JP2016091718A - Power storage device and power storage module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電装置、及び、蓄電モジュールに関する。 The present invention relates to a power storage device and a power storage module.
従来より、リチウムイオン二次電池等の電極を有する種々の蓄電装置が知られている。 Conventionally, various power storage devices having electrodes such as lithium ion secondary batteries are known.
充放電サイクルを繰り返すことによって電極の厚みは徐々に増えていく。蓄電装置が金属製の容器などに収容されている場合、及び、蓄電装置の厚みが拘束部材などに拘束されている場合など、電極及びセパレータを有する電極組立体の厚みが制限されている場合、充放電サイクルの経過に伴って電極の厚みが増えると、電極に比べて相対的に柔らかいセパレータが厚み方向に圧縮される。したがって、セパレータの空孔の断面積が大幅に縮小して、リチウムイオン等のイオンの移動抵抗が増え、電池の充放電性能が劣化する場合がある。 By repeating the charge / discharge cycle, the thickness of the electrode gradually increases. When the thickness of the electrode assembly including the electrode and the separator is limited, such as when the power storage device is housed in a metal container or the like, and when the thickness of the power storage device is constrained by a restraining member or the like, When the thickness of the electrode increases with the progress of the charge / discharge cycle, the relatively soft separator is compressed in the thickness direction as compared with the electrode. Therefore, the cross-sectional area of the pores of the separator is significantly reduced, and the resistance to movement of ions such as lithium ions is increased, which may deteriorate the charge / discharge performance of the battery.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、充放電サイクルを繰り返しても充放電特性の劣化を抑制できる蓄電装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a power storage device that can suppress deterioration of charge / discharge characteristics even when charge / discharge cycles are repeated.
本発明に係る蓄電装置は、正極、負極、及び、前記正極及び前記負極の間に配置された空孔を有するセパレータを備え、
前記セパレータの厚み方向に沿った断面において、前記厚み方向における前記空孔の径が、前記厚み方向と直交する方向における前記空孔の径よりも大きい。
A power storage device according to the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator having a void disposed between the positive electrode and the negative electrode,
In the cross section along the thickness direction of the separator, the diameter of the hole in the thickness direction is larger than the diameter of the hole in a direction orthogonal to the thickness direction.
本発明によれば、正極、負極、及びセパレータを含む電極組立体の厚みの増加が制限される場合に、充放電サイクルの経過に伴って電極が厚くなると、セパレータが厚み方向に圧縮される。しかしながら、空孔の断面が上記の構造を有するので、セパレータが厚み方向につぶれた場合でも、厚み方向に垂直な断面における空孔の径が変化しにくい。従って、イオンの移動抵抗の低下が抑制される。 According to the present invention, when the increase in the thickness of the electrode assembly including the positive electrode, the negative electrode, and the separator is limited, the separator is compressed in the thickness direction when the electrode becomes thicker as the charge / discharge cycle elapses. However, since the cross section of the hole has the above-described structure, even when the separator is crushed in the thickness direction, the diameter of the hole in the cross section perpendicular to the thickness direction is difficult to change. Therefore, a decrease in ion movement resistance is suppressed.
ここで、前記空孔は、前記セパレータの厚み方向に直線状に貫通していることができる。 Here, the holes may penetrate linearly in the thickness direction of the separator.
本発明に係る蓄電モジュールは、上記の蓄電装置と、
前記正極、前記負極、及び、前記セパレータの合計厚みを制限する拘束部材と、を備える。
The power storage module according to the present invention includes the power storage device described above,
A restraining member that limits a total thickness of the positive electrode, the negative electrode, and the separator.
本発明によれば、充放電サイクルを繰り返しても充放電特性の劣化を抑制できる蓄電装置等が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrical storage apparatus etc. which can suppress deterioration of a charging / discharging characteristic even if a charging / discharging cycle is repeated are provided.
以下、図面を参照しながら、本発明に係る蓄電装置の一例であるリチウムイオン二次電池の好適な実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a lithium ion secondary battery which is an example of a power storage device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
リチウムイオン二次電池(蓄電装置)11は、例えば図1及び図2に示すように、例えば略直方体形状をなす中空のケース12と、ケース12内に収容された電極組立体13とを備えている。ケース12は、例えばアルミニウム等の金属によって形成され、ケース12の内部には、例えば有機溶媒系の電解液が注入されている。ケース12の頂面には、図2に示すように、正極端子15と負極端子16とが互いに離間して配置されている。正極端子15は、絶縁部材17を介してケース12の頂面における幅方向の一方側に固定され、負極端子16は、絶縁部材18を介してケース12の頂面における幅方向の他方側に固定されている。
A lithium ion secondary battery (power storage device) 11 includes, for example, a
電極組立体13は、図2に示すように、正極21と、負極22と、正極21と負極22との間に配置されたセパレータ23を有する。正極21と負極22とがセパレータ23を介して交互に積層されている。電極組立体13の厚み方向の両端は、ケースの両側面12aと接触している。
As illustrated in FIG. 2, the
正極21は、例えばアルミニウム箔からなる金属箔21aと、金属箔21aの両面に形成された正極活物質層21bとを有している。正極活物質層21bは、正極活物質とバインダとを含んで形成されている。正極活物質としては、例えばリチウム含有複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物は、リチウム以外に、例えばマンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも1つを含むことができる。また、正極21の上縁部には、正極端子15の位置に対応してタブ21cが形成されている。タブ21cは、正極21の上縁部から上方に延び、導電部材24を介して正極端子15に接続されている。
The
一方、負極22は、例えば銅箔からなる金属箔22aと、金属箔22aの両面に形成された負極活物質層22bとを有している。負極活物質層22bは、負極活物質とバインダとを含んで形成されている。負極活物質としては、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、シリコン、SiOx(0.5≦x≦1.5)等の酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。特に、Si及びSiOxは、サイクル経過による膨張が大きい。また、負極22の上縁部には、負極端子16の位置に対応してタブ22cが形成されている。タブ22cは、負極22の上縁部から上方に延び、導電部材25を介して負極端子16に接続されている。
On the other hand, the
セパレータ23は、図3に示すように、空孔23aを有する。セパレータ23の形成材料の例は、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリエステル系樹脂などの樹脂である。
As shown in FIG. 3, the
本実施形態において、セパレータの厚み方向(Y方向)に沿う断面において、厚み方向(Y方向)における空孔の径が、厚み方向(Y方向)と直交する方向(X方向)における径よりも大きい。特に、本実施形態のセパレータ23は、厚み方向に直線状に貫通する空孔23aを有する。空孔23aのX方向の径は、例えば、10〜50nmであることができる。また、セパレータの厚みは、例えば、10〜30μmとすることができる。空孔23aのX方向におけるピッチ(空孔23aの軸の間隔)は、例えば、10〜50nmとすることができる。
このようなセパレータは、樹脂シートに、針又はレーザビームで貫通孔を開けることにより容易に形成できる。
In the present embodiment, in the cross section along the thickness direction (Y direction) of the separator, the diameter of the pores in the thickness direction (Y direction) is larger than the diameter in the direction (X direction) orthogonal to the thickness direction (Y direction). . In particular, the
Such a separator can be easily formed by opening a through hole in a resin sheet with a needle or a laser beam.
続いて本実施形態に係るリチウムイオン二次電池11の作用を説明する。通常、ケース12によって、正極、負極、及びセパレータ23を含む電極組立体の厚みの増加は制限される。この場合、充放電サイクルの経過に伴い、電極(正極及び/又は負極)の厚みが増加すると、最も柔らかい部材であるセパレータ23が厚み方向に圧縮されることになる。しかしながら、本実施形態では、セパレータ23の空孔23aの断面が上記の構造を有するので、セパレータ23の厚みが圧縮された場合でも、厚み方向に垂直な断面における空孔の径(X方向の径)が変化しにくい。従って、セパレータを介したイオン等の移動抵抗の低下が抑制される。したがって、サイクル特性の劣化を抑制できる。
Next, the operation of the lithium ion
続いて、上記リチウムイオン二次電池11を採用した電池モジュール(蓄電モジュール)について図4を参照して説明する。
Next, a battery module (power storage module) employing the lithium ion
図4は、本発明に係る電池モジュール1の一実施形態を示す図である。同図に示すように、電池モジュール1は、複数のリチウムイオン二次電池11を配列してなる配列体2と、配列体2に対してリチウムイオン二次電池11の配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材3と、を備えている。
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the
配列体2では、伝熱プレート5を間に介して、複数のリチウムイオン二次電池11が配列されている。これらのリチウムイオン二次電池11は、互いにその電極組立体の厚み方向に隣接して配列されている。
In the array body 2, a plurality of lithium ion
拘束部材3は、例えば一対のエンドプレート31と、エンドプレート31同士を締結する締結部材32とを備えている。エンドプレート31は、例えばリチウムイオン二次電池11を配列方向から見た場合の面積よりも大きい面積を有する略矩形の板状をなしており、エンドプレート31の外縁部分がリチウムイオン二次電池11の外縁部分よりも外側に張り出した状態で、配列体2及び弾性体4の配列方向の両端にそれぞれ配置されている。
The
締結部材32は、例えば長尺のボルト33と、ボルト33に螺合されるナット34とによって構成されている。ボルト33は、例えばエンドプレート31の外縁部分において、配列体2の四隅に対応する位置でエンドプレート31の貫通孔に挿通されている。各ボルト33の両端にエンドプレート31の外側からナット34が螺合されることで、リチウムイオン二次電池11、及び伝熱プレート5が一対のエンドプレート31に挟持されてユニット化されると共に、各リチウムイオン二次電池11に対して、その電極組立体の厚み方向に拘束荷重が付加される。
The
この電池モジュール1では、拘束部材3によって各リチウムイオン二次電池11、即ち、各電極組立体13の厚み方向の膨張が厳しく規制されている。したがって、サイクルの経過に伴って電極が膨張すると、セパレータが圧縮されやすい。しかしながら、上述したように、本実施形態のセパレータは厚み方向に圧縮されても、イオンの通過底孔が増加しにくいため、サイクル特性を悪化させにくい。
In this
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、セパレータの空孔がセパレータの厚み方向に直線状に貫通しているが、セパレータの厚み方向に沿った断面において、その厚み方向における空孔の径が、厚み方向と直交する方向における空孔の径よりも大きい部分を有していれば、非直線状に貫通していても実施は可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the pores of the separator linearly penetrate in the thickness direction of the separator, but the diameter of the pores in the thickness direction is orthogonal to the thickness direction in the cross section along the thickness direction of the separator. If it has a part larger than the diameter of the hole in the direction, it can be implemented even if it penetrates non-linearly.
また、蓄電装置もリチウムイオン二次電池に限定されず、正極と負極との間が上述のセパレータで離間されていれば良く、例えば、電気二重層キャパシタでも良い。 Further, the power storage device is not limited to the lithium ion secondary battery, and it is sufficient that the positive electrode and the negative electrode are separated from each other by the separator described above. For example, an electric double layer capacitor may be used.
また、電極組立体が、正極、負極、セパレータ以外に、電極保護層や、釘刺し時の短絡用の電極などを含んでいてもよい。これらの場合でも、ケース及び/又は拘束部材が電極組立体の厚みを制限する場合、本発明の効果を奏しうる。 In addition to the positive electrode, the negative electrode, and the separator, the electrode assembly may include an electrode protective layer, an electrode for short-circuiting during nail penetration, and the like. Even in these cases, when the case and / or the restraining member limits the thickness of the electrode assembly, the effects of the present invention can be obtained.
また、拘束部材の構造も少なくとも、正極、負極、及び、セパレータの合計厚みを制限するものであれば上記構造に限定されるものではない。 Further, the structure of the restraining member is not limited to the above structure as long as it limits at least the total thickness of the positive electrode, the negative electrode, and the separator.
1…電池モジュール(蓄電モジュール)、2…配列体、3…拘束部材、4…弾性体、11…リチウムイオン二次電池(蓄電装置)、12…ケース。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記セパレータの厚み方向に沿った断面において、前記厚み方向における前記空孔の径が、前記厚み方向と直交する方向における前記空孔の径よりも大きい、蓄電装置。 A positive electrode, a negative electrode, and a separator having pores disposed between the positive electrode and the negative electrode;
A power storage device in which a diameter of the hole in the thickness direction is larger than a diameter of the hole in a direction orthogonal to the thickness direction in a cross section along the thickness direction of the separator.
前記正極、前記負極、及び、前記セパレータの合計厚みを制限する拘束部材と、を備える、蓄電モジュール。 The power storage device according to claim 1 or 2,
An electricity storage module comprising: the positive electrode, the negative electrode, and a restraining member that limits a total thickness of the separator.
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