JP2005327490A - Square battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は横断面形状や長方形や隅丸長方形ないし長円形を呈する角形電池、特にその集電構造に関するものである。 The present invention relates to a rectangular battery having a cross-sectional shape, a rectangle, a rounded rectangle or an oval, and more particularly to a current collecting structure thereof.
近年、携帯型電子機器、電気自動車等の電源として、エネルギー密度の高いリチウムイオン電池が注目されている。例えば電気自動車に用いられる比較的大きな容量のリチウムイオン二次電池としては、特許文献1に、正極と負極の間にセパレータを介して捲回され形成された極板群の少なくとも一方の端部には、正極、或いは負極を構成する帯状芯体の端縁が突出し、該端縁を覆って集電板が配設され、該集電板には帯状芯体に向かって断面円弧状に突出する複数条の円弧状凸部が形成されると共に、帯状芯体に向かって切り起こした複数条の切り起し片が形成され、これらの円弧状凸部及び切起し片が帯状芯体に食い込んだ状態で、円弧状凸部が極板群に溶接され、該集電板が一方の電極端子部と連結されている非水電解液二次電池が示されている。
しかしながら、上記のような集電構造を有する電池は、電極体端面と集電板の接触面積が小さく、さらに集電板からのリードが電池の内部抵抗を大きくしてしまう問題があり、特に電気自動車の電源等に用いるリチウムイオン電池としては、高容量であると共に、高出力を得るためにさらに内部抵抗を低減させることが必要である。その上、製造コスト削減のために、生産性の優れた集電構造が必要である。 However, the battery having the current collecting structure as described above has a problem that the contact area between the end face of the electrode body and the current collecting plate is small, and the lead from the current collecting plate increases the internal resistance of the battery. Lithium ion batteries used for automobile power supplies and the like have a high capacity, and it is necessary to further reduce internal resistance in order to obtain high output. In addition, a current collecting structure with excellent productivity is necessary to reduce manufacturing costs.
したがって本発明は、このような問題点を鑑み、集電構造の低抵抗化を確保できる角形電池を提供することを目的とする。 Therefore, in view of such a problem, an object of the present invention is to provide a prismatic battery that can ensure low resistance of a current collecting structure.
上記目的を達成するために本発明は、正極板、負極板およびセパレータを捲回して構成され扁平部分を有する略長円形状の極板群を電池ケースに収容してなる角形電池であって、前記極板群の少なくとも一方の端部に未塗工部が設けられ、前記未塗工部が極板群の長軸で二分され、前記二分された未塗工部の少なくとも一方が隣接する電池ケースの長側面に溶接されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is a prismatic battery comprising a battery case and a substantially oval electrode plate group having a flat portion formed by winding a positive electrode plate, a negative electrode plate and a separator, A battery in which an uncoated portion is provided at at least one end of the electrode plate group, the uncoated portion is divided into two by the major axis of the electrode plate group, and at least one of the divided uncoated portions is adjacent to the battery It is welded to the long side of the case.
本発明の角形電池によれば、極板群の未塗工部を直接電池ケースの長側面に接合を行うため、従来必要としていた集電板を設ける必要が無くなり、構造部品の抵抗値を削減ができるとともに、接合面積を拡大しやすくなり、集電効率を向上させることができるという効果を奏する。 According to the prismatic battery of the present invention, since the uncoated portion of the electrode plate group is directly joined to the long side surface of the battery case, there is no need to provide a current collector plate that has been conventionally required, and the resistance value of the structural parts is reduced. In addition, it is easy to expand the junction area, and there is an effect that the current collection efficiency can be improved.
本発明は、正極板、負極板およびセパレータを捲回して構成され扁平部分を有する略長円形状の極板群を電池ケースに収容してなる角形電池であって、前記極板群の少なくとも一方の端部に未塗工部が設けられ、前記未塗工部が極板群の長軸で二分され、前記電池ケースの長側面に溶接されていることで、従来の電池のように集電板を必要としないため構造部品の抵抗を大きく低減することが可能となり、さらに極板群の未塗工部を二分して接合することにより、従来の電池に比べて容易に接合面積を拡大でき、抵抗を低減させるこ
とが可能となる。
The present invention is a prismatic battery in which a substantially oval electrode plate group having a flat portion formed by winding a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator is accommodated in a battery case, and at least one of the electrode plate groups An uncoated portion is provided at the end of the battery, and the uncoated portion is divided into two by the long axis of the electrode plate group and welded to the long side surface of the battery case, thereby collecting current like a conventional battery. Since no plate is required, the resistance of structural parts can be greatly reduced, and by joining the uncoated parts of the electrode plate group in half, the joining area can be easily expanded compared to conventional batteries. The resistance can be reduced.
また、極板群の二分された未塗工部の一方の先端部において、最外周の未塗工部と最内周の未塗工部が略平行であり、更に前記先端部が電池ケースと略平行であってかつ電池ケースの長側面に溶接されていることにより、溶接を容易に行うことができるようになる。 Further, at one end of the uncoated portion divided into two of the electrode plate group, the uncoated portion on the outermost periphery and the uncoated portion on the innermost periphery are substantially parallel, and the tip is further connected to the battery case. By being substantially parallel and being welded to the long side surface of the battery case, welding can be easily performed.
さらに、前記未塗工部の長さを正極側ではT≦W+とし、負極側ではT≦W−とすることにより、より確実に溶接することができる。 Furthermore, the length of the uncoated portion is T ≦ W + on the positive electrode side and T ≦ W− on the negative electrode side, whereby welding can be performed more reliably.
ここで図2を用いてそれぞれの未塗工部の長さの設定方法を説明する。 Here, the setting method of the length of each uncoated part is demonstrated using FIG.
正極側の未塗工部12aと電池ケース2との接合を行う場合の正極未塗工部長さは、正極側の未塗工部の長さを「W+」とすると、W+はセパレータ14の端面からの未塗工幅であって、この正極側の未塗工部の長さW+は電極群の厚み「T」より長いことを特徴とする。
In the case where the uncoated part 12a on the positive electrode side and the
次に、負極側の未塗工部と電池ケース2との接合を行う場合の負極未塗工部長さは、負極側の未塗工部の長さを「W−」とすると、W−はセパレータ14の端面からの未塗工幅であって、この負極側の未塗工部の長さW−は正極側の未塗工部と同様に電極群の厚み「T」より長いことを特徴とする。
Next, the negative electrode uncoated part length in the case of joining the negative electrode side uncoated part and the
また、未塗工部の接合方法としてはレーザービーム溶接ではなく、抵抗溶接、超音波溶接等を用いることにより、生産コストを低減することが可能となる。 Moreover, it is possible to reduce the production cost by using resistance welding, ultrasonic welding or the like instead of laser beam welding as a method for joining uncoated portions.
以下、図1〜図4を参照して正極板の未塗工部を電池ケースに接合する際の実施の形態を説明する。 Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 4, an embodiment in which an uncoated portion of a positive electrode plate is joined to a battery case will be described.
正極板12は集電体であるアルミ箔上に正極活物質、導電剤および結着剤などの正極合剤層を設けることによって構成されており、正極活物質、導電剤、結着剤さらには粘度調整等の目的で溶媒を混練して正極合剤ペーストを作製し、その正極合剤ペーストを、アルミニウム箔の集電体に塗布、乾燥させ、その後必要に応じてプレス、スリット加工することにより所定の寸法に加工し、シート状の正極板12を作製する。 The positive electrode plate 12 is configured by providing a positive electrode mixture layer such as a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder on an aluminum foil as a current collector. The positive electrode active material, the conductive agent, the binder, and further By kneading the solvent for the purpose of viscosity adjustment, etc., preparing a positive electrode mixture paste, applying the positive electrode mixture paste to an aluminum foil current collector, drying, and then pressing and slitting as necessary The sheet-like positive electrode plate 12 is fabricated by processing into a predetermined dimension.
なお、正極活物質としてはLiCoO2、LiNiO2、Li2MnO4などのリチウム金属複合酸化物が使用されるが、上記Co、NiまたはMnの一部をさらにCo、Mn、Al等で置換したもの、Liで置換したものなど、他元素置換タイプのものも使用することが可能であり、これら正極活物質はリチウムを吸蔵、放出可能であって、充放電反応が可能である活物質であれば上記に限定されるものではない。 As the positive electrode active material, a lithium metal composite oxide such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li 2 MnO 4 is used, but a part of the Co, Ni, or Mn is further substituted with Co, Mn, Al, or the like. It is also possible to use other element substitution types, such as those substituted with Li, and these positive electrode active materials can be active materials capable of occluding and releasing lithium and capable of charge / discharge reactions. It is not limited to the above.
また、導電剤は正極合剤の充放電反応を効率的に行うために電気伝導性を高めるためのものであり、例えば、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、または黒鉛等の炭素材料を単体、もしくは複合して用いることができる。 In addition, the conductive agent is for increasing electrical conductivity in order to efficiently perform the charge / discharge reaction of the positive electrode mixture. For example, carbon such as acetylene black (AB), ketjen black (KB), or graphite. Materials can be used alone or in combination.
さらに、結着剤は合剤同士の接着、および合剤と芯材の間の接着機能を持たせるものであり、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)やポリフッ化ビニリデン(PVdF)などを用い、増粘剤としてはカルボキシメチルセルロース(CMC)等の水溶性高分子を用いることができる。 Furthermore, the binder is used to provide adhesion between the mixture and an adhesion function between the mixture and the core, and uses polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyvinylidene fluoride (PVdF) to increase the viscosity. As the agent, a water-soluble polymer such as carboxymethyl cellulose (CMC) can be used.
また、これらの材料を混練して合剤ペーストを作製するが、合剤混合比は電池の使用適性に応じて任意に調整することが可能である。 In addition, a mixture paste is prepared by kneading these materials, and the mixture mixture ratio can be arbitrarily adjusted according to the suitability of the battery.
一方、負極板13は集電体である銅箔上に負極活物質と結着剤などの負極合剤層によって構成されており、正極12と同様に合剤ペーストを作製し、その合剤ペーストを銅箔に塗布、乾燥させ、その後必要に応じてプレス、スリット加工することにより所定の寸法に加工し、シート状の負極板13を得る。
On the other hand, the
負極活物質にはリチウムイオンを吸蔵、放出可能な材料が用いられ、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス等の炭素材料を用いることができる。金属リチウムを用いることも可能であるが充放電効率が悪いなどの問題がある。結着剤としては、PVdFやスチレンブタジエンゴム(SBR)等を用い、これら活物質および結着剤を分散させる溶媒にはN−メチル−2−ピロリドン(NMP)等の有機溶媒もしくは水を用いることができる。 As the negative electrode active material, a material capable of inserting and extracting lithium ions is used. For example, a carbon material such as natural graphite, artificial graphite, or coke can be used. Although metallic lithium can be used, there are problems such as poor charge / discharge efficiency. As the binder, PVdF, styrene butadiene rubber (SBR) or the like is used, and an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or water is used as a solvent for dispersing these active materials and the binder. Can do.
セパレータ14は正極板12と負極板13の間の絶縁、さらには電解液を保持するなどの機能を持つものであり、このセパレータ14にはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、あるいはそれら積層品等の薄い微多孔膜を用いることができ、その必要機能を得るものであればこれらに限定されるものではない。
The separator 14 has functions such as insulation between the positive electrode plate 12 and the
電解液はリチウム塩を有機溶媒に溶解したものであり、有機溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)やプロピレンカーボネート(PC)等の環状カーボネート、また、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等の鎖状カーボネートなどの単独もしくは混合系を用いる。また、リチウム塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4等を用いることができる。 The electrolytic solution is obtained by dissolving a lithium salt in an organic solvent. Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), A single or mixed system of a chain carbonate such as ethyl methyl carbonate (EMC) is used. As the lithium salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 or the like can be used.
極板群3は図2に示されるように、それぞれ帯状の正極板12と負極板13の間に帯状のセパレータ14を介して巻芯材の外周に捲回し、捲回終了後に巻芯材を引き抜いて扁平に圧縮することにより構成されている。
As shown in FIG. 2, the electrode plate group 3 is wound around the outer periphery of the winding core material via a band-shaped separator 14 between the band-shaped positive electrode plate 12 and the
極板群3には、正極12のアルミ箔からなる未塗工部と負極13の銅箔からなる未塗工部が互いに突出されており、突出された負極13の未塗工部には負極集電体4がレーザービーム溶接や電子ビーム溶接にて接合されている。この負極集電体4にはあらかじめ電極6を接合してあり、上部蓋板5が接合された電池ケース2内に負極集電体4等が接合された極板群3を挿入する。
In the electrode plate group 3, an uncoated portion made of an aluminum foil of the positive electrode 12 and an uncoated portion made of a copper foil of the
極板群3を電池ケース2内に挿入を行った後に、図3に示されるようにくせ付け治具9を巻芯部分に挿入し未塗工部を二分にする。この二分された未塗工部を電池ケース2の長側面に押し当てて、抵抗溶接や超音波溶接などを用いて電池ケース2と接合をされる。
After inserting the electrode plate group 3 into the
次いで電池ケース2と下部蓋板8をレーザービーム溶接にて接合を行い密封にする。その後注液口10から注液を行い注液栓11にて封止することで角形電池1が完成する。
Next, the
以上の本実施形態による角形電池によれば、複雑な形状をした正極集電板を必要としないで容易に集電経路を確保できるためコストの低減を図ることができる。 According to the prismatic battery according to the present embodiment as described above, the current collecting path can be easily secured without the need for a positive electrode current collecting plate having a complicated shape, so that the cost can be reduced.
本発明の電池は集電構造を簡素化にすることができ、集電効率を向上させることができる。また、簡素化をすることにより作業効率を向上させることができ有効である。 The battery of the present invention can simplify the current collecting structure and improve the current collecting efficiency. In addition, simplification is effective because work efficiency can be improved.
1 角形電池
2 電池ケース
3 極板群
4 負極集電体
5 上部蓋板
6 電極柱
7 ガスケット
8 下部蓋板
9 くせ付け治具
10 注液口
11 注液栓
12 正極板
13 負極板
14 セパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
2. The prismatic battery according to claim 1, wherein the length of the uncoated portion is T ≦ W + on the positive electrode side and T ≦ W− on the negative electrode side.
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