JP2006032052A - Battery device - Google Patents

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JP2006032052A JP2004207148A JP2004207148A JP2006032052A JP 2006032052 A JP2006032052 A JP 2006032052A JP 2004207148 A JP2004207148 A JP 2004207148A JP 2004207148 A JP2004207148 A JP 2004207148A JP 2006032052 A JP2006032052 A JP 2006032052A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide battery structure preventing the generation of overvoltage in sudden current shut off by decreasing inductance component in a battery. <P>SOLUTION: A wound electrode body is prepared by piling a positive electrode foil and a negative electrode foil through a separator, winding them from the central part in the length direction of each electrode foil, and positioning the electrode foil end parts of a positive electrode and a negative electrode in the winding end. Alternatively, the electrode winding body is prepared by spirally winding from the the end part of the electrode foil as usual, and when a positive electrode lead and a negative electrode lead are installed in the positive electrode foil and the negative electrode foil, the leads are arranged in the positions as near as possible. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、一次電池、二次電池の電池装置に関する。   The present invention relates to a battery device for a primary battery and a secondary battery.

近年、ノート型パソコン、携帯電話機等、携帯用電子機器の発達にともない、電池の需要が急速に伸びており、また電池の用途も拡大されている。そのような中、電池設計は小型化、かつ高容量化へ向かっており、それと伴に電池の使用時における、より高い安全性が求められている。   In recent years, with the development of portable electronic devices such as notebook personal computers and mobile phones, the demand for batteries has been rapidly increasing, and the use of batteries has been expanded. Under such circumstances, battery design is moving toward smaller size and higher capacity, and at the same time, higher safety is required when the battery is used.

現在、小型化・高容量化という要求に応える電池として、リチウムおよびリチウムイオンを構成材料とする一次および二次電池(以下、リチウムイオン電池と適宜称する)が注目されている。   Currently, primary and secondary batteries (hereinafter, appropriately referred to as lithium ion batteries) using lithium and lithium ions as a constituent material are attracting attention as batteries that meet the demand for miniaturization and high capacity.

リチウムイオン電池は、負極にカーボンあるいはグラファイトを使用し、各種セラミック正極剤を組み合わせたものであり、電解質として非水溶媒を用いて作製される。   A lithium ion battery uses carbon or graphite as a negative electrode and combines various ceramic positive electrode agents, and is produced using a nonaqueous solvent as an electrolyte.

また、リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンのドープ/脱ドープを利用した非水電解液電池である。リチウムイオン二次電池は、主として、リチウムイオンをドープ/脱ドープ可能な正極および負極と、非水電解液(リチウム塩を非プロトン性有機溶媒に溶解させてなる液)と、正極と負極との間に介在されたセパレータとから構成される。電極は、集電体と、この集電体上に形成された活物質層とからなる。この活物質層は、活物質と、導電剤と、これらの材料を集電体に結着させる結着剤とから構成される。   The lithium ion secondary battery is a non-aqueous electrolyte battery using lithium ion doping / dedoping. A lithium ion secondary battery mainly includes a positive electrode and a negative electrode that can be doped / undoped with lithium ions, a non-aqueous electrolyte (a solution obtained by dissolving a lithium salt in an aprotic organic solvent), a positive electrode, and a negative electrode. And a separator interposed therebetween. The electrode includes a current collector and an active material layer formed on the current collector. The active material layer includes an active material, a conductive agent, and a binder that binds these materials to a current collector.

リチウムイオン電池は、小型・軽量であり、エネルギー密度が高く長期保存にも耐えうるという利点がある。これを生かし、現在では円筒形や角型、コイン型等が製造されており、様々な電子機器に用いられている。   Lithium ion batteries are advantageous in that they are small and lightweight, have high energy density, and can withstand long-term storage. Taking advantage of this, cylindrical shapes, square shapes, coin shapes, and the like are now manufactured and used in various electronic devices.

従来から、電池の過充電や外部短絡等に対する安全対策として、保護回路が設けられている。電池の保護回路の一例としては、熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient:以下、PTC素子と適宜称する)が挙げられる。PTC素子は通常は極めて小さな抵抗を有する素子であるが、過剰な電流が流れた場合、あるいは高温になった場合に抵抗値が増大し、電池に流れる電流を制限する特性を有する。電池にPTC素子を備えることによって、例えば外部短絡が生じたときでも、一定温度に達するとPTC素子が働き、電池の電流を停止させるため、電池に過電流が流れることを防ぐことができる。   Conventionally, a protection circuit has been provided as a safety measure against overcharge of a battery, external short circuit, and the like. As an example of a battery protection circuit, there is a thermal resistance element (hereinafter referred to as a PTC element as appropriate). The PTC element is usually an element having an extremely small resistance, but has a characteristic that the resistance value increases when an excessive current flows or when the temperature becomes high, and the current flowing through the battery is limited. By providing the battery with a PTC element, for example, even when an external short circuit occurs, the PTC element works when the temperature reaches a certain temperature and stops the battery current, thereby preventing an overcurrent from flowing through the battery.

下記の特許文献1では、電池に流れる電流値が増大した場合であっても、電池が劣化・損傷する前に、電流値を減少させることができる保護回路が提案されている。   Patent Document 1 below proposes a protection circuit capable of reducing the current value before the battery is deteriorated or damaged even when the value of the current flowing through the battery is increased.

特開2003−92826号公報JP 2003-92826 A

従来のリチウムイオン電池の内部構造は、帯状電極を重ね、螺旋状に巻いた巻回電極体である。このため、図1に示すように、概念的な等価回路はC(電池容量)、R(内部抵抗成分)、L(内部のインダクタンス成分)の直列回路であると考えられ、電池の両端に対応する。このため、電極から引き出されるリードの位置によってはインダクタンス成分を持つ。電池から大電流を断続的に取り出すような使用方法をした場合、インダクタンス成分によりdi/dtによる逆起電力が生じるため、電池の出力端子間に大きな電圧が発生する。特に電流を低減させた時に電池の出力端子が開放される構造を持った、例えば電動工具や玩具等の電気回路への使用において、過電圧の発生が著しい。   The internal structure of a conventional lithium ion battery is a wound electrode body in which strip-shaped electrodes are stacked and wound spirally. Therefore, as shown in FIG. 1, the conceptual equivalent circuit is considered to be a series circuit of C (battery capacity), R (internal resistance component), and L (internal inductance component), and corresponds to both ends of the battery. To do. For this reason, it has an inductance component depending on the position of the lead drawn from the electrode. When the usage method is such that a large current is intermittently taken out from the battery, a counter electromotive force due to di / dt is generated by the inductance component, and a large voltage is generated between the output terminals of the battery. In particular, in the use of an electric circuit such as a power tool or a toy having a structure in which the output terminal of the battery is opened when the current is reduced, the occurrence of overvoltage is remarkable.

例えば、図2に、電気回路に断続的に電流を流した場合に電池端子に生じる電圧の計算例を示す。図2において、実線で示される波形は電池端子に生じる電圧を示し、点線で示される波形は負荷回路に加わる電圧を示す。   For example, FIG. 2 shows a calculation example of the voltage generated at the battery terminal when a current is intermittently passed through the electric circuit. In FIG. 2, the waveform indicated by the solid line indicates the voltage generated at the battery terminal, and the waveform indicated by the dotted line indicates the voltage applied to the load circuit.

電流を流し始めると、電池端子に徐々に電圧が加わり、その後一定の電圧となる。ところが、電流を0にした場合、インダクタンス成分に蓄えられたエネルギーによって電池端子に急激に大電圧が生じてしまう。   When a current starts to flow, a voltage is gradually applied to the battery terminal, and then becomes a constant voltage. However, when the current is set to 0, a large voltage is suddenly generated at the battery terminal due to the energy stored in the inductance component.

また、特に高周波数域において電池のインダクタンス成分によりインピーダンスが増加し、負荷電流が急激に変化した場合は電池の電圧が不安定になる。例えば、図3は、円筒型のリチウムイオン二次電池のインピーダンス特性を示すグラフである。実線で示す波形は電池のインピーダンス特性であり、点線で示す波形は測定時のバックグラウンドである。実際のインピーダンスは実線で示す値と点線で示す値の差で求めることができる。高周波数域になる程、インピーダンスが増加している。   In particular, when the impedance increases due to the inductance component of the battery in a high frequency range and the load current changes abruptly, the battery voltage becomes unstable. For example, FIG. 3 is a graph showing impedance characteristics of a cylindrical lithium ion secondary battery. The waveform indicated by the solid line is the impedance characteristic of the battery, and the waveform indicated by the dotted line is the background during measurement. The actual impedance can be obtained by the difference between the value indicated by the solid line and the value indicated by the dotted line. The impedance increases as the frequency becomes higher.

図4は、円筒型のリチウムイオン二次電池の電圧特性を示すグラフであり、負荷電流を10Aから0Aへ切り替えた場合の電圧特性を一例として示す。負荷電流を10Aから0Aへ急激に切り替えた時、4Vであった電池の電圧は8Vにまで上昇する。過電圧の程度によっては、電池の保護用のFET(Field Effect Transistor)、使用機器側の制御回路等の耐電圧性を超えてしまうため、FET、制御回路等が破壊される恐れがあった。このようなことから、過電圧が発生することは危険であり、過電圧防止の要求が高まっている。   FIG. 4 is a graph showing voltage characteristics of a cylindrical lithium ion secondary battery, and shows voltage characteristics when the load current is switched from 10 A to 0 A as an example. When the load current is suddenly switched from 10 A to 0 A, the battery voltage, which was 4 V, rises to 8 V. Depending on the degree of overvoltage, the voltage resistance of the FET (Field Effect Transistor) for protecting the battery, the control circuit on the side of the device used, etc. may be exceeded, which may destroy the FET, the control circuit, and the like. For this reason, it is dangerous to generate overvoltage, and there is an increasing demand for overvoltage prevention.

従来は機器へ接続するセル数も少なく、負荷電流の変動が少ないような使用方法をとっていたため、上述したような過電圧の問題は比較的少なかった。しかし近年、電池の用途が拡大し、接続するセル数も多くなるにしたがって、過電圧の対策必要性が増している。使用機器側の制御回路の耐電圧性を向上させることで過電圧への対策をすることも可能ではあるが、耐電圧値の著しく高い制御回路が必要となり、コストが高くなるため、機器側ではなく電池側で過電圧への対策をすることが必要である。   Conventionally, since the number of cells connected to the device is small and the usage method is such that the fluctuation of the load current is small, the problem of overvoltage as described above is relatively small. However, in recent years, the need for countermeasures against overvoltage has increased as the use of batteries has expanded and the number of connected cells has increased. Although it is possible to take measures against overvoltage by improving the withstand voltage of the control circuit on the equipment side, a control circuit with an extremely high withstand voltage value is required and the cost increases. It is necessary to take measures against overvoltage on the battery side.

したがって、この発明の目的は、電池内のインダクタンス成分を低減することにより、急激な電流断時の過電圧の発生を防止する電池装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a battery device that prevents the occurrence of an overvoltage at the time of a sudden current interruption by reducing the inductance component in the battery.

上記課題を解決するために、この発明の第1の態様は、シート状の金属箔よりなる正極集電体に正極活物質を塗布することにより作製した正極と、シート状の金属箔よりなる負極集電体に負極活物質を塗布することにより作製した負極とをセパレータを介して重ね、これを巻回することにより作製した円筒型巻回電極体を外装体に収納してなる電池装置において、円筒型巻回電極体は、正極および負極の長手方向中央部分より巻回し、正極、負極の各電極箔端部分が巻き終わりにくるようにして作製することを特徴とする電池装置である。   In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention is a positive electrode produced by applying a positive electrode active material to a positive electrode current collector made of a sheet-like metal foil, and a negative electrode made of a sheet-like metal foil In a battery device in which a negative electrode produced by applying a negative electrode active material to a current collector is overlapped with a separator and a cylindrical wound electrode body produced by winding this is housed in an exterior body, The cylindrical wound electrode body is a battery device characterized in that it is wound from the center part in the longitudinal direction of the positive electrode and the negative electrode so that the electrode foil end portions of the positive electrode and the negative electrode come to the end of winding.

また、この発明の第2の態様は、シート状の金属箔よりなる正極集電体に正極活物質を塗布することにより作製した正極と、シート状の金属箔よりなる負極集電体に負極活物質を塗布することにより作製した負極とをセパレータを介して重ね、これを巻回することにより作製した円筒型巻回電極体を外装体に収納してなる電池装置において、正極集電体に接続した正極リードと負極集電体に接続した負極リードの距離が、極小になるよう配置することを特徴とする電池装置である。   A second aspect of the present invention is a negative electrode active material formed on a positive electrode current collector made of a sheet-like metal foil and a positive electrode produced by applying a positive electrode active material to a positive electrode current collector made of a sheet-like metal foil. Connected to a positive electrode current collector in a battery device in which a cylindrical wound electrode body produced by stacking a negative electrode produced by applying a substance on a negative electrode is wound through a separator and wound around the separator. The battery device is characterized in that the distance between the positive electrode lead and the negative electrode lead connected to the negative electrode current collector is minimized.

また、この発明の第3の態様は、シート状の金属箔よりなる正極集電体に正極活物質を塗布することにより作製した正極と、シート状の金属箔よりなる負極集電体に負極活物質を塗布することにより作製した負極とをセパレータを介して重ね、これを巻回することにより作製した円筒型巻回電極体を外装体に収納してなる電池装置において、正極集電体から正極リードを導出するとともに、負極集電体から負極リードを導出し、正極リードおよび負極リードの少なくとも一方を複数とすることを特徴とする電池装置である。   The third aspect of the present invention is a negative electrode active material manufactured by applying a positive electrode active material to a positive electrode current collector made of a sheet-like metal foil and a negative electrode current collector made of a sheet-like metal foil. In a battery device in which a cylindrical wound electrode body produced by stacking a negative electrode produced by applying a substance on a negative electrode via a separator and winding the same is housed in an exterior body, the positive electrode current collector to the positive electrode The battery device is characterized in that the lead is led out, the negative electrode lead is led out from the negative electrode current collector, and at least one of the positive electrode lead and the negative electrode lead is plural.

この発明によれば、特に、電動工具、電動玩具等の断続的に大電流を流すアプリケーションにおいて、急激な電流断による過電圧の発生を防止することが可能である。また、二次電池における充電制御等の負荷回路設置時における過電圧による誤動作、破壊等を防止することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of an overvoltage due to a sudden current interruption, particularly in an application in which a large current is intermittently passed, such as an electric tool or an electric toy. In addition, it is possible to prevent malfunction, destruction, etc. due to overvoltage when installing a load circuit such as charge control in the secondary battery.

以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図5は、この発明の一実施形態によるリチウムイオン電池の構成の一例を示す断面図である。このリチウムイオン電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶1の内部に、帯状の正極11と負極12とがセパレータ13を介して巻回された巻回電極体10を有している。電池缶1は、例えば、ニッケルめっきが施された鉄(Fe)により構成されており、一端部が閉鎖され、他端部が開放されている。電池缶1の内部には、巻回電極体10を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板2,3がそれぞれ配置されている。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention. This lithium ion battery is called a so-called cylindrical type, and a wound electrode body 10 in which a strip-like positive electrode 11 and a negative electrode 12 are wound through a separator 13 inside a substantially hollow cylindrical battery can 1. have. The battery can 1 is made of, for example, iron (Fe) plated with nickel, and has one end closed and the other end open. Inside the battery can 1, a pair of insulating plates 2 and 3 are respectively disposed perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 10.

電池缶1の開放部には、電池蓋4と、この電池蓋4の内側に設けられた安全弁機構5およびPTC素子6とが、ガスケット7を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶1の内部は密閉されている。電池蓋4は、例えば、電池缶1と同様の材料により構成されている。安全弁機構5は、熱感抵抗素子6を介して電池蓋4と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板5aが反転して電池蓋4と巻回電極体10との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子6は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発生を防止するものであり、例えば、チタン酸バリウム系半導体セラミックスにより構成されている、ガスケット7は、例えば絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。   A battery lid 4 and a safety valve mechanism 5 and a PTC element 6 provided inside the battery lid 4 are attached to an open portion of the battery can 1 by caulking through a gasket 7. The inside of 1 is sealed. The battery lid 4 is made of, for example, the same material as the battery can 1. The safety valve mechanism 5 is electrically connected to the battery lid 4 via the heat sensitive resistance element 6, and the disk plate 5a is reversed when the internal pressure of the battery exceeds a certain level due to an internal short circuit or external heating. Thus, the electrical connection between the battery lid 4 and the wound electrode body 10 is cut off. When the temperature rises, the heat-sensitive resistance element 6 limits the current by increasing the resistance value and prevents abnormal generation due to a large current. For example, the gasket 7 made of barium titanate semiconductor ceramics is used. Is made of, for example, an insulating material, and the surface is coated with asphalt.

巻回電極体10は、例えばセンターピン14を中心にして巻回されている。巻回電極体10の正極11には、アルミニウム(Al)などよりなる正極リード15が接続されている。正極リード15は、安全弁機構5に溶接されることにより電池蓋4と電気的に接続されている。負極リード16は、電池缶1に溶接され電気的に接続されている。   For example, the wound electrode body 10 is wound around a center pin 14. A positive electrode lead 15 made of aluminum (Al) or the like is connected to the positive electrode 11 of the wound electrode body 10. The positive electrode lead 15 is electrically connected to the battery lid 4 by being welded to the safety valve mechanism 5. The negative electrode lead 16 is welded and electrically connected to the battery can 1.

<正極11>
正極11は、例えば、帯状の形状を有する正極集電体と、この正極集電体の片面または両面に形成された正極合剤層とからなる。正極集電体は、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
<Positive electrode 11>
The positive electrode 11 includes, for example, a positive electrode current collector having a band shape and a positive electrode mixture layer formed on one or both surfaces of the positive electrode current collector. The positive electrode current collector is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.

正極合剤層は、正極活物質と結着剤とから構成される。正極合剤層の具体例としては、LiCoO2、LiNiO2が挙げられる。また、この正極合剤層に含有される結着剤としては、通常この種の電池に使用されている公知の結着剤を用いることができる。この結着剤として、例えばポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂を挙げることができる。 The positive electrode mixture layer is composed of a positive electrode active material and a binder. Specific examples of the positive electrode mixture layer include LiCoO 2 and LiNiO 2 . Moreover, as a binder contained in this positive mix layer layer, the well-known binder normally used for this kind of battery can be used. Examples of the binder include fluorine resins such as polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene.

また、正極合剤層には、必要に応じて導電材料、各種機能を発現する添加剤等を含有するようにしてもよい。この導電材料は、上記活物質に適量混合して導電性を付与できるものであれば特に制限はされず、例えば、グラファイト、カーボンブラック等の炭素粉末が挙げられる。   Moreover, you may make it contain a conductive material, the additive which expresses various functions, etc. in a positive mix layer as needed. The conductive material is not particularly limited as long as it can be mixed with an appropriate amount of the active material to impart conductivity, and examples thereof include carbon powders such as graphite and carbon black.

正極活物質層の形成方法としては、例えば、粉体状の正極活物質を結着剤(バインダー)とともに溶剤と混合し、必要に応じてボールミル、サンドミル、二軸混練機等により分散塗料化した後、正極集電体上に塗布して乾燥する方法が好適に用いられる。この場合、用いられる溶剤の種類は、正極集電体に対して不活性であり、且つバインダーを溶解しうる限り、特に制限されず、例えばN−メチル−2−ピロリドン等の一般に使用される無機、有機溶剤の何れも使用できる。塗布装置は、特に限定されるものではないが、例えばスライドコーティングやエクストルージョン型のダイコーティング、リバースロール、グラビア、ナイフコーター、キスコーター、マイクログラビア、ロッドコーター、ブレードコーター等を挙げることができる。乾燥方法は特に制限されず、例えば放置乾燥、送風乾燥機、温風乾燥機、赤外線加熱機、遠赤外線加熱機等を挙げることができる。   As a method for forming the positive electrode active material layer, for example, a powdery positive electrode active material is mixed with a solvent together with a binder (binder), and if necessary, a dispersion paint is formed by a ball mill, a sand mill, a twin-screw kneader or the like. Thereafter, a method of applying and drying on the positive electrode current collector is suitably used. In this case, the type of the solvent used is not particularly limited as long as it is inactive to the positive electrode current collector and can dissolve the binder. For example, N-methyl-2-pyrrolidone or the like is generally used. Any organic solvent can be used. The coating apparatus is not particularly limited, and examples thereof include slide coating, extrusion type die coating, reverse roll, gravure, knife coater, kiss coater, micro gravure, rod coater, blade coater and the like. The drying method is not particularly limited, and examples thereof include standing drying, a blast dryer, a hot air dryer, an infrared heater, and a far infrared heater.

<負極12>
負極12は、例えば、帯状の形状を有する負極集電体と、この負極集電体の片面または両面に形成された負極合剤層とからなる。負極集電体は、例えば、銅箔、ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
<Negative electrode 12>
The negative electrode 12 includes, for example, a negative electrode current collector having a band shape and a negative electrode mixture layer formed on one or both surfaces of the negative electrode current collector. The negative electrode current collector is made of, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.

負極合剤層は、負極活物質と結着剤とからなる。負極合剤層の具体例としては、例えば、熱分解炭素類、コークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭等の炭素質材料を挙げることができる。   The negative electrode mixture layer is composed of a negative electrode active material and a binder. Specific examples of the negative electrode mixture layer include carbonaceous materials such as pyrolytic carbons, cokes, graphites, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, carbon fibers, and activated carbon.

この正極合剤層に含有される結着剤としては、通常この種の電池に使用されている公知の結着剤を用いることができる。この結着剤として、例えばポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂を挙げることができる。   As the binder contained in the positive electrode mixture layer, known binders usually used in this type of battery can be used. Examples of the binder include fluorine resins such as polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene.

負極活物質層の形成方法としては、上述の正極活物質層と同様の方法を用いることができる。   As a method for forming the negative electrode active material layer, the same method as that for the positive electrode active material layer described above can be used.

<セパレータ13>
セパレータ13は、正極合剤層11bと負極合剤層12bとを離間するものである。このセパレータ13は、例えば、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどのポリオレフィン系の材料からなる多孔質膜、またはセラミック製の材料の不織物などの無機材料よりなる多孔質膜であり、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造としてもよい。
<Separator 13>
The separator 13 separates the positive electrode mixture layer 11b and the negative electrode mixture layer 12b. The separator 13 is, for example, a porous film made of a polyolefin-based material such as polypropylene or polyethylene, or a porous film made of an inorganic material such as a nonwoven fabric made of a ceramic material, and these two or more kinds of porous films It is good also as a structure which laminated | stacked.

このような構造のリチウムイオン電池において、過電圧を防止するために以下のような構成を用いる。   In the lithium ion battery having such a structure, the following configuration is used to prevent overvoltage.

この発明による第1の実施形態である過電圧防止策として、過電圧の発生を防止することが可能である電極の巻回構造について説明する。   As an overvoltage prevention measure according to the first embodiment of the present invention, an electrode winding structure capable of preventing the occurrence of overvoltage will be described.

図6に、既存のリチウムイオン電池における電極の巻回構造を模式的に示す。また、図7に、この発明を適用して作製した電池における電極の巻回構造を模式的に示す。なお、正電極箔、負電極箔の巻回構造を分かりやすく示すために、図6、図7ともに正電極箔、負電極箔間に配置されるセパレータ等の図示は省略する。   FIG. 6 schematically shows an electrode winding structure in an existing lithium ion battery. FIG. 7 schematically shows an electrode winding structure in a battery manufactured by applying the present invention. In addition, in order to show the winding structure of positive electrode foil and negative electrode foil in an easy-to-understand manner, illustration of separators and the like disposed between the positive electrode foil and the negative electrode foil is omitted in FIGS.

図6に示す既存のリチウムイオン電池における電極の巻回構造は、参照符号21で示される正電極箔と、参照符号22で示される負電極箔を重ね、電極箔の端部分より螺旋状に巻回することにより作製されている。   The electrode winding structure in the existing lithium ion battery shown in FIG. 6 is such that a positive electrode foil indicated by reference numeral 21 and a negative electrode foil indicated by reference numeral 22 are overlapped, and spirally wound from an end portion of the electrode foil. It is made by turning.

この発明を適用して作製した巻回電極体の一例を図7に示す。この巻回電極体は、参照符号31で示される正電極箔と参照符号32で示される負電極箔を、セパレータを介して重ねた後、各電極箔の長手方向中央部分より巻回し、正極、負極の各電極箔端部分が巻き終わりにくるようにして作製する。   An example of a wound electrode body produced by applying the present invention is shown in FIG. In this wound electrode body, a positive electrode foil indicated by reference numeral 31 and a negative electrode foil indicated by reference numeral 32 are overlapped via a separator, and then wound from the center in the longitudinal direction of each electrode foil. Each electrode foil end portion of the negative electrode is prepared so as to come to the end of winding.

この構成をとることにより、従来インダクタンス成分を発生していた部分について、電極箔内に生じる電流の方向を逆方向とすることができる。これにより、インダクタンス成分により発生する磁束の向きが逆となり、実質的にインダクタンス成分を減少させることができる。   By adopting this configuration, the direction of the current generated in the electrode foil can be reversed in the portion where the inductance component has been generated conventionally. Thereby, the direction of the magnetic flux generated by the inductance component is reversed, and the inductance component can be substantially reduced.

図8は、図7に示す巻回電極体を用いて作製したリチウムイオン電池において、負荷電流を10Aから0Aへ切り替えた場合の電圧特性を示す。負荷電流を10Aから0Aへ急激に切り替えた時、従来のリチウムイオン電池では4Vであった電池の電圧は8Vにまで上昇するが、この発明を用いて作製したリチウムイオン電池の場合は5.8V程度の電圧上昇で抑えることが可能である。   FIG. 8 shows voltage characteristics when the load current is switched from 10 A to 0 A in the lithium ion battery manufactured using the spirally wound electrode body shown in FIG. When the load current is suddenly switched from 10 A to 0 A, the voltage of the battery, which was 4 V in the conventional lithium ion battery, rises to 8 V. However, in the case of the lithium ion battery manufactured using the present invention, 5.8 V It can be suppressed by a voltage increase of a certain degree.

次に、この発明による第2の実施形態である過電圧防止策として、電極リードの引き出し位置を変更することにより過電圧の発生を防止する方法について説明する。   Next, a method for preventing the occurrence of overvoltage by changing the lead-out position of the electrode lead will be described as an overvoltage prevention measure according to the second embodiment of the present invention.

図9に、既存のリチウムイオン電池の電極箔を展開した様子を模式的に示す。参照符号41で示すのは正電極箔であり、参照符号42で示すのは負電極箔である。この正電極箔41および負電極箔42の各電極箔に、電極箔と電池外装体を接続するための正極リード41aおよび負極リード42aを設置する。既存のリチウムイオン電池では、各電極箔の逆端部に正極リード41a、負極リード42aを設置することにより巻回電極体を作製している。   FIG. 9 schematically shows a state in which an electrode foil of an existing lithium ion battery is developed. Reference numeral 41 indicates a positive electrode foil, and reference numeral 42 indicates a negative electrode foil. A positive electrode lead 41 a and a negative electrode lead 42 a for connecting the electrode foil and the battery outer package are provided on each of the positive electrode foil 41 and the negative electrode foil 42. In an existing lithium ion battery, a wound electrode body is manufactured by installing a positive electrode lead 41a and a negative electrode lead 42a at opposite ends of each electrode foil.

図10に、正極リード41aおよび負極リード42aを設置した場合の電流の流れを模式的に示す。なお、正電極箔41および負電極箔42間に配置されるセパレータの図示は省略し、また正電極箔41および負電極箔42の周囲には電解液が満たされているものとする。   FIG. 10 schematically shows a current flow when the positive electrode lead 41a and the negative electrode lead 42a are installed. The illustration of the separator disposed between the positive electrode foil 41 and the negative electrode foil 42 is omitted, and it is assumed that the positive electrode foil 41 and the negative electrode foil 42 are filled with an electrolytic solution.

この場合、負極リード42aから導入された電流は負電極箔42から正電極箔41へ、電解液を通して流れ、正極リード41aを伝わって外部の電気回路に流れる。   In this case, the current introduced from the negative electrode lead 42a flows through the electrolyte from the negative electrode foil 42 to the positive electrode foil 41, and then flows through the positive electrode lead 41a to the external electric circuit.

図11に、この発明を適用して作製したリチウムイオン電池の電極箔を展開した様子を示す。参照符号51で示すのは正電極箔であり、参照符号52で示すのは負電極箔である。図9に示す既存のリチウムイオン電池と異なり、正電極箔51および負電極箔52から接続される正極リード51aおよび負極リード52aの引き出し位置の距離をできるだけ小さくするように構成されている。   FIG. 11 shows a state in which an electrode foil of a lithium ion battery manufactured by applying the present invention is developed. Reference numeral 51 indicates a positive electrode foil, and reference numeral 52 indicates a negative electrode foil. Unlike the existing lithium ion battery shown in FIG. 9, the distance between the lead positions of the positive electrode lead 51a and the negative electrode lead 52a connected from the positive electrode foil 51 and the negative electrode foil 52 is made as small as possible.

この場合の電流の流れを、図12に模式的に示す。なお、正電極箔51および負電極箔522間に配置されるセパレータは省略し、また正電極箔51および負電極箔52の周囲には電解液が満たされているものとする。   The current flow in this case is schematically shown in FIG. In addition, the separator arrange | positioned between the positive electrode foil 51 and the negative electrode foil 522 is abbreviate | omitted, and the electrolyte solution shall be filled in the circumference | surroundings of the positive electrode foil 51 and the negative electrode foil 52. FIG.

この発明を適用した場合、負極リード52aから正極リード51aまで電流が流れるためには、大まかに経路A、経路B、経路Cの3経路に分けることができる。この場合、経路Bおよび経路Cは、負電極箔52側を流れる電流と正電極箔51側を流れる電流が逆方向となり、インダクタンス成分が抑制される。したがって、経路Aにおける電流によるインダクタンス成分のみが発生する。   When the present invention is applied, in order for the current to flow from the negative electrode lead 52a to the positive electrode lead 51a, it can be roughly divided into three paths: a path A, a path B, and a path C. In this case, in the path B and the path C, the current flowing on the negative electrode foil 52 side and the current flowing on the positive electrode foil 51 side are in opposite directions, and the inductance component is suppressed. Therefore, only the inductance component due to the current in the path A is generated.

したがって、正電極箔51および負電極箔52から接続される正極リード51aおよび負極リード52aの引き出し位置の距離を極小にすることにより、インダクタンス成分を抑えることが可能である。   Therefore, the inductance component can be suppressed by minimizing the distance between the lead positions of the positive electrode lead 51 a and the negative electrode lead 52 a connected from the positive electrode foil 51 and the negative electrode foil 52.

また、第3の実施形態として、図13に示すように、正電極箔51および負電極箔52から引き出す正極リード51aおよび負極リード52aを複数本設置することにより、インダクタンス成分を抑制するような構成も可能である。   Further, as a third embodiment, as shown in FIG. 13, a configuration in which an inductance component is suppressed by installing a plurality of positive electrode leads 51 a and negative electrode leads 52 a drawn from the positive electrode foil 51 and the negative electrode foil 52. Is also possible.

以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。   The embodiment of the present invention has been specifically described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.

例えば、第3の実施例において、一方の電極リードを複数本とし、他方の電極リードを1本とするだけでなく、正極リード、負極リードの両方が複数本導出されるような構成を用いてもよい。   For example, in the third embodiment, not only the one electrode lead is plural and the other electrode lead is one, but a configuration in which plural positive leads and plural negative leads are derived is used. Also good.

リチウムイオン電池内の概念的な等価回路の一例を示す略線図である。It is a basic diagram which shows an example of the conceptual equivalent circuit in a lithium ion battery. 電気回路に断続的に電流を流した場合に電池端子に生じる電圧の計算例を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the example of calculation of the voltage which arises in a battery terminal when an electric current is sent through an electric circuit intermittently. 円筒型のリチウムイオン二次電池のインピーダンス特性を示す略線図であるIt is a basic diagram which shows the impedance characteristic of a cylindrical lithium ion secondary battery. 負荷電流を10Aから0Aへ切り替えた場合の電圧特性を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the voltage characteristic at the time of switching load current from 10A to 0A. この発明を適用することが可能であるリチウムイオン電池の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the lithium ion battery which can apply this invention. 既存のリチウムイオン電池における電極の巻回構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the winding structure of the electrode in the existing lithium ion battery. この発明の第1の実施形態による電池における電極の巻回構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the winding structure of the electrode in the battery by 1st Embodiment of this invention. 図7に示す巻回電極体を用いて作製したリチウムイオン電池において、負荷電流を10Aから0Aへ切り替えた場合の電圧特性を示す略線図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing voltage characteristics when the load current is switched from 10 A to 0 A in the lithium ion battery manufactured using the wound electrode body shown in FIG. 7. 既存のリチウムイオン電池の電極箔を展開した様子を示す略線図である。It is a basic diagram which shows a mode that the electrode foil of the existing lithium ion battery was expand | deployed. 既存のリチウムイオン電池の電流の流れを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the flow of the electric current of the existing lithium ion battery. この発明の第2の実施形態による電池の電極箔を展開した様子を示す略線図である。It is a basic diagram which shows a mode that the electrode foil of the battery by 2nd Embodiment of this invention was expand | deployed. この発明を適用して作製したリチウムイオン電池の電流の流れを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the flow of the electric current of the lithium ion battery produced by applying this invention. この発明の第3の実施形態による電池における、正極リードを複数設置した場合の電極箔を展開した様子を示す略線図である。It is a basic diagram which shows a mode that the electrode foil at the time of installing the positive electrode lead in the battery by the 3rd Embodiment of this invention was expand | deployed. 正極リードを2本設置して作製したリチウムイオン電池の電流の流れを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the electric current flow of the lithium ion battery produced by installing two positive electrode leads.

符号の説明Explanation of symbols

21・・・正電極箔
22・・・負電極箔
31・・・正電極箔
32・・・負電極箔
41・・・正電極箔
41a・・・正極リード
42・・・負電極箔
42a・・・負極リード
51・・・正電極箔
51a・・・正極リード
52・・・負電極箔
52a・・・負極リード
21 ... Positive electrode foil 22 ... Negative electrode foil 31 ... Positive electrode foil 32 ... Negative electrode foil 41 ... Positive electrode foil 41a ... Positive electrode lead 42 ... Negative electrode foil 42a .... Negative electrode lead 51 ... Positive electrode foil 51a ... Positive electrode lead 52 ... Negative electrode foil 52a ... Negative electrode lead

Claims (4)

シート状の金属箔よりなる正極集電体に正極活物質を塗布することにより作製した正極と、シート状の金属箔よりなる負極集電体に負極活物質を塗布することにより作製した負極とを、セパレータを介して重ね、これを巻回することにより作製した円筒型巻回電極体を外装体に収納してなる電池装置において、
上記円筒型巻回電極体は、上記正極および上記負極の長手方向中央部分より巻回し、正極、負極の各電極箔端部分が巻き終わりにくるようにして作製することを特徴とする電池装置。
A positive electrode prepared by applying a positive electrode active material to a positive electrode current collector made of a sheet-like metal foil, and a negative electrode made by applying a negative electrode active material to a negative electrode current collector made of a sheet-like metal foil In a battery device in which a cylindrical wound electrode body produced by stacking and winding this through a separator is housed in an exterior body,
The cylindrical wound electrode body is manufactured by winding the positive electrode and the negative electrode from a longitudinal central portion so that the electrode foil end portions of the positive electrode and the negative electrode come to the end of winding.
シート状の金属箔よりなる正極集電体に正極活物質を塗布することにより作製した正極と、シート状の金属箔よりなる負極集電体に負極活物質を塗布することにより作製した負極とを、セパレータを介して重ね、これを巻回することにより作製した円筒型巻回電極体を外装体に収納してなる電池装置において、
上記正極集電体に接続した正極リードと上記負極集電体に接続した負極リードの距離が、極小になるよう配置することを特徴とする電池装置。
A positive electrode prepared by applying a positive electrode active material to a positive electrode current collector made of a sheet-like metal foil, and a negative electrode made by applying a negative electrode active material to a negative electrode current collector made of a sheet-like metal foil In a battery device in which a cylindrical wound electrode body produced by stacking and winding this through a separator is housed in an exterior body,
A battery device, wherein a distance between a positive electrode lead connected to the positive electrode current collector and a negative electrode lead connected to the negative electrode current collector is minimized.
請求項2に記載の電池装置において、
上記正極集電体および上記負極集電体のそれぞれのほぼ同一位置から上記正極リードおよび負極リードを導出することを特徴とする電池装置。
The battery device according to claim 2,
A battery device, wherein the positive electrode lead and the negative electrode lead are led out from substantially the same position of each of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector.
シート状の金属箔よりなる正極集電体に正極活物質を塗布することにより作製した正極と、シート状の金属箔よりなる負極集電体に負極活物質を塗布することにより作製した負極とを、セパレータを介して重ね、これを巻回することにより作製した円筒型巻回電極体を外装体に収納してなる電池装置において、
上記正極集電体から正極リードを導出するとともに、上記負極集電体から負極リードを導出し、上記正極リードおよび上記負極リードの少なくとも一方を複数とすることを特徴とする電池装置。
A positive electrode prepared by applying a positive electrode active material to a positive electrode current collector made of a sheet-like metal foil, and a negative electrode made by applying a negative electrode active material to a negative electrode current collector made of a sheet-like metal foil In a battery device in which a cylindrical wound electrode body produced by stacking and winding this through a separator is housed in an exterior body,
A battery device, wherein a positive electrode lead is led out from the positive electrode current collector, a negative electrode lead is led out from the negative electrode current collector, and at least one of the positive electrode lead and the negative electrode lead is plural.
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