JP2009026655A - Flat type battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池缶内に発電要素としての電極体を収容するリチウムイオン二次電池等の扁平型電池に関する。 The present invention relates to a flat battery such as a lithium ion secondary battery in which an electrode body as a power generation element is accommodated in a battery can.
この種の扁平型電池の公知例としては、例えば特許文献1を挙げることができる。この扁平型電池では、帯状の正極と帯状の負極との間に帯状のセパレータを介在させた状態で渦巻状に巻回して電極体を形成し、この電極体を正極缶と負極缶とガスケットとからなる電池缶内に収容する。このうえで、電極体の外周面において、テープを電極体の巻回方向に巻き付けることによって、電極体の巻回状態を保持して電極体が緩まないようにしている。 As a known example of this type of flat battery, for example, Patent Document 1 can be cited. In this flat battery, an electrode body is formed by spirally winding a strip-shaped separator between a strip-shaped positive electrode and a strip-shaped negative electrode, and the electrode body is formed with a positive electrode can, a negative electrode can, and a gasket. In a battery can. In addition, by winding the tape in the winding direction of the electrode body on the outer peripheral surface of the electrode body, the wound state of the electrode body is maintained and the electrode body is not loosened.
しかし特許文献1では、電極体の巻回方向にテープを巻き付けるために、正極缶の内面に溶接する正極の端部や、負極缶の内面に溶接する負極の端部に巻回方向に延びるスリットをそれぞれ切り欠き形成する必要がある。このため、正極の端部や負極の端部を幅方向に二つに分割する必要があり(特許文献1の図1参照)、二つに分割された正極の端部毎および負極の端部毎に正極缶および負極缶にそれぞれ別個に溶接する手間等が生じ、その分だけ電池の組立が複雑になる。 However, in Patent Document 1, in order to wind the tape in the winding direction of the electrode body, the slit extending in the winding direction at the end of the positive electrode welded to the inner surface of the positive electrode can or the end of the negative electrode welded to the inner surface of the negative electrode can It is necessary to form each notch. For this reason, it is necessary to divide the edge part of a positive electrode and the edge part of a negative electrode into two in the width direction (refer FIG. 1 of patent document 1), and each edge part of the positive electrode divided | segmented into two and the edge part of a negative electrode Each time, the time and labor for welding the positive electrode can and the negative electrode can separately arise, and the assembly of the battery is complicated accordingly.
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、電極体の巻回状態が保持されて緩まないうえに、その緩み止めに用いるテープを電極体に配するために正極の端部や負極の端部にスリット等を形成しなくても済む扁平型電池を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. In order to keep the wound state of the electrode body from being loosened, and to dispose the tape used for preventing the loosening to the electrode body. An object of the present invention is to provide a flat battery that does not require a slit or the like to be formed at the end of the positive electrode or the end of the negative electrode.
本発明に係る扁平型電池は、図1および図2に示すように、帯状の正極12と帯状の負極13との間に帯状のセパレータ15を介在させた状態で扁平状に巻回した電極体1と、電極体1を収容する扁平状の電池缶2とを備え、電池缶2が、巻回状態の正極12の最外周側の端部12aを内面に接続する正極缶6と、巻回状態の負極13の最外周側の端部13aを内面に接続する負極缶10と、正極缶6と負極缶10との周縁間に配されて正極缶6と負極缶10との間を封止するガスケット11とを備えた扁平型電池であって、電極体1の巻回方向とは直交する方向に沿う姿勢で、電極体1の最外周に形成される一対の扁平面1a・1b間にわたって、巻回形状保持用のテープ22が取り付けられることを特徴とする。ここでのテープ22は、絶縁性や耐薬品性等に優れたものが好ましく、イオンが透過可能なものおよび透過不能なものが含まれる。テープ22の電極体1の巻回方向の幅寸法は小さいほうが好ましく、その幅寸法はテープ22の強度等に応じて決定される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the flat battery according to the present invention is an electrode body wound in a flat shape with a strip-
具体的には、テープ22は、伸び難い難伸性の材料で形成されていて、図1に示すように、少なくともテープ22の両端部22a・22bが電極体1の両扁平面1a・1bにそれぞれ粘着等によって固着して、電極体1に取り付けられている。このテープ22は、接着テープ(粘着テープ)等であってもよく、またテープ22の一部を電極体1の側面に固着させてもよい。
Specifically, the
また、テープ22は、図6に示すように、電極体1の巻回方向とは直交する方向に沿って電極体1に周回状に巻き付けることで、電極体1に取り付けられるものとすることができる。ここでのテープ22は、伸縮可能な合成ゴム等を環状に形成したものであってもよい。この場合には、テープ22を伸ばした状態で電極体1に外嵌したのち、テープ22の収縮によってテープ22が電極体1に取り付けられる。このテープ22は、一部又は全部が電極体1に固着するものであってもよい。ここでのテープ22は、難伸性の材料で形成されていてもよい。
In addition, as shown in FIG. 6, the
テープ22は、図1および図6に示すように、電極体1の扁平面1a・1bにおいて電極体1の巻回方向の端部に配することが好ましい。
As shown in FIGS. 1 and 6, the
セパレータ15が、正極12の外側を覆うように巻回された第1セパレータ15aと、負極13の外側を覆うように巻回された第2セパレータ15bとを備え、正極12の最外周側の端部12aは、第1セパレータ15aの巻回方向の最外周側の端よりも巻回方向の外側に突出するとともに、第1セパレータ15aの巻回方向の最外周側の端が固着され、負極13の最外周側の端部13aは、第2セパレータ15bの巻回方向の最外周側の端よりも巻回方向の外側に突出するとともに、第2セパレータ15bの巻回方向の最外周側の端が固着されるものとすることができる。第1セパレータ15aの巻回方向の内周端と第2セパレータ15bの巻回方向の内周端とが繋がって第1セパレータ15aと第2セパレータ15bとが一体になっていてもよく、第1セパレータ15aと第2セパレータ15bとが別体であってもよい。第1セパレータ15aと正極12の端部12aと、および第2セパレータ15bと正極12の端部12aとは、粘着テープや接着剤等によって固着される。
The
本発明の扁平型電池においては、巻回形状保持用のテープ22を電極体1の巻回方向とは直交する方向(以下、直交方向と記す。)に沿う姿勢で電極体1の両扁平面1a・1b間にわたって取り付けたので、テープ22によって電極体1の両扁平面1a・1b間が広がるように膨れて電極体1が緩もうとすることや、電極体1の両扁平面1a・1b間が電極体1の巻回方向にずれ動いて緩もうとすることが抑えられ、電極体1の適正な巻回状態を確実に保持することができる。加えて、直交方向にテープ22を取り付けると、特許文献1では必要な正極12の端部12aや負極13の端部13aにテープを通すためのスリットが不要となり、したがってスリットによって分割された正極12の端部12a毎および負極13の端部13a毎にそれぞれ正極缶6および負極缶10に溶接する手間等を省くことができる。これにより、組立作業が複雑化することを防いで、電池の製造コストの低減化に貢献できる。
In the flat battery of the present invention, both flat surfaces of the electrode body 1 in a posture along the direction perpendicular to the winding direction of the electrode body 1 (hereinafter referred to as the orthogonal direction) of the
また、直交方向にテープ22を取り付けると、該テープ22の幅寸法(電極体1の巻回方向の幅寸法)を小さくした場合でも、電極体1の巻回状態を確実に保持することができる。このことは、正極12の内面や外面に形成した正極活物質層16と、負極13の内面や外面に形成した負極活物質層19との間に介在しうるテープ22の面積を最小限化できることを意味し、したがって、活物質層16・19の有効利用を図って、電池特性(高容量化や高出力化)の向上に貢献できる。
Further, when the
テープ22を難伸性の材料で形成して、その両端部22a・22bを電極体1の両扁平面1a・1bに固着してあると、電極体1が膨れて電極体1が緩もうとすることを抑えて、電極体1の適正な巻回状態を確実に保持することができる。しかも、電極体1の巻回方向とは直交する方向に沿って電極体1に周回状に巻き付ける場合よりもテープ22の長さを短くでき、テープ22の使用量を抑えることができる。
If the
テープ22が、電極体1の巻回方向とは直交する方向に沿って電極体1に周回状に巻き付けてあると、巻止テープ22が電極体1により確りと取り付けられて、巻止テープ22によって巻回状態の電極体1が緩むことがより確実に防止される。しかも、テープ22を電極体1に固着しなくても該テープ22を電極体1に取り付けることができ、この分だけ電池の組立の手間を低減することができる。
When the
テープ22を扁平面1a・1bにおいて電極体1の巻回方向の端部に配すると、正極12や負極13の活物質層16・19を、扁平面1a・1bにおいて電極体1の巻回方向の端部近くまで延ばすことができ、この分だけ電池の容量を増やすことができる。
When the
正極12の端部12aに第1セパレータ15aの巻回方向の端が固着され、負極13の端部13aに第2セパレータ15bの巻回方向の端が固着されると、第1セパレータ15aが正極12から離れることや、第2セパレータ15bが負極13から離れることが防止される。これにより、正極12と負極13との間に介在するセパレータ15a・15bがずれ動いて、正極12と負極13とが接触することが確実に防止され、正極12と負極13とが短絡することが確実に防止される。
When the end in the winding direction of the
(第1実施形態) 図1ないし図5に、本発明に係る扁平型電池の第1実施形態を示す。この扁平型電池は、発電要素としての電極体1および非水電解液を電池缶2内に収容する。電池缶2は、図3および図4に示すように、正方形の底壁3の周縁から周壁5を上方へ向けて垂直に曲げたステンレス製の正極缶6と、正方形の上壁7の周縁から周壁9を下方へ向けて垂直に曲げたステンレス製の負極缶10と、正極缶6と負極缶10との周縁間に配されて正極缶6と負極缶10との間を封止するガスケット11とを備える。負極缶10の周壁9の下部は、内外二重のはぜ折りに加工してある。
First Embodiment FIGS. 1 to 5 show a first embodiment of a flat battery according to the present invention. This flat battery accommodates an electrode body 1 and a non-aqueous electrolyte as a power generation element in a battery can 2. As shown in FIGS. 3 and 4, the battery can 2 includes a positive electrode can 6 made of stainless steel that is bent vertically from the periphery of the
そして、負極缶10とガスケット11とを正極缶6内に嵌め込み、正極缶6の周壁5の上端部を内方に向けてかしめ加工することで、正極缶3と負極缶10とがガスケット11を介在させた状態で密封固定される。
Then, the negative electrode can 10 and the
電極体1は、図1および図2に示すように、帯状の正極12と帯状の負極13との間に帯状のセパレータ15を介在させた状態で渦巻状に巻回し、且つ上下方向の厚さ寸法が前後左右の寸法よりも小さくなる扁平状に作製する。セパレータ15は、正極12の外側を覆うように巻回された第1セパレータ15aと、負極13の外側を覆うように巻回された第2セパレータ15bとを備え、電極体1の最外周に位置するように巻回してある。第1セパレータ15aの巻回方向の内周端と、第2セパレータ15bの巻回方向の内周端とは繋がっていて、第1セパレータ15aと第2セパレータ15bとが一体になっている。なお、第1セパレータ15aと第2セパレータ15bとは別体であってもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the electrode body 1 is wound in a spiral shape with a strip-
正極12は、コバルト酸リチウム等の正極活物質を含有する正極活物質層16をアルミニウム箔製の帯状の正極集電体17の内外両面に形成する。正極12における巻回方向の最外周側の端部12aにあっては、正極集電体17の内外両面に正極活物質層16を形成しておらず、正極集電体17が露出する。正極12の最外周側の端部12aの先端側は、第1セパレータ15aの巻回方向の最外周側の端よりも巻回方向の外側に突出する。この正極12の端部12aの正極集電体17が、正極缶6の底壁3の内面に超音波等で溶接(接続)される。なお、前記端部12aの正極集電体17は、正極缶6の底壁3の内面に接触させて接続してもよい。
In the
負極13は、黒鉛等の負極活物質を含有する負極活物質層19を銅箔製の帯状の負極集電体20の内外両面に形成する。負極13における巻回の最外周側の端部13aにあっては、負極集電体20の内外両面に負極活物質層19を形成しておらず、負極集電体20が露出する。負極13の最外周側の端部13aの先端側は、第2セパレータ15bの巻回方向の最外周側の端よりも巻回方向の外側に突出する。この負極13の端部13aの負極集電体20が、負極缶10の上壁7の内面に超音波等で溶接(接続)される。なお、前記端部13aの負極集電体20は、負極缶10の上壁7の内面に接触させて接続してもよい。負極活物質層19が正極活物質層16に確実に対峙するように、負極活物質層19の幅寸法が正極活物質層16の幅寸法よりも大きくなっており、また最外周側の負極13の内外両面の負極活物質層19・19が、図2に示すように、それぞれ対峙する正極活物質層16・16よりも外周側に延びている。
In the
セパレータ15は、絶縁性に優れたポリエチレン製の微多孔性薄膜フィルム等で構成し、リチウムイオン等が透過可能になっている。セパレータ15の幅寸法は、正極活物質層16および負極活物質層19の幅寸法よりも大きくなっている。正極12の最外周側の端部12aの外面には、第1セパレータ15aの巻回方向の最外周側の端が、絶縁性や耐薬品性に優れたポリプロピレンやポリイミド等からなる固定テープ21で貼り付けられて固着される。同様に、負極13の最外周側の端部13aの外面には、第2セパレータ15bの巻回方向の最外周側の端が、固定テープ21で貼り付けられて固着される。非水電解液は、例えば、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとを混合した溶媒にLiPF6 を溶解させて作製した。
The
図1に示すように、電極体1の最外周の上下に形成される一対の扁平面1a・1bにおいて、電極体1の巻回方向の一端部には、電極体1の巻回方向とは直交する方向(図2では上下方向)に沿う姿勢で、電極体1の両扁平面1a・1b間にわたって、巻回形状保持用の巻止テープ22が取り付けられる。つまり、巻止テープ22は、正極12の端部12aから遠くなる側の端部に配される。なお、両扁平面1a・1bには、セパレータ15a・15bが配されている。巻止テープ22は、その上下の両端部22a・22bがそれぞれ電極体1側に折り曲げられて、両端部22a・22bが電極体1の両扁平面1a・1bにそれぞれ貼り付けられて固着される。巻止テープ22は、絶縁性や耐薬品性等に優れるとともに難伸性の材料であるポリプロピレンやポリイミド等からなる。巻止テープ22は、扁平面1a・1bおよび電極体1の側面に固着されていてもよく、扁平面1a・1bのみに固着されていてもよい。
As shown in FIG. 1, in a pair of
電池の組み立てを図5を参照して説明する。まず巻回状態の電極体1に対して、その最外周の両扁平面1a・1bに巻止テープ22を取り付ける。そして、開口端部にガスケット11を装着した負極缶10に対して、その負極缶10の上壁7の内面に電極体1の負極13の端部13aを超音波等で溶接する。次いで、正極缶6を垂直姿勢にした状態で、正極缶6の底壁3の内面に電極体1の正極12の端部12aを超音波等で溶接する。次に、負極缶10の上壁7を下側にし、それに合わせて正極缶6を垂直姿勢に起こした状態で負極缶10内に非水電解液を注入する。この後、正極缶6を負極缶6に被せて負極缶6とガスケット11とを正極缶6内に嵌め込み、正極缶6の周壁5の開口端部を内方に向けてかしめ加工する。これによって正極缶6と負極缶10とが、ガスケット11を介在させた状態でかしめ固定されて電池の組み立てが完了する。
The assembly of the battery will be described with reference to FIG. First, the winding
このように、巻止テープ22の両端部22a・22bが電極体1の両端部22a・22bにそれぞれ固着されるので、巻止テープ22によって巻回状態の電極体1が緩むことが防止される。電池容量の点から活物質層16・19は、負極13および正極12の外周側の端近くまで形成することが好ましい一方で、巻止テープ22の上下端部22a・22bが正極12の正極活物質層16と、その正極活物質層16に臨む負極13の負極活物質層19との間に入り込むと、負極13と正極12との間でのリチウムイオン等の移動の妨げになるために、巻止テープ22は、前述のように電極体1において正極12の端部12aから遠くなる側の端部に配置することが好ましい。
Thus, since both ends 22a and 22b of the winding
(第2実施形態) 図6に、本発明に係る扁平型電池の第2実施形態を示す。第2実施形態では、巻回形状保持用の巻止テープ22は、電極体1の扁平面1a・1bにおいて、正極12の端部12aから電極体1の巻回方向に遠くなる側の一端部に配置されるとともに、その電極体1の端部に対して、電極体1の巻回方向とは直交する方向に沿って電極体1に周回状に巻き付けて、電極体1に貼り付けられる(取り付ける)。その他の点は、第1実施形態と同じであるので説明を省略する。
Second Embodiment FIG. 6 shows a second embodiment of a flat battery according to the present invention. In the second embodiment, the winding
第2実施形態では、巻止テープ22が電極体1により確りと取り付けられて、巻止テープ22によって巻回状態の電極体1が緩むことがより確実に防止される。第2実施形態の巻止テープ22は、伸縮可能な合成ゴムを環状に形成したものであってもよい。この場合には、巻止テープ22を伸ばした状態で電極体1に外嵌したのち、巻止テープ22の収縮によって巻止テープ22が電極体1に取り付けられる。つまり、巻止テープ22を電極体1に貼り付けなくても済み、この分だけ電池の組み立ての際の手間が軽減される。
In the second embodiment, the winding
1 電極体
1a・1b 扁平面
2 電池缶
6 正極缶
10 負極缶
11 ガスケット
12 正極
12a 端部
13 負極
13a 端部
15 セパレータ
15a 第1セパレータ
15b 第1セパレータ
22 巻止テープ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記電極体の巻回方向とは直交する方向に沿う姿勢で、前記電極体の最外周に形成される一対の扁平面間にわたって、巻回形状保持用のテープが取り付けられることを特徴とする扁平型電池。 An electrode body wound in a flat shape with a band-shaped separator interposed between a band-shaped positive electrode and a band-shaped negative electrode, and a flat battery can that accommodates the electrode body, the battery can A positive electrode can connecting an outermost peripheral end of the wound positive electrode to an inner surface; a negative electrode can connecting an outermost peripheral end of the wound negative electrode to an inner surface; and the positive electrode can A flat battery comprising a gasket arranged between the periphery of the negative electrode can and sealing between the positive electrode can and the negative electrode can,
A flat shape is characterized in that a winding shape holding tape is attached across a pair of flat surfaces formed on the outermost periphery of the electrode body in a posture along a direction orthogonal to the winding direction of the electrode body. Type battery.
前記正極の最外周側の端部は、前記第1セパレータの巻回方向の最外周側の端よりも巻回方向の外側に突出するとともに、前記第1セパレータの巻回方向の最外周側の端が固着され、前記負極の最外周側の端部は、前記第2セパレータの巻回方向の最外周側の端よりも巻回方向の外側に突出するとともに、前記第2セパレータの巻回方向の最外周側の端が固着される請求項1ないし4のいずれかに記載の扁平型電池。 The separator includes a first separator wound so as to cover the outside of the positive electrode, and a second separator wound so as to cover the outside of the negative electrode,
The outermost peripheral end of the positive electrode protrudes more outward in the winding direction than the outermost end in the winding direction of the first separator, and is on the outermost peripheral side in the winding direction of the first separator. An end is fixed, and an outermost end portion of the negative electrode protrudes more outward in the winding direction than an outermost end in the winding direction of the second separator, and the winding direction of the second separator The flat battery according to any one of claims 1 to 4, wherein an end on the outermost peripheral side is fixed.
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