JP2011129299A - リチウムイオン二次電池、車両及び電池搭載機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 リチウムイオン二次電池1は、正極集電箔35と、第1正極活物質層31及び第2正極活物質層32とを有する正極板30、負極集電箔45と、第1負極活物質層41及び第2負極活物質層42とを有する負極板40、第1セパレータ20及び第2セパレータ25を有し、これらを捲回軸AXを中心に捲回してなる捲回型発電要素10と、正極集電部材71と、負極集電部材72と、を備え、正極集電箔は第1幅方向DW1の端部に位置する第1正極露出部37を含み、負極集電箔は第2幅方向DW2の端部に位置する第1負極露出部47を含み、捲回型発電要素は、以下のA,Bの少なくともいずれかの形態を有する。
【選択図】 図4
Description
このような電池について、特許文献1には、帯状の正極板、負極板及びセパレータからなり、渦巻状に捲回された極板群(捲回型発電要素)と、この極板群の上下から突出したそれぞれの極板の集電部(第1正極露出部,第1負極露出部)の先端部分に溶接された正・負極集電体(正極集電部材,負極集電部材)とを備えた蓄電池(リチウムイオン二次電池)が開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載の発電要素の形状では、発電要素の内部にスパッタが入り込むのを防止することはできない。
A.上記正極集電箔は、上記第2幅方向の端部に位置し、少なくとも上記第2正極主面が帯状に露出してなる第2正極露出部を含み、上記第1セパレータは、上記第2幅方向の端部であって、上記捲回軸の径方向外側に曲げ返されて、上記正極集電箔の上記第2幅方向の端部を囲むと共に、上記第2正極露出部と、上記第2セパレータとの間に介在する第1曲げ返し端部を含み、上記負極集電箔の上記第1負極露出部に上記負極集電部材を、溶接により接続してなる形態。
B.上記負極集電箔は、上記第1幅方向の端部に位置し、少なくとも上記第2負極主面が帯状に露出してなる第2負極露出部を含み、上記第2セパレータは、上記第1幅方向の端部であって、上記捲回軸の径方向外側に曲げ返されて、上記負極集電箔の上記第1幅方向の端部を囲むと共に、上記第2負極露出部と、上記第1セパレータとの間に介在する第2曲げ返し端部を含み、上記正極集電箔の上記第1正極露出部に上記正極集電部材を、溶接により接続してなる形態。
このように、第1セパレータと第1正極活物質層、及び、第2セパレータと第1負極活物質層との間の少なくともいずれかで、溶接時に生じたスパッタが入り込むのを抑制できる。従って、スパッタによる短絡の発生を抑制した電池とすることができる。
また、発電要素がBの形態を有する場合には、第2負極露出部と第1セパレータとの間に介在する第2曲げ返し端部の第2端部厚みを、同じく第2負極露出部と第1セパレータとの間に介在する第2負極活物質層の負極層厚み以下にしてなる。このため、第2負極露出部と第1セパレータとの間のうち、第1曲げ返し端部の介在する部位が、これに隣接する隣接部位よりも厚くなり、隣接部位で第2負極活物質層と第1セパレータとの間に隙間が生じるのを防止できる。
次に、本発明の実施形態1について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態1にかかる電池1について、図1を参照して説明する。
この電池1は、いずれも帯状の正極板30、負極板40、第1セパレータ20及び第2セパレータ25を有し、これらを捲回軸AXを中心に捲回してなる捲回型の発電要素10と、正極板30と電気的に接続してなる正極集電部材と、負極板40と電気的に接続してなる負極集電部材とを備えるリチウムイオン二次電池である(図1参照)。なお、電池1は、リチウムイオンを含む、図示しない電解液と共に、発電要素10を電池ケース80に収容してなる。
また、負極集電部材72は、銅製で、正極集電部材71と同様、クランク状に屈曲した矩形板状を有する。この負極集電部材72は、発電要素10の負極板40における第1負極露出部47に溶接してなる負極溶接部72Gと、電池1の外部において他部材(例えば、バスバ)と接続可能な負極端子部72Tとを有する。
この発電要素10は、後述する正極集電箔35の第1正極露出部37に正極集電部材71を、かつ、後述する負極集電箔45の第1負極露出部47に負極集電部材72を、それぞれ溶接により接続してなる。具体的には、いずれも抵抗溶接によって、正極端子部材71の正極溶接部71Gを第1正極露出部37に、かつ、負極端子部材72の負極溶接部72Gを第1負極露出部47にそれぞれ接続してなる。
このうち、第1正極活物質層31及び第2正極活物質層32はいずれも、LiCoO2からなる正極活物質粒子(図示しない)と、アセチレンブラックからなる導電材(図示しない)と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなる結着材(図示しない)とを含む。また、これら第1正極活物質層31及び第2正極活物質層32の正極層厚みT32は、いずれも35μmである。
正極集電箔35のうち第1正極露出部37は、図1において、左側に位置し、上述の正極集電部材71に溶接される(図1参照)。この逆に、第2正極露出部38は、図1中、右側に位置し、自身と第2セパレータ25との間には、図5に示すように、第1セパレータ20の第1曲げ返し端部21(後述)が介在している。
このうち、第1負極活物質層41及び第2負極活物質層42はいずれも、グラファイトからなる負極活物質粒子(図示しない)、及び、PVDFからなる結着材(図示しない)を含む。また、これら第1負極活物質層41及び第2負極活物質層42の負極層厚みT42は、いずれも35μmである。
負極集電箔45のうち第1負極露出部47は、図1において、右側に位置し、上述の負極集電部材72に溶接される(図1参照)。この逆に、第2負極露出部48は、図1中、右側に位置し、自身と第1セパレータ20との間には、図6に示すように、第2セパレータ25の第2曲げ返し端部26(後述)が介在している。
このほかに、第1セパレータ20は、図6に示すように、第2幅方向DW2の端部であって、捲回軸AXの径方向DRの外側(図6中、右側)にU字状に曲げ返されて、正極集電箔35の第2幅方向DW2の端部(第2正極露出部38)を囲むと共に、第2正極露出部38と第2セパレータ25との間に介在する第1曲げ返し端部21を有している。
この第1曲げ返し端部21を形成することで、第2幅方向DW2に位置する第1負極露出部47に負極集電部材72を溶接する際に発生したスパッタが、第1セパレータ20の第1本体部22と正極板30の第1正極活物質層31との間に入り込むのが防止されている。なお、この第1曲げ返し端部21の第1端部厚みT21は、第1本体部22と同じ35μmである。また、第2正極露出部38と第2セパレータ25との間に介在する第2正極活物質層32の正極層厚みT32とも等しい。
このほかに、第2セパレータ25は、図5に示すように、第1幅方向DW1の端部であって、捲回軸AXの径方向DRの外側(図5中、右側)にU字状に曲げ返されて、負極集電箔45の第1幅方向DW1の端部(第2負極露出部48)を囲むと共に、第2負極露出部48と第1セパレータ20との間に介在する第2曲げ返し端部26を有している。
この第2曲げ返し端部26を形成することで、第1幅方向DW1に位置する第1正極露出部37に正極集電部材71を溶接する際に発生したスパッタが、第2セパレータ25の第2本体部27と負極板40の第1負極活物質層41との間に入り込むのが防止されている。なお、この第2曲げ返し端部26の第2端部厚みT26は、第2本体部27と同じ35μmである。また、第2負極露出部48と第1セパレータ20との間に介在する第2負極活物質層42の負極層厚みT42とも等しい。
また、第1曲げ返し端部21及び第2曲げ返し端部26があることにより、第2正極活物質層32と第2セパレータ25の第2本体部27との間や、第2負極活物質層42と第1セパレータ20の第1本体部22との間にスパッタが入り込み難い電池1とすることができる。
また、第2負極露出部48と第1セパレータ20との間に介在する第2曲げ返し端部26の第2端部厚みT26が、同じく第2負極露出部48と第1セパレータ20との間に介在する第2負極活物質層42の負極層厚みT42と等しい。このため、第2負極露出部48と第1セパレータ20との間のうち、第1曲げ返し端部21の介在する部位が、これに隣接する隣接部位よりも厚くなり、隣接部位で第2負極活物質層42と第1セパレータ20との間に隙間が生じるのを防止できる。
まず、正極板30を作製する。具体的には、結着材を溶解したN−メチル−2−ピロリドン(NMP)中に、正極活物質粒子及び導電材をそれぞれ投入し混練してできたペースト(図示しない)を、長手方向DLに延びる帯状の正極集電箔35の第1正極主面35Aに塗布した。なお、この第1正極主面35Aにおける、正極集電箔35の幅方向(第1幅方向DW1,第2幅方向DW2)の両端部にはそれぞれペーストを塗布しない。これにより、第1幅方向DW1の端部には第1正極露出部37が、第2幅方向DW2の端部には第2正極露出部38がそれぞれできる(図2参照)。塗布後、第1正極主面35A上のペーストを乾燥させた。
また、正極集電箔35のうち、第1正極主面35Aの裏側の第2正極主面35Bについても、同様にペーストを塗布した。なお、この第2正極主面35Bにおける、正極集電箔35の第1幅方向DW1の端部にはペーストを塗布しない。これにより、第1幅方向DW1の端部には第1正極露出部37ができる(図2参照)。塗布後、第2正極主面35B上のペーストを乾燥させた。
その後、図示しないロールプレスで、正極集電箔35の第1正極主面35A,第2正極主面35B上で乾燥させたペーストを圧縮し、正極層厚みT32が35μmの第1正極活物質層31と第2正極活物質層32とを有する正極板30を作製した(図2参照)。
また、負極集電箔45のうち、第1負極主面45Aの裏側の第2負極主面45Bについても、同様にペーストを塗布した。なお、この第2負極主面45Bにおける、負極集電箔45の第2幅方向DW2の端部にはペーストを塗布しない。これにより、第2幅方向DW2の端部には第1負極露出部47ができる(図3参照)。塗布後、第2負極主面45B上のペーストを乾燥させた。
その後、図示しないロールプレスで、負極集電箔45の第1負極主面45A,第2負極主面45B上で乾燥させたペーストを圧縮し、負極層厚みT42が35μmの第1負極活物質層41と第2負極活物質層42とを有する負極板40を作製した(図3参照)。
なお、第2セパレータ25は捲回軸AXを中心に捲回されてなるので、径方向DR外側に曲げ返された第2曲げ返し端部26と、この第2曲げ返し端部26よりも径方向DR内側に位置する第2セパレータ25の第2本体部27との間に径差が生じる。しかるにこれら第2曲げ返し端部26及び第2本体部27はつながっているので、第2セパレータ25のみの場合には、第2曲げ返し端部26が第2本体部27に密着する。従って、第2曲げ返し端部26と第2本体部27との間に第2負極露出部48が位置する場合には、第2曲げ返し端部26は、この第2負極露出部48に密着すると考えられる。
また、第2曲げ返し端部26を形成した第2セパレータ25を捲回する際、第2セパレータ25の第2曲げ返し端部26をヒータ等で加熱して、第2セパレータ25が変形しやすくすると良い。
なお、第1セパレータ20は、第2セパレータ25同様、捲回軸AXを中心に捲回されてなるので、第1曲げ返し端部21と第1本体部22との間に径差が生じる。従って、第1曲げ返し端部21と第1本体部22との間に第2正極露出部38が位置する場合には、第1曲げ返し端部21は、この第2正極露出部38に密着すると考えられる。
また、第1曲げ返し端部21を形成した第1セパレータ20を捲回する際、第2セパレータ25と同様、第1セパレータ21の第1曲げ返し端部21をヒータ等で加熱して、第1セパレータ20が変形しやすくすると良い。
その後は、正極板30(正極集電箔35)の第1正極露出部37に正極集電部材71の正極溶接部71Gを、負極板40(負極集電箔45)の第1負極露出部47に負極集電部材72の負極溶接部72Gをそれぞれ溶接した。その後、電池ケース本体81に挿入し、前述した電解液60を注入後、封口蓋82で電池ケース本体81を溶接で封口する。かくして、電池1が完成する(図1参照)。
本実施形態2にかかる車両200は、前述した電池1を複数含むバッテリパック210を搭載したものである。具体的には、図8に示すように、車両200は、エンジン240、フロントモータ220及びリアモータ230を併用して駆動するハイブリッド自動車である。この車両200は、車体290、エンジン240、これに取り付けられたフロントモータ220、リアモータ230、ケーブル250、インバータ260、及び、矩形箱形状のバッテリパック210を有している。このうちバッテリパック210は、前述した電池1を複数収容してなる。
また、本実施形態3のハンマードリル300は、前述した電池1を含むバッテリパック310を搭載したものであり、図9に示すように、バッテリパック310、本体320を有する電池搭載機器である。なお、バッテリパック310はハンマードリル300の本体320のうち底部321に可能に収容されている。
例えば、実施形態1では、発電要素10にはA及びBの両方の形態を有するものを示した。即ち、正極集電箔が第2正極露出部を含み、第1セパレータが第1曲げ返し端部を含み、第1負極露出部に負極集電部材を、溶接により接続してなる形態、及び、負極集電箔が第2負極露出部を含み、第2セパレータが第2曲げ返し端部を含み、第1正極露出部に正極集電部材を、溶接により接続してなる形態の、両方の形態を有する捲回型発電要素とした。
しかし、正極集電箔が第2正極露出部を含み、第1セパレータが第1曲げ返し端部を含み、第1負極露出部に負極集電部材を、溶接により接続してなる、Aの形態のみ、又は、負極集電箔が第2負極露出部を含み、第2セパレータが第2曲げ返し端部を含み、第1正極露出部に正極集電部材を、溶接により接続してなる、Bの形態のみを有する発電要素を備える電池としても良い。
10 発電要素(捲回型発電要素)
20 第1セパレータ
21 第1曲げ返し端部
25 第2セパレータ
26 第2曲げ返し端部
30 正極板
31 第1正極活物質層
32 第2正極活物質層
35 正極集電箔
35A 第1正極主面
35B 第2正極主面
37 第1正極露出部
38 第2正極露出部
40 負極板
41 第1負極活物質層
42 第2負極活物質層
45 負極集電箔
45A 第1負極主面
45B 第2負極主面
47 第1負極露出部
48 第2負極露出部
71 正極集電部材
72 負極集電部材
200 車両
300 ハンマードリル(電池搭載機器)
AX 捲回軸
DR 径方向
DW1 第1幅方向
DW2 第2幅方向
T21 第1端部厚み
T26 第2端部厚み
T32 正極層厚み
T42 負極層厚み
Claims (5)
- 帯状の正極集電箔と、この正極集電箔の第1正極主面及び第2正極主面にそれぞれ配置してなる第1正極活物質層及び第2正極活物質層とを有する正極板、
帯状の負極集電箔と、この負極集電箔の第1負極主面及び第2負極主面にそれぞれ配置してなる第1負極活物質層及び第2負極活物質層とを有する負極板、
いずれも帯状の第1セパレータ及び第2セパレータ、を有し、
上記正極板の上記第1正極活物質層と、上記負極板の上記第2負極活物質層との間に上記第1セパレータを、上記負極板の上記第1負極活物質層と、上記正極板の上記第2正極活物質層との間に上記第2セパレータを、それぞれ介在させて、上記正極板、上記負極板、上記第1セパレータ及び上記第2セパレータを、捲回軸を中心に捲回してなる捲回型発電要素と、
上記正極板と電気的に接続してなる正極集電部材と、
上記負極板と電気的に接続してなる負極集電部材と、を備え、
上記正極集電箔は、
上記捲回軸に沿う第1幅方向の端部に位置し、上記第1正極主面及び上記第2正極主面が、上記第1正極活物質層及び上記第2正極活物質層から帯状に露出してなる第1正極露出部を含み、
上記負極集電箔は、
上記第1幅方向とは逆方向の第2幅方向の端部に位置し、上記第1負極主面及び上記第2負極主面が、上記第1負極活物質層及び上記第2負極活物質層から帯状に露出してなる第1負極露出部を含む
リチウムイオン二次電池であって、
上記捲回型発電要素は、以下のA,Bの少なくともいずれかの形態を有する
リチウムイオン二次電池。
A.上記正極集電箔は、上記第2幅方向の端部に位置し、少なくとも上記第2正極主面が帯状に露出してなる第2正極露出部を含み、上記第1セパレータは、上記第2幅方向の端部であって、上記捲回軸の径方向外側に曲げ返されて、上記正極集電箔の上記第2幅方向の端部を囲むと共に、上記第2正極露出部と、上記第2セパレータとの間に介在する第1曲げ返し端部を含み、上記負極集電箔の上記第1負極露出部に上記負極集電部材を、溶接により接続してなる形態。
B.上記負極集電箔は、上記第1幅方向の端部に位置し、少なくとも上記第2負極主面が帯状に露出してなる第2負極露出部を含み、上記第2セパレータは、上記第1幅方向の端部であって、上記捲回軸の径方向外側に曲げ返されて、上記負極集電箔の上記第1幅方向の端部を囲むと共に、上記第2負極露出部と、上記第1セパレータとの間に介在する第2曲げ返し端部を含み、上記正極集電箔の上記第1正極露出部に上記正極集電部材を、溶接により接続してなる形態。 - 請求項1に記載のリチウムイオン二次電池であって、
前記捲回型発電要素は、前記A及び前記Bの両方の形態を有する
リチウムイオン二次電池。 - 請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン二次電池であって、
前記Aの形態において、前記第1セパレータの前記第1曲げ返し端部の第1端部厚みを、前記第2正極活物質層の正極層厚み以下にしてなり、
前記Bの形態において、前記第2セパレータの前記第2曲げ返し端部の第2端部厚みを、前記第2負極活物質層の負極層厚み以下にしてなる
リチウムイオン二次電池。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池を搭載し、このリチウムイオン二次電池に蓄えた電気エネルギを動力源の全部又は一部に使用する車両。
- 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池を搭載し、このリチウムイオン二次電池に蓄えた電気エネルギを駆動エネルギ源の全部又は一部に使用する電池搭載機器。
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