JP2016051533A - Power storage device - Google Patents

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Yusuke Yamashita
裕介 山下
元章 奥田
Motoaki Okuda
元章 奥田
泰有 秋山
Yasunari Akiyama
泰有 秋山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the occurrence of damage to a separator even with a foreign material put between an electrode and the separator.SOLUTION: A secondary battery 10 comprises: an electrode assembly 12 having electrode housing separators 25 each housing a positive electrode 21 therein, and negative electrodes 26 different from the positive electrodes 21 in polarity. The electrode assembly 12 has a layered structure including the electrode housing separators 25 and the negative electrodes 26 which are alternately laminated. A face of each electrode housing separator 25 facing the negative electrode 26 is coated Teflon. Thus, the coefficient of static friction between the electrode housing separator 25 and the negative electrode 26 is adjusted to be 0.1 or less.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

この発明は、蓄電装置に関する。   The present invention relates to a power storage device.

EV(Electric Vehicle)やPHV(Plug in Hybrid Vehicle)などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。例えば、特許文献1に記載の二次電池は、金属箔に活物質層を有する正極電極と負極電極とが、セパレータを介在させて積層した電極組立体を有する。   A vehicle such as an EV (Electric Vehicle) or a PHV (Plug in Hybrid Vehicle) is equipped with a secondary battery such as a lithium ion battery as a power storage device that stores power supplied to an electric motor serving as a prime mover. For example, the secondary battery described in Patent Document 1 includes an electrode assembly in which a positive electrode and a negative electrode each having an active material layer on a metal foil are stacked with a separator interposed therebetween.

特開平09−120836号公報Japanese Patent Laid-Open No. 09-120836

ところで、こうした二次電池では、二次電池の製造時に、電極とセパレータとの間に異物が混入するおそれがある。そうした異物が混入した二次電池では、電極及びセパレータの積層時や二次電池の使用中の膨張に伴い、異物によってセパレータに荷重が生じることにより、セパレータに破損が生じるおそれがある。   By the way, in such a secondary battery, there is a possibility that foreign matter may be mixed between the electrode and the separator at the time of manufacturing the secondary battery. In a secondary battery in which such a foreign substance is mixed, the separator may be damaged due to a load generated by the foreign substance when the electrode and the separator are stacked or with expansion during use of the secondary battery.

この発明は、上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、電極とセパレータとの間に異物が混入したとしても、セパレータに破損が生じることを抑制することのできる蓄電装置を提供することにある。   This invention was made paying attention to the problem which exists in the said prior art, The objective is to suppress that a separator arises even if a foreign material mixes between an electrode and a separator. An object of the present invention is to provide a power storage device that can be used.

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する蓄電装置は、金属箔に活物質層を有する電極がセパレータを介在させて積層された電極組立体を備える蓄電装置であって、セパレータとこのセパレータと対向する電極と間の静摩擦係数が0.1以下にしたものである。
In the following, means for achieving the above object and its effects are described.
A power storage device that solves the above problem is a power storage device including an electrode assembly in which an electrode having an active material layer is laminated on a metal foil with a separator interposed therebetween, and static friction between the separator and an electrode facing the separator The coefficient is 0.1 or less.

上記構成によれば、電極とセパレータとの間に混入した異物によってセパレータが延伸する際に、セパレータが対向する電極上を滑りやすくなるため、セパレータのうちで異物の混入部分から比較的離間した部分が固定端として機能するようになる。このため、セパレータのうちで、上記固定端によって囲まれた範囲に対する延伸する範囲の比率である延伸率が比較的小さなものとなる。したがって、電極とセパレータとの間に異物が混入したとしても、セパレータに破損が生じることを抑制することができる。   According to the above configuration, when the separator is stretched by the foreign matter mixed between the electrode and the separator, the separator is easily slipped on the electrode facing the separator. Will function as a fixed end. For this reason, among the separators, the stretch ratio, which is the ratio of the stretched range to the range surrounded by the fixed end, is relatively small. Therefore, even if foreign matter is mixed between the electrode and the separator, the separator can be prevented from being damaged.

上記セパレータの好適な例としては、電極を内部に収納する電極収納セパレータを挙げることができる。
上記蓄電装置において、前記蓄電装置の好適な例としては、二次電池を挙げることができる。
Preferable examples of the separator include an electrode storage separator that stores electrodes therein.
In the above power storage device, a preferable example of the power storage device is a secondary battery.

本発明によれば、電極とセパレータとの間に異物が混入したとしても、セパレータに破損が生じることを抑制することができる。   According to the present invention, even if foreign matter is mixed between the electrode and the separator, the separator can be prevented from being damaged.

二次電池の外観を示す斜視図。The perspective view which shows the external appearance of a secondary battery. 電極組立体の構成要素を示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows the component of an electrode assembly. 二次電池の断面図。Sectional drawing of a secondary battery.

以下、本発明を具体化した一実施形態を図1〜図3にしたがって説明する。
図1に示すように、蓄電装置としての二次電池10は、リチウムイオン二次電池であり、ケース11内に電極組立体12と電解液が収容される。ケース11は、有底四角筒状のケース本体13と、当該ケース本体13の開口部を閉塞する矩形平板状の蓋体14とからなる。電極組立体12には、正極端子16及び負極端子17が電気的に接続される。正極端子16及び負極端子17には、ケース11から絶縁するためのリング状の絶縁リング18がそれぞれ取り付けられている。そして、正極端子16と負極端子17は、蓋体14からケース11外に露出している。
Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, a secondary battery 10 as a power storage device is a lithium ion secondary battery, and an electrode assembly 12 and an electrolytic solution are accommodated in a case 11. The case 11 includes a bottomed square cylindrical case main body 13 and a rectangular flat plate-like lid body 14 that closes an opening of the case main body 13. A positive electrode terminal 16 and a negative electrode terminal 17 are electrically connected to the electrode assembly 12. A ring-shaped insulating ring 18 for insulating from the case 11 is attached to each of the positive terminal 16 and the negative terminal 17. The positive terminal 16 and the negative terminal 17 are exposed outside the case 11 from the lid 14.

図2に示すように、電極組立体12は、袋状をなすとともにその内部に電極として正極電極21を収納した電極収納セパレータ25と、正極電極21とは極性の異なる負極電極26と、を有する。電極組立体12は、複数の電極収納セパレータ25と複数の負極電極26とを交互に積層して層状とした構造である。   As shown in FIG. 2, the electrode assembly 12 has a bag shape and includes an electrode storage separator 25 in which the positive electrode 21 is stored as an electrode, and a negative electrode 26 having a polarity different from that of the positive electrode 21. . The electrode assembly 12 has a layered structure in which a plurality of electrode storage separators 25 and a plurality of negative electrodes 26 are alternately stacked.

正極電極21は、シート状の正極金属箔(例えばアルミニウム箔)22と、正極金属箔22の両面に正極活物質を含む正極活物質層23を有する。正極電極21の端縁21aからは正極タブ24が突出している。各正極電極21の正極タブ24は、正極端子16に電気的に接続されている。   The positive electrode 21 has a sheet-like positive electrode metal foil (for example, aluminum foil) 22 and a positive electrode active material layer 23 containing a positive electrode active material on both surfaces of the positive electrode metal foil 22. A positive electrode tab 24 protrudes from the end edge 21 a of the positive electrode 21. The positive electrode tab 24 of each positive electrode 21 is electrically connected to the positive electrode terminal 16.

負極電極26は、シート状の負極金属箔(例えば銅箔)27と、負極金属箔27の両面に負極活物質を含む負極活物質層28を有する。負極電極26の端縁26aからは負極タブ29が突出している。各負極電極26の負極タブ29は、負極端子17に電気的に接続されている。   The negative electrode 26 has a sheet-like negative electrode metal foil (for example, copper foil) 27 and a negative electrode active material layer 28 containing a negative electrode active material on both surfaces of the negative electrode metal foil 27. A negative electrode tab 29 protrudes from the edge 26 a of the negative electrode 26. The negative electrode tab 29 of each negative electrode 26 is electrically connected to the negative electrode terminal 17.

電極収納セパレータ25は、互いに対峙するシート状の第1セパレータ25aとシート状の第2セパレータ25bとから構成されている。第1セパレータ25a及び第2セパレータ25bは、いずれもポリプロピレンやポリエチレンなどからなる微多孔性フィルムである。この微多孔性フィルムの両面にはテフロン加工(「テフロン」は登録商標 以下同じ)が施されている。これにより、各セパレータ25a,25bとこれらと対向する負極電極26(負極活物質層28)との間の静摩擦係数が0.1以下となるように調整されている。なお、こうしたテフロン加工は、微多孔性フィルムの少なくとも負極電極26と対向する面に施されていればよい。   The electrode storage separator 25 includes a sheet-like first separator 25a and a sheet-like second separator 25b that face each other. The first separator 25a and the second separator 25b are both microporous films made of polypropylene or polyethylene. Teflon processing (“Teflon” is a registered trademark) is applied to both sides of this microporous film. Thereby, the static friction coefficient between each separator 25a, 25b and the negative electrode 26 (negative electrode active material layer 28) facing these is adjusted to be 0.1 or less. Such Teflon processing may be performed on at least the surface of the microporous film facing the negative electrode 26.

また、第1セパレータ25aと第2セパレータ25bとは同サイズであり、正極電極21よりも一回り大きなサイズである。これにより、第1セパレータ25aと第2セパレータ25bは、正極電極21を重ねた状態において、正極電極21の各端縁21a,21b,21c,21dからはみ出すはみ出し部30aを有する。   The first separator 25 a and the second separator 25 b have the same size and are slightly larger than the positive electrode 21. Thereby, the 1st separator 25a and the 2nd separator 25b have the protrusion part 30a which protrudes from each edge 21a, 21b, 21c, 21d of the positive electrode 21 in the state in which the positive electrode 21 was piled up.

電極収納セパレータ25は、第1セパレータ25aと第2セパレータ25bとの対向するはみ出し部30a同士が、溶着によって形成される接合部31で接合されている。また、正極電極21の正極タブ24は、第1セパレータ25aと第2セパレータ25bの対向する面であるはみ出し部30aの面の間に位置し、それら面の間を通って第1セパレータ25a及び第2セパレータ25bの各端縁よりも突出している。電極収納セパレータ25では、第1セパレータ25aと第2セパレータ25bとが接合されることによって接合部31の内側が電極の収納部となり、その収納部と第1セパレータ25a及び第2セパレータ25bの端縁との間が溶着されている。   In the electrode storage separator 25, the protruding portions 30a facing each other between the first separator 25a and the second separator 25b are joined by a joining portion 31 formed by welding. The positive electrode tab 24 of the positive electrode 21 is located between the surfaces of the protruding portions 30a, which are the opposed surfaces of the first separator 25a and the second separator 25b, and passes between the first separator 25a and the first separator 25a. It protrudes from each edge of the 2 separator 25b. In the electrode storage separator 25, the first separator 25a and the second separator 25b are bonded to each other, so that the inside of the bonding portion 31 becomes an electrode storage portion, and the edges of the storage portion, the first separator 25a, and the second separator 25b The space between the two is welded.

図3に示すように、電極組立体12とケース11の内面との間には、電極組立体12とケース11との短絡を規制する絶縁シート40が設けられている。
次に、本実施形態の作用について説明する。
As shown in FIG. 3, an insulating sheet 40 that restricts a short circuit between the electrode assembly 12 and the case 11 is provided between the electrode assembly 12 and the inner surface of the case 11.
Next, the operation of this embodiment will be described.

図3に示すように、二次電池10の製造時には、電極収納セパレータ25と負極電極26との間に異物45が混入するおそれがある。また、二次電池10の製造に際して複数の電極収納セパレータ25と複数の負極電極26とを積層するときや、二次電池10の使用中に電極組立体12が膨張するときには、電極組立体12の積層方向に荷重が生じる。   As shown in FIG. 3, when the secondary battery 10 is manufactured, there is a possibility that foreign matter 45 may be mixed between the electrode storage separator 25 and the negative electrode 26. Further, when the secondary battery 10 is manufactured, when the plurality of electrode storage separators 25 and the plurality of negative electrodes 26 are stacked, or when the electrode assembly 12 expands during use of the secondary battery 10, A load is generated in the stacking direction.

異物45が混入した二次電池10では、異物45によって電極収納セパレータ25が延伸するようになり、上記荷重が異物45から電極収納セパレータ25に生じるようになる。   In the secondary battery 10 in which the foreign matter 45 is mixed, the electrode storage separator 25 is extended by the foreign matter 45, and the load is generated from the foreign matter 45 to the electrode storage separator 25.

ここで、一般的な電極収納セパレータ25では、第1セパレータ25a及び第2セパレータ25bとして、例えばポリプロピレンフィルムやポリエチレンフィルムが採用されている。なお、これらのフィルムと負極電極26との間の静摩擦係数は、ポリプロピレンフィルムの場合が0.4、ポリエチレンフィルムの場合が0.2である。   Here, in the general electrode storage separator 25, for example, a polypropylene film or a polyethylene film is employed as the first separator 25a and the second separator 25b. The static friction coefficient between these films and the negative electrode 26 is 0.4 for the polypropylene film and 0.2 for the polyethylene film.

こうした一般的な電極収納セパレータ25では、上記のように異物45によって電極収納セパレータ25が延伸する際に、電極収納セパレータ25が対向する負極電極26上を滑りにくくなるため、電極収納セパレータ25のうちで異物45の混入部分に比較的近接した部分が固定端として機能するようになる。すなわち、電極収納セパレータ25のうちで、上記固定端によって囲まれた範囲が比較的小さな範囲となる。このため、電極収納セパレータ25のうちで、上記固定端によって囲まれた範囲に対する延伸する範囲の比率である延伸率が比較的大きなものとなり、電極収納セパレータ25に亀裂等の破損が生じやすくなる。   In such a general electrode storage separator 25, when the electrode storage separator 25 is stretched by the foreign matter 45 as described above, the electrode storage separator 25 becomes difficult to slip on the opposing negative electrode 26. Thus, the portion relatively close to the portion where the foreign matter 45 is mixed functions as a fixed end. That is, in the electrode storage separator 25, the range surrounded by the fixed end is a relatively small range. For this reason, in the electrode storage separator 25, the stretch ratio, which is the ratio of the stretched range to the range surrounded by the fixed end, becomes relatively large, and the electrode storage separator 25 is likely to be damaged such as cracks.

これに対して、本実施形態では、上述したように第1セパレータ25a及び第2セパレータ25bに対してテフロン加工が施されているため、各セパレータ25a,25bとこれらに対向する負極電極26との間の静摩擦係数が0.1以下となるように調整されている。このため、上記のように異物45によって電極収納セパレータ25が延伸する際に、電極収納セパレータ25が対向する負極電極26上を滑りやすくなるため、電極収納セパレータ25のうちで異物45の混入部分から比較的離間した部分が固定端として機能するようになる。すなわち、電極収納セパレータ25のうちで、上記固定端によって囲まれた範囲が比較的大きな範囲となる。このため、電極収納セパレータ25のうちで、上記固定端によって囲まれた範囲に対する延伸する範囲の比率である延伸率が比較的小さなものとなる。   On the other hand, in the present embodiment, since the first separator 25a and the second separator 25b are subjected to Teflon processing as described above, the separators 25a and 25b and the negative electrode 26 facing the separators 25a and 25b. The static friction coefficient is adjusted to be 0.1 or less. For this reason, when the electrode storage separator 25 is extended by the foreign matter 45 as described above, the electrode storage separator 25 can easily slide on the opposing negative electrode 26. A relatively spaced portion functions as a fixed end. That is, in the electrode storage separator 25, the range surrounded by the fixed end is a relatively large range. For this reason, in the electrode storage separator 25, the stretch ratio, which is the ratio of the stretched range to the range surrounded by the fixed end, is relatively small.

なお、雪上では滑動するものの材質にもよるが、通常は両者の間の静摩擦係数は0.06〜0.08程度である。このため、本実施形態のように電極収納セパレータ25と負極電極26との間の静摩擦係数が0.1以下であれば、それらの接触面において滑りが生じやすくなるため、異物45によって亀裂等の破損が生じにくくなる。   In addition, although depending on the material of what slides on snow, the coefficient of static friction between the two is usually about 0.06 to 0.08. For this reason, if the coefficient of static friction between the electrode storage separator 25 and the negative electrode 26 is 0.1 or less as in the present embodiment, slippage is likely to occur on those contact surfaces. Damage is less likely to occur.

以上説明したように、本実施形態によれば以下に示す効果を得ることができる。
(1)負極電極26と電極収納セパレータ25との間に混入した異物45によって電極収納セパレータ25が延伸する際に、電極収納セパレータ25が対向する負極電極26上を滑りやすくなる。したがって、負極電極26と電極収納セパレータ25との間に異物45が混入したとしても、電極収納セパレータ25に破損が生じることを抑制することができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) When the electrode storage separator 25 is stretched by the foreign matter 45 mixed between the negative electrode 26 and the electrode storage separator 25, the electrode storage separator 25 is easily slipped on the opposing negative electrode 26. Therefore, even if the foreign matter 45 is mixed between the negative electrode 26 and the electrode storage separator 25, the electrode storage separator 25 can be prevented from being damaged.

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
○ 電極収納セパレータ25は、1枚のセパレータを二つ折りにして構成しても良い。
○ 電極収納セパレータ25に収納する電極を負極電極26に変更しても良い。この場合には、少なくとも電極収納セパレータと正極電極との間の静摩擦係数を0.1以下に調整する。
In addition, the said embodiment can also be implemented with the following forms which changed this suitably.
The electrode storage separator 25 may be configured by folding one separator in half.
The electrode stored in the electrode storage separator 25 may be changed to the negative electrode 26. In this case, at least the coefficient of static friction between the electrode storage separator and the positive electrode is adjusted to 0.1 or less.

○ 電極収納セパレータ25に代えて、シート状のセパレータを採用しても良い。この形態では、シート状のセパレータを正極電極21と負極電極26との間に介在させる。
○ 正極金属箔22として、アルミニウム以外の金属からなる箔を採用しても良い。
In place of the electrode storage separator 25, a sheet-like separator may be adopted. In this embodiment, a sheet-like separator is interposed between the positive electrode 21 and the negative electrode 26.
As the positive electrode metal foil 22, a foil made of a metal other than aluminum may be adopted.

○ 負極金属箔27として、銅以外の金属からなる箔を採用しても良い。
○ 正極電極21の片面のみが正極活物質層23を有していても良い。
○ 負極電極26の片面のみが負極活物質層28を有していても良い。
As the negative electrode metal foil 27, a foil made of a metal other than copper may be adopted.
Only one side of the positive electrode 21 may have the positive electrode active material layer 23.
Only one side of the negative electrode 26 may have the negative electrode active material layer 28.

○ セパレータと電極との間の静摩擦係数は、上述したテフロン加工の他、例えば電極と対向するセパレータの表面に潤滑剤を塗布することによっても調整することができる。また、セパレータと電極との接触面積を調整することにより同静摩擦係数を調整することもできる。このような接触面積の調整は、セパレータの表面の凹凸形状や、例えばセパレータとして微多孔性フィルムを用いる場合であれば単位面積当たりにおける微孔の総面積を変化させることで行うことができる。なお、このようなテフロン加工、潤滑剤の塗布、接触面積の調整の対象はセパレータの両面であってもよいし、片面であってもよい。また、これら静摩擦係数の調整方法は適宜組み合わせることもできる。   The coefficient of static friction between the separator and the electrode can be adjusted by applying a lubricant to the surface of the separator facing the electrode, for example, in addition to the above-described Teflon processing. Further, the static friction coefficient can be adjusted by adjusting the contact area between the separator and the electrode. Such adjustment of the contact area can be performed by changing the uneven shape on the surface of the separator, or by changing the total area of the micropores per unit area when, for example, a microporous film is used as the separator. Such Teflon processing, lubricant application, and contact area adjustment may be performed on both sides of the separator or on one side. These methods for adjusting the static friction coefficient can be combined as appropriate.

○ 二次電池10は、リチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、他の二次電池であってもよい。要するに、正極活物質層と負極活物質層との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。   The secondary battery 10 is a lithium ion secondary battery, but is not limited thereto, and may be another secondary battery. In short, any ion may be used as long as ions move between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and transfer charge.

○ ケース11の形状を変更してもよい。例えば、ケース11は円筒型でもよい。
○ 本発明を、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置に具体化してもよい。
○ The shape of the case 11 may be changed. For example, the case 11 may be cylindrical.
The present invention may be embodied in a power storage device such as an electric double layer capacitor.

10…二次電池、11…ケース、12…電極組立体、13…ケース本体、14…蓋体、21…正極電極、22…正極金属箔、23…正極活物質層、25…電極収納セパレータ、25a,25b…セパレータ、26…負極電極、27…負極金属箔、28…負極活物質層、45…異物。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Secondary battery, 11 ... Case, 12 ... Electrode assembly, 13 ... Case main body, 14 ... Lid body, 21 ... Positive electrode, 22 ... Positive electrode metal foil, 23 ... Positive electrode active material layer, 25 ... Electrode storage separator, 25a, 25b ... separator, 26 ... negative electrode, 27 ... negative electrode metal foil, 28 ... negative electrode active material layer, 45 ... foreign material.

Claims (3)

金属箔に活物質層を有する電極がセパレータを介在させて積層された電極組立体を備える蓄電装置であって、
前記セパレータと同セパレータに対向する電極との間の静摩擦係数が0.1以下であることを特徴とする蓄電装置。
A power storage device comprising an electrode assembly in which an electrode having an active material layer on a metal foil is laminated with a separator interposed therebetween,
A power storage device, wherein a coefficient of static friction between the separator and an electrode facing the separator is 0.1 or less.
前記セパレータは、前記電極を内部に収納する電極収納セパレータである請求項1に記載の蓄電装置。   The power storage device according to claim 1, wherein the separator is an electrode storage separator that stores the electrode therein. 前記蓄電装置は、二次電池である請求項1又は請求項2に記載の蓄電装置。   The power storage device according to claim 1, wherein the power storage device is a secondary battery.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10777365B2 (en) 2017-02-28 2020-09-15 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Power storage apparatus

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