JP2013178997A - Secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池に関する。 The present invention relates to a secondary battery.
近年、電池は、携帯電話、ノートパソコン、PDA等の移動情報端末の電源のみならず、ロボット、電気自動車、バックアップ電源などに使用されるようになってきており、さらなる高容量化が要求されるようになってきている。このような要求に対し、リチウムイオン電池は、高いエネルギー密度を有し、高容量であるので、上記のような駆動電源として広く利用されている。 In recent years, batteries have been used not only for power sources of mobile information terminals such as mobile phones, notebook personal computers, and PDAs, but also for robots, electric vehicles, backup power sources, etc., and further increase in capacity is required. It has become like this. In response to such demands, lithium ion batteries have a high energy density and high capacity, and are therefore widely used as drive power sources as described above.
このようなリチウムイオン電池の電池形態としては、大別して、渦巻状の電極体を外装体に封入した渦巻式のものと、方形状電極を複数積層した積層電極体を外装缶またはラミネートフィルムを溶着することにより作製したラミネート外装体に封入した積層式のもの(積層タイプの角型リチウムイオン電池)とがある。 Battery types of such lithium ion batteries can be broadly divided into a spiral type in which a spiral electrode body is enclosed in an exterior body, and a laminated electrode body in which a plurality of rectangular electrodes are laminated, and an exterior can or laminate film is welded. And a laminated type (laminated type prismatic lithium ion battery) encapsulated in a laminated outer package produced by doing so.
これらリチウムイオン電池のうち、積層式電池の積層電極体の具体的な構成は、正極リードを延出させたシート状の正極板と、負極リードを延出させたシート状の負極板とを、セパレータを介して必要な数だけ積層するような構成である。 Among these lithium ion batteries, the specific structure of the laminated electrode body of the laminated battery is a sheet-like positive electrode plate with a positive electrode lead extended and a sheet-like negative electrode plate with a negative electrode lead extended, The configuration is such that a required number of layers are stacked via a separator.
上記リチウムイオン電池においては、正負極リードは通例、厚さ十数μmと薄い金属箔よりなるものとなっている一方、正負極板は比較的に安定的に固定された状態で積層電極体を構成している。このため、充放電に伴い電極が膨張したり厚みが増大したり、あるいは完成後の電池に落下等による外力が加わったりすることにより、正負極リードに集中的にストレスがかかってクラック、破れ等の破損が生じたり、正負極リードの接合部が剥離したり、さらには、正負極リードの破損部や剥離部がセパレータを突き破って短絡を生じたりすることもあるといった問題がある。 In the lithium ion battery, the positive and negative electrode leads are usually made of a thin metal foil with a thickness of several tens of μm, while the positive and negative electrode plates are fixed in a relatively stable manner. It is composed. For this reason, the electrode expands or increases in thickness with charge / discharge, or an external force is applied to the completed battery due to dropping, etc., causing stress to be concentrated on the positive and negative electrode leads, causing cracks, tearing, etc. There is a problem in that the damage of the positive and negative electrode leads may be peeled off, or the damaged or peeled part of the positive and negative electrode leads may break through the separator to cause a short circuit.
このような問題に対し、例えば特許文献1および特許文献2に開示されているように、正負極リードの中間部に撓みあるいはたるみを付与することにより、電極の膨張ないし厚みの増大によるストレスを軽減する構成が提案されている。
To solve such a problem, for example, as disclosed in
しかしながら、リチウムイオン電池の電極体は、上述の積層式電池だけでなく渦巻式電池の場合も、正極と負極とがセパレータを介して対向配置され、正極および負極からそれぞれ正極リードおよび負極リードが延出する構成となっているのが通例である。この構成においては、正負極リードが延出する基端部(根元部)すなわちセパレータに挟まれる位置に特にストレスがかかりやすい。とりわけ、積層式電池においては、積層された多数枚の正負極リードを積層方向における一方側に集束させて折り畳むように整形し、これにより集電部の占有スペースをなるべく節減することもなされているが、この場合、集束部から離れた位置にある正負極リードほど、基端部(根元部)が大きく折り曲げられることとなってそれだけ大きなストレスがかかることとなる。(なお本明細書において、「集電部」とは、基本的に、正負極リード、正負極集電端子等の集電用部材およびその周辺のスペースを含む広汎な概念であるが、特に狭義に用いた場合には、正負極リードが折り曲げられた部分や正負極リードと正負極集電端子との接合部分等を含意する。) However, in an electrode body of a lithium ion battery, not only the above-described stacked battery but also a spiral battery, a positive electrode and a negative electrode are arranged to face each other via a separator, and a positive electrode lead and a negative electrode lead extend from the positive electrode and the negative electrode, respectively. It is customary to have a configuration that can be used. In this configuration, stress is particularly easily applied to the base end portion (root portion) where the positive and negative electrode leads extend, that is, the position between the separators. In particular, in a stacked battery, a large number of stacked positive and negative electrode leads are shaped so as to be focused and folded on one side in the stacking direction, thereby reducing the space occupied by the current collector as much as possible. In this case, however, the positive and negative electrode leads located farther from the converging part are bent more greatly at the base end part (root part), so that a greater stress is applied. (In this specification, the term “current collector” is basically a broad concept including current collecting members such as positive and negative electrode leads, positive and negative current collector terminals, and spaces around the current collecting member. In this case, it implies a part where the positive and negative electrode leads are bent, a joint part between the positive and negative electrode leads and the positive and negative current collecting terminals, etc.)
これに対し、上述の特許文献1および特許文献2では、正負極リードの中間部において撓みやたるみによりストレスを吸収し、これにより基端部(根元部)にかかるストレスも軽減する構成となっている。しかしながら、この構成によっては、特に上述のような基端部(根元部)における折り曲げによるストレスを十分に軽減することができない。
On the other hand, in
また、正負極リードは前述の通り薄い金属箔よりなるため、これを折り曲げたり束ねたり接合したりして集電部を形成する際に、正負極リードの位置が安定し難く、集電部の形成作業が行い難いという問題もある。特に、特許文献1および特許文献2に開示されているように正負極リードの中間部に撓みやたるみを形成した場合には、正負極リードがさらに曲げ方向に変形しやすくなり、また原状に復そうとする性質によって延出方向に伸び出すように変形しやすいことともなって、その位置がさらに不安定となりやすい。また、撓みやたるみは、予め形成しておかなくても、正負極リードの長さに余裕を持たせることによっても形成することができるが、これによれば、集電部を形成する際に、正負極リードを撓みやたるみが形成されるような体勢に保持しながら所定位置に接合する必要があり、そのぶん作業が煩瑣となる。これらのことから、特許文献1および特許文献2に開示の構成では、正負極リードを束ねたり接合したりする作業がより行い難くなる。
In addition, since the positive and negative electrode leads are made of a thin metal foil as described above, the position of the positive and negative electrode leads is difficult to stabilize when the current collector is formed by bending, bundling, or joining them. There is also a problem that it is difficult to perform the forming operation. In particular, as disclosed in
上記の点に鑑み、本発明は、正負極リードにかかるストレスを効果的に軽減することができるとともに、集電部を容易に形成することが可能な二次電池を提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a secondary battery that can effectively reduce stress applied to positive and negative electrode leads and can easily form a current collector. .
上記目的を達成する為に、本発明に係る二次電池は、
正極リードを有する正極と、負極リードを有する負極とが、セパレータを介して対向配置されて構成された電極体を備える二次電池であって、
前記正極リードおよび前記負極リードの少なくとも一方が、前記セパレータと対向する領域に屈曲部を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the secondary battery according to the present invention is:
A secondary battery comprising an electrode body configured such that a positive electrode having a positive electrode lead and a negative electrode having a negative electrode lead are arranged to face each other via a separator,
At least one of the positive electrode lead and the negative electrode lead has a bent portion in a region facing the separator.
本発明において、正極リードないし負極リードにおける「屈曲部」とは、実質的に一直線に沿って延びる形状とならないように形成された部分(正極リードないし負極リードがシート状の場合は、実質的に一平面に沿って延びる形状とならないように形成された部分)を意味し、例えば角状に折れ曲がったものだけでなく、丸く湾曲した形状のもの等の任意の屈曲形状を有する部分を含意する。 In the present invention, the “bent portion” in the positive electrode lead or the negative electrode lead is a portion formed so as not to extend substantially along a straight line (in the case where the positive electrode lead or the negative electrode lead is a sheet, This means a portion formed so as not to have a shape extending along one plane, and implies a portion having an arbitrary bent shape such as not only a bent shape but also a curved shape.
上記本発明の構成によれば、正負極リードにおいてセパレータと対向する領域に屈曲部が形成されているので、正負極リードにかかるストレスが屈曲部に吸収され、これにより正負極リードの基端部(根元部)において効果的にストレスが軽減されることとなる。特に、正負極リードが基端部(根元部)で折り曲げられたときにかかるストレスが、この基端部(根元部)に形成された屈曲部に吸収されるので、ストレスの軽減効果が大きい。一方、充放電に伴う電極の膨張ないし厚みの増大や電池の落下等があったときに正負極リードにかかるストレスの場合にも、屈曲部に吸収されて軽減されることとなる。 According to the configuration of the present invention, since the bent portion is formed in the region facing the separator in the positive and negative electrode leads, the stress applied to the positive and negative electrode leads is absorbed by the bent portion, whereby the base end portion of the positive and negative electrode leads The stress is effectively reduced at the (root part). In particular, the stress applied when the positive and negative electrode leads are bent at the base end portion (base portion) is absorbed by the bent portion formed at the base end portion (base portion), so that the effect of reducing the stress is great. On the other hand, even when stress is applied to the positive and negative electrode leads when the electrode expands or thickens due to charge / discharge, or the battery drops, etc., the stress is absorbed by the bent portion and reduced.
また、一般に、正負極活物質層が形成された正負極の厚さよりも、正負極リードの厚さのほうが大幅に小さいため、正負極リードが屈曲部を有しておらず実質的に直線状に延びている場合には、セパレータと対向する領域においてセパレータとの間にある程度の間隔をおいた体勢、即ち浮いたような体勢となる。これに対し、上記本発明の構成によれば、正負極リードにおいてセパレータと対向する領域に屈曲部が形成されているので、屈曲部がセパレータに接して支持されることとなる。即ち、正負極リードが、セパレータとの間の間隔を屈曲部により充填したような体勢で保持されることとなる。これにより、正負極リードが、セパレータと対向する領域において、浮いたような体勢とならずにセパレータに支持された体勢で安定して保持されるようになる。換言すれば、前述のように正負極リードの中間部に撓みやたるみを形成すると正負極リードがより不安定となるのに対し、本発明の構成におけるように正負極リードにおいてセパレータと対向する領域に屈曲部を形成することにより、正負極リードがより安定となる。以上のことから、本発明の構成によれば、正負極リードの位置がより安定となって集電部が形成しやすくなる。 In general, since the thickness of the positive and negative electrode leads is significantly smaller than the thickness of the positive and negative electrodes on which the positive and negative electrode active material layers are formed, the positive and negative electrode leads do not have a bent portion and are substantially linear. In the region facing the separator, the posture is a certain posture with a certain distance between the separator and the floating posture. On the other hand, according to the configuration of the present invention, since the bent portion is formed in the region facing the separator in the positive and negative electrode leads, the bent portion is supported in contact with the separator. That is, the positive and negative electrode leads are held in such a posture that the space between the positive and negative electrodes is filled with the bent portion. As a result, the positive and negative electrode leads are stably held by the posture supported by the separator without being in a floating posture in the region facing the separator. In other words, the positive and negative electrode leads become more unstable when the middle part of the positive and negative electrode leads is bent as described above, whereas the area facing the separator in the positive and negative electrode leads as in the configuration of the present invention. By forming the bent portion in the positive and negative electrode leads, the positive and negative electrode leads become more stable. From the above, according to the configuration of the present invention, the positions of the positive and negative electrode leads are more stable, and the current collector is easily formed.
前記電極体から複数枚の正極リードおよび複数枚の負極リードが突出している構成となっていてもよい。 A plurality of positive electrode leads and a plurality of negative electrode leads may protrude from the electrode body.
積層電極体を備える積層式電池の場合だけでなく、渦巻状の電極体を備える渦巻式(巻回式)電池の場合にも、電極体から複数枚の正極リードおよび複数枚の負極リードが突出している構成とすることが可能である。この場合、これら複数枚の正負極リードが束ねられて正負極集電端子に接合される構成となる。このため、この後にも述べるとおり、この接合にともなって大きなストレスがかかることとなる。したがって、正負極リードにおいてセパレータと対向する領域に形成された屈曲部によりストレスが軽減される本発明の効果がいっそう発揮されることとなる。また、正負極リードの枚数が多くなるほど、正負極リードを折り曲げたり束ねたりする作業が煩瑣となるので、セパレータと対向する領域に屈曲部を形成することにより正負極リードが安定して保持されるようにした本発明の効果がいっそう発揮されることとなる。 In the case of not only a laminated battery having a laminated electrode body but also a spiral (winding) battery having a spiral electrode body, a plurality of positive leads and a plurality of negative leads protrude from the electrode body. It is possible to have a configuration. In this case, the plurality of positive and negative electrode leads are bundled and joined to the positive and negative current collecting terminals. For this reason, as will be described later, a great stress is applied along with this joining. Therefore, the effect of the present invention in which the stress is reduced by the bent portion formed in the region facing the separator in the positive and negative electrode leads is further exhibited. In addition, as the number of positive and negative electrode leads increases, the work of bending and bundling the positive and negative electrode leads becomes more complicated. Therefore, the positive and negative electrode leads are stably held by forming a bent portion in a region facing the separator. The effect of the present invention as described above will be further exhibited.
前記電極体が、正極リードを有する正極板と、負極リードを有する負極板とを、セパレータを介してそれぞれ複数枚交互に積層して構成された積層電極体であることが望ましい。 It is desirable that the electrode body is a laminated electrode body formed by alternately laminating a plurality of positive electrode plates having positive electrode leads and negative electrode plates having negative electrode leads with separators interposed therebetween.
積層電極体を備える積層式電池の場合には、正負極板とともに正負極リードが複数枚積層され、これら複数枚の正負極リードが束ねられて正負極集電端子に接合される構成となる。このため、特に、積層枚数が多くなる場合に、正負極リードが積層方向における端部寄りに位置するものとなるほど、基端部(根元部)で大きく折り曲げられて大きなストレスがかかることとなる。例えば、複数枚の正負極リードを正負極集電端子に溶接により接合する場合には、溶接棒やホーンで押圧することにより大きな引張ストレスがかかることとなる。さらに、例えば超音波溶接を用いた場合には、超音波振動によって正負極板の正負極活物質が脱落するという問題もある。したがって、積層式電池の場合には、正負極リードにおいてセパレータと対向する領域に形成された屈曲部によりストレスが軽減される本発明の効果がいっそう発揮されることとなり、超音波振動も屈曲部により減衰されて正負極活物質の脱落が防止されることとなるため本発明の構成が有利となる。また、積層枚数が多くなるほど、正負極リードを折り曲げたり束ねたりする作業が煩瑣となるので、セパレータと対向する領域に屈曲部を形成することにより正負極リードが安定して保持されるようにした本発明の効果がいっそう発揮されることとなる。 In the case of a laminated battery including a laminated electrode body, a plurality of positive and negative electrode leads are laminated together with a positive and negative electrode plate, and the plurality of positive and negative electrode leads are bundled and joined to a positive and negative electrode current collecting terminal. For this reason, in particular, when the number of stacked layers increases, the more the positive and negative electrode leads are located closer to the end in the stacking direction, the more the base end portion (root portion) is bent and the greater the stress is applied. For example, when a plurality of positive and negative electrode leads are joined to the positive and negative electrode current collector terminals by welding, a large tensile stress is applied by pressing with a welding rod or a horn. Furthermore, for example, when ultrasonic welding is used, there is also a problem that the positive and negative electrode active materials of the positive and negative electrode plates drop off due to ultrasonic vibration. Therefore, in the case of the stacked battery, the effect of the present invention in which the stress is reduced by the bent portion formed in the region facing the separator in the positive and negative electrode leads is further exhibited, and the ultrasonic vibration is also caused by the bent portion. The structure of the present invention is advantageous because the positive and negative electrode active materials are prevented from falling off by being attenuated. In addition, as the number of stacked layers increases, the work of bending and bundling the positive and negative electrode leads becomes more cumbersome. Therefore, the positive and negative electrode leads are stably held by forming a bent portion in a region facing the separator. The effect of the present invention will be further exhibited.
前記正極リードが、前記積層電極体の積層方向における一方の最外面側に集束され、前記負極リードが、前記積層電極体の積層方向における一方の最外面側に集束されていることが望ましい。 It is desirable that the positive electrode lead is focused on one outermost surface side in the stacking direction of the stacked electrode body, and the negative electrode lead is focused on one outermost surface side in the stacking direction of the stacked electrode body.
積層式電池の場合、積層された複数枚の正負極リードを積層方向における中央部で集束するよりも、積層方向におけるいずれか一方の最外面側に集束する構造(以下、「一方集束構造」とも称す)とし、さらに好ましくはこの一方の最外面側の集束部分よりも先端の部分を積層方向における他方の最外面側に折り曲げて集電端子に接続する構造(以下、「折り曲げ構造」とも称す)とするほうが、体積ロスが少なく集電部をより省スペース化できるため望ましい。ところが、このように正負極リードを一方集束構造とする場合、集束する前には集束部分から遠い位置にあった正負極リードほど、即ち積層方向における他方の最外面側寄りに位置する正負極リードほど、集束により大きな引張ストレスがかかることとなってダメージを受けやすい。一方、正負極リードを折り曲げ構造とする場合、今度は逆に、集束する前には集束部分に近い位置にあった正負極リードほど、即ち集束部分がある方の最外面側寄りに位置する正負極リードほど、折り曲げにより大きな引張ストレスがかかることとなってダメージを受けやすい。また、この一方集束構造や折り曲げ構造の場合にも、複数枚の正負極リードを正負極集電端子に接合する際には、例えば溶接棒やホーンで押圧することにより引張ストレスがかかることとなる。さらにまた、一方集束構造や折り曲げ構造の場合には、正負極リードが集束や折り曲げにより変形することになるため、その位置がより不安定になりやすいという問題もある。 In the case of a stacked battery, a structure in which a plurality of stacked positive and negative electrode leads are focused on one of the outermost surfaces in the stacking direction (hereinafter referred to as “one focusing structure”) rather than focusing at the center in the stacking direction. More preferably, the structure is such that the tip portion of the one outermost surface side converging portion is bent to the other outermost surface side in the stacking direction and connected to the current collecting terminal (hereinafter also referred to as “bending structure”). It is more preferable to reduce the volume loss and to save more space in the current collector. However, in the case where the positive and negative electrode leads have one focusing structure as described above, the positive and negative electrode leads that are located farther from the converging portion before focusing, that is, the positive and negative electrode leads that are positioned closer to the other outermost surface in the stacking direction. As a result, a large tensile stress is applied due to focusing, and it is easily damaged. On the other hand, when the positive and negative electrode leads are bent, on the other hand, the positive and negative electrode leads that were closer to the converging part before focusing, that is, the positive and negative leads that are closer to the outermost surface side where the converging part is located. As the negative electrode lead is bent, a greater tensile stress is applied by bending, and the negative electrode lead is more susceptible to damage. Further, even in the case of the one-side focusing structure or the bending structure, when a plurality of positive and negative electrode leads are joined to the positive and negative current collecting terminals, a tensile stress is applied, for example, by pressing with a welding rod or a horn. . Furthermore, in the case of a converging structure or a bent structure, the positive and negative electrode leads are deformed by converging or bending, so that there is a problem that the position tends to become more unstable.
以上のことから、正負極リードを一方集束構造や折り曲げ構造とする場合には、本発明の効果、即ち正負極リードにおいてセパレータと対向する領域に形成された屈曲部によりストレスが軽減されるとともに、正負極リードが安定して保持される効果がいっそう発揮されることとなる。 From the above, when the positive and negative electrode leads have a one-side focusing structure or a bent structure, the effect of the present invention, that is, the stress is reduced by the bent portion formed in the region facing the separator in the positive and negative electrode leads, The effect that the positive and negative electrode leads are stably held will be further exhibited.
前記屈曲部が、側面視概略波形状を有するものとなっていることが望ましい。 It is desirable that the bent portion has a substantially wave shape in a side view.
屈曲部としては、側面視で実質的に一直線状に延びる形状でないものであれば、任意の形状が可能であり、例えば正負極リードがシート状の場合、局部的にこぶ状、錐状、直方体状等の形状をなして隆起するような形状等も可能である。しかしながら、このような形状では、ストレスの吸収性が十分には得難く、その形成にも手間を要するきらいがある。これに対し、正負極リードの延出途上に、側面視で一方側へ略「く」字形状をなして折れ曲がるように、あるいは丸く湾曲するように凹んだ屈曲形状部分を1箇所または2箇所以上形成することにより側面視概略波形状の屈曲部を構成するようにすると、正負極リードがバネ状となってストレスの吸収性が良好となり、また曲げ加工により容易に形成することができる。即ち、簡潔な構成により、効果的にストレスを吸収し得るとともに正負極リードを安定して保持し得る屈曲部とすることができる。 As the bent portion, any shape is possible as long as it is not a shape that extends substantially in a straight line when viewed from the side. For example, when the positive and negative electrode leads are in a sheet shape, the shape is locally a hump, a cone, and a rectangular parallelepiped. A shape or the like that rises in a shape such as a shape is also possible. However, in such a shape, it is difficult to obtain sufficient stress absorbability, and it may be difficult to form the stress. On the other hand, one or two or more bent portions that are bent so as to be bent in a substantially “<” shape on one side when viewed from the side or in a round shape while the positive and negative electrode leads are extended By forming a bent portion having a substantially wave shape when viewed from the side, the positive and negative electrode leads become spring-like, and the stress absorption is good, and can be easily formed by bending. That is, with a simple configuration, it is possible to provide a bent portion that can effectively absorb stress and can stably hold the positive and negative electrode leads.
本発明によれば、二次電池において、正負極リードにかかるストレスを効果的に軽減して破損や剥離を防止することができるとともに、正負極リードを安定的に保持して集電部を容易に形成することが可能となる。 According to the present invention, in the secondary battery, it is possible to effectively reduce the stress applied to the positive and negative electrode leads to prevent breakage and peeling, and to easily hold the positive and negative electrode leads and facilitate the current collecting part. Can be formed.
以下、本発明を図面を参照しながら更に詳細に説明するが、本発明は以下の最良の形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following best modes, and can be implemented with appropriate modifications without departing from the spirit of the present invention. It is a thing.
[第1実施形態]
〔正極の作製〕
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。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、加熱することにより溶剤を除去し、ローラーで厚み0.3mmにまで圧縮した後、図1(a)に示すように、幅L1=86mm、高さL2=86mm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L1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。
[First Embodiment]
[Production of positive electrode]
90% by mass of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 5% by mass of carbon black as a conductive agent, 5% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder, N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent ( NMP) solution was mixed to prepare a positive electrode slurry. This positive electrode slurry was applied to both surfaces of an aluminum foil (thickness: 15 μm) as a positive electrode current collector. Then, after removing the solvent by heating and compressing to a thickness of 0.3 mm with a roller, as shown in FIG. 1 (a), cut to have a width L1 = 86mm and a height L2 = 86mm. A
〔負極の作製〕
負極活物質としての黒鉛粉末を96質量%と、結着剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)およびスチレンブタジエンゴム(SBR)をそれぞれ2質量%と、溶剤としての純水とを混合して負極用スラリーを調製した。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、加熱することにより溶剤を除去し、ローラーで厚み0.3mmにまで圧縮した後、図2に示すように、幅L7=90mm、高さL8=90mm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。
(Production of negative electrode)
A slurry for negative electrode by mixing 96% by mass of graphite powder as a negative electrode active material, 2% by mass of carboxymethyl cellulose (CMC) and styrene butadiene rubber (SBR) as binders, and pure water as a solvent. Was prepared. This negative electrode slurry was applied to both surfaces of a copper foil (thickness: 10 μm) as a negative electrode current collector. Thereafter, the solvent is removed by heating, and after compressing to a thickness of 0.3 mm with a roller, as shown in FIG. 2, the sheet is cut to have a width L7 = 90 mm and a height L8 = 90 mm. A
〔屈曲部の形成〕
図1(a)に示すように、上記正極板1の正極リード11における基端部(根元部分)近傍に側面視略「く」字形状となるように折り曲げ加工を施し、後に詳細を記述する屈曲部11Bを形成しておくようにした。一方、図2に示すように、負極板2の負極リード12における基端部(根元部分)近傍にも同様に折り曲げ加工を施して屈曲部12Bを形成しておくようにした。
(Formation of bent part)
As shown in FIG. 1 (a), the
〔正極板が内部に配置された袋状セパレータの作製〕
図1(b)に示すように、幅L5=90mmおよび高さL6=94mmを有する2枚の方形状のポリプロピレン(PP)製のセパレータ3a(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の正極リード11が突出する辺以外の3辺を融着部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。
上記セパレータ3aは上述のように高さL6が94mmと、負極板2の高さL8=90mmよりも4mm大きく成形され、したがってそのぶん袋状セパレータ3から正極リード11が突出する方向にセパレータ3aが負極板2よりも大きく延出するようになっている。これにより、負極板2の位置ズレによる短絡がより生じ難いようになっている。
[Production of bag-shaped separator with positive electrode plate arranged inside]
After placing the
As described above, the
このとき、正極板1の正極リード11における屈曲部11Bより基端側の部分(根元側部分)の両面に、絶縁性の樹脂を塗工して、負極板2がセパレータ3aよりも外側にはみ出した場合等に正極リード11の基端部(根元部分)と接触して短絡することを防止する絶縁層(保護層)11Sを形成しておくようにした。
At this time, an insulating resin is applied to both surfaces of the base end portion (base side portion) of the
〔積層電極体の作製〕
上記正極板1が内部に配置された袋状セパレータ3を35枚、負極板2を36枚調製し、図3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、積層方向における両端部に負極板2が位置するようにし、さらにその両外側に、セパレータ3aと同寸法、同形状のポリプロピレン(PP)製の絶縁シート5をそれぞれ配置するようにした。ついで、図4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。
(Production of laminated electrode body)
Thirty-five bag-shaped
上記積層電極体10における正極板1の正極リード11および負極板2の負極リード12の延出部付近の状況は図5に模式的に示す通りとなっている。同図に示すように、正極リード11は、正極板1の厚さ方向中央から、即ち両面の正極活物質層1aの間から延出し、その基端部(根元部分)すなわち正極板1の正極活物質層1aに隣接する領域には、前記保護層11Sが形成されている。さらに、正極リード11における基端部(根元部分)近傍すなわち保護層11Sに隣接する領域には、前記屈曲部11Bが形成されている。屈曲部11Bは、一方側(図5では下方)へ側面視二等辺三角形状をなして凹むように、等間隔をおいた3点でそれぞれ鈍角に折り曲げることにより、側面視略「く」字形状となるように形成されている。屈曲部11Bの一方端から中央までの距離n11は0.75mmとなっている。屈曲部11Bの山高d1は0.13〜0.16mmで、正極板1の厚さt1=0.3mmのおよそ1/2程度となっており、換言すれば正極板1における片面の正極活物質層1aの厚さにほぼ等しい。即ち、d1≒0.5t1となっている。正極板1の正極活物質層1aの端部から屈曲部11Bの中央までの距離n12は6mmとなっている。屈曲部11Bの中央からセパレータ3a(袋状セパレータ3)の端縁までの距離n13は1mmとなっている。セパレータ3aの端縁から、正極リード11が後述するように集束された後の端部位置までの距離n14は0.45mmとなっている。また正極リード11は集束されるにともない一方側(図5では下方)へ曲げられて湾曲部11Rが形成されるが、この湾曲部11Rの径は0.6mmとなっている。
The situation in the vicinity of the extending portion of the
負極板2の負極リード12には、上記正極リード11における屈曲部11Bと揃う位置に、屈曲部12Bが形成されている。負極板2の負極リード12の延出部付近においては、負極板2の負極活物質層2aの端部から屈曲部12Bの中央までの距離n22が4mmとなっている点ならびに保護層が形成されていない点を除いて、各部の寸法(屈曲部12Bの一方端から中央までの距離n21、屈曲部12Bの山高d2、負極板2の厚さt2、屈曲部12Bの中央からセパレータ3aの端縁までの距離n23、セパレータ3aの端縁から集束後の端部位置までの距離n24および湾曲部12Rの径)ならびに形状はそれぞれ上記正極リード11の場合と同一となっている。
A
〔集電部の整形・接続〕
以下のa)〜e)の手順に従い、上記積層電極体10における正負極リード11、12の整形(集束、切断、折り曲げ等)および正負極集電端子15、16との接続を行った。なお、以下の記述、ならびに工程を摸式的に示す図6ないし図10においては、基本的に正極側(正極リード11および正極集電端子15)の場合を示すが、これと同時に負極側においても同様に行っており、得られる構成および機能(作用効果)も同様となっている。
[Shaping and connection of current collector]
According to the following procedures a) to e), the positive and negative electrode leads 11 and 12 in the
a)第1ステップ(正負極リードの集束および切断)
図6に示すように、積層電極体10をワーク押え41により矢印A11に示すように上下から挟圧するようにして保持しながら、積層された正極リード11を、矢印A12に示すように上方から集束ヘッド42でまとめて押し下げるようにして、積層電極体10の積層方向における一方側(図6では下側)に寄せるようにして集束した。ついで、この正極リード11の集束部B11から先端側へ延びる部位における余剰部を切断位置C11で切断して先端を揃えた。
a) First step (focusing and cutting of positive and negative electrode leads)
As shown in FIG. 6, the stacked
上記第1ステップにより、正極リード11が一方集束構造とされ、まずこれによって集電部が効果的に省スペース化される。このとき、集束する前に集束部B11から遠い位置(図6では上方)にあった正極リード11ほど、即ち積層方向における集束部B11と反対側(図6では上側)の最外面側寄りに位置する正極リード11ほど、集束ヘッド42で押し下げられることにより大きな引張ストレスがかかることとなるが、この引張ストレスが屈曲部11Bに吸収されて効果的に軽減されるようになっている。特にこのとき、正極リード11には引き下げられるように引張ストレスがかかるが、屈曲部11Bが下方に屈曲して突出するような形状となっているので、屈曲部11Bの中央部(図6では下端の谷底状部)がセパレータ3aに上方から当接する体勢、即ちセパレータ3aの上に載置された体勢で支持されるようになっており、したがって、屈曲部11Bに効率よく引張ストレスが伝わって吸収されやすくなっている。
According to the first step, the
また、上記第1ステップにおいては、集束作業のために積層電極体10を積層方向が上下方向に一致するような体勢に保持しておくと、正極リード11は重力により下方に垂れ下がろうとする。ところがこのとき、上述の通り屈曲部11Bがセパレータ3aの上に載置された体勢で支持されるようになっているので、正極リード11が、セパレータ3aと対向する領域において、浮いたような体勢とならずにセパレータ3aに支持された体勢で安定して保持されるようになっている。これにより、正極リード11の位置が安定して整形作業が行いやすくなっている。
In the first step, when the
b)第2ステップ(正負極集電端子の接続)
図7に示すように、正極リード11の集束部B11から先端側へ延びる部位に下方から正極集電端子15の正負極板1、2側4mmの部分を重ねるように配置し、この状態で上下から超音波ホーン43Tおよびアンビル43Bをセットして超音波溶接を行い、図11に示すように、正極リード11および負極リード12の先端部に、幅30mm、厚み0.4mmのアルミニウム板よりなる正極集電端子15ならびに幅30mm、厚み0.4mmの銅板よりなる負極集電端子16を接合した。
b) Second step (connection of positive and negative current collecting terminals)
As shown in FIG. 7, the positive and
なお、図7、図11およびその他の図面に示す参照符号31は、後述する外装体18を熱封止する際の密閉性を確保するために正負極集電端子15、16にそれぞれ幅方向に沿って帯状に固着するように成形された樹脂封止材(糊材)を指示する。
7, 11 and other drawings,
上記第2ステップにおいては、正極リード11と正極集電端子15とが超音波溶接により接合されることによって正極リード11に多少ともストレスがかかるものの、このとき、第1ステップですでに正極リード11が一方集束構造とされているので、正極リード11にそれほど大きなストレスがかかることはないとも考えられる。しかしながら、たとえストレスがかかったとしても、屈曲部11Bに吸収されて効果的に軽減されることとなる。また、超音波溶接による超音波振動が正極リード11から正極板1の正極活物質層1aに伝わると正極活物質が脱落することもあるが、この超音波振動も屈曲部11Bで減衰され、これにより正極活物質の脱落が効果的に防止されるようになっている。
In the second step, although the
c)第3ステップ(絶縁層の形成)
図8に示すように、正極リード11と正極集電端子15との接合部(以下、「正極集電接合部」とも称す)F11における一方側面である正極リード11側面(図8では上側面)に30mm×5mm×厚み35μmのポリイミド製の絶縁テープ44Nを付着して絶縁層(以下、「内側絶縁層44N」とも称す)を形成し、他方側面である正極集電端子15側面(図7では下側面)に30mm×12mm×厚み70μmのポリイミド製の絶縁テープ44Eを付着して絶縁層(以下、「外側絶縁層44E」とも称す)を形成した。
c) Third step (formation of insulating layer)
As shown in FIG. 8, the side surface of the
このとき、内側絶縁層44Nとなる絶縁テープ44Nは、正極リード11の集束部B11近傍から、先端より若干外側までを覆うように貼着し、外側絶縁層44Eとなる絶縁テープ44Eにおける正負極板1、2側(正極リード11の基端部側)は、積層電極体10の積層方向における一方側面(即ち図8では下側の絶縁シート5の下面)の先端縁部にやや重なるように貼着し、集電部引き出し側(正極リード11の先端側)は、正極集電端子15および樹脂封止材(糊材)31の端部に重なるように貼着した。これにより、正極集電接合部F11における一方側面である正極リード11側面(図8では上側面)の金属部分は内側絶縁層44Nとなる絶縁テープ44Nによりほぼ全面的に覆う。また、他方側面である正極集電端子15側面(図8では下側面)は積層電極体10の絶縁シート5と正極集電端子15の樹脂封止材(糊材)31との間を全面的に覆って金属部分が露出しないようにした。
At this time, the insulating
d)第4ステップ(正負極集電端子の折り曲げ)
図9に示すように、正極集電接合部F11を上下から押え具45T、45Bで押圧するように保持固定しながら、正極集電端子15において正極集電接合部F11よりも先端側に突出する部分、即ち正極集電端子15における正負極板1、2側端(積層電極体10側端)から8mmの位置よりも集電部引き出し側(先端側)へ延びる部分を、矢印A13に示すように側面視鉤形状(L形状)となるように外側(図9では下側)へ折り曲げた。
d) Fourth step (bending of positive and negative current collecting terminals)
As shown in FIG. 9, the positive electrode current collector joint portion F11 protrudes to the front end side from the positive electrode current collector joint portion F11 at the positive electrode
e)第5ステップ(正負極集電接合部の折り曲げおよび位置決め)
図10に示すように、正極集電接合部F11が積層電極体10の積層方向(図10では上下方向)に略平行となるように、正極集電接合部F11よりも正負極板1、2側部(正極リード11の基端部)で、矢印A14に示すように内側(図10では上側)へ折り曲げた。ついで、正極集電端子15と積層電極体10との間に架設するように、30mm×10mm×厚み35μmのポリイミド製の絶縁テープ(以下「係留テープ」とも称す)46を正極集電接合部F11の先端側方向(図10では上方)から付着し、これにより、正極リード11を所定の折り曲げ状態に保持して位置決めした。
e) Fifth step (bending and positioning of the positive and negative current collecting joints)
As shown in FIG. 10, the positive and
このとき、ある程度の厚さを有する金属板よりなる正極集電端子15が存在する正極集電接合部F11およびこれより先端側を、正極集電接合部F11と正負極板1、2との間(即ち集束部B11ないしその近傍)において積層状態の金属箔よりなる正極リード11のみが存在する位置で折り曲げるので、正極集電接合部F11およびこれより先端側を正極集電端子15ごと容易に折り曲げることができる。
At this time, the positive electrode current collector joint portion F11 where the positive electrode
またこのとき、係留テープ46における正負極板1、2側(正極リード11の基端部側)は、積層電極体10の積層方向における他方側面(即ち図10では上側の絶縁シート5の上面)の先端縁部にやや重なるように貼着し、集電部引き出し側(正極リード11の先端側)は、正極集電端子15および樹脂封止材(糊材)31の端部に重なるように貼着した。これにより、正極集電接合部F11の先端側部(図10では上部)において、積層電極体10の絶縁シート5と正極集電端子15の樹脂封止材(糊材)31との間を全面的に覆って金属部分が露出しないようにした。
At this time, the positive and
上記第5ステップにより、正極リード11が折り曲げ構造とされ、これにより、上述の第1ステップにおける一方集束構造とあわせて、集電部が効果的に省スペース化される。この折り曲げ構造においては、一方集束構造の場合とは逆に、集束する前には集束部B11に近い位置(図10では下方の位置)にあった正極リード11ほど、即ち集束部B11がある方(図10では下方)の最外面側寄りに位置する正極リード11ほど、折り曲げにより大きな引張ストレスがかかることとなるが、この引張ストレスも屈曲部11Bに吸収されて効果的に軽減されるようになっている。
According to the fifth step, the
また一方、上述のように正極リードを折り曲げ構造とした場合、本来的には、正極リードが折り曲げ部で拡開して原状に復そうとする性質により、電極体を外装体に収納する前の状態において延出方向に伸び出すように変形しやすい。このような変形が生じると、正極集電端子に配設された樹脂封止材(糊材)がラミネート外装体の熱溶着部から外れて短絡が生じるといった不具合が生じることともなる。また、折り曲げ構造の場合、ラミネート外装体を減圧封止する際に、折り曲げられた正極リードをおしひろげるようにしながらその間に外装体のラミネートフィルムが入り込んできて外装体に皺が形成され、これによりラミネートフィルムが損傷して短絡の原因となるという問題もある。これに対し、上述のように係留手段として係留テープ46が設けられているので、正極リード11が折り曲げ状態に保持されて位置決めされ、延出方向に伸び出す変形が効果的に抑止される。したがって、正極集電端子15の位置ずれによる短絡も効果的に抑止される。また、折り曲げられた正極リード11の間に後述の外装体18のラミネートフィルム17が入り込んできて外装体18に皺が形成されるという事態も効果的に抑止される。
On the other hand, when the positive electrode lead has a bent structure as described above, the positive electrode lead is originally expanded at the bent portion and tends to return to its original shape. It is easy to deform so as to extend in the extending direction in the state. When such a deformation occurs, there is a problem that the resin sealing material (glue material) disposed on the positive electrode current collector terminal is detached from the heat-welded portion of the laminate outer package and a short circuit occurs. Further, in the case of a folded structure, when the laminated outer package is sealed under reduced pressure, the laminated film of the outer package enters between the folded positive electrode leads while the folded positive electrode lead is spread, and a wrinkle is formed on the outer package. As a result, the laminate film is damaged, causing a short circuit. On the other hand, since the
〔外装体への封入〕
図12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にして、正極集電端子15および負極集電端子16がある辺を除く1辺を残し、熱融着した。
[Encapsulation in exterior body]
As shown in FIG. 12, the
〔電解液の封入、密封化〕
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た。最後に外装体18における熱溶着していない1辺を熱溶着して、図13に示す正極集電部を有する電池A1を作製した。
[Encapsulation and sealing of electrolyte]
LiPF 6 is 1M (moles) in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and methyl ethyl carbonate (MEC) are mixed at a volume ratio of 30:70 from one side where the
上記電池A1の構成によれば、上述の通り、電池の作製における集電部の整形・接続工程において、積層電極体10における正負極リード11、12にかかるストレスが屈曲部11B、12Bに吸収されて効果的に軽減されるとともに、正負極リード11、12が屈曲部11B、12Bにより安定して保持されて集電部の整形作業が行いやすくなっている。さらに加えて、完成後の電池の使用時においても、充放電に伴い電極が膨張したり厚みが増大したり、あるいは電池に落下等による外力が加わったりした場合等に正負極リード11、12にかかるストレスも、屈曲部11B、12Bに吸収されて効果的に軽減される。
According to the configuration of the battery A1, as described above, the stress applied to the positive and negative electrode leads 11 and 12 in the
[第2実施形態]
図14ないし図16は、本発明の別の実施形態に係る各種の二次電池の摸式部分断面図である。なお、図14ないし図16は、図13に対応する箇所を示す摸式部分断面図である。図14ないし図16から明らかなように、これら別の実施形態に係る各種の二次電池の部位および部材のうちの多くは、前記第1実施形態における部位および部材と基本的に同様となっている。このため、以下の記述および図14ないし図16において、前記第1実施形態の場合と同様の部位ないし部材には同一の符号を付し、その説明は必要な場合を除いて基本的に省略する。
[Second Embodiment]
14 to 16 are schematic partial cross-sectional views of various secondary batteries according to other embodiments of the present invention. 14 to 16 are schematic partial cross-sectional views showing portions corresponding to FIG. As is apparent from FIGS. 14 to 16, many of the parts and members of various secondary batteries according to these other embodiments are basically the same as the parts and members in the first embodiment. Yes. For this reason, in the following description and FIGS. 14 to 16, the same reference numerals are given to the same parts or members as those in the first embodiment, and the description thereof is basically omitted unless necessary. .
<電池A2の基本構成および効果>
図14に示す電池A2においては、正極リード51および負極リード52における基端部(根元部分)近傍にそれぞれ屈曲部51Bおよび52Bが形成されているが、この屈曲部51Bおよび52Bが、側面視概略波形状を有するものとなっている。屈曲部51Bおよび52Bは、それぞれ正極リード51および負極リード52において、一方側(図14では下方)へ側面視略弓形状をなすように湾曲しながら凹んで凹部(屈曲形状部分)を形成し、さらにこの凹部を3つ連続して形成することにより、全体として、側面視において厚さ方向(図14では上下方向)に蛇行しながら正極リード51および負極リード52の延出方向に沿って延びる概略波形状をなすように形成されている。
<Basic configuration and effect of battery A2>
In battery A2 shown in FIG. 14,
上記屈曲部51Bおよび52Bは、例えば、金型により上下からリードをプレス加工する方法により形成されている。
The
上記電池A2の構成によれば、正極リード51および負極リード52の屈曲部51Bおよび52Bが、側面視概略波形状を有するものとなっているので、スプリング状の弾性、特に伸張性がさらに向上する。また、正極リード51および負極リード52が、屈曲部51Bおよび52Bにおける複数個所(本実施形態では3箇所の谷底状部)でセパレータ3a上に載置された体勢で支持されるので、安定性がさらに向上する。即ち、簡潔な構成により、正極リード51および負極リード52にかかるストレスをより効果的に吸収することができるとともに、正極リード51および負極リード52をより安定して保持することができるようになっている。
According to the configuration of the battery A2, since the
<電池A3>
図15に示す電池A3は、上述の電池A2の場合と同様に、正極リード61および負極リード62における基端部(根元部分)近傍に、側面視概略波形状を有する屈曲部61Bおよび62Bが形成された構成となっているが、この屈曲部61Bおよび62Bは、それぞれ正極リード61および負極リード62において、一方側(図15では下方)へ側面視略弓形状をなすように湾曲しながら凹んだ後、今度は対称をなすように他方側(図15では上方)へ側面視略弓形状をなすように湾曲しながら凹んで、両者をあわせて概略S字形状に屈曲する屈曲形状部分を形成し、さらにこの屈曲形状部分を3つ連続して形成することにより、全体として、隣り合うセパレータ3aの間を、側面視において厚さ方向(図15では上下方向)に蛇行しながら正極リード61および負極リード62の延出方向に沿って延びる概略波形状をなすように形成されている。
<Battery A3>
In the battery A3 shown in FIG. 15,
上記電池A3の構成によれば、正極リード61および負極リード62が、屈曲部61Bおよび62Bにおける一方側(図15では下側)の複数個所(本実施形態では3箇所の谷底状部)で一方側(図15では下側)のセパレータ3aに接するだけでなく、他方側(図15では上側)の複数個所(本実施形態では3箇所の山状部)で他方側(図15では上側)のセパレータ3aにも接する体勢で保持されるようになっている。即ち、正極リード61および負極リード62が、隣り合うセパレータ3aの間の間隔を屈曲部61Bおよび62Bにより充填したような体勢で保持されるようになっている。これにより、正極リード61および負極リード62がさらに安定して保持されるようになっている。また、例えば、正極リード61および負極リード62の集束作業のために積層電極体を積層方向が上下方向に一致するような体勢すなわち横臥させた体勢に保持する場合等に、この積層電極体の積層方向に直交する二面のうちのいずれの面を上側としても、屈曲部61Bおよび62Bを同様に機能させることができる。
According to the configuration of the battery A3, the
〔その他の事項〕
(1)上記第1実施形態においては、正極リード11を有する正極板1と、負極リード12を有する負極板2とを、セパレータ3aを介してそれぞれ複数枚(正極板1を35枚、負極板2を36枚)交互に積層して構成された積層電極体10を有する積層式電池A1が作製されていたが、これにかえて、例えば、正極リードを有するシート状の正極と、負極リードを有するシート状の負極とを、セパレータを介して対向配置し、これを渦巻状に巻回してなる電極体を外装体に封入して構成された渦巻式電池としてもよい。
[Other matters]
(1) In the first embodiment, a plurality of the
(2)上記実施形態においては、正極リード11および負極リード12が一方集束構造および折り曲げ構造を有するものとされていたが、正負極リードの整形構造、正負極集電端子との接合構造等としては特に限定されず、例えば積層電極体の場合、正負極リードを積層方向における中央部で集束する構造等の任意の構造とすることができる。
(2) In the above embodiment, the
(3)上記第1実施形態においては、正極リード11および負極リード12の双方に屈曲部11Bおよび12Bが形成された構成となっていたが、屈曲部は正極リードおよび負極リードのいずれか一方のみに設けるようにしてもよい。特に、例えば厚さ10〜30μm程度のアルミニウム箔もしくは銅箔よりなるリードのように、材質や厚さによっては、ストレスがかかるとより破損しやすくなったり、より不安定となったりしやすいリードがある。したがって、少なくともこのようなリードに屈曲部を設けることが望ましい。
(3) In the first embodiment, the
(4)上記第1実施形態においては、正負極リード11、12において、基端部(根元部分)近傍である、セパレータ3aと対向する領域に屈曲部11B、12Bが形成された構成となっていたが、これとあわせて、正負極リード11、12における他の部位、例えば中間部等にも屈曲部を形成するようにしてもよい。
(4) In the first embodiment, in the positive and negative electrode leads 11 and 12, the
(5)上記第1実施形態においては、外装体18として、ラミネート材よりなるラミネート外装体が用いられ、これにより電池A1がラミネート外装体電池として構成されていたが、外装体としては、ラミネート外装体以外の任意のフィルム外装体や、さらには電池缶等を用いるようにしてもよい。ただし、ラミネート外装体等のフィルム外装体のような軟質の外装体の場合には、外力が内部に伝わりやすく、これにより正負極リードが破損しやすいこと等から、正負極リードに屈曲部を設けるようにした本発明の構成による効果がいっそう発揮される。また、特にラミネート外装体の場合には、例えば正負極リードが破損してラミネート外装体の絶縁層を突き破り、内部の金属層と接触して短絡の原因となるといった不具合の惧れもあるため、本発明の構成による効果がいっそう発揮される。さらにまた、特に上記第1実施形態におけるような内側絶縁層(絶縁テープ)44N、外側絶縁層(絶縁テープ)44E等のような絶縁部材を配置する構成は、短絡の惧れのあるラミネート外装体を用いる場合に特に有効である。また外側絶縁層(絶縁テープ)44Eに代えて絶縁性のカバーを用いることもできる。この絶縁性のカバーとしては、シート状又は板状の樹脂製部材を折り曲げ加工したものを用いることが好ましい。
(5) In the first embodiment, a laminate exterior body made of a laminate material is used as the
ラミネート材としては、例えば、
金属層としてアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等を、
内層(電池内側)としてポリエチレン、ポリプロピレン等を、
外層(電池外側)としてナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、PET/ナイロンの積層膜等を、
それぞれ用いて構成されるものが挙げられる。
As a laminate material, for example,
Aluminum, aluminum alloy, stainless steel, etc. as the metal layer
Polyethylene, polypropylene, etc. as the inner layer (inside the battery)
Nylon, polyethylene terephthalate (PET), PET / nylon laminated film, etc. as the outer layer (battery outer side)
What is comprised using each is mentioned.
(6)屈曲部の屈曲高さ、即ち、屈曲部を屈曲方向における両側から2つの平行な平面で挟んだと仮定した場合におけるこれら2平面間の距離(本明細書においては「山高」とも称す)は、前記正極ないし前記負極の厚さに対して所定の範囲内に規制されることが望ましい。ここで、屈曲部の山高として望ましい範囲は、例えば図16(a)に模式的に示すように、屈曲部M10の屈曲方向A10、即ち正極ないし負極(正負極)E10から延出する正極リードないし負極リード(正負極リード)P10の延出方向に対し、これに直交する方向に沿って当該屈曲部M10が屈曲していく方向A10が両側(図16(a)では上下両側)となっているような両方向型の屈曲部M10の場合と、図16(b)に模式的に示すように、屈曲部M20の屈曲方向A20が専ら一方側(図16(b)では下側)となっているような一方向型の屈曲部M20の場合とで異なる。 (6) Bending height of the bent portion, that is, a distance between these two planes when the bent portion is sandwiched between two parallel planes from both sides in the bending direction (also referred to as “mountain height” in this specification) ) Is preferably regulated within a predetermined range with respect to the thickness of the positive electrode or the negative electrode. Here, a preferable range as the peak height of the bent portion is, for example, as shown schematically in FIG. 16A, the bent direction A10 of the bent portion M10, that is, the positive electrode lead extending from the positive electrode or the negative electrode (positive negative electrode) E10. The direction A10 in which the bent portion M10 is bent along the direction orthogonal to the extending direction of the negative electrode lead (positive / negative electrode lead) P10 is both sides (upper and lower sides in FIG. 16A). In the case of such a bi-directional bending portion M10 and as schematically shown in FIG. 16B, the bending direction A20 of the bending portion M20 is exclusively on one side (lower side in FIG. 16B). This is different from the case of such a unidirectional bent portion M20.
上記両方向型の屈曲部M10の場合、当該屈曲部M10の山高をd、前記正負極E10の厚さをtとした場合、前記dおよびtが下記式(1)、好適には下記式(2)、さらに好適には下記式(3)を満たすことが望ましい。
0.25t≦d≦2.0t ・・・(1)
0.25t≦d≦1.5t ・・・(2)
0.40t≦d≦1.2t ・・・(3)
In the case of the bi-directional bent portion M10, when the height of the bent portion M10 is d and the thickness of the positive and negative electrodes E10 is t, the d and t are the following formula (1), preferably the following formula (2 More preferably, it is desirable to satisfy the following formula (3).
0.25t ≦ d ≦ 2.0t (1)
0.25t ≦ d ≦ 1.5t (2)
0.40t ≦ d ≦ 1.2t (3)
上記式(1)のように0.25t≦dとなっていると、屈曲部M10の山高dが十分となって効果的にストレスを吸収し得るとともに正負極リードP10を安定して保持し得る屈曲部とすることができる。一方、上記式(1)のようにd≦2.0tとなっていると、屈曲部M10が重なる領域の厚みが過剰に厚くなることを避けることができるため望ましい。なお上記範囲において、屈曲部M10の山高dが正負極E10の厚さtより大となっている場合、即ちt<d≦2.0tとなっている場合、セパレータ内に配置するときに屈曲部M10を屈曲方向A10に縮めるように弾性変形させてセパレータ内に押し込むように配置すると、安定性がさらに良好となる。 When 0.25t ≦ d as in the above formula (1), the peak height d of the bent portion M10 is sufficient, so that the stress can be absorbed effectively and the positive and negative electrode leads P10 can be stably held. It can be a bent part. On the other hand, d ≦ 2.0t as in the above formula (1) is desirable because it is possible to avoid an excessive increase in the thickness of the region where the bent portion M10 overlaps. In the above range, when the peak height d of the bent portion M10 is larger than the thickness t of the positive and negative electrodes E10, that is, when t <d ≦ 2.0t, the bent portion is disposed when placed in the separator. If M10 is elastically deformed so as to shrink in the bending direction A10 and is pushed into the separator, the stability is further improved.
一方、上記一方向型の屈曲部M20の場合、当該屈曲部の山高をd、前記正負極E20の厚さをtとした場合、前記dおよびtが下記式(4)、より好適には下記式(5)を満たすことが望ましい。
0.25t≦d≦0.75t ・・・(4)
0.25t<d<0.75t ・・・(5)
On the other hand, in the case of the unidirectional bent portion M20, when the peak height of the bent portion is d and the thickness of the positive and negative electrodes E20 is t, the d and t are the following formula (4), and more preferably: It is desirable to satisfy Expression (5).
0.25t ≦ d ≦ 0.75t (4)
0.25t <d <0.75t (5)
上記式(4)のように0.25t≦dとなっていると、屈曲部M20の山高dが十分となって効果的にストレスを吸収し得るとともに正負極リードP20を安定して保持し得る屈曲部M20とすることができる。一方、上記式(4)のようにd≦0.75tとなっていると、屈曲部M20が重なる領域の厚みが過剰に厚くなることを避けることができるため望ましい。 When 0.25t ≦ d as in the above equation (4), the peak height d of the bent portion M20 is sufficient, and the stress can be absorbed effectively and the positive and negative electrode leads P20 can be stably held. It can be set as the bending part M20. On the other hand, d ≦ 0.75t as in the above formula (4) is desirable because it is possible to avoid an excessive increase in the thickness of the region where the bent portion M20 overlaps.
なお、図16(a)および(b)のそれぞれにおいて、鎖線で示す仮想線S10、S20は、上記両方向型の屈曲部M10ないし一方向型の屈曲部M20を、それぞれ屈曲方向A10、A20における両側から2つの平行な平面で挟んだと仮定した場合における各2平面の位置を表す。 In each of FIGS. 16 (a) and 16 (b), phantom lines S10 and S20 indicated by chain lines indicate the above-described bidirectional-type bent portion M10 or unidirectional-type bent portion M20 on both sides in the bent directions A10 and A20, respectively. 2 represents the position of each of the two planes when it is assumed to be sandwiched between two parallel planes.
(7)正極活物質としては、上記コバルト酸リチウムに限定されるものではなく、コバルト−ニッケル−マンガン、アルミニウム−ニッケル−マンガン、アルミニウム−ニッケル−コバルト等のコバルト、ニッケル或いはマンガンを含むリチウム複合酸化物や、スピネル型マンガン酸リチウム等でも構わない。 (7) The positive electrode active material is not limited to the above-described lithium cobalt oxide, and lithium composite oxide containing cobalt such as cobalt-nickel-manganese, aluminum-nickel-manganese, aluminum-nickel-cobalt, nickel, or manganese. Or a spinel type lithium manganate may be used.
(8)負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛以外にも、グラファイト・コークス・酸化スズ・金属リチウム・珪素・及びそれらの混合物等、リチウムイオンを挿入脱離できうるものであれば構わない。特に、Al、Sn、Si等の元素やこれらの合金を負極活物質として用いた負極は、充放電に伴い大きく膨張、収縮するため、正負極リードにかかるストレスを屈曲部で吸収して軽減するようにした本発明の効果がいっそう発揮される。 (8) As the negative electrode active material, in addition to graphite such as natural graphite and artificial graphite, graphite, coke, tin oxide, lithium metal, silicon, and a mixture thereof can be used to insert and desorb lithium ions. It doesn't matter. In particular, since negative electrodes using elements such as Al, Sn, Si, and alloys thereof as a negative electrode active material expand and contract greatly with charge and discharge, the stress applied to the positive and negative electrode leads is absorbed and reduced at the bent portion. The effect of the present invention as described above is further exhibited.
(9)電解液としても特に本実施例で示したものに限定されるものではなく、リチウム塩としては例えばLiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiPF6―x(CnF2n+1)x[但し、1<x<6、n=1又は2]等が挙げられ、これらの1種もしくは2種以上を混合して使用できる。支持塩の濃度は特に限定されないが、電解液1リットル当り0.8〜1.8モルが望ましい。また、溶媒種としては上記ECやMEC以外にも、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチロラクトン(GBL)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等のカーボネート系溶媒が好ましく、更に好ましくは環状カーボネートと鎖状カーボネートの組合せが望ましい。 (9) The electrolyte solution is not particularly limited to that shown in the present embodiment. Examples of the lithium salt include LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , and LiN (SO 2 C 2 F). 5 ) 2 , LiPF 6-x (C n F 2n + 1 ) x [where 1 <x <6, n = 1 or 2] and the like can be used, and one or more of these can be used in combination. The concentration of the supporting salt is not particularly limited, but is preferably 0.8 to 1.8 mol per liter of the electrolyte. In addition to the above EC and MEC, the solvent species include carbonate solvents such as propylene carbonate (PC), γ-butyrolactone (GBL), ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), and diethyl carbonate (DEC). More preferably, a combination of a cyclic carbonate and a chain carbonate is desirable.
本発明は、例えばロボットや電気自動車等に搭載される動力、バックアップ電源などの高出力用途の電源に好適に適用することができる。 The present invention can be suitably applied to a power source for high output applications such as power mounted on a robot, an electric vehicle, or the like, or a backup power source.
1:正極
11:正極リード
2:負極
12:負極リード
3a:セパレータ
10:(積層)電極体
11B、12B:屈曲部
1: positive electrode 11: positive electrode lead 2: negative electrode 12:
Claims (8)
前記正極リードおよび前記負極リードの少なくとも一方が、前記セパレータと対向する領域に屈曲部を有することを特徴とする二次電池。 A secondary battery comprising an electrode body configured such that a positive electrode having a positive electrode lead and a negative electrode having a negative electrode lead are arranged to face each other via a separator,
At least one of the positive electrode lead and the negative electrode lead has a bent portion in a region facing the separator.
25t≦d≦2.0t ・・・(6) The bent portion is formed so as to bend on both sides with respect to the extending direction of the positive electrode lead or the negative electrode lead, and when the peak height of the bent portion is d and the thickness of the positive electrode or the negative electrode is t, The secondary battery in any one of Claims 1-6 with which d and t satisfy | fill following formula (6).
25t ≦ d ≦ 2.0t (6)
0.25t≦d≦0.75t ・・・(7) When the bent portion is formed to be bent only on one side with respect to the extending direction of the positive electrode lead or the negative electrode lead, the peak height of the bent portion is d, and the thickness of the positive electrode or the negative electrode is t. The secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the d and t satisfy the following formula (7).
0.25t ≦ d ≦ 0.75t (7)
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