JP2013164903A - Square secondary battery and module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、角形二次電池及び該角形二次電池を複数有するモジュールに関する。 The present invention relates to a prismatic secondary battery and a module having a plurality of the prismatic secondary batteries.
近年、電気自動車等の動力源として、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池の開発が進められている。車載用途としては体積効率のよい角形二次電池が用いられており、例えば特許文献1には、扁平に捲回した電極群を、捲回軸を横にして深絞りの電池缶に収納した構造が開示されている。この構造では電極群と電池缶内壁との間に絶縁袋が設けられている。
In recent years, lithium ion secondary batteries with high energy density have been developed as power sources for electric vehicles and the like. For in-vehicle use, a square secondary battery with good volume efficiency is used. For example,
扁平状に捲回された電極群が角形の電池缶に収容された角形二次電池では、充電により電極群が膨らんで、電池缶を膨らむ方向に変形させることがある。したがって、複数の電池の間で、電極群の厚さ寸法のばらつき、或いは電池缶の寸法形状のばらつきが大きいと、電極群と電池缶との間の隙間が変動し、電池缶の膨張のばらつきが大きくなる。 In a rectangular secondary battery in which a flatly wound electrode group is housed in a rectangular battery can, the electrode group may swell due to charging, and the battery can be deformed in a bulging direction. Therefore, if the variation in the thickness dimension of the electrode group or the variation in the dimensional shape of the battery can is large among a plurality of batteries, the gap between the electrode group and the battery can varies, resulting in a variation in the expansion of the battery can. Becomes larger.
例えば、車載用途等では、複数の角形二次電池を電極群の厚さ方向に並べて組み合わせたモジュール(組電池)として使用するので、各角形二次電池の間における電池缶の膨張のばらつきは小さい方が望ましい。 For example, in a vehicle-mounted application or the like, since a plurality of prismatic secondary batteries are used as a module (assembled battery) that is arranged side by side in the thickness direction of the electrode group, the variation in expansion of the battery can between the prismatic secondary batteries is small. Is preferable.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電池缶の膨張のばらつきを低減することができる角形二次電池を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a prismatic secondary battery that can reduce variation in expansion of a battery can.
本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、角形の電池缶に扁平状の発電要素が収容された角形二次電池であって、発電要素には、発電要素の外周に絶縁保護フィルムが一周以上巻き付けられており、絶縁保護フィルムは、発電要素に巻き付ける巻付長さの調整により、発電要素と絶縁保護フィルムとの合計厚さが予め設定された設定厚さに調整されていることを特徴としている。 The present application includes a plurality of means for solving the above-described problems. To give an example, a rectangular secondary battery in which a flat battery element is accommodated in a prismatic battery can, The insulation protective film is wound around the outer periphery of the power generation element more than once, and the insulation protective film has a preset total thickness of the power generation element and the insulation protective film by adjusting the winding length wound around the power generation element It is characterized by being adjusted to thickness.
本発明の角形二次電池によれば、複数の角形二次電池の間で電池缶の膨張のばらつきを低減して膨張を均一化することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the prismatic secondary battery of the present invention, it is possible to reduce the variation in expansion of the battery can among the plurality of prismatic secondary batteries and to make the expansion uniform. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
次に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
本発明の角形二次電池は、角形の電池缶に扁平状の発電要素が収容された角形二次電池であって、発電要素には、発電要素の外周に絶縁保護フィルムが一周以上巻き付けられており、絶縁保護フィルムは、発電要素に巻き付ける巻付長さの調整により、発電要素と絶縁保護フィルムとの合計厚さが予め設定された設定厚さに調整された構造を有している。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The prismatic secondary battery of the present invention is a prismatic secondary battery in which a flat power generation element is accommodated in a prismatic battery can, and the power generation element has an insulating protective film wound around the outer periphery of the power generation element at least once. The insulating protective film has a structure in which the total thickness of the power generating element and the insulating protective film is adjusted to a preset thickness by adjusting the winding length wound around the power generating element.
<第1実施の形態>
図1は、第1実施の形態に係わる角形二次電池の外観斜視図、図2は、図1に示される角形二次電池の分解斜視図、図3は、図2に示された捲回電極群の詳細を示し、一部を展開した状態の外観斜視図である。
<First embodiment>
1 is an external perspective view of the prismatic secondary battery according to the first embodiment, FIG. 2 is an exploded perspective view of the prismatic secondary battery shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a winding shown in FIG. It is the external appearance perspective view of the state which showed the detail of the electrode group and expanded one part.
角形二次電池1は、角形のリチウムイオン二次電池であり、電池容器2内に発電要素3を収容した構成を有している。電池容器2は、開口部11aを有する電池缶11と、電池缶11の開口部11aを閉塞する電池蓋21とを有する。発電要素3は、正極電極34と負極電極32との間にセパレータ33、35を介在させて重ね合わせた状態で扁平状に捲回した捲回電極群31を有している。捲回電極群31は、その周りに、シート状の絶縁保護フィルム41が巻き付けられた状態で電池容器2の電池缶11内に収容されている。
The prismatic
電池缶11及び電池蓋21は、共にアルミニウム合金で製作されており、電池蓋21は、レーザ溶接によって電池缶11に溶接される。電池容器2は、電池缶11と電池蓋21とで直方体形状の扁平角形容器を構成する。電池缶11は、一対の幅広側面PWと、一対の幅狭側面PNと、底面PBを有している。
The battery can 11 and the
電池蓋21には、絶縁部材を介して正極端子51と負極端子61(一対の電極端子)が配設されており、蓋組立体4を構成している。なお、電池蓋21には、正極端子51及び負極端子61の他に、電池容器2内の圧力が所定値よりも上昇すると開放されて電池容器2内のガスを排出するガス排出弁71と、電池容器2内に電解液を注入するための注液口72が配置されている。
The
正極端子51及び負極端子61は、電池蓋21の長手方向一方側と他方側の互いに離れた位置に配置されている。正極端子51及び負極端子61は、電池蓋21の外側に配置される外部端子52、62と、電池蓋21の内側に配置されて外部端子52、62に導通接続される接続端子53、63を有している。正極側の外部端子52と接続端子53は、アルミニウム合金で製作され、負極側の外部端子62と接続端子63は、銅合金で製作されている。
The
接続端子53、63と外部端子52、62は、それぞれ電池蓋21との間に図示していない絶縁部材が介在されており、電池蓋21から電気的に絶縁されている。接続端子53、63は、電池蓋21の内側から電池缶11の底部に向かって延出して捲回電極群31に導通接続される集電端子54、64を有している。捲回電極群31は、正極端子51の集電端子54と負極端子61の集電端子64との間に配置されて支持されている。上記した発電要素3及び蓋組立体4によって、発電要素組立体5が構成されている。
Insulating members (not shown) are interposed between the
捲回電極群31は、図3に示すように、セパレータ33、負極電極32、セパレータ35、正極電極34の順に重ねて扁平状に捲回することによって構成される。捲回電極群31は、最外周の電極板が負極電極32であり、さらにその外側にセパレータ33と35の少なくとも一方が捲回される。なお、図3に示されるX軸方向は、捲回電極群31の厚み方向を示し、Y軸方向は、捲回電極群31の幅広面と平行な方向でかつ捲回軸方向に直交する方向を示し、Z軸方向は、捲回電極群31の幅広面と平行な方向でかつ捲回軸方向と平行な方向を示す。
As shown in FIG. 3, the
セパレータ33、35は、正極電極34と負極電極32の間に介在されて、正極電極34と負極電極32の間を絶縁する役割を有している。負極電極32の負極塗工部32aは、正極電極34の正極塗工部34aよりも幅方向に大きく、これにより正極塗工部34aは、必ず負極塗工部32aに挟まれるように構成されている。
The
正極未塗工部34b、負極未塗工部32bは、捲回電極群31の幅広面の部分で厚さ方向に束ねられて溶接等により各極の集電端子54、64に接続される。尚、セパレータ33、35は、幅方向で負極塗工部32aよりも広いが、正極未塗工部34b、負極未塗工部32bで端部の金属箔面が露出する位置に捲回されるため、束ねて溶接する場合の支障にはならない。
The positive electrode
正極電極34は、正極集電体である正極金属箔の両面に正極活物質合剤を塗布した正極塗工部34aを有し、正極金属箔の幅方向一方側の端部には、正極活物質合剤を塗布しない正極未塗工部(正極金属箔露出部)34bが設けられている。
The
負極電極32は、負極集電体である負極金属箔の両面に負極活物質合剤を塗布した負極塗工部32aを有し、正極金属箔の幅方向他方側の端部には、負極活物質合剤を塗布しない負極未塗工部(負極金属箔露出部)32bが設けられている。正極未塗工部34bと負極未塗工部32bは、金属箔の金属面が露出した領域であり、図3に示すように、捲回電極群31の捲回軸方向一方側の端部と他方側の端部に互いに離れて配置される。
The
負極電極32においては、負極活物質として非晶質炭素粉末100重量部に対して、結着剤として10重量部のポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFという。)を添加し、これに分散溶媒としてN−メチルビロリドン(以下、NMPという。)を添加、混練した負極合剤を作製した。この負極合剤を厚さ10μmの銅箔(負極金属箔)の両面に集電部(負極未塗工部)を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断して銅箔を含まない負極活物質塗布部厚さ70μmの負極電極を得た。
In the
なお、本実施の形態では、負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について例示したが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料等でよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。 In this embodiment, the case where amorphous carbon is used as the negative electrode active material is exemplified, but the present invention is not limited to this, and natural graphite capable of inserting and removing lithium ions and various artificial graphites are not limited thereto. The material may be a carbonaceous material such as a material or coke, and the particle shape is not particularly limited to a scale shape, a spherical shape, a fiber shape, a lump shape, or the like.
正極電極34に関しては、正極活物質としてマンガン酸リチウム(化学式LiMn2O4)100重量部に対し、導電材として10重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として10重量部のPVDFとを添加し、これに分散溶媒としてNMPを添加、混練した正極合剤を作製した。この正極合剤を厚さ20μmのアルミニウム箔(正極金属箔)の両面に無地の集電部(正極未塗工部)を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断してアルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ90μmの正極電極を得た。
Regarding the
また、本実施の形態では、正極活物質にマンガン酸リチウムを用いる場合について例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物や層状結晶構造を有すコバルト酸リチウムやチタン酸リチウムやこれらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム-金属複合酸化物を用いるようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, the case where lithium manganate is used as the positive electrode active material is exemplified, but other lithium manganate having a spinel crystal structure or a lithium manganese composite oxide partially substituted or doped with a metal element or A lithium cobalt oxide or lithium titanate having a layered crystal structure, or a lithium-metal composite oxide in which a part thereof is substituted or doped with a metal element may be used.
また、本実施の形態では、正極電極、負極電極における塗工部の結着材としてPVDFを用いる場合について例示したが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。 In the present embodiment, the case where PVDF is used as the binder of the coating part in the positive electrode and the negative electrode is exemplified, but polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene, polystyrene, polybutadiene, butyl rubber, nitrile rubber, Use polymers such as styrene butadiene rubber, polysulfide rubber, nitrocellulose, cyanoethyl cellulose, various latexes, acrylonitrile, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, propylene fluoride, chloroprene, acrylic resins, and mixtures thereof. be able to.
次に、捲回電極群31の外周に巻き付けられる絶縁保護フィルム41の構成について図4から図11を参照しつつ説明する。なお、絶縁保護フィルム41は、説明の便宜上、透明な部材として示しているが、透明に限定されるものではなく、不透明であってもよい。また、図5B、図5C、図7、図9等の断面図では、捲回電極群31を構成する正極電極34と負極電極32、および正極電極34と負極電極32との間に介在しているセパレータ33、35は図示せず、捲回電極群31の外形のみを図示する。
Next, the structure of the insulating
従来のリチウムイオン二次電池は、絶縁性のシートを複雑に折り曲げて箱状に形成し、その中に捲回電極群を収容し、電池缶との絶縁を図っていた。しかしながら、捲回電極群は、正極電極または負極電極の厚みが製造公差内で変動するため、これら正極電極と負極電極を間にセパレータを介して捲回した場合に、形成される捲回電極群の厚さ(幅広面に直交する方向の厚さ)も変化する。従って、電池缶内で捲回電極群の幅広面と、幅広面に対向する電池缶の内壁面との間の隙間が変動し、電池缶の膨張のばらつきが大きかった。 A conventional lithium ion secondary battery is formed in a box shape by intricately bending an insulating sheet, and a wound electrode group is accommodated therein to achieve insulation from the battery can. However, since the thickness of the positive electrode or the negative electrode varies within manufacturing tolerances, the wound electrode group is formed when the positive electrode and the negative electrode are wound with a separator interposed therebetween. The thickness (thickness in the direction orthogonal to the wide surface) also changes. Therefore, the gap between the wide surface of the wound electrode group in the battery can and the inner wall surface of the battery can facing the wide surface fluctuated, and the variation in expansion of the battery can was large.
これに対して、本実施の形態の角形二次電池1では、PP等からなるシート状の絶縁保護フィルム41を、捲回電極群31に捲き付けて、電池缶11の内側寸法(厚さ方向)との関係で所定の厚さにしている。すなわち、本実施の形態の角形二次電池1は、捲回電極群31の外周に絶縁保護フィルム41を少なくとも一周以上巻き付けて、その絶縁保護フィルム41を捲回電極群31に巻き付ける巻付長さを調整することにより、捲回電極群31と絶縁保護フィルム41との合計厚さDt(図5B、図5Cを参照)を予め設定された設定厚さに調整している。
On the other hand, in the rectangular
そして、本実施の形態では、電池缶11は、金型を用いた深絞り加工により成形しているので、電池缶11の形状寸法のバラつきは極めて少ない。したがって、捲回電極群31と絶縁保護フィルム41との合計厚さDtを設定厚さに調整することによって、電池缶11に捲回電極群31を挿入したときに、電池缶11の幅広側面PWの内壁面と絶縁保護フィルム41の外周面と間に形成される捲回電極群31の厚さ方向の隙間の間隔を、所定の寸法(予め設定された設定値)にすることができる。したがって、充放電により捲回電極群31が膨張した場合に、複数の角形二次電池1において互いの電池缶11の膨張のバラつきを低減することができる。
And in this Embodiment, since the battery can 11 is shape | molded by the deep drawing process using a metal mold | die, the variation in the shape dimension of the battery can 11 is very few. Therefore, when the
なお、電池缶11の幅広側面PWの内壁面と絶縁保護フィルム41の外周面と間の隙間は、捲回電極群31を電池缶11に挿入する作業を容易にするためのものであり、電池缶11の小型化を図るという点からすると、なるべく小さい方が好ましく、絶縁保護フィルム41の1枚分の厚さよりも小さい方が好ましい。
The gap between the inner wall surface of the wide side surface PW of the battery can 11 and the outer peripheral surface of the insulating
図5Aは、絶縁保護フィルムを巻き付けた状態を示す斜視図、図5Bは、絶縁保護フィルムを3周巻き付けた状態を示す図5AのX2−X2線断面矢視図、図5Cは、絶縁保護フィルムを1周巻き付けた状態を示す図5AのX2−X2線断面矢視図である。 5A is a perspective view showing a state in which an insulating protective film is wound, FIG. 5B is a sectional view taken along the line X2-X2 in FIG. 5A showing a state in which the insulating protective film is wound three times, and FIG. 5C is an insulating protective film. It is the X2-X2 sectional view taken on the line of FIG. 5A which shows the state which wound 1 round.
図5Bに示される捲回電極群31Aは、厚さD1を計測した結果、設計値よりも公差の範囲で薄いことがわかった。したがって、その厚さに応じて絶縁保護フィルム41の巻付長さを調整して、絶縁保護フィルム41を3周巻くことにより、絶縁保護フィルム41と捲回電極群31Aとの合計厚さDtを設定厚さに調整した。
As a result of measuring the thickness D1, the
そして、図5Cに示される捲回電極群31Bは、厚さD2を計測した結果、設計値よりも公差の範囲で厚いことがわかった。したがって、その厚さに応じて絶縁保護フィルム41の巻付長さを調整して、絶縁保護フィルム41を1周巻くことにより、絶縁保護フィルム41と捲回電極群31Bの合計厚さDtを設定厚さに調整した。
As a result of measuring the thickness D2, the
なお、絶縁保護フィルム41は、発電要素組立体5と電池缶11との絶縁を図る目的も兼ねているため、少なくとも一周以上は巻き付ける必要がある。また、本実施の形態では、絶縁保フィルム41を3周または1周巻きつける場合を例に説明したが、これに限定されるわけではなく、捲回電極群31の厚みに応じて巻付長さを調整して周数を変化させ、絶縁保護フィルム41と捲回電極群31の合計厚さDtを設定厚さに調整することを所望とする。
The insulating
絶縁保護フィルム41の装着は、捲回電極群31の外周に絶縁保護フィルム41を巻き付けることによって行うことができ、捲回電極群31に対して位置ずれが防止された状態で装着することができる。したがって、従来と比較して、絶縁保護フィルム41と捲回電極群31の合計厚さDtを簡単に調整することができる。
The insulating
絶縁保護フィルム41は、例えばPP(ポリプロピレン)などの合成樹脂製の一枚のシート部材からなり、捲回電極群31の幅広面と平行な方向でかつ捲回軸方向に直交する方向(図4のY軸方向)を巻き付け中心として一周以上巻き付けることができる長さと、巻き付けた状態で電池缶11の底部側に配置される絶縁保護フィルム41の幅方向一方側の端部(突出端部42)が、捲回電極群31よりも電池缶11の底部側に筒状に突出する幅を有している。
The insulating
本実施の形態では、捲回電極群31の幅広面を覆うように捲回電極群31の外周を接続端子53、63ごと数周巻いて覆った後に、絶縁保護フィルム41の両端部を互いに重ねて固定する重ね代を加味した長さと、電池蓋21から電池缶11の底部に配置される捲回電極群31の曲面部31aの位置よりもさらに下方に突出して、封止するための熱溶着又は折り曲げる重ね代を加味した幅に設定されている。絶縁保護フィルムの厚さは、0.01mmから0.50mmが好ましいが、更に、0.05mmから0.10mmがより好ましい。
In this embodiment, after covering the outer periphery of the
電池缶11の幅広側面PWの内壁面と絶縁保護フィルム41の外周面との隙間は、絶縁保護フィルム41の1枚分の厚さ以下であることが望ましいが、電池缶11への挿入の作業性や捲回電極群31の膨張を考慮して隙間を大きくした所定値にしてもよい。
The gap between the inner wall surface of the wide side surface PW of the battery can 11 and the outer peripheral surface of the insulating
尚、本実施の形態では、絶縁保護フィルム41の材料としてPPを使用した場合を例に示したが、これに限定されるものではなく、例えば、PFA(ポリテトラフルオロエチレン)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PET(ポリエチレンテレフタレート)や、電解液により反応や変質しない素材の合成樹脂であれば用いることができる。
In this embodiment, the case where PP is used as the material of the insulating
絶縁保護フィルム41は、電池蓋21の側面に重ならない程度に近接する位置に絶縁保護フィルム41の幅方向一方側の端部が配置されるように巻き付けられる。本実施の形態では、絶縁保護フィルムの上端部と電池蓋との間に0.5mm程度の離間距離が形成されるように巻き付けられている。
The insulating
絶縁保護フィルム41は、発電要素組立体5の捲回電極群31の外周を接続端子53、63ごと覆った後に、絶縁保護フィルム41の互いに重なる部分同士が粘着テープ(図示せず)で固定される。固定方法としては、粘着テープで留める方法の他に、接着剤で留めてもよい。
The insulating
絶縁保護フィルム41を巻き付ける方法としては、例えば図4に示すように、捲回電極群31または接続端子53、63の一部を絶縁保護フィルムの端部に密着させて、テンションをかけながら一方向に巻き付けて覆う方法を採ることができる。巻き付ける方向は、図4に示す時計回りに限られず、反時計回りであってもよい。
As a method of winding the insulating
図6は、絶縁保護フィルムの先端部を閉じる方法の一例を説明する図、図7は、図6のX3−X3線断面矢視図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining an example of a method for closing the tip of the insulating protective film, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line X3-X3 in FIG.
絶縁保護フィルム41は、図5A〜図5Cに示すように、捲回された状態では、電池缶11の底部に配置される捲回電極群31の曲面部31aの位置よりも更に下方まで突出端部42が突出して筒状に開口している。突出端部42は、図6及び図7に示すように、熱溶着により封止され、互いに合わせて閉じた状態とされ、捲回電極群31の曲面部31aを覆い、捲回電極群を内包する袋状とされる。絶縁保護フィルム41の熱溶着部(封止部)43は、図示していない熱溶着機によって挟みこみ加熱することによって形成され、突出端部42の長さ方向に亘って溶着されている。
As shown in FIGS. 5A to 5C, the insulating
尚、絶縁保護フィルム41の突出端部42を封止する方法の一例として熱溶着について説明したが、封止する方法は、熱溶着に限定されるものではない。例えば、図8及び図9に示すように、突出端部42が筒状に開口した状態から突出端部42の互いに対向する部分を合わせて閉じた状態とし、先端から巻くように折り畳んだ折り畳み部(封止部)44により封止してもよい。また、熱溶着してから折り曲げて封止してもよく、例えばテープなどを用いて封止してもよい。また、本実施の形態では、突出端部42の長さ方向に亘って熱溶着する場合を例に説明したが、突出端部42の一部を部分的に熱溶着してもよい。
In addition, although heat welding was demonstrated as an example of the method of sealing the
しかし、いずれの方法によって突出端部42を封止しても、封止された突出端部42は捲回電極群31の幅広面に重ならないように、捲回電極群31の曲面部31aと電池缶11との間に位置する必要がある。これにより、捲回電極群31と絶縁保護フィルム41との合計厚さDtを所定の寸法にすることが可能となる。
However, even if the projecting
上記した角形二次電池1の構成では、捲回電極群31と絶縁保護フィルム41との合計厚さDtが設定厚さになるように、絶縁保護フィルム41の巻付長さを調整して周数を変化させているが、例えば、負極電極32の材料として、充電により膨張する膨張率が高い材料を用いた場合に、充電後の電池厚みを考慮して、電池缶11と捲回電極群31との空隙が所定の寸法になるように、絶縁保護フィルム41の周数を変化させることもできる。
In the configuration of the prismatic
図10Aは、図5Bに示した捲回電極群と絶縁保護フィルムを電池缶内に配置した状態を示す断面図、図10Bは、図5Cで示した捲回電極群と絶縁保護フィルムに電池缶内に配置した状態を示す断面図である。 10A is a cross-sectional view showing a state where the wound electrode group and the insulating protective film shown in FIG. 5B are arranged in the battery can, and FIG. 10B shows the battery can on the wound electrode group and the insulating protective film shown in FIG. 5C. It is sectional drawing which shows the state arrange | positioned in the inside.
図10Aの角形二次電池1Aは、設計値よりも公差の範囲で薄い捲回電極群31Aを有しており、図10Bの角形二次電池1Bは、設計値よりも公差の範囲で厚い捲回電極群31Bを有している。
The square
図10Aの角形二次電池1Aと図10Bの角形二次電池1Bのいずれも、捲回電極群31の厚さに合わせ絶縁保護フィルム41の巻く周数を変化させており、捲回電極群31と絶縁保護フィルム41との合計厚さDtが設定厚さとなっているので、電池缶11と絶縁保護フィルム41との隙間の間隔Dcは一定である。
Both the rectangular
図11は、本実施の形態に係わる角形二次電池の他の構成例を説明する断面図である。図11では、捲回電極群31と絶縁保護フィルム41について、捲回電極群31が膨張する前の状態を実線で示し、膨張した状態を二点鎖線で示している。
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another configuration example of the prismatic secondary battery according to this embodiment. In FIG. 11, regarding the
角形二次電池1は、絶縁保護フィルム41と電池缶11との間に空間部Sを設けている。図10A、図10Bに示す角形二次電池1の隙間は、絶縁保護フィルム41が巻き付けられた捲回電極群31を電池缶11に挿入するのを容易にする程度の狭いものであるのに対して、図11に示す角形二次電池1の空隙部Sは、充電による捲回電極群31の膨れを予め考慮した比較的広い間隔を有している。したがって、充電により捲回電極群31が膨張した場合に、図11に二点鎖線で示すように、空隙部S内で膨張して、電池缶11を膨張変形させる量を少なくすることができる。したがって、充電後の電池の厚みバラつきを小さくすることができる。
The prismatic
次に、上記構成を有する角形二次電池1の製造方法について説明する。
まず、正極電極34と負極電極32を、間にセパレータ33、35を介在させて重ねあわせ、扁平状に捲回することにより、発電要素3である捲回電極群31を作製する。次に、電池蓋21に絶縁部材を介して正極端子51と負極端子61を取り付けて蓋組立体4を作製する。そして、蓋組立体4の正極端子51と負極端子61に、捲回電極群31の正極未塗工部34bと負極未塗工部32bを超音波接合して導通接続し、発電要素組立体5を作製する。
Next, a method for manufacturing the prismatic
First, the
それから、絶縁保護フィルム41を発電要素組立体5の捲回電極群31に巻き付けて接続端子53、63ごと覆う。絶縁保護フィルム41は、捲回電極群31の外周に少なくとも一周以上巻き付けられており、その巻付長さを調整して捲回電極群31と絶縁保護フィルム41との合計厚さDtを設定厚さに調整する。そして、解けないように、絶縁保護フィルム41の端部を粘着テープで留める。それから、絶縁保護フィルム41の突出端部42を、熱溶着して封止し、捲回電極群31を内包した袋状とする(図6及び図7を参照)。そして、絶縁保護フィルム41が外周に捲回された状態の捲回電極群31を電池缶11の開口部11aから挿入して、電池蓋21と電池缶11をレーザ溶接により溶接する。そして、電池蓋21の注液口72から電池容器2内に電解液を注入して、注液栓73によって注液口72を閉塞する。
Then, the insulating
電解液は、例えば、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とジエチルカーボネート(DEC)の体積比1:1:1の混合溶液中にLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1mol/Lとなるように溶解したものを用いる。 The electrolyte is, for example, 1 mol / L of LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) in a mixed solution of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 1: 1: 1. What was melt | dissolved so that it might become.
尚、電解質は、LiPF6を使用した例を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiB(C6H5)4、CH3SO3Li、CF3SOLiなどやこれらの混合物を用いることができる。また、本実施形態では、非水電解液の溶媒にECとDMCとの混合溶媒を用いた例を示したが、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ―ブチルラクトン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、プロピオニトリルなど少なくとも1種以上の混合溶媒を用いるようにしてもよく、また混合配合比についても限定されるものではない。
Incidentally, the electrolyte, an example of using LiPF 6, is not limited thereto, for example, LiClO 4, LiAsF 6, LiBF 4, LiB (C 6 H 5) 4,
そして、外部端子52、62を介して捲回電極群31から外部負荷に電力が供給され、あるいは、外部端子52、62を介して外部発電電力が捲回電極群31に充電される。
Then, electric power is supplied from the
フィルムやシートを連続して覆う技術、および熱溶着により封止する技術は、電池以外でも一般的に広く使われているので、自動化が比較的容易にでき、設備の導入コストを抑えることもできる。さらに、従来のように、絶縁保護シートを複雑に折り曲げる必要がないため、絶縁保護フィルム41のコストも抑制することができる。
The technology for continuously covering films and sheets and the technology for sealing by thermal welding are widely used in addition to batteries, so automation is relatively easy and the cost of equipment installation can be reduced. . Furthermore, since it is not necessary to bend the insulating protective sheet in a complicated manner as in the prior art, the cost of the insulating
図12は、本実施の形態に係わる角形二次電池を複数用いたモジュールの構成を説明する図であり、図12(a)は斜視図、図12(b)は、図12(a)の(b)方向矢視図である。 12A and 12B are diagrams for explaining a configuration of a module using a plurality of prismatic secondary batteries according to the present embodiment. FIG. 12A is a perspective view, and FIG. 12B is a diagram of FIG. (B) It is a direction arrow directional view.
モジュール(組電池)81は、上記した角形二次電池1を捲回電極群31の厚さ方向に複数個並べて組み立てた構成を有する。図12に示す例では、図中左側から右側に向かって#1〜#6の6個の角形二次電池1を、正極端子51と負極端子61の位置が交互に入れ替わるように並べて組み立てている。互いに隣り合う角形二次電池1の間には、スペーサ102が設けられており、これら複数の角形二次電池1が固縛された状態で互いの離間距離を一定に保つとともに冷却媒体を通過させるための冷却通路が形成されている。そして、互いに隣り合う角形二次電池1の正極端子51、51の間、及び、負極端子61、61の間は、バスバー82によって電気的に接続されている。
The module (assembled battery) 81 has a configuration in which a plurality of the rectangular
モジュール81では、各角形二次電池1は、図示していない固縛手段による外部からの圧力によって、厚さが所定の寸法になる。そして、各角形二次電池1は、それぞれ捲回電極群31の厚さに応じて絶縁保護フィルム41の巻き周数が変更されている。
In the
本実施の形態では、#1、#3〜#6の角形二次電池1が設計値よりも公差の範囲で薄い捲回電極群31Aを有しており、#2の角形二次電池1のみが設計値よりも交差の範囲で厚い捲回電極群31Bを有している。
In the present embodiment, the square
#1〜#6の角形二次電池1は、それぞれ絶縁保護フィルム41を捲回電極群31に巻き付ける巻付長さを調整することにより、捲回電極群31と絶縁保護フィルム41との合計厚さDtをすべて同一の設定厚さに調整している。したがって、#1、#3〜#6の角形二次電池1と、#2の角形二次電池1との間で、電池缶11の膨張のばらつきが大きくなるのを防ぎ、#1〜#6のすべての角形二次電池1の間における電池缶11の膨張のばらつきを低減して膨張を均一化することができる。
In the square
したがって、#1〜#6の角形二次電池1は、捲回電極群31と電池缶11との間の面圧が常に所定の値となり、捲回電極群31内における正極電極34の正極金属箔と負極電極32の負極金属箔との極間距離を常に所定の寸法にすることができる。したがって、#1〜#6の角形二次電池1の特性のバラつきを小さくすることができる。
Therefore, in the square
なお、本発明の構成は、上述の実施の形態の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、発電要素3は、捲回電極群31を有している場合を例に説明したが、捲回電極群31の代わりに、平板状の正極電極と負極電極との間にセパレータを介して積層した平面形状の電極群を用いてもよい。
The configuration of the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the case where the
<第2実施の形態>
図13は、第2実施の形態に係わる角形二次電池の分解斜視図である。なお、第1実施の形態と同様の構成要素には、同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。
<Second Embodiment>
FIG. 13 is an exploded perspective view of the prismatic secondary battery according to the second embodiment. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施の形態において特徴的なことは、負極電極の捲き終わり端部よりも延出して負極電極の外周に巻き付けられるセパレータ33の巻付長さを調整することにより、捲回電極群311の厚さを予め設定された設定厚さに調整した構成としたことである。
What is characteristic in the present embodiment is that the thickness of the
角形二次電池101は、図13に示すように、電池容器2内に発電要素3を収容した構成を有している。発電要素3は、正極電極34と負極電極32との間にセパレータ33、35を介在させて重ね合わせた状態で扁平状に捲回した捲回電極群311を有している。
As shown in FIG. 13, the rectangular
捲回電極群311は、その周りが絶縁保護フィルム411に覆われた状態で電池缶11に収容されている。絶縁保護フィルム411は、シート状のフィルムを袋状に折り曲げることによって構成されており、発電要素組立体5の捲回電極群311に被せて電池缶11に挿入することにより、捲回電極群311および接続端子53、63と、電池缶11との間に介在される。
The
図14および図15は、図13に示した構成を有する角形二次電池の断面図である。尚、図14および図15では、説明の便宜上、捲回電極群311を構成する正極電極34と負極電極32、および正極電極34と負極電極32との間に介在されているセパレータ33、35は図示せず、負極電極32の捲き終わり端部までの捲回電極群311の断面外形と、捲回電極群311の最外周の負極電極32よりも外周に巻き付けられるセパレータ33のみを図示する。
14 and 15 are cross-sectional views of the prismatic secondary battery having the configuration shown in FIG. 14 and 15, for convenience of explanation, the
図14(b)および図15(b)に示すように、捲回電極群311の負極電極32の捲き終わり端部までの厚さをD3、D4、捲回電極群311の厚さをDb、捲回電極群311と絶縁保護フィルム411との合計厚さをDt、電池缶11と絶縁保護フィルム411との間に形成される隙間の間隔をDcとする。
As shown in FIG. 14B and FIG. 15B, the thickness of the
捲回電極群311は、第1実施の形態の捲回電極群31と同様に、セパレータ33、負極電極32、セパレータ35、正極電極34の順に重ねて扁平状に捲回することによって構成されている。また、捲回電極群311は、捲回電極群311と電池缶11との隙間が常に所定の寸法となるように、負極電極32の捲き終わり端部よりも延出して最外周の負極電極32の外側に少なくとも1周以上巻き付けられるセパレータ33の巻き数を変化させている。
The
具体的には、捲回電極群311の負極電極32の捲き終わり端部までの厚さD3、D4を計測し、電池缶11と絶縁保護フィルム411との間に形成される隙間の間隔Dcが所定の寸法となるように、負極電極32の捲き終わり端部よりも延出するセパレータ33の巻付長さを調整して捲回電極群311の厚さDbを設定厚さに調整している。
Specifically, the thicknesses D3 and D4 of the
例えば、図14に示す例では、捲回電極群311の厚さDに基づいて、最外周の負極電極32の外側に巻き付けられるセパレータ33の巻付長さを、必須の1周分から、さらに1周分だけ追加して、合計で2周分として巻き付けている。
For example, in the example shown in FIG. 14, based on the thickness D of the
そして、図15(b)に示す例では、捲回電極群311の厚さD4が設計公差内で下限であったので、最外周の負極電極32の外側に巻き付けられるセパレータ33の巻付長さを、必須の1周分から、さらに2周分だけ追加して、合計で3周分として巻き付けている。
In the example shown in FIG. 15B, since the thickness D4 of the
これにより、図14および図15に示す各角形二次電池101は、隙間の間隔Dcを互いに一定の大きさにすることができる。したがって、捲回電極群311と絶縁保護フィルム411との合計厚さDtが電池缶11の内側寸法(厚さ方向)との関係での所定の設定厚さになり、電池缶の膨張のバラつきを低減することができる。
Thereby, each square
なお、本第2実施の形態では、セパレータ33の長さを調整して、捲回電極群311と絶縁保護フィルム411との合計厚さDtを所定の設定厚さとしているが、これに限定されるわけではなく、例えばセパレータ35の長さを調整しても支障が無く、さらにセパレータ33とセパレータ35の両方の長さを調整しても支障が無い。
In the second embodiment, the length of the
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. Further, a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment. Furthermore, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
1 リチウムイオン二次電池
2 電池容器
3 発電要素
4 蓋組立体
5 発電要素組立体
11 電池缶
21 電池蓋
31 捲回電極群
41 絶縁保護フィルム
42 突出端部
43 熱溶着部
44 折り畳み部
51 正極端子(電極端子)
52、62 外部端子
53、63 接続端子
54、64 集電端子
61 負極端子(電極端子)
DESCRIPTION OF
52, 62
Claims (6)
前記発電要素には、該発電要素の外周に絶縁保護フィルムが一周以上巻き付けられており、
前記絶縁保護フィルムは、前記発電要素に巻き付ける巻付長さの調整により、前記発電要素と前記絶縁保護フィルムとの合計厚さが予め設定された設定厚さに調整されていることを特徴とする角形二次電池。 A prismatic secondary battery in which a flat power generation element is housed in a prismatic battery can,
In the power generation element, an insulating protective film is wound around the outer periphery of the power generation element at least once,
The insulating protective film is characterized in that a total thickness of the power generating element and the insulating protective film is adjusted to a preset thickness by adjusting a winding length wound around the power generating element. Square secondary battery.
前記絶縁保護フィルムは、前記捲回電極群の幅広面と平行な方向でかつ捲回軸方向に直交する方向を巻付中心として巻き付けられており、前記発電要素よりも突出した前記絶縁保護フィルムの幅方向一方側の突出端部を閉じることにより袋状に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の角形二次電池。 The power generation element has a wound electrode group wound with a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode,
The insulating protective film is wound around a direction parallel to the wide surface of the wound electrode group and perpendicular to the winding axis direction, and the insulating protective film protrudes from the power generation element. The prismatic secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the prismatic secondary battery is formed in a bag shape by closing a protruding end portion on one side in the width direction.
該封止部は、前記捲回電極群の湾曲部と、前記電池缶との間に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の角形二次電池。 The insulating protective film has a sealing part in which the protruding end part is sealed by at least one of heat welding and folding,
The prismatic secondary battery according to claim 3, wherein the sealing portion is disposed between the curved portion of the wound electrode group and the battery can.
前記発電要素は、正極電極と負極電極との間にセパレータを介在させて捲回された捲回電極群を有しており、前記負極電極の捲き終わり端部よりも延出して前記負極電極の外周に巻き付けられる前記セパレータの長さの調整により、前記捲回電極群の厚さが予め設定された設定厚さに調整されていることを特徴とする角形二次電池。 A prismatic secondary battery in which a flat power generation element is housed in a prismatic battery can,
The power generating element has a wound electrode group wound with a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode, and extends from a winding end end of the negative electrode, A prismatic secondary battery, wherein a thickness of the wound electrode group is adjusted to a preset thickness by adjusting a length of the separator wound around an outer periphery.
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