JP2009277427A - Secondary battery and secondary battery module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、充電することにより繰り返し使用することのできる二次電池、及びこの二次電池を用いた二次電池モジュールに関する。 The present invention relates to a secondary battery that can be repeatedly used by charging, and a secondary battery module using the secondary battery.
車両や携帯電話等、継続的に電気を使用する必要がある製品の電源として、二次電池が用いられる。 Secondary batteries are used as a power source for products such as vehicles and mobile phones that require continuous use of electricity.
従来二次電池として、電池缶底部に負極集電体を溶接することにより電気的に接続した二次電池が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1を次図に基づいて説明する。
図9は従来の技術の基本構成を説明する図であり、二次電池100では電池缶101の内部に、巻き芯102に巻かれた捲回体103と、この捲回体103の上部から上方へ延ばされる正極リード104と、この正極リード104を押さえ金具105と共に束ねる正極集電体106と、この捲回体103の下部から延ばされる負極リード107と、この負極リード107を押さえ金具108と共に束ねる負極集電体109と、が収納される。
Patent document 1 is demonstrated based on the following figure.
FIG. 9 is a diagram for explaining a basic configuration of the conventional technique. In the
正極リード104は、電池缶101に収納される前に押さえ金具105及び正極集電体106に溶接される。負極リード107も同様に、押さえ金具107及び負極集電体109に溶接される。次に、負極集電体109を電池缶101に溶接する。負極集電体109を電池缶101に溶接する際の溶接方法を次図で説明する。
The
図10は従来の負極集電体の電池缶への溶接方法を説明する図であり、負極集電体109の底部には、複数の突起部111、111が配置されている。この突起部111、111を電池缶101の内面に接触させ、溶接電極112を巻き芯102内部から挿入する。
FIG. 10 is a diagram for explaining a conventional method of welding a negative electrode current collector to a battery can. A plurality of protrusions 111, 111 are arranged on the bottom of the negative electrode
他方、溶接電極113を電池缶101の下面に接触させる。そして、溶接電極112、113に電圧を印加する。すると抵抗熱により、突起部111が溶けて負極集電体109が電池缶101に溶接される。
On the other hand, the
このようにして製造される二次電池100は、巻き芯102に溶接電極112を通して負極集電体109及び電池缶101を接合させすることができる。負極集電体109及び電池缶101を容易に接合することができ、有益である。
In the
ところで、負極集電体109は、突起部111、111で電池缶101の中心付近に溶接されている。突起部111の面積は小さく、突起部111を配置することができる数も限られる。即ち、突起部111の電池缶101への接合面積が小さい。
Incidentally, the negative electrode
このような二次電池を車両に搭載すると、二次電池は振動を受ける。すると、突起部11に引張応力、圧縮応力又はせん断応力が発生する。このときに、突起部111での接合面積が小さいため、応力が大きくなり、二次電池の耐久性に悪影響が出る。
そこで、より強度の高い二次電池の提供が求められる。
When such a secondary battery is mounted on a vehicle, the secondary battery receives vibration. Then, tensile stress, compressive stress, or shear stress is generated in the
Therefore, it is required to provide a secondary battery with higher strength.
本発明は、外部から係る荷重に対し、強度の高い二次電池を提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide a secondary battery having high strength against external loads.
請求項1に係る発明は、正極、負極及びセパレータが一体的に捲回された捲回体と、前記正極から延ばされた複数の集電リードを束ねる正極集電体と、前記負極から延ばされた複数の集電リードを束ねる負極集電体と、これらの捲回体、正極集電体及び負極集電体を収納するための電池缶とからなる二次電池において、
前記負極集電体は、底面部及びこの底面部の縁から延ばされたスカート部からなる有底筒状に構成され、前記底面部の外径が前記電池缶の内径よりも所定の長さだけ短く設定され、前記スカート部の先端面が前記電池缶の底に溶接されていることを特徴とする。
The invention according to claim 1 is a winding body in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are integrally wound, a positive electrode current collector that bundles a plurality of current collecting leads extended from the positive electrode, and a negative electrode that extends from the negative electrode. In a secondary battery comprising a negative electrode current collector for bundling a plurality of extended current collector leads, and a battery can for housing these wound body, positive electrode current collector and negative electrode current collector,
The negative electrode current collector is formed in a bottomed cylindrical shape including a bottom surface portion and a skirt portion extending from an edge of the bottom surface portion, and an outer diameter of the bottom surface portion is a predetermined length longer than an inner diameter of the battery can. The tip end surface of the skirt portion is welded to the bottom of the battery can.
請求項2に係る発明は、二次電池を、電池缶の外周面に配置される接続部材を用いて複数個接続したことを特徴とする。
The invention according to
請求項1に係る発明では、負極集電体のスカート部の先端面が電池缶の底に溶接されている。スカート部の外径は電池缶の内径とほぼ等しくなるように大径にすることができる。この結果、接合面積が増大し二次電池の強度を高めることができる。 In the invention which concerns on Claim 1, the front end surface of the skirt part of a negative electrode collector is welded to the bottom of the battery can. The outer diameter of the skirt portion can be increased so as to be approximately equal to the inner diameter of the battery can. As a result, the junction area increases and the strength of the secondary battery can be increased.
請求項2に係る発明では、二次電池を、電池缶の外周面に配置される接続部材を用いて複数個接続した。即ち、二次電池同士は、溶接接合部に近い部位で接続部材により電気的に接続される。
In the invention according to
電流は接続部材、電池缶及び負極集電体を流れる。負極集電体の近傍に接続部材を配置することにより、電流経路を短縮することができる。電流経路を短縮することにより、内部抵抗の総量を低減させることができ、エネルギ効率を向上させることができる。 The current flows through the connecting member, the battery can and the negative electrode current collector. By arranging the connecting member in the vicinity of the negative electrode current collector, the current path can be shortened. By shortening the current path, the total amount of internal resistance can be reduced, and energy efficiency can be improved.
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図1は本発明に係る二次電池の断面図であり、二次電池10の電池缶11の内部には、巻き芯12を中心にして正極14、負極15及びセパレータ16が一体的に巻かれた捲回体20(詳細は後述)と、正極14の先端から図面上部へ延ばされた集電リード21と、この集電リード21の先端部外周面に配置される押さえ金具23と、この押さえ金具23、集電リード21の内周面に配置され中央の凸部24が巻き芯12に嵌合される正極集電体25と、この正極集電体25の中央部上面に溶接されるアルミニウム製の正極リード26と、この正極リード26の中央上面に凸部27が接触するように配置された下蓋体28と、この下蓋体28の上面に配置され中央部が断面台形状29に構成された上蓋体32と、これらの上蓋体32及び下蓋体28の外周部に配置される絶縁体33と、負極15の先端から図面下部へ延ばされた集電リード35と、この集電リード35の先端部外周面に配置される押さえ金具36と、この押さえ金具36、集電リード35の内周面にスカート部37が配置され底面部38に配置される凹部39が巻き芯12に嵌合される負極集電体42と、が収納されている。
このような二次電池10の製造方法を次図以降で説明する。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a secondary battery according to the present invention. A
A method for manufacturing such a
図2は本発明に係る捲回体の構成要素を説明する図であり、(a)に示される巻き芯12には、ポリプロピレン製のものを用いることができ、溶接電極を挿入することができるよう中空状に形成された中空部43を有している。
FIG. 2 is a diagram for explaining the components of the wound body according to the present invention, and the
(b)に示される正極14は、例えば膜厚が20μmのアルミニウム箔製の正極本体44と、この正極本体44の両面の一部に塗布されるスラリー45と、このスラリー45が形成されない部分を打ち抜いて形成した複数のリード46とから構成される。
スラリー45は、それぞれ平均粒径が6μmである、ニッケル−マンガン酸リチウム系粉末が90重量%、アセチレンブラックが5重量%、ふっ化ビニリデン樹脂が5%となるようN−メチルピロリドンに分散させ形成される。
The
The
(c)に示されるセパレータ16は、例えばポリプロピレン製又はポリエチレン製であり、微多孔膜を有する。
The
(d)に示される負極15は、例えば膜厚が14μmの銅箔製の負極本体47と、この負極本体47の両面の一部に塗布されるスラリー48と、このスラリー48が形成されない部分を打ち抜いて形成した複数のリード49とから構成される。
スラリー48は、それぞれ平均粒径が10μmである、難黒鉛化炭素粉末が90重量%、カーボンファイバーが1.5重量%、ふっ化ビニリデン樹脂が8.5%となるようN−メチルピロリドンに分散させ形成される。
The
The
図3は本発明に係る捲回体の製造方法を説明する図であり、(a)に示されるように、下からセパレータ16、負極15、セパレータ16、正極14の順に重ね合わせ、一端に巻き芯12を配置する。この巻き芯12を中心に正極14、負極15及びセパレータ16を巻いていくと、(b)に示されるように、正極14、負極15及びセパレータ16が一体的に捲回された捲回体20が製造される。
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of manufacturing a wound body according to the present invention. As shown in FIG. 3A, the
図4は図1の4部拡大図であり、複数の集電リード21は正極集電体25及び押さえ金具23に挟まれた状態で溶接される。集電リード21、正極集電体25及び押さえ金具23は、電気的に接続されている。
FIG. 4 is an enlarged view of a
この溶接は、電池缶(図1電池缶11)に収納する前に行うことができる。電池缶収納前に行うことができるため、溶接作業を容易に行うことができる。
溶接の方法は、超音波溶接やレーザー溶接等を用いることができる。即ち、集電リード21、正極集電体25及び押さえ金具23を電気的に接続することができるものであれば、溶接の方法は問わない。
This welding can be performed before storing in a battery can (battery can 11 in FIG. 1). Since it can be performed before storing the battery can, welding work can be easily performed.
As a welding method, ultrasonic welding, laser welding, or the like can be used. That is, the welding method is not limited as long as the current collecting
図5は図1の5部拡大図であり、複数の集電リード35は負極集電体42のスカート部37及び押さえ金具36に挟まれた状態で溶接される。集電リード35、スカート部37及び押さえ金具36は、電気的に接続されている。
FIG. 5 is an enlarged view of 5 parts in FIG. 1, and the plurality of current collecting leads 35 are welded while being sandwiched between the
スカート部37の先端は断面台形状に形成され、この先端面53は、電池缶11内部に溶接される(詳細は後述)。溶接により発生するナゲット54を介して、負極集電体42は、電池缶11に電気的に接続される。
The tip of the
底面部38の外径は、押さえ金具36の厚さ及び集電リード35の厚さ分だけ電池缶11の内径よりも小さくなる。仮に、押さえ金具36を用いず、スカート部37に集電リード35を溶接した場合には、底面部の外径を電池缶11の内径に最も近づけることができる。
The outer diameter of the
集電リード35、スカート部37及び押さえ金具36の溶接は、電池缶(図1電池缶11)に収納する前に行うことができる。電池缶収納前に行うことができるため、溶接作業を容易に行うことができる。
The
溶接の方法は、超音波溶接やレーザー溶接等を用いることができる。即ち、集電リード35、スカート部37及び押さえ金具36を電気的に接続することができるものであれば、溶接の方法は問わない。
As a welding method, ultrasonic welding, laser welding, or the like can be used. That is, the welding method is not limited as long as the current collecting
図6は本発明に係る負極集電体を電池缶内部に溶接する際の説明図であり、負極集電体42を、電池缶11に溶接するには、プロジェクション溶接により行う。
即ち、一方の溶接電極56を巻き芯12の中空部43に通し負極集電体42の凹部39と接触する位置まで降下させる。他方の溶接電極57は、電池缶11の底58から先端面53の下方に配置する。このとき、支持棒59を用いて電池缶11を支持する。
FIG. 6 is an explanatory diagram when the negative electrode current collector according to the present invention is welded to the inside of the battery can, and the negative electrode
That is, one
次に、電圧を印加する。このときの抵抗熱によって、負極集電体42を電池缶11に溶接することができる。
同様の方法で、溶接を数カ所行う。又は、先端面53に沿って線状に溶接を行う。
Next, a voltage is applied. The negative electrode
Weld several places in the same way. Alternatively, welding is performed linearly along the
負極集電体42を電池缶11に溶接したら、電解液を注入し蓋体(図1上蓋体32及び下蓋体28)を配置する。
電解液は例えば、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートの混合溶媒に、1mol/LのLiPF6(リチウム塩)を溶解したものを用いることができる。
When the negative electrode
As the electrolytic solution, for example, a solution obtained by dissolving 1 mol / L LiPF 6 (lithium salt) in a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate can be used.
負極集電体42のスカート部37の先端面53が電池缶11の底58に溶接されている。スカート部37の外径は電池缶11の内径とほぼ等しくなるように大径にすることができる。この結果、接合面積が増大し二次電池10の強度を高めることができる。
The
図7は本発明に係る二次電池モジュールの説明図であり、二次電池モジュール60は、一端に負極端子62が配置され他端に絶縁リング63が配置される二次電池10aと、この二次電池10aに接続され一端に第1接続部材64が溶接接合され他端に絶縁リング63配置された二次電池10bと、この二次電池10bに第2接続部材65を介して電気的に接続され両端に絶縁リング63、63が配置される二次電池10cと、この二次電池10cに接続され一端に第1接続部材64他端に正極端子66が溶接接合された二次電池10dと、から構成される。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a secondary battery module according to the present invention. The
二次電池10a、10b、10c及び10dは、接続部材64、65を介して電気的に接続されている。
The
図8は図7の8部拡大図であり、矢印(1)で示すように第1接続部材64を通った電流は、矢印(2)で示すように第1接続部材64を電池缶11に溶接した際に形成されるナゲット67を通る。
FIG. 8 is an enlarged view of 8 parts in FIG. 7, and the current passing through the
ナゲット67を通った電流は電池缶11を伝わり矢印(3)で示すようにスカート部37へ達し、矢印(4)で示すように集電リード21へと伝わる。
The current passing through the
二次電池10bを、電池缶11の外周面に配置される接続部材64を用いて複数個接続した。接続部材64は電池缶の外周面に配置される。一方、二次電池10の負極集電体42は電池缶11内周面に沿って溶接される。即ち、負極集電体42から接続部材64、65までの長さLが短い。
A plurality of
電流は接続部材64、電池缶11及び負極集電体42を流れる。負極集電体42の近傍に接続部材64を配置することにより、電流経路を短縮することができる。電流経路を短縮することにより、内部抵抗の総量を低減させることができ、エネルギ効率を向上させることができる。
The current flows through the
本発明の二次電池は、車両搭載二次電池に好適である。 The secondary battery of the present invention is suitable for a vehicle-mounted secondary battery.
10…二次電池、11…電池缶、14…正極、15…負極、16…セパレータ、20…捲回体、21、35…集電リード、25…正極集電体、37…スカート部、38…底面部、42…負極集電体、53…先端面、58…底、60…二次電池モジュール、64、65…接続部材。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記負極集電体は、底面部及びこの底面部の縁から延ばされたスカート部からなる有底筒状に構成され、前記底面部の外径が前記電池缶の内径よりも所定の長さだけ短く設定され、前記スカート部の先端面が前記電池缶の底に溶接されていることを特徴とする二次電池。 A winding body in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are integrally wound, a positive electrode current collector that bundles a plurality of current collecting leads extended from the positive electrode, and a plurality of current collecting leads extended from the negative electrode In a secondary battery comprising a negative electrode current collector that bundles and a battery can for housing these wound body, positive electrode current collector and negative electrode current collector,
The negative electrode current collector is formed in a bottomed cylindrical shape including a bottom surface portion and a skirt portion extending from an edge of the bottom surface portion, and an outer diameter of the bottom surface portion is a predetermined length longer than an inner diameter of the battery can. The secondary battery is characterized in that it is set to be short and the front end surface of the skirt is welded to the bottom of the battery can.
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