JP2010282849A - 非水系二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】捲回電極体30の正極側端部301には、正極シート320の合材層非形成部320Aを捲回中心側に寄せ集めて正極端子が溶接されている。電極体30の負極側端部302には、負極シート340の合材層非形成部340Aを捲回中心側に寄せ集めて負極端子が溶接されている。正極集電体322の引張強度は負極集電体342よりも低く、正極合材層の端324Aから正極端子溶接部42までの距離Aは、負極合材層の端344Aから負極端子溶接部82までの距離Bよりも大きい。
【選択図】図2
Description
本発明は、かかる形態の電極体を備えた非水系二次電池であって、より信頼性に優れた非水系二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)を提供することを目的とする。
前記正極合材層の正極合材層非形成部側端から正極端子溶接部までの距離Aと、
前記負極合材層の負極合材層非形成部側端から負極端子溶接部までの距離Bと、
の関係がA>Bとなるように構成されている。
正負の電極集電体および負極集電体のうち、より引張強度の低い電極集電体を備える電極シートにおける寄せ集め距離A’と、
より引張強度の高い電極集電体を備える電極シートにおける寄せ集め距離B’と、
の関係がA’>B’となるように構成されている。
前記正極合材層の正極合材層非形成部側端から前記電極体の前記一方の端部側の端面(正極側端面)に対向するケース内面(正極端対向面)までの距離Eと、
前記正極合材層の正極合材層非形成部側端とは反対の端から前記電極体の他方の端部側の端面(負極側端面)に対向するケース内面(負極端対向面)までの距離Fと、
の関係がE<Fとなるように配置されている。
前記負極シートの第二の縁から前記セパレータシートの第一の縁までの距離Pと、
前記正極シートの第二の縁から前記セパレータシートの第二の縁までの距離Qと、
の関係がP<Qとなるように構成されている。より好ましい一態様では、前記距離Pと、前記負極合材層の負極合材層非形成部側端から前記セパレータシートの第二の縁までの距離Rと、の関係がP<Rとなるように構成されている。
図1〜3に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10は、扁平な直方体形状(すなわち角型)の電池ケース20に、所定の電池構成材料(正負極それぞれの集電体に正負極それぞれの活物質が保持されたシート状の電極、セパレータ等)を具備する捲回電極体30が、適当な電解液(図示せず)とともに収容された構成を有する。
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池を構成する捲回電極体30につき、該電極体を構成する電極シート320,340とセパレータシート36との重ね合わせ配置を図4に模式的に示す。図示するように、この電極体30は、負極シート340の第二の縁3402からセパレータシート36の第一の縁(正極側端)3601までの距離Pよりも、正極シート320の第二の縁3202からセパレータシート36の第二の縁(負極側端)3602までの距離Qのほうが大きくなるように構成されている(すなわちP<Q)。また、本実施形態にかかる電極体30は、上記距離Pよりも、負極合材層344の負極合材層非形成部側端344Aからセパレータシート36の第二の縁3602までの距離Rのほうが大きくなるように構成されている(すなわちP<R)。このように、より高温となりやすい負極端部側では正極端部側に比べてセパレータシートの熱収縮代がより大きく確保された構成によると、セパレータシートの熱収縮に起因する短絡を防止する性能を効果的に高めることができる。したがって、上記構成のリチウムイオン二次電池は、過充電等に起因する異常時にも、より優れた信頼性を示すものとなり得る。
本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池10では、図5に示すように、ケース20内において電極体30が、正極合材層324の正極合材層非形成部側端324Aからケース20の正極端対向面20Aまでの距離Eよりも、正極合材層の正極合材層非形成部側端とは反対の端(本実施形態では、電極体30の正極側端と一致する。)からケース20の負極端対向面20Bまでの距離Fとのほうが大きくなるように配置されている(すなわちE<F)。このように、正極合材層をケースの正極端対向面側(より熱伝導率の低い材質からなる集電体により構成される正極端部側)に偏らせて配置することにより、限られたケース内スペースを有効に利用して、ケース表面の最高到達温度を効果的に低下させることができる。したがって、上記構成のリチウムイオン二次電池は、過充電等に起因する異常時にも(特に、電極内で多量のガスが発生するような事態に至った場合にも)、より優れた信頼性を示すものとなり得る。
上記構成を採用することによる効果を確認するため、以下の実験を行った。すなわち、図2に示す距離A,Bが表1に示す値となる計6種のリチウムイオン二次電池(サンプル1A〜6A)をそれぞれ複数個作製し、溶接品質の評価および振動試験を行った。
距離Aおよび距離Bをそれぞれ9mmおよび8mmに固定し(実験例1のサンプル2Aと同じ条件。)、距離P,Q,Rをそれぞれ表2に示す値となるように調整した点以外は実験例1と同様にして、計8種のリチウムイオン二次電池(サンプル1B〜8B)を20個づつ作製した。それらの電池を、上記コンディショニング後に、5A(1Cに相当する。),4.1Vの定電流定電圧充電(カット電流 0.1A)でSOC(state of charge)100%に調整し、25℃の環境下で各電池の端子間電圧を測定した後、130℃および150℃の温度環境下に10個づつ搬入し、該温度下に1時間放置した。その後、再び25℃の環境下で各電池の端子間電圧を測定し、0.1V以上の電圧変化がみられた電池の割合を調べた。その結果を表2に示す。
距離Aおよび距離Bをそれぞれ9mmおよび8mmに固定し(実験例1のサンプル2Aと同じ条件。)、距離E,Fがそれぞれ表2に示す値となるように電極体の位置を調整した点以外は実験例1と同様にして、計6種のリチウムイオン二次電池(サンプル1C〜6C)を作製した。それらの電池を、上記コンディショニング後に実験例2と同様の充電条件でSOC60%に調整し、60℃の温度条件下において、150A(30Cに相当)で5秒間の充電と150Aで3秒間の放電とを、上限電圧100Vに至るまで繰り返しで行った。その間、熱電対を用いてケース側面(正極端対向面および負極端対向面の外面)の各部の温度推移を追跡することにより、各サンプルのケース側面の最高到達温度を測定した。その結果を表3に示す。
10 非水系二次電池(リチウムイオン二次電池)
20 電池ケース
20A 正極端対向面
20B 負極端対向面
30 捲回電極体(電極体)
301 一方の端部(正極側端部)
302 他方の端部(負極側端部)
30A 一方の端部側の端面(正極側端面)
30B 他方の端部側の端面(負極側端面)
31 捲回コア部分
320 正極シート
320A 正極合材層非形成部
3201 第一の縁
3202 第二の縁
322 正極集電体
323 中間層
324 正極合材層
340 負極シート
340A 負極合材層非形成部
3401 第一の縁
3402 第二の縁
342 負極集電体
344 負極合材層
346 多孔質絶縁層
36 セパレータシート
3601 第一の縁(正極側端)
3602 第二の縁(負極側端)
40 正極端子(電極端子)
42 正極端子溶接部
80 負極端子
82 負極端子溶接部
Claims (7)
- 長尺帯状の正極集電体に正極合材層が保持された正極シートおよび長尺帯状の負極集電体に負極合材層が保持された負極シートが長尺帯状のセパレータシートを介して長手方向に捲回された捲回電極体を、非水電解液とともにケースに収容してなる非水系二次電池であって、
前記正極シートには、前記正極集電体の長手方向に沿う第一の縁に、前記正極合材層を有しない帯状の正極合材層非形成部が設けられており、
前記負極シートには、前記負極集電体の長手方向に沿う第一の縁に、前記負極合材層を有しない帯状の負極合材層非形成部が設けられており、
前記正極シートと前記負極シートとは、前記正極合材層非形成部が前記負極シートの第二の縁からはみ出し、且つ前記負極合材層非形成部が前記正極シートの第二の縁からはみ出すように重ね合わされており、
前記セパレータシートは、該セパレータシートの長手方向に沿う第一の縁から前記正極合材層非形成部がはみ出し、且つ前記第一の縁に対向する第二の縁から前記負極合材層非形成部がはみ出すように前記正極シートおよび前記負極シートと重ね合わされており、
前記捲回電極体の軸方向における一方の端部では、前記正極シートの正極合材層非形成部が捲回中心側に寄せ集められ、その寄せ集められた正極合材層非形成部に正極端子が溶接されており、
前記捲回電極体の軸方向における他方の端部では、前記負極シートの負極合材層非形成部が捲回中心側に寄せ集められ、その寄せ集められた負極合材層非形成部に負極端子が溶接されており、
前記正極集電体の引張強度は前記負極集電体の引張強度よりも低く、
前記正極シートおよび前記負極シートは、
前記正極合材層の正極合材層非形成部側端から正極端子溶接部までの距離Aと、
前記負極合材層の負極合材層非形成部側端から負極端子溶接部までの距離Bと、
の関係がA>Bとなるように構成されている、非水系二次電池。 - 長尺帯状の正極集電体に正極合材層が保持された正極シートおよび長尺帯状の負極集電体に負極合材層が保持された負極シートが長尺帯状のセパレータシートを介して長手方向に捲回された捲回電極体を、非水電解液とともにケースに収容してなる非水系二次電池であって、
前記正極シートには、前記正極集電体の長手方向に沿う第一の縁に、前記正極合材層を有しない帯状の正極合材層非形成部が設けられており、
前記負極シートには、前記負極集電体の長手方向に沿う第一の縁に、前記負極合材層を有しない帯状の負極合材層非形成部が設けられており、
前記正極シートと前記負極シートとは、前記正極合材層非形成部が前記負極シートの第二の縁からはみ出し、且つ前記負極合材層非形成部が前記正極シートの第二の縁からはみ出すように重ね合わされており、
前記セパレータシートは、該セパレータシートの長手方向に沿う第一の縁から前記正極合材層非形成部がはみ出し、且つ前記第一の縁に対向する第二の縁から前記負極合材層非形成部がはみ出すように前記正極シートおよび前記負極シートと重ね合わされており、
前記捲回電極体の軸方向における一方の端部では、前記正極シートの正極合材層非形成部が捲回中心側に寄せ集められ、その寄せ集められた正極合材層非形成部に正極端子が溶接されており、
前記捲回電極体の軸方向における他方の端部では、前記負極シートの負極合材層非形成部が捲回中心側に寄せ集められ、その寄せ集められた負極合材層非形成部に負極端子が溶接されており、
前記負極集電体は、前記正極集電体よりも熱伝導率の大きな材質からなり、
前記電極体は、前記ケース内において、
前記正極合材層の正極合材層非形成部側端から前記電極体の前記一方の端部側の端面に対向するケース内面までの距離Eと、
前記正極合材層の正極合材層非形成部側端とは反対の端から前記電極体の前記他方の端部側の端面に対向するケース内面までの距離Fと、
の関係がE<Fとなるように配置されている、非水系二次電池。 - 長尺帯状の正極集電体に正極合材層が保持された正極シートおよび長尺帯状の負極集電体に負極合材層が保持された負極シートが長尺帯状のセパレータシートを介して長手方向に捲回された捲回電極体を、非水電解液とともにケースに収容してなる非水系二次電池であって、
前記正極シートには、前記正極集電体の長手方向に沿う第一の縁に、前記正極合材層を有しない帯状の正極合材層非形成部が設けられており、
前記負極シートには、前記負極集電体の長手方向に沿う第一の縁に、前記負極合材層を有しない帯状の負極合材層非形成部が設けられており、
前記正極シートと前記負極シートとは、前記正極合材層非形成部が前記負極シートの第二の縁からはみ出し、且つ前記負極合材層非形成部が前記正極シートの第二の縁からはみ出すように重ね合わされており、
前記セパレータシートは、該セパレータシートの長手方向に沿う第一の縁から前記正極合材層非形成部がはみ出し、且つ前記第一の縁に対向する第二の縁から前記負極合材層非形成部がはみ出すように前記正極シートおよび前記負極シートと重ね合わされており、
前記捲回電極体の軸方向における一方の端部では、前記正極シートの正極合材層非形成部が捲回中心側に寄せ集められ、その寄せ集められた正極合材層非形成部に正極端子が溶接されており、
前記捲回電極体の軸方向における他方の端部では、前記負極シートの負極合材層非形成部が捲回中心側に寄せ集められ、その寄せ集められた負極合材層非形成部に負極端子が溶接されており、
前記負極集電体は、前記正極集電体よりも熱伝導率の大きな材質からなり、
前記電極体は、
前記負極シートの第二の縁から前記セパレータシートの第一の縁までの距離Pと、
前記正極シートの第二の縁から前記セパレータシートの第二の縁までの距離Qと、
の関係がP<Qとなるように構成されている、非水系二次電池。 - 前記電極体は、
前記距離Pと、
前記負極合材層の負極合材層非形成部側端から前記セパレータシートの第二の縁までの距離Rと、
の関係が、P<Rとなるように構成されている、請求項3に記載の非水系二次電池。 - 前記正極合材層と前記セパレータシートとの間および前記負極合材層と前記セパレータシートとの間のうちの少なくとも一方には、絶縁性無機粒子と該粒子を結着させるバインダとを含む多孔質絶縁層が介在されており、且つ、
前記正極集電体と前記正極合材層との間および前記負極集電体と前記負極合材層との間のうちの少なくとも一方には、導電性粒子と熱可塑性ポリマーとを含む中間層が介在されており、
前記中間層は、前記電池の通常の使用温度域では前記集電体と前記合材層との間に導電パスを形成し、該電池の異常時における温度上昇により前記導電パスが遮断されるように構成されている、請求項1から4のいずれか一項に記載の非水系二次電池。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載の非水系二次電池を単電池とし、該単電池を複数備えてなる、組電池。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載の非水系二次電池を備える、車両。
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