JP2017098178A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】内部短絡を防止しつつ、内部で発生するガスを効率良く排出することができる二次電池を提供することにある。【解決手段】セパレータ１７を介して正極板１１と負極板１４とが交互に積層され、正極板が、正極リード部１２ｃを有す正極板集電箔１２と、セパレータの幅方向の両端部よりも内側にて正極集電箔の側面部に設けられた正極活物質１３とを有し、負極板１４が、負極リード部１５ｃを有す負極集電箔１５と、セパレータの幅方向の両端部よりも内側であり、正極活物質の幅方向の両端部よりも外側の範囲にて負極集電箔の側面部に設けられた負極活物質１６とを有する二次電池であって、正極リード部側にて正極活物質が設けられていない正極集電箔の側面部に設けられた正極側絶縁体１８と、負極リード部側にて負極活物質が設けられていない負極集電箔の側面部に設けられた負極側絶縁体１９と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池に関する。

リチウムイオン二次電池などの二次電池では、性能制約上、負極板の負極集電箔に負極活物質を塗布してなる負極塗膜が正極板の正極集電箔に正極活物質を塗布してなる正極塗膜を覆うように構成されている。正極板および負極板は、正極リードおよび負極リードがセパレータの幅方向端部から互いに反対側へ突出するように配置されている。負極活物質が正極活物質よりも広い範囲に塗布されることから、負極塗膜と対向する正極集電箔における正極活物質の未塗布部分において、短絡しないようにする必要があり、種々検討されている。この箇所を絶縁する技術として、例えば、絶縁塗料の塗布や絶縁テープの貼付などが用いられている。

下記特許文献１には、負極活物質合剤層と対向する正極金属露出部に形成された絶縁層を備え、絶縁層が熱可塑性樹脂である角形リチウムイオン二次電池が記載されている。

特開２０１１−２１６４０３号公報

ところで、リチウムイオン二次電池のような二次電池においては、製造時の充放電により、電極の周囲にガスが発生する。前記ガスは、電極の間に残留すると電池の性能を低下させるだけでなく、電池の容器を膨らませるなど変形させる要因となるため、排出させることが望ましい。特許文献１に記載の角形リチウムイオン二次電池では、正極活物質合剤層と同じ厚みに形成した絶縁層がセパレータとともに正極リードの基部を周囲から隔絶するように覆い隠していることから、発生したガスを絶縁層側へ排出しにくい。

以上のことから、本発明は、上述したような課題を解決するために為されたものであって、内部短絡を防止しつつ、内部で発生するガスを効率良く排出することができる二次電池を提供することを目的としている。

前述した課題を解決する第１の発明に係る二次電池は、帯状のセパレータを介して帯状の正極板と帯状の負極板とが交互に積層され、前記正極板は、前記セパレータの幅方向の一方の端部側で突出する正極リード部を有す正極集電箔と、前記セパレータの幅方向の両端部よりも内側にて前記正極集電箔の側面部に設けられた正極活物質とを有し、前記負極板は、前記セパレータの幅方向の他方の端部側で突出する負極リード部を有す負極集電箔と、前記セパレータの幅方向の両端部よりも内側であり、前記正極活物質の幅方向の両端部よりも外側の範囲にて前記負極集電箔の側面部に設けられた負極活物質とを有する二次電池であって、前記正極リード部側にて前記正極活物質が設けられていない前記正極集電箔の前記側面部に設けられた正極側絶縁体と、前記負極リード部側にて前記負極活物質が設けられていない前記負極集電箔の前記側面部に設けられた負極側絶縁体と、を備える、ことを特徴とする。

前述した課題を解決する第２の発明に係る二次電池は、第１の発明に係る二次電池であって、前記正極側絶縁体および前記負極側絶縁体は、紫外線硬化樹脂であることを特徴とする。

前述した課題を解決する第３の発明に係る二次電池は、第１または第２の発明に係る二次電池であって、前記正極側絶縁体および前記負極側絶縁体は、それぞれ前記正極活物質および前記負極活物質と同じ厚さを有することを特徴とする。

前述した課題を解決する第４の発明に係る二次電池は、第１から第３の何れか一つの発明に係る二次電池であって、前記負極側絶縁体は、前記セパレータの幅方向の前記他方の端部と同一面となる形状をなしていることを特徴とする。

前述した課題を解決する第５の発明に係る二次電池は、第４の発明に係る二次電池であって、前記負極側絶縁体は、前記負極活物質側の端部が当該負極活物質と接する形状をなしていることを特徴とする。

本発明によれば、正極リード部側にて正極活物質が設けられていない正極集電箔の側面部に設けられた正極側絶縁体と、負極リード部側にて負極活物質が設けられていない負極集電箔の側面部に設けられた負極側絶縁体とを備えることにより、正極板の一方の端部側が正極側絶縁体で閉塞され、正極板の一方の端部と反対側をなす負極板の他方の端部側が負極側絶縁体で閉塞されることになる。これにより、最初の充放電などにおいて、内部にガスが発生したとしてもこのガスを外部へ効率良く排出することができる。正極側絶縁体および負極側絶縁体をそれぞれ設けたことにより、幅方向の両端部側で正極集電箔、正極活物質、負極集電箔、負極活物質およびセパレータを所定の位置に保持することができ、正極集電箔が負極活物質に接するなどの内部短絡の発生を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る二次電池の斜視図であって、図１（ａ）にその全体を示し、図１（ｂ）にその分解した状態を示している。 前記二次電池が備える捲回型の積層電極体の分解斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。

本発明の一実施形態に係る二次電池について、図１〜図３を用いて説明する。
本実施形態は、二次電池の一例であるリチウムイオン二次電池に適用した例を示している。

本実施形態に係る二次電池１は、図１に示すように、積層電極体（コア）１０および電解液を収容するケース２と、ケース２の開口部を閉塞する蓋部材３とを備える。蓋部材３には正極端子４，４が貫通して取り付けられる。蓋部材３には、ケース２に収容される側にて集電体５，５が設けられる。集電体５，５は、ケース２の内部に収容される積層電極体１０の幅方向の端部１０ａ，１０ｂ側（正極リード部１２ｃおよび負極リード部１５ｃ）が接触するように配置される。

積層電極体１０は、図２および図３に示すように、セパレータ１７を介して正極板１１と負極板１４とが交互に積層配置された構造を有する。正極板１１、負極板１４およびセパレータ１７は帯状であり長い形状を有する。積層電極体１０は、セパレータ１７を間に挟んで正極板１１と負極板１４とが巻かれた状態である捲回型をなしている。

セパレータ１７は、孔中に電解液を流動させると共に保持する微多孔膜状をなしている。セパレータ１７の材料として、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系の材料などを用いることが可能である。

正極板１１は、正極集電箔１２と正極活物質１３とを有する。正極集電箔１２は、セパレータ１７の幅方向の一方の端部１７ｂ側にて当該セパレータ１７の一方の端部１７ｂよりも外側へ延出する（突出する）正極リード部１２ｃを有する。正極集電箔１２は、アルミニウム箔である。正極活物質１３は、セパレータ１７の幅方向の両端部１７ａ，１７ｂ（縁部）よりも内側の範囲にて正極集電箔１２の両側面部を覆うように形成される。正極活物質１３の幅方向の一方の端部１３ａは、正極集電箔１２の一方の端部１２ａと同一面となるように形成される。正極活物質１３は、電極材料の粉末を溶媒で溶いてスラリーとし、当該スラリーを正極集電箔１２の両側面部に均一の厚さで塗布し、乾燥することで形成される。正極活物質１３の材料として、例えば、マンガン酸リチウムやコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウムなどを用いることが可能である。

負極板１４は、負極集電箔１５と負極活物質１６とを有する。負極集電箔１５は、セパレータ１７の幅方向の他方の端部１７ａ側にて当該セパレータ１７の他方の端部１７ａよりも外側へ延出する（突出する）負極リード部１５ｃを有する。負極集電箔１５は、銅箔である。負極活物質１６は、セパレータ１７の幅方向の両端部１７ａ，１７ｂ（縁部）よりも内側の範囲にて負極集電箔１５の両側面部を覆うように形成される。負極活物質１６の幅方向の一方の端部１６ａは、負極集電箔１５の一方の端部１５ａと同一面となるように形成される。さらに、正極活物質１３の幅方向の両端部１３ａ，１３ｂよりも外側の範囲にて負極集電箔１５の両側面部を覆うように形成される。負極活物質１６は、電極材料の粉末を溶媒で溶いてスラリーとし、当該スラリーを負極集電箔１５の両側面部に均一の厚さで塗布し、乾燥することで形成される。負極活物質１６の材料として、例えば、黒鉛を用いることが可能である。

さらに、上述した二次電池１の積層電極体１０は、正極側絶縁体１８を備えると共に、負極側絶縁体１９を備える。正極側絶縁体１８は、正極活物質１３に隣接し、セパレータ１７で囲まれる範囲にて正極集電箔１２の両側面部を覆うように形成される。正極側絶縁体１８の一方の端部１８ａは、正極板１１、負極板１４およびセパレータ１７の積層方向にて負極活物質１６の一方の端部１６ａよりも外側かつ、セパレータ１７の一方の端部１７ｂよりも内側に形成されている。正極側絶縁体１８の他方の端部１８ｂは、正極活物質１３の他方の端部１３ｂと接する、もしくは、覆うように形成されている。正極側絶縁体１８は、正極活物質１３と同じ厚さを有している。正極側絶縁体１８の材料として、前記電解液、正極集電箔１２、正極活物質１３、セパレータ１７などとの反応性が無い紫外線硬化樹脂を用いることが好ましい。これは、正極板１１およびセパレータ１７および負極板１４などを巻いて積層電極体１０を形成するときに、この箇所にて積層電極体１０に紫外線を照射するだけで、積層電極体１０の長さ方向（捲き方向）にて正極側絶縁体１８全体が硬化してセパレータ１７および正極集電箔１２および正極活物質１７と接着するからである。

負極側絶縁体１９は、負極活物質１６に隣接し、セパレータ１７で囲まれる範囲にて負極集電箔１５の両側面部を覆うように形成される。負極側絶縁体１９の一方の端部１９ａは、正極板１１、負極板１４およびセパレータ１７の積層方向にてセパレータ１７の他方の端部１７ａと同一面をなすように形成されている。負極側絶縁体１９の他方の端部１９ｂは、負極活物質１６の他方の端部１６ｂと接するように形成されている。負極側絶縁体１９は、負極活物質１６と同じ厚さを有している。負極側絶縁体１９の材料として、前記電解液、負極集電箔１５、負極活物質１６、セパレータ１７などとの反応性が無い紫外線硬化樹脂を用いることが好ましい。これは、正極板１１およびセパレータ１７および負極板１４などを巻いて積層電極体１０を形成するときに、この箇所にて積層電極体１０に紫外線を照射するだけで、積層電極体１０の長さ方向（捲き方向）にて負極側絶縁体１９全体が硬化してセパレータ１７および負極集電箔１５および負極活物質１６と接着するからである。

以上説明したように、本実施形態に係る二次電池１によれば、正極リード部１２ｃ側にて正極活物質が設けられていない正極集電箔１２の側面部に設けられた正極側絶縁体１８と、負極リード部１５ｃ側にて負極活物質が設けられていない負極集電箔１５の側面部に設けられた負極側絶縁体１９とを備えることにより、正極板１１の一方の端部側が正極側絶縁体１８で閉塞され、正極板１１の一方の端部と反対側をなす負極板１４の他方の端部側が負極側絶縁体１９で閉塞されることになる。これにより、最初の充放電などにおいて、内部でガスが発生したとしてもこのガスを外部へ効率良く排出することができる。正極リード部１２ｃおよび負極リード部１５ｃの基端部側に正極側絶縁体１８および負極側絶縁体１９をそれぞれ設けたことにより、幅方向の両端部側で正極集電箔１２、正極活物質１３、負極集電箔１５、負極活物質１６およびセパレータ１７を所定の位置に保持することができ、正極集電箔１２が負極活物質１６に接するなどの内部短絡の発生を防止することができる。

また、正極側絶縁体１８および負極側絶縁体１９は、それぞれ正極活物質１３および負極活物質１６と同じ厚さを有することにより、正極板１１、負極板１４およびセパレータ１７の積層方向にて均一な厚さとなり、内部でガスが発生したとしてもこのガスを外部へより効率良く排出することができる。

負極側絶縁体１９は、セパレータ１７の幅方向の他方の端部１７ａと同一面となる形状をなしていることにより、負極集電箔１５の負極リード部１５ｃ側を所定の状態で保持することができる。

正極側絶縁体１８および負極側絶縁体１９は、紫外線硬化樹脂であることにより、積層電極体１０を形成するときに紫外線を照射するだけ、積層電極体１０の長さ方向（捲き方向）にて正極側絶縁体１８全体が硬化してセパレータ１７および正極集電箔１２および正極活物質１３と接着すると共に、積層電極体１０の長さ方向（捲き方向）にて負極側絶縁体１９全体が硬化してセパレータ１７および負極集電箔１５および負極活物質１６と接着することになる。このように加熱しなくても正極側絶縁体１８および負極側絶縁体１９が接着することから、正極板１１、負極板１４およびセパレータ１７にて加熱などによる変性の発生を防ぐことができる。正極集電箔１２および負極集電箔１５への塗布が容易であり、製造コストの増加を抑制できる。

なお、上記では、捲回型の積層電極体１０を備える二次電池１を用いて説明したが、正極板と負極板とがセパレータを介して複数積層してなる積層型の積層電極体を備える二次電池とすることも可能である。

１ 二次電池
２ ケース
３ 蓋部材
４ 正極端子
５ 集電体
１０ 積層電極体
１１ 正極板
１２ 正極集電箔
１２ａ 端部
１２ｃ 正極リード部
１３ 正極活物質
１３ａ，１３ｂ 端部
１４ 負極板
１５ 負極集電箔
１５ａ 端部
１５ｃ 負極リード部
１６ 負極活物質
１６ａ，１６ｂ 端部
１７ セパレータ
１７ａ 端部
１７ｂ 端部
１８ 正極側絶縁体（正極側樹脂層）
１８ａ，１８ｂ 端部
１９ 負極側絶縁体（負極側樹脂層）
１９ａ，１９ｂ 端部

Claims (5)

1. 帯状のセパレータを介して帯状の正極板と帯状の負極板とが交互に積層され、
   前記正極板は、前記セパレータの幅方向の一方の端部側で突出する正極リード部を有す正極集電箔と、前記セパレータの幅方向の両端部よりも内側にて前記正極集電箔の側面部に設けられた正極活物質とを有し、
   前記負極板は、前記セパレータの幅方向の他方の端部側で突出する負極リード部を有す負極集電箔と、前記セパレータの幅方向の両端部よりも内側であり、前記正極活物質の幅方向の両端部よりも外側の範囲にて前記負極集電箔の側面部に設けられた負極活物質とを有する二次電池であって、
   前記正極リード部側にて前記正極活物質が設けられていない前記正極集電箔の前記側面部に設けられた正極側絶縁体と、
   前記負極リード部側にて前記負極活物質が設けられていない前記負極集電箔の前記側面部に設けられた負極側絶縁体と、
   を備える、ことを特徴とする二次電池。
2. 請求項１に記載された二次電池であって、
   前記正極側絶縁体および前記負極側絶縁体は、紫外線硬化樹脂である
   ことを特徴とする二次電池。
3. 請求項１または請求項２に記載された二次電池であって、
   前記正極側絶縁体および前記負極側絶縁体は、それぞれ前記正極活物質および前記負極活物質と同じ厚さを有する
   ことを特徴とする二次電池。
4. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載された二次電池であって、
   前記負極側絶縁体は、前記セパレータの幅方向の前記他方の端部と同一面となる形状をなしている
   ことを特徴とする二次電池。
5. 請求項４に記載された二次電池であって、
   前記負極側絶縁体は、前記負極活物質側の端部が当該負極活物質と接する形状をなしている
   ことを特徴とする二次電池。

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