JP2013239313A - Lithium ion square secondary battery - Google Patents
Lithium ion square secondary battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013239313A JP2013239313A JP2012110998A JP2012110998A JP2013239313A JP 2013239313 A JP2013239313 A JP 2013239313A JP 2012110998 A JP2012110998 A JP 2012110998A JP 2012110998 A JP2012110998 A JP 2012110998A JP 2013239313 A JP2013239313 A JP 2013239313A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power generation
- shaft core
- generation element
- secondary battery
- lithium ion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
Abstract
Description
この発明は、リチウムイオン角形二次電池に関し、より詳細には、軸芯の周囲に正・負極電極が捲回された扁平直方体状の発電要素を備えるリチウムイオン角形二次電池に関する。 The present invention relates to a lithium ion prismatic secondary battery, and more particularly to a lithium ion prismatic secondary battery including a flat rectangular parallelepiped power generation element in which positive and negative electrode electrodes are wound around an axis.
リチウムイオン角形二次電池は、正・負極電極が捲回された扁平直方体状の発電要素を備えている。
発電要素は、充放電の際のリチウムイオンの吸蔵・脱離により、正・負極電極が膨張・収縮する。発電要素が膨張すると、電池容器を押し広げ、電池容器の中央部が膨らむ。電池容器の膨らみは、電池収容スペースの拡大が必要となるため、電池容器の膨らみを緩和する対策が講じられている。
A lithium ion prismatic secondary battery includes a flat rectangular parallelepiped power generation element in which positive and negative electrodes are wound.
In the power generation element, positive and negative electrodes expand and contract due to insertion and extraction of lithium ions during charging and discharging. When the power generation element expands, the battery container is pushed out and the central part of the battery container expands. Since the expansion of the battery container requires expansion of the battery accommodation space, measures are taken to alleviate the expansion of the battery container.
そのような発電要素の作製方法の一例を以下に示す。先ず、円柱状の軸芯の周囲に、正・負極電極を所定の巻数回、捲回し、内周捲回体を形成する。この状態では、正・負極電極は、内周捲回体の最外周から、シート状に延出されている。次に、内周捲回体の外周に、軸芯より小径の円柱状スペーサを配置する。次に、内周捲回体の最外周から延出されている正・負極電極を、円柱状スペーサと内周捲回体の両方に跨るように捲回し、外周捲回体を形成する。次に、円柱状の軸芯を内周捲回体から引き抜いて、内周捲回体の捲回の中心部に円筒状の空隙部を形成する。 An example of a method for producing such a power generation element is shown below. First, the positive and negative electrodes are wound around the cylindrical shaft core by a predetermined number of turns to form an inner peripheral wound body. In this state, the positive / negative electrode is extended in a sheet form from the outermost periphery of the inner periphery wound body. Next, a columnar spacer having a diameter smaller than that of the shaft core is disposed on the outer periphery of the inner periphery wound body. Next, the positive and negative electrodes extended from the outermost periphery of the inner periphery wound body are wound so as to straddle both the columnar spacer and the inner periphery wound body, thereby forming the outer periphery wound body. Next, the columnar shaft core is pulled out from the inner peripheral wound body to form a cylindrical void at the center of the inner peripheral wound body.
次に、内周捲回体と外周捲回体をプレスし、扁平直方体状の発電要素を形成する。そして、最後に、円柱状スペーサを引き抜く。
このようにすることで、内周捲回体と、外周捲回体との間に、円柱状スペーサの径と同じ厚さの空隙部を有する発電要素が形成される(例えば、特許文献1参照)。この空隙部により、発電要素の膨張が緩和される。
Next, the inner peripheral wound body and the outer peripheral wound body are pressed to form a flat rectangular parallelepiped power generation element. Finally, the cylindrical spacer is pulled out.
By doing in this way, the electric power generation element which has the space | gap part of the same thickness as the diameter of a cylindrical spacer is formed between an inner periphery winding body and an outer periphery winding body (for example, refer patent document 1). ). The expansion of the power generation element is mitigated by the gap.
上記特許文献1に記載された発明では、内周捲回体と外周捲回体との間に、円柱状スペーサの径と同じ厚さの空隙を有する空隙部が形成される。このため、内周捲回体は、この空隙分、充放電面積が小さくなり、充放電の総容量が低下する。 In the invention described in Patent Document 1, a void portion having a void having the same thickness as the diameter of the columnar spacer is formed between the inner circumferential wound body and the outer circumferential wound body. For this reason, the inner winding body has a small charge and discharge area due to the gap, and the total capacity of charge and discharge is reduced.
本発明のリチウムイオン角形二次電池は、軸芯の周囲に、正極電極と負極電極とがセパレータを介して捲回され、扁平直方体状に形成された発電要素と、発電要素が収容され、電解液が注入された電池容器と、発電要素の正極電極に接続された外部正極端子と、発電要素の負極電極に接続された外部負極端子と、を備え、発電要素は、一対の平面部と、平面部の両側部に設けられた円弧部とにより扁平直方体状に形成された軸芯部を有し、軸芯部と軸芯との間には、少なくとも平面部と各円弧部との境界面に跨る領域を有する空隙部が設けられていることを特徴とする。 The lithium ion prismatic secondary battery of the present invention includes a power generation element formed in the shape of a flat rectangular parallelepiped by winding a positive electrode and a negative electrode around a shaft core via a separator, A battery case into which the liquid has been injected; an external positive terminal connected to the positive electrode of the power generation element; and an external negative terminal connected to the negative electrode of the power generation element. A shaft portion formed in a flat rectangular parallelepiped shape by arc portions provided on both sides of the plane portion, and a boundary surface between at least the plane portion and each arc portion between the shaft core portion and the shaft core It is characterized in that a void portion having a region extending over is provided.
この発明のリチウムイオン角形二次電池によれば、空隙となる領域が縮減されるので、総容量をほとんど低下することなく、電池容器の膨れを緩和することができる。 According to the lithium ion prismatic secondary battery of the present invention, since the void region is reduced, the swelling of the battery container can be alleviated without substantially reducing the total capacity.
-実施形態1-
[角形二次電池の全体構造]
以下、この発明のリチウムイオン角形二次電池の一実施形態を図面と共に説明する。
図1は、この発明のリチウムイオン角形二次電池の一実施の形態を示す外観斜視図であり、図2は、図1に示された角形二次電池の分解斜視図である。
リチウムイオン角形二次電池(以下、角形二次電池という)1は、電池蓋3および電池缶4とから構成される薄型のほぼ直方体形状の電池容器2内に、発電要素40が収容され、図示はしないが非水電解液が注入されて構成されている。電池蓋3および電池缶4は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金等のアルミニウム系金属により形成されている。
-Embodiment 1-
[Overall structure of prismatic secondary battery]
Hereinafter, an embodiment of a lithium ion prismatic secondary battery of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an external perspective view showing an embodiment of a lithium ion prismatic secondary battery according to the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the prismatic secondary battery shown in FIG.
A lithium ion prismatic secondary battery (hereinafter referred to as a prismatic secondary battery) 1 includes a
電池蓋3の中央部には、非水電解液を注入するための注液口11が設けられている。注液口11は、電解液注入後に注液栓15により封口される。注液栓15は、例えば、レーザ溶接によって電池蓋3の注液口11の周縁部に接合される。
また、電池蓋3には、過充電等により内部圧力が上昇した際に、圧力を抜くための開裂弁12が設けられている。開裂弁12には、開裂用の溝12aが形成されている。
なお、本明細書においては、各図に図示されるように、角形二次電池1の幅方向をX方向、高さ方向をY方向、厚さ方向をZ方向として説明する。
A
In addition, the
In the present specification, as shown in each drawing, the rectangular secondary battery 1 will be described with the width direction as the X direction, the height direction as the Y direction, and the thickness direction as the Z direction.
電池缶4内に注入される非水電解液としては、例えば、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で1:2の割合で混合した混合溶液中へ六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1モル/リットルの濃度で溶解したものを用いることができる。
有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、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、プロピオニトニル等またはこれら2種類以上の混合溶媒を用いるようにしてもよく、混合配合比についても限定されるものではない。また、電解質としては、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiB(C6H5)4、CH3SO3Li、CF3SO3Li等やこれらの混合物を用いることができる。したがって、一般的なリチウム塩を電解質とし、これを有機溶媒に溶解した非水電解液を用いるようにすればよく、本発明に用いられるリチウム塩や有機溶媒は特に制限されない。
As a non-aqueous electrolyte injected into the battery can 4, for example, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6) is mixed into a mixed solution in which ethylene carbonate and dimethyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 2. Those dissolved at a concentration of mol / liter can be used.
Examples of the organic solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether , Sulfolane, methylsulfolane, acetonitrile, propiontonyl, etc., or a mixed solvent of two or more of these may be used, and the mixing ratio is not limited. As the electrolyte, LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, or the like, or a mixture thereof can be used. Accordingly, a non-aqueous electrolytic solution in which a general lithium salt is used as an electrolyte and dissolved in an organic solvent may be used, and the lithium salt and the organic solvent used in the present invention are not particularly limited.
電池蓋3には、正極側の端子構成部60と負極側の端子構成部70とが設けられている。
正極側の端子構成部60は、外部正極端子61、正極接続端子62、正極端子板63、絶縁部材64および正極集電板21を備えている。
正極集電板21は、発電要素40の正極電極41(図3)に接合される接合部21aを有している。正極集電板21は、電池蓋3の裏面側において、正極接続端子62の下端部にかしめられている。正極接続端子62は、電池蓋3に形成された貫通孔に挿通され、その上端部が電池蓋3の外部に露出されている。正極接続端子62の上端部には、電池蓋3の上面に固定された正極端子板63がかしめられている。
The
The
The positive electrode
絶縁部材64は、正極端子板63と電池蓋3との間に設けられ、正極端子板63と電池蓋3とを絶縁する。絶縁部材64は、また、電池蓋3の貫通孔と正極接続端子62との間に介装されるリング状部を有し、電池蓋3と正極接続端子62とを絶縁する。外部正極端子61は、絶縁部材64上に固定される基部(図示せず)を有し、軸部が正極端子板63に設けられた貫通孔を貫通して、電池蓋3上に突き出している。
このように、外部正極端子61、正極接続端子62、正極端子板63および正極集電板21は、絶縁部材64により電池蓋3とは電気的に絶縁された状態で、相互に電気的に接続されている。外部正極端子61、正極接続端子62、正極端子板63および正極集電板21は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属により形成されている。
The
Thus, the external
負極側の端子構成部70は、外部負極端子71、負極接続端子72、負極端子板73、絶縁部材74および負極集電板22を備えている。
負極集電板22は、発電要素40の負極電極42(図3)に接合される接合部22aを有している。負極集電板22は、電池蓋3の裏面側において、負極接続端子72の下端部にかしめられている。負極接続端子72は、電池蓋3に形成された貫通孔に挿通され、その上端部が電池蓋3の外部に露出されている。負極接続端子72の上端部には、電池蓋3の上面に固定された負極端子板73がかしめられている。
The
The negative electrode current collector plate 22 has a
絶縁部材74は、負極端子板73と電池蓋3との間に設けられ、負極端子板73と電池蓋3とを絶縁する。絶縁部材74は、また、電池蓋3の貫通孔と負極接続端子72との間に介装されるリング状部を有し、電池蓋3と負極接続端子72とを絶縁する。外部負極端子71は、絶縁部材74上に固定される基部(図示せず)を有し、軸部が負極端子板73に設けられた貫通孔を貫通して、電池蓋3上に突き出している。
このように、外部負極端子71、負極接続端子72、負極端子板73および負極集電板22は、絶縁部材74により電池蓋3とは電気的に絶縁された状態で、相互に電気的に接続されている。外部負極端子71、負極接続端子72、負極端子板73および負極集電板22は、例えば、銅、銅合金等の銅系金属により形成されている。
The insulating
Thus, the external
発電要素40は、正極側では、捲回により積層状態とされた正極合剤未塗工部41c(図3)が正極集電板21の接合部21aに接合され、負極側では、捲回により積層状態とされた負極合剤未塗工部42c(図3)が負極集電板22の接合部22aに接合される。接合は、例えば、超音波溶接等により行われ、これにより、正極側の端子構成部60、負極側の端子構成部70と発電要素40とが、電池蓋3に一体化された電池蓋・発電要素ユニットが形成される。
In the
電池缶4は、電池蓋3側に開口部を有する薄箱型に形成されている。電池缶4には、絶縁袋5が収納されている。絶縁袋5の電池蓋3側には開口部5aが形成されている。
発電要素40は、電池蓋3に一体化された電池蓋・発電要素ユニットの状態で、絶縁袋5の開口部5aから、絶縁袋5内に収容される。電池缶4の開口部は、電池蓋3により、その開口部が閉塞される。電池蓋3の周縁部3aは薄肉とされており、この周縁部3aを電池缶4の開口部の周縁部に嵌合した状態で、例えば、レーザ溶接によって電池缶4に接合され、外部に対し密封構造とされる。
The battery can 4 is formed in a thin box shape having an opening on the
The
図3は、図2に図示された発電要素の詳細を説明するための斜視図であり、図4は、図3に図示された発電要素の拡大断面図である。なお、図3においては、発電要素40の捲回終端部側を展開した状態として示している。
発電要素40は、正極電極41と負極電極42とを、第1、第2のセパレータ43、44を介在して軸芯30の周りに捲回して、扁平直方体状に形成されたものである。
正極電極41は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金等のアルミニウム系金属からなる正極金属シート41aの表裏両面に正極合剤が塗工された正極合剤塗工部41bを有する。正極合剤塗工部41bは、正極金属シート41aの一側縁に、正極金属シート41aが露出された正極合剤未塗工部41cが形成されるように正極金属シート41aに正極合剤を塗工して形成される。
負極電極42は、例えば、銅または銅合金等の銅系金属からなる負極金属シート42aの表裏両面に負極合剤が塗工された負極合剤塗工部42bを有する。負極合剤塗工部42bは、負極合剤未塗工部42cが配置された側縁と対向する側縁である他側縁に、負極金属シート42aが露出された負極合剤未塗工部42cが形成されるように負極金属シート42aに負極合剤を塗工して形成される。
3 is a perspective view for explaining the details of the power generation element shown in FIG. 2, and FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the power generation element shown in FIG. In FIG. 3, the winding end portion side of the
The
The
The
正極合剤塗工部41bは、正極活物質としてリチウム含有複合酸化物粉末と、導電材として鱗片状黒鉛と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを重量比90:6.5:3.5で混合し、これに分散溶媒であるN−メチルピロリドン(NMP)を添加、混練したスラリを作成し、厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に塗布して作製される。その後、乾燥、プレス、裁断することにより活物質合剤層が配された部分の幅130mm、厚さ140μmの正極電極41が形成される。
The positive electrode
負極合剤塗工部42bは、負極活物質としての黒鉛粉末と、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)、増粘材としてカルボキシメチルセルロース(CMC)を重量比98:1:1で混合し、これに分散溶媒の水を添加し、混練して得られたスラリを、厚さ10μmの圧延銅箔の両面に塗布して作製される。その後、乾燥プレス、裁断することにより活物質合剤層が配された部分の幅134mm、厚さ140μmの負極電極42が形成される。
The negative electrode
なお、上記において、正極バインダとしてPVDFを、負極バインダとしてSBRを例示したが、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、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等の重合体及びこれらの混合体などを使用するようにしてもよい。 In the above, PVDF is exemplified as the positive electrode binder and SBR is exemplified as the negative electrode binder. However, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene, polystyrene, polybutadiene, butyl rubber, nitrile rubber, polysulfide rubber, nitrocellulose, cyanoethyl cellulose, various types Polymers such as latex, acrylonitrile, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, propylene fluoride, chloroprene fluoride, and mixtures thereof may be used.
セパレータ43、44は、正極金属シート41aまたは負極金属シート42aを絶縁する役割を有している。負極電極42の負極合剤塗工部42bは、正極電極41の正極合剤塗工部41bよりも幅方向(X方向)に大きく形成され、これにより正極合剤塗工部41bは、必ず負極合剤塗工部42bに挟まれるように構成されている。
発電要素40は、図3に示すように、最外周の電極が負極電極42とされ、さらにその外側にセパレータ44が捲回される。
The
As shown in FIG. 3, the
図3、図4に図示されるように、発電要素40の外形形状は、捲回方向(Y方向)の両側部に形成された円弧部40Tと、両円弧部40Tの間に位置する平坦部40Pとにより形成される扁平直方体状である。
発電要素40は、軸芯30を保持する軸芯部40Aを備えている。詳細は後述するが、発電要素40は、軸芯30および軸心30の高さ方向(Y方向)における両側部側に配置されたスペーサ53(図7)の周囲に、負極電極42、セパレータ44、正極電極41およびセパレータ43を積層して、Y方向に捲回して作製される。軸芯部40Aは、軸芯30およびスペーサ53の周囲に捲回される発電要素40の内面に囲まれる領域を指す。従って、軸芯部40Aは、捲回の中心部に位置する。換言すれば、軸芯部40Aは、その中心軸が発電要素40の厚さ方向(Z方向)および高さ方向(Y方向)のほぼ中心に位置する。
As illustrated in FIGS. 3 and 4, the outer shape of the
The
軸芯30は、全体がほぼ平坦な板状部材であり、中央の矩形部31の幅方向(X方向)における両側端に、正・負極電極41、42の各側端から突き出す一対の突出片32が形成されている。また、軸芯30のY方向における両側部には、円弧部34(図4参照)が形成されている。
The
図5(a)は発電要素の軸芯の取付け状態を示す断面図であり、図5(b)は図5(a)の領域Vbの拡大図である。
発電要素40の軸芯部40Aは、外形形状に倣って、高さ方向(Y方向)の両側部に形成された円弧部40Uと、両円弧部40Uの間に位置する平坦部40Qとにより形成される扁平直方体形状を有する。各円弧部40Uは、断面が半円形であり、円弧部40Uと平坦部40Qの境界面40Zは、円弧部40Uの中心を通り、平坦部40Qに垂直な面となっている。
Fig.5 (a) is sectional drawing which shows the attachment state of the axial center of an electric power generation element, FIG.5 (b) is an enlarged view of the area | region Vb of Fig.5 (a).
The
軸芯30の各円弧部34と発電要素40の軸芯部40Aとの間には、空隙部40Sが形成されている。軸芯30の各円弧部34のY方向における先端部は、軸芯部40Aにおける円弧部40Uと平坦部40Qの境界面40Zよりも内方に位置している。すなわち、軸芯30の円弧部34の外方は、空隙部40Sとなっている。このように、空隙部40Sは、境界面40Zの両側に隣接する円弧部40Uおよび平坦部40Qの領域に跨っている。
後述する如く、この空隙部40Sによって、角形二次電池1を充放電した際の角形二次電池1の厚さ方向(Z方向)の膨れが緩和される。
次に、このような空隙部40Sを有する軸芯部40Aを備えた発電要素の製造方法を説明する。
A
As will be described later, the
Next, the manufacturing method of the electric power generation element provided with the
図6は、発電要素の軸芯部に空隙部を形成する前の状態を示す断面図であり、図7は、発電要素の軸芯部に空隙部を形成する方法を説明するための模式的平面図である。
図7に図示されるように、捲回装置51には、軸芯30の突出片32を嵌合する溝52が設けられ、また、溝52の両側に、平行に延在された一対のスペーサ53が植立されている。各スペーサ53は、空隙部40Sを形成するためのもので、空隙部40Sの厚さと同じ厚さの長い薄板形状を有する。図6に図示されるように、スペーサ53の内側部は、軸芯30の円弧部34の側面に対応する円弧状に形成され、外側部は空隙部40Sの円弧部40U(図5参照)に対応する円弧状に形成されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state before the gap is formed in the shaft core portion of the power generation element, and FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a method of forming the gap portion in the shaft core portion of the power generation element. It is a top view.
As shown in FIG. 7, the winding
捲回装置51の溝52に、軸芯30の突出片32を嵌入すると、図6に図示されるように、軸芯30のX方向における両側部に隣接して、それぞれ、スペーサ53が配置される。この状態で、軸芯30および一対のスペーサ53の周囲に、負極電極42、セパレータ44、正極電極41およびセパレータ43を積層して、捲回する。これにより、図6に図示されたスペーサ53を備える発電要素40が作製される。捲回に際しては、負極電極42、セパレータ44、正極電極41およびセパレータ43に、シート長手方向に、例えば、10N程度の荷重をかけて伸展しながら行う。
この後、図5に図示されるように、発電要素40を、スペーサ53から引出すことにより、図5に図示される発電要素40を得ることができる。
When the protruding
Thereafter, as illustrated in FIG. 5, the
次に、発電要素40に形成された空隙部40Sの作用を説明する。
図8は、従来の角形二次電池における電池容器の膨れを説明するための模式的断面図であり、図8(a)は充電前の図、図8(b)は充電後の図である。
図8(a)、8(b)に図示されるように、従来では、発電要素140の軸芯部140Aと軸芯130との間には、空隙部は存在していなかった。
リチウム角形二次電池が充放電されると、リチウムイオンの吸蔵・脱離によって、発電要素140が厚さ方向(Z方向)に膨張する。正極活物質及び負極活物質の材料により、充電時に膨張し、放電時に収縮する場合と、逆に、充電時に収縮し、放電時に膨張する場合があるが、いずれにしても、充放電により厚さ方向への膨張・収縮が生じる。
Next, the operation of the
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining the swelling of the battery case in the conventional prismatic secondary battery, FIG. 8 (a) is a diagram before charging, and FIG. 8 (b) is a diagram after charging. .
As illustrated in FIGS. 8A and 8B, conventionally, there is no gap between the
When the lithium prismatic secondary battery is charged and discharged, the
発電要素140が膨張すると、軸芯部140Aの円弧部140Uと平坦部140Qの境界面140Zが、作用点となって電池缶4を押し広げる。図8(b)において、境界面140Z上に図示された矢印が作用点である。このため、電池缶4の長辺側の側部は、発電要素140により、図示の如く、外側に向けて弓形に膨れる。このとき、高さ方向(Y方向)における作用点の間隔をx1とする。電池缶4の膨れの最大部分は、電池缶4の強度が全体に亘りほぼ等しい場合には、幅方向における作用点の間隔x1の中央部付近となる。
When the
図9は、本発明の一実施の形態における電池容器の膨れを説明するための模式的断面図であり、図9(a)は充電前の図、図9(b)は充電後の図である。
上述した如く、本発明の一実施の形態として示した発電要素40は、図8(a)に示す充電前の状態において、高さ方向(Y方向)における軸芯部40Aと軸芯30との間に、空隙部40Sが形成されている。
9A and 9B are schematic cross-sectional views for explaining the swelling of the battery container according to the embodiment of the present invention. FIG. 9A is a diagram before charging, and FIG. 9B is a diagram after charging. is there.
As described above, the
上述した如く、空隙部40Sは、境界面40Zと、この境界面40Zの両側に隣接する円弧部40Uおよび平坦部40Qの領域を含んでいる。このような空隙部40Sが存在するため、充放電により、発電要素40が厚さ方向に膨張すると、電池缶4の反力により、空隙部40Sが押し潰される。つまり、空隙部40Sは、発電要素40の膨張時の逃げ用の空間となる。
本発明の一実施の形態と示す角形二次電池1の場合においては、発電要素40が膨張した場合、図9(b)の矢印に図示されるように、軸芯30の円弧部34と矩形部31の境界面30Zが、電池缶4を押し広げる作用点となる。
As described above, the
In the case of the prismatic secondary battery 1 shown as one embodiment of the present invention, when the
図9(b)において、軸芯部40Aの高さ方向(Y方向)両側端に形成された円弧部40Uと平坦部40Qとの境界面40Z間の間隔x1は、図8(b)に図示された、軸芯部140Aの円弧部140Uと平坦部140Qの境界面140Z間の間隔x1と同一である。
本発明の一実施の形態に示すように、軸芯部40Aの両端に空隙部40Sがある場合には、軸芯30の円弧部34と矩形部31との境界面30Zが、電池缶4を押し広げる作用点となる。
従って、Y方向における軸芯30の円弧部34と矩形部31の境界面30Zの間隔x2は、図8(b)における間隔x1よりも小さい。
上述した如く、電池缶4の長辺側の側部は、Y方向における2つの作用点に挟まれた間隔x2の部分が、外側に向けて弓形に変形する。このため、発電要素40の膨張による電池缶4を押し広げる力が緩和され、電池缶4の膨れが低減する。
In FIG. 9B, an interval x1 between the
As shown in the embodiment of the present invention, when there is a
Therefore, the interval x 2 of the boundary surface 30Z of the
As described above, in the side portion on the long side of the battery can 4, the portion of the interval x 2 sandwiched between the two action points in the Y direction is deformed into an arcuate shape toward the outside. For this reason, the force which pushes the battery can 4 by expansion | swelling of the electric
図4および図9において、空隙部40Sを発電要素40の中心軸に対し左右対称形状とすると、電池缶4の膨れが中心軸に対して対称となるので、角形二次電池1を設置したり、電池モジュールを作製したりする際の取り扱いが容易となる。
各空隙部40Sにおける高さ方向(Y方向)の長さには、特に、制限はない。但し、余り空隙部40Sの幅方向の長さを大きくすると、電池缶4の膨れを緩和する量が小さくなる。従って、各空隙部40Sの幅方向の長さは、軸芯部40AのY方向の全長の1/5〜1/4程度を最大とすることが好ましい。
4 and 9, when the
The length in the height direction (Y direction) in each
-実施形態2-
本発明によるリチウムイオン角形二次電池1の実施形態2について説明する。
図10(a)は、実施形態2としての発電要素の軸芯の取付け状態を示す断面図であり、図10(b)は、図10(a)の領域Xbの拡大図である。また、図11は、発電要素の軸芯部に空隙部を形成する前の状態を示す断面図である。
実施形態1では、軸芯30の各円弧部34の高さ方向(Y方向)における先端部は、軸芯部40Aにおける円弧部40Uと平坦部40Qの境界面40Zよりも内方に位置していた。換言すれば、軸芯30の先端部よりも外側に位置する空隙部40Sは、軸芯部40Aの厚さ全体に亘って形成されていた。
Embodiment 2
Embodiment 2 of the lithium ion prismatic secondary battery 1 according to the present invention will be described.
Fig.10 (a) is sectional drawing which shows the attachment state of the axial center of the electric power generation element as Embodiment 2, FIG.10 (b) is an enlarged view of the area | region Xb of Fig.10 (a). FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state before a gap is formed in the axial core portion of the power generation element.
In the first embodiment, the tip end portion in the height direction (Y direction) of each
これに対し、実施形態2では、軸芯30Aの高さ方向(Y方向)における先端部は、軸芯部40Aにおける円弧部40Uと平坦部40Qの境界面40Zを超えて張り出している。
図10(b)に図示されるように、軸芯30Aの高さ方向(Y方向)における両側部は、先細に湾曲する半楕円部34aとされている。半楕円部34aの幅方向における先端部は、軸芯部40Aの円弧部40Uの幅方向における端部に実質的に接している。
これにより、実施形態2では、上部空隙部40S1と下部空隙部40S2に2分割されている。
On the other hand, in the second embodiment, the tip portion in the height direction (Y direction) of the
As shown in FIG. 10B, both side portions in the height direction (Y direction) of the
Thus, in the second embodiment, the upper gap 40S1 and the lower gap 40S2 are divided into two.
上部空隙部40S1及び下部空隙部40S2は、それぞれ、軸芯部40Aにおける円弧部40Uと平坦部40Qの境界面40Zを含み、この境界面40Zに隣接する平坦部40Qと円弧部40Uの領域に跨っている。上述した如く、境界面40Zが、電池缶4を押し広げる作用点となるため、上部空隙部40S1および下部空隙部40S2は、膨張する発電要素40の逃げ用の空間となる。したがって、このような構造においても、発電要素40の膨張による電池缶4の膨れを緩和することができる。
The upper gap portion 40S1 and the lower gap portion 40S2 each include a
上部空隙部40S1および下部空隙部40S2を有する発電要素40を作製するには、図11に図示されるように、上・下部空隙部40S1、40S2に対応する形状のスペーサ53a、53bを捲回装置51(図7参照)に植立すればよい。実施形態1の場合と同様、一対の上・下部空隙部40S1、40S2間に軸芯30Aを配置して、軸芯30Aおよび一対のスペーサ53a、53bの周囲に、負極電極42、セパレータ44、正極電極41およびセパレータ43を積層して、捲回する。この後、発電要素40を、スペーサ53a、53bから引出すことにより、図10に図示される発電要素40を得ることができる。
In order to produce the
なお、実施形態2において、軸芯30Aの半楕円部34aの高さ方向(Y方向)における先端部が、軸芯部40Aの円弧部40Uの高さ方向(Y方向)における端部に実質的に接している構造として例示した。しかし、軸芯30Aの半楕円部34aは、X方向における先端部が、軸芯部40Aの円弧部40Uの幅方向における端部から離間する構造としてもよい。
In the second embodiment, the tip end portion in the height direction (Y direction) of the
以上説明した通り、本発明の実施形態では、発電要素40の軸芯部40Aに取り付けられる軸芯30、30Aと軸芯部40Aとの間に、充放電により発電要素40が膨張する際、電池缶4を押し広げる作用点となる領域を含む空隙部40S、40S1、40S2を形成した。このため、空隙部40S、40S1、40S2が、発電要素40が膨張する際の逃げ用の空間となり、角形二次電池1の膨れを緩和することができる。
As described above, in the embodiment of the present invention, when the
実施形態1および2において、軸芯30を発電要素40の軸芯部40Aの高さ方向(Y方向)の中心軸と同軸にし、空隙部40S、40S1、40S2を中心軸に対し対称形状とすると、電池缶4の膨れが中心軸に対して対称となるので、角形二次電池1を設置したり、電池モジュールを作製したりする際の取り扱いが容易となる。
In the first and second embodiments, the
上記各実施形態では、軸芯30、30Aの外周に、正極電極41および負極電極42を、セパレータ43、44を介して1つの捲回体として捲回して作製する。このため、内周捲回体と外周捲回体との間に空隙部を設けて形成する従来の発電要素に比し、空隙部の容積を小さくすることができる。これにより、発電要素40の充電面積を従来よりも大きくすることができ、充放電の総容量を大きくすることができる。
In each of the above embodiments, the
なお、上記実施形態1では、軸芯30の高さ方向(Y方向)の両側部に、円弧部34を設けた構造として例示した。しかし、発電要素40を作製する際には、軸芯30の両側部にスペーサ53を配置して捲回するので、軸芯30の両側部は、平坦面であっても差し支えない。
In the first embodiment, the structure is illustrated in which the
上記各実施形態では、電池蓋組立体10の正極の端子構成部は、外部正極端子61、正極端子板63、正極接続端子62、絶縁部材64および正極集電板21を備える構造として例示した。しかし、正極の端子構成部は、上記構造に限られるものではなく、発電要素40の正極電極41に接続された正極集電板21が、電池蓋3とは絶縁された状態で外部接続用端子として電池蓋3の外部に導出される構造であればよい。
このことは、負極の端子構成部においても同様である。
In each of the above embodiments, the positive electrode terminal component of the
The same applies to the terminal component of the negative electrode.
上記実施形態において、電池蓋3と電池缶4により構成される電池容器2の形状は、高さ(Y方向の長さ)よりも幅(X方向の長さ)が大きい形状とされている。しかし、これとは逆に、高さの方が幅よりも大きいリチウムイオン角形二次電池に適用することが可能である。
In the said embodiment, the shape of the battery container 2 comprised by the
その他、本発明は、種々、変形して適用することが可能であり、要は、発電要素が、一対の平面部と、平面部の両側部に設けられた円弧部とにより扁平直方体状に形成された軸芯部を有し、軸芯部と軸芯との間には、少なくとも平面部と各円弧部との境界面に跨る領域を有する空隙部が設けられているものであればよい。 In addition, the present invention can be variously modified and applied. In short, the power generation element is formed in a flat rectangular parallelepiped shape by a pair of plane portions and arc portions provided on both sides of the plane portion. What is necessary is just to have the space | interval part which has the area | region straddling the boundary surface of a flat part and each circular arc part between the axial part and an axial center.
1 リチウムイオン角形二次電池
2 電池容器
3 電池蓋
4 電池缶
21 正極集電板
22 負極集電板
30、30A 軸芯
30Z 境界面
31 矩形部
34 円弧部
34a 半楕円部
40 発電要素
40A 軸芯部
40P、40Q 平坦部
40T、40U 円弧部
40Z 境界面
40S、40S1、40S2 空隙部
41 正極電極
42 負極電極
53、53a、53b スペーサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium ion square secondary battery 2
Claims (5)
前記発電要素が収容され、電解液が注入された電池容器と、
前記発電要素の前記正極電極に接続された外部正極端子と、
前記発電要素の前記負極電極に接続された外部負極端子と、を備え、
前記発電要素は、一対の平面部と、前記平面部の両側部に設けられた円弧部とにより扁平直方体状に形成された軸芯部を有し、前記軸芯部と前記軸芯との間には、少なくとも前記平面部と前記各円弧部との境界面に跨る領域を有する空隙部が設けられていることを特徴とするリチウムイオン角形二次電池。 Around the shaft core, a positive electrode and a negative electrode are wound through a separator, and a power generation element formed into a flat rectangular parallelepiped shape,
A battery container in which the power generation element is housed and an electrolyte is injected;
An external positive terminal connected to the positive electrode of the power generation element;
An external negative electrode terminal connected to the negative electrode of the power generation element,
The power generating element has a shaft core portion formed in a flat rectangular parallelepiped shape by a pair of flat surface portions and arc portions provided on both side portions of the flat surface portion, and between the shaft core portion and the shaft core. In the lithium ion prismatic secondary battery, a void portion having a region straddling at least a boundary surface between the flat portion and each arc portion is provided.
5. The lithium ion prismatic secondary battery according to claim 4, wherein each front end of each side portion in the winding direction of the shaft core is substantially in contact with a front end portion in the winding direction of the shaft core portion. A featured lithium ion prismatic secondary battery.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012110998A JP5802607B2 (en) | 2012-05-14 | 2012-05-14 | Lithium ion prismatic secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012110998A JP5802607B2 (en) | 2012-05-14 | 2012-05-14 | Lithium ion prismatic secondary battery |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013239313A true JP2013239313A (en) | 2013-11-28 |
JP2013239313A5 JP2013239313A5 (en) | 2014-10-30 |
JP5802607B2 JP5802607B2 (en) | 2015-10-28 |
Family
ID=49764187
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012110998A Expired - Fee Related JP5802607B2 (en) | 2012-05-14 | 2012-05-14 | Lithium ion prismatic secondary battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5802607B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10991969B2 (en) | 2014-08-18 | 2021-04-27 | Gs Yuasa International Ltd. | Energy storage device |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004319449A (en) * | 2003-04-02 | 2004-11-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Energy device and its manufacturing method |
WO2012004886A1 (en) * | 2010-07-09 | 2012-01-12 | 日立ビークルエナジー株式会社 | Secondary battery and method for manufacturing flat wound electrode group |
-
2012
- 2012-05-14 JP JP2012110998A patent/JP5802607B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004319449A (en) * | 2003-04-02 | 2004-11-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Energy device and its manufacturing method |
WO2012004886A1 (en) * | 2010-07-09 | 2012-01-12 | 日立ビークルエナジー株式会社 | Secondary battery and method for manufacturing flat wound electrode group |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10991969B2 (en) | 2014-08-18 | 2021-04-27 | Gs Yuasa International Ltd. | Energy storage device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5802607B2 (en) | 2015-10-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6198844B2 (en) | Assembled battery | |
US20160043373A1 (en) | Lithium-ion secondary cell and method for manufacturing same | |
JP6446239B2 (en) | Secondary battery | |
JP6192807B2 (en) | Secondary battery | |
JP6208258B2 (en) | Prismatic secondary battery | |
US10224535B2 (en) | Rectangular secondary battery | |
JP2011165436A (en) | Lithium ion secondary battery | |
JP5087110B2 (en) | Secondary battery | |
JPWO2012004886A1 (en) | Secondary battery and method of manufacturing flat wound electrode group | |
JP4934318B2 (en) | Secondary battery | |
US11728518B2 (en) | Rectangular secondary battery | |
JP2009266706A (en) | Lithium-ion secondary battery | |
JP2018060599A (en) | Square secondary battery | |
JP2013222517A (en) | Square secondary battery | |
JP2014035867A (en) | Prismatic lithium ion secondary battery | |
JP5802607B2 (en) | Lithium ion prismatic secondary battery | |
JP2011233462A (en) | Battery and manufacturing method thereof and method for joining metal sheet | |
JP6562726B2 (en) | Rectangular secondary battery and manufacturing method thereof | |
JP6106774B2 (en) | Prismatic lithium-ion battery | |
JP6182061B2 (en) | Secondary battery | |
JP5589948B2 (en) | Battery manufacturing method | |
JP6261236B2 (en) | Flat rechargeable secondary battery | |
JP2013218824A (en) | Square secondary battery | |
JP2013246898A (en) | Square secondary battery | |
JP6255502B2 (en) | Lithium ion secondary battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20140722 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140916 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140916 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150415 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150421 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150619 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150804 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150831 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5802607 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |