WO2024135555A1 - 円筒形電池 - Google Patents
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Definitions
- This disclosure relates to cylindrical batteries.
- a cylindrical battery comprises a wound electrode body, a cylindrical outer can with a bottom that houses the electrode body, and a sealing body that closes the opening of the outer can.
- the electrode body generally has a positive electrode lead connected to the positive electrode and a negative electrode lead connected to the negative electrode.
- one of the leads is connected to the outer can, so that the outer can becomes the external terminal of the positive electrode or negative electrode.
- Patent Document 1 discloses a cylindrical battery that comprises a negative electrode lead welded to the inner surface of the bottom of the outer can, and a lower insulating plate disposed between the electrode body and the can bottom.
- the lower insulating plate has the function of preventing a short circuit due to contact between the negative electrode lead and the positive electrode.
- the tip of the lead is not welded to the bottom of the can. For this reason, there is a concern that the tip of the lead may move due to impact, vibration, etc. applied to the battery, and come into contact with the positive electrode, causing a short circuit.
- the cylindrical battery according to the present disclosure is a cylindrical battery comprising an electrode body including an electrode lead, and a bottomed cylindrical outer can housing the electrode body, with a joint formed with the inner surface of the bottom of the outer can at a portion away from the tip of the electrode lead, and further comprising insulating tape attached to at least the first lead surface facing the electrode body, on the tip side of the joint of the electrode lead.
- the cylindrical battery disclosed herein effectively prevents the occurrence of a short circuit due to contact between the lead connected to the inner surface of the bottom of the can and the counter electrode of the electrode body. In other words, even if the battery is subjected to a large impact, vibration, etc., causing the tip of the lead to move, the risk of a short circuit occurring due to contact with the counter electrode can be reduced.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylindrical battery according to an embodiment.
- FIG. 2 is an enlarged view of part A in FIG. 4 is an enlarged plan view showing a tip portion of a negative electrode lead to which insulating tape is attached.
- FIG. 13A and 13B are diagrams showing modified examples of the insulating tape.
- cylindrical battery according to the present disclosure is not limited to the embodiment described below.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylindrical battery 10, which is an example of an embodiment.
- the cylindrical battery 10 comprises an electrode body 14 including an electrode lead, and a cylindrical outer can 16 with a bottom that houses the electrode body 14.
- the cylindrical battery 10 also comprises a sealing body 17 that closes the opening of the outer can 16.
- the outer can 16 houses an electrolyte together with the electrode body 14.
- the outer can 16 has a grooved portion 22 formed in its side wall, and the sealing body 17 is supported by the grooved portion 22 to close the opening of the outer can 16.
- the sealing body 17 side of the cylindrical battery 10 is referred to as the top
- the bottom side of the outer can 16 is referred to as the bottom.
- the electrode body 14 has a positive electrode lead 20 and a negative electrode lead 21 as electrode leads.
- the negative electrode lead 21 is joined to the inner bottom surface of the outer can 16 by welding, and a welded portion 21a is formed with the inner bottom surface of the can at a portion away from the tip of the negative electrode lead 21.
- the portion of the negative electrode lead 21 located on the tip side of the welded portion 21a is not joined to the inner bottom surface of the can, and can move due to impact, vibration, etc. applied to the cylindrical battery 10.
- the cylindrical battery 10 has an insulating tape 50 attached to at least the first lead surface facing the electrode body 14, on the tip side of the welded portion 21a of the negative electrode lead 21.
- the liquid electrolyte contains a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent.
- non-aqueous solvents include esters, ethers, nitriles, amides, and mixed solvents of two or more of these.
- non-aqueous solvents include ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and mixed solvents of these.
- the non-aqueous solvent may contain a halogen-substituted product (e.g., fluoroethylene carbonate, etc.) in which at least a portion of the hydrogen of these solvents is replaced with a halogen atom such as fluorine.
- a halogen-substituted product e.g., fluoroethylene carbonate, etc.
- a lithium salt such as LiPF6 is used as the electrolyte salt.
- the solid electrolyte for example, a solid or gel-like polymer electrolyte, an inorganic solid electrolyte, etc. can be used.
- the inorganic solid electrolyte a material known in all-solid-state lithium ion secondary batteries, etc. (for example, an oxide-based solid electrolyte, a sulfide-based solid electrolyte, a halogen-based solid electrolyte, etc.) can be used.
- the polymer electrolyte includes, for example, a lithium salt and a matrix polymer, or a non-aqueous solvent, a lithium salt, and a matrix polymer.
- the matrix polymer for example, a polymer material that absorbs a non-aqueous solvent and gels is used.
- the polymer material for example, a fluororesin, an acrylic resin, a polyether resin, etc. can be used.
- the electrode body 14 has a positive electrode 11, a negative electrode 12, and a separator 13, and has a wound structure in which the positive electrode 11 and the negative electrode 12 are wound in a spiral shape with the separator 13 in between.
- the positive electrode 11, the negative electrode 12, and the separator 13 are all long strip-shaped bodies, and are alternately stacked in the radial direction of the electrode body 14 by being wound in a spiral shape.
- the negative electrode 12 is formed with dimensions slightly larger than the positive electrode 11 to prevent lithium precipitation. In other words, the negative electrode 12 is formed to be longer in the longitudinal direction and width direction than the positive electrode 11.
- the separator 13 is formed with dimensions at least slightly larger than the positive electrode 11, and for example, two separators 13 are arranged to sandwich the positive electrode 11.
- the electrode body 14 has a positive electrode lead 20 joined to the positive electrode 11 and a negative electrode lead 21 joined to the negative electrode 12.
- the positive electrode lead 20 is provided in the longitudinal center of the positive electrode 11, away from the winding start end and winding end end of the electrode body 14.
- the negative electrode lead 21 is provided at one longitudinal end of the negative electrode 12 located on the winding start side of the electrode body 14.
- the arrangement of the electrode leads is not particularly limited, and for example, the negative electrode lead 21 may be provided at the winding end end of the electrode body 14.
- the positive electrode 11 has a positive electrode core 30 and a positive electrode mixture layer 31 formed on at least one surface of the core.
- the positive electrode core 30 can be a foil of a metal such as aluminum or an aluminum alloy that is stable in the potential range of the positive electrode 11, or a film with the metal disposed on the surface.
- the positive electrode mixture layer 31 contains a positive electrode active material, a conductive agent such as acetylene black, and a binder such as polyvinylidene fluoride (PVdF), and is preferably formed on both sides of the positive electrode core 30.
- PVdF polyvinylidene fluoride
- the positive electrode active material for example, a lithium transition metal complex oxide containing Ni, Co, Mn, Al, etc. is used.
- the positive electrode lead 20 is preferably directly bonded to the positive electrode core 30 by ultrasonic welding or the like.
- the negative electrode 12 has a negative electrode core 40 and a negative electrode mixture layer 41 formed on at least one surface of the core.
- the negative electrode core 40 can be made of a foil of a metal such as copper or a copper alloy that is stable in the potential range of the negative electrode 12, or a film with the metal disposed on the surface.
- the negative electrode mixture layer 41 contains a negative electrode active material and a binder such as styrene-butadiene rubber (SBR), and is preferably formed on both sides of the negative electrode core 40.
- SBR styrene-butadiene rubber
- graphite or a material containing Si is used as the negative electrode active material.
- the negative electrode lead 21 is preferably directly bonded to the negative electrode core 40 by ultrasonic welding or the like. It is also possible to electrically connect the negative electrode 12 and the outer can 16 by bringing the negative electrode core 40 into contact with the inner surface of the outer can 16.
- the cylindrical battery 10 is provided with an upper insulating plate 18 that is disposed between the sealing body 17 and the electrode group and has an opening through which the positive electrode lead 20 passes.
- the electrode group refers to the portion of the electrode body 14 that is composed of the positive electrode 11, the negative electrode 12, and the separator 13, excluding the positive electrode lead 20 and the negative electrode lead 21.
- the cylindrical battery 10 also has a lower insulating plate 19 that is disposed between the inner bottom surface of the outer can 16 and the electrode group and has an opening 19a through which the negative electrode lead 21 passes.
- the positive electrode lead 20 extends through the opening of the upper insulating plate 18 toward the sealing body 17, and the negative electrode lead 21 extends through the opening 19a of the lower insulating plate 19 toward the bottom side of the outer can 16.
- the positive electrode lead 20 is connected to the underside of the bottom plate 23 of the sealing body 17 by welding or the like, and the sealing body 17 serves as the positive electrode terminal.
- the negative electrode lead 21 is connected to the inner surface of the bottom of the outer can 16 by welding or the like, and the outer can 16 serves as the negative electrode terminal.
- the negative electrode 12 is disposed on the outermost surface of the electrode body 14, and a core exposed portion 42 is provided where the surface of the negative electrode core 40 is exposed.
- the core exposed portion 42 abuts against the inner surface of the exterior can 16.
- the core exposed portion 42 abuts against the inner surface of the exterior can 16, which is the negative electrode terminal, electrically connecting both longitudinal ends of the negative electrode 12 to the negative electrode terminal, ensuring good current collection.
- the core exposed portion 42 may be provided on a part of the outermost surface of the electrode body 14, but is preferably provided over the entire outermost surface. For example, a portion where the negative electrode mixture layer 41 is not formed is provided on both sides of the negative electrode core 40 for a length of at least one revolution of the electrode body 14 from the winding end of the negative electrode 12.
- the outer can 16 is a cylindrical metal container with a bottom.
- a gasket 28 is provided between the outer can 16 and the sealing body 17 to seal the inside of the battery.
- the outer can 16 has a grooved portion 22 that supports the sealing body 17, formed, for example, by pressing the side portion from the outside.
- the grooved portion 22 is preferably formed in an annular shape along the circumferential direction of the outer can 16, and supports the sealing body 17 on its upper surface.
- the upper end of the outer can 16 is bent inward and crimped to the peripheral edge of the sealing body 17.
- the sealing body 17 has a structure in which, in order from the electrode body 14 side, a bottom plate 23, a lower valve body 24, an insulating member 25, an upper valve body 26, and a cap 27 are stacked.
- Each member constituting the sealing body 17 has, for example, a disk or ring shape, and each member except for the insulating member 25 is electrically connected to each other.
- the lower valve body 24 and the upper valve body 26 are connected to each other at their respective centers, and the insulating member 25 is interposed between their respective peripheral edges.
- FIG. 2 is an enlarged view of part A in Figure 1 (separator 13 is not shown).
- Figure 3 is an enlarged plan view showing the tip of the negative electrode lead 21 with insulating tape 50 attached.
- the insulating tape 50 is attached to at least the first lead surface facing the electrode body 14, on the tip side of the welded portion 21a of the negative electrode lead 21.
- the first lead surface facing the electrode body 14 is referred to as the "upper surface”
- the second lead surface opposite the upper surface is referred to as the "lower surface”.
- the insulating tape 50 covers the entire upper surface of the negative electrode lead 21 within a predetermined length range from the tip of the negative electrode lead 21. In this case, even if the tip of the negative electrode lead 21 that is not joined to the outer can 16 moves due to impact, vibration, etc. applied to the cylindrical battery 10, the risk of a short circuit occurring due to contact between the negative electrode lead 21 and the positive electrode 11 can be reduced.
- the negative electrode lead 21 extends from a portion of the negative electrode 12 located at the beginning of the winding of the electrode body 14 toward the bottom of the can and is welded to the inner surface of the bottom of the can.
- a lower insulating plate 19 is disposed between the electrodes of the electrode body 14 and the bottom of the can, and an opening 19a is formed in the lower insulating plate 19, so that the negative electrode lead 21 extends through the opening 19a toward the bottom of the can.
- the opening 19a is, for example, a circular through-hole formed in the radial center of the cylindrical battery 10, and is disposed below the winding core of the electrode body 14 and the portion from which the negative electrode lead 21 extends from the negative electrode 12.
- a cavity is formed in the winding core along the axial direction of the electrode body 14.
- the lower insulating plate 19 is interposed between the negative electrode lead 21 and the electrode group to prevent contact between the negative electrode lead 21 and the positive electrode 11.
- the lower insulating plate 19 has an opening 19a, the negative electrode lead 21 and the positive electrode 11 may face each other in the vertical direction through the opening 19a. Since this condition is likely to occur at the tip of the negative electrode lead 21, it is preferable that the tip of the negative electrode lead 21 is covered with insulating tape 50.
- the negative electrode lead 21 is a rectangular conductive thin plate, and is made of, for example, a metal whose main component is nickel.
- the width of the negative electrode lead 21 is not particularly limited, but an example is 2 mm or more and 4 mm or less.
- the thickness of the negative electrode lead 21 is also not particularly limited, but an example is 50 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less.
- one negative electrode lead 21 is provided, but multiple negative electrode leads 21 may be provided.
- the negative electrode lead 21 crosses the range of the winding core of the electrode body 14, and its tip is positioned under the positive electrode 11 via the lower insulating plate 19.
- the negative electrode lead 21 extends from the negative electrode 12 near the winding core and is positioned so as to follow the inner surface of the bottom of the can, passing under the winding core and extending to under the positive electrode 11. If the length of the portion of the negative electrode lead 21 extending from the negative electrode 12 is too short, welding becomes difficult, so it is preferable that the negative electrode lead 21 has a length that at least crosses the range of the winding core.
- the negative electrode lead 21 is joined to the inner surface of the can bottom by, for example, resistance welding.
- a welding electrode is inserted from above the winding core to perform welding, and the welded part 21a is formed below the winding core. Then, a predetermined length range from the tip of the negative electrode lead 21 is not joined to the inner surface of the can bottom.
- the predetermined length is, for example, 5 mm or more and 30 mm or less.
- the insulating tape 50 includes, for example, a tape base material and an adhesive layer formed on one side of the base material, and is attached to the surface of the negative electrode lead 21 via the adhesive layer.
- resins constituting the tape base material include polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), polyimide (PI), polyphenylene sulfide (PPS), polyetherimide (PEI), and polyamide.
- the thickness of the tape base material is, for example, 10 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less. It is preferable that the adhesive constituting the adhesive layer exhibits adhesive strength at room temperature.
- adhesives include acrylic adhesives and synthetic rubber adhesives.
- the insulating tape 50 may contain an insulating inorganic filler.
- the insulating tape 50 may cover substantially the entire upper surface of the negative electrode lead 21 from the tip of the lead to the welded portion 21a. Since the negative electrode lead 21 may have a portion that faces the positive electrode 11 through the opening 19a, it is preferable that the insulating tape 50 cover a wide area on the tip side of the welded portion 21a. The insulating tape 50 preferably covers at least 50% of the range from the tip of the negative electrode lead 21 to the welded portion 21a, and may cover 70% or more.
- the insulating tape 50 protrudes from the top surface of the negative electrode lead 21 and covers the end face along the thickness direction of the negative electrode lead 21. In this case, the risk of a short circuit occurring due to contact between the negative electrode lead 21 and the positive electrode 11 can be further reduced. It is preferable that the insulating tape 50 extends beyond the tip of the negative electrode lead 21 and covers the end face of the tip. In addition, the insulating tape 50 may protrude only on one side of the negative electrode lead 21 in the width direction, but it is preferable that the insulating tape 50 protrudes from both ends in the width direction and covers both end faces in the width direction.
- the negative electrode lead 21 protrudes from the top surface of the lead in three directions.
- the insulating tape 50 also protrudes by the same width on both sides of the width of the negative electrode lead 21.
- the width of the portions protruding from the top surface of the lead on both sides in the width direction may be smaller than the width of the negative electrode lead 21, for example, and may be 1 mm or more and 3 mm or less.
- the insulating tape 50 is also attached to the underside of the negative electrode lead 21. In this case, the risk of a short circuit occurring due to contact between the negative electrode lead 21 and the positive electrode 11 can be further reduced.
- Two pieces of insulating tape 50 may be attached to the negative electrode lead 21, one on the top surface and one on the bottom surface, but in this embodiment, a single folded insulating tape 50 covers both sides of the negative electrode lead 21.
- the insulating tape 50 is composed of a single folded tape. In this case, the insulating tape 50 is less likely to peel off. It is preferable that the portions of the insulating tape 50 that extend beyond the surface of the negative electrode lead 21 are attached to each other.
- the insulating tape 50 is arranged so as to sandwich the tip of the negative electrode lead 21 from both sides in the thickness direction.
- the insulating tape 50 may be folded back at the portions that extend beyond both ends of the negative electrode lead 21 in the width direction, but in this embodiment, it is folded back at the portion that extends beyond the tip.
- the positions of the folded back and opposing ends of the insulating tape 50 do not have to be aligned, but it is preferable that they are aligned from the standpoint of peel resistance, etc.
- the insulating tape 50 covers, for example, the same area of the upper and lower surfaces of the negative electrode lead 21.
- the insulating tape 50 may be attached only to the upper surface of the negative electrode lead 21, or only to the upper surface and end surface. That is, the insulating tape 50 is not attached to the lower surface of the negative electrode lead 21, and the lower surface is in contact with the inner surface of the bottom of the can. In this case, too, it is preferable that the insulating tape 50 is arranged in a state where it protrudes from three sides, the tip of the upper surface of the negative electrode lead 21 and both ends in the width direction. The part of the insulating tape 50 that protrudes from the upper surface of the negative electrode lead 21 may be attached to the inner surface of the bottom of the can.
- the cylindrical battery 10 having the above configuration effectively prevents the occurrence of a short circuit due to contact between the negative electrode lead 21 connected to the inner surface of the bottom of the can and the positive electrode 11 of the electrode body 14. In other words, even if the cylindrical battery 10 is subjected to a large impact, vibration, etc., causing the tip of the negative electrode lead 21 to move, the risk of a short circuit occurring due to contact with the positive electrode 11 can be reduced.
- the lower insulating plate 19 is disposed between the electrode group and the negative electrode lead 21, but it is also possible to omit the lower insulating plate 19.
- the risk of a short circuit can be sufficiently reduced even without the presence of the lower insulating plate 19.
- an adhesive tape including a tape base material and an adhesive layer is used as the insulating tape 50, but the insulating tape 50 may be composed of only the tape base material. In this case, the insulating tape 50 may be attached to the negative electrode lead 21 by ultrasonic welding.
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Abstract
実施形態の一例である円筒形電池は、正極リード（２０）および負極リード（２１）を含む電極体（１４）と、電極体（１４）を収容する有底円筒状の外装缶（１６）とを備え、負極リード（２１）の先端から離れた部分に外装缶（１６）の缶底内面との溶接部（２１ａ）が形成された構造を有する。実施形態の一例である円筒形電池は、負極リード（２１）の先端部において、少なくとも電極体（１４）側を向く上面に貼着された絶縁テープ（５０）をさらに備える。
Description
本開示は、円筒形電池に関する。
円筒形電池は、巻回型の電極体と、電極体を収容する有底円筒状の外装缶と、外装缶の開口部を塞ぐ封口体とを備える。電極体は、一般的に、正極に接続された正極リードと、負極に接続された負極リードとを有する。円筒形電池では、一方のリードが外装缶に接続されることにより、外装缶が正極又は負極の外部端子となる。例えば、特許文献１には、外装缶の缶底内面に溶接された負極リードと、電極体と缶底との間に配置された下部絶縁板とを備える円筒形電池が開示されている。下部絶縁板は、負極リードと正極との接触による短絡を防止する機能を有する。
特許文献１の円筒形電池では、リードの先端部が缶底に溶接されていない。このため、電池に加わる衝撃、振動等によりリードの先端部が動き、正極と接触して短絡することが懸念される。
本開示に係る円筒形電池は、電極リードを含む電極体と、電極体を収容する有底円筒状の外装缶とを備え、電極リードの先端から離れた部分に外装缶の缶底内面との接合部が形成された円筒形電池であって、電極リードの接合部よりも先端側において、少なくとも電極体側を向く第１のリード表面に貼着された絶縁テープをさらに備えることを特徴とする。
本開示に係る円筒形電池によれば、缶底内面に接続されるリードと、電極体の対極との接触による短絡の発生が効果的に抑制される。即ち、電池に大きな衝撃、振動等が加わってリードの先端部が動いた場合でも、対極との接触による短絡の発生リスクを抑えることができる。
以下、図面を参照しながら、本開示に係る円筒形電池の実施形態の一例について詳細に説明する。なお、本開示に係る円筒形電池は、以下で説明する実施形態に限定されない。
図１は、実施形態の一例である円筒形電池１０の断面図である。図１に示すように、円筒形電池１０は、電極リードを含む電極体１４と、電極体１４を収容する有底円筒状の外装缶１６とを備える。また、円筒形電池１０は、外装缶１６の開口部を塞ぐ封口体１７を備える。外装缶１６には、電極体１４と共に電解質が収容されている。外装缶１６は側壁に形成された溝入部２２を有し、封口体１７は溝入部２２に支持されて外装缶１６の開口部を塞いでいる。以下では、説明の便宜上、円筒形電池１０の封口体１７側を上、外装缶１６の缶底側を下とする。
詳しくは後述するが、電極体１４は、電極リードとして、正極リード２０と、負極リード２１とを有する。本実施形態では、負極リード２１が外装缶１６の缶底内面に溶接により接合され、負極リード２１の先端から離れた部分に缶底内面との溶接部２１ａが形成されている。即ち、負極リード２１の溶接部２１ａよりも先端側に位置する部分は、缶底内面に接合されておらず、円筒形電池１０に加わる衝撃、振動等により動き得る。このため、円筒形電池１０は、負極リード２１の溶接部２１ａよりも先端側において、少なくとも電極体１４側を向く第１のリード表面に貼着された絶縁テープ５０を備える。
電解質は、水系電解質であってもよいが、本実施形態では非水電解質を用いるものとする。非水電解質は、リチウムイオン伝導性を有する。非水電解質は、液状の電解質（電解液）であってもよく、固体電解質であってもよい。
液状の電解質（電解液）は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水溶媒には、例えば、エステル類、エーテル類、ニトリル類、アミド類、およびこれらの２種以上の混合溶媒等が用いられる。非水溶媒の一例としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、およびこれらの混合溶媒等が挙げられる。非水溶媒は、これら溶媒の水素の少なくとも一部をフッ素等のハロゲン原子で置換したハロゲン置換体（例えば、フルオロエチレンカーボネート等）を含有していてもよい。電解質塩には、例えば、ＬｉＰＦ６等のリチウム塩が使用される。
固体電解質としては、例えば、固体状もしくはゲル状のポリマー電解質、無機固体電解質等を用いることができる。無機固体電解質としては、全固体リチウムイオン二次電池等で公知の材料（例えば、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質、ハロゲン系固体電解質等）を用いることができる。ポリマー電解質は、例えば、リチウム塩とマトリックスポリマー、あるいは非水溶媒とリチウム塩とマトリックスポリマーとを含む。マトリックスポリマーとしては、例えば、非水溶媒を吸収してゲル化するポリマー材料が使用される。ポリマー材料としては、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテル樹脂等が挙げられる。
電極体１４は、正極１１、負極１２、およびセパレータ１３を有し、正極１１と負極１２がセパレータ１３を介して渦巻き状に巻回された巻回構造を有する。正極１１、負極１２、およびセパレータ１３は、いずれも帯状の長尺体であって、渦巻状に巻回されることで電極体１４の径方向に交互に積層されている。負極１２は、リチウムの析出を防止するために、正極１１よりも一回り大きな寸法で形成される。即ち、負極１２は、正極１１よりも長手方向および幅方向に長く形成される。セパレータ１３は、少なくとも正極１１よりも一回り大きな寸法で形成され、例えば、正極１１を挟むように２枚配置される。
電極体１４は、上記のように、正極１１に接合された正極リード２０と、負極１２に接合された負極リード２１とを有する。本実施形態では、正極リード２０が正極１１の長手方向中央部であって、電極体１４の巻き始め側端および巻き終り側端から離れた位置に設けられている。他方、負極リード２１は電極体１４の巻き始め側に位置する負極１２の長手方向一端部に設けられている。なお、電極リードの配置は特に限定されず、例えば、負極リード２１は電極体１４の巻き終わり側端部に設けられてもよい。
正極１１は、正極芯体３０と、当該芯体の少なくとも一方の面に形成された正極合剤層３１とを有する。正極芯体３０には、アルミニウム、アルミニウム合金など、正極１１の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。正極合剤層３１は、正極活物質、アセチレンブラック等の導電剤、およびポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等の結着剤を含み、正極芯体３０の両面に形成されることが好ましい。正極活物質には、例えば、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ等を含有するリチウム遷移金属複合酸化物が用いられる。なお、正極リード２０は、超音波溶着等により正極芯体３０に直接接合されていることが好ましい。
負極１２は、負極芯体４０と、当該芯体の少なくとも一方の面に形成された負極合剤層４１とを有する。負極芯体４０には、銅、銅合金など、負極１２の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルムなどを用いることができる。負極合剤層４１は、負極活物質、およびスチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の結着剤を含み、負極芯体４０の両面に形成されることが好ましい。負極活物質には、例えば、黒鉛、Ｓｉ含有材料などが用いられる。負極リード２１は、超音波溶着等により負極芯体４０に直接接合されていることが好ましい。なお、負極芯体４０を外装缶１６の内面に接触させて負極１２と外装缶１６を電気的に接続することも可能である。
円筒形電池１０は、封口体１７と電極群との間に配置され、正極リード２０を通す開口部を有する上部絶縁板１８を備える。本明細書において、電極群とは、電極体１４のうち、正極１１、負極１２、およびセパレータ１３から構成される部分であって、正極リード２０および負極リード２１を除く部分を意味する。また、円筒形電池１０は、外装缶１６の缶底内面と電極群との間に配置され、負極リード２１を通す開口部１９ａを有する下部絶縁板１９を備える。
図１に示す例では、正極リード２０が上部絶縁板１８の開口部を通って封口体１７側に延び、負極リード２１が下部絶縁板１９の開口部１９ａを通って外装缶１６の缶底側に延びている。正極リード２０は封口体１７の底板２３の下面に溶接等で接続され、封口体１７が正極端子となる。負極リード２１は外装缶１６の缶底内面に溶接等で接続され、外装缶１６が負極端子となる。
電極体１４の最外周面には、負極１２が配置され、かつ負極芯体４０の表面が露出した芯体露出部４２が設けられている。そして、芯体露出部４２は外装缶１６の内周面に当接している。芯体露出部４２が負極端子である外装缶１６の内周面に当接することで、負極１２の長手方向の両端部と負極端子が電気的に接続され良好な集電性を確保できる。芯体露出部４２は、電極体１４の最外周面の一部に設けられてもよいが、好ましくは最外周面の全域に設けられる。例えば、負極１２の巻き終わり端から電極体１４の１周分以上の長さで負極芯体４０の両面に負極合剤層４１が形成されていない部分が設けられる。
外装缶１６は、有底円筒形状の金属製容器である。外装缶１６と封口体１７との間にはガスケット２８が設けられ、電池内部が密閉される。外装缶１６は、例えば、側面部を外側からプレスして形成された、封口体１７を支持する溝入部２２を有する。溝入部２２は、外装缶１６の周方向に沿って環状に形成されることが好ましく、その上面で封口体１７を支持する。また、外装缶１６の上端部は、内側に折り曲げられ封口体１７の周縁部に加締められている。
封口体１７は、電極体１４側から順に、底板２３、下弁体２４、絶縁部材２５、上弁体２６、およびキャップ２７が積層された構造を有する。封口体１７を構成する各部材は、例えば円板形状又はリング形状を有し、絶縁部材２５を除く各部材は互いに電気的に接続されている。下弁体２４と上弁体２６は各々の中央部で互いに接続され、各々の周縁部の間には絶縁部材２５が介在している。電池の内圧が上昇すると、下弁体２４が上弁体２６をキャップ２７側に押し上げるように変形して破断することにより、下弁体２４と上弁体２６の間の電流経路が遮断される。さらに内圧が上昇すると、上弁体２６が破断し、キャップ２７の開口部からガスが排出される。
以下、図２および図３を参照しながら、負極リード２１および負極リード２１の先端部に貼着された絶縁テープ５０について詳説する。図２は、図１中のＡ部拡大図である（セパレータ１３の図示省略）。図３は、絶縁テープ５０が貼着された負極リード２１の先端部を拡大して示す平面図である。
図２および図３に示すように、絶縁テープ５０は、負極リード２１の溶接部２１ａよりも先端側において、少なくとも電極体１４側を向く第１のリード表面に貼着されている。以下では、電極体１４側を向く第１のリード表面を「上面」、上面と反対側の第２のリード表面を「下面」とする。絶縁テープ５０は、負極リード２１の先端から所定の長さ範囲において、負極リード２１の上面の全体を覆うことが好ましい。この場合、円筒形電池１０に加わる衝撃、振動等により、外装缶１６に接合されていない負極リード２１の先端部が動いた場合でも、負極リード２１と正極１１との接触による短絡の発生リスクを抑えることができる。
負極リード２１は、上記のように、負極１２のうち電極体１４の巻き始め側に位置する部分から缶底側に延び、缶底内面に溶接されている。電極体１４の電極群と缶底との間には下部絶縁板１９が配置されているが、下部絶縁板１９には開口部１９ａが形成されているため、負極リード２１は開口部１９ａを通って缶底側に延びる。開口部１９ａは、例えば、円筒形電池１０の径方向中央部に形成された真円形状の貫通孔であって、電極体１４の巻き芯、および負極１２から負極リード２１が延出する部分の下に配置される。巻き芯には、電極体１４の軸方向に沿った空洞が形成されている。
なお、下部絶縁板１９は、負極リード２１と電極群の間に介在し、負極リード２１と正極１１の接触を防止するが、下部絶縁板１９には開口部１９ａが存在するため、負極リード２１と正極１１が開口部１９ａを介して上下方向に対向する場合がある。このような状態は、負極リード２１の先端部で発生しやすいことから、負極リード２１の先端部は絶縁テープ５０で覆われていることが好ましい。
負極リード２１は、短冊状の導電性薄板であって、例えば、ニッケルを主成分とする金属で構成されている。負極リード２１の幅は特に限定されないが、一例としては、２ｍｍ以上４ｍｍ以下である。負極リード２１の厚みも特に限定されないが、一例としては、５０μｍ以上１５０μｍ以下である。本実施形態では、１本の負極リード２１が設けられているが、負極リード２１は複数設けられてもよい。複数の負極リード２１を有する場合、各負極リード２１の先端部に絶縁テープ５０を貼着することが好ましい。なお、負極リード２１の負極芯体４０上に配置される部分には、絶縁テープ５１が貼着されている。
負極リード２１は、電極体１４の巻き芯の範囲を横切り、その先端部は下部絶縁板１９を介して正極１１の下に配置されている。負極リード２１は、巻き芯の近傍で負極１２から延出して缶底内面に沿うように配置され、巻き芯の下を通って正極１１の下まで延びている。負極リード２１の負極１２から延出する部分の長さが短過ぎると、溶接が難しくなるため、負極リード２１は少なくとも巻き芯の範囲を横切る程度の長さを有することが好ましい。
負極リード２１は、例えば、抵抗溶接により缶底内面に接合される。このため、巻き芯の上から溶接用の電極が挿入されて溶接が行われ、溶接部２１ａは巻き芯の下に形成される。そして、負極リード２１の先端から所定の長さ範囲については、缶底内面に接合されない状態となる。所定の長さは、例えば、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。
絶縁テープ５０は、例えば、テープ基材と、基材の片面に形成された粘着剤層とを含み、粘着剤層を介して負極リード２１の表面に貼着される。テープ基材を構成する樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドなどが例示できる。テープ基材の厚みは、例えば、１０μｍ以上３０μｍ以下である。粘着剤層を構成する粘着剤は、室温で粘着力を発揮するものが好ましい。粘着剤の一例は、アクリル系粘着剤、合成ゴム系粘着剤などである。なお、絶縁テープ５０には、絶縁性の無機物フィラーが含有されていてもよい。
絶縁テープ５０は、負極リード２１の上面のうち、リードの先端から溶接部２１ａまでの範囲の略全域を被覆していてもよい。負極リード２１には、開口部１９ａを介して正極１１と対向する部分が存在する場合があるため、溶接部２１ａよりも先端側の広範囲が絶縁テープ５０で覆われていることが好ましい。絶縁テープ５０は、負極リード２１の先端から溶接部２１ａまでの範囲の少なくとも５０％を覆うことが好ましく、７０％以上を覆っていてもよい。
絶縁テープ５０は、負極リード２１の上面からはみ出し、負極リード２１の厚み方向に沿った端面を覆っている。この場合、負極リード２１と正極１１との接触による短絡の発生リスクをさらに低減できる。絶縁テープ５０は、負極リード２１の先端を超え、先端の端面を覆うことが好ましい。また、絶縁テープ５０は、負極リード２１の幅方向片側だけにはみ出していてもよいが、幅方向両端からはみ出して幅方向両側の端面を覆うことが好ましい。
図３に示す例では、負極リード２１の平面視において、リードの上面から三方にはみ出している。また、絶縁テープ５０は、負極リード２１の幅方向両側に同じ幅ではみ出している。リードの上面から幅方向両側にはみ出した部分の幅は、例えば、負極リード２１の幅より小さく、１ｍｍ以上３ｍｍ以下であってもよい。
絶縁テープ５０は、負極リード２１の下面にも貼着されている。この場合、負極リード２１と正極１１との接触による短絡の発生リスクをさらに低減できる。負極リード２１には、上面と下面に１枚ずつ、２枚の絶縁テープ５０が貼着されてもよいが、本実施形態では、折り返された１枚の絶縁テープ５０が負極リード２１の両面を被覆している。即ち、絶縁テープ５０は、折り返された１枚のテープで構成されている。この場合、絶縁テープ５０が剥がれにくくなる。絶縁テープ５０のうち負極リード２１の表面からはみ出した部分は、互いに貼着されていることが好ましい。
絶縁テープ５０は、負極リード２１の先端部を厚み方向両側から挟むように配置される。絶縁テープ５０は、負極リード２１の幅方向両端からはみ出した部分で折り返されていてもよいが、本実施形態では、先端からはみ出した部分で折り返されている。折り返されて対向する絶縁テープ５０の端部の位置は一致していなくてもよいが、耐剥離性等の観点から一致していることが好ましい。絶縁テープ５０は、例えば、負極リード２１の上面および下面の同じ面積を被覆している。
図４に示すように、絶縁テープ５０は、負極リード２１の上面のみに貼着されていてもよく、或いは上面および端面のみに貼着されていてもよい。即ち、負極リード２１の下面には、絶縁テープ５０が貼着されておらず、下面は缶底内面に接している。この場合も、絶縁テープ５０は、負極リード２１の上面の先端および幅方向両端の三方からはみ出した状態で配置されることが好ましい。絶縁テープ５０のうち負極リード２１の上面からはみ出した部分は、缶底内面に貼着されていてもよい。
以上のように、上記構成を備えた円筒形電池１０によれば、缶底内面に接続される負極リード２１と、電極体１４の正極１１との接触による短絡の発生が効果的に抑制される。即ち、円筒形電池１０に大きな衝撃、振動等が加わって負極リード２１の先端が動いた場合でも、正極１１との接触による短絡の発生リスクを抑えることができる。
なお、上記実施形態は、本開示の目的を損なわない範囲で適宜設計変更できる。例えば、上記実施形態では、電極群と負極リード２１の間に下部絶縁板１９が配置されているが、下部絶縁板１９を省略することも可能である。負極リード２１の溶接部２１ａよりも先端側において正極１１と対向する範囲に絶縁テープ５０を貼着することにより、下部絶縁板１９が存在しなくても、短絡の発生リスクを十分に低減できる。
また、上記実施形態では、絶縁テープ５０として、テープ基材と粘着剤層とを含む粘着テープを用いたが、絶縁テープ５０はテープ基材のみで構成されてもよい。この場合、絶縁テープ５０は、超音波溶着により負極リード２１に貼着されてもよい。
１０ 円筒形電池、１１ 正極、１２ 負極、１３ セパレータ、１４ 電極体、１６ 外装缶、１７ 封口体、１８ 上部絶縁板、１９ 下部絶縁板、１９ａ 開口部、２０ 正極リード、２１ 負極リード、２１ａ 溶接部、２２ 溝入部、２３ 底板、２４ 下弁体、２５ 絶縁部材、２６ 上弁体、２７ キャップ、２８ ガスケット、３０ 正極芯体、３１ 正極合剤層、４２ 芯体露出部、４０ 負極芯体、４１ 負極合剤層、５０，５１ 絶縁テープ
Claims (4)
- 電極リードを含む電極体と、前記電極体を収容する有底円筒状の外装缶とを備え、前記電極リードの先端から離れた部分に前記外装缶の缶底内面との接合部が形成された円筒形電池であって、
前記電極リードの前記接合部よりも先端側において、少なくとも前記電極体側を向く第１のリード表面に貼着された絶縁テープをさらに備える、円筒形電池。 - 前記絶縁テープは、前記第１のリード表面からはみ出し、前記電極リードの厚み方向に沿った端面を覆う、請求項１に記載の円筒形電池。
- 前記絶縁テープは、前記第１のリード表面と反対側の第２のリード表面にも貼着されている、請求項２に記載の円筒形電池。
- 前記絶縁テープは、折り返された１枚のテープで構成されている、請求項３に記載の円筒形電池。
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| JPH0794165A (ja) * | 1993-09-21 | 1995-04-07 | Hitachi Maxell Ltd | 有機電解液電池 |
| JPH07142089A (ja) * | 1993-11-17 | 1995-06-02 | Sanyo Electric Co Ltd | リチウムイオン電池 |
| JP2014112467A (ja) * | 2011-03-31 | 2014-06-19 | Panasonic Corp | 非水電解液電池 |
| JP2021005437A (ja) * | 2017-09-11 | 2021-01-14 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 非水電解質二次電池 |
-
2023
- 2023-12-15 WO PCT/JP2023/045014 patent/WO2024135555A1/ja unknown
Patent Citations (4)
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