JP2015090774A - Power storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電装置に関する。 The present invention relates to a power storage device.
従来から、蓄電装置の一種である二次電池としては、例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等がよく知られている。このような二次電池は、正極の活物質が設けられた部分及び負極の活物質が設けられた部分との間に設けられるセパレータと、を有する電極組立体が収容されている。電極組立体は本体部及び集電部を有し、集電部には、外部端子まで延びる矩形シート状の導電部材が接合される。 Conventionally, as a secondary battery which is a kind of power storage device, for example, a lithium ion secondary battery, a nickel metal hydride secondary battery, and the like are well known. Such a secondary battery accommodates an electrode assembly having a separator provided between a portion provided with a positive electrode active material and a portion provided with a negative electrode active material. The electrode assembly has a main body and a current collector, and a rectangular sheet-like conductive member extending to an external terminal is joined to the current collector.
このような二次電池では、側面からの外力により導電部材が本体部側に押圧された場合、導電部材が集電部以外の電極組立体に接触し、場合によっては、導電部材が電極組立体を突き破り、その結果二次電池が圧壊される(側面圧壊)。これは、導電部材が集電部以外の電極組立体に接触する時に、その接触した部分に応力が集中することによるものと考えられる。そこで、導電部材の本体部側の端部に、フランジを立設することで、導電部材の接触面積を大きくし、導電部材の接触時に応力の集中を緩和して、上述した圧壊に対する耐性(圧壊耐性)を向上する技術が、例えば下記特許文献1−3に開示されている。
In such a secondary battery, when the conductive member is pressed toward the main body by the external force from the side surface, the conductive member contacts the electrode assembly other than the current collector, and in some cases, the conductive member may be the electrode assembly. As a result, the secondary battery is crushed (side crushed). This is considered to be due to stress concentration at the contacted portion when the conductive member contacts the electrode assembly other than the current collector. Therefore, by setting up a flange at the end of the main body side of the conductive member, the contact area of the conductive member is increased, the stress concentration during the contact of the conductive member is reduced, and the above-mentioned resistance to collapse (crushing) For example,
しかしながら、上述した二次電池においても、フランジ部の先端が電極組立体を突き破るおそれがあり、十分な圧壊耐性を得ることができなかった。 However, even in the secondary battery described above, the tip of the flange portion may break through the electrode assembly, and sufficient crush resistance could not be obtained.
そこで、本発明は、圧壊耐性の向上が図られた蓄電装置を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a power storage device with improved crush resistance.
本発明の一形態に係る蓄電装置は、一部分に活物質が設けられた正極及び負極と、正極の活物質が設けられた第1活物質部及び負極の活物質が設けられた第2活物質部との間に設けられるセパレータと、を有する電極組立体と、導電部材と、電極組立体及び導電部材が収容されるケースと、を備える蓄電装置であって、電極組立体は、正極の活物質が設けられた部分と負極の活物質が設けられた部分とセパレータとから構成される本体部と、正極における活物質が設けられていない部分で構成される第1集電部と、負極における活物質が設けられていない部分で構成される第2集電部と、を有し、正極は、セパレータ及び負極が積層される第1活物質部と、第1集電部を構成する第1端子部と、第1活物質部と第1端子部との間に位置する第1連結部とを有し、負極は、セパレータ及び正極が積層される第2活物質部と、第2集電部を構成する第2端子部と、第2活物質部と第2端子部との間に位置する第2連結部とを有し、導電部材は、第1集電部又は第2集電部と接合される基部と、基部の本体部側の端部に立設されるとともに第1連結部又は第2連結部と距離を置いて対向するフランジ部とを有し、フランジ部の先端と、ケースの内面のうち第1集電部又は第2集電部の基部が接合される面と対向する第1内面との最短距離D1は、基部が接合される正極又は負極と、第1内面との最短距離D2よりも短い。 A power storage device according to one embodiment of the present invention includes a positive electrode and a negative electrode each provided with an active material, a first active material portion provided with a positive electrode active material, and a second active material provided with a negative electrode active material. A power storage device comprising: an electrode assembly having a separator provided between the electrode portion; a conductive member; and a case in which the electrode assembly and the conductive member are accommodated. A main body composed of a portion provided with a material, a portion provided with a negative electrode active material, and a separator, a first current collector composed of a portion where no active material in the positive electrode is provided, and a negative electrode A second current collecting part configured with a portion where no active material is provided, and the positive electrode includes a first active material part on which the separator and the negative electrode are stacked, and a first current constituting the first current collecting part A terminal portion, a first active material portion and a first terminal portion located between the first terminal portion; A negative electrode, a second active material portion on which the separator and the positive electrode are stacked, a second terminal portion constituting the second current collector, and a second active material portion and a second terminal portion. A second connecting portion located between the first current collecting portion and the second current collecting portion; It has a flange portion that is spaced apart from the one connection portion or the second connection portion, and the tip of the flange portion is joined to the base of the first current collector or the second current collector among the inner surfaces of the case. The shortest distance D1 between the first inner surface facing the surface is shorter than the shortest distance D2 between the positive electrode or negative electrode to which the base is bonded and the first inner surface.
この蓄電装置においては、フランジ部の先端と、第1内面との最短距離D1は、基部が接合される正極又は負極と、第1内面との最短距離D2よりも短いため、導電部材が本体部側に押圧され、フランジ部が電極組立体に接触した時であっても、フランジ部の先端は、電極組立体に接しない。これにより、フランジ部の先端によって電極組立体が圧壊されることが抑制されるため、電極組立体の圧壊耐性の向上が図られる。 In this power storage device, the shortest distance D1 between the front end of the flange portion and the first inner surface is shorter than the shortest distance D2 between the positive electrode or negative electrode to which the base is joined and the first inner surface, so that the conductive member is the main body portion. Even when the flange is in contact with the electrode assembly, the tip of the flange does not contact the electrode assembly. Thereby, since the electrode assembly is suppressed from being crushed by the tip of the flange portion, the crush resistance of the electrode assembly can be improved.
また、蓄電装置は、第1内面と電極組立体との間に設けられるシートを有し、フランジ部の先端と、第1内面との最短距離D1は、シートの第1内面と対向する面と反対側の面と、第1内面との最短距離D3よりも短くてもよい。この場合、フランジ部の先端は、本体部側に押圧されると、シートに接触する。 The power storage device includes a sheet provided between the first inner surface and the electrode assembly, and a shortest distance D1 between the front end of the flange portion and the first inner surface is a surface facing the first inner surface of the sheet. The distance may be shorter than the shortest distance D3 between the opposite surface and the first inner surface. In this case, the tip of the flange portion comes into contact with the sheet when pressed to the main body portion side.
なお、上記蓄電装置は二次電池であってもよい。 Note that the power storage device may be a secondary battery.
本発明によれば、電極組立体の圧壊耐性の向上が図られた蓄電装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrical storage apparatus with which the improvement of the crush tolerance of an electrode assembly was achieved is provided.
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same or equivalent element, and the description is abbreviate | omitted when description overlaps.
まず、本実施形態に係る蓄電装置としての二次電池1の構成について、図1及び図2を参照しつつ説明する。
First, the configuration of the
図1に示すように、二次電池1は、ケース10と、ケース10内に収容された電極組立体20及び電極組立体20に接合される導電部材31,32とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
ケース10は、例えば、ステンレス又はアルミニウム等の金属からなる缶部と蓋部とを備えている。ケース10は、内部に直方体形状の密封空間を形成している。ケース10内には、例えばリチウムイオン二次電池又はニッケル水素二次電池といった、二次電池1の種類に応じた電解質(電解液)が充填されている。ケース10が上述の金属からなる場合、ケース10の内周面には絶縁処理がなされていてもよい。
The
電極組立体20は、本体部21と、第1集電部22と、第2集電部23とを備えており、充電によって電力を蓄え供給する部分である。
The
図2及び図3に示すように、電極組立体20は、正極24及び負極25がセパレータSを介して交互に積層された積層体である。正極24は、矩形状の正極用金属箔24a(例えば、アルミニウム箔)と、その正極用金属箔24aの両面(表面)に設けられた正極用活物質層24bとを有する。正極24は、正極用金属箔24a上に正極用活物質層24bが設けられた第1活物質部26と、正極用金属箔24a上に正極用活物質層24bが設けられていない正極未塗工部27とから構成されている。本実施の形態では、正極未塗工部27は、正極用金属箔24aの長手方向一端側に設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
負極25は、矩形状の負極用金属箔25a(例えば、銅箔)と、負極用金属箔25aの両面(表面)に設けられた負極用活物質層25bとを有する。負極25は、負極用金属箔25a上に負極用活物質層25bが設けられた第2活物質部28と、負極用金属箔25a上に負極用活物質層25bが設けられていない負極未塗工部29とから構成されている。本実施の形態では、負極未塗工部29は、負極用金属箔25aの長手方向一端側に設けられている。
The
セパレータSは、正極24と負極25との間に設けられており、正極24と負極25の短絡を防止する。具体的には、セパレータSは、正極24の第1活物質部26と負極25の第2活物質部28との間に設けられている。すなわち、正極24の第1活物質部26上には、セパレータS及び負極25が積層され、負極25の第2活物質部28上には、セパレータS及び正極24が積層されている。
The separator S is provided between the
以上のように、本実施形態における電極組立体20は、正極24及び負極25を複数備え、複数の正極24の正極未塗工部27が正極24(または負極25)の長手方向一端側にそれぞれ配置され、複数の負極25の負極未塗工部29が正極24(または負極25)の長手方向他端側にそれぞれ配置されるように、正極24及び負極25は積層されている。
As described above, the
本体部21は、第1活物質部26、セパレータS、第2活物質部28が積層されて構成されている。第1集電部22は、複数の正極24の正極未塗工部27が積層されて構成される。正極未塗工部27のうち、第1集電部22を構成する正極未塗工部27が第1端子部27aに相当する。また、正極未塗工部27のうち、第1活物質部26と第1集電部22との間に位置する正極未塗工部27が第1連結部27bに相当する。
The
第2集電部23は、複数の負極25の負極未塗工部29が積層されて構成される。負極未塗工部29のうち、第2集電部23を構成する負極未塗工部29が第2端子部29aに相当する。また、負極未塗工部29のうち、第2活物質部28と第2集電部23との間に位置する負極未塗工部29が第2連結部29bに相当する。
The second
なお、本実施の形態では、第1集電部22が、正極24(または負極25)の長手方向一端側に設けられ、第2集電部23が、正極24(または負極25)の長手方向他端側に設けられているが、第1集電部22と第2集電部23とが短絡しない場所であれば、第1集電部22と第2集電部23は、どこに設けられていてもよい。また、本実施の形態では、第1連結部27b及び第2連結部29bに活物質が設けられていない構成であるが、活物質が設けられていてもよい。
In the present embodiment, the first
導電部材31,32は、導電性を有する略矩形状の金属板(アルミニウム板、銅板など)からなり、この金属の平板を折り曲げて形成される。導電部材31,32のそれぞれの一端が、電極組立体20の第1集電部22,第2集電部23とそれぞれ電気的に接続しており、他端が図示しない外部端子に接続されている。導電部材31は、第1集電部22の一方の主面22a(第1集電部22における正極未塗工部27の積層方向と交わる面のうち一方の面)上に配置されている。導電部材31,32は、正極未塗工部27の積層方向からレーザを照射することで第1集電部22,第2集電部23とそれぞれ溶接されると共に電気的に接続される。なお、導電部材31,32は、同様の形状(対称となる形状)となっているため、以下では導電部材31のみの説明を行い、導電部材32の説明を省略する。
The
図4に示すように、導電部材31は、第1集電部22の主面22aに接合される基部41と、基部41の本体部21側の端部から立設する平板状のフランジ部42を備えている。フランジ部42は、プレス加工等により導電部材31を屈曲することで形成されている。
As shown in FIG. 4, the
フランジ部42は、フランジ部42の基部41とは反対側の端部(以降、フランジ部42の先端42a)と、ケース10の内面のうち、第1集電部22における基部41が接合される面と対向する第1内面10aとの最短距離D1が、第1集電部22における基部41が接合される正極24と第1内面10aとの最短距離D2よりも短くなるように形成及び配置されている。本実施の形態では、フランジ部42の先端42aにおける本体部21側のエッジEと、第1内面10aとの最短距離D1が、正極24の第1活物質部26における正極用活物質層24bと、第1内面10aとの最短距離D2よりも短くなるように形成及び配置されている。
The
ケース10内にはさらに、本体部21を保護するシート50が配置されている。このシート50は、本体部21とケース10との間に設けられている。シート50は、例えば有機樹脂製の絶縁性のシートであり、ケース10の第1内面10aと本体部21との接触及び短絡を防ぐために配置されている。また、シート50とケース10の第1内面10aとは、隙間なく接触している。なお、フランジ部42の先端42aと、第1内面10aとの最短距離D1は、シート50における第1内面10aと対向する面と反対側の面50a(シート50の内面)と第1内面10aとの最短距離(すなわちシート50の厚さ)D3よりも短くなっている。つまり、フランジ部42の先端42aは、シート50の延設方向と交差する面の一部と対向している。シート50の厚さD3は、0.1μm〜3mm、好ましくは0.2μm〜2mm、更に好ましくは0.3μm〜1mmである。なお、ケース10の第1内面10aに絶縁処理がなされている場合、フランジ部42の先端42aが、ケース10の第1内面10aに当接していてもよい。
A
次に、第一実施形態に係る二次電池1の構成による作用の説明に先立ち、図5と図6とを用いて、従来の二次電池101の構成による作用について説明する。
Next, prior to description of the operation of the configuration of the
図5に示すように、従来の二次電池101においては、導電部材131とシート150を除いて第一実施形態に係る二次電池1と同一である。導電部材131に形成されたフランジ部142は、第1集電部22の主面22a上に位置する基部141の本体部21側の端部から、垂直に立設した形状となっている。すなわち、従来の二次電池101の基部141とフランジ部142とがなす角度θ2は、直角(90°)となっている。シート150は、第1内面10a全体に接するように設けられている。
As shown in FIG. 5, the conventional
二次電池101において、ケース10側面から外力が付加された場合について図6を参照しつつ説明する。
A case where an external force is applied from the side surface of the
図6の(a)に示すように、ケース10において、基部141のフランジ部142が設けられる側と反対側の端面(以降、基部141の反対側端面141a)と対向する側面10bに、ケース10内部に向かう力FLが付加されると、図6の(b)に示すように、第1集電部22が変形し、ケース10の側面10bが基部141の反対側端面141aまで達する。それと同時に、ケース10の第1内面10aとシート150との間に、力FLに応じた摩擦力(拘束力)FRが働く。このような摩擦力FRが生じるのは、本体部21が、シート150を介してケース10に接触しているためである。
As shown in FIG. 6A, in the
基部141が、さらに本体部21側に押圧されると、図6の(c)に示すように、導電部材131が本体部21側に移動し、フランジ部142が正極24の第1連結部27bに当接し、第1連結部27bを力FCで押圧する。
When the
これにより、第1連結部27bにおけるフランジ部142の先端142aのエッジEと当接する部分において応力集中が生じ、第1連結部27bが圧壊される。
As a result, stress concentration occurs at the portion of the first connecting
なお、上述のように、シート50,150とケース10の第1内面10a及びシート50,150と電極組立体20とが隙間なく接触している場合、電極組立体20のケース10近傍は摩擦力FRの影響を大きく受ける。このため、電極組立体20におけるケース10と直接的に又は間接的に接触される部分近傍は、電極組立体20の中心付近と比較して、塑性変形に対する許容度が低い。
As described above, when the
これに対して、第一実施形態に係る二次電池1では、図7の(a)に示すように、ケース10において、基部41のフランジ部42が設けられる側と反対側の端面(以降、基部41の反対側端面41a)と対向する側面10bに、ケース10内部に向かう力FLが付加されると、図7の(b)に示すように、第1集電部22が収縮するように変形し、ケース10の側面10bが基部41の反対側端面41aまで達する。そして、基部41が、本体部21側に押圧されると、図7の(c)に示すように、導電部材31が本体部21側に移動し、フランジ部42の先端42aがシート50に当接する。これにより、更に基部41が、本体部21側に押圧されたとしても、シート50によって導電部材31の本体部21側への移動が抑制される。また、フランジ部42が第1連結部27bに接触しても、フランジ部42の先端42aのエッジEは、正極24に接しないため、最も応力集中する部分であるフランジ部42の先端42aのエッジEによって電極組立体20が圧壊されることが抑制される。したがって、電極組立体20の圧壊耐性の向上が図られる。
On the other hand, in the
以上に説明した第一実施形態に係る二次電池1においては、フランジ部42の先端42aと、第1内面10aとの最短距離D1は、基部41が接合される正極24と、第1内面10aとの最短距離D2よりも短いため、導電部材31が本体部21側に押圧され、フランジ部42が本体部21に接触した時であっても、フランジ部42の先端42aは、正極24に接しない。これにより、最も応力集中する部分であるフランジ部42の先端42aのエッジEによって電極組立体20が圧壊されることが抑制されるため、電極組立体20の圧壊耐性の向上が図られる。
In the
また、二次電池1においては、第1内面10aと電極組立体20との間に設けられるシート50を有し、フランジ部42の先端42aと、第1内面10aとの最短距離D1は、シート50の第1内面10aと対向する面と反対側の面50aと、第1内面10aとの最短距離D3よりも短い。このため、フランジ部42の先端42aのエッジEは、本体部21側に押圧されると、シート50に接触する。
Further, the
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、図8に示すように、電極組立体20における正極未塗工部27及び負極未塗工部29がタブ状であってもよい。このタブ状の正極未塗工部27のうち、第1集電部22を構成する正極未塗工部27が第1端子部27cに相当し、第1活物質部26と第1集電部22との間に位置する正極未塗工部27が、第1連結部27dに相当する。また、タブ状の負極未塗工部29のうち、第2集電部23を構成する負極未塗工部29が第2端子部29cに相当し、第2活物質部28と第2集電部23との間に位置する負極未塗工部29が、第2連結部29dに相当する。なお、タブ状の第1集電部22(第2集電部23)は、複数の第1端子部27c(複数の第2端子部29c)を積層して形成されていてもよいし、複数の第1端子部27c(複数の第2端子部29c)の内の一層から形成されていてもよい。
In addition, this invention is not restricted to the said embodiment, Various deformation | transformation are possible. For example, as shown in FIG. 8, the positive electrode
また、例えば、図9に示すように、第1集電部22の一方の主面22aに導電部材31Aを設け、第1集電部22の他方の主面22bに導電部材31Bを設けてもよい。
For example, as shown in FIG. 9, the
また、上記実施形態においては、電極組立体20はセパレータSを介して正極24と負極25とが積層された積層体を例に説明したが、電極組立体20としてセパレータSを介して正極24と負極25とが重なるように捲回された捲回体を用いてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態においては、シート50がケース10と直接接触していたが、シート50はケース10と直接接触していなくてもよい。また、電極組立体20は、ケース10及びシート50と接してなくてもよい。また、蓄電装置は、リチウムイオン二次電池等の二次電池に限らず、その他の蓄電装置(たとえば電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等)であってもよい。
Further, in the above embodiment, the
1,101…二次電池、10…ケース、10a…第1内面、10b…側面、20…電極組立体、21…本体部、22…第1集電部、22a…主面、23…第2集電部、24…正極、25…負極、26…第1活物質部、27…正極未塗工部、27b…第1連結部、28…第2活物質部、29…負極未塗工部、29b…第2連結部、31,31A,31B,32,131…導電部材、41,141…基部、42,142…フランジ部、42a,142a…先端、50,150…シート、D1〜D3…最短距離、E…エッジ、FC,FL,FR…力、S…セパレータ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 ... Secondary battery, 10 ... Case, 10a ... 1st inner surface, 10b ... Side surface, 20 ... Electrode assembly, 21 ... Main-body part, 22 ... 1st current collection part, 22a ... Main surface, 23 ... 2nd Current collecting part, 24 ... positive electrode, 25 ... negative electrode, 26 ... first active material part, 27 ... positive electrode uncoated part, 27b ... first connecting part, 28 ... second active material part, 29 ... negative electrode
Claims (3)
前記電極組立体は、
前記正極の活物質が設けられた部分と前記負極の活物質が設けられた部分と前記セパレータとから構成される本体部と、
前記正極における前記活物質が設けられていない部分で構成される第1集電部と、
前記負極における前記活物質が設けられていない部分で構成される第2集電部と、
を有し、
前記正極は、前記セパレータ及び前記負極が積層される前記第1活物質部と、前記第1集電部を構成する第1端子部と、前記第1活物質部と前記第1端子部との間に位置する第1連結部とを有し、
前記負極は、前記セパレータ及び前記正極が積層される前記第2活物質部と、前記第2集電部を構成する第2端子部と、前記第2活物質部と前記第2端子部との間に位置する第2連結部とを有し、
前記導電部材は、前記第1集電部又は前記第2集電部と接合される基部と、前記基部の前記本体部側の端部に立設されるとともに前記第1連結部又は前記第2連結部と距離を置いて対向するフランジ部とを有し、
前記フランジ部の先端と、前記ケースの内面のうち前記第1集電部又は前記第2集電部の前記基部が接合される面と対向する第1内面との最短距離D1は、前記基部が接合される前記正極又は前記負極と、前記第1内面との最短距離D2よりも短い蓄電装置。 A separator provided between a positive electrode and a negative electrode each provided with an active material, a first active material part provided with the positive electrode active material, and a second active material part provided with the negative electrode active material; A power storage device comprising: an electrode assembly including: a conductive member; and a case in which the electrode assembly and the conductive member are accommodated,
The electrode assembly includes:
A main body composed of a portion provided with an active material of the positive electrode, a portion provided with an active material of the negative electrode, and the separator;
A first current collector composed of a portion of the positive electrode where the active material is not provided;
A second current collector formed of a portion of the negative electrode where the active material is not provided;
Have
The positive electrode includes: a first active material portion on which the separator and the negative electrode are stacked; a first terminal portion constituting the first current collector; and the first active material portion and the first terminal portion. A first connecting portion located between
The negative electrode includes: the second active material part on which the separator and the positive electrode are stacked; a second terminal part that constitutes the second current collecting part; and the second active material part and the second terminal part. A second connecting portion located between the two,
The conductive member is erected at a base portion joined to the first current collector or the second current collector, and an end of the base on the main body side, and the first connecting portion or the second Having a flange portion facing the connecting portion at a distance,
The shortest distance D1 between the front end of the flange portion and the first inner surface of the inner surface of the case facing the surface to which the base of the first current collector or the second current collector is joined is the base A power storage device shorter than a shortest distance D2 between the positive electrode or the negative electrode to be joined and the first inner surface.
前記フランジ部の先端と、前記第1内面との最短距離D1は、前記シートの前記第1内面と対向する面と反対側の面と、前記第1内面との最短距離D3よりも短い請求項1に記載の蓄電装置。 A sheet provided between the first inner surface and the electrode assembly;
The shortest distance D1 between the front end of the flange portion and the first inner surface is shorter than the shortest distance D3 between the surface opposite to the surface facing the first inner surface of the sheet and the first inner surface. The power storage device according to 1.
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