JP2010537379A - リチウムイオン角柱型セル - Google Patents
リチウムイオン角柱型セル Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010537379A JP2010537379A JP2010521528A JP2010521528A JP2010537379A JP 2010537379 A JP2010537379 A JP 2010537379A JP 2010521528 A JP2010521528 A JP 2010521528A JP 2010521528 A JP2010521528 A JP 2010521528A JP 2010537379 A JP2010537379 A JP 2010537379A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cell
- housing
- cathode
- battery
- anode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 12
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 12
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims abstract description 85
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 claims abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 13
- 229910010707 LiFePO 4 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 4
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 9
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- -1 nickel metal hydride Chemical class 0.000 description 3
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 2
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 2
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0402—Methods of deposition of the material
- H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
- H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
- H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
- H01M50/534—Electrode connections inside a battery casing characterised by the material of the leads or tabs
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
- H01M50/55—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on the same side of the cell
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/552—Terminals characterised by their shape
- H01M50/553—Terminals adapted for prismatic, pouch or rectangular cells
- H01M50/555—Window-shaped terminals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/562—Terminals characterised by the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
- H01M50/103—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
Abstract
リチウムイオン角柱型セルは、アノード、リチウムを含むカソード、及びアノードとカソードとの間のセパレータを含む、セル構成要素、並びにその中でセル構成要素が配置されているハウジングであって、このハウジングは2つ以上の通気口を含み、通気口の少なくとも2つが、角柱型セルの内部圧力が、内部圧力の異なる既定のレベルに達したとき、破裂するよう構成された、ハウジング、を含む。
Description
本発明は、二次リチウム電池、特にリチウムイオン角柱型セルに関する。
二次電池としても知られる充電式電池は、充電によって再生される活物質を含有する。これらの電池によって生成されたエネルギーが最適効率未満に降下したとき、電池は、それらの構造に応じて、多数のやり方の任意の1つで再充電され得る。充電式電池は、電池の化学組成に基づいて2つの主要な分類に分けられる。これらの分類であるアルカリ二次電池及びリチウム二次電池は共に、多種多様な電池形式を含有する。
二次セルと対照的に、一次電気化学セルは、1回だけ放電(例えば、消尽)された後、破棄されるものを表す。一次セルは、再充電させることは意図していない。一次セルは、例えば、デヴィッド・リンデン(David Linden)著、「電池ハンドブック(Handbook of Batteries)」(マグロー−ヒル(McGraw-Hill)、第2版、1995年)に記載されている。
二次電気化学セルは、多数回、例えば50回を超えて、100回を超えて又はそれより多くの回数を再充電することができる。場合によっては、二次セルは、多くの層を有するセパレータ及び/又は比較的厚いセパレータなど、比較的頑丈なセパレータを包含することができる。二次セルは、セル内に生じ得る膨張のような変化に適応するよう設計することもできる。二次セルは、例えば、フォーク・アンド・サルキンド(Falk & Salkind)の「アルカリ蓄電池(Alkaline Storage Batteries)」(ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社(John Wiley & Sons, Inc.)、1969年)、米国特許第345,124号及び仏国特許第164,681号に記載されており、これらはすべて本明細書に参照により組み込まれる。
デジタルカメラ及び他の電子機器(例えば携帯電話、MP3プレーヤー、及びブラックベリー(BlackBerry)(登録商標)などの携帯情報端末(PDA))は、ニッケル水素二次電池又はリチウムイオン二次電池などの電池で動作する。デジタルカメラに使用されている電池の一種は、3.7Vの二次の角柱型リチウムイオンである。このような電池は、ペンタックス(Pentax)D−L12の商標名でパナソニック(Panasonic)から市販されている。「角柱型セル」と呼ばれる電池は、一般的に、電池の幅及び長さよりも大幅に小さい厚さを有する。例えば、ペンタックス(Pentax)D−L12電池は、約53.0mmの長さ、約35.2mmの幅、及び約7.0mmの厚さを有する。多くの角柱型セルは、40〜60mmの長さ×30〜40mmの幅×4〜10mmの厚さの範囲にある寸法を有する。
本発明は、広くは角柱型セルの形態のリチウムイオン二次電池を特徴とする。本セルは、角柱形状のハウジング、並びに、このハウジング内に配置されたアノード、リチウムを活性成分として含むカソード、セパレータ、及びこのハウジング内に配置されたアノード、活性成分としてリチウムを含むカソード、セパレータ、及び電解質を含む。
一態様では、本発明は、その中でカソードがLiFePO4を含有する角柱型セルタイプのリチウムイオン二次電池を特徴とする。したがって、一態様では、本発明は、アノード、LiFePO4を含むカソード、及びアノードとカソードとの間のセパレータを含む、二次電池を特徴とする。これらの電池には、デジタルカメラ及び他の用途での使用に望ましい性質を有する。
場合によっては、本明細書に記載の電池は、交換が必要となる前に、100サイクルを超える、典型的には数百サイクル又は数千サイクルを供給することができる高速充電が可能な充電式セルである。いくつかの好ましい電池は、約5mAhを超える容量を有する。
セルはまた、15分以下、好ましくは5分以下の充電能力を有する。それに加えて、LiFePO4カソードを使用して作られた好ましいセルは、一般に、良好な安全性、高速充電(例えば、5分以下)、良好な電力密度、一貫した性能、及び環境受容性を呈する。5分以下の高速充電能力は、ユーザーの不便さを最小限にする。好ましい電池は、優れたサイクル寿命(例えば、1000サイクルを超える、好ましくは定格0.5A/0.5Aで初期容量の80%までで1500サイクルを超える)及び貯蔵寿命(3年)を提供する。
他の態様において、本発明は、アノード、リチウムを含むカソード、及びアノードとカソードとの間のセパレータを含むセル構成要素、並びに、その中でセル構成要素が配置されているハウジング、を含む、リチウムイオン角柱型セルを特徴とする。このハウジングは複数の通気口を含み、この通気口の少なくとも2つは、角柱型セルの内部圧力が異なる所定のレベルに達したとき、破裂するよう構成されている。
いくつかの実施は、次の特徴の1つ以上を含む。通気口の少なくとも1つは、ハウジングの側面内にあってもよい。通気口の少なくとも1つは、圧印された形状であってもよい。通気口の少なくとも1つは、三角形又は台形の横断面を有する細長い溝であってもよい。好ましい1つの実施では、通気口の1つは、細長い溝を含む。細長い溝は、約0.13cm〜1.78cm(0.05〜0.70インチ)の長さ、約0.015〜0.02cm(0.006〜0.008インチ)の深さ、及び約0.01〜0.015cm(0.004〜0.006インチ)の幅を有してもよい。この細長い溝は、セルの幅の約50〜80%である長さと、溝内の壁厚が、ハウジングの壁厚の約20〜30%であるような深さと、ハウジングの壁厚の約50〜60%である幅と、を有してもよい。細長い溝は、セルの上方の縁部近くであってもよく、例えば、細長い溝は、セルの上縁部に平行に、セルの側面上にハウジングの上縁部からセルの全体の高さの約20〜40%の距離で延在してもよい。
本発明は、三角形又は台形の横断面を有する細長い溝を形成するために、セルのハウジングの1つの領域を変形させることを含む、角柱型セルの製造方法も特徴とする。ハウジングの変形は、圧印又は電気化学機械加工によって達成されてもよい。
更なる態様において、本発明は、前述のハウジングの長さに沿って走る少なくとも1つの実質的に平坦な側面を有するハウジングであって、このハウジングは負極側接点及び正極側接点を画定している、ハウジングと、このハウジング内のアノード及びリチウムを含むカソードであって、少なくともカソードが、所定の長さを有するシートの形態である、アノード及びカソードと、このカソードを正極側接点に接続するために、カソードの長さに沿って間隔を空けた位置で配置された複数の接続タブと、を含む、リチウムイオン角柱型セルを特徴とする。
いくつかの実施は、次の特徴の1つ以上を含む。カソードは、シート形態の金属基材、例えばアルミホイルと、この基材上に配置された活物質のコーティングと、を含んでもよい。接続タブは、カソードの上方の縁部に沿って配置されてもよい。接続タブは、カソードの長さに沿って均等に間隔が空けられてもよい。セルは、2つ、3つ、又はそれ以上の接続タブを含んでもよい。接続タブは、アルミニウムで形成されていてもよい。カソードは、複数のタブを有する1枚のシート又は複数のシートであってもよく、それぞれのシートは少なくとも1つのタブを有する。接続タブは、基材と一体化されてもよく、又は基材に溶接されてもよい。
本出願の用途に関して、「角柱型セル」は、少なくとも4つの概して平坦な側面を有し、かつ、2つの他の寸法(例えば、長さ及び幅)よりも実質的に短い1つの寸法(例えば、厚さ)を有する。一例としては、角柱型セルは、約2mm〜約15mm(例えば、約4mm〜約10mm)の厚さ、約10mm〜約50mm(例えば約20mm〜約40mm)の幅及び約20mm〜約60mm(例えば約30mm〜約40mm)の長さを有することができる。長さ、幅、及び厚さは、L、W、及びTによって、それぞれ図1Bに示されている。
本発明による1つ以上の実施形態の詳細を、添付の図面及び以下の説明に示す。本発明の他の特徴及び利点は、説明及び図面、並びに請求項から明らかになるであろう。
図1及び図1Aを参照すると、二次リチウム電池100は、ハウジング102を含み、ハウジング102は、前側壁103及び後側壁105を含み、それぞれは広い平坦な面を画定している。
図1Bに示されるように、ハウジング102は上面104も有する。上面104は、電池100の幅Wを画定する2つの端部105及び107を含む。電池100は角柱型セルであり、したがってハウジング102は、上述のように、その幅Wよりも大きい長さL並びに、その長さ及び幅よりも実質的に小さい厚さTを有する。ハウジング102は、金属若しくは金属合金(例えばニッケル、ニッケルめっき鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム含有合金)、又はプラスチック(例えばポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスルフォン、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリスチレン)から作製することができる。例えば、ハウジング102はステンレス鋼から作製されている。
セル頭部121は、例えばレーザー溶接によって、ハウジング102の上縁部に接合されている。図7及び図7Aに示されているセル頭部121の構造は以下に記載されている。図6に示されるように、プラスチック上部123及びプラスチックカバー115は、セル頭部の上部に実装され、セルと、セルが使用されるデバイスの境界面を画定する。
図1Aを参照すると、電池100は細長い通気口101を含む。通気口101は、薄くされた壁厚を有する溝であり、セルの内部圧力が所定の上限を超えたとき、ハウジング102の金属が優先的に破裂する領域を提供する。通気口101は、缶の製造途中に側壁105の中に溝を圧印することによって形成されてもよい。別の方法としては、通気口101は電気化学加工又は薄くされた壁厚を有する溝を形成するのに適した他の技術によって形成されてもよい。いくつかの好ましい実施様態では、溝は、三角形又は台形の横断面を有する。通気口領域における壁厚は、所望の破裂圧力に依る。例として、所定の破裂圧力が483〜552kPa(70〜80psi)の場合、最も薄い点での壁厚は一般に、溝の外のハウジングの壁厚の約20〜30%である。通気口101を側壁105上に供給することにより、セルに有意な変形が発生する前に、内部圧力を取り除くことができる。好ましい実施様態において、通気口101は、厚さTにおける変化が1mm未満となるように、寸法変化を最小限に抑える所定の圧力で破裂するよう構成されている。
図6〜7Aを参照すると、電池100は、頭部121のカバー111の上面109内に第二の通気口107も含む。第二の通気口107は、通気口101とは異なる圧力で破裂するよう構成されている。例えば、通気口107は、1034〜1103kPa(150〜160psi)で破裂するよう構成されてもよい。第二の通気口107は、通気口101によって供給されている通気口にもかかわらず、電池の内部圧力が上昇し続けたとき、破裂するよう構成されている。オーバーヒート又は他の破壊的な条件によって起こり得るこの内部圧力における連続した上昇は、セルの破裂の可能性に起因した潜在的に危険な条件を産み出す。第二の通気口107は、上面104の薄壁領域であり、これの壁厚は、高圧で、かつ危険な条件に到達する前に破裂するように選択されている。上記の通気口101のように、通気口107は、圧印又は電気化学機械加工によって形成されてもよい。通気口107は、図6〜図7Aに見られるように、「犬の骨」型を有してもよく、2本線の少なくとも1つの交点を含む任意の所望の形状を有してもよく、 亀裂が伝播し得る切欠き脆性な位置を形成する。他の好適な形状の実施例は、図8A〜8Eに示されており、x形状、十字型、複数の十字型、及び8Eに示されているような「十字線」型を含む。一般的に、この通気口は、頭部121の全体的な長さと比べて小さく、その小さい寸法及び頭部上のその位置のため、通気口101よりも高い圧力で破裂する傾向がある。通気口107が、より高い圧力で破裂するのは、切欠きの入った領域が通気口101より概して小さいからだけでなく、カバー上のその位置にも起因する。通気口領域内の金属は通常、金属の引裂き及び有意な塑性変形を特徴とする延性破壊モードによって破損する。角柱型パッケージの内部加圧中には、ハウジングの側壁は、圧力に対してより敏感であり、上部カバー及びハウジングの下部よりも、高いレベルの変位及び塑性変形が起こる。塑性変形の度合いが高いことにより、側面の通気口は、上面の通気口よりも低い圧力で開く。実施形態によっては、カバー内の通気口107の壁厚は約0.02〜0.03mmである。通気口107の壁厚は典型的に、カバーの壁厚の約6〜10%である。
ここで図2及び図6を参照すると、電池100の表面104は、2つ電気的接点:正極側接点106及び負極側接点108を含む。図6に示されるように、これらの接点はセル頭部121上に配置され、表面104を画定するプラスティックカバー115内の開口部117及び119を通って接触するために露出されている。電気的接点106と108との間には、2つの凹部110及び112があり、これらもまたプラスチックカバー115によって画定されている。正極側接点106は、表面104のおよそ末端部105に位置し、その一方で負極側接点108は表面104のおよそ末端部107に位置している。一般的に、凹部110及び112は非導電性材料で作製されている。凹部110及び112は、例えばプラスチック(例えばポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスルフォン、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリスチレン)から作製することができる。凹部110及び112をハウジング102と同じ材料から作製する場合もあれば、凹部110及び112とハウジング102を異なる材料から作製する場合もある。
負極側接点108及び正極側接点106は、ニッケル又は銅であってもよい。本明細書において、用語「ニッケル」及び「銅」は、少なくともニッケル又は銅を相当な割合で含む、ニッケル及び銅の合金にも及ぶことが意図されている。
接点108及び106の露出された接触面がニッケルから作られている場合、その端子接点と、対応する一部のデジタルカメラの端子との間の電気抵抗が、そのカメラの適切な性能を阻害するほど高くなりかねない。例えば、接点の抵抗が大きくなると、カメラを最も有効な方法で動作させるために必要なパルスパワーを妨げる場合がある。したがって、いくつかの実施様態において、ニッケル接点108及び106の露出された面が、米国特許出願公開第2005/0158621号に記載のように、金108a及び106bの層でそれぞれめっきされており、その完全な開示は本明細書において参照により組み込まれる。
ニッケルは、端子108及び106の基材に好ましいが、例えば銅又は銀などの他の基材108b及び106bを使用してもよい。
図7及び図7Aに示されたセル頭部は、カバー111、カソードが接続された内部接点132、及び内部接点132とカバー111との間に配置された絶縁体層130を含む。セル頭部は、内部接続点、絶縁体及びカバーを一緒に保持するリベット134、並びにシール137、ワッシャ138及び外部の正極側接点106を含む外部接点集合体を含む。好ましくは、ワッシャは、正極側接点106が容易にワッシャに溶接されるように、正極側接点106の材料に溶接可能な材料、例えば正極がニッケルで形成されている場合は、ニッケルめっき鋼鉄又はニッケルで形成されている。同様に、リベットは、内部接点が形成されている材料に溶接可能な材料で形成されることが一般的に好ましく、例えば、両方がアルミニウムで作製されてもよい。
電池は、図5に示されたように、表面積を増やすために間隔がとられたカソード及びアノードを有する巻線型電極の設計を使用する。この場合、カソード154は、アノード150と共に巻かれており、セパレータ158は、アノードとカソードとの間に噴射又はラミネートされている。図5に示される実施様態において、巻かれたものが10〜15層になるように電極が巻かれている。電極及びセパレータは共に折り畳まれるか、又はラミネートされてもよい。
いくつかの好ましい電池において、カソード154は、LiFePO4を活物質として含む。カソードは、結合剤も含んでもよい。カソードの厚さは、セルの構成とパフォーマンスの特徴によって決まる。
アノードは、一般には炭素アノードである。他の好適なアノードの材料は、合金系のアノード(例えば、アルミニウム、ケイ素又はスズと合金されたリチウム金属)、炭素を有するチタン酸リチウム(Li4Ti5O12)、及び様々な金属酸化物を含んでもよい。
電池は、電池分野において周知であるように電解質162も含む。本明細書に記載されるセルでは、電解質は一般に充電及び放電中に消費されない。したがって、電解質の量は、電極及びセパレータ内で利用可能な多孔質の量によって決定される。
各電極(カソード及びアノード)は、基材を提供し、基材の両面を適切な材料で、例えばアノードの場合は炭素で、カソードの場合は結合剤、導電性炭素、及び活物質の混合物でコーティングすることによって、作製することができる。好ましくは、カソードの場合、巻き付け又は折り畳み前のカソードの合計の厚さが約70〜90マイクロメートルであるため、各面のコーティングは約30〜45マイクロメートルの厚さである。アノードの場合、折り畳み前のアノードの合計の厚さが約45〜55マイクロメートルであるように、各面上のコーティングは約15〜20マイクロメートルの厚さであることが好ましい。カソード用の基材は、例えば、アルミホイルであってもよく、約8〜約35マイクロメートルの厚さを有してもよい。アノード用の基材は、例えば銅ホイルであってもよく、約4〜約35マイクロメートルの厚さを有してもよい。
セパレータ158は、組立てを容易にするために電極の一方若しくは両方のいずれかの上に噴霧されてもよく、又はカソードとアノードとの間に配置される別個の構成要素であってもよい。
ここで図4及び図5を参照すると、接続タブは、カソード及びアノードを上記の接点106及び108に接続するために提供されている。図4及び図5に示される実施様態において、電池は、単一のアノードタブ120及び2つのカソードタブ122、124を含む。カソード及びアノードのタブは、例えばアルミニウムで形成されてもよい。所望の場合、セルは、2つ以上のカソードタブ、例えば3つ、4つ、又はそれ以上を含んでもよい。複数のカソードタブを用いることで、集電ネットワークが供給され、実質的に均一な電流分布が、カソードの長さに亘って作られる。複数のカソードタブはまた、局所的な電流密度を減らす傾向にある。結果として、電圧降下及び抵抗加熱が減少され、電池の内部抵抗が減る。例えば、1つのカソードタブよりも、2つを使用した場合、電池の内部抵抗は25〜30%減少することがある。この減少は、2つのリチウムイオン角柱型セル(1つは、カソード接続タブを有するもの及び、もう1つは2つのカソードタブを有するもの)の5分間の充電を描いている図11に示されたデータによって示されている。1つのタブは、カソードの先端部に取り付けられており、その一方で、2つのタブの構成体において、1つのタブはカソードの先端部に接続され、もう1つはカソードの縦の中間点で接続されていた。2つのカソードタブを有するセルの動作電圧は、1つのタブのセルの動作電圧よりも0.05V低くなり、2つのタブの構造体での5分間の充電が達成し易くなった。
一般的には、カソードタブをカソードの長さに沿って均等に離間することが望ましい。しかしながら、製造を容易にするために、他の間隔が用いられてもよい。
本明細書で記載されたセルは、例えば、図9及び図10に示されたように優れた性能特性を呈する。図9は、5分間での高速充電及び90分間での低速充電中の角柱型セルの電圧及び容量のグラフである。このグラフは、いくつかの実施において、本明細書で示された角柱型電池は、3.8Vのカットオフまで0.45Ahで5分間で充電され、従来は、定電流−定電圧方式で3.6Vまで、0.475Ahで90分間で充電できる。したがって、本セルは定格容量の95%まで、ちょうど5分間で充電することができる。図10は、様々な放電率での角柱型セルの電圧及び容量のグラフである。このグラフは、いくつかの実施様態において、角柱型セルが40C(C=0.5A)までの高い放電率能力を有し、20Aまでの高レベルの負荷を維持できることを示している。
以上、本発明の多く実施形態を述べた。しかしながら本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく様々な改変が行われてもよいことは理解されるであろう。
例えば、上記の通気の配置及び/又は複数の接続タブは、他のセルの化学物質と共に使用されてもよい。他のリチウムイオンの化学物質、例えばコバルト酸リチウム又はニッケル酸リチウムが使用されてもよい。当該技術分野において周知であるように、これらの化学物質が使用された場合、充電制御のために、サーミスタ若しくは他の装置又は電子機器を付加する必要があってもよい。
それ故、その他の実施形態は以下の請求項の範囲内にある。
Claims (20)
- 角柱形状のハウジング、並びに
アノード、LiFePO4を含むカソード、及び前記ハウジング内に配置された前記アノードと前記カソードとの間のセパレータを含む、二次電池。 - リチウムイオン角柱型セルであって、
アノード、リチウムを含むカソード、及び前記アノードと前記カソードとの間のセパレータを含む、セル構成要素、並びに
その中で前記セル構成要素が配置されているハウジングであって、前記ハウジングが2つ以上の通気口を含み、前記通気口の少なくとも2つが、前記角柱型セルの内部圧力が内部圧力の異なる既定のレベルに達したとき、破裂するよう構成された、ハウジング、
を含む、リチウムイオン角柱型セル。 - 前記通気口の1つが、前記ハウジングの側面上にある、請求項2に記載のセル。
- 前記通気口の少なくとも1つが、圧印された形状を含む、請求項2に記載のセル。
- 前記通気口の少なくとも1つが、三角形又は台形の横断面を有する細長い溝を含む、請求項2に記載のセル。
- 前記通気口の1つが、前記ハウジングの幅の約50〜80%である長さと、前記溝内の壁厚が、前記ハウジングの壁厚の約20〜30%であるような深さと、前記ハウジングの壁厚の約50〜60%である幅と、を有する細長い溝を含む、請求項2に記載のセル。
- 前記細長い溝が、前記セルの上面に平行に、前記ハウジングの側面上に前記ハウジングの上縁部から前記セルの全体の高さの約20〜40%の距離で延在する、請求項5に記載のセル。
- 前記セルが、前記ハウジングに密閉して接合されているカバー及び前記カバー内にある前記他の通気口を更に含む、請求項3に記載のセル。
- 前記カバー内の前記通気口の前記壁厚が、前記カバーの前記壁厚の約6〜10%である、請求項8に記載のセル。
- 前記カバー内の前記通気口が、少なくとも2つの交差する線を含む形状を有する、請求項8に記載のセル。
- 前記カソードが、LiFePO4を含む、請求項2に記載のセル。
- 前記ハウジングの長さに沿って少なくとも1つの実質的に平坦な側面を有するハウジングであって、前記ハウジングは負極側接点及び正極側接点を支持している、ハウジングと、
前記ハウジング内に配置されたアノード及びリチウムを含むカソードであって、少なくとも前記カソードが、所定の長さを有するシートを含んでいる、アノード及びカソードと、
前記カソードを前記正極側接点に接続するために、前記カソードの長さに沿って間隔を空けた位置で配置された複数の接続タブと、
を含む、リチウムイオン二次電池。 - 前記カソードが、シート形態の金属基材及び前記基材上に配置された活物質のコーティングを含む、請求項12に記載の電池。
- 前記シート形態の金属基材が、銅箔を含む、請求項13に記載の電池。
- 前記接続タブが、前記カソードの前記長さに沿って均等に間隔が空けられている、請求項12に記載の電池。
- 前記接続タブが、アルミニウムで形成されている、請求項12に記載の電池。
- 前記カソードが、LiFePO4を含む、請求項12に記載の電池。
- 前記アノード及び前記カソードがそれぞれ、箔層と、前記箔層の表面上に配置された活物質のコーティングと、を含む、請求項12に記載の電池。
- 前記アノード及び前記カソードがそれぞれ、シートの形態であり、前記シートが共にらせん状に巻かれており、かつ前記電池は前記らせん上に巻かれたシート間に挟まれたセパレータを更に含む、請求項12に記載の電池。
- 前記ハウジングが、約2mm〜15mmの厚さ、約10mm〜50mmの幅、及び約20mm〜60mmの長さを有する、請求項12に記載の電池。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US11/850,971 US20090068548A1 (en) | 2007-09-06 | 2007-09-06 | Lithium Ion Prismatic Cells |
PCT/IB2008/053569 WO2009031107A2 (en) | 2007-09-06 | 2008-09-03 | Lithium ion prismatic cells |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010537379A true JP2010537379A (ja) | 2010-12-02 |
Family
ID=40429479
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010521528A Withdrawn JP2010537379A (ja) | 2007-09-06 | 2008-09-03 | リチウムイオン角柱型セル |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20090068548A1 (ja) |
EP (1) | EP2201627A2 (ja) |
JP (1) | JP2010537379A (ja) |
CN (1) | CN101796666A (ja) |
BR (1) | BRPI0816456A2 (ja) |
WO (1) | WO2009031107A2 (ja) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009038921A1 (de) * | 2009-08-26 | 2011-04-21 | Continental Automotive Gmbh | Energiespeicherzelle und Energiespeichersystem |
EP2482356B1 (en) * | 2009-09-24 | 2016-04-20 | LG Chem, Ltd. | Prismatic secondary battery having a safety groove |
DE102010034368A1 (de) * | 2010-08-13 | 2012-02-16 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Elektrischer Energiespeicher |
KR101223522B1 (ko) * | 2010-08-16 | 2013-01-17 | 로베르트 보쉬 게엠베하 | 이차전지 |
US20120212941A1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-08-23 | Jomar Reschreiter | Cordless, portable, rechargeable food heating lamp |
JP2013118162A (ja) * | 2011-12-02 | 2013-06-13 | ▲蘇▼州冠▲碩▼新能源有限公司 | リチウムバッテリ |
CN102420294A (zh) * | 2011-12-02 | 2012-04-18 | 苏州冠硕新能源有限公司 | 一种锂电池 |
CN102420298B (zh) * | 2011-12-02 | 2014-03-19 | 苏州和钧新能源有限公司 | 一种锂电池 |
CN102420299A (zh) * | 2011-12-02 | 2012-04-18 | 苏州冠硕新能源有限公司 | 一种锂电池 |
US10044077B2 (en) | 2013-02-26 | 2018-08-07 | The Boeing Company | Rechargeable battery including battery cell separators |
EP3357108A1 (en) * | 2015-10-02 | 2018-08-08 | Arconic Inc. | Energy storage device and related methods |
US11996579B2 (en) * | 2022-06-15 | 2024-05-28 | Sk On Co., Ltd. | Secondary battery cell |
US11990637B2 (en) * | 2022-06-15 | 2024-05-21 | Sk On Co., Ltd. | Secondary battery cell |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3339287B2 (ja) * | 1996-02-20 | 2002-10-28 | 松下電器産業株式会社 | 密閉された角型蓄電池 |
US6159631A (en) * | 1998-08-27 | 2000-12-12 | Polystor Corporation | Overcharge safety vents on prismatic cells |
ATE224586T1 (de) * | 1999-03-04 | 2002-10-15 | Greatbatch W Ltd | Gewickelte hochleistungsbatterie |
JP3863351B2 (ja) * | 2000-02-18 | 2006-12-27 | 松下電器産業株式会社 | 角形電池および角形電池の安全機構の製造方法 |
US6620543B2 (en) * | 2001-08-09 | 2003-09-16 | Eveready Battery Company, Inc. | Electrochemical cell having can vent and cover terminal |
US7491464B2 (en) * | 2003-01-03 | 2009-02-17 | The Gillette Company | Alkaline cell with flat housing |
JP3791797B2 (ja) * | 2003-08-21 | 2006-06-28 | ソニー株式会社 | 電池 |
US20050158621A1 (en) * | 2003-09-30 | 2005-07-21 | Benoit Stephen A. | Battery with flat housing |
US7601460B2 (en) * | 2003-11-28 | 2009-10-13 | Panasonic Corporation | Prismatic battery and manufacturing method thereof |
US20060172192A1 (en) * | 2005-02-03 | 2006-08-03 | Berkowitz Fred J | Battery |
US20100230632A1 (en) * | 2005-09-20 | 2010-09-16 | Virtic, Llc | High energy battery materials |
-
2007
- 2007-09-06 US US11/850,971 patent/US20090068548A1/en not_active Abandoned
-
2008
- 2008-09-03 CN CN200880105949A patent/CN101796666A/zh active Pending
- 2008-09-03 JP JP2010521528A patent/JP2010537379A/ja not_active Withdrawn
- 2008-09-03 WO PCT/IB2008/053569 patent/WO2009031107A2/en active Application Filing
- 2008-09-03 BR BRPI0816456-8A patent/BRPI0816456A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2008-09-03 EP EP08807522A patent/EP2201627A2/en not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20090068548A1 (en) | 2009-03-12 |
WO2009031107A2 (en) | 2009-03-12 |
CN101796666A (zh) | 2010-08-04 |
WO2009031107A3 (en) | 2009-09-11 |
EP2201627A2 (en) | 2010-06-30 |
BRPI0816456A2 (pt) | 2015-03-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2010537379A (ja) | リチウムイオン角柱型セル | |
KR100807029B1 (ko) | 이차전지 | |
KR101075304B1 (ko) | 배터리 팩 및 그 제조 방법 | |
KR100870349B1 (ko) | 보호회로기판의 접속단자 및 그를 이용한 이차전지 | |
US7700221B2 (en) | Electrode assembly and lithium ion secondary battery using the same | |
JP4579880B2 (ja) | 二次電池 | |
US20040126650A1 (en) | Electrode assembly for lithium ion cell and lithium cell using the same | |
EP2038942A1 (en) | Safety kit for secondary battery | |
KR100954587B1 (ko) | 캡 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지 | |
EP2597704A2 (en) | Secondary battery having a differential lead structure | |
JP2008103302A (ja) | 電池モジュール | |
KR20060059716A (ko) | 리튬 이차 전지 | |
US8691436B2 (en) | Battery module and its method of manufacture | |
CN111971840A (zh) | 电极组件和包括该电极组件的二次电池 | |
KR20080016047A (ko) | 이차 전지 | |
US20090148753A1 (en) | Cap assembly and secondary battery having the same | |
KR101146467B1 (ko) | 리튬 이차 전지용 케이스와 이를 이용한 리튬 이차 전지 | |
JP2006080066A (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
US20060127762A1 (en) | Impact resistant electrochemical cell with tapered electrode and crumple zone | |
KR101417280B1 (ko) | 이차전지 및 그 제조 방법 | |
US6574111B1 (en) | Impact resistant rechargeable battery cell with crumple zone | |
KR100709863B1 (ko) | 이차 전지 | |
KR101274914B1 (ko) | 파우치형 이차전지 | |
KR100709882B1 (ko) | 리튬 이차전지 및 그 제조방법 | |
KR100670441B1 (ko) | 이차전지 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20111122 |