JP2013062222A

JP2013062222A - 二次電池

Info

Publication number: JP2013062222A
Application number: JP2011201674A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Nagano; 秀章永野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2013-04-04

Abstract

【課題】大きな衝撃を受けても内部短絡が発生し難い二次電池を提供する。
【解決手段】リチウムイオン二次電池１００は、正極１３１と負極１３２とがセパレータ１３３を介して巻回されてなる電極群１３０を有する。正極１３１の幅は負極１３２の幅よりも短く設定されており、正極１３１の外側に柔軟性を有する絶縁部材１３４が配置される。
【選択図】図４

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池等の二次電池に関し、特に衝撃による内部短絡の発生を防止するための構造に関する。

デジタルカメラやビデオカメラの電池パックに使用されるリチウムイオン二次電池は、一般的に、電極群、非水電解質及び集電部品を備えており、電極群は正極と負極がセパレータを介して積層された構造を有している。このような構造のリチウムイオン二次電池は、落下等の衝撃による電極のずれによって、電極群の端面において正極と負極との接触（内部短絡）が生じ、異常放電によって異常過熱が発生するおそれがある。

この問題を解消するリチウムイオン二次電池として、電極群の端面を接着剤を硬化させた絶縁体で保護することによって、振動又は衝撃による電極のずれを抑制し、内部短絡を防止する構造が提案されている（特許文献１参照）。また、正極と負極の一方の電極の幅方向の一端に集電体が合剤層から露出している露出部が存在しているリチウムイオン二次電池において、隣り合う露出部の間に補強部材を設けることにより内部短絡を抑制する構造が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００５−１９０９１２号公報特開２００８−２１６４４号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に記載された構造では、大きな衝撃を受けた場合に、負極の剪断によって内部短絡が発生するおそれがある。その理由を、図６及び図７を参照して以下に説明する。

図６は、公知のリチウムイオン二次電池の電極群の構造例を模式的に示す断面図であり、図７は、図６のリチウムイオン二次電池に衝撃により電極に剪断ずれが発生した電極群の状態を模式的に示す断面図である。このリチウムイオン二次電池の電極群６００は、正極６０１と負極６０２とがセパレータ６０３を介して交互に積層された構造を有しており、正極６０１の幅（図中の左右方向での長さ）は、負極６０２の幅よりも短く設定されている。

図６に示すように、例えば、落下による衝撃がリチウムイオン二次電池に加わり、矢印Ｄ方向に加圧される（応力が加わる）と、負極６０２において正極６０１の端面に対応するｄ−ｄ部に剪断力が発生する。この剪断力により、図７に示すように、負極６０２がセパレータ６０３と共に部分的に剪断し、正極６０１と接触することで、内部短絡が発生する。

このような負極への剪断力に起因する内部短絡に対し、特許文献１、特許文献２に記載された構造では、補強部材が柔軟に変形することができず、負極が正極端面に対応する位置で剪断荷重を受ける。そのため、大きな衝撃を受けた場合に、負極に剪断が発生することを防止することができずに、内部短絡が発生するおそれがある。

本発明は、大きな衝撃（外力）を受けても、内部短絡が発生し難い二次電池を提供することを目的とする。

本発明に係る二次電池は、正極と負極とがセパレータを介して巻回又は積層されてなる電極群を有する二次電池であって、前記正極の幅と前記負極の幅とが異なり、幅の短い方の電極の外側に柔軟性を有する絶縁部材が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、落下等により外部から大きな衝撃（外力）を受けても、内部短絡が発生し難い二次電池を実現することができる。

本発明の第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池の外観を示す斜視図である。図１に示すリチウムイオン二次電池の分解斜視図である。図１に示すリチウムイオン二次電池が有する電極群の斜視図である。図３中に示す矢視Ａ−Ａでの断面図である。本発明の第２実施形態に係るリチウムイオン二次電池が有する電極群の構造を示す断面図である。公知のリチウムイオン二次電池の電極群の構造例を示す断面図である。図６のリチウムイオン二次電池に衝撃により電極に剪断ずれが発生した電極群の状態を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。ここでは、本発明に係る二次電池として、リチウムイオン二次電池を取り上げることとする。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池の外観を示す斜視図であり、図２は、図１に示すリチウムイオン二次電池の分解斜視図である。リチウムイオン二次電池１００は、一側部に開口部１１１が設けられたセル缶１１０の内部に電極群１３０が収容され、開口部１１１は封口体１２０によって密閉封止される構造となっている。

電極群１３０は、図４を参照して後に説明するように、正極１３１と負極１３２とがセパレータ１３３を介して巻回された構造（巻回による積層構造）を有し、セル缶１１０の開口部１１１からセル缶１１０の内部に挿入される。電極群１３０は、正極１３１に取り付けられた正極集電体１３５と、負極１３２に取り付けられた負極集電体１３６とを備えている。ここで、セル缶１１０は、例えばアルミニウム等の金属材料からなり、正極集電体１３５と電気的に接続されることにより、リチウムイオン二次電池１００の正極端子となることができる。

正極集電体１３５は、例えばアルミニウム箔で形成され、正極１３１の端部（セル缶１１０の開口部１１１側）に設けられている。負極集電体１３６は、例えば銅箔で形成され、負極１３２の端部（セル缶１１０の開口部１１１側）に設けられている。

封口体１２０は、セル缶１１０の開口部１１１に絶縁プレート１２５と共に配置され、電極群１３０と接続された後、セル缶１１０を密閉封止する。封口体１２０は、封口板１２１、電極端子１２２、ガスケット１２３及び安全弁１２４によって構成されている。封口板１２１は、金属材料からなり、セル缶１１０の開口部１１１に対応する形状で形成されている。封口板１２１は、正極集電体１３５と電気的に接続され、セル缶１１０の開口部１１１に配置されて、例えばレーザー溶接により、セル缶１１０の開口部１１１が密閉封止されるようにセル缶１１０と溶接される。

封口板１２１の一端部に形成されている安全弁１２４は、リチウムイオン二次電池１００内部が、例えばガスにより高圧になった場合に開裂してガスを外部に放出することで、リチウムイオン二次電池１００の破裂を防止する。電極端子１２２は、負極集電体１３６と電気的に接続され、封口板１２１と電気的に接続されないように絶縁体で形成されたガスケット１２３を介して、封口板１２１の略中央において封口板１２１を貫通するように配置されている。

図３は、リチウムイオン二次電池１００の電極群１３０の斜視図であり、図４は、図３中に示す矢視Ａ−Ａでの断面図である。電極群１３０は、帯状の正極１３１と負極１３２とが帯状のセパレータ１３３を介して交互に積層された構造を有する。本実施形態では、正極１３１／セパレータ１３３／負極１３２／セパレータ１３３の積層体を巻回することにより、図４に示されるような多層構造を実現している。正極１３１の幅（図４の左右方向での長さ）は負極１３２の幅よりも短く設定されており、正極１３１の幅方向端には絶縁部材１３４が設けられている。正極１３１が配置されている正極層における絶縁部材１３４を含めた幅は負極１３２の幅と略同一となっている。すなわち、絶縁部材１３４と正極１３１とを合わせた幅寸法が負極１３２の幅寸法と略等しい。

正極１３１は、例えば、コバルト酸リチウムからなる活物質層がアルミニウム箔の表面に形成された構造を有し、負極１３２は、例えば、炭素系材料からなる活物質層が銅箔の表面に形成された構造を有している。セパレータ１３３は、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等の軟質樹脂で形成されている。絶縁部材１３４は、正極１３１と略同一の厚みを有しており、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等の柔軟性の材料からなり、正極１３１の外側に正極１３１と一体的に形成されている。

リチウムイオン二次電池１００が、落下等によって衝撃を受け、リチウムイオン二次電池１００の内部の電極群１３０が荷重を受けると、正極１３１の外側に配置された絶縁部材１３４が柔軟に変形する。これにより、負極１３２において正極１３１の端面に対応する位置に加わる剪断力が軽減され、負極１３２に剪断が発生することが抑制される。すなわち、図４に示した電極群１３０の構造によれば、衝撃によって負極１３２が剪断して正極１３１と短絡することを防止することができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００が備える電極群１３０を構成する絶縁部材１３４がセパレータ１３３によって構成されるように、電極群１３０の構造を変形したものである。そこで、以下の説明では、第２実施形態に係るリチウムイオン二次電池が備える電極群の詳細な構造についてのみ説明を行うこととする。

図５は、第２実施形態に係るリチウムイオン二次電池が有する電極群の構造を示す断面図である。電極群１４０は、正極１３１と負極１３２とがセパレータ１３７を介して交互に積層され、セパレータ１３７の幅方向端が正極１３１の幅方向端に当接するように、セパレータ１３７の端部１３８が折り曲げられた構造を有している。

セパレータ１３７には、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等の柔軟性のある材料で形成されており、正極１３１と略同一の厚みを有している。

第２実施形態に係るリチウムイオン二次電池もまた、第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００と同様に、落下等による衝撃を受けると、電極群１４０が荷重を受ける。このとき、正極１３１の外側に配置されたセパレータ１３７の端部１３８が柔軟に変形することで、負極１３２において正極１３１の端面に対応する位置に加わる剪断力が軽減され、負極１３２に剪断が発生することが抑制される。すなわち、第２実施形態に係るリチウムイオン二次電池が有する電極群１４０によっても、衝撃によって負極１３２が剪断して正極１３１と短絡することを防止することができる。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。さらに、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

例えば、上記実施形態では、二次電池としてリチウムイオン二次電池を取り上げたが、本発明は、シート状の正極及び負極をシート状のセパレータで隔離する構造を有し、正極の幅と負極の幅とが異なる二次電池に適用可能である。また、第１実施形態では、図４の多層構造を、正極１３１／セパレータ１３３／負極１３２／セパレータ１３３の積層体を巻回することで実現したが、任意の平面形状を有する正極１３１、負極１３２及びセパレータ１３３を逐次積層することで実現してもよい。

１００チウムイオン二次電池
１３０，１４０電極群
１３１正極
１３２負極
１３３，１３７セパレータ
１３４絶縁部材
１３８（セパレータの）端部

Claims

正極と負極とがセパレータを介して巻回又は積層されてなる電極群を有する二次電池であって、
前記正極の幅と前記負極の幅とが異なり、幅の短い方の電極の外側に柔軟性を有する絶縁部材が配置されていることを特徴とする二次電池。
前記絶縁部材を前記幅が短い方の電極の外側に配置したとき、前記絶縁部材と前記幅が短い方の電極とを合わせた幅寸法が幅の長い方の電極の幅寸法と略等しくなることを特徴とする請求項１記載の二次電池。
前記正極の幅が前記負極の幅よりも短いことを特徴とする請求項１又は２記載の二次電池。
前記絶縁部材は、前記セパレータの端部が折り曲げられることによって形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二次電池。