JP2011071045A - 積層式電池および組電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数枚の正極板1と負極板とをセパレータを介して交互に積層し、各極板から延出した正極リード11および負極リードを正極集電端子および負極集電端子にそれぞれ積層し接合して積層式電池とし、正極リード11に切れ込み35を形成し、リード11を通過する電流C11が切れ込み35によって複数(2つ)の経路D1、D2に分岐して流れ、複数の経路D1、D2のうちの一方の経路D1における最大電流密度が他方の経路D2における最大電流密度の1.5倍以上となるようにする。
【選択図】 図3
Description
特に、軽量で安全性を重視した電池であって高負荷特性に優れ、高い信頼性が要求されるリチウムイオン電池に関する。
複数枚の正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層され、各極板から延出した正極リードおよび負極リードが正極集電端子および負極集電端子にそれぞれ複数枚積層して接合された積層式電池であって、
上記正極リードおよび負極リードのうちの少なくとも一方のリードに切れ込みが形成され、当該リードを通過する電流が該切れ込みによって複数の経路に分岐して流れ、該複数の経路のうちのいずれかの経路における最大電流密度が、他のいずれかの経路における最大電流密度の1.5倍以上となっていることを特徴とする。
また、「電流が流れる方向に対し実質的に反対方向」とは、具体的には例えば電流方向を0°とした場合の±160°〜±180°、より望ましくは±170°〜±180°の方向のことである。
また、「実質的に鉤形状」とは、直線状であると曲線状であるとを問わず、また屈曲の度合いを問わず、線が鉤状、くの字状等に一方側へ屈曲した形状を広汎に含意する。また、横断部および縦断部の少なくとも一方が屈曲部(交差角部)よりも多少延出したもの、換言すれば、横断部および縦断部を構成する2本の線が、横断部の一方端部において略T字状、略十字状等の形状で交差しているものであってもよい。
複数の電池が並列に接続されてなる組電池であって、
上記各電池間で正極同士を電気的に接続する導体および負極同士を電気的に接続する導体のうちの少なくとも一つの導体に切れ込みが形成され、当該導体を通過する電流が該切れ込みによって複数の経路に分岐して流れ、該複数の経路のうちのいずれかの経路における最大電流密度が、他のいずれかの経路における最大電流密度の1.5倍以上となっていることを特徴とする。
また、組電池を構成する電池(素電池または単電池)には、各電池内で複数の正極と複数の負極とが並列に接続された構成を有するものと、これ以外の構成を有するものとがいずれも含まれる。
正極活物質としてのLiCoO2を90質量%と、導電剤としてのカーボンブラックを5質量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを5質量%と、溶剤としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液とを混合して正極用スラリーを調製した後、この正極用スラリーを、正極集電体としてのアルミニウム箔(厚み:15μm)の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み0.1mmにまで圧縮した後、図1(a)に示すように、幅L1=95mm、高さL2=95mmになるように切断して、両面に正極活物質層1aを有する正極板1を作製した。この際、正極板1における幅方向に延びる一辺の一方端部(図1(a)では左端部)から幅L3=30mm、高さL4=20mmの活物質未塗布部を延出させて正極リード11とした。
図1(b)に示すように、2枚の方形状のポリプロピレン(PP)製のセパレータ3a(幅L5=100mm、高さL6=100mm、厚み30μm)の間に正極板1を配置した後、図1(c)に示すように、セパレータ3aの周辺部を融着部4で熱溶着して、正極板1が内部に収納・配置された袋状セパレータ3を作製した。
負極活物質としての黒鉛粉末を95質量%と、結着剤としてのポリフッ化ピニリデンを5質量%と、溶剤としてのNMP溶液とを混合して負極用スラリーを調製した後、この負極用スラリーを負極集電体としての銅箔(厚み:10μm)の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み0.08mmにまで圧縮した後、図2に示すように、幅L7=100mm、高さL8=100mmになるように切断して、両面に負極活物質層2aを有する負極板2を作製した。この際、負極板2の幅方向に延びる一辺において上記正極板1の正極リード11形成側端部と反対側となる端部(図2では右端部)から幅L9=30mm、高さL10=20mmの活物質未塗布部を延出させて負極リード12とした。
上記正極板1の正極リード11には、図1(a)に示すように、切れ込み35を形成しておくようにした。具体的には、図3に示すように、正極リード11における正極板1側端縁から距離L11=4mm、該正極リード11における外側端縁(正極板1の高さ方向に延びる一端縁に連続する側端縁;図3では左側端縁)から距離L12=5mmの位置E1と、正極リード11における正極板1側端縁から距離L11=4mm、該正極リード11における内側端縁(図3では右側端縁)から距離L13=5mmの位置E2と、正極リード11における延出側端縁(図3では上側端縁)から距離L14=8mm、該正極リード11における内側端縁(図3では右側端縁)から距離L13=5mmの位置E3と、の3点を結ぶようにしてL字形状(図3ではL字を反時計回りに90°回転した形状)の切れ込み35を入れた。この切れ込み35における位置E1から位置E2までを構成する横断部35Tの長さL15は20mm、位置E2から位置E3までを構成する縦断部35Lの長さL16は8mmである。
上記正極板1が内部に配置された袋状セパレータ3を50枚、負極板2を51枚調製し、図4に示すように、該袋状セパレータ3と負極板2とを交互に積層した。その際、両端面部に負極板2が位置するようにした。ついで、図5に示すように、この積層体の両端面を形状保持のための絶縁テープ26で接続して、積層電極体10を得た。
図6に示すように、積層された正極リード11および負極リード12のそれぞれの延出端部に、厚み0.5mmのアルミニウム板よりなる正極集電端子15ならびに厚み0.5mmの銅板よりなる負極集電端子16を、それぞれ超音波溶接法により溶接点31W、32Wで接合した。
図7に示すように、あらかじめ電極体が設置できるように成形した2枚のラミネートフィルム17で構成した外装体18に、上記積層電極体10を挿入し、正極集電端子15および負極集電端子16のみが外装体18より外部に突出するよう正極集電端子15および負極集電端子16がある辺を熱融著するとともに、残りの3辺の内、2辺を熱融着した。
上記外装体18の熱溶着していない1辺から、エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)とが体積比で30:70の割合で混合された混合溶媒に、LiPF6が1M(モル/リットル)の割合で溶解された電解液を注入し、最後に熱溶着していない1辺を熱溶着することにより電池を作製した。
1.上記発明を実施するための形態で説明した電池(以下、本発明電池Aと称する)は、50枚の正極板1と51枚の負極板2とがセパレータ3aを介して交互に積層され、各極板1、2から延出した正極リード11および負極リード12が正極集電端子15および負極集電端子16にそれぞれ積層して接合された積層式電池であって、図3に示すように、上記正極リード11に切れ込み35が形成され、当該リード11を通過する電流が該切れ込み35によって複数(2つ)の経路D1、D2に分岐して流れ、該複数の経路D1、D2のうちの一方の経路D1における最大電流密度が、他方の経路D2における最大電流密度の1.5倍以上となっている構成となっている。上記のように一方の経路D1における最大電流密度が他方の経路D2における最大電流密度の1.5倍以上となることは、後述するアルミニウム箔の通電試験の結果からも明らかである。
電池の正極リードないし負極リードに大電流が流れることを模擬し、アルミニウム箔よりなる試験片に電流を流してアルミニウム箔の溶断しやすさを以下のようにして調べた。
図10(a)〜(e)に示すように、5種類のアルミニウム箔(厚み:10μm)よりなる試験片F11〜F15を調製した。
上記5種類の試験片F11〜F15のそれぞれにおける両端の幅方向中央に端子を接続し、図10に矢印Y11で示すように、各試験片F11〜F15の一方端から他方端へ(図10では左端から右端へ)電流が流れるようにして、電流値を40A、50A、80Aと段階的に上げていきながら通電した。また、これらの試験片F11〜F15の両端での1kHzの抵抗値を測定した。結果を表1に示す。
D11:試験片F11の中央部
D12、D13:試験片F12における切れ込みM11の両端E4、E5と両長辺との間の部位
D14:試験片F13における切れ込みM12と一方長辺との間の部位
D15、D16:試験片F14における切れ込みM13の横断部M13Tの両端E9、E10と両長辺との間の部位
D17、D18:試験片F15における切れ込みM14の両端E11、E12と両長辺との間の部位
(1)上記本発明電池Aでは、切れ込み35が、リード11の一方側縁近傍から他方側縁近傍まで、内部短絡時の電流を直角に横断する方向(幅L3方向)に直線状に延びる横断部35Tと、該横断部35Tの一方端部E2から、内部短絡時の電流方向Y1に対し反対方向(図3では直上方)へ直線状に延びる縦断部35Lとを有してL字形状となるように形成されているが、横断部ないし縦断部が延びる方向は上記のような方向に限定されない。即ち、例えば図11に示す正極板36の正極リード37に形成されたL字形状の切れ込み38において、横断部38Tが内部短絡時の電流方向Y21に対してなす角度θ21は、45°〜90°、より望ましくは70°〜90°程度であればよく、また、電流方向Y21を0°とした場合の縦断部38Lの方向をθ22とすると、θ22は±160°〜±180°、より望ましくは±170°〜±180°程度であればよい。
11 正極リード
35 切れ込み
C11 電流
D1、D2 電流経路
Claims (8)
- 複数枚の正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層され、各極板から延出した正極リードおよび負極リードが正極集電端子および負極集電端子にそれぞれ複数枚積層して接合された積層式電池であって、 上記正極リードおよび負極リードのうちの少なくとも一方のリードに切れ込みが形成され、当該リードを通過する電流が該切れ込みによって複数の経路に分岐して流れ、該複数の経路のうちのいずれかの経路における最大電流密度が、他のいずれかの経路における最大電流密度の1.5倍以上となっていることを特徴とする積層式電池。
- 前記切れ込みが、リードの一方側縁近傍から他方側縁近傍まで、内部短絡が生じたときにリードを流れる電流を横断する方向に延びる横断部と、該横断部の一方端部から、内部短絡が生じたときに電流が流れる方向に対し実質的に反対方向へ延びる縦断部とを有して実質的に鉤形状となるように形成されている、請求項1に記載の積層式電池。
- 前記切れ込みの横断部および縦断部が直線状に延び、該切れ込みが全体として実質的にL字形状となるように形成されている、請求項2に記載の積層式電池。
- 前記切れ込みにおける横断部と縦断部との交差角部が曲線状に形成されている、請求項2に記載の積層式電池。
- 複数の電池が並列に接続されてなる組電池であって、
上記各電池間で正極同士を電気的に接続する導体および負極同士を電気的に接続する導体のうちの少なくとも一つの導体に切れ込みが形成され、当該導体を通過する電流が該切れ込みによって複数の経路に分岐して流れ、該複数の経路のうちのいずれかの経路における最大電流密度が、他のいずれかの経路における最大電流密度の1.5倍以上となっていることを特徴とする組電池。 - 前記切れ込みが、導体の一方側縁近傍から他方側縁近傍まで、内部短絡が生じたときに導体を流れる電流を横断する方向に延びる横断部と、該横断部の一方端部から、内部短絡が生じたときに電流が流れる方向に対し実質的に反対方向へ延びる縦断部とを有して実質的に鉤形状となるように形成されている、請求項5に記載の組電池。
- 上記本発明の組電池において、前記切れ込みの横断部および縦断部が直線状に延び、該切れ込みが全体として実質的にL字形状となるように形成されている、請求項6に記載の組電池。
- 前記切れ込みにおける横断部と縦断部との交差角部が曲線状に形成されている、請求項6に記載の組電池。
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