JP2016039094A - Laminated battery and battery module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層型電池及び電池モジュールに関する。 The present invention relates to a stacked battery and a battery module.
近年、自動車産業や先端電子産業などの分野において、自動車用電池や電子機器用電池として積層型電池の需要が増大している。積層型電池は、充放電反応が進行する積層体をラミネートシートの内部に封止して構成される。この積層型電池では、過放電・短絡などの異常時には、ラミネートシートの内部に多量のガスが発生して内圧が上昇する場合がある。このため、ラミネートシートの内部に発生したガスを外部に適切に排出する必要がある。 In recent years, in the fields of the automobile industry and the advanced electronics industry, the demand for stacked batteries as automobile batteries and batteries for electronic devices is increasing. A laminated battery is configured by sealing a laminate in which a charge / discharge reaction proceeds inside a laminate sheet. In this laminated battery, a large amount of gas may be generated inside the laminate sheet and the internal pressure may increase in the event of an abnormality such as overdischarge or short circuit. For this reason, it is necessary to appropriately discharge the gas generated inside the laminate sheet to the outside.
これに関連して、例えば下記の特許文献１には、バッテリケースの側壁に溝状の安全弁が配置されたリチウムバッテリが開示されている。このリチウムバッテリによれば、ラミネートシートの内部に発生したガスを、安全弁を介して外部に排出することができる。 In relation to this, for example, Patent Document 1 below discloses a lithium battery in which a groove-shaped safety valve is arranged on the side wall of the battery case. According to this lithium battery, the gas generated inside the laminate sheet can be discharged to the outside through the safety valve.
しかしながら、特許文献１に記載のリチウムバッテリでは、ガスを外部に排出するための安全弁が側壁に配置される。また、ガスは、ラミネートシート内の任意の位置から発生する。このため、ガスが発生するガス発生部から安全弁までは所定の距離を有し、特に容量の大きい積層型電池の場合、ガス発生部から安全弁までの距離は大きくなってガスの外部への排出に時間がかかり、ラミネートシート内の圧力が高圧となる虞がある。 However, in the lithium battery described in Patent Document 1, a safety valve for discharging gas to the outside is disposed on the side wall. Further, the gas is generated from an arbitrary position in the laminate sheet. For this reason, there is a predetermined distance from the gas generating section where the gas is generated to the safety valve, and in the case of a stacked battery having a large capacity in particular, the distance from the gas generating section to the safety valve is increased, and the gas is discharged outside. It takes time and the pressure in the laminate sheet may become high.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ラミネートシートの内部でガスが発生した際に、迅速にガスを外部に排出し、ラミネートシート内の圧力が高圧となることを防止できる積層型電池及び電池モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and when gas is generated inside the laminate sheet, the gas is quickly discharged to the outside, and the pressure in the laminate sheet becomes high. It is an object to provide a stacked battery and a battery module that can be prevented.
上記目的を達成する本発明に係る積層型電池は、電極及びセパレータを交互に積層してなる積層体と、前記積層体を封止するラミネートシートと、を有する。また、積層型電池は、前記積層体の積層方向から視て、前記ラミネートシートのうち前記積層体の配置箇所に対向した位置に面全体に亘って形成され、前記ラミネートシートの内部の温度が所定の温度を超えた際に開裂する脆弱部を有する。 The laminated battery according to the present invention that achieves the above object includes a laminate obtained by alternately laminating electrodes and separators, and a laminate sheet that seals the laminate. The laminated battery is formed over the entire surface of the laminate sheet at a position facing the arrangement position of the laminate as viewed from the lamination direction of the laminate, and the temperature inside the laminate sheet is predetermined. It has a fragile part that is cleaved when the temperature is exceeded.
また、上記目的を達成する本発明に係る電池モジュールは、上述の積層型電池を少なくとも１つ有するセルユニットを備える。セルユニットは、前記積層方向から視て、前記積層型電池の電極タブが導出される辺以外の少なくとも１つの辺において、前記ラミネートシートの外周部を前記積層方向の両側から押圧する押圧部を備える。また、電池モジュールは、前記セルユニットを収納するケースを有する。 In addition, a battery module according to the present invention that achieves the above object includes a cell unit having at least one of the above laminated batteries. The cell unit includes a pressing portion that presses the outer peripheral portion of the laminate sheet from both sides in the stacking direction on at least one side other than the side from which the electrode tab of the stacked battery is derived as viewed from the stacking direction. . The battery module includes a case that houses the cell unit.
上記のように構成した積層型電池及び電池モジュールであれば、脆弱部が、ラミネートシートのうち積層体の配置箇所に対向した位置に面全体に亘って形成される。このため、過放電・短絡などの異常時にラミネートシートの内部でガスが発生した際、ガス発生部から最も近い脆弱部が開裂し、開裂した脆弱部からガスを排出することができる。したがって、ラミネートシートの内部でガスが発生した際に、迅速にガスを外部に排出し、ラミネートシート内の圧力が高圧となることを防止できる積層型電池及び電池モジュールを提供することができる。 If it is a laminated battery and a battery module comprised as mentioned above, a weak part will be formed over the whole surface in the position facing the arrangement | positioning location of a laminated body among laminate sheets. For this reason, when gas is generated inside the laminate sheet in the event of an abnormality such as overdischarge or short circuit, the fragile part closest to the gas generating part is cleaved, and the gas can be discharged from the fragile part that has been cleaved. Therefore, when gas is generated inside the laminate sheet, it is possible to provide a stacked battery and a battery module that can quickly discharge the gas to the outside and prevent the pressure inside the laminate sheet from becoming high.
＜第１実施形態＞
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の第１実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may differ from actual ratios.
図１は、本発明の第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池１（積層型電池）の外観を模式的に示す上面図である。図２は、リチウムイオン二次電池１の基本構成を模式的に示す断面図である。図３は、脆弱部８４の構成を説明するための図であって、図２のＡ部における部分拡大図である。図４は、脆弱部８４を形成するためのトムソン刃を示す図である。なお、図２では、脆弱部８４は省略して示す。 FIG. 1 is a top view schematically showing the external appearance of a lithium ion secondary battery 1 (stacked battery) according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the basic configuration of the lithium ion secondary battery 1. FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the fragile portion 84, and is a partially enlarged view of a portion A in FIG. FIG. 4 is a diagram showing a Thomson blade for forming the fragile portion 84. In FIG. 2, the fragile portion 84 is omitted.
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１は、概説すると、図１〜図３に示すように、電極（負極１０，正極２０）及びセパレータ３０を交互に積層してなる積層体５と、積層体５を封止するラミネートシート８０と、を有する。また、リチウムイオン二次電池１は、積層体５の積層方向から視て、第１ラミネートシート８１のうち積層体５の配置箇所に対向した位置に面全体に亘って形成される脆弱部８４を有する。脆弱部８４は、ラミネートシート８０の内部の温度が所定の温度を超えた際に開裂する。以下、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１の構成を詳述する。 In summary, the lithium ion secondary battery 1 according to the present embodiment is, as shown in FIGS. 1 to 3, a laminate 5 in which electrodes (anode 10 and cathode 20) and separators 30 are alternately laminated, and a laminate. And a laminate sheet 80 that seals the body 5. Further, the lithium ion secondary battery 1 includes a weakened portion 84 formed over the entire surface at a position facing the arrangement position of the laminated body 5 in the first laminated sheet 81 when viewed from the lamination direction of the laminated body 5. Have. The fragile portion 84 is cleaved when the temperature inside the laminate sheet 80 exceeds a predetermined temperature. Hereinafter, the configuration of the lithium ion secondary battery 1 according to the present embodiment will be described in detail.
リチウムイオン二次電池１は、図１，２に示すように、充放電反応が進行する略矩形の積層体５を外装体であるラミネートシート８０の内部に封止して構成される。積層体５は、図２に示すように、負極１０と、セパレータ３０と、正極２０と、を積層した構成を有している。 As shown in FIGS. 1 and 2, the lithium ion secondary battery 1 is configured by sealing a substantially rectangular laminate 5 in which a charge / discharge reaction proceeds inside a laminate sheet 80 that is an exterior body. As shown in FIG. 2, the stacked body 5 has a configuration in which a negative electrode 10, a separator 30, and a positive electrode 20 are stacked.
負極１０は、負極集電体１１及び当該負極集電体１１の両面に形成される負極活物質層１２を有する。 The negative electrode 10 includes a negative electrode current collector 11 and a negative electrode active material layer 12 formed on both surfaces of the negative electrode current collector 11.
セパレータ３０は、ポーラス形状によって構成され、通気性を有する。また、セパレータ３０は、電解質が含浸されることによって電解質層を構成する。 The separator 30 is configured by a porous shape and has air permeability. The separator 30 constitutes an electrolyte layer by being impregnated with the electrolyte.
正極２０は、正極集電体２１及び当該正極集電体２１の両面に形成される正極活物質層２２を有する。１つの負極活物質層１２とこれに隣接する正極活物質層２２とが、セパレータ３０を介して対向するようにして、負極１０、セパレータ３０、及び正極２０がこの順に積層されている。 The positive electrode 20 includes a positive electrode current collector 21 and a positive electrode active material layer 22 formed on both surfaces of the positive electrode current collector 21. The negative electrode 10, the separator 30, and the positive electrode 20 are laminated in this order so that one negative electrode active material layer 12 and the positive electrode active material layer 22 adjacent thereto face each other with the separator 30 interposed therebetween.
隣接する負極１０、セパレータ３０、及び正極２０は、１つの単電池層８を構成する。本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１は、単電池層８が複数積層されることによって、電気的に並列接続されてなる構成を有する。なお、積層体５の両最外層に位置する最外層負極集電体１１ａ，１１ｂには、いずれも片面のみに負極活物質層１２が形成されている。また、正極２０及び負極１０の配置を図２とは逆にして、積層体５の両最外層に正極２０が位置するようにしてもよい。 The adjacent negative electrode 10, separator 30, and positive electrode 20 constitute one unit cell layer 8. The lithium ion secondary battery 1 according to this embodiment has a configuration in which a plurality of single battery layers 8 are stacked so that they are electrically connected in parallel. The outermost negative electrode current collectors 11a and 11b located in both outermost layers of the laminate 5 have the negative electrode active material layer 12 formed on only one side. Further, the arrangement of the positive electrode 20 and the negative electrode 10 may be reversed from that in FIG. 2, and the positive electrode 20 may be positioned in both outermost layers of the laminate 5.
負極集電体１１は負極タブ４０と接続され、正極集電体２１は正極タブ５０と接続される。負極タブ４０及び正極タブ５０は、ラミネートシート８０の端部に挟まれるようにしてラミネートシート８０の外部に導出される。 The negative electrode current collector 11 is connected to the negative electrode tab 40, and the positive electrode current collector 21 is connected to the positive electrode tab 50. The negative electrode tab 40 and the positive electrode tab 50 are led out of the laminate sheet 80 so as to be sandwiched between the end portions of the laminate sheet 80.
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１は、図１に示すように、長方形状の扁平な形状を有し、同じ辺から電力を取り出すための負極タブ４０及び正極タブ５０が引き出されている。なお、負極タブ４０及び正極タブ５０が引き出される辺はそれぞれ異なる辺であってもよい。 As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 1 according to this embodiment has a rectangular flat shape, and a negative electrode tab 40 and a positive electrode tab 50 for extracting power from the same side are drawn out. . The sides from which the negative electrode tab 40 and the positive electrode tab 50 are drawn may be different sides.
ラミネートシート８０は、矩形状に構成され、周囲の外周部８５を互いに熱融着することによって接合されて、積層体５を封止する。ラミネートシート８０は、図２において、上側に設けられる第１ラミネートシート８１及び下側に設けられる第２ラミネートシート８２を有する。 The laminate sheet 80 is configured in a rectangular shape, and is bonded by heat-sealing peripheral peripheral portions 85 to each other to seal the laminate 5. In FIG. 2, the laminate sheet 80 includes a first laminate sheet 81 provided on the upper side and a second laminate sheet 82 provided on the lower side.
第１ラミネートシート８１は、３つの層８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃから構成され、負極集電体１１ａに隣接する側から順に、第１層８１Ａ，第２層８１Ｂ，第３層８１Ｃと定義する。また、第２ラミネートシート８２は、第１ラミネートシート８１と同様に、３つの層８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃから構成され、負極集電体１１ｂに隣接する側から順に、第１層８２Ａ，第２層８２Ｂ，第３層８２Ｃと定義する。 The first laminate sheet 81 includes three layers 81A, 81B, and 81C, and is defined as a first layer 81A, a second layer 81B, and a third layer 81C in order from the side adjacent to the negative electrode current collector 11a. Similarly to the first laminate sheet 81, the second laminate sheet 82 includes three layers 82A, 82B, and 82C. The first layer 82A and the second layer are sequentially formed from the side adjacent to the negative electrode current collector 11b. 82B and the third layer 82C.
負極集電体１１に隣接する第１層８１Ａ，８２Ａは、熱融着性樹脂が用いられ、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、アイオノマー、またはエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を用いることができる。第１層８１Ａ，８２Ａは、腐食を防止する機能を有する。 For the first layers 81A and 82A adjacent to the negative electrode current collector 11, a heat-sealable resin is used, and for example, polyethylene (PE), ionomer, or ethylene vinyl acetate (EVA) can be used. The first layers 81A and 82A have a function of preventing corrosion.
第２層８１Ｂ，８２Ｂは、金属箔が用いられ、例えば、Ａｌ箔またはＮｉ箔を用いることができる。第２層８１Ｂ，８２Ｂは、水分の透過を防止する機能を有する。 For the second layers 81B and 82B, metal foil is used, and for example, Al foil or Ni foil can be used. The second layers 81B and 82B have a function of preventing moisture permeation.
第３層８１Ｃ，８２Ｃは、樹脂フィルムが用いられ、例えば、剛性を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはナイロンを用いることができる。第３層８１Ｃ，８２Ｃは、強度を向上する機能を有する。 For the third layers 81C and 82C, a resin film is used. For example, rigid polyethylene terephthalate (PET) or nylon can be used. The third layers 81C and 82C have a function of improving strength.
第１ラミネートシート８１は、図１に示すように、積層体５の積層方向から視て、第１ラミネートシート８１のうち、積層体５の配置箇所に対応した位置に面全体に亘って脆弱部８４が形成される。 As shown in FIG. 1, the first laminate sheet 81 has a fragile portion over the entire surface at a position corresponding to the arrangement position of the laminate 5 in the first laminate sheet 81 when viewed from the lamination direction of the laminate 5. 84 is formed.
脆弱部８４は、図３に示すように、第１ラミネートシート８１の他の箇所よりも積層方向の厚みが薄く形成される。より具体的には、脆弱部８４は、第１ラミネートシート８１の第１層８１Ａ及び第２層８１Ｂの一部から構成される。この形状を有する脆弱部８４は、図４に示す楔形状のトムソン刃Ｃを第１ラミネートシート８１の第３層８１Ｃ側から積層方向にプレスすることによって形成される。 As shown in FIG. 3, the weakened portion 84 is formed to have a thickness in the stacking direction that is thinner than other portions of the first laminate sheet 81. More specifically, the fragile portion 84 includes a part of the first layer 81A and the second layer 81B of the first laminate sheet 81. The fragile portion 84 having this shape is formed by pressing the wedge-shaped Thomson blade C shown in FIG. 4 in the stacking direction from the third layer 81 </ b> C side of the first laminate sheet 81.
脆弱部８４は、積層体５の積層方向から視て、格子状に一様に形成され、ラミネートシート８０の内部の温度が所定の温度を超えた際に開裂する。 The fragile portion 84 is uniformly formed in a lattice shape when viewed from the stacking direction of the stacked body 5 and is cleaved when the temperature inside the laminate sheet 80 exceeds a predetermined temperature.
リチウムイオン二次電池１の構成は、一般的なリチウムイオン二次電池１に用いられている公知の材料を用いればよく、特に限定されるものではない。リチウムイオン二次電池１に使用することのできる負極集電体１１、正極集電体２１、負極活物質層１２、正極活物質層２２、セパレータ３０等について参考までに説明する。 The configuration of the lithium ion secondary battery 1 may be any known material used for a general lithium ion secondary battery 1 and is not particularly limited. The negative electrode current collector 11, the positive electrode current collector 21, the negative electrode active material layer 12, the positive electrode active material layer 22, the separator 30 and the like that can be used in the lithium ion secondary battery 1 will be described for reference.
負極集電体１１及び正極集電体２１は、例えば、ステンレススチール箔である。しかし、これに特に限定されず、アルミニウム箔、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材を利用することも可能である。 The negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector 21 are, for example, stainless steel foil. However, the present invention is not particularly limited to this, and it is also possible to use an aluminum foil, a nickel-aluminum clad material, a copper-aluminum clad material, or a plated material of a combination of these metals.
負極１０の負極活物質層１２は、例えば、ハードカーボン（難黒鉛化炭素材料）である。しかし、これに特に限定されず、黒鉛系炭素材料や、リチウム−遷移金属複合酸化物を利用することも可能である。特に、カーボン及びリチウム−遷移金属複合酸化物からなる負極活物質は、容量及び出力特性の観点から好ましい。 The negative electrode active material layer 12 of the negative electrode 10 is, for example, hard carbon (non-graphitizable carbon material). However, the present invention is not particularly limited to this, and it is also possible to use a graphite-based carbon material or a lithium-transition metal composite oxide. In particular, a negative electrode active material composed of carbon and a lithium-transition metal composite oxide is preferable from the viewpoints of capacity and output characteristics.
正極２０の正極活物質層２２は、例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４である。しかし、これに特に限定されない。なお、容量及び出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物を適用することが好ましい。 The positive electrode active material layer 22 of the positive electrode 20 is, for example, LiMn 2 O 4 . However, it is not particularly limited to this. Note that it is preferable to use a lithium-transition metal composite oxide from the viewpoint of capacity and output characteristics.
負極１０及び正極２０の厚さは、特に限定されず、電池の使用目的（例えば、出力重視、エネルギー重視）や、イオン伝導性を考慮して設定する。 The thicknesses of the negative electrode 10 and the positive electrode 20 are not particularly limited, and are set in consideration of the intended use of the battery (for example, emphasis on output and energy) and ion conductivity.
セパレータ３０の素材は、例えば、電解質を浸透し得る通気性を有するポーラス状のＰＥ（ポリエチレン）である。しかし、これに特に限定されず、ＰＰ（ポリプロピレン）などの他のポリオレフィン、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの３層構造をした積層体、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、不織布を、利用することも可能である。不織布は、例えば、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステルである。 The material of the separator 30 is, for example, porous PE (polyethylene) having air permeability that can penetrate the electrolyte. However, the present invention is not particularly limited to this, and other polyolefins such as PP (polypropylene), laminates having a three-layer structure of PP / PE / PP, polyamide, polyimide, aramid, and non-woven fabric can also be used. Nonwoven fabrics are, for example, cotton, rayon, acetate, nylon, and polyester.
電解質のホストポリマーは、例えば、ＨＦＰ（ヘキサフルオロプロピレン）コポリマーを１０％含むＰＶＤＦ−ＨＦＰ（ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体）である。しかし、これに特に限定されず、その他のリチウムイオン伝導性を持たない高分子や、イオン伝導性を有する高分子（固体高分子電解質）を適用することも可能である。その他のリチウムイオン伝導性を持たない高分子は、例えば、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）である。イオン伝導性を有する高分子は、例えば、ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）やＰＰＯ（ポリプロピレンオキシド）である。 The electrolyte host polymer is, for example, PVDF-HFP (polyvinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer) containing 10% of HFP (hexafluoropropylene) copolymer. However, the present invention is not particularly limited to this, and other polymers that do not have lithium ion conductivity or polymers that have ion conductivity (solid polymer electrolyte) can also be applied. Other polymers having no lithium ion conductivity are, for example, PAN (polyacrylonitrile) and PMMA (polymethyl methacrylate). Examples of the polymer having ion conductivity include PEO (polyethylene oxide) and PPO (polypropylene oxide).
ホストポリマーに保持される電解液は、例えば、ＰＣ（プロピレンカーボネート）及びＥＣ（エチレンカーボネート）からなる有機溶媒、支持塩としてのリチウム塩（ＬｉＰＦ６）を含んでいる。有機溶媒は、ＰＣ及びＥＣに特に限定されず、その他の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類、テトラヒドロフラン等のエーテル類を適用することが可能である。リチウム塩は、ＬｉＰＦ６に特に限定されず、その他の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ３ＳＯ３等の有機酸陰イオン塩を、適用することが可能である。 The electrolyte solution held by the host polymer contains, for example, an organic solvent composed of PC (propylene carbonate) and EC (ethylene carbonate), and a lithium salt (LiPF 6 ) as a supporting salt. The organic solvent is not particularly limited to PC and EC, and other cyclic carbonates, chain carbonates such as dimethyl carbonate, and ethers such as tetrahydrofuran can be applied. The lithium salt is not particularly limited to LiPF 6 , and other inorganic acid anion salts and organic acid anion salts such as LiCF 3 SO 3 can be applied.
次に、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１の作用について説明する。 Next, the operation of the lithium ion secondary battery 1 according to this embodiment will be described.
上述した構成を有するリチウムイオン二次電池１は、過放電・短絡などの異常時にラミネートシート８０の内部でガスが発生した際、ガス発生部から最も近い脆弱部８４が開裂する。以下、脆弱部８４が開裂するメカニズムについて詳述する。 In the lithium ion secondary battery 1 having the above-described configuration, the fragile portion 84 closest to the gas generating portion is cleaved when gas is generated inside the laminate sheet 80 at the time of abnormality such as overdischarge or short circuit. Hereinafter, the mechanism by which the fragile portion 84 is cleaved will be described in detail.
第１に、ラミネートシート８０内外の差圧による影響である。すなわち、ガスが発生した際、ラミネートシート８０は膨張し、膨張が終了した後は、ラミネートシート８０内の圧力が上昇する。そして、脆弱部８４は他の箇所よりも肉薄となっているので、ラミネートシート８０内外の差圧によって、脆弱部８４は開裂する。 First, it is an influence due to the differential pressure inside and outside the laminate sheet 80. That is, when the gas is generated, the laminate sheet 80 expands, and after the expansion ends, the pressure in the laminate sheet 80 increases. Since the fragile portion 84 is thinner than other portions, the fragile portion 84 is cleaved by the differential pressure inside and outside the laminate sheet 80.
第２に、熱による影響である。すなわち、過放電・短絡が生じると、局所的に温度が上昇し、例えば４００℃以上となる。このとき、温度の上昇に伴って、ラミネートシート８０の引張強度は低下するため、ガス発生部から最も近い脆弱部８４において引張強度は最も低下し、当該脆弱部８４は開裂する。 Second is the effect of heat. That is, when an overdischarge / short circuit occurs, the temperature rises locally, for example, 400 ° C. or higher. At this time, as the temperature rises, the tensile strength of the laminate sheet 80 decreases, so that the tensile strength decreases most at the fragile portion 84 closest to the gas generating portion, and the fragile portion 84 is cleaved.
そして、発生したガスは、開裂した脆弱部８４から外部に排出される。したがって、ガス発生部から開裂した脆弱部８４までの距離が近いため、ラミネートシート８０の内部でガスが発生した際に、迅速にガスを外部に排出し、ラミネートシート８０内の圧力が高圧となることを防止できる。 And the generated gas is discharged | emitted outside from the weak part 84 which was cleaved. Therefore, since the distance from the gas generating portion to the fragile portion 84 that has been cleaved is short, when gas is generated inside the laminate sheet 80, the gas is quickly discharged to the outside, and the pressure in the laminate sheet 80 becomes high. Can be prevented.
以上説明したように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１は、電極（負極１０，正極２０）及びセパレータ３０を交互に積層してなる積層体５と、積層体５を封止するラミネートシート８０と、を有する。また、リチウムイオン二次電池１は、積層体５の積層方向から視て、第１ラミネートシート８１のうち積層体５の配置箇所に対向した位置に面全体に亘って形成され、ラミネートシート８０の内部の温度が所定の温度を超えた際に開裂する脆弱部８４を有する。このため、過放電・短絡などの異常時にラミネートシート８０の内部でガスが発生した際、ガス発生部から最も近い脆弱部８４が開裂し、開裂した脆弱部８４からガスを排出することができる。したがって、ラミネートシート８０の内部でガスが発生した際に、迅速にガスを排出し、ラミネートシート８０内の圧力が高圧となることを防止できるリチウムイオン二次電池１を提供することができる。 As described above, the lithium ion secondary battery 1 according to this embodiment includes the laminate 5 in which the electrodes (the negative electrode 10 and the positive electrode 20) and the separator 30 are alternately laminated, and the laminate that seals the laminate 5. Sheet 80. Further, the lithium ion secondary battery 1 is formed over the entire surface at a position facing the arrangement position of the laminated body 5 in the first laminated sheet 81 when viewed from the lamination direction of the laminated body 5. It has the weak part 84 which is cleaved when the internal temperature exceeds a predetermined temperature. For this reason, when gas is generated inside the laminate sheet 80 in the event of an abnormality such as overdischarge or short circuit, the fragile portion 84 closest to the gas generating portion is cleaved, and the gas can be discharged from the fragile portion 84 that has been cleaved. Therefore, when the gas is generated inside the laminate sheet 80, the lithium ion secondary battery 1 can be provided that can quickly discharge the gas and prevent the pressure in the laminate sheet 80 from becoming high.
また、脆弱部８４は、第１ラミネートシート８１の他の箇所よりも積層方向の厚みが薄く形成され、積層方向から視て、格子状に形成される。このため、第１ラミネートシート８１の表面において脆弱部８４をより多くの面積に形成することができ、より好適にラミネートシート８０内の圧力が高圧となることを防止できる。 In addition, the fragile portion 84 is formed to have a thickness in the stacking direction thinner than other portions of the first laminate sheet 81, and is formed in a lattice shape when viewed from the stacking direction. For this reason, the weak part 84 can be formed in more areas in the surface of the 1st laminate sheet 81, and it can prevent that the pressure in the laminate sheet 80 becomes high pressure more suitably.
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。第１実施形態と共通する部分は説明を省略し、第２実施形態のみに特徴のある箇所について説明する。第２実施形態に係るリチウムイオン二次電池２は、第１ラミネートシート８１の表面に熱収縮フィルムが貼り付けられる点で、第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池１と異なる。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Description of parts common to the first embodiment will be omitted, and only features unique to the second embodiment will be described. The lithium ion secondary battery 2 according to the second embodiment is different from the lithium ion secondary battery 1 according to the first embodiment in that a heat shrink film is attached to the surface of the first laminate sheet 81.
図５は、第２実施形態に係るリチウムイオン二次電池２の図３に対応する図である。 FIG. 5 is a diagram corresponding to FIG. 3 of the lithium ion secondary battery 2 according to the second embodiment.
本発明の第２実施形態に係るリチウムイオン二次電池２は、図５に示すように、第１ラミネートシート８１の表面に張り付けられる熱収縮フィルム１８５をさらに有する。なお、その他の構成は第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池１と同様であるため、説明は省略する。 As shown in FIG. 5, the lithium ion secondary battery 2 according to the second embodiment of the present invention further includes a heat shrink film 185 attached to the surface of the first laminate sheet 81. In addition, since the other structure is the same as that of the lithium ion secondary battery 1 which concerns on 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.
熱収縮フィルム１８５は、図５に示すように、積層体５の積層方向から視て、脆弱部８４に対向する位置において開口する。そして、この形状を有する脆弱部８４及び熱収縮フィルム１８５は、第１実施形態と同様に、楔形状のトムソン刃Ｃを熱収縮フィルム１８５側から積層方向にプレスすることによって形成される。 As shown in FIG. 5, the heat-shrinkable film 185 opens at a position facing the fragile portion 84 when viewed from the stacking direction of the stacked body 5. And the weak part 84 and the heat-shrink film 185 which have this shape are formed by pressing the wedge-shaped Thomson blade C in the lamination direction from the heat-shrink film 185 side, as in the first embodiment.
熱収縮フィルム１８５の収縮開始温度は、リチウムイオン二次電池２の使用温度域以上であることが好ましい。また、熱収縮フィルム１８５を構成する材料として、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデンなどのオレフィン系ポリテロラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体などのフッ素樹脂系エチレンプロプレンゴムなどのゴム系シリコーン樹脂などシリコン系などが挙げられる。 The shrinkage start temperature of the heat shrink film 185 is preferably equal to or higher than the use temperature range of the lithium ion secondary battery 2. Further, as the material constituting the heat shrink film 185, polyethylene, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride and other olefin-based polyterolafluoroethylene, tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene / polyethylene Examples thereof include silicon-based materials such as rubber-based silicone resins such as fluororesin-based ethylene propylene rubber such as fluoroalkyl vinyl ether copolymers.
次に、図６を参照して、第２実施形態に係るリチウムイオン二次電池２の作用について説明する。 Next, the operation of the lithium ion secondary battery 2 according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
図６は、熱収縮フィルム１８５によって脆弱部８４が開裂するメカニズムを説明するための図であって、格子状の一部を拡大した図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining a mechanism by which the fragile portion 84 is cleaved by the heat shrink film 185, and is an enlarged view of a part of the lattice shape.
上述した構成を有するリチウムイオン二次電池２は、過放電・短絡などの異常時にラミネートシート８０の内部でガスが発生した際、ガス発生部から最も近い脆弱部８４が開裂する。以下、第２実施形態に係るリチウムイオン二次電池２の、脆弱部８４が開裂するメカニズムについて、図６を参照して詳述する。なお、第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池１と同様のメカニズムについては説明を省略し、第２実施形態に係るリチウムイオン二次電池２特有のメカニズムについてのみ説明する。 In the lithium ion secondary battery 2 having the above-described configuration, the fragile portion 84 closest to the gas generating portion is cleaved when gas is generated inside the laminate sheet 80 at the time of abnormality such as overdischarge or short circuit. Hereinafter, the mechanism by which the weak part 84 of the lithium ion secondary battery 2 according to the second embodiment is cleaved will be described in detail with reference to FIG. In addition, description is abbreviate | omitted about the mechanism similar to the lithium ion secondary battery 1 which concerns on 1st Embodiment, and only the mechanism peculiar to the lithium ion secondary battery 2 which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated.
過放電・短絡が生じると、ラミネートシート８０内において局所的に温度が上昇し、ラミネートシート８０内からの熱伝達によって、熱収縮フィルム１８５は図６の矢印方向に収縮する。この結果、脆弱部８４には、両側に引っ張られる引張力が発生し、脆弱部８４は開裂する。 When an overdischarge / short circuit occurs, the temperature locally increases in the laminate sheet 80, and the heat shrink film 185 contracts in the direction of the arrow in FIG. As a result, a tensile force pulled on both sides is generated in the fragile portion 84, and the fragile portion 84 is cleaved.
以上説明したように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池２は、第１ラミネートシート８１の表面に張り付けられる熱収縮フィルム１８５をさらに有する。熱収縮フィルム１８５は、積層方向から視て、脆弱部８４に対向する位置において開口する。このため、過放電・短絡などの異常時にラミネートシート８０の内部でガスが発生した際、熱収縮フィルム１８５によって脆弱部８４に引張力が作用する。したがって、脆弱部８４は、開裂し易くなり、より好適にラミネートシート８０内の圧力が高圧となることを防止できる。 As described above, the lithium ion secondary battery 2 according to this embodiment further includes the heat shrink film 185 attached to the surface of the first laminate sheet 81. The heat-shrink film 185 opens at a position facing the fragile portion 84 when viewed from the stacking direction. For this reason, when gas is generated inside the laminate sheet 80 in the event of an abnormality such as overdischarge or short circuit, a tensile force acts on the fragile portion 84 by the heat shrink film 185. Therefore, the fragile portion 84 is easily cleaved, and more preferably, the pressure in the laminate sheet 80 can be prevented from becoming a high pressure.
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態を説明する。第１実施形態と共通する部分は説明を省略し、第３実施形態のみに特徴のある箇所について説明する。第３実施形態に係るリチウムイオン二次電池３は、脆弱部の構成の点で、第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池２と異なる。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Description of parts common to the first embodiment will be omitted, and only the features unique to the third embodiment will be described. The lithium ion secondary battery 3 according to the third embodiment is different from the lithium ion secondary battery 2 according to the first embodiment in the configuration of the fragile portion.
図７は、第３実施形態に係るリチウムイオン二次電池３の外観を模式的に示す上面図である。図８は、第３実施形態に係るリチウムイオン二次電池３の図３に対応する図である。 FIG. 7 is a top view schematically showing the external appearance of the lithium ion secondary battery 3 according to the third embodiment. FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 3 of the lithium ion secondary battery 3 according to the third embodiment.
本発明の第３実施形態に係るリチウムイオン二次電池３の第１ラミネートシート２８１は、図７に示すように、積層体５の積層方向から視て、ドット状に形成される脆弱部２８４を有する。 As shown in FIG. 7, the first laminate sheet 281 of the lithium ion secondary battery 3 according to the third embodiment of the present invention has the weakened portion 284 formed in a dot shape when viewed from the stacking direction of the stacked body 5. Have.
本実施形態において、ドット状に形成される１つの脆弱部２８４の径を小さくして、第１ラミネートシート２８１の表面において脆弱部２８４が設けられる個数をより多くすることが好ましい。この構成によれば、ガス発生部から脆弱部２８４までの距離をより短くすることができ、より好適にラミネートシート２８０内の圧力が高圧となることを防止できる。 In the present embodiment, it is preferable that the diameter of one fragile portion 284 formed in a dot shape is reduced to increase the number of fragile portions 284 provided on the surface of the first laminate sheet 281. According to this configuration, the distance from the gas generating part to the fragile part 284 can be further shortened, and the pressure in the laminate sheet 280 can be more suitably prevented from becoming high.
また、本実施形態に係る脆弱部２８４は、例えば矩形状のトムソン刃によって形成される。このとき、脆弱部２８４は、楔形状のトムソン刃によって形成される第１実施形態に係る脆弱部８４と異なり、図８に示すように形成される。 Further, the weakened portion 284 according to the present embodiment is formed by, for example, a rectangular Thomson blade. At this time, the fragile portion 284 is formed as shown in FIG. 8, unlike the fragile portion 84 according to the first embodiment formed by a wedge-shaped Thomson blade.
第３実施形態に係るリチウムイオン二次電池３の作用については、第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池１の作用と同様であるため、説明は省略する。 About the effect | action of the lithium ion secondary battery 3 which concerns on 3rd Embodiment, since it is the same as that of the lithium ion secondary battery 1 which concerns on 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.
以上説明したように、第３実施形態に係るリチウムイオン二次電池３の脆弱部２８４は、第１ラミネートシート２８１の他の箇所よりも積層方向の厚みが薄く形成され、積層方向から視て、ドット状に形成される。このため、格子状に形成される場合と比較して、積層方向から視て肉薄となる脆弱部の面積が小さくなるため、第１ラミネートシート２８１の強度を高くしつつ、ラミネートシート２８０内の圧力が高圧となることを防止できる。 As described above, the fragile portion 284 of the lithium ion secondary battery 3 according to the third embodiment is formed to have a thinner thickness in the stacking direction than other portions of the first laminate sheet 281, as viewed from the stacking direction. It is formed in a dot shape. For this reason, since the area of the weakened portion that becomes thinner as viewed from the stacking direction is smaller than when formed in a lattice shape, the pressure in the laminate sheet 280 is increased while increasing the strength of the first laminate sheet 281. Can be prevented from becoming a high pressure.
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態を説明する。第４実施形態に係る電池モジュール４は、第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池１を４つ有する。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The battery module 4 according to the fourth embodiment has four lithium ion secondary batteries 1 according to the first embodiment.
図９は、第４実施形態に係る電池モジュール４を示す正面図である。図１０は、第４実施形態に係る電池モジュール４を示す上面図である。なお、図９において、ケース４２内部の理解の容易のため、ケース４２及びスペーサ４１は断面図によって示す。また、図１０において、ケース４２は省略して示す。 FIG. 9 is a front view showing the battery module 4 according to the fourth embodiment. FIG. 10 is a top view showing the battery module 4 according to the fourth embodiment. In FIG. 9, for easy understanding of the inside of the case 42, the case 42 and the spacer 41 are shown in a sectional view. In FIG. 10, the case 42 is omitted.
本実施形態に係る電池モジュール４は、図９，１０に示すように、セルユニット４５及びセルユニット４５を収納するケース４２を有する。 As shown in FIGS. 9 and 10, the battery module 4 according to the present embodiment includes a cell unit 45 and a case 42 that houses the cell unit 45.
セルユニット４５は、４つのリチウムイオン二次電池１を有し、積層体５の積層方向から視て、電極タブ４０，５０が導出される辺以外の３辺において、ラミネートシート８０の外周部８５を積層方向の両側から押圧する押圧部４６を備える。 The cell unit 45 includes four lithium ion secondary batteries 1, and when viewed from the stacking direction of the stacked body 5, the outer peripheral portion 85 of the laminate sheet 80 is formed on three sides other than the side where the electrode tabs 40 and 50 are led out. Are provided from both sides in the stacking direction.
押圧部４６は、ラミネートシート８０の外周部８５を挟み込むスペーサ４１と、外周部８５及びスペーサ４１に設けられる貫通孔（不図示）に積層方向に沿って挿入され、外周部８５及びスペーサ４１を締結する締結部材４３と、を有する。 The pressing portion 46 is inserted along the stacking direction into the spacer 41 that sandwiches the outer peripheral portion 85 of the laminate sheet 80 and through holes (not shown) provided in the outer peripheral portion 85 and the spacer 41, and fastens the outer peripheral portion 85 and the spacer 41. And fastening member 43 to be used.
スペーサ４１は、電気絶縁性の樹脂材料を用いることができる。スペーサ４１は、積層方向に沿って、締結部材４３のボルト４３Ｂが挿入される貫通孔（不図示）を有する。 The spacer 41 can be made of an electrically insulating resin material. The spacer 41 has a through hole (not shown) into which the bolt 43B of the fastening member 43 is inserted along the stacking direction.
締結部材４３は、ボルト４３Ｂ及びナット４３Ｎから構成される。ボルト４３Ｂが、外周部８５及びスペーサ４１に設けられる貫通孔に積層方向に沿って挿入され、ナット４３Ｎと締結される。これによって、外周部８５及びスペーサ４１が一体的に締結される。 The fastening member 43 includes a bolt 43B and a nut 43N. The bolt 43B is inserted along the stacking direction into the through hole provided in the outer peripheral portion 85 and the spacer 41, and fastened to the nut 43N. Thereby, the outer peripheral part 85 and the spacer 41 are fastened together.
ケース４２は、セルユニット４５を覆うように構成される。ケース４２の材質は、例えば鉄などが挙げられる。 The case 42 is configured to cover the cell unit 45. Examples of the material of the case 42 include iron.
上述した構成を有する電池モジュール４は、過放電・短絡などの異常時にラミネートシート８０の内部でガスが発生した際、ガス発生部から最も近い脆弱部８４が開裂する。このとき、ラミネートシート８０の外周部８５は、締結部材４３によってスペーサ４１と締結されているため、外周部８５が開裂することを確実に防止することができ、確実に脆弱部８４を開裂させることができる。 In the battery module 4 having the above-described configuration, the fragile portion 84 closest to the gas generating portion is cleaved when gas is generated inside the laminate sheet 80 at the time of abnormality such as overdischarge or short circuit. At this time, since the outer peripheral portion 85 of the laminate sheet 80 is fastened to the spacer 41 by the fastening member 43, the outer peripheral portion 85 can be reliably prevented from being cleaved, and the fragile portion 84 is reliably cleaved. Can do.
また、押圧部４６は、締結部材４３を有する。このため、簡易な構造によって、ラミネートシート８０の外周部８５を積層方向の両側から押圧することができる。 The pressing portion 46 has a fastening member 43. For this reason, the outer peripheral part 85 of the lamination sheet 80 can be pressed from both sides of a lamination direction with a simple structure.
以下、上述した実施形態の改変例を例示する。 Hereinafter, modifications of the above-described embodiment will be exemplified.
上述した第１実施形態では、脆弱部８４は第１ラミネートシート８１にのみ設けられた。しかしながら、第２ラミネートシート８２にのみ設けられてもよい。さらに、第１ラミネートシート８１及び第２ラミネートシート８２に設けられてもよい。 In the first embodiment described above, the fragile portion 84 is provided only on the first laminate sheet 81. However, it may be provided only on the second laminate sheet 82. Furthermore, the first laminate sheet 81 and the second laminate sheet 82 may be provided.
また、上述した第１実施形態では、脆弱部８４は、積層体５の積層方向から視て、格子状に一様に形成された。しかしながら、必ずしも格子状かつ一様でなくてよく、積層体５の積層方向から視て、第１ラミネートシート８１のうち、積層体５の配置箇所に対応した位置に面全体に亘って形成されていればよい。 In the first embodiment described above, the fragile portions 84 are uniformly formed in a lattice shape when viewed from the stacking direction of the stacked body 5. However, it is not necessarily lattice-like and uniform, and is formed over the entire surface at a position corresponding to the arrangement position of the laminated body 5 in the first laminated sheet 81 as viewed from the lamination direction of the laminated body 5. Just do it.
また、上述した第１実施形態では、脆弱部８４は、第１層８１Ａ及び第２層８１Ｂの一部から構成された。しかしながら、脆弱部は、第１層８１Ａの一部のみから構成されてもよい。さらに、第１層８１Ａ、第２層８１Ｂ、及び第３層８１Ｃの一部から構成されてもよい。 In the first embodiment described above, the fragile portion 84 is configured by a part of the first layer 81A and the second layer 81B. However, the fragile portion may be composed of only a part of the first layer 81A. Furthermore, the first layer 81A, the second layer 81B, and a part of the third layer 81C may be included.
また、上述した第１実施形態では、非双極型のリチウムイオン電池１に適用されたが、双極型のリチウムイオン二次電池（積層型電池）に適用されてもよい。 In the first embodiment described above, the present invention is applied to the non-bipolar lithium ion battery 1, but may be applied to a bipolar lithium ion secondary battery (stacked battery).
また、上述した第４実施形態では、押圧部４６は、積層体５の積層方向から視て、電極タブ４０，５０が導出される辺以外の３辺に設けられた。しかしながら、電極タブ４０，５０が導出される辺以外のうち、少なくとも１辺に設けられていればよい。 Further, in the above-described fourth embodiment, the pressing portions 46 are provided on three sides other than the side from which the electrode tabs 40 and 50 are derived as viewed from the stacking direction of the stacked body 5. However, the electrode tabs 40 and 50 may be provided on at least one side other than the sides from which the electrode tabs 40 and 50 are derived.
また、上述した第４実施形態では、押圧部４６は、締結部材４３を有した。しかしながら、ラミネートシート８０の外周部８５を積層方向の両側から押圧することができる構成であれば、特に限定されない。 In the fourth embodiment described above, the pressing portion 46 has the fastening member 43. However, there is no particular limitation as long as the outer peripheral portion 85 of the laminate sheet 80 can be pressed from both sides in the stacking direction.
１，２，３ リチウムイオン二次電池（積層型電池）、
４ 電池モジュール、
５ 積層体、
１０ 正極（電極）、
２０ 負極（電極）、
３０ セパレータ、
４０ 負極タブ（電極タブ）、
４３ 締結部材、
４６ 押圧部、
５０ 正極タブ（電極タブ）、
８０，２８０ ラミネートシート、
８１，２８１ 第１ラミネートシート、
８２ 第２ラミネートシート、
８４，２８４ 脆弱部、
１８５ 熱収縮フィルム。
1,2,3 lithium ion secondary battery (stacked battery),
4 Battery module,
5 laminates,
10 positive electrode (electrode),
20 negative electrode (electrode),
30 separator,
40 negative electrode tab (electrode tab),
43 fastening members,
46 pressing part,
50 Positive electrode tab (electrode tab),
80,280 laminate sheet,
81,281 first laminate sheet,
82 second laminate sheet,
84,284 vulnerable areas,
185 heat shrink film.
Claims (6)
前記積層体を封止するラミネートシートと、
前記積層体の積層方向から視て、前記ラミネートシートのうち前記積層体の配置箇所に対向した位置に面全体に亘って形成され、前記ラミネートシートの内部の温度が所定の温度を超えた際に開裂する脆弱部と、を有する積層型電池。 A laminate formed by alternately laminating electrodes and separators;
A laminate sheet for sealing the laminate,
When viewed from the stacking direction of the laminate, the laminate sheet is formed over the entire surface at a position facing the arrangement position of the laminate, and the temperature inside the laminate sheet exceeds a predetermined temperature. A laminated battery having a fragile portion to be cleaved.
前記熱収縮フィルムは、前記積層方向から視て、前記脆弱部に対向する位置において開口する請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層型電池。 It further has a heat shrink film stuck to the surface of the laminate sheet,
The stacked battery according to claim 1, wherein the heat-shrinkable film opens at a position facing the fragile portion when viewed from the stacking direction.
前記セルユニットを収納するケースと、を有する電池モジュール。 At least one side of the multilayer battery according to any one of claims 1 to 4, and when viewed from the stacking direction, at least one side other than the side from which the electrode tab of the multilayer battery is derived, A cell unit comprising a pressing portion for pressing the outer peripheral portion of the laminate sheet from both sides in the stacking direction;
A battery module having a case for housing the cell unit.
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