JP2011096611A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電極タブの突出方向に対して反対方向にセパレータの積層ずれが発生した場合でも、電極タブと隣接する電極板の接触による短絡を防止できる二次電池を提供するものである。
【解決手段】交互に積層される正極板４及び負極板５で構成される電極板と、前記正極板４又は負極板５の一方を被覆するセパレータ３とを備え、電極板は、電極板本体６、８と、該電極板本体縁端から突出する電極タブ７、９をそれぞれ有し、前記セパレータ３は、平面寸法が隣接する正極板４又は負極板５のうち被覆しない電極板の平面寸法と一致する袋状のセパレータ本体部と、前記セパレータ本体部から突出し前記電極タブ７、９の根元部分を被覆する電極タブ保護部から構成されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、正極板と負極板とを積層して構成された二次電池に関する。

積層式リチウムイオン二次電池の電極体は、電極タブを端縁に有する正極板と負極板をセパレータを介して交互に積層した構造となっている。これら正負電極板の厚みは一般的には数μｍ〜数ｍｍ、また、セパレータの厚みも同等程度と薄いため、積層時の電極板と隣接するセパレータとのすべりにより積層ずれが発生しやすく、反応面積の減少による充放電性能の低下や不均一反応によるＬｉ析出等が生じたり、最悪の場合にはセパレータを介して隣接する正負電極板同士が接触して短絡が生じたりする原因となる。従って予め隣接する２枚のセパレータを一体化して袋状とし、その中に正極板または負極板の一方を格納することで、少なくともセパレータ自体と格納された正極板又は負極板との積層ずれの発生を防止する手法がなされている。

しかし、袋状のセパレータの平面寸法は中に格納される電極板（例えば正極板）の平面寸法よりも大きいため、正負電極板の平面寸法を同一とすれば、セパレータとそれに隣接する負極板の平面寸法は同一とならず、積層時にセパレータと負極板の位置決めが困難となる。これを解決するために、下記特許文献１では、正極板を格納する袋状のセパレータであって、平面寸法が隣接する負極板の平面寸法と同一であるセパレータが開示されている。これにより、セパレータと負極板との積層ずれを抑制し、積層ずれが生じた場合でも容易に確認することができる。

特開２００８−９１０９９号公報

しかしながら、上記セパレータに格納された正極板の端縁から突出する電極タブはセパレータにより被覆されておらず、隣接する負極板とはセパレータの厚み分の距離しか離間していないため、電極タブの突出方向に対し反対方向にセパレータ自体の積層ずれが発生した場合には、正極板の電極タブとセパレータを介して隣接する負極板とが接触し短絡が生じるおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、電極タブの突出方向に対して反対方向にセパレータの積層ずれが発生した場合でも、電極タブとセパレータを介して隣接する電極板との接触による短絡を防止できる二次電池を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明に係る二次電池は、交互に積層される正極板及び負極板で構成される電極板と、前記正極板又は負極板の一方を被覆するセパレータとを備え、前記電極板は、電極板本体と、該電極板本体縁端から突出する電極タブをそれぞれ有し、前記セパレータは、平面寸法が隣接する前記正極板又は前記負極板のうち被覆しない前記電極板の平面寸法と一致する袋状のセパレータ本体部と、前記セパレータ本体部から突出し前記電極タブの根元部分を被覆する電極タブ保護部から構成されることを特徴とする。

本構成によれば、セパレータ本体部の平面寸法が隣接する被覆対象でない電極板本体の平面寸法と一致しているため、セパレータ本体と被覆対象でない電極板本体との積層ずれを抑制できるだけでなく、電極タブの根元部分を被覆する電極タブ保護部により、電極タブの突出方向に対して反対方向にセパレータの積層ずれが発生した場合にも電極タブとセパレータを介して隣接する電極板本体との接触による短絡を防止できる

また、上記二次電池において、前記セパレータ本体部は、被覆する前記電極板本体の外縁に張り出る第１の張出し部を有し、前記電極タブ保護部は、被覆する前記電極タブの両脇外縁に張り出る第２の張出し部を有することが望ましい。

本構成によれば、セパレータ本体部および電極タブ保護部のそれぞれが第１の張出し部および第２の張出し部を有しているため、被覆する電極板本体および電極タブがセパレータ本体部および電極タブ保護部の内部でずれた場合やセパレータの積層ずれが発生した場合でも、被覆する電極板本体および電極タブが露出し難くなり、隣接する正負極板同士の接触による短絡をより確実に防止できる。

また、上記二次電池において、前記電極タブ保護部のセパレータ本体部から突出する突出長さは、該電極タブ保護部と対応する位置での前記第１の張出し部の張出し幅と同等寸法以上であることが望ましい。

本構成によれば、上記突出方向に対し反対方向にセパレータの積層ずれが発生した場合でも、対応する位置でのセパレータ本体部の第１の張出し部と同等の短絡防止効果で、被覆する電極タブとセパレータを介して隣接する電極板の接触による短絡を防止できる。

また、上記二次電池において、セパレータ本体部は矩形に形成され、該セパレータ本体部の周囲４辺の前記第１の張出し部各々の全域若しくは一部が隣接する２枚のセパレータ間で溶着固定されていることが望ましい。

本構成によれば、隣接する２枚のセパレータが袋状となって電極板本体および電極タブを被覆することにより、電極板本体および電極タブがセパレータ本体部および電極タブ保護部の内部でそれぞれずれることが抑制されるため、被覆する電極板が露出し難くなり、隣接する正負極板の接触による短絡をより確実に防止できる。また、矩形のセパレータ本体各辺の第１の張出し部全域を溶着固定するのではなく、各々の一部のみ溶着固定する場合においては、製作容易性を向上させることができる。

また、上記二次電池において、前記セパレータは一枚のシートを互いに重なるように折り畳んで構成されるものであってもよい。

本構成によれば、折り曲げ部に位置するセパレータの第１の張出し部については溶着固定する必要が無くなり前記溶着箇所数を低減できるだけでなく、当該位置の第１の張出し部については張出し幅を実質セパレータのシートの厚み分まで低減できるため、被覆する電極板の平面寸法をより大きく確保可能となり、充放電性能を向上させることができる。

本発明の二次電池によれば、電極タブの突出方向に対して反対方向にセパレータの積層ずれが発生した場合でも、電極タブとセパレータを介して隣接する電極板との接触による短絡を確実に防止できる。

本発明の実施形態に係る二次電池の一部破断した斜視図である。 本発明の実施形態に係る二次電池の電極体を構成する電極板のうちセパレータにより被覆される電極板の平面図である。 本発明の実施形態に係る二次電池の電極体を構成する電極板のうちセパレータにより被覆されない電極板の平面図である。 本発明の実施形態に係る二次電池の電極体を構成する電極板の積層状態を示す断面図であり、同図（ａ）は図２および図３におけるＩ−Ｉ位置における断面図、同図（ｂ）は図２および図３におけるＩＩ−ＩＩ位置における断面図である。 本発明の他の実施形態に係る二次電池の電極体を構成する電極板であって、周囲を溶着固定して袋状にしたセパレータにより被覆された電極板の断面図である。 図５のセパレータの変形例であって、一枚のシートを互いに重なるように折り畳んで構成したセパレータの説明図である。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る二次電池１の電極体の一部破断した斜視図である。以下の説明においては、図１に示すＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。二次電池１の電極体は正極板４と負極板５がセパレータ３を介して＋Ｘ方向に交互に積層した構造となっている。これにより、正極板４または負極板５のいずれか一方の電極板の±Ｘ方向の両面がセパレータ３により被覆されることとなる。図１では、正極板４の両面が被覆される例を示す。正極板４は正極板本体６の＋Ｚ方向端縁から突出する正極タブ７を有し、複数の正極タブ７を重ねた集合体と正極端子２０とが一体に構成されて電気的に連結している。また、負極板５も同様に負極板本体８のＺ方向端縁から突出する負極タブ９を有し、複数の負極タブ９を重ねた集合体と負極端子２１とが一体に構成されて電気的に連結している。

ここで、図２に示すように、セパレータ３は正極板本体６の両面を被覆するセパレータ本体部３ａと正極タブ７の根元部分の両面を被覆する電極タブ保護部３ｂからなり、電極タブ保護部３ｂはセパレータ本体部３ａの＋Ｚ方向の端縁から突出するように設けられている。また、図２および図３に示すように、セパレータ本体部３ａの平面寸法は隣接する負極板本体８の平面寸法と一致し、いずれもＺ方向の寸法値がＡでＹ方向の寸法値がＢである。そして、図１に示すように、正極板４を被覆したセパレータ本体部３ａと負極板本体８は各々の平面上の各辺を一致させ、正極タブ７が＋Ｙ方向で且つ＋Ｚ方向、負極タブ９が−Ｙ方向で且つ＋Ｚ方向となるように交互に積層される。

また、図２から図４に示すように、セパレータ本体部３ａは被覆される正極板本体６の±Ｙおよび±Ｚ方向端縁に張り出る第１の張出し部１０を有し、また、電極タブ保護部３ｂは被覆される正極タブ７の±Ｙ方向端縁に張り出る第２の張出し部１１を有する。
また、要求される充放電性能若しくは二次電池１の外形寸法を考慮した場合、第１の張出し部１０の張出し幅は０．１ｍｍから１０ｍｍの範囲、第２の張出し部１１の張出し幅は０．１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲であることが望ましい。０．１ｍｍ以下では積層ずれを吸収できにくく、１０ｍｍ以上では要求される充放電性能若しくは二次電池１の外形寸法を確保しづらくなるからである。

さらに、電極タブ保護部３ｂのセパレータ本体部３ａから突出する突出長さは、電極タブ保護部３ｂと対応する位置、すなわちセパレータ本体部３ａの＋Ｚ方向で且つ−Ｙ方向端縁位置の第１の張出し部１０の張出し幅と同等寸法となる幅ａとなっている。
より具体的には、電極タブ保護部３ｂの突出長さとしては、０．１ｍｍ以上、さらには０．２ｍｍから５ｍｍまでの範囲であることが望ましい。

セパレータ本体部３ａの平面寸法と負極板本体８の平面寸法が同一となっているので、積層時にはセパレータ本体３ａ及び負極板本体８の各縁端を揃えるだけで良い。そのため、位置決めが容易であり、積層ずれの発生を防止できる。また、積層時にセパレータ３自体が−Ｚ方向に積層ずれが発生した場合でも、電極タブ保護部３ｂによる正極タブ７の被覆は維持されるので、正極タブ７とセパレータ３を介して隣接する負極板本体８の＋Ｚ方向且つ＋Ｙ方向の端縁との接触を妨げ短絡発生を防止できる。

また、第１の張出し部１０および第２の張出し部１１を有することにより、被覆される正極板本体６および正極タブ７がセパレータ本体部３ａおよび電極タブ保護部３ｂの内部でずれた場合やセパレータ３自体の積層ずれが発生した場合でも、被覆される正極板本体６および正極タブ７が露出し難くなり、隣接する負極板５との接触による短絡をより確実に防止できる。

さらに、電極タブ保護部３ｂのセパレータ本体部３ａから突出する突出長さが、セパレータ本体部３ａの＋Ｚ方向で且つ−Ｙ方向端縁位置の第１の張出し部１０の張出し幅と同等寸法であるため、−Ｚ方向にセパレータ３自体の積層ずれが発生した場合でも、当該第１の張出し部１０による−Ｚ方向のセパレータ３自体の積層ずれに対する短絡防止効果と同等に、被覆する正極タブ７とセパレータ３を介して隣接する負極板本体８との接触による短絡を防止できる。

なお、電極タブ保護部３ｂのセパレータ本体部３ａから突出する突出長さが、第１の張出し部１０の張出し幅よりも大きくてもよい。

電極タブ保護部３ｂの±Ｙ方向の幅はセパレータ本体部３ａの＋Ｚ方向端縁位置での第１の張出し部１０の±Ｙ方向の幅Ｂよりも小さいため、位置合わせが困難であり、積層時に電極タブ保護部３ｂ自体に当該張出し部１０よりも積層ずれが発生しやすい。よって、電極タブ保護部３ｂのセパレータ本体部３ａから突出する突出長さが、第１の張出し部１０の張出し幅よりも大きければ、電極タブ保護部３ｂ自体の積層ずれによる短絡発生をより確実に防止できる。

また、図５に示すように、セパレータ本体部３ａの周囲４辺の第１の張出し部１０の各々の一部が隣接する２枚のセパレータ間で溶着固定されていることが望ましい。

隣接する２枚のセパレータ３が袋状となって正極板本体６および正極タブ７を被覆することにより、正極板本体６および正極タブ７がセパレータ本体部３ａおよび電極タブ保護部３ｂの内部でそれぞれずれることが抑制されるため、これらがセパレータ３の外部に露出することを妨げ、隣接する正負極板の接触による短絡をより確実に防止できる。また、セパレータ本体３ａの各辺の第１の張出し部１０の全域を溶着固定するのではなく、各々の一部のみ溶着固定する場合においては、製作容易性を向上させることができる。

さらに、図６に示すように、セパレータ３は一枚のシートを互いに重なるように折り畳んで構成されるものであってもよい。

折り曲げ部に位置するセパレータの第１の張出し部１０については溶着固定する必要が無くなり溶着箇所数を低減できるだけでなく、当該位置の第１の張出し部１０については張出し幅を実質セパレータ３のシートの厚み分まで低減できるため、被覆する正極板４の平面寸法をより大きく確保可能となり、充放電性能を向上させることができる。

１ 二次電池
２ ケース
３ セパレータ
３ａ セパレータ本体部
３ｂ 電極タブ保護部
４ 正極板
５ 負極板
６ 正極板本体
７ 正極タブ
８ 負極板本体
９ 負極タブ
１０ 第１の張出し部
１１ 第２の張出し部
２０ 正極端子
２１ 負極端子

Claims (5)

1. 交互に積層される正極板及び負極板で構成される電極板と、前記正極板又は負極板の一方を被覆するセパレータとを備え、前記電極板は、電極板本体と、該電極板本体縁端から突出する電極タブをそれぞれ有し、
   前記セパレータは、平面寸法が隣接する前記正極板又は前記負極板のうち被覆しない前記電極板の平面寸法と一致する袋状のセパレータ本体部と、
   前記セパレータ本体部から突出し前記電極タブの根元部分を被覆する電極タブ保護部から構成されることを特徴とする二次電池。
2. 前記セパレータ本体部は、被覆する前記電極板本体の外縁に張り出る第１の張出し部を有し、前記電極タブ保護部は、被覆する前記電極タブの両脇外縁に張り出る第２の張出し部を有することを特徴とする請求項１記載の二次電池。
3. 前記電極タブ保護部のセパレータ本体部から突出する突出長さは、該電極タブ保護部と対応する位置での前記第１の張出し部の張出し幅と同等寸法以上であることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
4. セパレータ本体部は矩形に形成され、該セパレータ本体部の周囲４辺の前記第１の張出し部各々の全域若しくは一部が隣接する２枚のセパレータ間で溶着固定されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の二次電池。
5. 前記セパレータは一枚のシートを互いに重なるように折り畳んで構成したことを特徴とする請求項４に記載の二次電池。

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