JP2015103420A - Square secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、角形二次電池に関する。 The present invention relates to a prismatic secondary battery.
リチウムイオン二次電池は他の二次電池と比較してエネルギー密度が高いため、昨今では主にデジタルカメラやノート型パソコン、携帯電話などのポータブル機器に多く使用されている。また近年は環境問題に対応すべく、電気自動車用や電力貯蔵用を目的とする、大型のリチウムイオン二次電池の研究開発が活発に行われている。特に、自動車産業界においては、動力源としてモータを用いる方式の電気自動車や内燃機関とモータとの両方を用いるハイブリッド方式の電気自動車の開発が進められており、その一部はすでに実用化されている。 Since lithium ion secondary batteries have a higher energy density than other secondary batteries, they are now mainly used in portable devices such as digital cameras, notebook computers and mobile phones. In recent years, research and development of large-sized lithium ion secondary batteries for the purpose of electric vehicles and power storage have been actively conducted in order to cope with environmental problems. In particular, in the automobile industry, the development of electric vehicles using a motor as a power source and hybrid electric vehicles using both an internal combustion engine and a motor are underway, some of which have already been put into practical use. Yes.
従来のリチウムイオン二次電池として、帯状の正極と負極にセパレータを介して重ねて捲回してなる捲回電極群と、上記捲回電極群と電解液を缶に収容してなる角形二次電池が知られている。この種の角形二次電池において、主に高出力を必要とする車載用等のリチウムイオン二次電池として、捲回電極群の捲回軸方向の両端に正極と負極それぞれの未塗工部を突出させ、その突出させた未塗工部を集電体に接続することで簡便な構成を可能にしている。 As a conventional lithium ion secondary battery, a wound electrode group formed by winding a belt-like positive electrode and a negative electrode through a separator, and a prismatic secondary battery in which the wound electrode group and an electrolytic solution are accommodated in a can. It has been known. In this type of prismatic secondary battery, as an in-vehicle lithium ion secondary battery that mainly requires high output, uncoated portions of the positive electrode and the negative electrode are provided at both ends in the winding axis direction of the wound electrode group. A simple configuration is made possible by projecting and connecting the projected uncoated portion to a current collector.
リチウムイオン二次電池では、電池反応を進行させるために電解液を注入する。捲回電極群の内部に電解液が浸透して電池反応を起こすが、一般的な捲回電極群は主に捲回軸方向端部から電解液が浸透するため、電解液の浸透に時間がかかるという問題がある。 In a lithium ion secondary battery, an electrolytic solution is injected in order to advance the battery reaction. The electrolyte solution penetrates inside the wound electrode group and causes a battery reaction. However, in the general wound electrode group, the electrolyte solution penetrates mainly from the end in the winding axis direction. There is a problem that it takes.
特許文献1には、正極未塗工部における正極集電体との溶接部と、正極塗工部との間に、複数の貫通孔が捲回方向に沿って形成され、負極未塗工部における負極集電体との溶接部と、負極塗工部との間に、複数の貫通孔が捲回方向に沿って形成された発明が開示されている。特許文献1に記載の発明によれば、貫通孔からも電解液が浸透するため、捲回電極群の電解液の浸透が早くなり、注液作業が短縮されるという効果を奏する。
In
しかし、特許文献1に記載の発明では、捲回電極群を保持している集電溶接部に対して捲回軸方向中心側に複数の貫通孔が設けられており、貫通孔によって未塗工部の面積が減少しているために機械的強度が低い。市場環境における振動や衝撃によって電池缶内で捲回電極群が振られる可能性があり、結果として、正極未塗工部または負極未塗工部が破断する可能性がある。
However, in the invention described in
請求項1の発明による角形二次電池は、電解液と、正極箔に正極活物質が塗工された正極塗工部と塗工されていない正極未塗工部とを有する正極電極、および、負極箔に負極活物質が塗工された負極塗工部と塗工されていない負極未塗工部とを有する負極電極をセパレータを介在させて扁平形状に捲回した捲回電極群と、捲回電極群を収容する電池缶と、電池缶を封止する電池蓋と、正極側溶接部を介して、正極未塗工部と接続される正極集電体と、負極側溶接部を介して、負極未塗工部と接続される負極集電体とを備え、捲回電極群は、正極未塗工部における正極側溶接部と正極塗工部との間の領域外、または負極未塗工部における負極側溶接部と負極塗工部との間の領域外のいずれかに貫通孔を有し、貫通孔の少なくとも一部は、電解液の遊離液に浸漬されていることを特徴とする。即ち、貫通孔は、正極側溶接部の捲回方向電池缶底面側端部から捲回方向電池缶底面側の捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域、正極未塗工部における正極側溶接部の捲回方向電池蓋側端部から捲回方向電池蓋側の捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域、負極未塗工部における負極側溶接部の捲回方向電池缶底面側端部から捲回方向電池缶底面側の捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域、および、負極未塗工部における負極側溶接部の捲回方向前記電池蓋側端部から捲回方向電池蓋側の捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域のいずれかに設けられている。
The prismatic secondary battery according to the invention of
本発明により、市場環境における振動や衝撃による正極未塗工部および負極未塗工部の破断を防ぎつつ、捲回電極群への電解液浸透性が優れた角形二次電池を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a prismatic secondary battery having excellent electrolyte solution permeability to a wound electrode group while preventing breakage of a positive electrode uncoated portion and a negative electrode uncoated portion due to vibration or impact in a market environment.
―第1実施形態―
図1は角形二次電池C1の外観を示す斜視図であり、図2は図1の角形二次電池C1の構成を示す分解斜視図である。
-First embodiment-
FIG. 1 is a perspective view showing the external appearance of the prismatic secondary battery C1, and FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the prismatic secondary battery C1 of FIG.
図1および図2に示すように、角形二次電池C1は、扁平な直方体形状であって、電池缶1と電池蓋6とからなる電池容器を備えている。電池缶1および電池蓋6の材質は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などである。
As shown in FIGS. 1 and 2, the square secondary battery C <b> 1 has a flat rectangular parallelepiped shape and includes a battery container including a battery can 1 and a
図2に示すように、電池缶1には捲回電極群3が収容されている。電池缶1は、一対の幅広面21aと一対の幅狭面21bと底面22とを有し、一端が開口部1aとして開口された有底箱状に形成されている。捲回電極群3は絶縁保護フィルム2に覆われた状態で電池缶1に収容されている。絶縁保護フィルム2の材質は、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタレート等の絶縁性を有する樹脂である。これにより、電池缶1の底面および側面と、捲回電極群3とは電気的に絶縁されている。
As shown in FIG. 2, the
図1および図2に示すように、電池蓋6は、矩形平板状であって、電池缶1の開口を塞ぐようにレーザ溶接されている。つまり、電池蓋6は、電池缶1の開口を封止している。電池蓋6には、正極外部端子8Aおよび負極外部端子8Bが配設されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
正極外部端子8Aは正極集電体4Aを介して捲回電極群3の正極側溶接部31dに電気的に接続され、負極外部端子8Bは負極集電体4Bを介して捲回電極群3の負極側溶接部32dに電気的に接続されている。このため、正極外部端子8Aおよび負極外部端子8Bを介して外部負荷に電力が供給され、あるいは、正極外部端子8Aおよび負極外部端子8Bを介して外部発電電力が捲回電極群3に供給されて充電される。
The positive electrode
図2に示すように、電池蓋6には、電池容器内に電解液を注入するための注液口9が穿設されている。注液口9は、電解液注入後に注液栓11によって封止される。電解液としては、例えば、エチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)等のリチウム塩が溶解された非水電解液を用いることができる。
As shown in FIG. 2, the
図1に示すように、電池蓋6の表面には、ガス排出弁10が凹設されている。ガス排出弁10は、内圧作用時の応力集中度合が相対的に高くなるように、プレス加工によって電池蓋6を部分的に薄肉化することで形成されている。ガス排出弁10は、角形二次電池C1が過充電等の異常により発熱してガスが発生し、電池容器内の圧力が上昇して所定圧力に達したときに開裂して、内部からガスを排出することで電池容器内の圧力を低減させる。
As shown in FIG. 1, a
図2に示すように、電池蓋6には、正極外部端子8A、負極外部端子8B、正極集電体4A、および、負極集電体4Bが取り付けられる。正極外部端子8Aと電池蓋6との間、および、負極外部端子8Bと電池蓋6との間のそれぞれには、ガスケット5が配置される。正極集電体4Aと電池蓋6との間、および、負極集電体4Bと電池蓋6との間のそれぞれには、絶縁板7が配置される。
As shown in FIG. 2, a positive electrode
正極外部端子8Aおよび正極集電体4Aの材質は、アルミニウム系金属、すなわちアルミニウムまたはアルミニウム合金である。正極外部端子8Aは、直方体形状の外部端子部と、外部端子部の電池蓋6側の面から電池蓋6側に向かって突出する突部とを有している。突部は、ガスケット5の貫通孔、電池蓋6の正極側貫通孔6A、絶縁板7の貫通孔、および、正極集電体4Aの正極集電体基部41Aの正極側開口孔43Aに挿通され、先端が電池容器内において正極集電体4Aの正極集電体基部41Aにかしめられて正極接続部12Aが形成される。正極接続部12Aと正極集電体基部41Aとは、かしめ固定された後、レーザによりスポット溶接される。これにより、正極外部端子8Aと正極集電体4Aとが電気的に接続されるとともに、正極外部端子8Aおよび正極集電体4Aのそれぞれが電池蓋6に固定される。
The material of the positive electrode
負極外部端子8Bおよび負極集電体4Bの材質は、銅系金属、すなわち銅や銅合金である。負極外部端子8Bは、直方体形状の外部端子部と、外部端子部の電池蓋6側の面から電池蓋6側に向かって突出する突部とを有している。突部は、ガスケット5の貫通孔、電池蓋6の正極側貫通孔6A、絶縁板7の貫通孔、および、負極集電体4Bの負極集電体基部41Bの負極側開口孔43Bに挿通され、先端が電池容器内において負極集電体4Bの負極集電体基部41Bにかしめられて負極接続部12Bが形成される。負極接続部12Bと負極集電体基部41Bとは、かしめ固定された後、レーザによりスポット溶接される。これにより、負極外部端子8Bと負極集電体4Bとが電気的に接続されるとともに、負極外部端子8Bおよび負極集電体4Bのそれぞれが電池蓋6に固定される。
The material of the negative electrode
ガスケット5および絶縁板7の材質は、ポリブチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイド、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等の絶縁性を有する樹脂である。正極外部端子8Aおよび負極外部端子8Bのそれぞれと、電池蓋6との間にはガスケット5が配置される。このため、正極外部端子8Aおよび負極外部端子8Bのそれぞれと、電池蓋6とは電気的に絶縁される。正極集電体4Aの正極集電体基部41Aおよび負極集電体4Bの負極集電体基部41Bのそれぞれと、電池蓋6との間には、絶縁板7が配置される。このため、正極集電体4Aおよび負極集電体4Bのそれぞれと、電池蓋6とは電気的に絶縁される。
The material of the
図2に示すように、正極集電体4Aは、電池蓋6の内面に沿って配置される矩形平板状の正極集電体基部41Aと、正極集電体基部41Aの長辺側部から略直角に曲がって、電池缶1の幅広面21aに沿いながら電池缶1の底面22に向かって延在する正極側平板部44Aと、正極側平板部44Aの下端に設けた正極側連結部45Aにより接続される正極側接続端部42Aとを備えている。正極側接続端部42Aは、捲回電極群3の正極側溶接部31dに超音波溶接される部分である。
As shown in FIG. 2, the positive electrode current collector 4 </ b> A includes a rectangular flat plate-shaped positive electrode current collector base 41 </ b> A disposed along the inner surface of the
同様に、負極集電体4Bは、電池蓋6の内面に沿って配置される矩形平板状の負極集電体基部41Bと、負極集電体基部41Bの長辺側部から略直角に曲がって、電池缶1の幅広面21aに沿いながら電池缶1の底面22に向かって延在する負極側平板部44Bと、負極側平板部44Bの下端に設けた負極側連結部45Bにより接続される負極側接続端部42Bとを備えている。負極側接続端部42Bは、捲回電極群3の負極側溶接部32dに超音波溶接される部分である。
Similarly, the negative electrode
図3(a)は、正極未塗工部31cに正極集電体4Aが溶接される前で、かつ、負極未塗工部32cに負極集電体4Bが溶接される前の捲回電極群3の巻き終わり側を展開した状態を示す分解斜視図である。捲回電極群3は、負極電極32と正極電極31の間にセパレータ33を介して扁平状に捲回することによって構成されている。捲回するための軸芯としては、正極箔31a、負極箔32a、セパレータ33のいずれよりも曲げ剛性の高い樹脂シートを捲回して構成したものなどを用いることができる。捲回電極群3は、最外周の電極が負極電極32であり、さらにその外側にセパレータ33が捲回される。セパレータ33は、正極電極31と負極電極32との間を絶縁する役割を有している。正極未塗工部31cと負極未塗工部32cは、電極箔の金属面が露出した領域である。捲回電極群3において、正極未塗工部31cは捲回軸方向の一方側に配置され、また、負極未塗工部32cは、捲回軸方向の他方側に配置されるように捲回される。
FIG. 3A shows a wound electrode group before the positive electrode
ここで、捲回方向について述べる。捲回方向は、捲回軸方向と用語が似ているが、概念は異なる。図3(a)に示すように、捲回軸方向が捲回電極群の捲回軸と平行な方向であるのに対し、捲回方向とは、捲回電極群が捲回される方向を意味する。 Here, the winding direction will be described. The winding direction is similar in terms to the winding axis direction, but the concept is different. As shown in FIG. 3A, the winding axis direction is a direction parallel to the winding axis of the wound electrode group, whereas the wound direction is a direction in which the wound electrode group is wound. means.
正極電極31を作製するために、正極活物質としてマンガン酸リチウム(化学式LiMn2O4)100重量部に対し、導電材として10重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として10重量部のポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFという。)とを添加し、これに分散溶媒としてN−メチルピロリドン(以下、NMPという。)を添加、混練した正極合剤を作製した。厚さ20μmのアルミニウム箔よりなる正極箔31aの両面に、この正極合剤を塗工して正極合剤塗工部31bを設けた。その際、正極箔31aの幅方向の一方の端部の両面には、正極合剤を塗工しないことで正極未塗工部31cを設けた。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、正極電極31を得た。なお、正極箔31aの厚さを差し引いた正極合剤塗工部31bの厚さは、90μmであった。
In order to fabricate the
負極電極32を作製するために、負極活物質として非晶質炭素粉末100重量部に対して、結着剤として10重量部のPVDFを添加し、これに分散溶媒としてNMPを添加、混練した負極合剤を作製した。厚さ10μmの銅箔よりなる負極箔32aの両面にこの負極合剤を塗工して負極合剤塗工部32bを設けた。その際、負極箔32aの幅方向の一方の端部の両面には、負極合剤を塗工しないことで負極未塗工部32cを設けた。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、負極電極32を得た。なお、負極箔32aの厚さを差し引いた負極合剤塗工部32bの厚さは、70μmであった。
In order to produce the
負極合剤塗工部32bは正極合剤塗工部31bよりも幅方向において大きく、正極合剤塗工部31bは、捲回電極群3において負極合剤塗工部32bから捲回軸方向にはみ出さないように配置されている。正極未塗工部31c、負極未塗工部32cは、それぞれ束ねられて溶接により正極集電体4A、負極集電体4Bにそれぞれ接続される。なお、セパレータ33は、負極合剤塗工部32bよりも幅方向において大きい。しかし、捲回電極群3における正極未塗工部31cと負極未塗工部32cはセパレータ33よりも捲回軸方向外側に向けて突出して配置されているため、セパレータ33は正極未塗工部31cと負極未塗工部32cが溶接する場合の支障にはならない。
The negative electrode
図3(b)は、正極未塗工部31cに正極集電体4Aが溶接される前で、かつ、負極未塗工部32cに負極集電体4Bが溶接される前の捲回電極群3を捲回軸方向から見た図である。本明細書において、湾曲部とは、図示上方と図示下方に設けた点線で囲んだ領域50、すなわち捲回電極群3の湾曲している両端の領域50を指し、以降、湾曲部50と呼ぶ。正極未塗工部31cの溶接後と負極未塗工部32cの溶接後のことも考慮して湾曲部50を定義すると、「正極合剤塗工部31bと、負極合剤塗工部32bと、セパレータ33とで構成される捲回電極群3の捲回軸方向中央部の湾曲している領域、および、当該領域から捲回軸方向に延設された正極未塗工部31cと負極未塗工部32cの領域」となる。このような定義としているのは、正極未塗工部31cや負極未塗工部32cは、図3(b)の図示中央に示す正極未塗工部31や負極未塗工部32cの中央部51付近が束ねられて溶接され変形するため、正極未塗工部31cや負極未塗工部32cを基準とするのは好ましくないからである。なお、湾曲部50の図示上下方向の端部を頂点71と呼ぶ。
FIG. 3B shows a wound electrode group before the positive electrode
図4(a)は、第1実施形態の捲回電極群3の正面図である。図4(b)は、図4(a)のA−A断面図である。なお、図4(a)のB−B断面図は、図4(b)と同様なので省略する。すなわち、捲回電極群3の負極未塗工部32cに設けられた貫通孔40についての説明は、捲回電極群3の正極未塗工部31cに設けられた貫通孔40についての説明と同様であるので省略する。
FIG. 4A is a front view of the
図4(a)に示すように、第1実施形態の捲回電極群3においては、負極未塗工部32cの負極側溶接部32dにおける電池缶1の底面22側の端部70から負極未塗工部32cの電池缶1の底面22側の湾曲部50の頂点71までの領域に、電解液を捲回電極群3の内部に導くための通路として丸形の貫通孔40が設けられている。貫通孔40は、捲回電極群による負荷を受けにくい位置に設けられているが、より影響を少なくするには、負極未塗工部32cの負極側溶接部32dにおける電池缶1の捲回方向底面22側の端部70から、負極未塗工部32cの電池缶1の捲回方向底面22側の湾曲部50の頂点71までの領域に貫通孔40を設ければよい。捲回方向底面22側とすることで、負極側溶接部32dの捲回軸方向端部72から負極側溶接部32dの捲回軸方向端部73の領域という限定が追加される。なお、正極未塗工部31cに設けられた貫通孔40においても、負極側と同様に設けられる。すなわち、正極未塗工部31cの正極側溶接部31dにおける電池缶1の底面22側の端部70から正極未塗工部31cの電池缶1の底面22側の湾曲部50の頂点71までの領域に貫通孔40が設けられる。
As shown in FIG. 4 (a), in the
図4(b)に示すように、貫通孔40は捲回電極群3の正極未塗工部31cの外周側表面から内周側表面まで貫通して設けられている。したがって、貫通孔40は、電池缶1の幅広面21aと対向する捲回電極群3の2面ある外周面のうち、一方だけが開口することになる。このように外周面を開口することで、電解液を捲回電極群3の内部に導くことができる。
As shown in FIG. 4B, the through
角形二次電池C1は、一般的には、電池缶1の底面22が重力方向と垂直になるように、すなわち、いわゆる縦置きで載置される。よって、電解液の遊離液が電池缶1の底面22側に溜まることになるので、電池缶1の底面22側に貫通孔40を設けたほうが、電池缶1の底部に溜まった電解液、すなわち、遊離液に浸漬されやすくなる。
The square secondary battery C1 is generally placed so that the bottom surface 22 of the battery can 1 is perpendicular to the direction of gravity, that is, so-called vertical placement. Therefore, since the electrolyte free solution is collected on the bottom surface 22 side of the battery can 1, the electrolyte solution collected at the bottom of the battery can 1 is more provided by providing the through
図5(a)は、貫通孔40を設ける工程を示す概略図である。図5(b)は、貫通孔40を設けた後でプレス成形をする前の捲回電極群3を示している。捲回電極群3は、セパレータ33を介して負極電極32と正極電極31とを扁平状に捲回することによって作製される。貫通孔40は、捲回工程後でかつプレス成形前に設けられる。図5(a)に示すように、捲回工程後、プレス成形前の捲回電極群3に対し、通路加工用パンチ61および通路加工用治具62を用いて正極箔31aおよび負極箔32aに貫通孔40を設ける。そして、図5(b)に示すように、正極未塗工部31cおよび負極未塗工部32cに設けた貫通孔40が上述の領域に位置するようにするために、捲回軸を回転軸とした回転により捲回電極群3を回転させることで貫通孔40の位置を調整した後に、捲回電極群3をプレス成形する。
FIG. 5A is a schematic diagram illustrating a process of providing the through
特許文献1に記載の発明のような電極を捲回する前に孔を設ける場合では電極の捲回の際に貫通孔を構成するための位置合わせが必要である。しかし、本発明の第1実施形態の貫通孔40は電極を捲回した後に設けるため、上述の位置合わせが必要なく、容易に正極未塗工部31cに貫通孔40を設けることができる。
In the case where the hole is provided before winding the electrode as in the invention described in
正極未塗工部31c、負極未塗工部32cは、図3(b)で示した中央部51で束ねられて溶接により、正極集電体4A、負極集電体4Bと接続される。この時、溶接位置と、貫通孔40が設けられた箇所は干渉しないようにすることが好ましい。溶接方法としては、超音波溶接、抵抗溶接を用いることができる。集電体の材質による影響を考慮すると超音波溶接が好ましい。
The positive electrode
貫通孔40を設け、正極未塗工部31cおよび負極未塗工部32cを溶接した後、捲回電極群3は貫通孔40を電池缶1の底に向けた状態で電池缶1に挿入する。捲回電極群3は構成する正極電極31、負極電極32、および、セパレータ33のそれぞれに空孔を有しており、この空孔に電解液が含浸することで電池特性を発揮する。したがって電解液の量は捲回電極群3の空孔体積以上の電解液量を注液することが好ましい。しかし、軽量化の観点から、電池缶1の容積をすべて満たす量の電解液を入れないことが好ましい。
After the through
第1実施形態に示した角形二次電池C1によれば、以下の作用効果を奏する。
(1)角形二次電池C1においては、正極未塗工部31cの正極側溶接部31dにおける電池缶1の底面22側の端部70から正極未塗工部31cの電池缶1の底面22側の湾曲部50の頂点71までの領域、および、負極未塗工部32cの負極側溶接部32dにおける電池缶1の底面22側の端部70から負極未塗工部32cの電池缶1の底面22側の湾曲部50の頂点71までの領域に、電解液を捲回電極群3の内部に導くための通路として丸形の貫通孔40が設けられている。
これにより、正極溶接部および負極溶接部に対し捲回軸方向に貫通孔がないため、未塗工部の機械的強度を維持し、振動や衝撃による正極未塗工部および負極未塗工部の破断を抑制することができる。
According to the square secondary battery C1 shown in the first embodiment, the following operational effects are obtained.
(1) In the square secondary battery C1, the bottom surface 22 side of the battery can 1 of the positive electrode
Thereby, since there is no through hole in the winding axis direction with respect to the positive electrode welded portion and the negative electrode welded portion, the mechanical strength of the uncoated portion is maintained, and the positive electrode uncoated portion and the negative electrode uncoated portion due to vibration and impact are maintained. Can be prevented from breaking.
(2)貫通孔40は、電池缶1の底面22側に設けられ、さらに捲回電極群3の外周面側が開口しているため、電解液の遊離液に貫通孔40が浸漬されやすくなる。それによって、捲回電極群3の内部に電解液を導きやすくなり、さらには、捲回電極群3の電解液の交換が容易に行われる。
(2) Since the through
第1実施形態に示した貫通孔40の別形態として、以下に示す第2実施形態〜第5実施形態の貫通孔40について説明する。第1実施形態と同様の説明箇所は省略する。
As another form of the through
―第2実施形態―
図6(a)は、貫通孔40を捲回電極群3の正極未塗工部31cおよび負極未塗工部32cの湾曲部50の頂部に設けた捲回電極群3の正面図である。図6(b)は、図6(a)のA−A断面図である。なお、図6(a)のB−B断面図は、図6(b)と同様なので省略する。すなわち、捲回電極群3の負極未塗工部32cに設けられた貫通孔40についての説明は、捲回電極群3の正極未塗工部31cに設けられた貫通孔40についての説明と同様であるので省略する。
-Second embodiment-
FIG. 6A is a front view of the
第1実施形態では、正極未塗工部31cの正極側溶接部31dにおける電池缶1の底面22側の端部70から正極未塗工部31cの電池缶1の底面22側の湾曲部50の頂点71までの領域、および、負極未塗工部32cの負極側溶接部32dにおける電池缶1の底面22側の端部70から負極未塗工部32cの電池缶1の底面22側の湾曲部50の頂点71までの領域に、貫通孔40を設けた。第2実施形態では、そのうちの湾曲部50の頂部に設けた。これにより、貫通孔40が電解液の遊離液により浸漬しやすくなり、捲回電極群3に電解液がより浸透しやすくなる。
In the first embodiment, the
―第3実施形態―
図7(a)は、捲回電極群3の正極未塗工部31cおよび負極未塗工部32cにおいて一方の外周面から他方の外周面まで貫通するような貫通孔40を設けた捲回電極群の正面図である。図7(b)は、図7(a)のA−A断面図である。なお、図7(a)のB−B断面図は、図7(b)と同様なので省略する。すなわち、捲回電極群3の負極未塗工部32cに設けられた貫通孔40についての説明は、捲回電極群3の正極未塗工部31cに設けられた貫通孔40についての説明と同様であるので省略する。
-Third embodiment-
FIG. 7A shows a wound electrode provided with a through-
第1実施形態では、電池缶1の幅広面21aと対向する捲回電極群3の2面ある外周面のうち、一方だけが開口するように貫通孔40を設けた(図4(b))。第3実施形態では、図7(b)に示すように、一方の外周面から他方の外周面まで貫通するように、貫通孔40を設けた。これにより、第1実施形態よりも捲回電極群3の内部に電解液が浸透しやすくなる。
In the first embodiment, the through-
―第4実施形態―
図8は角形の貫通孔40を設けた捲回電極群3の正面図である。第1実施形態の貫通孔40の形状は、丸形であった。本実施形態の貫通孔40の形状は、角形である。角形は、丸形に比べて、角形の四隅分だけ、正極未塗工部31cおよび負極未塗工部32cに大きな通路を設けることができるので、その分だけ電解液が捲回電極群3内部に浸透しやすくなる。角形の貫通孔40は、角形の孔加工用パンチ61により設けることができる。
-Fourth embodiment-
FIG. 8 is a front view of the
―第5実施形態―
図9は複数の貫通孔40を設けた捲回電極群3の正面図である。第1実施形態では、正極未塗工部31cと負極未塗工部32cのそれぞれに1つずつ貫通孔40を設けた。本実施形態では、それぞれの未塗工部に対して複数の貫通孔40を設けるようにした。これにより、第1実施形態と比較して、通路の断面積の総面積が同じ場合、大きな貫通孔を1つ設けるよりも小さな貫通孔を複数設ける方が機械的強度を保つことができる。また、貫通孔40の内周面の面積が増えるため、電解液が捲回電極群3の内部により浸透しやすくなる。電解液が浸透し、かつ加工が可能な孔径は1mmが好ましく、また孔間隔は、未塗工部の強度を考慮すると孔径の2倍以上が好ましい。捲回電極群よりセパレータから突出した正極未塗工部の幅または負極未塗工部の幅が6mmであり、貫通孔40の位置はセパレータより2mmの位置であれば、加工時にセパレータを巻き込むことはない。溶接部端部から湾曲部の頂点までの長さが20mmであるので、貫通孔40を捲回軸方向に対し同位置かつ捲回方向に複数形成する場合は一つの未塗工部に対して2〜3か所、捲回軸方向に対し位置をずらしかつ捲回方向に複数形成する場合は5〜7か所が好ましい。捲回方向に対し同位置かつ捲回軸方向に複数の貫通孔を設ける場合、捲回軸方向外側の孔から浸透した電解液が内側の孔で排出されるため、貫通孔を増やしても電解液浸透の効果は期待できない。また複数の貫通孔は、プレス成形すると湾曲部の頂点を中心に内周側は外周側よりも溶接部に近くなることも考慮する必要がある。このため貫通孔40を8か所以上設ける場合、孔間隔が狭くなることによる機械的強度の低下や、貫通孔が溶接部に干渉する可能性がある。
-Fifth embodiment-
FIG. 9 is a front view of the
―貫通孔40の設け方の変形例―
図10は、貫通孔40の設け方の変形例を示す図である。第1実施形態では、捲回電極群3をプレス成形して扁平させる前に貫通孔40を設けたのに対して、本変形例では、捲回電極群3をプレス成形して扁平させた後に貫通孔40を設けた。これにより、プレス成形時の孔の位置ずれを防ぐことができる。図7に示す第3実施形態の貫通孔40は、本変形例を適用したほうが容易に貫通孔40を設けることができる。
-Modification of how to provide through hole 40-
FIG. 10 is a view showing a modification of how to provide the through
―その他の変形例―
その他、本発明においては以下に示すような変形を施してもよい。
―Other variations―
In addition, the following modifications may be made in the present invention.
第1、第3〜第5実施形態において、正極未塗工部31cの正極側溶接部31dにおける電池缶1の底面22側の端部70から正極未塗工部31cの電池缶1の底面22側の湾曲部50の頂点71までの領域、および、負極未塗工部32cの負極側溶接部32dにおける電池缶1の底面22側の端部70から負極未塗工部32cの電池缶1の底面22側の湾曲部50の頂点71までの領域に貫通孔40を設けるようにしたが、その中でも湾曲部50に設けるほうが好ましい。このようにすることで、貫通孔40が電解液の遊離液により浸漬されやすくなる。
In 1st, 3rd-5th embodiment, the bottom face 22 of the battery can 1 of the positive electrode
貫通孔40が形成される角度は、未塗工部外周側表面に対して垂直、すなわち、捲回電極群3を構成する未塗工部の各層の積層方向に対して平行であることが好ましいが、これに限られるものではない。未塗工部表面に対して、貫通孔40を垂直に設けることで、容易に効率よく設けることができる。これに対して、貫通孔40を未塗工部表面に対して角度をつけて設けることで、垂直に設けた場合と比較して、貫通孔40の内周面の表面積が増えるため、電解液との接触面積が増え、電解液浸透効率が高まる。
The angle at which the through
貫通孔40の大きさは、電解液の遊離液を通しやすくする観点から未塗工部の幅の範囲でなるべく大きいことが好ましい。ただし、貫通孔40が電解液の遊離液が流れる通路が十分に確保されているならば、貫通孔40は小さくても構わない。
The size of the through
貫通孔40は、正極集電体4Aまたは負極集電体4Bの下端よりも電池缶1の底側に設けられることが好ましい。その理由は2つある。1つ目の理由は、正極集電体4A、負極集電体4Bと貫通孔40との接近を避けるためである。正極集電体4A、負極集電体4Bは、それぞれ正極未塗工部31c、負極未塗工部32cにおける電池缶1の底−電池蓋6方向中央部付近に設けられる。正極未塗工部31cおよび負極未塗工部32cの電池缶1の底−電池蓋6方向における中央(図3(b)の中央部51)付近に、貫通孔40が設けられた場合、貫通孔40の上に正極集電体4Aまたは負極集電体4Bを溶接することになるため、溶接強度が下がる可能性があるからである。2つ目は、電解液の遊離液が電池缶1の底側にたまるため、貫通孔40が電解液の遊離液に浸漬しやすくなるためである。貫通孔40を電池缶1の底側に設けることで、貫通孔40と正極集電体4Aまたは負極集電体4Bとの干渉を避けることができるため、溶接強度の低下や金属箔の破断などを防ぎ、安定的に溶接できるようになり、さらに、電解液の遊離液に浸漬しやすくなる。
The through
貫通孔40は、正極未塗工部31c、負極未塗工部32cの捲回軸方向中央部に設けられていることが好ましい。図3(a)から分かるように、貫通孔40が、正極未塗工部31cと正極合剤塗工部31bとの境界付近、または、負極未塗工部32cと負極合剤塗工部32bとの境界付近に設けられると、セパレータ33と貫通孔40とが干渉する可能性がある。
It is preferable that the through
角形二次電池C1は、一般的には、電池缶1の底面22が重力方向と垂直になるように、すなわち、いわゆる縦置きで載置される。そのため、以上の実施形態で示したように、電池缶1の底面22側に貫通孔40を設けるのが好ましいと考えられる。しかし、貫通孔40が電解液の遊離液に浸漬されるならば、正極未塗工部31cにおける溶接部以外の領域、および、負極未塗工部32cにおける溶接部以外の領域の電池蓋6側に貫通孔40を設けてもよい。このようなことが可能な例としては、例えば、角形二次電池C1の幅広面21aが重力方向に垂直になるように、角形二次電池C1が載置されること、すなわち、角形二次電池C1がいわゆる横置きで載置されることなどが考えられる。
The square secondary battery C1 is generally placed so that the bottom surface 22 of the battery can 1 is perpendicular to the direction of gravity, that is, so-called vertical placement. Therefore, as shown in the above embodiment, it is considered preferable to provide the through
正極未塗工部31cにおける溶接部以外の領域、および、負極未塗工部32cにおける溶接部以外の領域のいずれか一方だけに貫通孔40を設けてもよい。正極未塗工部31cにおける溶接部以外の領域、および、負極未塗工部32cにおける溶接部以外の領域のいずれにも貫通孔40を設けない捲回電極群3よりは、電解液が浸透するからである。
The through
正極活物質として、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや、一部を金属元素で置換またはドープしたリチウムマンガン複合酸化物や、層状結晶構造を有するコバルト酸リチウムや、チタン酸リチウムや、これらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム-金属複合酸化物を用いるようにしてもよい。 As a positive electrode active material, other lithium manganate having a spinel crystal structure, a lithium manganese composite oxide partially substituted or doped with a metal element, lithium cobaltate having a layered crystal structure, lithium titanate, and the like A lithium-metal composite oxide in which a part of the metal is substituted or doped with a metal element may be used.
負極活物質として、リチウムイオンを挿入したり脱離したりすることが可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料やSiやSnなどの化合物(例えば、SiO、TiSi2等)、または、それらの複合材料を用いることができる。それらの粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されない。 As a negative electrode active material, natural graphite capable of inserting and removing lithium ions, various artificial graphite materials, carbonaceous materials such as coke, and compounds such as Si and Sn (for example, SiO, TiSi 2, etc.) Or a composite material thereof. Also in the particle shape, there is no particular limitation such as a scale shape, a spherical shape, a fiber shape, or a lump shape.
正極電極および負極電極における塗工部の結着材として、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。 As a binder for the coating part in the positive electrode and the negative electrode, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene, polystyrene, polybutadiene, butyl rubber, nitrile rubber, styrene butadiene rubber, polysulfide rubber, nitrocellulose, cyanoethyl cellulose, various latexes Polymers such as acrylonitrile, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, propylene fluoride, chloroprene fluoride, and acrylic resins, and mixtures thereof can be used.
C1:角形二次電池、 1:電池缶、 1a: 開口部、 2:絶縁保護フィルム、
3:捲回電極群、 4A:正極集電体、 4B:負極集電体、 5:ガスケット、
6:電池蓋、 6A:正極側貫通孔、 6B:負極側貫通孔、 7:絶縁板、
8A:正極外部端子、 8B:負極外部端子、 9:注液口、 10:ガス排出弁、
11:注液栓、 12A:正極接続部、 12B:負極接続部、 21a:幅広面、
21b:幅狭面、 22:底面、 31:正極電極、 31a:正極箔、
31b:正極合剤塗工部、 31c:正極未塗工部、 31d:正極側溶接部、
32:負極電極、 32a:負極箔、 32b:負極合剤塗工部、
32c:負極未塗工部、 32d:負極側溶接部、 33:セパレータ、
40:貫通孔、 50:湾曲部、51:中央部、 61:通路加工用パンチ、
62:通路加工用治具、 71:頂点
C1: prismatic secondary battery, 1: battery can, 1a: opening, 2: insulating protective film,
3: wound electrode group, 4A: positive electrode current collector, 4B: negative electrode current collector, 5: gasket
6: Battery cover, 6A: Positive electrode side through hole, 6B: Negative electrode side through hole, 7: Insulating plate,
8A: positive electrode external terminal, 8B: negative electrode external terminal, 9: injection port, 10: gas discharge valve,
11: Injection plug, 12A: Positive electrode connection part, 12B: Negative electrode connection part, 21a: Wide surface,
21b: narrow surface, 22: bottom surface, 31: positive electrode, 31a: positive foil,
31b: Positive electrode mixture coated part, 31c: Positive electrode uncoated part, 31d: Positive electrode side welded part,
32: Negative electrode, 32a: Negative electrode foil, 32b: Negative electrode mixture coating part,
32c: negative electrode uncoated portion, 32d: negative electrode side welded portion, 33: separator,
40: Through hole, 50: Curved part, 51: Center part, 61: Punch for passage processing,
62: Passage processing jig 71: Vertex
Claims (8)
正極箔に正極活物質が塗工された正極塗工部と塗工されていない正極未塗工部とを有する正極電極、および、負極箔に負極活物質が塗工された負極塗工部と塗工されていない負極未塗工部とを有する負極電極をセパレータを介在させて扁平形状に捲回した捲回電極群と、
前記捲回電極群を収容する電池缶と、
前記電池缶を封止する電池蓋と、
正極側溶接部を介して、前記正極未塗工部と接続される正極集電体と、
負極側溶接部を介して、前記負極未塗工部と接続される負極集電体とを備え、
前記捲回電極群は、
前記正極未塗工部における前記正極側溶接部と前記正極塗工部との間の領域外、または、
前記負極未塗工部における前記負極側溶接部と前記負極塗工部との間の領域外のいずれかに貫通孔を有し、
前記貫通孔の少なくとも一部は、前記電解液の遊離液に浸漬されている角形二次電池。 An electrolyte,
A positive electrode having a positive electrode coated part coated with a positive electrode active material on a positive electrode foil and a non-coated positive electrode uncoated part; and a negative electrode coated part coated with a negative electrode active material on a negative electrode foil; A wound electrode group in which a negative electrode having an uncoated negative electrode uncoated portion is wound into a flat shape with a separator interposed therebetween,
A battery can containing the wound electrode group;
A battery lid for sealing the battery can;
A positive electrode current collector connected to the positive electrode uncoated part via a positive electrode side welding part;
A negative electrode current collector connected to the negative electrode uncoated portion via a negative electrode side weld,
The wound electrode group includes:
Outside the region between the positive electrode side welded portion and the positive electrode coated portion in the positive electrode uncoated portion, or
In the negative electrode uncoated part has a through hole in any one of the areas outside the negative electrode side welded part and the negative electrode coated part,
A rectangular secondary battery in which at least a part of the through hole is immersed in a free solution of the electrolytic solution.
前記貫通孔は、前記正極側溶接部の捲回方向前記電池缶底面側端部から捲回方向前記電池缶底面側の前記捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域、前記正極未塗工部における前記正極側溶接部の捲回方向前記電池蓋側端部から捲回方向前記電池蓋側の前記捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域、前記負極未塗工部における前記負極側溶接部の捲回方向前記電池缶底面側端部から捲回方向前記電池缶底面側の前記捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域、および、前記負極未塗工部における前記負極側溶接部の前記捲回方向前記電池蓋側端部から捲回方向前記電池蓋側の前記捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域のいずれかに設けられている角形二次電池。 The prismatic secondary battery according to claim 1,
The through hole is a region from the end of the battery can bottom surface side in the winding direction of the positive electrode side welded portion to the apex of the curved portion of the wound electrode group on the bottom surface side of the battery can in the winding direction, the positive electrode uncoated Winding direction of the positive electrode side welded portion in the region from the battery lid side end portion to the apex of the curved portion of the wound electrode group on the battery lid side in the winding direction, the negative electrode side in the negative electrode uncoated portion Winding direction of the welded part The region from the bottom of the battery can bottom side to the apex of the curved part of the wound electrode group on the bottom of the battery can in the winding direction, and the negative electrode side welding in the negative electrode uncoated part A prismatic secondary battery provided in one of the regions from the battery lid side end of the winding part to the apex of the curved part of the winding electrode group on the battery lid side in the winding direction.
前記貫通孔は、前記正極未塗工部における前記正極側溶接部の捲回方向前記電池缶底面側端部から捲回方向前記電池缶底面側の前記捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域、および、前記負極未塗工部における前記負極側溶接部の捲回方向前記電池缶底面側端部から捲回方向前記電池缶底面側の前記捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域のうち、少なくともいずれか一方に設けられる角形二次電池。 The prismatic secondary battery according to claim 1,
The through hole extends from the battery can bottom surface side end portion of the positive electrode side welded portion in the positive electrode uncoated portion to the apex of the curved portion of the wound electrode group on the battery can bottom surface side in the winding direction. A region, and a region from the negative electrode side welded portion of the negative electrode side welded portion to the apex of the curved portion of the wound electrode group on the bottom surface side of the battery can in the winding direction A prismatic secondary battery provided in at least one of them.
前記貫通孔は、前記捲回電極群の前記湾曲部に設けられる角形二次電池。 The prismatic secondary battery according to claim 2,
The through hole is a prismatic secondary battery provided in the curved portion of the wound electrode group.
前記貫通孔は、前記捲回電極群の前記湾曲部の頂部に設けられる角形二次電池。 The prismatic secondary battery according to claim 3,
The through hole is a prismatic secondary battery provided at the top of the curved portion of the wound electrode group.
前記貫通孔は、複数設けられている角形二次電池。 In the square secondary battery according to any one of claims 1 to 5,
A square secondary battery in which a plurality of the through holes are provided.
前記貫通孔の形状は、丸形又は角形である角形二次電池。 In the square secondary battery according to any one of claims 1 to 5,
The shape of the through hole is a rectangular secondary battery that is round or square.
前記貫通孔は、前記捲回電極群を構成する各層の積層方向に対して平行に設けられている角形二次電池。 In the square secondary battery according to any one of claims 1 to 5,
The said through-hole is a square secondary battery provided in parallel with the lamination direction of each layer which comprises the said winding electrode group.
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