JP2008135374A - Sealed secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、駆動用電源、バックアップ電源等の高容量の密閉型二次電池に関するものである。 The present invention relates to a high-capacity sealed secondary battery such as a driving power source and a backup power source.
密閉型二次電池として、ニッケル水素蓄電池やニッケルカドミウム蓄電池等があるが、中でもリチウムイオン電池に代表される非水電解質二次電池は、軽量、小型で高エネルギー密度であることから、携帯電話を始めとする民生用機器から電気自動車や電動工具等駆動用電源、バックアップ電源まで、各種用途に用いられている。特に、近年、非水電解質二次電池は、駆動用電源、バックアップ電源として注目されており、高容量化に向けての開発が活発化している。 Nickel metal hydride storage batteries and nickel cadmium storage batteries are examples of sealed secondary batteries. Among them, non-aqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium ion batteries are lightweight, small, and have high energy density. It is used in various applications, from consumer devices such as electric vehicles to power sources for electric vehicles and power tools and backup power sources. In particular, in recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries have attracted attention as drive power sources and backup power sources, and development toward higher capacities has become active.
電池容量を大きくするためには、例えば、セパレータを介して捲回される正極及び負極の捲回回数を増やして、電極群の電極面積を大きくすることが考えられるが、捲回回数が増えるにつれて、放熱性が悪くなり、その結果、電池内で温度の不均一に起因して電池の寿命が低下するという問題が起きる。また、捲回回数を多くすると、巻きずれが起きるなどの問題が生じ、製造面での課題も多い。 In order to increase the battery capacity, for example, it is conceivable to increase the number of times of winding of the positive electrode and the negative electrode wound through the separator to increase the electrode area of the electrode group, but as the number of times of winding increases. As a result, there is a problem in that the heat dissipation is deteriorated, and as a result, the battery life is reduced due to non-uniform temperature in the battery. In addition, when the number of windings is increased, problems such as winding deviation occur, and there are many problems in manufacturing.
このような電池の大型化に伴う問題を解決する方法として、電極群を複数の小電極群に分離して、容器内に収納する方法が、特許文献1に記載されている。 As a method for solving such a problem associated with an increase in the size of a battery, Patent Document 1 discloses a method in which an electrode group is separated into a plurality of small electrode groups and accommodated in a container.
図10は、特許文献1に記載された電池ケースの構成を示した斜視図で、図10に示すように、樹脂フィルム101で被覆された小電極群102を、複数の金属製の仕切り104によって仕切られた容器103内に収納することによって、金属製の仕切り104を介して、各電極群102で発生した熱を効率的に容器外に放出することができる。
FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of the battery case described in Patent Document 1. As shown in FIG. 10, the
しかしながら、図10に示すように、容器103内に収納された複数の小電極群102は、仕切り104によって完全に分離されているため、例えば、一部の小電極群102に急激なガス発生等の異常が生じた場合、この小電極群102が収納された収納部の内圧が急激に上昇し、その結果、異常発生したガスが容器103から噴出するという問題が生じる。
However, as shown in FIG. 10, since the plurality of
これに対して、特許文献2には、小電極群を収納した複数の容器を連通路によって相互に連通する方法が記載されている。 On the other hand, Patent Document 2 describes a method of communicating a plurality of containers containing small electrode groups with each other through a communication path.
図11及び図12は、特許文献2に記載された電池ケースの構成を示した断面図で、図11に示すように、複数の電極群を収納する電池ケース201は、互いに仕切りされた収納部202を有し、この収納部202に、電極群203がそれぞれ収納されている。そして、図12に示すように、電池ケース201上部に設けられた蓋体204において、隣接する収納部202の境界近傍にそれぞれ通孔205が形成され、さらに、通孔205を互いに連通する連通路206が蓋体204の上方に形成されている。
11 and 12 are cross-sectional views showing the configuration of the battery case described in Patent Document 2. As shown in FIG. 11, the
このような構成により、互いに仕切りされた収納部202は、連通路206によって互いに空間が共有されているので、劣化が先行した電極群203で発生したガスを、他の収納部202に逃がすことができる。これにより、各電極群203の劣化のバランスを取ることができ、電池全体の寿命の低下を防止することができる。
特許文献2に記載された方法は、一部の収納部202で発生したガスを、連通路206を介して他の収納部202に逃がすことができるため、各電極群203の劣化のバランスを取ることができる点では有効であるが、連通路206は、蓋体204の上方に形成されているため、連通路206の占める容積は、収納部202全体の容積に比べて非常に小さい。
The method described in Patent Document 2 can balance the deterioration of each
これは、特許文献2に記載された方法は、ニッケル水素電池に適用することを企図したもので、電解液が収納部202間を移動して自己放電するのを防止する必要があることに起因するもので、それ故、図12に示すように、蓋体204上部に形成された連通路206には、電解液の短絡防止をより確実にするための堰207をさらに設ける等の対策が施されている。
This is because the method described in Patent Document 2 is intended to be applied to a nickel metal hydride battery, and it is necessary to prevent the electrolytic solution from moving between the
このように、ニッケル水素電池においては、連通路206を設ける位置(蓋体204の上方)に制約があるものの、そもそもニッケル水素電池においては、充電末期には常に正極電位が酸素発生電位に近くなるため、収納部202内で常時ガスが発生しており、通常、収納部202で発生したガスは、負極の水素吸蔵合金中のプロトンと反応させることで吸収するような構成が取られている。それ故、連通路206の占める容積は、各収納部202内における内圧のバラツキを均一に保つのに必要な程度の大きさで十分その目的を達成することができる。
As described above, in the nickel metal hydride battery, although the position where the
しかしながら、リチウムイオン電池のような非水電解質二次電池においては、例えば、異物の混入等により正極板と負極板とが短絡し、これが原因で異常電流が発生すると、活性物質の熱分解に伴う気化や、短絡部分の発熱に伴う電解液の蒸発等が急激に発生することがあり、一部の電極群203で、このようなガスが急激に発生した場合、蓋体204上部に形成された連通路206だけでは、異常発生したガスを速やかに他の収納部202に逃がすことは困難である。
However, in a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion battery, for example, when a positive electrode plate and a negative electrode plate are short-circuited due to foreign matter or the like, and an abnormal current is generated due to this short-circuit, it accompanies thermal decomposition of the active substance. Vaporization, evaporation of the electrolyte accompanying heat generation in the short-circuit portion, etc. may occur suddenly. When such gas is generated suddenly in some
また、リチウムイオン電池の場合、正極板及び負極板を構成する集電体に、非常に薄い金属箔が用いられているため、正極板と負極板とをセパレータを介して捲回された円筒形の電極群にしたとき、一部の収納部202に異常ガスが発生して内圧が上昇すると、電極群の捲きズレが生じるおそれがある。もし、捲きズレが発生すると、それによってさらに異常ガスの発生が助長されるという悪循環が生じてしまう。
In the case of a lithium ion battery, since a very thin metal foil is used for the current collectors constituting the positive electrode plate and the negative electrode plate, a cylindrical shape in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are wound with a separator interposed therebetween. When an abnormal gas is generated in a part of the
本発明は、かかる課題に鑑みなされたもので、その主な目的は、複数の電極群が電池ケースに収納された密閉型二次電池において、各電極群の特性が安定し、信頼性の高い密閉型二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and its main purpose is a sealed secondary battery in which a plurality of electrode groups are housed in a battery case, and the characteristics of each electrode group are stable and highly reliable. The object is to provide a sealed secondary battery.
本発明に係わる密閉型二次電池は、正極板と負極板とをセパレータを介して捲回されてなる複数の円筒形の電極群が電池ケースに封入されてなる非水電解質二次電池であって、電池ケースは、複数の電極群をそれぞれ収納する複数の円筒形の収納部と、互いに隣接する収納部を連結する連通部とを備えており、収納部の内周が、電極群の外周と略同一形状をなし、連通部が、収納部の側面に沿って形成されている構成をなすものである。 The sealed secondary battery according to the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery in which a plurality of cylindrical electrode groups obtained by winding a positive electrode plate and a negative electrode plate through a separator are enclosed in a battery case. The battery case includes a plurality of cylindrical storage portions that respectively store a plurality of electrode groups, and a communication portion that connects storage portions adjacent to each other, and the inner periphery of the storage portion is the outer periphery of the electrode group. And the communication portion is formed along the side surface of the storage portion.
このような構成にすることにより、一部の収納部に異常ガスが発生しても、収納部の側面に沿って形成された連通部を介して、速やかに隣接する収納部にガスを逃がすことができ、かつ、連通部自身の占める容積も大きく取ることができるため、各収納部に収納された電極群の特性を安定させることができる。 By adopting such a configuration, even if abnormal gas is generated in some of the storage units, the gas is quickly released to the adjacent storage unit via the communication portion formed along the side surface of the storage unit. In addition, since the volume occupied by the communication section itself can be increased, the characteristics of the electrode group stored in each storage section can be stabilized.
また、円筒形の電極群は、ほぼ同一形状の内周をなす円筒形の収納部に収納されているため、収納部の内周全体で、電極群の外周を押さえながら維持することができ、収納部に異常ガスが発生して内圧が上昇しても、電極群の捲きズレを抑制することができる。 In addition, since the cylindrical electrode group is stored in a cylindrical storage portion having an inner periphery of substantially the same shape, the entire inner periphery of the storage portion can be maintained while pressing the outer periphery of the electrode group, Even if abnormal gas is generated in the storage portion and the internal pressure rises, it is possible to suppress the displacement of the electrode group.
なお、各収納部に充填される電解液が、非水電解質または有機ゲル電解質である場合、ニッケル水素電池の電解液であるアルカリ水溶液のように水系でないため、異常時に発生するガス量とガス発生速度が大きく、本願の構成が特に有効である。 In addition, when the electrolytic solution filled in each storage part is a non-aqueous electrolyte or an organic gel electrolyte, it is not an aqueous system like an alkaline aqueous solution that is an electrolytic solution of a nickel-metal hydride battery. The speed is large and the configuration of the present application is particularly effective.
さらに、複数の収納部の端部を、各収納部の外周の包絡線にそって、略長円形状に変形された外周をなす開口端にして、この開口端に、開口端の外周と略同一の長円形状からなる封口部で封口するような構成にすれば、容易に、開口端に封口部を溶接等で封口することができる。 Furthermore, the end portions of the plurality of storage portions are formed as open ends that form a substantially elliptical shape along the envelope of the outer periphery of each storage portion. If it is made the structure which seals with the sealing part which consists of the same ellipse shape, a sealing part can be easily sealed by welding etc. to an opening end.
本発明に係わる密閉型二次電池によれば、一部の収納部に異常ガスが発生しても、収納部の側面に沿って形成された連通部を介して、速やかに隣接する収納部にガスを逃がすことができるとともに、収納部の内周全体で電極群の外周を維持しているため、電極群の捲きズレを効果的に抑制することができる。これにより、各電極群の特性が安定し、信頼性及び安全性の高い密閉型二次電池を実現することができる。 According to the sealed secondary battery according to the present invention, even if abnormal gas is generated in a part of the storage units, the storage unit is quickly connected to the adjacent storage unit through the communication unit formed along the side surface of the storage unit. Gas can be released and the outer periphery of the electrode group is maintained over the entire inner periphery of the storage portion, so that the displacement of the electrode group can be effectively suppressed. Thereby, the characteristic of each electrode group is stabilized, and a sealed secondary battery with high reliability and safety can be realized.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals for the sake of simplicity. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.
図1は、本発明の実施形態における密閉型二次電池に用いる電池ケース10の構成を模式的に示した斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a
図1に示すように、電池ケース10は、複数の電極群をそれぞれ収納する複数の円筒形の収納部12a〜12dと、互いに隣接する収納部12a〜12dを連結する連通部13a〜13cとを備えている。そして、収納部12a〜12dの内周は、電極群の外周と略同一形状をなしており、また、連通部13a〜13cは、収納部12a〜12dの側面に沿って形成されている。
As shown in FIG. 1, the
ここで、電池ケース10に収納する電極群20は、図2示すように、正極板21と負極板22とをセパレータ23を介して捲回されてなる円筒形の形状をなし、複数の電極群20は、各収納部12a〜12dに、ほぼ隙間無く収納される。
Here, the
図3は、複数の円筒形の電極群20が電池ケース10に封入された密閉型二次電池30の構成を模式的に示した断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a sealed
図3に示すように、電池ケース10の複数の収納部に、電極群20a〜20dがそれぞれ収納されている。正極板21の端部に溶接された正極リード24は、正極集電板31に溶接され、負極板22の端部に溶接された負極リード25は、電池ケース10の底部に溶接されている。また、電池ケース10の上部開口端は、封口板32で溶接されて封口され、正極集電板31は、リード33を介して、封口板32に設けられた極柱34に溶接されている。なお、封口板32と極柱34とは、ガスケット35により絶縁されている。なお、電解質は、封口板32に設けられた注入口36から注入され、封口板32の一部には安全弁37が設けられている。
As shown in FIG. 3, the
このように構成された密閉型二次電池は、一部の収納部12a〜12dに異常ガスが発生しても、収納部12a〜12dの側面に沿って形成された連通部13a〜13cを介して、速やかに隣接する収納部12a〜12dにガスを逃がすことができる。
Even if abnormal gas is generated in some of the
また、円筒形の電極群20a〜20dは、ほぼ同一形状の内周をなす円筒形の収納部12a〜12dに収納されているため、収納部12a〜12dの内周全体で、電極群20a〜20dの外周を押さえながら維持することができる。これにより、収納部に異常ガスが発生して内圧が上昇しても、電極群の捲きズレを抑制することができる。
Further, since the
また、各収納部12a〜12dに充填される電解質が非水電解質の材料の場合、異常時に発生するガス量とガス発生速度が大きく、収納部12a〜12dの側面に沿って連通部13a〜13cを形成することよる空間確保の効果が大きい。また、有機ゲル電解質の材料を用いた場合にも、同様の効果を得ることができる。
Moreover, when the electrolyte with which each
以上のような作用効果を発揮することによって、各収納部12a〜12dに収納された電極群20a〜20dの特性を安定させることができ、信頼性の高い密閉型二次電池を実現することができる。
By exhibiting the above effects, it is possible to stabilize the characteristics of the
なお、収納部12a〜12d及び電極群20a〜20dは、真円状の円筒形に限らず、例えば、円筒形の電極群を押しつぶして形成された楕円状の円筒形(長円筒形)のものであってもよい。
The
図4は、収納部及び電極群が、長円筒形である場合の本発明の実施形態における密閉型二次電池に用いる電池ケース10の構成を模式的に示した斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing the configuration of the
図4に示すように、電池ケース10は、複数の電極群をそれぞれ収納する複数の長円筒形の収納部12a〜12dと、互いに隣接する収納部12a〜12dを連結する連通部13a〜13cとを備えている。そして、収納部12a〜12dの内周は、電極群の外周と略同一形状をなしており、また、連通部13a〜13cは、収納部12a〜12dの側面に沿って形成されている。
As shown in FIG. 4, the
ここで、電池ケース10に収納する電極群20は、図5示すように、正極板21と負極板22とをセパレータ23を介して捲回されてなる長円筒形の形状をなし、複数の電極群20は、各収納部12a〜12dに、ほぼ隙間無く収納される。
Here, the
このように構成された密閉型二次電池は、一部の収納部12a〜12dに異常ガスが発生しても、収納部12a〜12dの側面に沿って形成された連通部13a〜13cを介して、速やかに隣接する収納部12a〜12dにガスを逃がすことができる。
Even if abnormal gas is generated in some of the
また、長円筒形の電極群20は、ほぼ同一形状の内周をなす長円筒形の収納部12a〜12dに収納されているため、収納部12a〜12dの内周全体で、電極群20の外周を押さえながら維持することができる。これにより、収納部に異常ガスが発生して内圧が上昇しても、電極群の捲きズレを抑制することができる。
In addition, since the long
また、収納部12a〜12d及び連通部13a〜13cの材質は特に問わないが、収納部12a〜12d及び連通部13a〜13cを一体的に成形すれば、電池ケース10の強度を増すとともに部品点数も減るためコスト、品質の点で有利である。
The materials of the
電池ケース10は、種々の方法で形成することができる。例えば、押し出し工法を用いて、収納部12a〜12d及び連通部13a〜13cを一体的に成形することができる。また、DI(Drawing & Ironing)工法を用いれば、収納部12a〜12d、連通部13a〜13c、及び底部を一体的に形成することもできる。また、長円同形の収納部を形成した後、プレス加工により連通部13a〜13cを形成してもよい。
The
なお、本発明における密閉型二次電池は、本実施形態において説明した上記構成以外の構成については、特に限定するものはなく、通常の密閉型二次電池において採用される種々の構成を適用し得る。 The sealed secondary battery in the present invention is not particularly limited with respect to the configuration other than the above-described configuration described in the present embodiment, and various configurations adopted in ordinary sealed secondary batteries are applied. obtain.
例えば、電池ケースの材質としては、鉄、ニッケル、鉄ニッケルメッキ、ステンレス、アルミニウムなどを用いることができる。 For example, as a material of the battery case, iron, nickel, iron nickel plating, stainless steel, aluminum, or the like can be used.
また、正極板を構成する集電体には、アルミニウムの箔または穿孔体等が用いられ、正極活物質には、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム等の複合酸化物、若しくはその変性体などを用いることができる。変性体として、アルミニウム、マグネシウム、コバルト、ニッケル、マンガン等の元素を混合して含有させることもできる。また、正極活物質の表面を別の材料でコートしてもよい。導電剤としては、正極電位下で安定な黒鉛、カーボンブラック、導電性酸化物、金属粉末などが用いられる。結着剤としては、正極電位下で安定な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)等が用いられる。 The current collector constituting the positive electrode plate is an aluminum foil or a perforated body, and the positive electrode active material is a composite oxide such as lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, and lithium iron phosphate. Or a modified product thereof can be used. As a modified body, elements such as aluminum, magnesium, cobalt, nickel and manganese can be mixed and contained. Further, the surface of the positive electrode active material may be coated with another material. As the conductive agent, graphite, carbon black, conductive oxide, metal powder or the like that is stable under the positive electrode potential is used. As the binder, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE) or the like that is stable at the positive electrode potential is used.
また、負極板を構成する集電体には、銅箔または銅穿孔体等が用いられ、負極活物質には、天然黒鉛、人造黒鉛、アルミニウムやそれを主体とする種々の合金、酸化スズ、酸化シリコンなどの金属酸化物、金属窒化物を用いることができる。導電剤としては、負極電位下で安定な黒鉛、カーボンブラック、導電性酸化物、金属粉末などが用いられる。結着剤としては、負極電位下で安定なスチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、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)などが用いられる。 In addition, a copper foil or a copper perforated body is used for the current collector constituting the negative electrode plate, and the negative electrode active material includes natural graphite, artificial graphite, aluminum and various alloys mainly composed thereof, tin oxide, A metal oxide such as silicon oxide or a metal nitride can be used. As the conductive agent, graphite, carbon black, conductive oxide, metal powder or the like that is stable under a negative electrode potential is used. As the binder, styrene-butadiene copolymer rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), or the like that is stable under a negative electrode potential is used.
また、セパレータには、ポリオレフィンからなる微多孔膜、不織布などが用いられる。 For the separator, a microporous film made of polyolefin, a nonwoven fabric, or the like is used.
なお、図2示した正極板21及び負極板22は、上記の導電剤および結着剤と混練した正極活物質を集電体に塗着し、集電体の一端の未塗着部に正極リード24または負極リード25を溶接して形成される。そして、正極板21及び負極板22を、セパレータ23を介して正極リード24及び負極リード25が違う方向から取り出されるように捲回することにより、電極群20が形成される。
Note that the
また、非水電解質は、主に非水溶媒と溶質とからなり、溶質には、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)等のリチウム塩が用いられる。また、非水溶媒には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの環状カーボネート類や、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類などが用いられる。なお、非水溶媒は、1種を単独で用いてもよいが2種以上を組み合わせてもよい。また、ビニレンカーボネート、シクロヘキシルベンゼン、ジフェニルエーテルなどの添加剤を添加したものでもよい。 The non-aqueous electrolyte mainly includes a non-aqueous solvent and a solute, and a lithium salt such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) or lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) is used as the solute. . As the non-aqueous solvent, cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, and chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate are used. In addition, a non-aqueous solvent may be used individually by 1 type, but may combine 2 or more types. Moreover, what added additives, such as vinylene carbonate, cyclohexylbenzene, diphenyl ether, may be used.
また、有機ゲル電解質には、ポリマー材料に非水電解質を含ませたものを用いることができる。 As the organic gel electrolyte, a polymer material containing a non-aqueous electrolyte can be used.
また、ガスケット35として、架橋型ポリプロピレン(PP)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂などが用いられる。
Further, as the
また、封口板32の材質としては、鉄、ニッケル、鉄ニッケルメッキ、ステンレス、アルミニウム、これらのクラッド材などが用いられる。
Further, as the material of the sealing
なお、本発明に好適な非水電解質または有機ゲル電解質の二次電池としては、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池等がある。 Examples of the secondary battery of the nonaqueous electrolyte or organic gel electrolyte suitable for the present invention include a lithium ion battery and a lithium ion polymer battery.
(本実施形態の変形例)
本発明における密閉型二次電池は、複数の電極群を収納部12a〜12dに収納した後、電池ケース10の開口端は、封口部で封口されるが、電池ケース10の開口端は、図1に示すように、連通部13a〜13cにおいてくびれた形状になっているため、例えば、封口部を電池ケース10の開口端に溶接等で封口する場合、通常の溶接に比べて、複雑な工程を要する。
(Modification of this embodiment)
In the sealed secondary battery according to the present invention, after the plurality of electrode groups are accommodated in the
本変形例では、このような製造面での改良を図った電池ケース10の構成を、図6〜図9を参照しながら説明する。
In this modification, the configuration of the
図6は、第1の変形例における電池ケース10の構成を示した図で、基本的な構成は、図1に示したものと同じであるが、複数の収納部12a〜12dの一端(図では、上端部)が、各収納部12a〜12dの外周の包絡線にそって略長円形状に変形された開口端14をなしている点に特徴がある。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the
このような形状を有する開口端14を封口部で溶接する場合、封口部の形状(平面形状)を、開口端14の外周と略同一の長円形状にすることによって、容易に溶接することができる。
When the opening
なお、このような構成にしても、電極群20a〜20dは、開口端近傍の領域を除いて、収納部12a〜12dのほとんどの領域において、電極群20a〜20dを押さえながら維持することができるので、収納部に異常ガスが発生して内圧が上昇しても、電極群の捲きズレを抑制する効果は失われない。
Even in such a configuration, the
図7は、第2の変形例における電池ケース10の構成を示した図で、複数の収納部12a〜12dの他端(図では下端部)も、図6に示したのと同様に、略長円形状に変形された開口端15にしたものである。例えば、電池ケース10の底部を、収納部12a〜12d及び連通部13a〜13cと一体的に形成しない場合に、電池ケース10の底部を封口部で溶接するのが容易になる。
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the
図8は、第3の変形例における電池ケース10の構成を示した図で、図6に示した電池ケース10において、収納部12a〜12dの他端(図では下端部)が、平坦な封口部16によって封口されており、さらに、封口部16の内側の表面に、突起部16a〜16dが形成されている点に特徴がある。
FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of the
本発明においては、円筒形の電極群20a〜20dが、ほぼ同一形状の内周をなす円筒形の収納部12a〜12dに収納されるため、電極群20a〜20dを収納部12a〜12dの内壁で維持することができるが、それでも、電極群20a〜20dを収納部12a〜12dに収納する際の若干の隙間は確保しておかなければならない。その結果、収納部12a〜12dに収納された各電極群20a〜20dの位置に多少のバラツキが生じ、これに起因にて各電極群の特性がばらつく畏れがある。
In the present invention, since the
このような場合に、各電極群20a〜20dの巻回芯部が、電池ケース10の底部に設けた各突起部16a〜16dと嵌合されるように、電極群20a〜20dを収納部12a〜12dに収納すれば、電極群20a〜20dの位置のバラツキを抑えることができる。
In such a case, the
図9は、第4の変形例における電池ケース10の構成を示した図で、図6に示した電池ケース10において、連通部13a〜13cの形状を、少なくともその中央付近において、直線状になるように加工した点に特徴がある。このような構成にすることによって、収納部12a〜12dが電極群20a〜20dを維持する作用効果を損なうことなく、連通部13a〜13cの容積を大きくすることができ、その結果、密閉型二次電池の信頼性及び安全性をより向上させることができる。
FIG. 9 is a diagram illustrating the configuration of the
以下、本発明の実施形態における密閉型二次電池の具体的な製造方法について、リチウムイオン電池(非水電解質二次電池)を例に説明する。 Hereinafter, a specific method for manufacturing a sealed secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described by taking a lithium ion battery (nonaqueous electrolyte secondary battery) as an example.
(1)電池ケースの作製
鉄板を押し出し工法を用いて、図1に示したような、約0.25mmの厚みをなす収納部12a〜12d及び連通部13a〜13cの形状を有する電池ケース10を形成する。その後、この形状に合わせた形状を持つ底部をレーザーで溶接する。
(1) Production of Battery Case Using a steel plate extrusion method, a
(2)封口板の作製
鉄板を用いて、図3に示したような封口板32を作製する。この封口板32には、薄肉化と溝入れによって内圧が高くなった際に開弁し、ガスを逃がす安全弁37、電解液の注入口36、正極電位を電池ケース10の外に導くためのアルミニウムで作られた極柱34、封口板32と極柱34を絶縁するための架橋型ポリプロピレン(PP)樹脂でつくられたガスケット35を備えている。
(2) Preparation of sealing plate The sealing
(3)正極板の作製
正極合剤としてコバルト酸リチウム粉末を85重量部、導電剤として炭素粉末を10重量部、及び結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液を、PVDFが5重量部相当を混合する。この混合物を厚み15μmのアルミニウム箔に、塗布、乾燥した後、圧延して厚みが約100μmの正極板21を作製する。正極板21にはアルミニウムの正極リード24を設ける。
(3) Preparation of positive electrode plate 85 parts by weight of lithium cobaltate powder as a positive electrode mixture, 10 parts by weight of carbon powder as a conductive agent, and N-methyl-2-pyrrolidone of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder ( NMP) solution is mixed with 5 parts by weight of PVDF. This mixture is applied to an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and then rolled to produce a
(4)負極板の作製
負極合剤として人造黒鉛粉末を95重量部、及び結着剤としてPVDFのNMP溶液をPVDFが5重量部相当を混合する。この混合物を厚み10μmの銅箔に、塗布、乾燥した後、圧延して厚みが約110μmの負極板22を作製する。負極板22には銅の負極リード25を設ける。
(4) Production of Negative Electrode Plate An artificial graphite powder is mixed with 95 parts by weight as a negative electrode mixture, and an NMP solution of PVDF as a binder is mixed with PVDF corresponding to 5 parts by weight. This mixture is applied to a copper foil having a thickness of 10 μm, dried, and then rolled to produce a
(5)非水電解質の調整
非水溶媒として、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比1:1で混合し、これに溶質として、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)が1mol/Lになるように溶解する。このように調製した非水電解質を15ml用いる。
(5) Preparation of non-aqueous electrolyte As a non-aqueous solvent, ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 1, and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is 1 mol / L as a solute. To dissolve. 15 ml of the non-aqueous electrolyte prepared in this way is used.
(6)電極群の作製
正極板21と負極板22の間に、厚み25μmのセパレータ23を配置して捲回し、直径23mm、高さ57mmの円筒形の電極群20a〜20dを作製する。
(6) Production of Electrode
(7)密閉型二次電池の作製
円筒形の電極群20a〜20dを4個、電池ケース10に挿入し、それぞれの電極群20a〜20dの負極リード25と電池ケース10の底部を抵抗溶接で接続する。また、電極群20a〜20dの正極リード24を集電板31に溶接し、この集電板31と封口板32に設けられた極柱34とを、アルミニウムリード33で溶接する。その後、封口板32と電池ケース10をレーザー溶接で封口する。さらに、封口板32に設けられた注入口36から非水電解質を注入し、最後に、注入口36を封栓し、密閉型の非水電解質二次電池を得る。
(7) Production of sealed secondary battery Four
次に、上記の方法で作製したリチウムイオン電池に対して、電池ケース10の構成を、図1に示した本実施形態における構成、及び図6〜図9に示した第1〜第4の変形例における構成にした場合の、サイクル寿命特性、及び寿命に至るまでのサイクル数のバラツキを評価した。なお、電池の設計容量は8Ahとし、それぞれ10個の電池を作製して評価を行った。また、図13(a)、(b)に示すような従来の電池ケース401を用いて作製したリチウムイオン電池を、比較例として評価した。
Next, with respect to the lithium ion battery manufactured by the above method, the configuration of the
評価方法は、次のとおりである。まず、1Aで4.1Vまで充電した状態で45℃雰囲気下で3日間エージングした。その後、25℃雰囲気下で1Aで3Vまで放電した。その後、45℃雰囲気下で8Aで4.2Vに達するまで定電流充電した後、8Aで3Vまで放電するサイクルを繰り返した。そして、容量が6Ahを切った時の平均のサイクル数、および寿命に至るまでのサイクル数のバラツキをそれぞれ評価した。 The evaluation method is as follows. First, it was aged for 3 days in an atmosphere of 45 ° C. while being charged to 4.1 V at 1 A. Then, it discharged to 3V at 1A in 25 degreeC atmosphere. Thereafter, a constant current charge was performed until the voltage reached 4.2 V at 8 A in a 45 ° C. atmosphere, and then a cycle of discharging to 3 V at 8 A was repeated. And the variation of the average cycle number when capacity | capacitance cut | disconnected 6 Ah, and the cycle number until it reaches a lifetime were each evaluated.
なお、それぞれのバラツキ(分散)Yは、下記の数式1により求めた。 In addition, each variation (dispersion) Y was calculated | required by following Numerical formula 1.
ここで、Yは、容量が6Ahを切った時のサイクル数のバラツキ、Aは、リチウムイオン電池の容量が6Ahを切った時の10個の平均のサイクル数、Bnは、10個のリチウムイオン電池のうちのn番目のリチウムイオン電池の容量が6Ahを切った時のサイクル数である。 Here, Y is the variation in the number of cycles when the capacity is less than 6 Ah, A is the average number of cycles of 10 when the capacity of the lithium ion battery is less than 6 Ah, and B n is 10 lithium This is the number of cycles when the capacity of the nth lithium ion battery of the ion batteries is less than 6 Ah.
表1は、電池ケース10の構成を、本実施形態、第1〜第4の変形例、及び比較例における構成にした場合の、それぞれの評価結果を示したものである。
Table 1 shows each evaluation result when the configuration of the
表1の結果から分かるように、電池ケース10の構成を、本実施形態及び第1〜第4の変形例における構成にした場合、どれも、比較例における構成に比べて、安定した特性を有するリチウムイオン電池を得ることができた。
As can be seen from the results in Table 1, when the configuration of the
ところで、複数の長円筒形の電極群が、内部の空間を共有した状態で、収納部に収納された電池ケースが、特許文献3に開示されている。 By the way, Patent Document 3 discloses a battery case in which a plurality of long cylindrical electrode groups are housed in a housing portion in a state where an internal space is shared.
図14は、特許文献3で開示された電池ケース301の構成を示した図で、電池ケース301に、複数(図14では2個)の長円筒形の電極群302が収納された状態を示したものである。そして、電池ケース301と電極群302との間に、放熱用の固体部材304が配置されている。
FIG. 14 is a diagram showing the configuration of the
確かに、固体部材304は、電池ケース301と電極群302との隙間形状に合わせて成形されているため、放熱効果に加えて、電極群302の振動等を抑制する効果も発揮されるため、本発明と構成において一見近いように見える。
Certainly, since the
しかしながら、固体部材304は、電池ケース301とは別個の構成をなすもので、実際、電極群302は、電極群302の隙間に固体部材304を挿入した後、電池ケース301に収納されるものである。従って、製造時の位置決め等の工程が複雑になることに加え、工程のバラツキ等により電極群の外周が均一に維持されなくなる結果、収納部に異常ガスが発生して内圧が上昇したときの電極群の捲きズレを均一に抑制することはできない。
However, the
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態において、収納部12a〜12d及び連通部13a〜13cは、同じ肉厚の薄板からなる構成にしたが、少なくとも収納部12a〜12dの内周が、電極群20a〜20dの外周と略同一形状をなしていれば、連通部13a〜13cにおいて、例えば、外形が平坦になるような肉厚になっていてもよい。
As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, the
また、上記実施形態において、正極板21及び負極板22は、正極リード24及び負極リード25を介して、それぞれ集電板31及び電池ケース10の底部に接続される構成にしたが、正極板21及び負極板22を構成する集電体の端部(合剤の未塗工部)にそれぞれ集電板を溶接した、所謂タブレス構造の電極群20a〜20dを用いて、それぞれの電極群をリードや直接溶接などで、集電板31及び電池ケース10の底部に接続される構成にしてもよい。
In the above embodiment, the
本発明は、複数の電極群が電池ケースに収納された密閉型二次電池において、各電極群の特性が安定し、信頼性の高い密閉型二次電池に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is a sealed secondary battery in which a plurality of electrode groups are housed in a battery case, and the characteristics of each electrode group are stable and useful for a highly reliable sealed secondary battery.
10 電池ケース
12a〜12d 収納部
13a〜13c 連通部
14、15 開口端
16 封口部
16a〜16d 突起部
20、20a〜20d 電極群
21 正極板
22 負極板
23 セパレータ
24 正極リード
25 負極リード
30 密閉型二次電池
31 正極集電板
32 封口板(封口部)
33 アルミニウムリード
34 極柱
35 ガスケット
36 注入口
37 安全弁
DESCRIPTION OF
33
Claims (7)
前記電池ケースは、
前記複数の電極群をそれぞれ収納する複数の円筒形の収納部と、
互いに隣接する前記収納部を連結する連通部と
を備えており、
前記収納部の内周は、前記電極群の外周と略同一形状をなしており、
前記連通部は、前記収納部の側面に沿って形成されている、密閉型二次電池。 A sealed secondary battery in which a plurality of cylindrical electrode groups obtained by winding a positive electrode plate and a negative electrode plate through a separator are enclosed in a battery case,
The battery case is
A plurality of cylindrical storage portions that respectively store the plurality of electrode groups;
A communication portion that connects the storage portions adjacent to each other,
The inner periphery of the storage part has substantially the same shape as the outer periphery of the electrode group,
The communication part is a sealed secondary battery formed along a side surface of the storage part.
前記開口端は、該開口端の外周と略同一の長円形状からなる封口部によって封口されている、請求項1に記載の密閉型二次電池。 The end portions of the plurality of storage portions have open ends that are deformed into a substantially oval shape along the outer envelope of each storage portion,
2. The sealed secondary battery according to claim 1, wherein the opening end is sealed by a sealing portion having an oval shape substantially the same as the outer periphery of the opening end.
前記封口部の内側の表面に、突起部が形成されており、
前記電極群の巻回芯部が、前記突起部と嵌合されている、請求項1に記載の密閉型二次電池。 The end of the storage part is sealed by a flat sealing part,
A protrusion is formed on the inner surface of the sealing portion,
The sealed secondary battery according to claim 1, wherein a winding core portion of the electrode group is fitted with the protrusion.
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