JP2005285646A - Battery pack - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery pack easily preventing overcharge of a lithium ion secondary battery. <P>SOLUTION: The battery pack 1 is equipped with the lithium ion secondary battery 5 having an electrolyte containing lithium ions, a positive active material, and a negative active material intercalating/de-intercalating lithium ions, a pair of plates 70, 72 between which the lithium ion secondary battery 5 is interposed, and a conducting path 46 electrically connected to the positive active material or the negative active material of the lithium ion secondary battery. The conducting path 46 is fixed to one plate 70 and the other plate 72 to connect them, and when prescribed tensile force is applied, conduction is shut off. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は電池パック、詳しくはリチウムイオン二次電池を備えた電池パックに関する。   The present invention relates to a battery pack, and more particularly to a battery pack provided with a lithium ion secondary battery.

繰り返し充放電可能なリチウムイオン二次電池を備えた電池パックが、携帯端末等の電源に広く利用されている。この電池パックを利用する際に、リチウムイオン二次電池に対して過充電をすると、リチウムイオン二次電池が激しく発熱したり内圧が上昇したりする等、種々の不具合が起こることがある。したがって、リチウムイオン二次電池に対して過充電を行わないようにすることが重要である。   A battery pack including a lithium ion secondary battery that can be repeatedly charged and discharged is widely used as a power source for portable terminals and the like. When using this battery pack, if the lithium ion secondary battery is overcharged, various problems may occur, such as the lithium ion secondary battery generating intense heat or increasing the internal pressure. Therefore, it is important not to overcharge the lithium ion secondary battery.

そして、従来は、充電履歴や電池特性等に応じて充電電圧を制御する過充電防止保護回路を有する充電器で電池パックのリチウムイオン二次電池を充電して過充電を防止している(例えば、特許文献1参照)。
特開平10−150730号公報
Conventionally, a charger having an overcharge prevention protection circuit that controls a charging voltage according to a charging history, a battery characteristic, etc., charges the lithium ion secondary battery of the battery pack to prevent overcharging (for example, , See Patent Document 1).
JP-A-10-150730

しかしながら、上述のような方法は充電履歴を取得する必要があって煩雑であり、より簡便にリチウムイオン二次電池の過充電を防止できる電池パックが求められている。   However, the method as described above is complicated because it is necessary to acquire a charge history, and a battery pack that can more easily prevent overcharge of a lithium ion secondary battery is required.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、リチウムイオン二次電池の過充電を簡易に防止することが可能な電池パックを提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the battery pack which can prevent the overcharge of a lithium ion secondary battery easily.

本発明に係る電池パックは、リチウムイオンを含む電解質、正極活物質及びリチウムイオンをインターカレートかつデインターカレートする負極活物質を有するリチウムイオン二次電池と、リチウムイオン二次電池を挟む一対のプレートと、リチウムイオン二次電池の正極活物質又は負極活物質に電気的に接続された導電路と、を備えている。そして、この導電路は一方のプレート及び他方のプレートにそれぞれ固定されることにより一方のプレートと他方のプレートとを連結し、所定の引張力がかかると導電を遮断する。   A battery pack according to the present invention includes a lithium ion secondary battery having an electrolyte containing lithium ions, a positive electrode active material, and a negative electrode active material that intercalates and deintercalates lithium ions, and a pair sandwiching the lithium ion secondary battery. And a conductive path electrically connected to the positive electrode active material or the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery. The conductive path is fixed to one plate and the other plate to connect the one plate and the other plate, and when a predetermined tensile force is applied, the conduction is cut off.

本発明の電池パックによれば、充電時にリチウムイオンが負極活物質にインターカレートして負極活物質が膨張し、これによってリチウムイオン二次電池の体積が膨張する。そして、このリチウムイオン二次電池の体積膨張量は、負極活物質にインターカレートしたリチウムイオンの量、すなわち、電池の残存容量と相関関係がある。そして、リチウムイオン二次電池の充電が進んで残存容量が増え、これに応じてリチウムイオン二次電池の体積が大きくなると、一対のプレートの間隔が広がる。これによって、一対のプレートを連結する導電路に引張力が働くこととなる。そして、この引張力が所定の引張力である閾値を超えると、導電路の導通が遮断される。したがって、導電路の引張力の閾値をあらかじめ適切に設定しておき、この導電路を介して電池パックのリチウムイオン二次電池を充電すれば、リチウムイオン二次電池への過充電を未然に防止できる。   According to the battery pack of the present invention, lithium ions intercalate with the negative electrode active material during charging and the negative electrode active material expands, thereby expanding the volume of the lithium ion secondary battery. The volume expansion amount of the lithium ion secondary battery is correlated with the amount of lithium ions intercalated into the negative electrode active material, that is, the remaining capacity of the battery. Then, as the charging of the lithium ion secondary battery proceeds and the remaining capacity increases, and the volume of the lithium ion secondary battery increases accordingly, the distance between the pair of plates increases. As a result, a tensile force acts on the conductive path connecting the pair of plates. And when this tensile force exceeds a threshold value which is a predetermined tensile force, conduction of the conductive path is interrupted. Therefore, if the threshold value of the tensile force of the conductive path is set appropriately in advance and the lithium ion secondary battery of the battery pack is charged via this conductive path, overcharging to the lithium ion secondary battery can be prevented in advance. it can.

ここで、リチウムイオン二次電池は、正極活物質を含む正極層、セパレータ層及び負極活物質を含む負極層をこの順に積層した積層構造体を有し、一対のプレートは、リチウムイオン二次電池を積層構造体の積層方向の両側から挟むことが好ましい。   Here, the lithium ion secondary battery has a laminated structure in which a positive electrode layer containing a positive electrode active material, a separator layer, and a negative electrode layer containing a negative electrode active material are laminated in this order, and the pair of plates is a lithium ion secondary battery. Is preferably sandwiched from both sides in the stacking direction of the stacked structure.

これによれば、負極活物質を含む負極層の厚み方向の膨張により起こる積層構造体の膨張が、一対のプレート間の間隔の広がりとして顕れるので、リチウムイオン二次電池の充電状態に応じて精度良く導電路の遮断が可能となる。   According to this, since the expansion of the laminated structure caused by the expansion in the thickness direction of the negative electrode layer containing the negative electrode active material appears as an increase in the distance between the pair of plates, the accuracy depends on the state of charge of the lithium ion secondary battery. It is possible to cut off the conductive path well.

また、負極層が面内で不均一に膨張する、例えば、負極層の中央部分が特に膨張する場合でも、一対のプレートによって負極層の膨張を感度よく検出して、導電路の遮断を好適に起こさせることができる。   Further, even when the negative electrode layer expands unevenly in the plane, for example, when the central portion of the negative electrode layer particularly expands, the expansion of the negative electrode layer is detected with high sensitivity by a pair of plates, and the conduction path is preferably cut off. Can be awakened.

ここで、導電路はリード線を有し、このリード線が一方のプレート及び他方のプレートにそれぞれ固定されて一方のプレートと他方のプレートとを連結することが好ましい。   Here, it is preferable that the conductive path has a lead wire, and the lead wire is fixed to one plate and the other plate to connect the one plate and the other plate.

これによれば、リチウムイオン二次電池が充電されて残存容量が増加し、一対のプレート間の間隔が長くなと、一対のプレートにそれぞれ固定されたリード線に引張力が働いて、所定の引張力、例えば、リード線の引張強度に達するとリード線が破断する。これによって、導電路の導通が遮断され、過充電を未然に防ぐことが可能となる。   According to this, when the lithium ion secondary battery is charged to increase the remaining capacity and the distance between the pair of plates is long, a tensile force is applied to the lead wires fixed to the pair of plates, respectively. When a tensile force, for example, the tensile strength of the lead wire is reached, the lead wire breaks. As a result, the conduction of the conductive path is interrupted, and overcharging can be prevented in advance.

また、引張力によってリード線が破断すると、リード線を介した放電は不可能となり、積層構造体の厚みは通常維持される。したがって、プレート間の間隔は広がったままでリード線は再び導通しない。したがって、このようにして所定の閾値を超えるような充電がなされた電池パックの再利用を防止する効果もある。   Further, when the lead wire is broken by the tensile force, discharge through the lead wire becomes impossible, and the thickness of the laminated structure is normally maintained. Thus, the spacing between the plates remains wide and the lead does not conduct again. Therefore, there is an effect of preventing the reuse of the battery pack that has been charged in such a manner as to exceed the predetermined threshold.

ここで、リード線に切り込みが入れられていると、リード線の切り込みに応力が集中するので、導電路の導通を所望の引張力の閾値、すなわち、所望の残存容量において精度よく遮断しやすくなる。   Here, if the lead wire is cut, stress concentrates on the lead wire cut, and it is easy to accurately cut off the conduction of the conductive path at a desired tensile force threshold, that is, a desired remaining capacity. .

一方、導電路は、互いに結合可能なプラグ及びジャックを有し、プラグは一方のプレートに固定され、ジャックは他方のプレートに固定され、ジャック及びプラグが結合することにより一方のプレートと他方のプレートとが連結されていてもよい。   On the other hand, the conductive path has a plug and a jack that can be connected to each other, the plug is fixed to one plate, the jack is fixed to the other plate, and the one plate and the other plate are connected by connecting the jack and the plug. And may be linked.

これによれば、リチウムイオン二次電池が充電されて残存容量が増加し、一対のプレート間の間隔が長くなると、各プレートに固定されたプラグとジャックとが反対方向に引っ張られてこれらの結合が解除されるので、導電路の導通が遮断される。また、引張り力によってプラグとジャックとの結合が解除されたのち、放電がされない限りプレート間の間隔は広がったままで積層構造体の厚みは維持されるので、導電路は再び導通しない。したがって、このような導電路遮断の閾値を超えた充電状態の電池パックの再利用を防止する効果もある。   According to this, when the lithium ion secondary battery is charged to increase the remaining capacity and the distance between the pair of plates is increased, the plug and the jack fixed to each plate are pulled in the opposite direction, and the coupling is established. Is released, the conduction of the conductive path is interrupted. Further, after the coupling between the plug and the jack is released by the pulling force, the thickness of the laminated structure is maintained without increasing the distance between the plates unless the discharge is performed, so that the conductive path does not conduct again. Therefore, there is also an effect of preventing reuse of a battery pack in a charged state that exceeds the threshold for blocking the conductive path.

また、上述のいずれの電池パックにおいては、リチウムイオン二次電池及びこれを挟む一対のプレートを収容する外ケースと、一対のプレートの少なくとも一方のプレートと外ケースとの間に設けられたクッションと、をさらに有すると好ましい。   Further, in any of the battery packs described above, an outer case that houses the lithium ion secondary battery and a pair of plates that sandwich the lithium ion secondary battery, and a cushion provided between at least one of the pair of plates and the outer case; It is preferable to further have.

この場合、リチウムイオン二次電池及び一対のプレートが外ケース内に収容されるので電池パックの取り扱い性が向上する。また、外ケースとプレートとの間にクッションがあるので外ケース内でリチウムイオン二次電池が十分に膨張でき、したがって、プレート間の間隔が十分広くなるので、過充電防止機能を十分に発揮できる。   In this case, since the lithium ion secondary battery and the pair of plates are accommodated in the outer case, the handleability of the battery pack is improved. In addition, since there is a cushion between the outer case and the plate, the lithium ion secondary battery can be sufficiently expanded in the outer case, and therefore the space between the plates is sufficiently widened, so that the overcharge prevention function can be sufficiently exerted. .

さらに、リチウムイオン二次電池の負極活物質はSiを含むことが好ましい。このようにSiを含む負極活物質は、リチウムイオンのインターカレート及びデインターカレートに伴う体積の膨張収縮が著しく大きい。したがって、残存容量の多寡に応じたリチウムイオン二次電池の体積の変化が大きくなり、極めて精度の良い過充電防止動作が可能となる。   Furthermore, it is preferable that the negative electrode active material of a lithium ion secondary battery contains Si. Thus, the negative electrode active material containing Si has a remarkably large volume expansion / contraction due to lithium ion intercalation and deintercalation. Therefore, the change in the volume of the lithium ion secondary battery according to the remaining capacity becomes large, and an extremely accurate overcharge prevention operation can be performed.

本発明によれば、リチウムイオン二次電池を備えた電池パックの過充電を簡易に防止することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the overcharge of the battery pack provided with the lithium ion secondary battery can be prevented easily.

(第一実施形態)
次に、本発明の具体的な第一実施形態について図1〜図3を参照して説明する。図1は電池パックの一部破断斜視図、図2は図1のII−II矢視図、図3は図1のIII−III矢視図である。
(First embodiment)
Next, a specific first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a partially broken perspective view of the battery pack, FIG. 2 is a view taken along the line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 is a view taken along the line III-III in FIG.

本実施形態に係る電池パック1は、主として、リチウムイオン二次電池5と、リチウムイオン二次電池5を挟む一対のプレート70,72と、リチウムイオン二次電池5内と外部とを電気的に接続するための正極リード41及び負極リード(導電路)46と、クッション80と、これらを収容するケース90とを備える。   The battery pack 1 according to the present embodiment mainly electrically connects the lithium ion secondary battery 5, the pair of plates 70 and 72 that sandwich the lithium ion secondary battery 5, and the inside and outside of the lithium ion secondary battery 5. A positive electrode lead 41 and a negative electrode lead (conductive path) 46 for connection, a cushion 80, and a case 90 for housing them are provided.

(リチウムイオン二次電池)
リチウムイオン二次電池5は、図1及び図2に示すように、主として、積層構造体50と、積層構造体50を密閉した状態で収容するパック(電池容器)55とを有している。
(Lithium ion secondary battery)
As shown in FIGS. 1 and 2, the lithium ion secondary battery 5 mainly includes a laminated structure 50 and a pack (battery container) 55 that accommodates the laminated structure 50 in a sealed state.

(積層構造体)
積層構造体50は、上から順に、正極集電体40、二次電池要素35、負極集電体45、二次電池要素35、及び、正極集電体40を有し、それぞれ板状を呈している。
(Laminated structure)
The laminated structure 50 includes, in order from the top, a positive electrode current collector 40, a secondary battery element 35, a negative electrode current collector 45, a secondary battery element 35, and a positive electrode current collector 40, each having a plate shape. ing.

二次電池要素35は、カソード層(正極層)10、セパレータ層30、アノード層(負極層)20が、この順に積層されてなる。   The secondary battery element 35 is formed by laminating a cathode layer (positive electrode layer) 10, a separator layer 30, and an anode layer (negative electrode layer) 20 in this order.

ここで、各二次電池要素35は、アノード層20が負極集電体45の表面に接し、カソード層10が正極集電体40の表面に接する向きに、正極集電体40及び負極集電体45間に配置されている。ここでアノード及びカソードは説明の便宜上、リチウムイオン二次電池5の放電時の極性を基準に決定したものである。リチウムイオン二次電池5の充電時においては電荷の流れる方向が放電時の逆になるため、アノード及びカソードが互いに入れ替わる。   Here, in each secondary battery element 35, the positive electrode current collector 40 and the negative electrode current collector are arranged so that the anode layer 20 is in contact with the surface of the negative electrode current collector 45 and the cathode layer 10 is in contact with the surface of the positive electrode current collector 40. It is arranged between the bodies 45. Here, the anode and the cathode are determined based on the polarity at the time of discharging of the lithium ion secondary battery 5 for convenience of explanation. When the lithium ion secondary battery 5 is charged, the direction of charge flow is opposite to that during discharge, so that the anode and the cathode are interchanged.

(アノード層)
アノード層20は、負極活物質、導電助剤、結着剤等を含む層である。以下アノード層20について説明する。
(Anode layer)
The anode layer 20 is a layer containing a negative electrode active material, a conductive aid, a binder and the like. Hereinafter, the anode layer 20 will be described.

負極活物質は、リチウムイオンの脱離(デインターカレーション)及び挿入(インターカレーション)を可逆的に進行させることが可能な物質であれば特に限定されず、公知の負極活物質を使用できる。このような活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、Al、Si、Sn等のリチウムと化合することのできる金属又はその合金、SiO2、SnO2等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム(Li4Ti512)が挙げられる。中でも、インターカレートやデインターカレートに伴う膨張収縮率を大きくすべく、Siやその合金を用いることが好ましい。Siの合金としては、例えば、LiSiが挙げられる。 The negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a material capable of reversibly proceeding desorption (deintercalation) and insertion (intercalation) of lithium ions, and a known negative electrode active material can be used. . Examples of such active materials include carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, and low-temperature calcined carbon, and metals that can be combined with lithium such as Al, Si, and Sn. Alternatively, an alloy thereof, an amorphous compound mainly composed of an oxide such as SiO 2 or SnO 2, or lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) can be given. Among them, it is preferable to use Si or an alloy thereof in order to increase the expansion / contraction rate associated with intercalation or deintercalation. Examples of the Si alloy include LiSi.

導電助剤は、アノード層20の導電性を良好にするものであれば特に限定されず、公知の導電助剤を使用できる。例えば、カーボンブラック類、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物が挙げら
れる。
The conductive aid is not particularly limited as long as the conductivity of the anode layer 20 is improved, and a known conductive aid can be used. Examples thereof include carbon blacks, carbon materials, metal fine powders such as copper, nickel, stainless steel and iron, a mixture of carbon materials and metal fine powders, and conductive oxides such as ITO.

結着剤は、上記の負極活物質の粒子と導電助剤の粒子とを負極集電体45に結着することができれば特に限定されず、公知の結着剤を使用できる。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PEA)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂及びスチレン−ブタジエンゴム(SBR)等が挙げられる。   The binder is not particularly limited as long as it can bind the negative electrode active material particles and the conductive additive particles to the negative electrode current collector 45, and a known binder can be used. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PEA), ethylene-tetrafluoro Fluorine resin such as ethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinyl fluoride (PVF), and styrene-butadiene rubber (SBR) Can be mentioned.

(カソード層)
カソード層10は、正極活物質、導電助剤、結着剤等を含む層である。以下カソード層10について説明する。
(Cathode layer)
The cathode layer 10 is a layer containing a positive electrode active material, a conductive aid, a binder and the like. Hereinafter, the cathode layer 10 will be described.

正極活物質には、公知の電極活物質を使用でき、リチウムイオンのデインターカレーション及びインターカレーションを可逆的に進行させることができる物質が好ましい。例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、リチウムマンガンスピネル(LiMn24)、及び、一般式:LiNixCoyMn2(x+y+z=1)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物(LiV25)、オリビン型LiMPO4(ただし、Mは、Co、Ni、Mn又はFeを示す)、チタン酸リチウム(Li4Ti512)等の複合金属酸化物が挙げられる。 As the positive electrode active material, a known electrode active material can be used, and a material capable of reversibly progressing deintercalation and intercalation of lithium ions is preferable. For example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2), lithium nickel oxide (LiNiO 2), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4), and the general formula: represented by LiNi x Co y Mn z O 2 (x + y + z = 1) Composite metal oxide, lithium vanadium compound (LiV 2 O 5 ), olivine type LiMPO 4 (where M represents Co, Ni, Mn or Fe), composite such as lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) A metal oxide is mentioned.

カソード層10に含まれる正極活物質以外の各構成要素は、アノード層20を構成するものと同様の物質を使用することができる。また、カソード層10においても、アノード層20と同様の電子伝導性の粒子を含有させることが好ましい。   As each component other than the positive electrode active material contained in the cathode layer 10, the same material as that constituting the anode layer 20 can be used. Also, the cathode layer 10 preferably contains the same electron conductive particles as the anode layer 20.

(セパレータ層)
アノード層20とカソード層10との間に配置されるセパレータ層30は、電気絶縁性の多孔体から形成されている。セパレータ層30の材料は特に限定されず、公知のセパレータ材料を使用することができる。例えば、電気絶縁性の多孔体としては、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いは、セルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。
(Separator layer)
The separator layer 30 disposed between the anode layer 20 and the cathode layer 10 is formed from an electrically insulating porous body. The material of the separator layer 30 is not particularly limited, and a known separator material can be used. For example, as the electrically insulating porous body, at least one structure selected from the group consisting of a laminate of films made of polyethylene, polypropylene or polyolefin, a stretched film of a mixture of the above resins, or cellulose, polyester and polypropylene Examples thereof include a fiber nonwoven fabric made of a material.

ここで、図2に示すように、各二次電池要素35について、セパレータ層30、アノード層20、カソード層10の順に面積が小さくなっており、アノード層20の端面はカソード層10の端面よりも外側に突出し、セパレータ層30の端面はアノード層20及びカソード層10の端面よりも外側に突出するようになっている。   Here, as shown in FIG. 2, for each secondary battery element 35, the area of the separator layer 30, the anode layer 20, and the cathode layer 10 is reduced in order, and the end surface of the anode layer 20 is smaller than the end surface of the cathode layer 10. The end face of the separator layer 30 protrudes outward from the end faces of the anode layer 20 and the cathode layer 10.

これによって、製造時の誤差等によって、各層が積層方向と交差する方向に多少位置ずれを起こした場合でも、各二次電池要素35において、カソード層10の全面をアノード層20に対向させることが容易となる。従って、カソード層10から放出されたリチウムイオンがセパレータ層30を介してアノード層20に十分に取り込まれる。さらに、セパレータ層30がカソード層10やアノード層20より大きく、カソード層10やアノード層20の端面から突出しているので、カソード層10とアノード層20とが接触することによる短絡も低減されている。   As a result, even if each layer is slightly displaced in the direction intersecting the stacking direction due to an error in manufacturing, the entire surface of the cathode layer 10 can be made to face the anode layer 20 in each secondary battery element 35. It becomes easy. Accordingly, lithium ions released from the cathode layer 10 are sufficiently taken into the anode layer 20 through the separator layer 30. Furthermore, since the separator layer 30 is larger than the cathode layer 10 and the anode layer 20 and protrudes from the end faces of the cathode layer 10 and the anode layer 20, short circuit due to contact between the cathode layer 10 and the anode layer 20 is also reduced. .

(負極集電体)
アノード層20と結着する負極集電体45の材料はリチウムイオン二次電池のアノード用集電体として通常用いられる金属材料であれば特に限定されず、例えば、銅やニッケル等が挙げられる。負極集電体45の端部は、図2に示すように、外側にリボン状に延びて舌状部45aを形成している。
(Negative electrode current collector)
The material of the negative electrode current collector 45 to be bonded to the anode layer 20 is not particularly limited as long as it is a metal material usually used as an anode current collector of a lithium ion secondary battery, and examples thereof include copper and nickel. As shown in FIG. 2, the end of the negative electrode current collector 45 extends outward in a ribbon shape to form a tongue 45a.

(正極集電体)
カソード層10と結着する正極集電体40はリチウムイオン二次電池のカソード用集電体として通常用いられる金属材料であれば特に限定されず、例えばアルミニウム等が挙げられる。正極集電体40の端部は、図3に示すように、それぞれ外側にリボン状に延びて舌状部40aを形成している。
(Positive electrode current collector)
The positive electrode current collector 40 bound to the cathode layer 10 is not particularly limited as long as it is a metal material usually used as a cathode current collector of a lithium ion secondary battery, and examples thereof include aluminum. As shown in FIG. 3, the end portions of the positive electrode current collector 40 extend outward in a ribbon shape to form a tongue-shaped portion 40 a.

(電解質溶液)
電解質溶液は、アノード層20及びカソード層10、及びセパレータ層30の孔の内部に含有されている。電解質溶液は、特に限定されず、公知のリチウムイオン二次電池要素に用いられている、リチウム塩を含む電解質溶液(電解質水溶液、有機溶媒を使用する電解質溶液)を使用することができる。ただし、電解質水溶液は電気化学的に分解電圧が低いことにより、充電時の耐用電圧が低く制限されるので、有機溶媒を使用する電解質溶液(非水電解質溶液)であることが好ましい。二次電池要素の電解質溶液としては、リチウム塩を非水溶媒(有機溶媒)に溶解したものが好適に使用される。リチウムイオンの源となるリチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiCF3、CF2SO3、LiC(CF3SO23、LiN(CF3SO22、LiN(CF3CF2SO22、LiN(CF3SO2)(C49SO2)、LiN(CF3CF2CO)2等の塩が使用される。なお、これらの塩は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
(Electrolyte solution)
The electrolyte solution is contained in the pores of the anode layer 20, the cathode layer 10, and the separator layer 30. The electrolyte solution is not particularly limited, and an electrolyte solution containing a lithium salt (electrolyte aqueous solution, electrolyte solution using an organic solvent) used for a known lithium ion secondary battery element can be used. However, the electrolyte aqueous solution is preferably an electrolyte solution (non-aqueous electrolyte solution) using an organic solvent because the electrochemical decomposition voltage is low, and the withstand voltage during charging is limited to a low level. As the electrolyte solution for the secondary battery element, a lithium salt dissolved in a non-aqueous solvent (organic solvent) is preferably used. Examples of the lithium salt that is a source of lithium ions include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 , CF 2 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiN (CF 3 CF 2 CO) 2, etc. are used. In addition, these salts may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

また、有機溶媒としては、公知の二次電池要素に使用されている溶媒を使用することができる。例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、及び、ジエチルカーボネート等が好ましく挙げられる。これらは単独で使用してもよく、2種以上を任意の割合で混合して使用してもよい。   Moreover, as an organic solvent, the solvent currently used for the known secondary battery element can be used. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate and the like are preferable. These may be used alone or in combination of two or more at any ratio.

なお、本実施形態において、電解質溶液は液状以外にゲル化剤を添加することにより得られるゲル状電解質であってもよい。また、電解質溶液に代えて、固体電解質(固体高分子電解質又はイオン伝導性無機材料からなる電解質)が含有されていてもよい。   In the present embodiment, the electrolyte solution may be a gel electrolyte obtained by adding a gelling agent in addition to liquid. Further, instead of the electrolyte solution, a solid electrolyte (a solid polymer electrolyte or an electrolyte made of an ion conductive inorganic material) may be contained.

(パック)
パック55は、図1〜図3に示すように、矩形状の可撓性のシートを長手方向の略中央部で2つ折りにして形成したものであり、積層構造体50を積層方向(上下方向)の両側から挟み込んでいる。具体的には、図1に示すように、2つ折りにされたシート55sの端部のうち、折り返し部55aを除く3辺のシール部55bがヒートシール又は接着剤により接着されており、図2及び図3に示すように、積層構造体50が内部に密封されている。このパック55は、パック55内部へ空気や水分が進入することや、パック55内から電解質溶液が漏れることを防止する。特に、3層構造のシート55sにより形成されたパック55を用いることが好ましい。具体的には、シート55sにおける最内層55hは無延伸ポリプロピレン(CPP)等の合成樹脂から形成された樹脂層、中間層55iはアルミニウム等から形成された金属層、最外層55jは無延伸ポリプロピレン(CPP)等の合成樹脂から形成された樹脂層である。
(pack)
As shown in FIGS. 1 to 3, the pack 55 is formed by folding a rectangular flexible sheet into two at a substantially central portion in the longitudinal direction. ) Is sandwiched from both sides. Specifically, as shown in FIG. 1, among the end portions of the sheet 55s folded in half, the seal portions 55b on three sides excluding the folded portion 55a are adhered by heat sealing or an adhesive. And as shown in FIG. 3, the laminated structure 50 is sealed inside. The pack 55 prevents air and moisture from entering the pack 55 and prevents the electrolyte solution from leaking from the pack 55. In particular, it is preferable to use a pack 55 formed of a sheet 55s having a three-layer structure. Specifically, the innermost layer 55h of the sheet 55s is a resin layer formed of a synthetic resin such as unstretched polypropylene (CPP), the intermediate layer 55i is a metal layer formed of aluminum or the like, and the outermost layer 55j is unstretched polypropylene ( CPP) is a resin layer formed from a synthetic resin.

なお、パック55は、このような3層構造のものに限定されず、公知の二次電池要素に用いられている1層(樹脂層)又は2層(樹脂層+金属層)等のパックを使用することができる。   Note that the pack 55 is not limited to such a three-layer structure, and packs such as one layer (resin layer) or two layers (resin layer + metal layer) used in known secondary battery elements are used. Can be used.

(プレート)
プレート70,72は、図1〜図3に示すように、板状形状をなしてリチウムイオン二次電池5の上下にそれぞれ重ねられており、リチウムイオン二次電池5を積層構造体50の積層方向の両側から挟み込んでいる。
(plate)
As shown in FIGS. 1 to 3, the plates 70 and 72 are formed in a plate shape and are stacked on the top and bottom of the lithium ion secondary battery 5, and the lithium ion secondary battery 5 is stacked on the stacked structure 50. It is sandwiched from both sides of the direction.

具体的には、プレート70は、リチウムイオン二次電池5のパック55と、ケース90の上板90aとの間に重ねられ、プレート72は、リチウムイオン二次電池5のパック55と、クッション80との間に重ねられている。プレート70とプレート72とは互いに対向している。   Specifically, the plate 70 is stacked between the pack 55 of the lithium ion secondary battery 5 and the upper plate 90a of the case 90, and the plate 72 is stacked with the pack 55 of the lithium ion secondary battery 5 and the cushion 80. It is piled up between. The plate 70 and the plate 72 are opposed to each other.

また、プレート70、72の面積は、図2及び図3に示すように、積層構造体50の面積と同等以上とされ、これらプレート70,72は、積層構造体50の全面と対向している。   Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the areas of the plates 70 and 72 are equal to or larger than the area of the laminated structure 50, and these plates 70 and 72 are opposed to the entire surface of the laminated structure 50. .

プレート70の材料は特に限定されず、ポリプロピレン等の樹脂材料や、ステンレス、アルミニウム等の金属材料を使用できる。特に、リチウムイオン二次電池5の膨張収縮を吸収しないように、硬質材料を用いることがよく、金属材料や硬質樹脂等が好ましい。   The material of the plate 70 is not particularly limited, and a resin material such as polypropylene or a metal material such as stainless steel or aluminum can be used. In particular, a hard material is preferably used so as not to absorb expansion and contraction of the lithium ion secondary battery 5, and a metal material, a hard resin, or the like is preferable.

(負極リード及び正極リード)
負極リード(導電路)46は、リボン状に延びる帯状のリード線であり、その一端は、図2に示すように、リチウムイオン二次電池5のパック55内において、負極集電体45の舌状部45aに接続されている。負極リード46の材料は、負極集電体45と同等の材料を利用できる。負極リード46の他端は、図1及び図2に示すように、パック55のシール部55bを介してのパック55の外へ突出している。
(Negative lead and positive lead)
The negative electrode lead (conductive path) 46 is a strip-shaped lead wire extending in a ribbon shape, and one end of the negative electrode lead (conductive path) 46 is a tongue of the negative electrode current collector 45 in the pack 55 of the lithium ion secondary battery 5 as shown in FIG. It is connected to the shape part 45a. The material of the negative electrode lead 46 can be the same material as that of the negative electrode current collector 45. As shown in FIGS. 1 and 2, the other end of the negative electrode lead 46 protrudes outside the pack 55 through the seal portion 55 b of the pack 55.

正極リード41も、リボン状に延びる導電路であり、図3に示すように、その一端はリチウムイオン二次電池5のパック55内において、各正極集電体40の舌状部40aに接続されている。正極リード41の材料は正極集電体40と同等の材料を利用できる。正極リード41の他端は、図1〜図3に示すように、パック55のシール部55bを介してパック55の外へ突出している。   The positive electrode lead 41 is also a conductive path extending in a ribbon shape, and one end of the positive electrode lead 41 is connected to the tongue 40a of each positive electrode current collector 40 in the pack 55 of the lithium ion secondary battery 5 as shown in FIG. ing. The material of the positive electrode lead 41 can be the same as that of the positive electrode current collector 40. As shown in FIGS. 1 to 3, the other end of the positive electrode lead 41 protrudes outside the pack 55 through a seal portion 55 b of the pack 55.

負極リード46及び正極リード41において、パック55のシール部55bに挟まれた部分は、図1〜図3に示すように、シール性を高めるべく、樹脂等の絶縁体14によって被覆されている。絶縁体14の材質は特に限定されないが、例えば、それぞれ合成樹脂から形成されていることが好ましい。   In the negative electrode lead 46 and the positive electrode lead 41, the portion sandwiched between the seal portions 55b of the pack 55 is covered with an insulator 14 such as a resin in order to improve the sealing performance as shown in FIGS. Although the material of the insulator 14 is not specifically limited, For example, it is preferable that each is formed from a synthetic resin.

そして、本実施形態では、特に、リチウムイオン二次電池5から外に出た負極リード46は、図1及び図2に示すように、リチウムイオン二次電池5を挟んだ状態のプレート70,72をほぼ一周取り囲むように配線されて、プレート70,72を連結している。   In the present embodiment, in particular, the negative electrode lead 46 coming out of the lithium ion secondary battery 5 has plates 70 and 72 in a state of sandwiching the lithium ion secondary battery 5 as shown in FIGS. 1 and 2. Are connected so that the plates 70 and 72 are connected.

具体的には、負極リード46は、図1及び図2に示すように、リチウムイオン二次電池5のパック55から出た後、積層構造体50の積層方向上方にすすんでプレート70の端面70c上に達し、その後プレート70の上面70aに沿って折れ曲がる。そして、負極リード46は、この上面70aに沿って、パック55の折り返し部55aに向かって進み、プレート70の反対側の端面70dに沿って折れ曲がる。続いて、負極リード46は、プレート70の端面70dから離れて、パック55の折り返し部55aに沿って積層構造体50の積層方向下方に伸び、プレート72の端面72d上に達する。その後、負極リード46は、プレート72の下面72bにそって折れ曲がり、プレート72の下面72bに沿って、再び、リチウムイオン二次電池5において負極リード46がパック55から突出した側に向かって延び、さらに、プレート72から突出している。   Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the negative electrode lead 46, after exiting from the pack 55 of the lithium ion secondary battery 5, proceeds to the upper side in the stacking direction of the stacked structure 50 and ends 70 c of the plate 70. It reaches the top and then bends along the upper surface 70a of the plate 70. The negative electrode lead 46 proceeds along the upper surface 70 a toward the folded portion 55 a of the pack 55 and bends along the end surface 70 d on the opposite side of the plate 70. Subsequently, the negative electrode lead 46 is separated from the end surface 70 d of the plate 70, extends in the stacking direction of the stacked structure 50 along the folded portion 55 a of the pack 55, and reaches the end surface 72 d of the plate 72. Thereafter, the negative electrode lead 46 bends along the lower surface 72b of the plate 72, and again extends toward the side where the negative electrode lead 46 protrudes from the pack 55 in the lithium ion secondary battery 5 along the lower surface 72b of the plate 72. Further, it protrudes from the plate 72.

さらに、このように引き回された負極リード46は、プレート70及びプレート72に対して接着剤等により固定されており、プレート70とプレート72とを連結している。   Further, the negative electrode lead 46 routed in this way is fixed to the plate 70 and the plate 72 with an adhesive or the like, and connects the plate 70 and the plate 72.

加えて、負極リード46において、プレート70からプレート72まで掛け渡されている部分、すなわち、積層構造体50の側面と対向する部分の縁には、図1に示すように、V字状の切り込み46cが形成されている。具体的には、切り込み46cは、リボン状の負極リード46の両縁に互いに向かい合う位置に一対ずつ設けられている。   In addition, as shown in FIG. 1, a V-shaped notch is formed at the edge of the negative electrode lead 46 extending from the plate 70 to the plate 72, that is, at the edge of the portion facing the side surface of the laminated structure 50. 46c is formed. Specifically, a pair of cuts 46 c are provided at positions facing each other on both edges of the ribbon-like negative electrode lead 46.

(クッション)
クッション80は、図1〜図3に示すように板状部材であり、ゴム、発泡樹脂製等の弾力性を有する材料から形成されている。このクッション80は、プレート72とケース90の下板90bとの間に配置されている。このクッション80は、ケース90内においてリチウムイオン二次電池5の積層方向への膨張収縮を可能としつつ、リチウムイオン二次電池5をケース90内に固定させるものである。なお、クッション80を、プレート72とケース90との間ではなく、プレート70とケース90との間に挿入してもよく、また、クッション80を、プレート72とケース90との間及びプレート70とケース90との間に両方挿入してもよい。
(cushion)
The cushion 80 is a plate-like member as shown in FIGS. 1 to 3 and is formed of a material having elasticity such as rubber or foamed resin. The cushion 80 is disposed between the plate 72 and the lower plate 90b of the case 90. The cushion 80 fixes the lithium ion secondary battery 5 in the case 90 while allowing expansion and contraction in the stacking direction of the lithium ion secondary battery 5 in the case 90. The cushion 80 may be inserted not between the plate 72 and the case 90 but between the plate 70 and the case 90. The cushion 80 may be inserted between the plate 72 and the case 90 and between the plate 70 and the case 70. You may insert both between case 90.

(ケース)
ケース(外ケース)90は、一側面が開放された箱形容器であり、上板90a、この上板90aと対向する下板90b、及び、上板90aと下板90bとの間隔を保つべく上板90aと下板90bとを連結する3つの側板90cとを有している。
(Case)
The case (outer case) 90 is a box-shaped container whose one side surface is opened. In order to maintain an interval between the upper plate 90a, the lower plate 90b facing the upper plate 90a, and the upper plate 90a and the lower plate 90b. There are three side plates 90c that connect the upper plate 90a and the lower plate 90b.

上板90aと、下板90bとの間には、スペーサ70、リチウムイオン二次電池5、プレート72及びクッション80が互いに密着して重ねられて収容されており、上板90a及び下板90bは、スペーサ70、リチウムイオン二次電池5、プレート72及びクッション80を、これらを重ねた方向(図示上下方向)の両側から挟みこんでいる。   Between the upper plate 90a and the lower plate 90b, the spacer 70, the lithium ion secondary battery 5, the plate 72, and the cushion 80 are stored in close contact with each other, and the upper plate 90a and the lower plate 90b are accommodated. The spacer 70, the lithium ion secondary battery 5, the plate 72, and the cushion 80 are sandwiched from both sides in the direction in which they are stacked (the vertical direction in the figure).

ケース90の材料は特に限定されないが、ポリプロピレン等の樹脂材料や、ステンレス、アルミニウム等の金属材料を使用できる。   The material of the case 90 is not particularly limited, but a resin material such as polypropylene or a metal material such as stainless steel or aluminum can be used.

(製造方法)
次に、上述した電池パック1の作製方法の一例について図4及び図5を参照して簡単に説明する。
(Production method)
Next, an example of a method for manufacturing the battery pack 1 described above will be briefly described with reference to FIGS.

最初に、リチウムイオン二次電池5を作成する。まず、図4に示すように、舌状部40aが設けられた正極集電体40の片面にカソード層10を形成して2層積層体120を2つ得る。カソード層10は、前述の正極活物質、導電助剤、結着剤等を有する溶剤を正極集電体40に塗布することにより形成できる。   First, the lithium ion secondary battery 5 is created. First, as shown in FIG. 4, the cathode layer 10 is formed on one surface of the positive electrode current collector 40 provided with the tongue-like portion 40 a to obtain two two-layer laminates 120. The cathode layer 10 can be formed by coating the positive electrode current collector 40 with a solvent having the above-described positive electrode active material, conductive additive, binder, and the like.

また、舌状部45aが設けられた負極集電体45の両面にアノード層20を形成し3層積層体140を得る。アノード層20は、前述の負極活物質、導電助剤、結着剤等を有する溶剤を負極集電体45に塗布することにより形成できる。   In addition, the anode layer 20 is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 45 provided with the tongue 45a to obtain a three-layer laminate 140. The anode layer 20 can be formed by applying a solvent having the above-described negative electrode active material, conductive assistant, binder, etc. to the negative electrode current collector 45.

続いて、絶縁性の多孔質材料からなるセパレータ層30を2つ用意する。そして、2層積層体120/セパレータ層30/3層積層体140/セパレータ層30/2層積層体120のように積層し、これらの積層方向の両側の面内中央部分を挟んで加熱して図2及び図3に示す積層構造体50を作成する。さらに、正極リード41及び負極リード46を用意し、図2に示すように、負極集電体45の舌状部45aに負極リード46を接続すると共に、図3に示すように、正極集電体40の各舌状部40aを正極リード41に接続する。   Subsequently, two separator layers 30 made of an insulating porous material are prepared. And it laminates like 2 layer laminated body 120 / separator layer 30/3 layer laminated body 140 / separator layer 30/2 layer laminated body 120, and it heats across the in-plane center part of both sides of these lamination directions. The laminated structure 50 shown in FIGS. 2 and 3 is created. Further, a positive electrode lead 41 and a negative electrode lead 46 are prepared, and the negative electrode lead 46 is connected to the tongue 45a of the negative electrode current collector 45 as shown in FIG. 2, and the positive electrode current collector is shown in FIG. Each of the 40 tongues 40 a is connected to the positive electrode lead 41.

次に、図5(a)に示すように、アルミニウム箔を熱接着性樹脂層でラミネートした矩形状のシート55sを折り曲げて重ね合わせ、2辺のシール部55b、55bを、例えばシール機等でヒートシールし、積層構造体50を導入するための開口部55cが形成された袋状のパック55を得る。   Next, as shown in FIG. 5 (a), a rectangular sheet 55s obtained by laminating an aluminum foil with a heat-adhesive resin layer is folded and overlapped, and the two side seal portions 55b and 55b are formed by, for example, a sealing machine or the like. The bag-shaped pack 55 in which the opening part 55c for introducing the laminated structure 50 is formed is obtained by heat sealing.

そして、開口部55cを有した状態のパック55の内部に、積層構造体50を挿入し、真空容器内でパック55内を減圧しつつパック55内に電解質溶液を注入して積層構造体50を電解質溶液に浸漬させる。その後、正極リード41、負極リード46の端部をそれぞれパック55内から外部に突出させ、ヒートシール機を用いて、パック55の開口部55cをシールする。これにより、図1に示すようなリチウムイオン二次電池5の作製が完了する。   Then, the laminated structure 50 is inserted into the pack 55 having the opening 55c, and the electrolyte solution is injected into the pack 55 while reducing the pressure inside the pack 55 in the vacuum container, thereby forming the laminated structure 50. Immerse in the electrolyte solution. Thereafter, the end portions of the positive electrode lead 41 and the negative electrode lead 46 are protruded from the inside of the pack 55 to the outside, and the opening 55c of the pack 55 is sealed using a heat sealing machine. Thereby, the production of the lithium ion secondary battery 5 as shown in FIG. 1 is completed.

続いて、図5(b)に示すように、所定の厚みのプレート70及びプレート72を用意思、このプレート70,72でリチウムイオン二次電池5を挟むと共に、負極リード46を、プレート70/リチウムイオン二次電池5/プレート72からなる積層体Lの外周に約一周巻きまわすと共に、この正極リード46をプレート70,72に接着して固定する。そして、プレート72の下面にクッション80を重ねた上で、プレート70/リチウムイオン二次電池5/プレート72からなる積層体Mを、所定の大きさのケース90中に格納する。ここで、積層体Mの厚みの総和は、ケース90の上板90aと下板90bとの間隔とほぼ同じかそれ以下とされている。これにより、図1に示すような本実施形態の電池パック1が完成する。   Subsequently, as shown in FIG. 5B, the plate 70 and the plate 72 having a predetermined thickness are used, the lithium ion secondary battery 5 is sandwiched between the plates 70 and 72, and the negative electrode lead 46 is connected to the plate 70 / The positive electrode lead 46 is bonded and fixed to the plates 70 and 72 while being wound around the outer periphery of the laminate L composed of the lithium ion secondary battery 5 / plate 72. Then, after the cushion 80 is overlaid on the lower surface of the plate 72, the laminate M composed of the plate 70 / lithium ion secondary battery 5 / plate 72 is stored in a case 90 having a predetermined size. Here, the total sum of the thicknesses of the stacked body M is substantially the same as or less than the distance between the upper plate 90a and the lower plate 90b of the case 90. Thereby, the battery pack 1 of this embodiment as shown in FIG. 1 is completed.

本実施形態の電池パック1によれば、正極リード41及び負極リード46を介して電池パック1の充電を行うと、リチウムイオンがアノード層20の負極活物質にインターカレートして負極活物質、すなわちアノード層20が膨張し、これによってリチウムイオン二次電池5の積層構造体50の体積が膨張する。そして、この積層構造体50の体積膨張量は、負極活物質にインターカレートしたリチウムイオンの量、すなわち、電池の残存容量と相関関係がある。そして、リチウムイオン二次電池5の充電が進んで残存容量が増えると、これに応じて積層構造体5の体積が増加して一対のプレート70,72間の間隔が長くなり、負極リード46に引張力が働く。そして、さらに充電がなされて残存容量が増加し、積層構造体50の体積が所定の値まで増加すると、一対のプレート70,72にそれぞれ固定されてこれらを連結する負極リード46に引張強度よりも大きな引張力が働いて、負極リード46が切り込み46cに沿って破断する。これによって、負極リード46の導通が遮断され、リチウムイオン二次電池5へのこれ以上の過充電を未然に防ぐことが可能となる。   According to the battery pack 1 of the present embodiment, when the battery pack 1 is charged via the positive electrode lead 41 and the negative electrode lead 46, lithium ions are intercalated into the negative electrode active material of the anode layer 20, and the negative electrode active material, That is, the anode layer 20 expands, and thereby the volume of the laminated structure 50 of the lithium ion secondary battery 5 expands. The volume expansion amount of the laminated structure 50 has a correlation with the amount of lithium ions intercalated into the negative electrode active material, that is, the remaining capacity of the battery. Then, as the charging of the lithium ion secondary battery 5 proceeds and the remaining capacity increases, the volume of the laminated structure 5 increases accordingly, the distance between the pair of plates 70 and 72 becomes longer, and the negative electrode lead 46 Tensile force works. Further, when the battery is further charged to increase the remaining capacity and the volume of the laminated structure 50 is increased to a predetermined value, the negative electrode lead 46 fixed to the pair of plates 70 and 72 and connecting them is more than the tensile strength. A large tensile force is applied to break the negative electrode lead 46 along the cut 46c. As a result, the conduction of the negative electrode lead 46 is interrupted, and further overcharge of the lithium ion secondary battery 5 can be prevented beforehand.

ここでは、所定の最大過充電率(例えば、過充電率5%)に対応する積層構造体50の厚みを予め求め、積層構造体50がこの厚みまで膨張したときに負極リード46にかかる力と、負極リード46の引張強度と、が同等となるように負極リード46の形態等を設定すればよい。具体的には、例えば、負極リード46の厚みや幅、さらには、切り込み46cの深さ、位置、幅、個数等を調節することにより、引張強度を任意好適に設定できる。   Here, the thickness of the laminated structure 50 corresponding to a predetermined maximum overcharge rate (for example, 5% overcharge rate) is obtained in advance, and the force applied to the negative electrode lead 46 when the laminated structure 50 expands to this thickness. The shape of the negative electrode lead 46 may be set so that the tensile strength of the negative electrode lead 46 is equal. Specifically, for example, the tensile strength can be arbitrarily set by adjusting the thickness and width of the negative electrode lead 46 and the depth, position, width, number, and the like of the cuts 46c.

また、本実施形態では、閾値を超える引張力が働いて負極リード46が一回破断すると、負極リード46を介した放電は不可能となり、積層構造体50の厚みは通常維持される。したがって、プレート70,72間の間隔は広がったままであり負極リード46は再び導通することはない。したがって、このようにして所定の閾値を超えるような充電がなされた電池パック1の再利用を防止する効果がある。   Further, in the present embodiment, when the negative electrode lead 46 breaks once due to a tensile force exceeding the threshold value, discharge through the negative electrode lead 46 becomes impossible, and the thickness of the laminated structure 50 is normally maintained. Therefore, the distance between the plates 70 and 72 remains wide, and the negative electrode lead 46 does not conduct again. Therefore, there is an effect of preventing reuse of the battery pack 1 that has been charged in such a manner as to exceed a predetermined threshold.

また、一対のプレート70,72で積層構造体50を積層方向の両側から挟んでいるので、積層構造体50においてアノード層20が面内で不均一に、例えば、中央部分が特に膨張する場合でも、効率よくプレート70,72間の間隔が開くため、負極リード46の破断を効率よく起こさせることができる。   Further, since the laminated structure 50 is sandwiched by the pair of plates 70 and 72 from both sides in the laminating direction, the anode layer 20 in the laminated structure 50 is uneven in the plane, for example, even when the central portion is particularly expanded. Since the space between the plates 70 and 72 is efficiently opened, the breakage of the negative electrode lead 46 can be efficiently caused.

また、負極リード46においてプレート70とプレート72とを連結する部分に、切り込み46cが形成されている。これにより、一対のプレート70,72の間隔が広がって負極リード46に引張力がかかったときに、切り込み36cへの応力集中により負極リード46がより確実に破断する。したがって、所望の引張力の閾値、すなわち、所望の残存容量や過充電率となったときに精度よく負極リード46の導通を遮断できる。   In addition, a cut 46 c is formed in a portion of the negative electrode lead 46 that connects the plate 70 and the plate 72. Accordingly, when the gap between the pair of plates 70 and 72 is widened and a tensile force is applied to the negative electrode lead 46, the negative electrode lead 46 is more reliably broken due to the stress concentration on the notch 36c. Therefore, the conduction of the negative electrode lead 46 can be accurately interrupted when a desired tensile force threshold, that is, a desired remaining capacity or overcharge rate is reached.

また、リチウムイオン二次電池5及びこれを挟む一対のプレート70,72を収容するケース90と、一対のプレート70,72の少なくとも一方のプレートとケース90との間にクッション80を有している。   Further, a case 90 that houses the lithium ion secondary battery 5 and a pair of plates 70 and 72 that sandwich the lithium ion secondary battery 5, and a cushion 80 is provided between at least one of the pair of plates 70 and 72 and the case 90. .

これにより、リチウムイオン二次電池5及び一対のプレート70,72がケース90内に収容されるので電池パック1の取り扱い性が向上する。また、ケース90とプレート70,72との間にクッション80があるのでケース90内でリチウムイオン二次電池5の積層構造体50が十分に膨張でき、したがって、プレート70,72間の間隔が十分広くなるので、過充電防止機能を十分に発揮できる。   Thereby, since the lithium ion secondary battery 5 and a pair of plates 70 and 72 are accommodated in the case 90, the handleability of the battery pack 1 is improved. In addition, since the cushion 80 is provided between the case 90 and the plates 70 and 72, the laminated structure 50 of the lithium ion secondary battery 5 can be sufficiently expanded in the case 90. Therefore, the space between the plates 70 and 72 is sufficient. Since it becomes wider, the overcharge prevention function can be fully demonstrated.

さらに、リチウムイオン二次電池の負極活物質がSiを含むと、リチウムイオンのインターカレート及びデインターカレートに伴う負極活物質、すなわち、アノード層20の体積の膨張収縮が著しく大きい。したがって、残存容量の多寡に応じたリチウムイオン二次電池5の体積の変化が大きくなり、極めて精度の良い過充電防止のための導通遮断動作が可能となる。   Furthermore, when the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery contains Si, the expansion and contraction of the volume of the negative electrode active material, that is, the anode layer 20 accompanying the intercalation and deintercalation of lithium ions is remarkably large. Therefore, the change in the volume of the lithium ion secondary battery 5 according to the remaining capacity becomes large, and an extremely accurate conduction interruption operation for preventing overcharge becomes possible.

加えて、リチウムイオン二次電池5は、リチウムイオンを含む電解質溶液、正極活物質を含むカソード層10及び負極活物質を含むアノード層20を密閉するパック55をさらに有しているので、電解質溶液がリチウムイオン二次電池5から漏れ出しにくくなり好適である。   In addition, since the lithium ion secondary battery 5 further includes a pack 55 that seals the electrolyte solution containing lithium ions, the cathode layer 10 containing the positive electrode active material, and the anode layer 20 containing the negative electrode active material, the electrolyte solution However, the lithium ion secondary battery 5 is less likely to leak out, which is preferable.

(第二実施形態)
続いて、図6を参照して、第二実施形態にかかる電池パック2について説明する。本実施形態に係る電池パック2が、第一実施形態に係る電池パック1と異なる点は、負極リード46の途中に互いに結合可能なプラグ47及びジャック48が接続されている点である。そして、プラグ47は一方のプレート70に固定され、ジャック48は他方のプレート72に固定されている。また、プラグ47及びジャック48が結合することにより、プレート70及びプレート72が連結されている。
(Second embodiment)
Next, the battery pack 2 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The battery pack 2 according to this embodiment is different from the battery pack 1 according to the first embodiment in that a plug 47 and a jack 48 that can be coupled to each other are connected to the middle of the negative electrode lead 46. The plug 47 is fixed to one plate 70, and the jack 48 is fixed to the other plate 72. In addition, the plate 70 and the plate 72 are connected by connecting the plug 47 and the jack 48.

なお、プラグ47やジャック48の形態は特に限定されず、プラグ47をジャック48に挿入することによりこれらが導通し、プラグ47からジャック48を引き抜くことによりこれらの導通が遮断される物であればよい。   The form of the plug 47 and the jack 48 is not particularly limited as long as the plug 47 and the jack 48 are inserted into the jack 48 so that they become conductive, and when the jack 48 is pulled out of the plug 47, the conduction is cut off. Good.

これによれば、第一実施形態と同様にしてリチウムイオン二次電池5が充電されてリチウムイオン二次電池5の残存容量が増加すると、リチウムイオン二次電池5の積層構造体50が膨張し、一対のプレート70,72間の間隔が長くなる。そうすると、各プレート70,72に固定されたプラグ47とジャック48とが互いに反対方向に引っ張られてこれらの結合が解除されるので、負極リード46の導通が遮断される。したがって、第一実施形態と同様にリチウムイオン二次電池5の過充電を未然に防止できる。これ以外の作用効果は第一実施形態と同様である。   According to this, when the lithium ion secondary battery 5 is charged in the same manner as in the first embodiment and the remaining capacity of the lithium ion secondary battery 5 increases, the laminated structure 50 of the lithium ion secondary battery 5 expands. The interval between the pair of plates 70 and 72 becomes longer. As a result, the plug 47 and the jack 48 fixed to the plates 70 and 72 are pulled in opposite directions to release the coupling therebetween, so that the conduction of the negative electrode lead 46 is interrupted. Therefore, the overcharge of the lithium ion secondary battery 5 can be prevented in advance as in the first embodiment. Other functions and effects are the same as in the first embodiment.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されずさまざまな変形態様を取ることが可能である。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can take various deformation | transformation aspects.

例えば、上記実施形態では、一対のプレート70,72間を負極リード46やプラグ47及びジャック48により連結しているが、所定の引張力によって導通が遮断される物であればよい。   For example, in the above-described embodiment, the pair of plates 70 and 72 are connected by the negative electrode lead 46, the plug 47, and the jack 48. However, any material can be used as long as conduction is interrupted by a predetermined tensile force.

また、上記実施形態では、負極リード46によってプレート70,72を連結し、負極リード46の導通が遮断されるように構成しているが、正極リード41によってプレート70,72を連結してこの正極リード41の導通を遮断させるように構成してもよい。   In the above embodiment, the plates 70 and 72 are connected by the negative electrode lead 46 and the conduction of the negative electrode lead 46 is cut off. However, the plates 70 and 72 are connected by the positive electrode lead 41 and this positive electrode is connected. You may comprise so that conduction | electrical_connection of the lead 41 may be interrupted | blocked.

また、第一実施形態では、プレート70とプレート72とを1本の負極リード46で連結しているが、複数本の負極リードや、正極リード及び負極リードの両方で連結するようにしても良い。この場合、プレート70及びプレート72の一方側の端部同士を複数のリードで連結しても良いが、プレート70及びプレート72の一方側の端部同士及び他方側の端部同士をそれぞれリードで連結してもよく、さらに、プレート70及びプレート72の4辺同士をそれぞれリードで連結しても良い。   In the first embodiment, the plate 70 and the plate 72 are connected by the single negative electrode lead 46, but may be connected by a plurality of negative electrode leads, or both of the positive electrode lead and the negative electrode lead. . In this case, one end of the plate 70 and the plate 72 may be connected by a plurality of leads, but one end and the other end of the plate 70 and the plate 72 are connected by leads. Further, the four sides of the plate 70 and the plate 72 may be connected by leads.

また、上記実施形態においては、積層構造体50は単セルとしての二次電池要素35を2つ有するものであったが、二次電池要素を2つより多く有していてもよく、又、1つでもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the laminated structure 50 had two secondary battery elements 35 as a single cell, it may have more than two secondary battery elements, One may be sufficient.

以下、本実施形態に係る電池パックの実施例を挙げて本発明についてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples of the battery pack according to the present embodiment, but the present invention is not limited to these examples.

まず、カソード積層体を以下の手順により作製した。まず、正極活物質としてLiCoO、導電助剤としてカーボンブラック及びグラファイト、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF;アトフィナ社製PVdFホモポリマー粒子 Kynar741, 重量平均分子量Mw5.5×10、平均粒径0.2μm、NMPに可溶)を用意し、これらの重量比が正極活物質:カーボンブラック:グラファイト:結着剤=90:3:3:4となるようにプラネタリーミキサで混合分散した後、これに溶媒としてのNMPを、NMP:結着剤の重量比が94:6となるように室温下で混合し、スラリー状のカソード用塗布液(スラリー)を調整した。続いて、厚さ60μmのアルミニウム箔の片面にカソード用塗布液をドクターブレード法により塗布して乾燥させ両端用のカソード積層体とし、また、厚さ20μmのアルミニウム箔の両面にカソード用塗布液をドクターブレード用により塗布して乾燥させ中間層用のカソード積層体とした。 First, a cathode laminate was produced by the following procedure. First, LiCoO 2 as a positive electrode active material, carbon black and graphite as a conductive aid, polyvinylidene fluoride as a binder (PVdF; PVdF homopolymer particles manufactured by Atofina Kynar 741, weight average molecular weight Mw 5.5 × 10 5 , average particle diameter 0.2 μm, soluble in NMP), and after mixing and dispersing with a planetary mixer such that the weight ratio thereof is positive electrode active material: carbon black: graphite: binder = 90: 3: 3: 4 To this, NMP as a solvent was mixed at room temperature so that the weight ratio of NMP: binder was 94: 6 to prepare a slurry cathode coating solution (slurry). Subsequently, a cathode coating solution is applied to one side of a 60 μm thick aluminum foil by a doctor blade method and dried to form a cathode laminate for both ends, and the cathode coating solution is applied to both sides of a 20 μm thick aluminum foil. It was applied using a doctor blade and dried to obtain a cathode laminate for an intermediate layer.

続いて、アノード積層体を以下の手順により作製した。まず、負極活物質としてシリコン粉末、導電助剤としてカーボンブラックとグラファイト、結着剤としてカソードに用いたのと同じPVdFを用意し、これらの重量比が負極活物質:カーボンブラック:グラファイト:結着剤=75:3:12:10となるように配合してプラネタリーミキサで混合分散した後、これに溶媒としてのNMPを、NMP:結着剤の重量比が93:7となるように室温下で混合し、スラリー状のアノード用塗布液を調整した。次に、集電体としての銅箔(厚さ:10μm)を用意し、アノード用塗布液をドクターブレード法により銅箔の両面に塗布して乾燥させてアノード積層体を得た。   Subsequently, an anode laminate was produced by the following procedure. First, silicon powder is used as the negative electrode active material, carbon black and graphite are used as the conductive additive, and the same PVdF is used as the binder as the cathode, and the weight ratio thereof is negative electrode active material: carbon black: graphite: binding. Agent = 75: 3: 12: 10 After mixing and dispersing with a planetary mixer, NMP as a solvent is added to this at room temperature so that the weight ratio of NMP: binder is 93: 7. A slurry-like coating solution for anode was prepared by mixing below. Next, a copper foil (thickness: 10 μm) as a current collector was prepared, and an anode coating solution was applied to both sides of the copper foil by a doctor blade method and dried to obtain an anode laminate.

次に、セパレータとしてポリオレフィン製の多孔膜を用意し、両端用カソード積層体/セパレータ/アノード積層体/セパレータ/中間層用カソード積層体/・・・・・・/セパレータ/アノード積層体/セパレータ/両端用カソード積層体のように積層して積層構造体とし、両端面から熱圧着して固定した。ここでは、積層構造体の最外層に、片面にカソードが担持されたカソード積層体が配置されるように積層した。   Next, a polyolefin porous membrane is prepared as a separator, and a cathode laminated body for both ends / separator / anode laminated body / separator / cathode laminated body for intermediate layer /.../ separator / anode laminated body / separator / The laminated structure was laminated like a cathode laminated body for both ends, and fixed by thermocompression bonding from both end faces. Here, lamination was performed such that a cathode laminate having a cathode supported on one side was disposed on the outermost layer of the laminate structure.

つぎに、エチレンカーボネート(EC)及びジエチルカーボネート(DEC)を混合した溶媒に、LiPFを濃度が1mol/dmとなるように溶媒に溶かして非水電解質溶液とした。 Next, LiPF 6 was dissolved in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed so as to have a concentration of 1 mol / dm 3 to obtain a nonaqueous electrolyte solution.

次に、アルミラミネートフィルムを袋状に形成したパックを用意し、積層構造体を挿入し、真空槽中で非水電解質溶液を注入して積層構造体を非水電解質溶液に含浸させた。その後、減圧状態のままで、リードの一部が外装体から突き出るようにしてパックの入り口部をシールし、初期充放電を行うことにより積層型リチウムイオン二次電池を得た。   Next, a pack in which an aluminum laminate film was formed in a bag shape was prepared, a laminated structure was inserted, and a nonaqueous electrolyte solution was injected in a vacuum chamber to impregnate the laminated structure in the nonaqueous electrolyte solution. Thereafter, in the reduced pressure state, the entrance of the pack was sealed such that a part of the lead protruded from the outer package, and initial charge / discharge was performed to obtain a stacked lithium ion secondary battery.

このようなリチウムイオン二次電池に対して、充放電サイクルを繰り返したところ、リチウムイオン二次電池の厚みは、図7の線Aに示すように、放電すると大きく膨張し、放電すると大きく収縮することが確認された。なお、負極活物質として黒鉛を用いたリチウムイオン二次電池も制作したが、この場合でも図7の線Bに示すように充電放電に応じて厚みの変動は起こった。   When the charge / discharge cycle was repeated for such a lithium ion secondary battery, the thickness of the lithium ion secondary battery expanded greatly when discharged as shown in line A of FIG. 7, and contracted greatly when discharged. It was confirmed. Although a lithium ion secondary battery using graphite as a negative electrode active material was also produced, even in this case, as shown by a line B in FIG.

続いて、所定の厚みのステンレス製の一対のプレート、クッション、及び、所定の開口幅の絞り出し成形されたアルミニウム箱形ケースを用意し、リチウムイオン二次電池を一対のプレートで挟み、負極リードをこれらの積層体の周りに巻きまわして一対のプレートを連結し、さらに、下側にクッションを重ねてケース内に挿入し、電池パックを完成させた。クッションの厚みは、ケース内で厚み方向に隙間ができないように設定した。また、負極リードは過充電率が5%に対応すると破断するように設定した。   Subsequently, a pair of stainless steel plates with a predetermined thickness, a cushion, and a squeezed aluminum box-shaped case with a predetermined opening width are prepared, the lithium ion secondary battery is sandwiched between the pair of plates, and the negative electrode lead is A pair of plates were connected by winding around these laminates, and a cushion was stacked on the lower side and inserted into the case to complete the battery pack. The thickness of the cushion was set so that there was no gap in the thickness direction within the case. Further, the negative electrode lead was set to break when the overcharge rate corresponded to 5%.

そして、このような電池パックに正極リード及び負極リードを介して定電流充電を行った場合の、リチウムイオン二次電池の厚さ及び電流値の経時変化を図8に示す。充電が進むにつれて、リチウムイオン二次電池の厚さが増えるが、過充電率が5%となる厚さになると負極リードが破断して、それ以後の充電はなされなかった。   FIG. 8 shows changes in the thickness and current value of the lithium ion secondary battery over time when constant current charging is performed on such a battery pack via the positive electrode lead and the negative electrode lead. As charging progressed, the thickness of the lithium ion secondary battery increased, but when the overcharge rate reached 5%, the negative electrode lead broke and no further charging was performed.

第一実施形態に係る電池パックの一部破断斜視図である。It is a partially broken perspective view of the battery pack according to the first embodiment. 図1の電池パックのII−II矢視図である。It is an II-II arrow line view of the battery pack of FIG. 図1の電池パックのIII−III矢視図である。It is an III-III arrow line view of the battery pack of FIG. 電池パックを製造する方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the method of manufacturing a battery pack. 図4(a)及び図4(b)は、電池パックを製造する方法を説明する図3に続く斜視図である。FIG. 4A and FIG. 4B are perspective views following FIG. 3 for explaining a method of manufacturing a battery pack. 第二実施形態に係る電池パックの一部破断斜視図である。It is a partially broken perspective view of the battery pack which concerns on 2nd embodiment. 実施例に係る電池パックに用いたリチウムイオン二次電池の充放電に伴う厚みの変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the thickness accompanying charging / discharging of the lithium ion secondary battery used for the battery pack which concerns on an Example. 実施例に係る電池パックに定電流充電をした時の、厚み及び電流の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of thickness and an electric current when carrying out constant current charge to the battery pack which concerns on an Example.

符号の説明Explanation of symbols

1…電池パック、5…リチウムイオン二次電池、10…カソード層(正極層)、20…アノード層(負極層)、30…セパレータ層、46…負極リード(導電路、リード線)、47…プラグ、48…ジャック、46c…切り込み、50…積層構造体、55…パック(電池容器)、70,72…プレート、80…クッション、90…ケース(外ケース)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery pack, 5 ... Lithium ion secondary battery, 10 ... Cathode layer (positive electrode layer), 20 ... Anode layer (negative electrode layer), 30 ... Separator layer, 46 ... Negative electrode lead (conductive path, lead wire), 47 ... Plug, 48 ... Jack, 46c ... Cut, 50 ... Laminated structure, 55 ... Pack (battery container), 70, 72 ... Plate, 80 ... Cushion, 90 ... Case (outer case).

Claims (7)

リチウムイオンを含む電解質、正極活物質及び前記リチウムイオンをインターカレートかつデインターカレートする負極活物質を有するリチウムイオン二次電池と、
前記リチウムイオン二次電池を挟む一対のプレートと、
前記リチウムイオン二次電池の前記正極活物質又は前記負極活物質に電気的に接続された導電路と、を備え、
前記導電路は一方の前記プレート及び他方の前記プレートにそれぞれ固定されて前記一方のプレートと前記他方のプレートとを連結し、所定の引張力がかかると導電を遮断する電池パック。
A lithium ion secondary battery having an electrolyte containing lithium ions, a positive electrode active material, and a negative electrode active material that intercalates and deintercalates the lithium ions;
A pair of plates sandwiching the lithium ion secondary battery;
A conductive path electrically connected to the positive electrode active material or the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery,
The battery path is fixed to one of the plates and the other plate, connects the one plate and the other plate, and cuts off the conductivity when a predetermined tensile force is applied.
前記リチウムイオン二次電池は、前記正極活物質を含む正極層、セパレータ層及び前記負極活物質を含む負極層をこの順に積層した積層構造体を有し、
前記一対のプレートは、前記リチウムイオン二次電池を前記積層構造体の積層方向の両側から挟む請求項1に記載の電池パック。
The lithium ion secondary battery has a laminated structure in which a positive electrode layer containing the positive electrode active material, a separator layer, and a negative electrode layer containing the negative electrode active material are laminated in this order,
The battery pack according to claim 1, wherein the pair of plates sandwich the lithium ion secondary battery from both sides in the stacking direction of the stacked structure.
前記導電路はリード線を有し、前記リード線が一方の前記プレート及び他方の前記プレートにそれぞれ固定されて前記一方のプレートと前記他方のプレートとを連結する請求項1又は2に記載の電池パック。   The battery according to claim 1, wherein the conductive path has a lead wire, and the lead wire is fixed to one plate and the other plate to connect the one plate and the other plate. pack. 前記リード線には切り込みが形成されている請求項3に記載の電池パック。   The battery pack according to claim 3, wherein the lead wire has a cut. 前記導電路は、互いに結合可能なプラグ及びジャックを有し、
前記プラグは一方の前記プレートに固定され、前記ジャックは他方の前記プレートに固定され、前記ジャック及び前記プラグが結合することにより一方の前記プレートと他方の前記プレートとが連結された請求項1又は2に記載の電池パック。
The conductive path has a plug and a jack that can be coupled to each other,
The plug is fixed to one of the plates, the jack is fixed to the other of the plates, and the one plate and the other plate are connected to each other by coupling the jack and the plug. 2. The battery pack according to 2.
前記リチウムイオン二次電池及び前記一対のプレートを収容する外ケースと、前記一対のプレートの少なくとも一方のプレートと前記外ケースとの間に設けられたクッションと、をさらに有する請求項1〜5の何れかに記載の電池パック。   The outer case for housing the lithium ion secondary battery and the pair of plates, and a cushion provided between at least one plate of the pair of plates and the outer case. The battery pack according to any one of the above. 前記リチウムイオン二次電池の前記負極活物質はSiを含む請求項1〜6の何れかに記載の電池パック。   The battery pack according to claim 1, wherein the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery contains Si.
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