインダの具体例としては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等の樹脂バインダが挙げられる。なお、正極活物質層15の固形分全体を100質量%としたときの正極活物質の含有量は、概ね80質量%以上であり、典型的には90質量%以上である。特に限定されないが、正極活物質層15の厚みは、片面あたり、例えば、50μm以上であり、90μm以下であることが好ましい。
The positive electrode
保護層16は、正極活物質層15よりも電気伝導性が低くなるように構成された層である。この実施形態では、保護層16は、正極活物質層15の端部に沿って形成されている。保護層16は、正極芯体12上において、セパレータ30を介して負極活物質層24と対向する位置に設けられている。正極活物質層15が正極芯体12の両面に付与されている場合、保護層16も正極芯体12の両面に付与されていることが好ましい。
The
保護層16の構成は特に限定されないが、例えば、樹脂が塗布された層、無機粒子やバインダを含んだ層でありうる。無機粒子としては、アルミナ(Al2O3)、マグネシア(MgO)、シリカ(SiO2)、チタニア(TiO2)等の無機酸化物や、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等の金属水酸化物や、マイカ、タルク、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン等の粘土鉱物や、ガラス繊維などが挙げられる。絶縁性や耐熱性を考慮すると、上述の中でも、アルミナ、ベーマイト、水酸化アルミニウム、シリカおよびチタニアが好適である。また、保護層16は、上記セラミック粒子を正極芯体12の表面に定着させるためのバインダを含有していてもよい。かかるバインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等の樹脂バインダが挙げられる。また、保護層16には、種々の添加剤が含まれていてもよい。添加剤の一例として、炭素材料等の導電材が挙げられる。
The structure of the
保護層16は、正極活物質層15よりも厚みが薄くなるように形成されていることが好ましい。特に限定されないが、保護層16の厚みは、片面あたり、例えば、10μm以上であり、20μm以下であることが好ましい。なお、保護層は、正極板の必須の構成要素ではない。ここに開示される二次電池では、保護層が形成されていない正極板を使用することもできる。
It is preferable that the
このような保護層16が正極活物質層15の端部に沿って設けられていることによって、内部短絡のおそれが低減される。例えば、正極板10と負極板20との間を介在するセパレータ30が破損した際に、保護層16は、正極芯体12と負極活物質層24とが直接接触することを防止しうる。また、保護層16は、タブ部10tに加わる負荷からタブ部10tを保護しうる。
By providing such a
正極板10のタブ部10tの構成を説明する。図7は、タブ部10tの構成を示す平面図である。図7に示されているように、タブ部10tには、タブ部10tの根元側に、部分的に塗布層14が形成されている。なお、この実施形態では、タブ部10tの突出方向は、巻回軸WLと平行な方向に設定されている。ここで、タブ部10tの幅とは、タブ部10tの突出方向に直行する方向の長さのことをいう。タブ部10tの寸法は特に限定されないが、例えば、タブ部10tの幅は、最も大きい部分で25mm~35mm程度でありうる。タブ部10tの長さは、例えば、15mm~25mm程度でありうる。
The configuration of the
タブ部10tは、芯体12の露出部12eと塗布層14の形成部との境界部11を有している。タブ部10tは、タブ部10tの突出方向において、タブ部10tの根元側に、境界部11の幅よりも小さな幅を有する第1領域R1と、タブ部10tの突出方向において、タブ部10tの先端側に、境界部11の幅よりも大きな幅を有する第2領域R2と、を有している。この実施形態では、第1領域R1には、塗布層14として、保護層16が配置されている。
The
タブ部10tの形状は特に限定されない。この実施形態では、第1領域R1および第2領域R2において、タブ部10tは、平面視において曲線状に湾曲した外形形状を有している。境界部11からタブ部10tの根元側に向かって、タブ部10tの幅方向の両端にはくびれ部10t1が形成されている。くびれ部10t1は、平面視においてタブ部10tの縁が円弧状に凹んだ部位である。くびれ部10t1は、第1領域R1に形成されている。また、境界部11からタブ部10tの先端側に向かって、タブ部10tの幅方向の両端には膨出部10t2が形成されている。膨出部10t2は、平面視においてタブ部10tの縁が円弧状に出っ張った部位である。膨出部10t2は、第2領域R2に形成されている。膨出部10t2よりも先端の領域において、タブ部10tの幅は徐々に小さくなっている。膨出部10t2よりも先端の領域において、面取りされている角部を除いてタブ部10tの幅方向の縁は直線状である。タブ部10tの先端は、正極板10の長尺方向と平行な直線状である。
The shape of the
タブ部10tは、露出部12eで集約され、正極タブ群42を構成している。正極タブ群42は、正極第2集電体72に接続されている(図5参照)。正極タブ群42は、正極第2集電体72に接続された後に折り曲げられ、正極第1集電体71を介して二次電池100と接続されている(図2参照)。換言すると、タブ部10tが積層され、湾曲された状態で集電体(ここでは、正極集電体70)に接合されている。ここでは、積層されたタブ部10t(正極タブ群42)が湾曲されて電池ケース50(図2参照)に収容される。それによって、正極タブ群が延びた状態で電池ケースに収容される正極活物質層15の幅をより広くとることができる。その結果、体積エネルギー密度を大きくすることによる電池性能を向上や、電池の小型化を図ることができる。
The
積層されたタブ部10t(正極タブ群42)の折り曲げの程度は特に限定されない。例えば、タブ部10tの根元10bから接続された正極集電体70までの間隔をS1(図3参照)、タブ部10tの根元10bから境界部11までの長さをS2(図7参照)としたときに、S2/S1は、0.6以下であることが好ましく、0.2~0.4であることがより好ましい。
The degree of bending of the stacked
ところで、二次電池100に振動や衝撃が加わると、正極集電体70を介して正極タブ群42と、正極タブ群42を構成するタブ部10tにも曲げ、引張、ねじり、剪断等の負荷がかかる。また、上述した実施形態では、正極タブ群42が折り曲げられて電池ケース50に収容されているため、タブ部10tの折り曲げられている部分にも負荷がかかる。本発明者の知見では、タブ部10tにおいては、剛性が変わる部分や根元10bに特に応力が集中しやすい。上述した実施形態では、タブ部10tの中で、塗布層14(保護層16)が形成されている部分と、露出部12eとの境界部11で剛性が変わっている。そのため、境界部11付近に、特に応力が集中しやすい。境界部11付近に応力が集中すると、境界部11の両端を起点としてタブ部10tが裂けたり損傷したりする懸念がある。
By the way, when vibration or impact is applied to the
上述した実施形態では、タブ部10tは、タブ部10tの突出方向において、タブ部10tの根元側に、境界部11の幅よりも小さな幅を有する第1領域R1と、タブ部10tの突出方向において、タブ部10tの先端側に、境界部11の幅よりも大きな幅を有する第2領域R2と、を有している。つまり、第1領域R1から第2領域R2にかけてタブ部10tの幅が大きくなるように構成されている。かかる構成によって、境界部11において、露出部12eの両端の応力集中を緩和することができる。その結果、タブ部10tを損傷しにくくすることができる。
In the embodiment described above, the
上述した実施形態では、タブ部10tは積層され、湾曲された状態で正極集電体70に接合されている。積層されたタブ部10tは、湾曲されることによって拘束され自由度が減少することにより応力の集中と偏りがより発生しやすくなる。タブ部10tが上述の構成を有することによって、応力集中を緩和する効果がより発揮されうる。
In the embodiment described above, the
なお、タブ部10tの各部分の寸法は特に限定されないが、境界部11と第1領域R1の寸法は以下のように例示される。例えば、境界部11における幅をW0、第1領域R1において最も幅が小さい部分の幅をW1、としたとき、W1/W0は、0.5以上1未満でありうる。境界部11に応力が集中することを緩和する観点からは、W1/W0が小さいほど効果が大きい。W1/W0は、0.98以下であることが好ましく、0.95以下であることがより好ましい。また、正極板10の巻回前など、タブ部10tの搬送時の損傷を防ぐ観点や、正極板10から正極集電体70への導通を確保する観点などからは、W1/W0は、0.5以上であることが好ましく、0.7以上であることがより好ましい。
Although the dimensions of each part of the
境界部11と第2領域R2の寸法は以下のように例示される。例えば、境界部11における幅をW0、第2領域R2において最も幅が大きい部分の幅をW2、としたとき、W2/W0は、1より大きく1.5以下でありうる。境界部11に応力が集中することを緩和する観点からは、W2/W0が大きいほど効果が大きい。W2/W0は、例えば、1.05以上であることが好ましく、1.1以上であることがより好ましい。正極板10の巻回前など、タブ部10tの搬送時の損傷を防ぐ観点からは、W2/W0は、例えば、1.5以下であることが好ましく、1.3以下であることがより好ましい。
The dimensions of the
上述した実施形態では、タブ部10tの縁には、平面視において、円弧状に凹んだくびれ部10t1と、円弧状に出っ張った膨出部10t2が形成されている。このように、タブ部10tの縁が曲線状に形成されていることによって、タブ部10tの一部(この実施形態では、境界部11)に応力が集中することがより緩和されうる。また、タブ部10tの縁が曲線状に形成されていることによって、タブ部10tが裂ける起点ができにくい。
この実施形態では、膨出部10t2よりも先端の領域では、先端に向かうに従ってタブ部10tの幅は徐々に小さくなっている。まず先端部の幅については正極第2集電体72とタブ部10tの接合幅を基準に決定される。根元部が幅広である理由については、衝撃を受けた場合、先端部は全タブが接合されているため各タブへの負荷は均等に作用するが、根元部は各タブに負荷の偏りが生じる。更に、電極体が衝撃により動くことによるタブ部の変位は根元10bにおいて最大となる。そのため強度の観点から先端部より根元部を幅広にすることが好ましく台形を基本とした形状となる。
In the embodiment described above, the edge of the
In this embodiment, the width of the
上述した実施形態では、第1領域R1には、塗布層14として、保護層16が配置されている。この実施形態では、タブ部10tの根元10bは、保護層16に覆われている(図7参照)。例えば、二次電池100に振動や衝撃が加わると、タブ部10tにも負荷がかかる。その際、タブ部10tの根元10bに近い部分に大きな負荷がかかりうる。保護層16が設けられていることによって、タブ部10tの根元10bの剛性が向上する。また、保護層16は、正極活物質層15よりも厚みが薄くなるように形成されている。そのため、境界部11での剛性の変化が比較的小さく、境界部11における応力集中が小さくなりうる。
In the embodiment described above, the
上述した実施形態では、芯体12の露出部12eと境界をなす塗布層14として、保護層16が配置されている。しかしながら、かかる形態に限定されない。例えば、芯体の露出部と境界をなす塗布層として、正極活物質層が配置されていてもよい。例えば、タブ部の突出方向において、タブ部の根元側に、境界部の幅よりも小さな幅を有する第1領域には、塗布層として、活物質層(ここでは、正極活物質層)が配置されていてもよい。この場合、正極活物質層の端部に保護層は配置されない。正極活物質層は、保護層と比較して厚みが厚く形成されうる。そのため、境界部での剛性の変化が比較的大きい。このような場合には、タブ部が上述した構成を有することによって、露出部の両端の応力集中を緩和する効果がより発揮されうる。その結果、タブ部を損傷しにくくすることができる。
In the embodiment described above, the
ここで開示される技術は、正極板だけでなく、負極板にも適用可能である。タブ部の突出方向において、タブ部の根元側に、境界部の幅よりも小さな幅を有する第1領域には、塗布層として、負極活物質層が配置されていてもよい。また、正極板と負極板の両方が上述したタブ部の構成を有していてもよい。ここで開示される技術の効果は、例えば、芯体として使用される材料の強度が低い場合により効果的に発揮される。例えば、アルミニウムは、銅と比較して強度が低い。正極芯体としてアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられ、負極芯体として銅または銅合金が用いられている場合には、正極板のタブ部が上記構成を有している場合の方が、タブ部を損傷しにくくする効果がより効果的に発揮されうる。 The technology disclosed herein is applicable not only to positive electrode plates but also to negative electrode plates. In the protruding direction of the tab portion, a negative electrode active material layer may be disposed as a coating layer on the base side of the tab portion in a first region having a width smaller than the width of the boundary portion. Moreover, both the positive electrode plate and the negative electrode plate may have the configuration of the tab portion described above. The effects of the technology disclosed herein are more effectively exhibited, for example, when the strength of the material used as the core is low. For example, aluminum has lower strength compared to copper. When aluminum or aluminum alloy is used as the positive electrode core and copper or copper alloy is used as the negative electrode core, it is better to use the tab part of the positive electrode plate as described above. The effect of making it less likely to be damaged can be more effectively exhibited.
以上、ここで開示される技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。ここで開示される技術には上記の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although specific examples of the technology disclosed herein have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The techniques disclosed herein include various modifications and changes of the above-described specific examples.
10 正極板(第1電極板)
10m 本体部
10b 根元
10t タブ部
10t1 くびれ部
10t2 膨出部
11 境界部
12 正極芯体(芯体)
12e 露出部
14 塗布層
15 正極活物質層
16 保護層
20 負極板(第2電極板)
22 負極芯体
22e 露出部
22t 負極タブ
24 塗布層(負極活物質層)
30 セパレータ
40 巻回電極体(電極体)
42 正極タブ群
44 負極タブ群
50 電池ケース
60 正極端子
65 負極端子
70 正極集電体
75 負極集電体
100 二次電池
10 Positive electrode plate (first electrode plate)
10m
12e Exposed
22
30
42 Positive
Claims (6)
前記第1電極板は、
本体部と、
前記本体部の端辺から突出するタブ部を有し、
前記第1電極板は、
芯体と、
前記芯体上に形成された塗布層と、
を含み、
前記タブ部は、
前記芯体の露出部と前記塗布層の形成部との境界部と、
前記タブ部の突出方向において、前記タブ部の根元側であって、前記端辺よりも突出した位置に、前記境界部の幅よりも小さな幅を有する第1領域と、
前記タブ部の突出方向において、前記第1領域よりも前記タブ部の先端側に、前記境界部の幅よりも大きな幅を有する第2領域と、
を有する、二次電池。 A secondary battery comprising an electrode body including a first electrode plate and a second electrode plate having a different polarity from the first electrode plate,
The first electrode plate is
The main body and
having a tab portion protruding from an end side of the main body portion;
The first electrode plate is
The core body and
a coating layer formed on the core;
including;
The tab portion is
a boundary between an exposed part of the core and a part where the coating layer is formed;
a first region having a width smaller than the width of the boundary portion at a position on the base side of the tab portion and protruding from the end side in the protruding direction of the tab portion;
a second region having a width larger than the width of the boundary portion, which is located closer to the tip of the tab portion than the first region in the protruding direction of the tab portion;
A secondary battery with.
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