JP2010170730A - Battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池に関し、特にリードを有する電池に関する。 The present invention relates to a battery, and more particularly to a battery having a lead.
従来、リードを有する電池が知られている。リードを有する電池は、正極と負極との間にセパレータが配置された電極群と、電極群を収納する電池ケース(負極端子として機能)と、電池ケースを封口する封口部材(正極端子として機能)と、正極と封口部材とを電気的に接続する正極リードと、負極と電池ケースとを電気的に接続する負極リードとを備えている。負極リードとしてはニッケルからなるリードを用いる場合が多い。 Conventionally, batteries having leads are known. A battery having a lead includes an electrode group in which a separator is disposed between a positive electrode and a negative electrode, a battery case that houses the electrode group (functions as a negative electrode terminal), and a sealing member that functions to seal the battery case (functions as a positive electrode terminal) And a positive electrode lead that electrically connects the positive electrode and the sealing member, and a negative electrode lead that electrically connects the negative electrode and the battery case. As the negative electrode lead, a lead made of nickel is often used.
ところで、電池において外部短絡が発生すると、大電流が正極と負極との間に流れるので、電池の温度が上昇し、電池が発熱を起こす場合がある,ということが知られている。特許文献1には、リードを有する電池において外部短絡が発生した場合にその外部短絡に起因する発熱を抑制するための技術が開示されている。その技術は、負極リードの一部分にそれ以外の部分よりも幅狭な括れ部を形成するというものである。これにより、外部短絡が発生すると、負極リードが括れ部において溶断されるので、大電流の電流経路を遮断することができる。よって、外部短絡に起因する電池内部での発熱を速やかに停止させることができる。
しかし、特許文献1の方法では、負極リードが括れ部において一旦溶断されても、溶断された部分が再溶着される虞がある。そのために、大電流の電流経路が復活し、外部短絡に起因して電池の温度が上昇する場合がある。
However, in the method of
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外部短絡が発生した場合における電池の安全性を確保することにある。 This invention is made | formed in view of this point, The place made into the objective is to ensure the safety | security of the battery when an external short circuit generate | occur | produces.
本発明にかかる電池は、正極と負極とが多孔質絶縁層を介して捲回または積層されて形成された電極群が、電解液とともに電池ケースに封入された電池である。正極および負極の少なくとも一方は、集電体と、集電体の表面の一部分を露出するように集電体の表面上に設けられた活物質層とを有している。集電体の表面のうち活物質層から露出された露出部分は、リードを介して電極端子に電気的に接続されている。リードは、露出部分に当接された一端部と、電極端子に当接された他端部と、一端部と他端部とに挟まれた部分である中央部とを有している。中央部における単位長さあたりの抵抗は、一端部および他端部における単位長さあたりの抵抗よりも低い。 The battery according to the present invention is a battery in which an electrode group formed by winding or laminating a positive electrode and a negative electrode via a porous insulating layer is enclosed in a battery case together with an electrolytic solution. At least one of the positive electrode and the negative electrode has a current collector and an active material layer provided on the surface of the current collector so as to expose a part of the surface of the current collector. An exposed portion of the surface of the current collector exposed from the active material layer is electrically connected to the electrode terminal via a lead. The lead has one end that is in contact with the exposed portion, the other end that is in contact with the electrode terminal, and a central portion that is sandwiched between the one end and the other end. The resistance per unit length at the center is lower than the resistance per unit length at one end and the other end.
後述のように、今般、本願発明者らは、外部短絡が発生しているときには発熱がリードで起こることおよびその熱がリードの中央部においてこもりやすいことを発見し、本願発明を完成させるに至った。上記電池では、外部短絡が発生したとき、リードの中央部における発熱量をリードの一端部および他端部における発熱量よりも小さくすることができる。よって、リードで生じた熱がリードの中央部にこもることを防止することができる。 As will be described later, the present inventors have recently discovered that heat is generated in the lead when an external short circuit occurs, and that the heat tends to be trapped in the center portion of the lead, thus completing the present invention. It was. In the battery described above, when an external short circuit occurs, the amount of heat generated at the center of the lead can be made smaller than the amount of heat generated at one end and the other end of the lead. Therefore, it is possible to prevent the heat generated in the lead from being trapped in the central portion of the lead.
後述の好ましい実施形態では、リードは平板であり、中央部の幅は一端部および他端部の幅よりも広い。後述の好ましい別の実施形態では、リードは平板であり、中央部の厚みは一端部および他端部の厚みよりも厚い。後述の好ましいまた別の実施形態では、一端部および他端部は第1金属からなり、中央部は第1金属よりも抵抗率が低い第2金属からなる。いずれの場合も、中央部における単位長さあたりの抵抗を一端部および他端部における単位長さあたりの抵抗よりも低くすることができる。 In a preferred embodiment described later, the lead is a flat plate, and the width of the central portion is wider than the width of one end and the other end. In another preferred embodiment described later, the lead is a flat plate, and the thickness of the central portion is larger than the thickness of one end and the other end. In another preferred embodiment described later, one end and the other end are made of a first metal, and the central portion is made of a second metal having a lower resistivity than the first metal. In either case, the resistance per unit length at the central portion can be made lower than the resistance per unit length at the one end and the other end.
中央部の幅が一端部および他端部の幅よりも広い場合、または、中央部の厚みが一端部および他端部の厚みよりも厚い場合、一端部および他端部が第1金属からなり、中央部では第1金属からなる部分の上に第1金属よりも抵抗率が低い第2金属からなる部分が設けられていることが好ましい。これにより、一端部および他端部と中央部とが同一の金属からなる場合に比べて、中央部における単位長さあたりの抵抗を一端部および他端部における単位長さあたりの抵抗よりもさらに低くすることができる。 When the width of the central portion is wider than the width of one end and the other end, or when the thickness of the central portion is thicker than the thickness of the one end and the other end, the one end and the other end are made of the first metal. In the central portion, it is preferable that a portion made of the second metal having a lower resistivity than the first metal is provided on the portion made of the first metal. As a result, the resistance per unit length at the central portion is further greater than the resistance per unit length at the one end and the other end compared to the case where the one end and the other end and the central portion are made of the same metal. Can be lowered.
後述の好ましい実施形態では、中央部は周囲を電解液で囲まれており、負極の電極端子は電池ケースで構成されており、リードは負極の露出部分と電池ケースとを電気的に接続しており、電池は、リチウムイオン二次電池である。 In a preferred embodiment described later, the central portion is surrounded by an electrolyte solution, the negative electrode terminal is formed of a battery case, and the lead electrically connects the negative electrode exposed portion and the battery case. The battery is a lithium ion secondary battery.
本発明によれば、外部短絡が発生した場合における電池の安全性を確保することができる。 According to the present invention, it is possible to ensure the safety of a battery when an external short circuit occurs.
本発明の実施形態を説明する前に、本願発明者らが本願発明を完成させるに至った経緯を説明する。 Before describing the embodiments of the present invention, the background of the inventors of the present invention leading to the completion of the present invention will be described.
外部短絡が発生すると、電池の安全性を確保することが難しいということが知られている。そこで、本願発明者らは、外部短絡が生じた場合においても電池の安全性を確保するために、外部短絡が発生しているときに電池内でどのようなことが起こっているのかを調べた。具体的には、円筒型のリチウムイオン二次電池に外部短絡を起こさせ、その電池内部で起こっていることを調べた。その結果、外部短絡が発生しているときには、リード特に負極リードが著しく発熱しているということ、および、負極リードの一部分が負極リードのそれ以外の部分よりも非常に高温になるということが分かった。その理由として、本願発明者らは2つの理由を考えた。図7を用いてその2つの理由を説明する。 It is known that it is difficult to ensure battery safety when an external short circuit occurs. Therefore, the present inventors investigated what happens in the battery when the external short circuit occurs in order to ensure the safety of the battery even when the external short circuit occurs. . Specifically, an external short circuit was caused in a cylindrical lithium ion secondary battery, and it was investigated that this occurred inside the battery. As a result, it can be seen that when an external short circuit occurs, the lead, especially the negative electrode lead, is extremely heated, and that part of the negative electrode lead is much hotter than the rest of the negative electrode lead. It was. The inventors considered two reasons for this. The two reasons will be described with reference to FIG.
図7は、負極リード6の一部分である中央部6a、一端部6bおよび他端部6cを特定するための説明図である。なお、図7における「16」、「16a」、「16b」および「16c」は順に後述の実施形態1における負極リード、中央部、一端部および他端部であり、図7における「26」、「26a」、「26b」および「26c」は順に後述の第1の変形例における負極リード、中央部、一端部および他端部であり、図7における「36」、「36a」、「36b」および「36c」は順に後述の第2の変形例における負極リード、中央部、一端部および他端部である。
FIG. 7 is an explanatory diagram for specifying the
負極リード6は、負極集電体2Aの露出部分21上から負極集電体2Aの外へ延び、電池ケース10の内側面と底面との境界において折り曲げられ、さらに電池ケース10の底面に沿って電池ケース10の底面における中央部分に向かって延びている。中央部6aは、一端部6bと他端部6cとに挟まれた部分であり、負極集電体2Aの露出部分21および電池ケース10に当接されていない部分であり、周囲を非水電解質(電解質溶液またはポリマー電解質)で囲まれた部分である。一端部6bは、負極リード6のうち負極集電体2Aの露出部分21に当接された部分である。他端部6cは、負極リード6のうち電池ケース10の底面に当接された部分である。
The negative electrode lead 6 extends from the exposed
1つめの理由として、負極リード6が負極リード6以外の電池の構成部材よりも高抵抗であることを考えた。リチウムイオン二次電池では、多くの場合、負極リード6はニッケルからなり、負極集電体2Aは銅からなり、正極リードおよび正極集電体はアルミニウムからなる。ニッケルは銅よりもアルミニウムよりも比抵抗が高いので、負極リード6は負極集電体2A、正極リードおよび正極集電体よりも高抵抗である。また、ジュール熱は抵抗値に比例する。これにより、リチウムイオン二次電池において外部短絡が発生すると、負極リード6における発熱量が最も多くなるのではないか,と考えた。
The first reason is that the negative electrode lead 6 has a higher resistance than the constituent members of the battery other than the negative electrode lead 6. In many cases, in the lithium ion secondary battery, the negative electrode lead 6 is made of nickel, the negative electrode
2つめの理由としては、中央部6aの方が一端部6bおよび他端部6cよりも外部短絡に起因して負極リード6で生じた熱を逃がしにくいのではないかと考えた。中央部6aは、負極集電体2Aの露出部分21および電池ケース10には当接されておらず、電解質に囲まれている。一端部6bは負極集電体2Aの露出部分21に当接されており、その一部分は負極集電体2Aの露出部分21に溶接されている。他端部6cは電池ケース10の底面に当接されており、その一部分は電池ケース10に溶接されている。電解質は有機溶液であるので熱伝導性に優れず、負極集電体2Aおよび電池ケース10はともに金属製であるので熱伝導性に優れる。よって、負極リード6において発生した熱は、一端部6bから負極集電体2Aに逃げやすく、また、他端部6cから電池ケース10に逃げやすいが、中央部6aから逃げ難いのではないか,と考えた。
The second reason is that the
上記発見およびその発見した事実に対する考察をふまえ、本願発明者らは、負極リード6全体における発熱量を低減させることができれば、外部短絡が発生したときの電池の安全性を確保することができるのではないか,と考えた。負極リード6全体における発熱量を低減させる方法として、本願発明者らは、次に示す2つの案を想起した。 Based on the above findings and considerations about the discovered facts, the inventors of the present application can ensure the safety of the battery when an external short circuit occurs if the amount of heat generated in the entire negative electrode lead 6 can be reduced. I thought. As a method for reducing the amount of heat generated in the entire negative electrode lead 6, the present inventors have conceived the following two ideas.
1つめの案として、負極リード6の材料をニッケルではなく銅に変更するということを考えた。銅はニッケルよりも比抵抗が低いので、負極リード材として銅を使用すれば、負極リード6全体での発熱量を従来よりも少なく抑えることができる。 As a first proposal, it was considered to change the material of the negative electrode lead 6 to copper instead of nickel. Since the specific resistance of copper is lower than that of nickel, if copper is used as the negative electrode lead material, the amount of heat generated in the entire negative electrode lead 6 can be suppressed to be smaller than that in the prior art.
しかし、銅は比抵抗が低いために、銅からなる負極リードを負極集電体2Aの露出部分21および電池ケース10に溶接させることは非常に困難である。また、たとえ銅からなる負極リードを負極集電体2Aの露出部分21および電池ケース10に溶接させることができたとしても、その溶接強度を十分に保つことができない。従って、1つめの案を採用することは難しいと考えた。
However, since copper has a low specific resistance, it is very difficult to weld the negative electrode lead made of copper to the exposed
2つめの案として、負極リード6の材料を変更するのではなく、負極リード6の厚みを厚くするまたは負極リード6の幅を広くするということを考えた。負極リード6の厚みが厚くなるまたは負極リード6の幅が広くなると、負極リード6の抵抗を低くすることができるので、負極リード6全体での発熱量を従来よりも少なく抑えることができる。 As a second proposal, it was considered not to change the material of the negative electrode lead 6 but to increase the thickness of the negative electrode lead 6 or increase the width of the negative electrode lead 6. When the thickness of the negative electrode lead 6 is increased or the width of the negative electrode lead 6 is increased, the resistance of the negative electrode lead 6 can be lowered, and therefore the amount of heat generated in the entire negative electrode lead 6 can be suppressed to be smaller than that in the conventional case.
しかし、負極リード6の厚みを厚くするまたは負極リード6の幅を広くすると、電極群4の体積が増加する。また、電極群4の真円度が低下するので、電池ケース10における電極群4の占有率の増加を招来する。よって、負極リード6の厚みを厚くするまたは負極リード6の幅を広くすると、活物質の充填量を確保することは難しい。従って、2つめの対策を採用することも難しいと考えた。このように、負極リード6全体における発熱量の低減を図ると新たな不具合(リードと集電体の露出部分および電極端子との溶接強度の低下または活物質の充填量の低下)が発生することが分かった。
However, when the thickness of the negative electrode lead 6 is increased or the width of the negative electrode lead 6 is increased, the volume of the
本願発明者らは、さらに、外部短絡が発生したときに正極リードにおいて熱が顕著に発生する場合についても検討した。現状のリチウムイオン二次電池では、多くの場合、負極リードの方が正極リードよりも高抵抗である。しかし、負極リードの抵抗が従来よりも低くなれば、正極リードと負極リードとで抵抗が同一となる可能性もあり、正極リードの方が負極リードよりも高抵抗となる可能性もある。図8を用いて以下に示す。 The inventors of the present application further examined the case where heat is remarkably generated in the positive electrode lead when an external short circuit occurs. In current lithium ion secondary batteries, in many cases, the negative electrode lead has a higher resistance than the positive electrode lead. However, if the resistance of the negative electrode lead is lower than before, the resistance may be the same between the positive electrode lead and the negative electrode lead, and the positive electrode lead may have a higher resistance than the negative electrode lead. It shows below using FIG.
図8は、正極リード5の一部分である中央部5a、一端部5bおよび他端部5cを特定するための説明図である。なお、図1における「15」、「15a」、「15b」および「15c」は、順に、後述の第3の変形例における正極リード、中央部、一端部および他端部である。
FIG. 8 is an explanatory diagram for specifying the central portion 5 a, the one
正極リード5は、正極集電体1Aの露出部分11上から正極集電体1Aの外へ延び、上部絶縁板7の貫通孔7a内を貫通して封口板9の下面まで延びている。中央部5aは、一端部5bと他端部5cとに挟まれた部分であり、正極集電体1Aの露出部分および封口板9に当接されていない部分であり、周囲を非水電解質で囲まれた部分である。一端部5bは、正極リード5のうち正極集電体1Aの露出部分11に当接された部分である。他端部5cは、正極リード5のうち封口板9の下面に当接された部分である。
The
正極リード5の一端部5bは正極集電体1Aの露出部分11に溶接され、他端部5cは封口板9に溶接されている。しかし、それ以外の部分(中央部5a)は、正極集電体1Aの露出部分11および封口板9に当接されていない。そのため、正極リード5において発熱が顕著に起こった場合には、中央部5aでは一端部5bおよび他端部5cよりも熱が逃げずにこもってしまうのではないか,と考えられる。
One
以上をまとめると、本願発明者らは、外部短絡が発生しているときに電池内での挙動を詳細に調べたところ、正極リード5および負極リード6のうち高抵抗なリードにおいて顕著な発熱が起こっていること、および、その高抵抗なリードのうち集電体の露出部分および電極端子に当接していない部分(正極リード5の中央部5aまたは負極リード6の中央部6a)の温度が極めて高くなることを発見した。さらに、本願発明者らは、発見した事実に対して詳細に考察したところ、高抵抗なリード全体において生じる熱量を低減させるように高抵抗なリードの構成を工夫すると上記新たな不具合が発生することが分かった。本願発明者らは、これらをふまえて、本願発明を完成させた。
Summarizing the above, the inventors of the present invention examined in detail the behavior in the battery when an external short circuit occurred, and found that significant heat was generated in the high-resistance lead among the
リードは、電池から電流を取り出すための部材であり、二次電池では電流の取り出しに加えて電流を電池に供給するための部材である。そのため、従来では、リードはある一定以上の強度でもって集電体の露出部分および電極端子に溶接されていれば良いと考えられており、リードにおける単位長さあたりの抵抗の分布が最適化されたことはなく、リードにおける単位長さあたりの抵抗の分布を最適化させるという技術思想が想起されたことすらなかった。しかし、今般、本願発明者らは、外部短絡が起こっているときにはリードにおいて発熱が起こっているということを発見した。また、発見した事実に対して詳細に考察したところ、リードの部位によって単位長さあたりの抵抗を変更すれば外部短絡が発生した場合における安全性を確保することができると考え、リードにおける単位長さあたりの抵抗の分布を最適化させた。このように、本願発明は、外部短絡が起こっているときにリードで発熱が起こっているということを発見し、さらに、リードのうち集電体の露出部分および電極端子に当接されていない部分において熱が逃げにくいということを発見したからこそ、完成された発明である。この発見がなければリードにおける単位長さあたりの抵抗の分布を最適化させるということすら想起されず、よって、リードにおける単位長さあたりの抵抗の最適な分布を詳細に検討した上でその分布を最適化させるということを思いつくはずがない。 The lead is a member for taking out current from the battery. In the secondary battery, the lead is a member for supplying current to the battery in addition to taking out the current. Therefore, conventionally, it is considered that the lead should be welded to the exposed portion of the current collector and the electrode terminal with a certain strength or more, and the distribution of resistance per unit length in the lead is optimized. The technical idea of optimizing the distribution of resistance per unit length in the lead has never been recalled. However, the present inventors have recently discovered that heat is generated in the lead when an external short circuit occurs. In addition, when the discovered facts are considered in detail, it is considered that if the resistance per unit length is changed depending on the lead part, safety in the case of an external short circuit can be secured, and the unit length in the lead The distribution of resistance per unit was optimized. As described above, the present invention has found that heat is generated in the lead when an external short circuit is occurring, and further, a portion of the lead that is not in contact with the exposed portion of the current collector and the electrode terminal It was a completed invention because it was found that heat was difficult to escape. Without this discovery, it is not even recalled that the resistance distribution per unit length in the lead is optimized, so the optimal distribution of resistance per unit length in the lead is studied in detail I can't think of optimizing it.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されない。例えば、以下に示す実施形態ではリチウムイオン二次電池(以下、「電池」と記す場合がある)について説明するが、本発明はリチウムイオン二次電池に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to embodiment shown below. For example, in the following embodiment, a lithium ion secondary battery (hereinafter may be referred to as “battery”) will be described, but the present invention is not limited to the lithium ion secondary battery.
《発明の実施形態1》
図1は、一般的な捲回式円筒型のリチウムイオン二次電池の断面図である。図2(a)および(b)は、本実施形態における負極リード16の中央部16aの周縁を拡大した斜視図であり、図7に示す「II」方向から負極リード16の中央部16aを見たときの図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a general wound cylindrical lithium ion secondary battery. FIGS. 2A and 2B are enlarged perspective views of the periphery of the
捲回式円筒型のリチウムイオン二次電池は、電極群4を備えている。電極群4は、正極1と、正極1に対向して配置された負極2と、正極1と負極2との間に介在され且つ正極1と負極2とが直接接触することを防ぐ多孔質のセパレータ3とを有し、正極1と負極2とがセパレータ3を介して捲回されて形成されている。このような電極群4は、リチウムイオン伝導性を有する電解質(図示せず)とともに鉄製の電池ケース10の内部に収容されている。電池ケース10の内部では、電極群4は上部絶縁板7と下部絶縁板8とに挟まれており、電解質はセパレータ3に含浸されている。電池ケース10には開口部が形成されており、この開口部は絶縁体を介して封口板9により封じられている。
The wound cylindrical lithium ion secondary battery includes an
正極1は、正極集電体1Aと正極活物質層1Bとを有している。正極集電体1Aは、導電性に優れた板または箔であり、例えばアルミニウムからなる。正極活物質層1Bは、正極活物質(例えばニッケル複合酸化物)を含んでおり、正極集電体1Aの長手方向の一部分を露出するように正極集電体1Aの表面に設けられている。このとき、正極活物質層1Bは、正極集電体1Aの両表面に設けられていても良いし、正極集電体1Aの片方の表面に設けられていても良い。正極集電体1Aの表面のうち正極活物質層1Bから露出する部分(正極集電体の露出部分)には、例えばアルミニウムからなる正極リード5が電気的に接続されている。
The
正極リード5は、平板からなり、正極集電体1Aの露出部分および封口板9に溶接されている。このような正極リード5は、正極集電体1Aの露出部分の上から正極集電体1Aの外へ延び、上部絶縁板7の貫通孔7a内を通って封口板9まで延びている。
The
負極2は、負極集電体2Aと負極活物質層2Bとを有している。負極集電体2Aは、導電性に優れた板または箔であり、例えば銅からなる。負極活物質層2Bは、負極活物質(例えば炭素)を含んでおり、負極集電体2Aの長手方向の一部分を露出するように負極集電体2Aの表面に設けられている。このとき、負極活物質層2Bは、負極集電体2Aの両表面に設けられていても良いし、負極集電体2Aの片方の表面に設けられていても良い。負極集電体2Aの表面のうち負極活物質層2Bから露出する部分(負極集電体の露出部分)21には、負極リード16が電気的に接続されている。
The
負極リード16は、平板からなり、負極集電体2Aの露出部分21および電池ケース10の底面における中央部分に溶接されている。このような負極リード16は、負極集電体2Aの露出部分21の上から負極集電体2Aの外へ延び、電池ケース10の内側面と底面との境界において曲げられて電池ケース10の底面に沿ってその底面の中央まで延びている。
The
また、負極リード16では、図2(a)および(b)に示すように、中央部16aの幅は、一端部16bおよび他端部16cの幅よりも広い。別の言い方をすると、負極リード16は、中央部16aに幅広部17を有している。例えば、中央部16aの幅は2.5mm以上6mm以下であるのに対し、一端部16bおよび他端部16cの幅は2mm以上5mm以下である。
Further, in the
本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池において外部短絡が発生すると、負極リード16の方が正極リード5よりも高抵抗であるので負極リード16で顕著な発熱が起こると予想される。しかし、本実施形態における負極リード16の中央部16aの幅は一端部16bおよび他端部16cの幅よりも広いので、中央部16aにおける単位長さあたりの抵抗を一端部16bおよび他端部16cにおける単位長さあたりの抵抗よりも低くすることができる。よって、外部短絡が発生したときには中央部16aにおける発熱量を一端部16bおよび他端部16cにおける発熱量よりも小さくすることができる。従って、外部短絡の発生に起因して負極リード16が発熱した場合であっても、中央部16aにおける温度上昇を従来よりも抑制することができるので、リチウムイオン二次電池の温度上昇を従来よりも抑制することができる。これにより、外部短絡が発生した場合における電池の安全性を確保することができる。
When an external short circuit occurs in the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the
中央部16aの幅が一端部16bおよび他端部16cの幅よりも広ければ広いほど、中央部16aにおける単位長さあたりの抵抗を一端部16bおよび他端部16cにおける単位長さあたりの抵抗よりも低くすることができる。しかし、中央部16aの幅が一端部16bおよび他端部16cの幅よりも広くなりすぎると、負極リード16の作製が困難になる、電池ケース10内における電極群4の形状が歪になる、負極リード16の折り曲げが困難になる、または、電池ケース10に電極群4を収めることができなくなるなどの不具合を招く。これらを考慮して、中央部16aの幅は、一端部16bおよび他端部16cの幅の1.1倍以上2倍以下であることが好ましく、一端部16bおよび他端部16cの幅の1.1倍以上1.5倍以下であることが好ましい。
The wider the width of the
本実施形態における負極リード16を形成する第1の方法としては、第1金属(例えばニッケル)からなり、且つ、幅が長手方向において略同一である負極リード本体を用意し、負極リード本体のうち中央部に相当する部分の側面上に第1金属からなる部分を設ければよい。これにより、図2(a)に示すように、中央部16aでは、負極リード本体のうち中央部に相当する部分(第1金属からなる部分)17aの側面上に、第1金属からなる部分17bが形成される。つまり、図2(a)に示す負極リード16では、一端部16bおよび他端部16cだけに限らず中央部16aも、第1金属からなる。
As a first method of forming the
本実施形態における負極リード16を形成する第2の方法としては、上記負極リード本体のうち中央部に相当する部分の側面上に第2金属からなる部分を設ければよい。これにより、図2(b)に示すように、中央部16aでは、負極リード本体のうち中央部に相当する部分17aの側面上に、第2金属からなる部分17cが形成される。
As a second method of forming the
ここで、上記第2金属としては、第1金属を用いても良いが、第1金属よりも抵抗率の低い金属(例えば銅または金)を選択することが好ましい。これにより、図2(b)に示す場合の方が図2(a)に示す場合に比べて、中央部16aにおける単位長さあたりの抵抗が低くなるので中央部16aにおける発熱量を少なくすることができる。従って、図2(b)に示す中央部16aを有する負極リード16を備えたリチウムイオン二次電池において外部短絡が発生すると、図2(a)に示す中央部16aを有する負極リード16を備えたリチウムイオン二次電池において外部短絡が発生する場合に比べて、電池の安全性をさらに確保することができる。
Here, although the first metal may be used as the second metal, it is preferable to select a metal (for example, copper or gold) having a lower resistivity than the first metal. Thereby, the resistance per unit length in the
以上説明したように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池では、中央部16aにおける単位長さあたりの抵抗を一端部16bおよび他端部16cにおける単位長さあたりの抵抗よりも低くすることができる。よって、外部短絡の発生に起因して負極リード16において熱が生じても、その熱が中央部16aにこもることを防止できる。従って、外部短絡が発生した場合における電池の安全性を確保することができる。
As described above, in the lithium ion secondary battery according to this embodiment, the resistance per unit length in the
また、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池では、一端部16bおよび他端部16cはどちらもニッケルからなるので、負極リード16と負極集電体2Aの露出部分21および電池ケース10との溶接強度を確保することができる。
In the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the one
さらに、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池では、幅広部17は中央部16aにのみ形成されている。よって、負極リード16全体を幅広にした場合に比べて、電極群4の体積増加を最小限に抑えることができるとともに、電極群4の歪みを最小限に抑えることができる。
Furthermore, in the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the
以下では、電池ケース10、正極集電体1A、正極活物質層1B、セパレータ3、非水電解質、負極集電体2Aおよび負極活物質層2Bの材料を順に列挙する。
Hereinafter, the materials of the
電池ケース10の材料には、鉄、ニッケル、銅、またはアルミニウムが用いられる。
As a material of the
正極集電体1Aの材料としては、アルミニウム(Al)、炭素または導電性樹脂を用いることができる。正極集電体の材料としてアルミニウムまたは導電性樹脂を用いた場合には、正極集電体の表面が炭素で処理されていても良い。
As a material of the positive electrode
正極活物質層1Bには、正極活物質が含まれている。正極活物質としては、LiCoO2、LiNiO2またはLi2MnO4を単体で用いても良く、これらのうちの2つ以上を用いても良く、リチウムを含む複合酸化物を用いればよい。リチウムを含む複合酸化物としては、LiCoO2、LiNiO2およびLi2MnO4以外には、LiMPO4(M=V、Fe、Ni、Mn)の一般式で表されるオリビン型リン酸リチウムまたはLi2MPO4F(M=V、Fe、Ni、Mn)の一般式で表されるフルオロリン酸リチウムなどを使用することができる。また、正極活物質としては、上記リチウムを含む複合酸化物を構成する金属元素の一部が別の金属元素で置換されたものを使用しても良い。さらには、正極活物質としては、上記リチウムを含む複合酸化物が金属酸化物、リチウム酸化物または導電剤などにより表面処理されたものであっても良く、上記リチウムを含む複合酸化物が疎水処理されたものであっても良い。
The positive electrode
正極活物質層1Bは、正極活物質以外に導電剤および結着剤を含んでいる。導電剤としては、天然黒鉛もしくは人造黒鉛のグラファイト類;アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラックもしくはサーマルブラックなどのカーボンブラック類;炭素繊維もしくは金属繊維などの導電性繊維;フッ化カーボン;アルミニウムなどの金属粉末;酸化亜鉛もしくはチタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー類;酸化チタンなどの導電性金属酸化物;フェニレン誘導体などの有機導電性材料を用いることができる。
The positive electrode
結着剤としては、例えばPVDF(poly(vinylidene fluoride))、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチルエステル、ポリアクリル酸エチルエステル、ポリアクリル酸ヘキシルエステル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリメタクリル酸エチルエステル、ポリメタクリル酸ヘキシルエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ヘキサフルオロポリプロピレン、スチレンブタジエンゴムまたはカルボキシメチルセルロースなどの重合体を使用可能である。結着剤として、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレン、ペンタフルオロプロピレン、フルオロメチルビニルエーテル、アクリル酸およびヘキサジエンより選択された2種以上の材料の共重合体を使用することもできる。結着剤として、上記重合体および上記共重合体から選択された2種以上を混合して使用することもできる。 Examples of the binder include PVDF (poly (vinylidene fluoride)), polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, aramid resin, polyamide, polyimide, polyamideimide, polyacrylonitrile, polyacrylic acid, polyacrylic acid methyl ester, poly Acrylic acid ethyl ester, polyacrylic acid hexyl ester, polymethacrylic acid, polymethacrylic acid methyl ester, polymethacrylic acid ethyl ester, polymethacrylic acid hexyl ester, polyvinyl acetate, polyvinylpyrrolidone, polyether, polyethersulfone, hexafluoro Polymers such as polypropylene, styrene butadiene rubber or carboxymethyl cellulose can be used. The binder is selected from tetrafluoroethylene, hexafluoroethylene, hexafluoropropylene, perfluoroalkyl vinyl ether, vinylidene fluoride, chlorotrifluoroethylene, ethylene, propylene, pentafluoropropylene, fluoromethyl vinyl ether, acrylic acid and hexadiene. Also, a copolymer of two or more materials can be used. As the binder, two or more selected from the above-mentioned polymers and copolymers can be mixed and used.
非水電解質としては、有機溶媒に溶質が溶解された電解質溶液、または、高分子により電解質溶液が非流動化されたいわゆるポリマー電解質を使用することができる。非水電解質として少なくとも電解質溶液を用いる場合には、正極1と負極2との間に、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、アミドイミド、ポリフェニレンサルファイドもしくはポリイミドなどからなる不織布または微多孔膜などのセパレータ3を設け、このセパレータに電解質溶液を含浸させることが好ましい。また、セパレータ3の内部あるいは表面に、アルミナ、マグネシア、シリカまたはチタニアなどの耐熱部材が設けられていても良い。セパレータ3とは別に、上記耐熱部材と、正極1および負極2に設けられた結着剤と同様の結着剤とから構成される耐熱層が設けられていても良い。
As the non-aqueous electrolyte, an electrolyte solution in which a solute is dissolved in an organic solvent, or a so-called polymer electrolyte in which an electrolyte solution is made non-fluidized by a polymer can be used. When at least an electrolyte solution is used as the nonaqueous electrolyte, a
非水電解質の材料としては、各活物質の酸化還元電位などを基に選択される。非水電解質に用いるのが好ましい溶質としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCF3SO3、LiNCF3CO2、LiAsF6、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiF、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、ビス(1,2−ベンゼンジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(2,3−ナフタレンジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(2,2’−ビフェニルジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(5−フルオロ−2−オレート−1−ベンゼンスルホン酸−O,O’)ホウ酸リチウムなどのホウ酸塩類、(CF3SO2)2NLi、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、(C2F5SO2)2NLiまたはテトラフェニルホウ酸リチウムなどを使用することができ、一般にリチウムイオン二次電池で使用されている塩類を適用できる。
The non-aqueous electrolyte material is selected based on the redox potential of each active material. Solutes preferably used for non-aqueous electrolytes include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAlCl 4 , LiSbF 6 , LiSCN, LiCF 3 SO 3 , LiNCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiB 10 Cl 10 , lower aliphatic. Lithium carboxylate, LiF, LiCl, LiBr, LiI, lithium chloroborane, bis (1,2-benzenediolate (2-)-O, O ′) lithium borate, bis (2,3-naphthalenedioleate (2 -)-O, O ') lithium borate, bis (2,2'-biphenyldiolate (2-)-O, O') lithium borate, bis (5-fluoro-2-olate-1-benzenesulfone) acid -O, O ') borate salts such as lithium borate, (CF 3 SO 2) 2 NLi, LiN (
さらに、上記塩を溶解させる有機溶媒としては、エチレンカーボネート(EC:Ethylene carbonate)、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート(DMC:dimethyl carbonate)、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート(EMC:ethyl methyl carbonate)、ジプロピルカーボネート、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、ジメトキシメタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタン、トリメトキシメタン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン誘導体(例えば2−メチルテトラヒドロフラン)、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン誘導体(例えば1,3−ジオキソランまたは4−メチル−1,3−ジオキソラン)、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、酢酸エステル、プロピオン酸エステル、スルホラン、3−メチルスルホラン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、エチルエーテル、ジエチルエーテル、1,3−プロパンサルトン、アニソールもしくはフルオロベンゼンなどの1種またはそれらの2種以上の混合物などを用いることができ、一般にリチウムイオン二次電池で使用されている溶媒を適用できる。
Furthermore, as an organic solvent for dissolving the salt, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC: ethyl methyl carbonate) carbonate), dipropyl carbonate, methyl formate, methyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, dimethoxymethane, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-diethoxyethane, 1,2-dimethoxyethane, ethoxymethoxy Ethane, trimethoxymethane, tetrahydrofuran, tetrahydrofuran derivatives (eg 2-methyltetrahydrofuran), dimethyl sulfoxide, dioxolane derivatives (
さらに、上記塩を溶解させる有機溶媒は、ビニレンカーボネート、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテル、ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、ジアリルカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、カテコールカーボネート、酢酸ビニル、エチレンサルファイト、プロパンサルトン、トリフルオロプロピレンカーボネート、ジベニゾフラン、2,4−ジフルオロアニソール、o−ターフェニルまたはm−ターフェニルなどの添加剤を含んでいてもよい。 Furthermore, the organic solvent for dissolving the salt is vinylene carbonate, cyclohexyl benzene, biphenyl, diphenyl ether, vinyl ethylene carbonate, divinyl ethylene carbonate, phenyl ethylene carbonate, diallyl carbonate, fluoroethylene carbonate, catechol carbonate, vinyl acetate, ethylene sulfite, Additives such as propane sultone, trifluoropropylene carbonate, dibenisofuran, 2,4-difluoroanisole, o-terphenyl or m-terphenyl may be included.
また、非水電解質としては、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリホスファゼン、ポリアジリジン、ポリエチレンスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデンもしくはポリヘキサフルオロプロピレンなどの高分子材料の1種またはそれらの2種以上の混合物などに上記溶質が混合された固体電解質を使用することもできる。また、非水電解質としては、上記高分子材料に上記有機溶媒が混合されたゲル状を使用することもできる。さらに、リチウム窒化物、リチウムハロゲン化物、リチウム酸素酸塩、Li4SiO4、Li4SiO4−LiI−LiOH、Li3PO4−Li4SiO4、Li2SiS3、Li3PO4−Li2S−SiS2または硫化リン化合物などの無機材料を固体電解質として用いてもよい。非水電解質としてゲル状の非水電解質を用いる場合、ゲル状の非水電解質は、セパレータ3の代わりに正極1と負極2との間に設けられていても良く、セパレータ3に隣接するように設けられていても良い。
The nonaqueous electrolyte may be one of polymer materials such as polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, polyaziridine, polyethylene sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride or polyhexafluoropropylene, or a mixture of two or more thereof. A solid electrolyte in which the above solute is mixed can also be used. Moreover, as a nonaqueous electrolyte, the gel form in which the said organic solvent was mixed with the said polymeric material can also be used. Further, lithium nitride, lithium halide, lithium oxyacid salt, Li 4 SiO 4, Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH,
負極集電体2Aとしては、ステンレス鋼、ニッケル、銅またはチタンなどの金属箔を用いても良く、炭素または導電性樹脂の薄膜などを用いても良い。また、これらの金属箔または薄膜は、カーボン、ニッケルまたはチタンなどで表面処理されても良い。
As the negative electrode
負極活物質層2Bには、負極活物質が含まれている。負極活物質としては、炭素材料(例えば各種天然黒鉛もしくは人造黒鉛)、Siを含む物質(例えばSi単体、Si合金もしくはSiOx(0<x<2)など)、Snを含む物質(例えばSn単体、Sn合金もしくはSnOなど)またはリチウム金属などを用いることができる。リチウム金属には、リチウム単体のほかに、Al、ZnまたはMgなどを含むリチウム合金が含まれる。負極活物質としては、上記のうちの1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The negative electrode
負極活物質層2Bは、負極活物質以外に結着剤を含んでいる。この結着剤としては、正極活物質層に含まれる結着剤と同一ものを使用することができる。
The negative electrode
以上説明したように、本実施形態では、負極リードの中央部の幅が負極リードの一端部および他端部の幅よりも広いので、負極リードの中央部における単位長さあたりの抵抗を負極リードの一端部および他端部における単位長さあたりの抵抗よりも低くすることができる。以下の第1の変形例および後述の第2の変形例では、別の構成により、負極リードの中央部における単位長さあたりの抵抗は負極リードの一端部および他端部における単位長さあたりの抵抗よりも低くなっている。 As described above, in this embodiment, since the width of the central portion of the negative electrode lead is wider than the width of one end portion and the other end portion of the negative electrode lead, the resistance per unit length in the central portion of the negative electrode lead is reduced. The resistance per unit length at one end and the other end can be lower. In the following first modified example and second modified example described later, the resistance per unit length in the central part of the negative electrode lead is different per unit length in the one end part and the other end part of the negative electrode lead by another configuration. It is lower than the resistance.
(第1の変形例)
図3(a)および(b)は、本変形例における負極リード26の中央部26aの周縁を拡大した断面図である。
(First modification)
3A and 3B are cross-sectional views in which the periphery of the
本変形例における負極リード26では、図3(a)および(b)に示すように、中央部26aの幅は一端部26bおよび他端部26cの幅よりも厚い。別の言い方をすると、本変形例における負極リード26は、中央部26aに肉厚部27を有している。例えば、中央部26aの厚みは0.11mm以上0.3mm以下であるのに対し、一端部26bおよび他端部26cの厚みは0.1mm以上0.15mm以下である。これにより、本変形例においても、中央部26aにおける単位長さあたりの抵抗を一端部26bおよび他端部26cにおける単位長さあたりの抵抗よりも低くすることができるので、上記実施形態1で得られる効果と同一の効果を得ることができる。
In the
中央部26aの幅を一端部26bおよび他端部26cの幅よりも厚くすればするほど、中央部26aにおける単位長さあたりの抵抗を一端部26bおよび他端部26cにおける単位長さあたりの抵抗よりも低くすることができる。しかし、中央部26aの幅を一端部26bおよび他端部26cの幅よりも厚くしすぎると、負極リード26の作製が困難になる、電池ケース10内における電極群4の形状が歪になる、負極リード26の折り曲げが困難になる、または、電極群4の高さが高くなるので電極群4が電池ケース10に入りにくくなってしまうなどの不具合を招く。これらを考慮して、中央部26aの厚みは、一端部26bおよび他端部26cの厚みの1.1倍以上3倍以下であることが好ましく、一端部26bおよび他端部26cの厚みの1.1倍以上2倍以下であることが好ましい。
As the width of the
本変形例における負極リード26を形成する第1の方法としては、第1金属(例えばニッケル)からなり、且つ、幅が長手方向において略同一である負極リード本体を用意し、負極リード本体のうち中央部に相当する部分の上面上および下面上に第1金属からなる部分を設ければよい。これにより、図3(a)に示すように、中央部26aでは、負極リード本体のうち中央部に相当する部分27aの上面上および下面上に、第1金属からなる部分27bが形成される。つまり、図3(a)に示す負極リード26では、一端部26bおよび他端部26cだけに限らず中央部26aも、第1金属からなる。
As a first method of forming the
本実施形態における負極リード26を形成する第2の方法としては、上記負極リード本体のうち中央部に相当する部分の上面上および下面上に第2金属からなる部分を設ければよい。これにより、図3(b)に示すように、中央部26aでは、負極リード本体のうち中央部に相当する部分27aの上面上および下面上に、第2金属からなる部分27cが形成される。
As a second method of forming the
ここで、上記第2金属としては、第1金属を用いても良いが、第1金属よりも抵抗率が低い金属(例えば銅または金)を選択することが好ましい。これにより、図3(b)に示す中央部26aにおける単位長さあたりの抵抗は、図3(a)に示す中央部26aにおける単位長さあたりの抵抗よりも低くなる。従って、図3(b)に示す中央部26aを有する負極リード26を備えたリチウムイオン二次電池において外部短絡が発生すると、図3(a)に示す中央部26aを有する負極リード26を備えたリチウムイオン二次電池において外部短絡が発生する場合に比べて、電池の安全性をさらに確保することができる。
Here, although the first metal may be used as the second metal, it is preferable to select a metal (for example, copper or gold) having a lower resistivity than the first metal. Accordingly, the resistance per unit length in the
なお、本変形例における負極リードでは、中央部は、一端部および他端部よりも幅が広く且つ厚みが厚くなるように、形成されていることが好ましい。これにより、上記実施形態1および本変形例に比べて、負極リードの中央部の単位長さあたりの抵抗を負極リードの一端部および他端部における単位長さあたりの抵抗よりもさらに低くすることができるので、外部短絡の発生に起因する負極リードの中央部の温度上昇をさらに低く抑えることができる。
Note that, in the negative electrode lead in this modification, it is preferable that the central portion is formed so as to be wider and thicker than the one end portion and the other end portion. Thereby, compared with the said
(第2の変形例)
図4は、第2の変形例における負極リード36の中央部36aの周縁を拡大した断面図である。
(Second modification)
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the periphery of the
本変形例における負極リード36では、中央部36aは一端部36bおよび他端部36cよりも抵抗率の低い材料からなる。これにより、本変形例においても、中央部36aにおける単位長さあたりの抵抗を一端部36bおよび他端部36cにおける単位長さあたりの抵抗よりも低くすることができるので、上記実施形態1で得られる効果と同一の効果を得ることができる。
In the
具体的には、一端部36bおよび他端部36cがニッケルからなる場合には、中央部36aは、ニッケルよりも抵抗率が低い金属(例えば銅または金)からなっても良いし、ニッケルからなる部分にニッケルよりも抵抗率が低い金属がめっきされていても良い。前者に比べて後者の方が、負極リード36を容易に形成することができる。
Specifically, when the one
なお、本変形例における負極リードでは、中央部は、一端部および他端部よりも幅が広く形成されており、また、抵抗率が低い材料から構成されていることが好ましい。または、中央部は、一端部および他端部よりも厚みが厚く形成されており、また、抵抗率が低い材料から構成されていることが好ましい。これにより、上記実施形態1、上記第1の変形例および本変形例に比べて、負極リードの中央部における単位長さあたりの抵抗を負極リードの一端部および他端部における単位長さあたりの抵抗よりもさらに低くすることができるので、外部短絡の発生に起因する負極リードの中央部の温度上昇をさらに低く抑えることができる。さらに好ましくは、負極リードでは、中央部は、一端部および他端部よりも、幅が広く且つ厚みが厚く形成されているとともに抵抗率が低い材料から構成されていることである。
Note that, in the negative electrode lead in this modification, it is preferable that the central portion is formed wider than the one end portion and the other end portion, and is made of a material having a low resistivity. Alternatively, it is preferable that the central portion is formed thicker than the one end portion and the other end portion, and is made of a material having a low resistivity. Thereby, compared with the said
(第3の変形例)
上記実施形態1および上記第1から第2の変形例にかかる電池では、負極リードの方が正極リードよりも高抵抗である。第3の変形例にかかる電池では、正極リードの方が負極リードよりも高抵抗である。図5は、本変形例における正極リードの中央部の周縁を拡大した斜視図である。
(Third Modification)
In the batteries according to
本変形例における正極リード15では、中央部15aの幅は一端部15bおよび他端部15cの幅よりも広いので、中央部15aにおける単位長さあたりの抵抗を一端部15bおよび他端部15cにおける単位長さあたりの抵抗よりも低くすることができる。よって、外部短絡の発生に起因する正極リード15の中央部15aにおける温度上昇を低く抑えることができる。よって、外部短絡が発生した場合であってもリチウムイオン二次電池の安全性を確保することができる。
In the
なお、本変形例における正極リードでは、中央部は、上記第1の変形例に倣って一端部および他端部よりも幅が厚く形成されていても良く、上記第2の変形例に倣って一端部および他端部よりも抵抗率が低い材料から構成されていても良い。いずれの場合であっても、本変形例における効果と同一の効果を得ることができる。 In the positive electrode lead in this modification, the central portion may be formed wider than the one end and the other end in accordance with the first modification, and in accordance with the second modification. You may be comprised from the material whose resistivity is lower than one end part and the other end part. In any case, the same effect as that in the present modification can be obtained.
さらに、本変形例における正極リードでは、中央部は、一端部および他端部よりも幅が広く且つ厚みが厚く形成されていることが好ましく、一端部および他端部よりも幅が広く形成されているとともに抵抗率が低い材料から構成されていることが好ましく、または、一端部および他端部よりも厚みが厚く形成されているとともに抵抗率が低い材料から構成されていることが好ましい。これにより、本変形例に比べて、中央部における単位長さあたりの抵抗を一端部および他端部における単位長さあたりの抵抗よりもさらに低くすることができるので、外部短絡の発生に起因する正極リードの中央部における温度上昇をさらに低く抑えることができる。 Furthermore, in the positive electrode lead in this modification, the central portion is preferably formed wider and thicker than the one end and the other end, and wider than the one end and the other end. In addition, it is preferably made of a material having a low resistivity, or it is preferably made of a material having a higher thickness than the one end and the other end and having a low resistivity. As a result, the resistance per unit length in the central portion can be made lower than the resistance per unit length in the one end portion and the other end portion, as compared with the present modification example, resulting in the occurrence of an external short circuit. The temperature rise at the central portion of the positive electrode lead can be further reduced.
さらに好ましくは、本変形例における正極リードでは、中央部は、一端部および他端部よりも、幅が広く且つ厚みが厚く形成されているとともに抵抗率が低い材料から構成されていることである。 More preferably, in the positive electrode lead in the present modification, the central portion is formed of a material that is wider and thicker than the one end portion and the other end portion and has a low resistivity. .
《その他の実施形態》
上記実施形態1および上記第1から第3の変形例は、以下に示す構成を備えていても良い。
<< Other Embodiments >>
The first embodiment and the first to third modifications may be configured as follows.
上記実施形態1および上記第1から第3の変形例では、円筒型捲回式リチウムイオン二次電池に適用した例を示したが、角型リチウムイオン二次電池にも適用することができる。角型リチウムイオン二次電池において外部短絡が発生した場合、リードで生じた熱はリードのうち集電体の露出部分および電極端子に当接されていない部分(つまり中央部)においてこもりやすいと考えられるので、リードの中央部の厚みを一端部および他端部の厚みよりも厚くすればよく、リードの中央部の幅を一端部および他端部の幅よりも広くすればよく、リードの中央部を一端部および他端部よりも抵抗率が低い材料で形成すればよい。なお、角型リチウムイオン二次電池に設けられた電極群では、正極と負極とがセパレータを介して捲回されていても良く、正極と負極とがセパレータを介して積層されていても良い。 In the first embodiment and the first to third modifications, the example is applied to the cylindrical wound lithium ion secondary battery, but the present invention can also be applied to a prismatic lithium ion secondary battery. When an external short circuit occurs in a prismatic lithium ion secondary battery, the heat generated in the lead is likely to be trapped in the exposed part of the lead and the part that is not in contact with the electrode terminal (that is, the central part) Therefore, the thickness of the central portion of the lead may be thicker than the thickness of one end and the other end, and the width of the central portion of the lead may be wider than the width of the one end and the other end. The part may be formed of a material having a lower resistivity than the one end and the other end. In the electrode group provided in the prismatic lithium ion secondary battery, the positive electrode and the negative electrode may be wound via a separator, or the positive electrode and the negative electrode may be stacked via a separator.
上記実施形態1および上記第1から第3の変形例における正極では、正極集電体の露出部分が2つ以上設けられており、正極集電体の露出部分のそれぞれに1本の正極リードが溶接されていてもよい。同じく、負極では、負極集電体の露出部分は2つ以上設けられており、負極集電体の露出部分のそれぞれに1本の負極リードが溶接されていてもよい。正極リードおよび負極リードが複数設けられた場合であっても、各リードを上記実施形態1または上記第1から第3の変形例の何れかの変形例におけるリードで構成すればよい。
In the positive electrode in
上記実施形態1および上記第1から第2の変形例における正極リードは、上記第3の変形例における正極リードであっても良く、従来における正極リード(中央部と一端部と他端部とにおいて幅と厚みと材料とが互いに同一である正極リード)であっても良い。同じく、上記第3の変形例における負極リードは、上記実施形態1および上記第1から上記第2の変形例における負極リードであっても良く、従来における負極リード(中央部と一端部と他端部とにおいて幅と厚みと材料とが互いに同一である負極リード)であっても良い。 The positive electrode lead in the first embodiment and the first to second modifications may be the positive electrode lead in the third modification, and the conventional positive electrode lead (in the central portion, one end portion, and the other end portion). It may be a positive electrode lead whose width, thickness and material are the same. Similarly, the negative electrode lead in the third modification example may be the negative electrode lead in the first embodiment and the first to second modification examples described above, and a conventional negative electrode lead (central portion, one end portion, and the other end). The negative electrode lead having the same width, thickness and material may be used.
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、ここで述べる内容は本発明の例示に過ぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
−リチウムイオン二次電池の製造方法−
《実施例1》
以下の手順により図1に示す円筒形リチウムイオン二次電池を作製した。
(1)正極の作製
正極活物質として平均粒径10μmのコバルト酸リチウム(LiCoO2)100重量部、結着剤としてPVDF8重量部および導電剤としてアセチレンブラック3重量部に、適量のN−メチル−2−ピロリドン(NMP:N-methylpyrrolidone)を加えて混合し、正極合剤ペーストを得た。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, the content described here is only the illustration of this invention, and this invention is not limited to these.
-Manufacturing method of lithium ion secondary battery-
Example 1
The cylindrical lithium ion secondary battery shown in FIG. 1 was produced by the following procedure.
(1) Production of positive electrode An appropriate amount of N-methyl- is added to 100 parts by weight of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) having an average particle diameter of 10 μm as a positive electrode active material, 8 parts by weight of PVDF as a binder and 3 parts by weight of acetylene black as a conductive agent. 2-Pyrrolidone (NMP: N-methylpyrrolidone) was added and mixed to obtain a positive electrode mixture paste.
この正極合剤ペーストを、アルミニウム箔(長さ600mm、幅54mm、厚さ20μm)からなる正極集電体の両面に塗布した。このとき、アルミニウム箔の長手方向における中央付近(アルミニウム箔のうち正極リードが溶接される部分,つまり正極集電体の露出部分)には、正極合剤スラリーを塗布しなかった。正極合剤スラリーを乾燥させ、正極集電体の両面に正極合剤スラリーが塗布された積層体を得た。この積層体を圧延して、各正極活物質層の厚さを70μmとした。このようにして、正極板を作製した。 This positive electrode mixture paste was applied to both surfaces of a positive electrode current collector made of an aluminum foil (length 600 mm, width 54 mm, thickness 20 μm). At this time, the positive electrode mixture slurry was not applied to the vicinity of the center in the longitudinal direction of the aluminum foil (the portion of the aluminum foil where the positive electrode lead is welded, that is, the exposed portion of the positive electrode current collector). The positive electrode mixture slurry was dried to obtain a laminate in which the positive electrode mixture slurry was applied to both surfaces of the positive electrode current collector. This laminate was rolled so that each positive electrode active material layer had a thickness of 70 μm. In this way, a positive electrode plate was produced.
そののち、アルミニウム製の正極リード(長さ50mm,幅3mm,厚さ0.1mm)を準備し、超音波溶接法により正極リードの一方の端を正極集電体の露出部分の一方の面に接続させた。
(2)負極の作製
負極活物質として平均粒径20μmの人造黒鉛100重量部、結着剤としてスチレンブタジエンゴム1重量部および増粘剤としてカルボキシメチルセルロース1重量部に、適量の水を加えて混合し、負極合剤ペーストを得た。
After that, an aluminum positive electrode lead (length 50 mm,
(2) Production of negative electrode An appropriate amount of water was added to and mixed with 100 parts by weight of artificial graphite having an average particle diameter of 20 μm as a negative electrode active material, 1 part by weight of styrene butadiene rubber as a binder and 1 part by weight of carboxymethyl cellulose as a thickener. Thus, a negative electrode mixture paste was obtained.
この負極合剤ペーストを、銅箔(長さ630mm、幅56mm、厚さ10μm)からなる負極集電体の両面に塗布した。このとき、銅箔の巻き終わり側の端部付近(銅箔のうち負極リードが溶接される部分,つまり負極集電体の露出部分)には、負極合剤スラリーを塗布しなかった。負極合剤スラリーを乾燥させ、負極集電体の両面に負極合剤スラリーが塗布された積層体を得た。この積層体を圧延して、各負極活物質層の厚さを65μmとした。このようにして、負極板を作製した。
This negative electrode mixture paste was applied to both surfaces of a negative electrode current collector made of copper foil (length 630 mm, width 56 mm,
そののち、ニッケル製の負極リード(長さ50mm,幅3mm,厚さ0.1mm)を準備し、負極リード16のうち中央部となる部分に幅広部17(幅4mm,厚さ0.1mm)を形成した。超音波溶接法により、負極リードの一方の端を負極集電体の露出部分の一方の面に接続させた。
(3)電池の組立
正極1と負極2との間にポリエチレン微多孔膜(旭化成(株)製,厚さ20μm)からなるセパレータを介在させて、正極1と負極2とセパレータとを捲回させ、電極群4を得た。このとき、負極2のうち負極リード16が接続された部分が巻き終わり側に位置するように、正極1および負極2を配置した。また、正極リード5が電極群4から上方に延び負極リード16が電極群4から下方に延びるように、正極1および負極2を配置した。
After that, a nickel negative electrode lead (length: 50 mm, width: 3 mm, thickness: 0.1 mm) was prepared, and a wide portion 17 (width: 4 mm, thickness: 0.1 mm) in the central portion of the
(3) Battery assembly A separator made of a polyethylene microporous membrane (manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., thickness 20 μm) is interposed between the
電極群4を、有底円筒状の鉄製の電池ケース10に収容した。そののち、レーザー溶接法により正極リード5の端部(他端部5c)を封口板9の下面に接続させ、抵抗溶接法により負極リード16の端部(他端部16c)を電池ケース10の内底面に接続させた。このとき、図2(a)および(b)に示すように、幅広部17の両端において負極リード16を折り曲げた。
The
電極群4の上にはポリプロピレン製の上部絶縁板7を設け、電極群4の下にはポリプロピレン製の下部絶縁板8を設けた。そののち、電池ケース10内に非水電解質を注液した。非水電解質は、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを1:1の体積比で含む混合溶媒に、LiPF6を1.0mol/Lの濃度で溶解させることにより調製した。
An upper insulating
電池ケース10の開口端部より5mm下方の位置に段部を形成し、電池ケース10の段部上にリング状のガスケットを介して封口板9を配置した。そののち、封口板9の周縁部にガスケットを介して電池ケース10の開口端部にかしめることにより、電池ケース10の開口部を密封した。このようにして、円筒形リチウムイオン二次電池(直径18mm、高さ65mm、設計容量2600mAh)を作製した。
《比較例1》
負極リードに幅広部を形成しなかったこと以外は、実施例1と同様の方法にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
−リチウムイオン二次電池の評価方法−
以下の方法により外部短絡試験を実施した。
A step portion was formed at a
<< Comparative Example 1 >>
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the wide portion was not formed on the negative electrode lead.
-Evaluation method of lithium ion secondary battery-
An external short circuit test was carried out by the following method.
実施例および比較例の電池を10個用意し、25℃の環境下にて、電池電圧が4.25Vに達するまで、1500Aの定電流で充電した。充電した後、電池を、60℃の環境下にて1時間放置した。その後、60℃の環境下にて、所定の試験回路(抵抗値:0.005Ω)を用いて、充電後の電池の正極と負極とを10秒間外部短絡させた。このとき、電池表面の温度(以下、単に電池温度)が80℃を超えた電池の数を調べた。そして、この外部短絡試験では、電池温度が80℃を超えない電池を優れた安全性を有する電池であると判断した。 Ten batteries of Examples and Comparative Examples were prepared and charged at a constant current of 1500 A under a 25 ° C. environment until the battery voltage reached 4.25V. After charging, the battery was left in an environment of 60 ° C. for 1 hour. Thereafter, the positive electrode and negative electrode of the battery after charging were externally short-circuited for 10 seconds using a predetermined test circuit (resistance value: 0.005Ω) in an environment of 60 ° C. At this time, the number of batteries whose battery surface temperature (hereinafter simply referred to as battery temperature) exceeded 80 ° C. was examined. And in this external short circuit test, it was judged that the battery whose battery temperature does not exceed 80 degreeC is the battery which has the outstanding safety | security.
その結果を図6に示す。図6から分かるように、実施例では、いずれの電池においても、電池温度は80℃以下であった。これに対して、比較例では、いずれの電池においても、電池温度は80℃を超えた。これにより、実施例の電池が優れた安全性を有する電池であることを確かめることができた。 The result is shown in FIG. As can be seen from FIG. 6, in all of the examples, the battery temperature was 80 ° C. or less. On the other hand, in the comparative example, the battery temperature exceeded 80 ° C. in any of the batteries. Thereby, it was confirmed that the battery of the example was a battery having excellent safety.
本発明の電池では、電池に短絡が生じた場合においても高い安全性を保持することができるので、あらゆる機器の電源として好適である。本発明の電池は、携帯用電子機器の電源(例えば、パーソナルコンピュータ、携帯電話、モバイル機器、携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assistant)、携帯用ゲーム機器もしくはビデオカメラの電源)、電池モーターを補助する機器の電源(ハイブリッド電気自動車もしくは燃料電池自動車の電源)、駆動用電源(電動工具、掃除機もしくはロボットなどの電源)またはプラグインHEV(Hybrid Electric Vehicle)の動力源として好適に用いられる。また、本発明の電池は、電池一般に適用可能であるが、特に、リチウムイオン二次電池に有用である。 Since the battery of the present invention can maintain high safety even when a short circuit occurs in the battery, it is suitable as a power source for all devices. The battery of the present invention assists a power source of a portable electronic device (for example, a personal computer, a mobile phone, a mobile device, a personal digital assistant (PDA), a portable game device or a video camera), and a battery motor. It is preferably used as a power source for a power source (power source for a hybrid electric vehicle or a fuel cell vehicle), a power source for driving (a power source for an electric tool, a vacuum cleaner, a robot, etc.) or a power source for a plug-in HEV (Hybrid Electric Vehicle). In addition, the battery of the present invention is generally applicable to batteries, but is particularly useful for lithium ion secondary batteries.
1 正極
1A 正極集電体
1B 正極活物質層
2 負極
2A 負極集電体
2B 負極活物質層
3 セパレータ(多孔質絶縁層)
4 電極群
5,15 正極リード
5a,15a 中央部
5b,15b 一端部
5c,15c 他端部
6,16,26,36 負極リード
6a,16a,26a,36a 中央部
6b,16b,26b,36b 一端部
6c,16c,26c,36c 他端部
10 電池ケース
11 露出部分
17 幅広部
21 露出部分
27 肉厚部
1 Positive electrode
1A Positive electrode current collector
1B Positive electrode active material layer
2 Negative electrode
2A Negative electrode current collector
2B Negative electrode active material layer
3 Separator (porous insulation layer)
4 Electrode group
5,15 Positive lead
5a, 15a center
5b, 15b One
6a, 16a, 26a, 36a Central part
6b, 16b, 26b, 36b One end
6c, 16c, 26c, 36c The other end
10 Battery case
11 Exposed part
17 Wide part
21 Exposed part
27 Thick part
Claims (8)
前記正極および前記負極の少なくとも一方は、集電体と、前記集電体の表面の一部分を露出するように前記集電体の前記表面上に設けられた活物質層とを有し、
前記集電体の前記表面のうち前記活物質層から露出された露出部分は、リードを介して電極端子に電気的に接続されており、
前記リードは、前記露出部分に当接された一端部と、前記電極端子に当接された他端部と、前記一端部と前記他端部とに挟まれた部分である中央部とを有し、
前記中央部における単位長さあたりの抵抗は、前記一端部および前記他端部における単位長さあたりの抵抗よりも低いことを特徴とする電池。 An electrode group formed by winding or laminating a positive electrode and a negative electrode via a porous insulating layer is a battery enclosed in a battery case together with an electrolyte solution,
At least one of the positive electrode and the negative electrode has a current collector, and an active material layer provided on the surface of the current collector so as to expose a part of the surface of the current collector,
Of the surface of the current collector, an exposed portion exposed from the active material layer is electrically connected to an electrode terminal via a lead,
The lead has one end abutted against the exposed portion, the other end abutted against the electrode terminal, and a center portion sandwiched between the one end and the other end. And
The battery according to claim 1, wherein a resistance per unit length in the central portion is lower than a resistance per unit length in the one end and the other end.
前記中央部の幅は、前記一端部および前記他端部の幅よりも広いことを特徴とする請求項1に記載の電池。 The lead is a flat plate,
The battery according to claim 1, wherein a width of the central portion is wider than a width of the one end portion and the other end portion.
前記中央部の厚みは、前記一端部および前記他端部の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項1に記載の電池。 The lead is a flat plate,
2. The battery according to claim 1, wherein a thickness of the central portion is larger than thicknesses of the one end portion and the other end portion.
前記中央部では、前記第1金属からなる部分の上に、前記第1金属よりも抵抗率が低い第2金属からなる部分が設けられていることを特徴とする請求項2または3に記載の電池。 The one end and the other end are made of a first metal,
The said center part is provided with the part which consists of a 2nd metal whose resistivity is lower than the said 1st metal on the part which consists of a said 1st metal. battery.
前記中央部は、前記第1金属よりも抵抗率が低い第2金属からなることを特徴とする請求項1に記載の電池。 The one end and the other end are made of a first metal,
The battery according to claim 1, wherein the central portion is made of a second metal having a lower resistivity than the first metal.
前記リードは、前記負極の前記露出部分と前記電池ケースとを電気的に接続していることを特徴とする請求項1から6の何れか一つに記載の電池。 The electrode terminal of the negative electrode is composed of the battery case,
The battery according to claim 1, wherein the lead electrically connects the exposed portion of the negative electrode and the battery case.
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