JP2013251201A - Power storage element, electrode body, winding method, and winding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、正極板および負極板と、2枚のセパレータとを交互に積層して電極体、電極体を有する蓄電素子、電極体を製造するための捲回方法および捲回装置に関する。 The present invention relates to a positive electrode plate, a negative electrode plate, and two separators that are alternately stacked to form an electrode body, a power storage device having the electrode body, and a winding method and a winding device for manufacturing the electrode body.
従来、リチウムイオン電池などの電池を含む蓄電素子は、正極および負極とセパレータとが積層された電極体を有する。高温環境下に蓄電素子が置かれる場合であっても正極と負極との絶縁性を維持する目的で、電極体を構成するセパレータに耐熱フィラーなどの耐熱層を塗工したセパレータが考案されている(特許文献1参照)。 Conventionally, a storage element including a battery such as a lithium ion battery has an electrode body in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are stacked. In order to maintain the insulation between the positive electrode and the negative electrode even when the storage element is placed in a high temperature environment, a separator in which a heat-resistant layer such as a heat-resistant filler is applied to the separator constituting the electrode body has been devised. (See Patent Document 1).
しかしながら、このような耐熱塗工セパレータは、基材層の上に耐熱層が塗工される2層構造であるため、これらの層の熱膨張率の違いから、温度変化によって湾曲しやすい。このため、特に捲回時に最内周の巻き始めにおいてまるまりによる捩れ、折り込みが発生しやすく、セパレータにこのような捩れや折り込みが発生した場合に正負極が短絡する恐れがある。また、耐熱塗工セパレータのような複数層のセパレータではない単層構造のセパレータであっても、捲回時にセパレータに折り込みが発生する場合がある。 However, since such a heat-resistant coated separator has a two-layer structure in which a heat-resistant layer is coated on a base material layer, it tends to bend due to a temperature change due to a difference in thermal expansion coefficient between these layers. For this reason, twisting and folding due to rounding are likely to occur at the beginning of winding of the innermost circumference, especially during winding, and when such twisting or folding occurs in the separator, the positive and negative electrodes may be short-circuited. Even in the case of a single-layer separator that is not a multi-layer separator such as a heat-resistant coating separator, folding may occur in the separator during winding.
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、正極板および負極板と、2枚のセパレータとを交互に積層した電極体を有する蓄電素子において、正極と負極との短絡が発生することを防止できる蓄電素子を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such a situation, and in a power storage element having an electrode body in which a positive electrode plate and a negative electrode plate and two separators are alternately stacked, a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. It is an object of the present invention to provide a power storage element that can prevent the occurrence of water.
上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る蓄電素子は、正極および負極と、セパレータとを有し、前記セパレータが前記正極および前記負極の間に配置された電極体を備え、前記セパレータは、その端部に折り目を有する。 In order to achieve the above object, a power storage device according to an aspect of the present invention includes a positive electrode and a negative electrode, and a separator, and the separator includes an electrode body disposed between the positive electrode and the negative electrode. The separator has a fold at its end.
これによれば、セパレータの端部近傍に折り目を有する。このように、セパレータの端部近傍に折り目を設けることにより、折り目近傍から2つの方向に沿った面が形成されることになるため、正極および負極と、セパレータとを複数層積層する際に、セパレータに捩れや折り込みが発生しにくくすることができる。このため、正極と負極とが短絡した状態の電極体を有する蓄電素子を製造することを防ぐことができる。 According to this, it has a fold in the edge part vicinity of a separator. Thus, by providing a fold in the vicinity of the end of the separator, a surface along the two directions from the vicinity of the fold is formed, so when laminating a plurality of layers of the positive electrode and the negative electrode and the separator, It is possible to prevent the separator from being twisted or folded. For this reason, it can prevent manufacturing the electrical storage element which has an electrode body in the state where the positive electrode and the negative electrode were short-circuited.
また、前記電極体は、前記正極および前記負極と2枚の前記セパレータとが積層された状態で捲回されることにより形成され、前記折り目は、前記2枚のセパレータの捲回され始める側の端部から所定の長さ離れた位置までの範囲に形成されてもよい。 The electrode body is formed by winding in a state where the positive electrode and the negative electrode and the two separators are laminated, and the fold line is on the side where the two separators start to be wound. You may form in the range from the edge part to the position away from predetermined length.
これによれば、2枚のセパレータのうち少なくとも一方に形成される折り目は、捲回され始める側の端部から所定の長さの範囲に形成される。つまり、折り目は、セパレータの正極と負極との間以外の領域に設けることになる。このように、正極と負極とに影響を与えない位置に折り目を設けているため、電極体の性能にほとんど影響を与えずに、セパレータに捩れや折り込みが発生することを防ぐことができる。 According to this, the crease formed in at least one of the two separators is formed within a predetermined length from the end portion on the side where winding starts. That is, the crease is provided in a region other than between the positive electrode and the negative electrode of the separator. Thus, since the crease is provided at a position that does not affect the positive electrode and the negative electrode, it is possible to prevent the separator from being twisted or folded without substantially affecting the performance of the electrode body.
また、前記電極体は、前記正極および前記負極と2枚の前記セパレータとが積層された状態で捲回されることにより形成され、前記折り目は、前記電極体の捲回方向に沿って、前記セパレータの全体にわたって形成されてもよい。 The electrode body is formed by winding in a state where the positive electrode and the negative electrode and the two separators are laminated, and the fold line is formed along the winding direction of the electrode body. It may be formed over the entire separator.
これによれば、例えば、半径方向の外側に突出しており、かつ、断面がV字形状である凸部が形成されているロールの回転方向に平行な面を折り目が形成される方向に沿うような向きでロールをセパレータに押し付けて、セパレータを当該ロールにより送りだすことにより、電極体の捲回方向に沿ってセパレータの全体にわたって折り目を形成することができる。つまり、ロールを捲回装置の一部または搬送ラインの途中に設けることにより、セパレータの捲回方向の全体にわたる折り目を形成することができる。このため、新たな製造工程のラインを設ける必要がなく、低コストかつ容易に実現できる。 According to this, for example, a surface parallel to the rotation direction of the roll that protrudes outward in the radial direction and has a V-shaped cross section is formed along the direction in which the crease is formed. A crease can be formed over the entire separator along the winding direction of the electrode body by pressing the roll against the separator in a proper direction and feeding the separator with the roll. That is, by providing the roll in a part of the winding device or in the middle of the transport line, it is possible to form a fold line in the entire winding direction of the separator. For this reason, it is not necessary to provide a new manufacturing process line, and it can be easily realized at low cost.
また、前記電極体は、前記正極および前記負極と2枚の前記セパレータとが積層された状態で捲回されることにより形成され、かつ、前記正極および前記負極の表面に活物質が塗工されていない未塗工領域を有し、前記折り目は、前記正極および前記負極の少なくとも一方の前記未塗工領域と対向する位置に形成されてもよい。 The electrode body is formed by winding in a state where the positive electrode and the negative electrode and the two separators are laminated, and an active material is applied to the surfaces of the positive electrode and the negative electrode. The fold may be formed at a position facing at least one of the positive electrode and the negative electrode.
これによれば、2枚のセパレータのうち少なくとも一方に形成される折り目は、未塗工領域に対向する位置に形成される。未塗工領域は、ほとんど電極体の性能に影響を与えない領域であるため、未塗工領域に対向する位置に折り目を設けることにより、電極体の性能にほとんど影響を与えずに、セパレータに捩れや折り込みが発生することを防ぐことができる。 According to this, the crease formed in at least one of the two separators is formed at a position facing the uncoated region. Since the uncoated area hardly affects the performance of the electrode body, providing a crease at a position facing the uncoated area hardly affects the performance of the electrode body. It is possible to prevent twisting and folding.
また、前記折り目は、前記電極体の捲回軸方向の両端に形成されてもよい。 The fold line may be formed at both ends of the electrode body in the winding axis direction.
これによれば、2枚のセパレータのうち少なくとも一方に形成される折り目は、電極体の捲回軸方向の両端に形成される。捲回軸方向の両端に折り目を設けることにより、セパレータの捩れや折り込みの発生をより防ぐことができる。 According to this, the fold formed in at least one of the two separators is formed at both ends in the winding axis direction of the electrode body. By providing creases at both ends in the winding axis direction, the occurrence of twisting and folding of the separator can be further prevented.
また、前記折り目は、前記電極体の捲回方向に沿って形成されてもよい。 The fold line may be formed along a winding direction of the electrode body.
また、前記セパレータは、第一層と、前記第一層と材質が異なる第二層とにより成ってもよい。 The separator may include a first layer and a second layer made of a material different from that of the first layer.
これによれば、セパレータは複数層がそれぞれ異なる材質により構成されるため、それぞれの熱膨張率が異なる。このため、温度変化により湾曲が起こりやすい。このようなセパレータであっても、セパレータの端部近傍に折り目を形成しているため、特に正極及び負極と、セパレータとを複数層積層する際に、セパレータに捩れや折り込みが発生することを防ぐができる。 According to this, since a plurality of layers are made of different materials, the separators have different coefficients of thermal expansion. For this reason, bending is likely to occur due to temperature changes. Even in such a separator, a crease is formed in the vicinity of the end portion of the separator, so that the separator is prevented from being twisted or folded particularly when a plurality of layers of the positive electrode, the negative electrode, and the separator are laminated. Can do.
なお、本発明は、このような蓄電素子として実現することができるだけでなく、このような蓄電素子を構成する電極体として実現することができる。また、蓄電素子または電極体を製造するための捲回方法および捲回装置として実現することができる。 Note that the present invention can be realized not only as such a power storage element but also as an electrode body constituting such a power storage element. In addition, it can be realized as a winding method and a winding device for manufacturing a power storage element or an electrode body.
本発明に係る蓄電素子によれば、セパレータに捩れや折り込みが発生しにくくすることができ、正極と負極とが短絡した状態の電極体を有する蓄電素子を製造することを防ぐことができる。 According to the electricity storage device of the present invention, it is possible to make it difficult for the separator to be twisted or folded, and it is possible to prevent the electricity storage device having an electrode body in a state where the positive electrode and the negative electrode are short-circuited.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present invention. The shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of the components shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present invention. The invention is limited only by the claims. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept of the present invention are not necessarily required to achieve the object of the present invention. It will be described as constituting a preferred form.
図1は、蓄電素子の容器の壁部の一部を省略して電池の内部を模式的に示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view schematically showing the inside of a battery by omitting a part of a wall portion of a container of a storage element.
蓄電素子10は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池などの非水電解質電池である。
The
同図に示すように、蓄電素子10は、容器100と、正極端子200と、負極端子300とを備え、容器100は、上壁であるふた板110を備えている。また、容器100内方には、電極体120と、正極集電体130と、負極集電体140とが配置されている。
As shown in the figure, the
なお、蓄電素子10の容器100の内部には電解液などの液体が封入されているが、当該液体の図示は省略する。また、蓄電素子10は、非水電解質電池には限定されず、非水電解質電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。
Note that a liquid such as an electrolytic solution is sealed inside the
容器100は、金属からなる矩形筒状で底を備える容器本体と、当該容器本体の開口を閉塞する金属製のふた板110とで構成されている。また、容器100は、電極体120等を内部に収容後、ふた板110と容器本体とが溶接等されることにより、内部を密封することができるものとなっている。
The
電極体120は、正極と負極とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる部材である。具体的には、電極体120は、負極と正極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものを全体が長円形状となるように捲回されて形成されている。なお、同図では、電極体120の形状としては長円形状を示したが、円形状または楕円形状でもよい。電極体120の詳細な構成については、後述する。
The
正極端子200は、電極体120の正極に電気的に接続された電極端子であり、負極端子300は、電極体120の負極に電気的に接続された電極端子である。つまり、正極端子200および負極端子300は、電極体120に蓄えられている電気を蓄電素子10の外部空間に導出し、また、電極体120に電気を蓄えるために蓄電素子10の内部空間に電気を導入するための金属製の電極端子である。また、正極端子200および負極端子300は、電極体120の上方に配置されたふた板110に取り付けられている。
The
正極集電体130は、電極体120の正極と容器100の側壁との間に配置され、正極端子200と電極体120の正極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、正極集電体130は、電極体120の正極集電箔と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。
The positive electrode
負極集電体140は、電極体120の負極と容器100の側壁との間に配置され、負極端子300と電極体120の負極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、負極集電体140は、電極体120の負極集電箔と同様、銅または銅合金で形成されている。
The negative electrode
図2は、電極体の外観を模式的に示す斜視図である。図3は図2の電極体のIII−III断面図である。 FIG. 2 is a perspective view schematically showing the appearance of the electrode body. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of the electrode body of FIG.
捲回型電極体としての電極体120は、図2および図3に示すように、巻芯126と、捲回体121と、絶縁シート127とにより構成される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
巻芯126は、ポリプロピレンまたはポリエチレンから成る長尺帯状の巻きシートを例えば3つ折りにした状態で、その最外周の端部が溶着固定されることにより形成され、捲回体121の最内周に配置される。
The winding
捲回体121は、正極としての正極板122および負極としての負極板123と、正極板122および負極板123の間に配置され、2枚のセパレータ124、125と正極板122とが積層された状態で、断面が長円形状となるように巻芯126に捲回されて成る。より具体的には、捲回体121は、第一セパレータ124と、負極板123と、第二セパレータ125とがこの順に積層された状態で第一セパレータ124および第二セパレータ125が巻芯126に溶着固定されて、正極板122と、第一セパレータ124と、負極板123と、第二セパレータ125との4枚が巻芯126を中心(捲回軸)として捲回されることにより構成される。つまり、2枚のセパレータ124、125は、正極としての正極板122を挟んでおり、かつ、それぞれの第二面を形成する第二層124b、125bが正極板122と接している。また、2枚のセパレータ124、125は、負極としての負極板123を挟んでおり、かつ、それぞれの第一面を形成する第一層124a、125aが負極板と接している。捲回体121は、最外周(最後の一周)において正極板122および負極板123がない状態で捲回される。
The
捲回体121は、活物質が表面に塗布された正極板122および負極板123と、2枚のセパレータ124、125とのそれぞれが交互に積層された状態で、巻芯126に捲回されて成る。つまり、捲回体121は、正極板122と、第一セパレータ124と、負極板123と、第二セパレータ125とがこの順に積層された状態で、断面が長円形状になるように捲回されることにより成る。
The
正極板122は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる長尺帯状の正極集電箔の表面に、正極活物質層が形成されたものである。なお、本発明に係る蓄電素子10に用いられる正極板122は、特に従来用いられてきたものと異なるところはなく、通常用いられているものが使用できる。
The
例えば、正極活物質としては、LiMPO4、LiMSiO4、LiMBO3(MはFe、Ni、Mn、Co等から選択される1種または2種以上の遷移金属元素)等のポリアニオン化合物、チタン酸リチウム、マンガン酸リチウム等のスピネル化合物、LiMO2(MはFe、Ni、Mn、Co等から選択される1種または2種以上の遷移金属元素)等のリチウム遷移金属酸化物等を用いることができる。 For example, as the positive electrode active material, polyanion compounds such as LiMPO 4 , LiMSiO 4 , LiMBO 3 (M is one or more transition metal elements selected from Fe, Ni, Mn, Co, etc.), lithium titanate, etc. , Spinel compounds such as lithium manganate, lithium transition metal oxides such as LiMO 2 (M is one or more transition metal elements selected from Fe, Ni, Mn, Co, etc.), etc. can be used. .
負極板123は、銅または銅合金からなる長尺帯状の負極集電箔の表面に、負極活物質層が形成されたものである。なお、本発明に係る蓄電素子10に用いられる負極板123は、特に従来用いられてきたものと異なるところはなく、通常用いられているものが使用できる。
The
例えば、負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。例えば、リチウム金属、リチウム合金(リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−錫、リチウム−アルミニウム−錫、リチウム−ガリウム、およびウッド合金等のリチウム金属含有合金)の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料(例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボン等)、金属酸化物、リチウム金属酸化物(Li4Ti6O12等)、ポリリン酸化合物などが挙げられる。 For example, as the negative electrode active material, a known material can be appropriately used as long as it is a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions. For example, lithium metal and lithium alloys (lithium metal-containing alloys such as lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin, lithium-aluminum-tin, lithium-gallium, and wood alloys) and lithium can be occluded / released. Alloys, carbon materials (eg, graphite, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, low-temperature fired carbon, amorphous carbon, etc.), metal oxides, lithium metal oxides (Li 4 Ti 6 O 12 etc.), polyphosphate compounds Etc.
また、第一セパレータ124および第二セパレータ125は、正極板122と負極板123との間に配置される長尺帯状のセパレータであり、第一層124a、125aと第二層124b、125bとを備えている。
The
第一層124a、125aは、第一セパレータ124および第二セパレータ125の基材層であり、熱可塑性樹脂を含んだ微多孔性のシートである。
The
具体的には、第一層124a、125aとしては、ポリマー、天然繊維、炭化水素繊維、ガラス繊維またはセラミック繊維の織物または不織繊維を有する樹脂多孔膜が用いられる。また、当該樹脂多孔膜は、好ましくは、織物または不織ポリマー繊維を有する。特に、当該樹脂多孔膜は、ポリマー織物またはフリースを有するかまたはこのような織物またはフリースであるのが好ましい。ポリマー繊維としては、好ましくは、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリアミド(PA)、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリオレフィン(PO)が挙げられ、ポリオレフィンとしては、例えばポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)またはこのようなポリオレフィンの混合物から選択したポリマーの非電導性繊維があげられる。また、当該樹脂多孔膜は、ポリオレフィン微多孔膜、不織布、紙等であってもよく、好ましくはポリオレフィン微多孔膜である。多孔質ポリオレフィン層としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはこれらの複合膜などを利用することができる。なお、電池特性への影響を考慮すると、第一層124a、125aの厚みは5〜30μm程度であるのが好ましい。
Specifically, a resin porous membrane having a woven or non-woven fiber of polymer, natural fiber, hydrocarbon fiber, glass fiber or ceramic fiber is used as the
第二層124b、125bは、第一層124a、125a上に配置される、第一層124a、125aとは材質が異なる層である。本実施の形態では、第二層124b、125bは、第一層124a、125a上に塗工された耐熱塗工層である。ここで、耐熱塗工層は、例えば、無機粒子とバインダの混合物または耐熱性樹脂(耐熱粒子)を含む。
The second layers 124b and 125b are layers different in material from the
具体的には、上記の無機粒子は、下記のうちの一つ以上の無機物の単独もしくは混合体もしくは複合化合物からなる。例えば、酸化鉄、SiO2、Al2O3、TiO2、BaTiO2、ZrO、アルミナ−シリカ複合酸化物などの酸化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物微粒子、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶微粒子、シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶微粒子、タルク、モンモリロナイトなどの粘土微粒子、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、セリサイト、ベントナイト、マイカなどの鉱物資源由来物質あるいはそれらの人造物などが上記の無機物として挙げられる。また、上記の無機物は、SnO2、スズ−インジウム酸化物(ITO)などの酸化物微粒子、カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質微粒子などの導電性微粒子の表面を、電気絶縁性を有する材料(例えば、上記の電気絶縁性の無機粒子を構成する材料)で表面処理することで、電気絶縁性を持たせた微粒子であってもよい。 Specifically, the inorganic particles are composed of one or more of the following inorganic substances alone or as a mixture or a composite compound. For example, iron oxide, SiO 2, Al 2 O 3 , TiO 2, BaTiO 2, ZrO, alumina - oxide such as silica composite oxide, aluminum nitride, nitrides particles, calcium fluoride, such as silicon nitride, barium fluoride Slightly soluble ionic crystal particles such as barium sulfate, covalently bonded crystal particles such as silicon and diamond, clay particles such as talc and montmorillonite, boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, sericite, bentonite, Examples of the inorganic substance include substances derived from mineral resources such as mica or artificial products thereof. In addition, the above-mentioned inorganic substance is a material having an electrical insulating property on the surface of conductive fine particles such as oxide fine particles such as SnO 2 and tin-indium oxide (ITO), and carbonaceous fine particles such as carbon black and graphite (for example, In addition, fine particles imparted with electrical insulation by surface treatment with the above-described material constituting the electrically insulating inorganic particles) may be used.
バインダとしては、特に限定されないが、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンあるいはポリカーボネートを挙げることができる。特に電気化学的な安定性の点からは、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸あるいはスチレン-ブタジエンゴムが好ましい。 The binder is not particularly limited. For example, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene. Polysiloxane, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene or polycarbonate. In particular, from the viewpoint of electrochemical stability, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polyacrylic acid, polymethacrylic acid or styrene-butadiene rubber is preferred.
耐熱性樹脂としては、特に限定されないが、第一層124a、125aの構成材料よりも軟化点が高い材料である。例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、架橋ポリメチルメタクリレート(架橋PMMA)、架橋ポリスチレン(架橋PS)、ポリジビニルベンゼン(PDVB)、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド縮合物などの架橋高分子、熱可塑性ポリイミドなどの耐熱性高分子が挙げられる。これらの有機樹脂(高分子)は、前記例示の材料の混合物、変性体、誘導体、共重合体(ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体)、架橋体(前記の耐熱性高分子の場合)であってもよい。
Although it does not specifically limit as heat resistant resin, It is a material with a softening point higher than the constituent material of
図4は、電極体の捲回前の構成を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the electrode body before winding.
図4に示すように、電極体120は、捲回される前の状態では、巻芯126の外周面に対して第一セパレータ124および第二セパレータ125の端部が粘着テープ128によりテープ止めされている。そして、第一セパレータ124および第二セパレータ125のテープ止めされている端部から図4の下側に間隔を空けて正極板122および負極板123が積層されて配置される。また、正極板122および負極板123は、第一セパレータ124および第二セパレータ125を介し、長尺帯状の幅方向(捲回軸方向)に互いにずらして積層される。そして、正極板122および負極板123は、それぞれのずらす方向の端縁部を活物質が塗工されない未塗工領域とすることにより、捲回軸の一端部には、活物質が形成されていない正極基材であるアルミニウム箔が露出し、捲回軸の他端部には、活物質が形成されていない負極基材である銅箔が露出している。このように未塗工領域は、電極体120の捲回軸方向の両端に形成される。
As shown in FIG. 4, in the state before the
第一セパレータ124および第二セパレータ125は、その端部(テープ止めされている端部)近傍に折り目L1を有する。折り目L1は、電極体120の捲回方向(つまり、第一セパレータ124および第二セパレータ125の長手方向)に沿って形成される。また、折り目L1は、第一セパレータ124および第二セパレータ125の捲回され始める側の端部から所定の長さの範囲に形成される。なお、ここにいう「所定の長さ」とは、例えば、巻芯126の外周の半周分の長さであってもよいし、巻芯126の外周の一周分の長さであってもよいし、第一セパレータ124および第二セパレータ125の捲回され始める側の端部から正極板122および負極板123とが第一セパレータ124または第二セパレータ125を挟んで対向し始める領域までの間の距離であってもよい。第一セパレータ124および第二セパレータ125の捲回され始める側の端部から正極板122および負極板123とが第一セパレータ124または第二セパレータ125を挟んで対向し始める領域までの間の距離よりも短い長さを「所定の長さ」とした場合、折り目が正極と負極との間の電極反応にほとんど影響を与えないため好ましい。
The
図5は、図4のセパレータの折り目の近傍を拡大したV−V断面図である。 FIG. 5 is an enlarged VV sectional view of the vicinity of the fold of the separator of FIG.
図5に示すように、第一セパレータ124および第二セパレータ125に形成される折り目L1の近傍では、第一セパレータ124および第二セパレータ125の断面がV字形状に折れ曲がっており、かつ、折り目L1を起点として折りたたまれていない(折り返しがない)状態となっている。具体的には、折り目は、視認もしくは光学顕微鏡、レーザ顕微鏡、電子顕微鏡等の各種顕微鏡による視察で、凹部または凸部を確認可能である部位が捲回方向に沿って連続的(あるいは断続的)に一定長さ以上存在している部位を指す。または、当該部材の断面を見たときに折り目L1の位置において、折り目L1の凹部表面から第一セパレータ124または第二セパレータ125の厚みΔtと同じ距離にある(つまり、折り目L1から点P1までの距離、および、折り目L1から点P2までの距離が第一セパレータ124または第二セパレータ125の厚みΔtと等しい。)同一面状の2点P1、P2(凹部側表面)を結んでできる2直線のなす角度αが180度より十分に小さい角度(例えば、160度以下等)となる構造を指す。
As shown in FIG. 5, in the vicinity of the crease L1 formed in the
図6は、捲回装置を示す図である。図7は、図6の圧子のVII−VII断面図である。図6に示すように、捲回装置400は、折り目形成部としての上部圧子401および下部圧子402と、捲回部404とを備える。上部圧子401には、断面がV字形状の凹部401aが幅方向の両端に形成されている。また、下部圧子402には、断面がV字形状の凹部401aと嵌合する凸部402aが幅方向の両端に形成されている。上部圧子401には、第一セパレータ124および第二セパレータ125の流れ方向下流側に切断部403が設けられている。捲回部404は、巻芯126にテープ止めされた第一セパレータ124および第二セパレータ125を、正極板122および負極板123の間に挟んで積層した状態で、正極板122および負極板123と共に巻芯126を中心として捲回する。
FIG. 6 is a diagram illustrating the winding device. 7 is a VII-VII cross-sectional view of the indenter of FIG. As shown in FIG. 6, the winding
図6の上段の図に示すように、電極体120を形成するために、正極板122、負極板123、第一セパレータ124、および第二セパレータ125を積層した状態で捲回部404が捲回する。そして、捲回が終わったときに、上部圧子401および下部圧子402が第一セパレータ124および第二セパレータ125を挟みこんで、圧力をかけることにより、折り目L1を形成する(図6の中段の図)。さらに、上部圧子401および下部圧子402により第一セパレータ124および第二セパレータ125を挟み込んだ状態で、切断部403が第一セパレータ124および第二セパレータ125を切断する(図6の下段の図)。このように、上部圧子401および下部圧子402によって折り目L1を第一セパレータ124および第二セパレータ125に形成した状態で、形成された折り目L1よりも第一セパレータ124および第二セパレータ125の流れ方向下流側を切断している。つまり、折り目L1は、第一セパレータ124および第二セパレータ125の流れ方向の先頭(捲回し始める側の端部近傍)に形成されることになる。このため、上部圧子401および下部圧子402の第一セパレータ124および第二セパレータ125の流れ方向下流側に切断部403を設けることにより、上部圧子401および下部圧子402により第一セパレータ124および第二セパレータ125に折り目L1を形成しつつ、折り目L1が形成される位置が第一セパレータ124および第二セパレータ125の捲回し始める側の端部近傍に形成することができる。
As shown in the upper diagram of FIG. 6, in order to form the
上記実施の形態に係る蓄電素子10によれば、第一セパレータ124および第二セパレータ125の端部近傍に折り目L1を有する。このように、第一セパレータ124および第二セパレータ125の端部近傍に折り目L1を設けることにより、折り目L1近傍から2つの方向に沿った面が形成されることになるため、正極板122および負極板123と、第一セパレータ124および第二セパレータ125とを複数層積層する際に、第一セパレータ124および第二セパレータ125に捩れや折り込みが発生しにくくすることができる。このため、正極板122と負極板123とが短絡した状態の電極体120を有する蓄電素子10を製造することを防ぐことができる。
According to the
また、上記実施の形態に係る蓄電素子10によれば、第一セパレータ124および第二セパレータ125は複数層がそれぞれ異なる材質により構成されるため、それぞれの熱膨張率が異なる。このため、温度変化により湾曲が起こりやすい。このような第一セパレータ124および第二セパレータ125であっても、第一セパレータ124および第二セパレータ125の端部近傍に折り目L1を形成しているため、特に正極板122および負極板123と、第一セパレータ124および第二セパレータ125とを複数層積層する際に、第一セパレータ124および第二セパレータ125に捩れや折り込みが発生することを防ぐことができる。
Moreover, according to the
また、上記実施の形態に係る蓄電素子10によれば、第一セパレータ124および第二セパレータ125に形成される折り目L1は、捲回され始める側の端部から所定の長さの範囲に形成される。つまり、折り目L1は、第一セパレータ124および第二セパレータ125の正極板122と負極板123との間以外の領域に設けることになる。また、折り目L1は、図5に示すように厚み方向に対して凹凸が形成されているため、第一セパレータ124および第二セパレータ125の折り目L1が形成される部分を正極板122および負極板123によって挟みこむ場合に、正極板122および負極板123の折り目L1に対応する位置において正極板122および負極板123の間隔が開いてしまう。このため、折り目L1が形成される位置は、電極体120の性能に影響を与えやすい。しかしながら、蓄電素子10の第一セパレータ124および第二セパレータ125には、正極板122と負極板123とに影響を与えない位置に折り目L1を設けているため、電極体の性能にほとんど影響を与えずに、セパレータに捩れや折り込みが発生することを防ぐことができる。
Further, according to the
なお、上記実施の形態に係る蓄電素子10によれば、折り目L1は、電極体120の捲回方向(つまり、第一セパレータ124および第二セパレータ125の長手方向)に沿って形成されているが、この方向に限らずに、第一セパレータ124または第二セパレータ125を捲回する際の最内周端部の角に向かって延びるように斜めに形成してもよいし、捲回軸方向に沿うように形成しても効果がある。
According to
また、上記実施の形態に係る蓄電素子10によれば、第一セパレータ124および第二セパレータ125の長尺帯状の幅方向(捲回軸方向)の中央付近に粘着テープ128により巻芯126にテープ止めした上で、積層した正極板122、負極板123、第一セパレータ124および第二セパレータ125を捲回しているがテープ止めに限らずに、巻芯126に熱溶着させる形態であってもよい。熱溶着を行う際にセパレータの端部形状が安定しておらず、湾曲が発生していると、湾曲した状態のまま熱溶着されてしまう恐れがある。このような状態で捲回されると、セパレータの捩れが発生しやすくなる。しかし、折り目L1が第一セパレータ124および第二セパレータ125の端部近傍に設けられることにより、熱溶着時のセパレータ端部形状を安定させることができる。
Further, according to the
また、上記実施の形態に係る蓄電素子10によれば、第一セパレータ124および第二セパレータ125に形成される折り目L1の捲回軸方向における位置は、特に限定されていないが、未塗工領域に対向する位置に形成されることが好ましい。つまり、折り目L1は、第一セパレータ124および第二セパレータ125の捲回され始める側の端部から所定の長さの範囲であって、未塗工領域に対向する位置に形成されることが好ましい。未塗工領域は、ほとんど電極体120の性能に影響を与えない領域であるため、未塗工領域に対向する位置に折り目L1を設けることにより、電極体120の性能にほとんど影響を与えずに、第一セパレータ124および第二セパレータ125に捩れや折り込みが発生することを防ぐことができる。なお、この場合の、未塗工領域に対向する位置とは、正極板122または負極板123の未塗工領域に直接対向していることも含み、また、何らかのシート(正極板122、負極板123、第一セパレータ124または第二セパレータ125)を介して対向することも含む。
Moreover, according to the
また、上記実施の形態に係る蓄電素子10によれば、第一セパレータ124および第二セパレータ125に形成される折り目L1は、捲回軸方向の両端に設けられており、その両方の折り目L1が捲回軸方向両端の未塗工領域の両方に対向する位置に形成されているが、2つの折り目L2のうちで一方の折り目L1のみが未塗工領域に対向するように形成されていてもよい。
Moreover, according to the
また、上記実施の形態に係る蓄電素子10によれば、第一セパレータ124および第二セパレータ125に形成される折り目L1は、第一セパレータ124および第二セパレータ125の捲回され始める側の端部から所定の長さの範囲に形成されるが、これに限らずに、電極体120の捲回方向に沿って、第一セパレータ124および第二セパレータ125の全体にわたって形成されてもよい。
Moreover, according to the
この場合の製造方法について、図8および図9に基づいて以下に説明する。 A manufacturing method in this case will be described below with reference to FIGS.
図8は、第一セパレータ124および第二セパレータ125の搬送ラインの一部に設けられる搬送ロール410を搬送方向の側方から視た概略図である。図9は、図8に示す搬送ロール410のIX−IX断面図である。
FIG. 8 is a schematic view of a
搬送ロール410は、折り目用サポートロール411と、保持用ロール412とから構成される。搬送ロール410は、電極体120を捲回する捲回装置へ第一セパレータ124および第二セパレータ125を搬送するための装置であって、捲回装置の一部として捲回装置に設けられていてもよいし、第一セパレータ124および第二セパレータ125を搬送する搬送ラインの途中に設けられていてもよい。折り目用サポートロール411は、図8、9に示すように、半径方向の外側に突出しており、かつ、断面がV字形状である凸部411aが形成されている。また、折り目用サポートロール411は、1つの保持用ロール412に対して2つ設けられており、第一セパレータ124および第二セパレータ125の捲回軸方向の両端に対向する位置に配置されている。なお、保持用ロール412は1つに限るものではなく2つの折り目用サポートロール411に対向する位置にあれば2つ以上であってもよい。
The
つまり、搬送ロール410は、折り目用サポートロール411と保持用ロール412とが、搬送途中の第一セパレータ124および第二セパレータ125を挟みこんで、折り目用サポートロール411の凸部411aを第一セパレータ124および第二セパレータ125に押し付けることにより、第一セパレータ124および第二セパレータ125の捲回軸方向の両端に、電極体120の捲回方向に沿って第一セパレータ124および第二セパレータ125の全体にわたって折り目L1を形成する装置である。なお、この場合の第一セパレータ124および第二セパレータ125に形成される折り目L1は、電極反応に寄与する領域に折り目L1が設けられることは電極反応に悪影響を与えるおそれがあり好ましくないため、正極板122および負極板123の少なくとも一方の未塗工領域に対向する位置に形成されることが好ましい。また、折り目L1は、第一セパレータ124および第二セパレータ125の捲回軸方向の両端に設けられるため、第一セパレータ124に捩れや折り込みが発生することを抑制できる。さらに、本製造方法では、折り目用サポートロール411と保持用ロール411との間を第一セパレータ124および第二セパレータ125を通過させることにより折り目L1を形成するため、電極体120の捲回方向に連続的な折り目L1を容易に形成することができる。また、折り目用サポートロール411を捲回装置の一部または搬送ラインの途中に設けることにより、第一セパレータ124および第二セパレータ125の捲回方向の全体にわたる折り目を形成することができるため、新たな製造工程のラインを設ける必要がなく、低コストかつ容易に実現できる。
In other words, the
また、上記実施の形態に係る蓄電素子10によれば、電極体120は、捲回型の電極体が採用されているが、これに限らずに、積層型の電極体であってもよい。
Moreover, according to the
以上、本発明の蓄電素子について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。 As mentioned above, although the electrical storage element of this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to this embodiment. Unless it deviates from the meaning of this invention, the form which carried out the various deformation | transformation which those skilled in the art can think to this embodiment, and the structure constructed | assembled combining the component in different embodiment is also contained in the scope of the present invention. .
本発明の一態様に係る蓄電素子は、セパレータに捩れや折り込みが発生しにくくすることができ、正極と負極とが短絡しにくい構造の蓄電素子等として有用である。 The power storage element according to one embodiment of the present invention can be less likely to be twisted or folded into the separator, and is useful as a power storage element having a structure in which a positive electrode and a negative electrode are less likely to be short-circuited.
10 蓄電素子
100 容器
110 ふた板
120 電極体
121 捲回体
122 正極板
123 負極板
124 第一セパレータ
124a、125a 第一層
124b、125b 第二層
125 第二セパレータ
126 巻芯
127 絶縁シート
128 粘着テープ
130 正極集電体
140 負極集電体
200 正極端子
300 負極端子
400 捲回装置
401 上部圧子
401a 凹部
402 下部圧子
402a 凸部
403 切断部
404 捲回部
410 搬送ロール
411 折り目用サポートロール
412 保持用ロール
L1 折り目
P1、P2 点
Δt 厚み
α 角度
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記セパレータは、その端部に折り目を有する
蓄電素子。 A positive electrode and a negative electrode, and a separator, the separator comprising an electrode body disposed between the positive electrode and the negative electrode;
The separator has a fold at an end thereof.
前記折り目は、前記2枚のセパレータの捲回され始める側の端部から所定の長さ離れた位置までの範囲に形成される
請求項1に記載の蓄電素子。 The electrode body is formed by being wound in a state where the positive electrode and the negative electrode and the two separators are laminated,
The electric storage element according to claim 1, wherein the fold is formed in a range from an end portion of the two separators on the side where winding starts to a position separated by a predetermined length.
前記折り目は、前記電極体の捲回方向に沿って、前記セパレータの全体にわたって形成される
請求項1に記載の蓄電素子。 The electrode body is formed by being wound in a state where the positive electrode and the negative electrode and the two separators are laminated,
The electric storage element according to claim 1, wherein the fold is formed over the entire separator along a winding direction of the electrode body.
前記折り目は、前記正極および前記負極の少なくとも一方の前記未塗工領域と対向する位置に形成される
請求項1から3のいずれか1項に記載の蓄電素子。 The electrode body is formed by being wound in a state where the positive electrode and the negative electrode and the two separators are laminated, and no active material is applied to the surfaces of the positive electrode and the negative electrode Has an uncoated area,
The electric storage element according to any one of claims 1 to 3, wherein the fold is formed at a position facing at least one of the positive electrode and the negative electrode in the uncoated region.
請求項2から4のいずれか1項に記載の蓄電素子。 The electricity storage element according to any one of claims 2 to 4, wherein the fold is formed at both ends of the electrode body in a winding axis direction.
請求項2から5のいずれか1項に記載の蓄電素子。 The electric storage element according to any one of claims 2 to 5, wherein the fold is formed along a winding direction of the electrode body.
請求項1から6のいずれか1項に記載の蓄電素子。 The power storage device according to claim 1, wherein the separator includes a first layer and a second layer made of a material different from that of the first layer.
セパレータと、
を備え、
前記セパレータは、前記正極および前記負極の間に配置され、
前記正極および前記負極と前記セパレータとは、複数層積層され、
前記セパレータは、その端部近傍に折り目を有する
電極体。 A positive electrode and a negative electrode;
A separator;
With
The separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode;
The positive electrode, the negative electrode and the separator are laminated in a plurality of layers,
The separator has a fold in the vicinity of an end thereof.
前記セパレータの端部に折り目を形成する折り目形成部と、
積層された前記正極および前記負極と、前記セパレータとを捲回する捲回部と
を備える捲回装置。 A positive electrode, a negative electrode, and a separator are provided, the separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrode body formed by stacking a plurality of layers of the positive electrode, the negative electrode, and the separator is manufactured. A winding device,
A crease forming part for forming a crease at an end of the separator;
A winding device comprising: the stacked positive electrode and negative electrode, and a winding unit that winds the separator.
前記セパレータの端部に折り目を形成する折り目形成ステップと、
積層された前記正極および前記負極と、前記セパレータとを捲回する捲回ステップと
を含む捲回方法。 A positive electrode, a negative electrode, and a separator are provided, the separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrode body formed by stacking a plurality of layers of the positive electrode, the negative electrode, and the separator is manufactured. A winding method,
A crease forming step of forming a crease at an end of the separator;
A winding method comprising: winding the stacked positive electrode and negative electrode, and winding the separator.
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