JP2018098154A - Power storage element, power storage device and method of manufacturing power storage element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電素子、蓄電装置及び蓄電素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a power storage element, a power storage device, and a method for manufacturing a power storage element.
特開2013−171784号公報には、角形非水電解質二次電池が開示されている。この角形非水電解質二次電池は、複数の正極集電タブが偏平状巻回電極体の上部で折り曲げられ、偏平状角形外装体の長辺2辺にそれぞれ少なくとも1本の正極集電タブが位置するように、それぞれの先端が偏平状角形外装体と封口体とに挟まれて溶接されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-171784 discloses a prismatic nonaqueous electrolyte secondary battery. In this rectangular nonaqueous electrolyte secondary battery, a plurality of positive electrode current collecting tabs are bent at the upper part of the flat wound electrode body, and at least one positive electrode current collecting tab is provided on each of two long sides of the flat rectangular outer package body. Each tip is sandwiched and welded between the flat rectangular exterior body and the sealing body so as to be positioned.
リチウムイオン二次電池などの充放電される蓄電素子は、急速充電や急速放電を行えるようにすることが求められている。最近、電気自動車などの用途において、急速充電や急速放電により大電流が流れても溶断しにくい電流経路を蓄電素子の内部に確保することに対する要求が高まっている。 An electric storage element to be charged / discharged such as a lithium ion secondary battery is required to be able to perform rapid charging and rapid discharging. Recently, in applications such as electric vehicles, there has been an increasing demand for securing a current path inside a storage element that is difficult to melt even if a large current flows due to rapid charging or rapid discharging.
このような要求に基づいて、本発明は、電流経路の抵抗を十分に低くすることができる蓄電素子、蓄電装置及び蓄電素子の製造方法を提供することを課題とする。 Based on such a demand, an object of the present invention is to provide a power storage element, a power storage device, and a method for manufacturing a power storage element that can sufficiently reduce the resistance of a current path.
従来の蓄電素子にあっては、正極タブと負極タブとを同じ方向に突出させる構成や、正極タブと負極タブとを反対方向に突出させる構成が採用されていた。本発明者は、電極体の一方側に正極タブの第1タブと負極タブとを設け、電極体の他方側に正極タブの第2タブを設けるという新しい構成を発案した。 In the conventional power storage element, a configuration in which the positive electrode tab and the negative electrode tab protrude in the same direction and a configuration in which the positive electrode tab and the negative electrode tab protrude in the opposite direction have been adopted. The inventor has devised a new configuration in which a first tab of a positive electrode tab and a negative electrode tab are provided on one side of the electrode body, and a second tab of the positive electrode tab is provided on the other side of the electrode body.
本発明の一態様に係る蓄電素子は、正極板、セパレータ及び負極板が積層され、上記セパレータが対向する第1辺及び第2辺を有し、上記正極板が上記セパレータの第1辺から突出する第1タブ及び上記第2辺から突出する第2タブを有し、上記負極板が平面視で上記第1タブと重ならないように上記セパレータの第1辺から突出する第3タブを有する電極体と、上記電極体を収容し、上記第1タブ及び第2タブが電気的に接続されるケースとを備える。 In a power storage element according to one embodiment of the present invention, a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are stacked, the separator has a first side and a second side facing each other, and the positive plate protrudes from the first side of the separator. An electrode having a first tab and a second tab protruding from the second side, and a third tab protruding from the first side of the separator so that the negative electrode plate does not overlap the first tab in plan view A body and a case in which the electrode body is accommodated and the first tab and the second tab are electrically connected.
本発明の他の一態様に係る蓄電素子の製造方法は、正極板、セパレータ及び負極板が積層され、上記セパレータが対向する第1辺及び第2辺を有し、上記正極板が上記セパレータの第1辺から突出する第1タブ及び第2辺から突出する第2タブを有し、上記負極板が平面視で上記第1タブと重ならないように上記セパレータの第1辺から突出する第3タブを有する電極体と、筒状の本体、蓋板及び底板を有するケースとを用い、上記蓋板に上記第1タブを機械的に接続することと、上記本体で上記電極体を包囲することと、上記底板に上記第2タブを機械的に接続することとを備える。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a power storage element, in which a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are stacked, the separator has a first side and a second side facing each other, A first tab protruding from the first side and a second tab protruding from the second side; a third protruding from the first side of the separator so that the negative electrode plate does not overlap the first tab in plan view. Using the electrode body having a tab and a case having a cylindrical main body, a lid plate and a bottom plate, mechanically connecting the first tab to the lid plate, and surrounding the electrode body by the body. And mechanically connecting the second tab to the bottom plate.
本発明の態様に係る蓄電素子は、電流経路の抵抗を十分に低くすることができる。また、本発明の態様に係る蓄電素子の製造方法は、電流経路の抵抗が十分に低い蓄電素子を製造することができる。 The power storage element according to the embodiment of the present invention can sufficiently reduce the resistance of the current path. In addition, the method for manufacturing a power storage element according to an embodiment of the present invention can manufacture a power storage element with sufficiently low current path resistance.
本発明の一実施形態に係る蓄電素子は、正極板、セパレータ及び負極板が積層され、上記セパレータが対向する第1辺及び第2辺を有し、上記正極板が上記セパレータの第1辺から突出する第1タブ及び上記第2辺から突出する第2タブを有し、上記負極板が平面視で上記第1タブと重ならないように上記セパレータの第1辺から突出する第3タブを有する電極体と、上記電極体を収容し、上記第1タブ及び第2タブが電気的に接続されるケースとを備える。 A power storage device according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate that are stacked, the separator having a first side and a second side that face each other, and the positive plate from the first side of the separator. A first tab protruding and a second tab protruding from the second side; and a third tab protruding from the first side of the separator so that the negative electrode plate does not overlap the first tab in plan view. An electrode body and a case that accommodates the electrode body and that is electrically connected to the first tab and the second tab are provided.
蓄電素子は、正極板の第1タブ及び負極板の第3タブがセパレータの第1辺から突出すると共に、正極板の第2タブがセパレータの第2辺から突出するので、上記第1辺において第1タブ及び第3タブのそれぞれの断面積を確保しつつ、上記第2タブによって正極タブの合計断面積を拡くできる。そのため、蓄電素子は、電流経路の抵抗を十分に低くすることができる。 In the storage element, the first tab of the positive electrode plate and the third tab of the negative electrode plate protrude from the first side of the separator, and the second tab of the positive electrode plate protrudes from the second side of the separator. The total cross-sectional area of the positive electrode tab can be expanded by the second tab while securing the cross-sectional areas of the first tab and the third tab. Therefore, the power storage element can sufficiently reduce the resistance of the current path.
蓄電素子は、上記ケース外に配置されて上記ケース及び上記第3タブに電気的に接続される放電機構をさらに備えてもよい。上記ケース及び上記第3タブに電気的に接続される放電機構をさらに備えることによって、通常予見される使用形態でない特異な状況において蓄電素子内部が発熱した場合、放電機構により電極体を急速放電して蓄電素子を安全な状態にすることができる。また、上記正極板が第1タブに加えて第2タブを有することで電流経路の抵抗が低くなっているため、電流経路の溶断が起こりにくい。電流経路の抵抗が低いため、放電機構を確実に動作させることができる。 The power storage element may further include a discharge mechanism that is disposed outside the case and is electrically connected to the case and the third tab. By further including a discharge mechanism electrically connected to the case and the third tab, the discharge mechanism rapidly discharges the electrode body when heat is generated inside the storage element in a specific situation that is not normally foreseen. Thus, the storage element can be brought into a safe state. Further, since the positive electrode plate has the second tab in addition to the first tab, the resistance of the current path is low, so that the current path is unlikely to melt. Since the resistance of the current path is low, the discharge mechanism can be operated reliably.
上記ケースが、上記第1タブ及び第3タブが機械的に接続される第1部分と、上記第2タブが機械的に接続される第2部分とを有し、上記放電機構が、上記第1部分に設けられてもよい。この構成によれば、第1タブ、第3タブおよび放電機構がケースの第1部分に設けられて近接配置されるため、急速放電時における電流経路を短くしてこの電流経路の抵抗を低くすることができる。第2タブは、ケースの第1部分とは異なる第2部分に機械的に接続される。第2タブからケースの第2部分を経由して放電機構に到る電流経路(第2電流経路)は、第1タブからケースの第1部分を経由して放電機構に到る電流経路(第1電流経路)よりも長いため、第2電流経路の抵抗は、第1電流経路の抵抗より高い。第1電流経路および第2電流経路を抵抗要素とみなすと、第1電流経路による第1抵抗と、第2電流経路による第2抵抗とは、正極板に対して並列接続されている。第1抵抗は第2抵抗よりも抵抗値が低いため、急速放電時に、正極板からの放電電流は、第1電流経路に多く流れる。ただし、正極板からの放電電流は、第2電流経路にも流れる。一部の放電電流を第2電流経路に流すことで、放電電流が第1電流経路に集中しないため、第1タブおよび第1電流経路の溶断が起こりにくい。そのため、より確実な急速放電を行うことができる。 The case includes a first portion to which the first tab and the third tab are mechanically connected, and a second portion to which the second tab is mechanically connected. It may be provided in one part. According to this configuration, since the first tab, the third tab, and the discharge mechanism are provided in the first portion of the case and arranged close to each other, the current path during the rapid discharge is shortened to reduce the resistance of the current path. be able to. The second tab is mechanically connected to a second part different from the first part of the case. The current path (second current path) from the second tab to the discharge mechanism via the second part of the case is the current path (second current path) from the first tab to the discharge mechanism via the first part of the case. The resistance of the second current path is higher than the resistance of the first current path. When the first current path and the second current path are regarded as resistance elements, the first resistance by the first current path and the second resistance by the second current path are connected in parallel to the positive electrode plate. Since the first resistor has a lower resistance value than the second resistor, a large amount of discharge current from the positive electrode plate flows through the first current path during rapid discharge. However, the discharge current from the positive electrode plate also flows in the second current path. By causing a part of the discharge current to flow through the second current path, the discharge current does not concentrate on the first current path, so that the first tab and the first current path are unlikely to melt. Therefore, more reliable rapid discharge can be performed.
平面視における上記第3タブの平均幅が上記第1タブの平均幅よりも大きくてもよい。蓄電素子は、上記正極板がセパレータの第1辺から突出する第1タブに加え、第2辺から突出する第2タブを有するので、上記第1タブの平均幅を比較的小さくしても正極板から延びる電流経路の抵抗を十分に低くできる。上記第1タブの平均幅を比較的小さくし、上記第3タブの平均幅を比較的大きくすることで、上記第3タブの断面積を十分に確保できる。これにより、負極板から延びる電流経路の抵抗を十分に低く抑えると共に、大電流が流れた際に第3タブが溶断することを防ぐことができる。 The average width of the third tab in plan view may be larger than the average width of the first tab. Since the positive electrode plate has a second tab protruding from the second side in addition to the first tab protruding from the first side of the separator, the power storage element has a positive electrode even if the average width of the first tab is relatively small. The resistance of the current path extending from the plate can be made sufficiently low. By making the average width of the first tab relatively small and the average width of the third tab relatively large, the cross-sectional area of the third tab can be sufficiently secured. As a result, the resistance of the current path extending from the negative electrode plate can be suppressed sufficiently low, and the third tab can be prevented from fusing when a large current flows.
上記第3タブの平均厚さが上記第1タブの平均厚さよりも小さくてもよい。上記第3タブの平均厚さを上記第1タブの平均厚さよりも小さくした場合でも、第3タブの平均幅を第1タブの平均幅よりも大きくすることで、負極板から延びる電流経路の抵抗を十分に低く抑えると共に、大電流が流れた際の第3タブの溶断を防ぐことができる。 The average thickness of the third tab may be smaller than the average thickness of the first tab. Even when the average thickness of the third tab is smaller than the average thickness of the first tab, the average width of the third tab is made larger than the average width of the first tab, so that the current path extending from the negative electrode plate can be reduced. The resistance can be suppressed sufficiently low, and the third tab can be prevented from fusing when a large current flows.
本発明の他の実施形態に係る蓄電装置は、複数の上記蓄電素子と、これら蓄電素子のケースに接触するバスバーとを備える。 A power storage device according to another embodiment of the present invention includes a plurality of the power storage elements and a bus bar that contacts a case of the power storage elements.
複数の蓄電素子はそれぞれ、第1タブおよび第2タブを通じて正極板に電気的に接続されたケースを備えるので、そのケースにバスバーを接触させることで、その蓄電素子を他の蓄電素子や他の電気回路と直列または並列に接続できる。こうして構成される蓄電装置は、バスバーを配置する設計自由度が高い。それぞれの蓄電素子の内部における電流経路の抵抗が低いため、蓄電装置全体の電流経路の抵抗を十分に低くすることができる。 Each of the plurality of power storage elements includes a case that is electrically connected to the positive electrode plate through the first tab and the second tab. Therefore, by bringing the bus bar into contact with the case, the power storage element can be connected to other power storage elements or other power storage elements. Can be connected in series or in parallel with electrical circuits. The power storage device configured in this manner has a high degree of freedom in designing the bus bar. Since the resistance of the current path inside each power storage element is low, the resistance of the current path of the entire power storage device can be sufficiently reduced.
本発明の他の実施形態に係る蓄電素子の製造方法は、正極板、セパレータ及び負極板が積層され、上記セパレータが対向する第1辺及び第2辺を有し、上記正極板が上記セパレータの第1辺から突出する第1タブ及び第2辺から突出する第2タブを有し、上記負極板が平面視で上記第1タブと重ならないように上記セパレータの第1辺から突出する第3タブを有する電極体と、筒状の本体、蓋板及び底板を有するケースとを用い、上記蓋板に上記第1タブを機械的に接続することと、上記本体で上記電極体を包囲することと、上記底板に上記第2タブを機械的に接続することとを備える。 According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for manufacturing a power storage device, wherein a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are stacked, the separator has a first side and a second side, and the positive plate is A first tab protruding from the first side and a second tab protruding from the second side; a third protruding from the first side of the separator so that the negative electrode plate does not overlap the first tab in plan view. Using the electrode body having a tab and a case having a cylindrical main body, a lid plate and a bottom plate, mechanically connecting the first tab to the lid plate, and surrounding the electrode body by the body. And mechanically connecting the second tab to the bottom plate.
この蓄電素子の製造方法によれば、正極板から延びる第1タブおよび第2タブをケースにスムーズかつ安定的に接続することができ、電流経路の抵抗が十分に低い蓄電素子を製造することができる。 According to this method for manufacturing an electric storage element, the first tab and the second tab extending from the positive electrode plate can be smoothly and stably connected to the case, and an electric storage element having a sufficiently low current path resistance can be manufactured. it can.
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
[第1実施形態]
図1乃至図3に示す本発明の一実施形態に係る蓄電素子1は、電極体2と、ケース3と、ケース3の外面に露呈する負極端子4を備える。負極端子4は、絶縁部材(不図示)を介してケース3に設けられており、絶縁部材によってケース3と絶縁されている。ケース3には電極体2と共に電解液が収容されている。蓄電素子1は電気を充放電可能な2次電池であり、典型的にはリチウムイオン2次電池等の非水電解質2次電池である。蓄電素子1は、ケース3が正極端子を兼ねており、ケース3に正極端子は設けられていない。
[First Embodiment]
A
電極体2は、図3に示すように、正極板5、セパレータ6及び負極板7が積層された積層構造を有する。セパレータ6は、対向する第1辺6a及び第2辺6bを有する。正極板5は、セパレータ6の第1辺6aから突出する第1タブ8及び第2辺6bから突出する第2タブ9を有する。負極板7は、平面視で第1タブ8と重ならないようにセパレータ6の第1辺6aから突出する第3タブ10を有する。電極体2は、図3に示すように、シート形状(プレート形状)の正極板5、セパレータ6及び負極板7を積層した積層タイプのものでもよい。代替的に、図2に示すように、長尺帯状の正極板及び負極板をセパレータを介して扁平に巻回した巻回タイプのものでもよい。図3に示すように、セパレータ6の第1辺6aは、後述する蓋板3bに対向し、第2辺6bは、後述する底板3cに対向している。
As shown in FIG. 3, the
正極板5は、導電性を有する箔状乃至シート状の正極基材と、正極基材の両面に積層される正極活物質層11とを有する。
The
正極基材の材質としては、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル等の金属又はそれらの合金が用いられる。これらの中でも、導電性の高さとコストとのバランスからアルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金が好ましく、アルミニウム及びアルミニウム合金がより好ましい。正極基材の形態としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、正極基材はアルミニウム箔が好ましい。 As a material of the positive electrode base material, a metal such as aluminum, copper, iron, nickel, or an alloy thereof is used. Among these, aluminum, an aluminum alloy, copper, and a copper alloy are preferable from the balance between high conductivity and cost, and aluminum and an aluminum alloy are more preferable. Examples of the form of the positive electrode substrate include a foil and a vapor deposition film, and the foil is preferable from the viewpoint of cost. That is, the positive electrode base material is preferably an aluminum foil.
正極基材の平均厚さは、例えば12μm以上15μm以下とすることができる。 The average thickness of the positive electrode base material can be, for example, 12 μm or more and 15 μm or less.
正極活物質層11は、正極活物質を含むいわゆる合剤から形成される層である。合剤は、導電剤、結着剤(バインダ)、増粘剤、フィラー等を含んでもよい。
The positive electrode
上記正極活物質としては、例えばLixMOy(Mは少なくとも一種の遷移金属を表す)で表される複合酸化物(LixCoO2、LixNiO2、LixMn2O4、LixMnO3、LixNiαCo(1−α)O2、LixNiαMnβCo(1−α−β)O2、LixNiαMn(2−α)O4等)、LiwMex(XOy)z(Meは少なくとも一種の遷移金属を表し、Xは例えばP、Si、B、V等を表す)で表されるポリアニオン化合物(LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCoPO4、Li3V2(PO4)3、Li2MnSiO4、Li2CoPO4F等)が挙げられる。これらの化合物中の元素又はポリアニオンは他の元素又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。正極活物質層11においては、これら化合物の一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。また、正極活物質の結晶構造は、層状構造又はスピネル構造であることが好ましい。
Examples of the positive electrode active material include composite oxides represented by Li x MO y (M represents at least one transition metal) (Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x Mn 2 O 4 , Li x MnO 3, Li x Ni α Co (1-α)
正極活物質層11における正極活物質の含有量の下限としては、50質量%が好ましく、70質量%がより好ましく、80質量%がさらに好ましい。一方、正極活物質の含有量の上限としては、99質量%が好ましく、94質量%がより好ましい。正極活物質の含有量を上記範囲とすることで、蓄電素子のエネルギー密度を高めることができる。
As a minimum of content of the positive electrode active material in the positive electrode
上記導電剤としては、電池性能に悪影響を与えない導電性材料であれば特に限定されない。このような導電剤としては、天然又は人造の黒鉛、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、金属、導電性セラミックスなどが挙げられる。導電剤の形状としては、粉状、繊維状等が挙げられる。 The conductive agent is not particularly limited as long as it is a conductive material that does not adversely affect battery performance. Examples of such a conductive agent include carbon black such as natural or artificial graphite, furnace black, acetylene black, and ketjen black, metals, and conductive ceramics. Examples of the shape of the conductive agent include powder and fiber.
正極活物質層11における導電剤の含有量の下限としては、0.1質量%が好ましく、0.5質量%がより好ましい。一方、導電剤の含有量の上限としては、10質量%が好ましく、5質量%がより好ましい。導電剤の含有量を上記範囲とすることで、蓄電素子のエネルギー密度を高めることができる。
As a minimum of content of a conductive agent in cathode
上記結着剤としては、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド等の熱可塑性樹脂;エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のエラストマー;多糖類高分子などが挙げられる。 Examples of the binder include thermoplastic resins such as fluororesin (polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc.), polyethylene, polypropylene, polyimide; ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), sulfonated EPDM. , Elastomers such as styrene butadiene rubber (SBR) and fluororubber; polysaccharide polymers and the like.
正極活物質層11における結着剤の含有量の下限としては、1質量%が好ましく、2質量%がより好ましい。一方、結着剤の含有量の上限としては、10質量%が好ましく、5質量%がより好ましい。結着剤の含有量を上記範囲とすることで、正極活物質を安定して保持することができる。
As a minimum of content of a binder in cathode
上記増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース等の多糖類高分子が挙げられる。また、増粘剤がリチウムと反応する官能基を有する場合、予めメチル化等によりこの官能基を失活させておくことが好ましい。 Examples of the thickener include polysaccharide polymers such as carboxymethylcellulose (CMC) and methylcellulose. When the thickener has a functional group that reacts with lithium, it is preferable to deactivate this functional group in advance by methylation or the like.
上記フィラーとしては、電池性能に悪影響を与えないものであれば特に限定されない。フィラーの主成分としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、シリカ、アルミナ、ゼオライト、ガラス、炭素などが挙げられる。なお、「主成分」とは、最も質量含有率が大きい成分を意味する。 The filler is not particularly limited as long as it does not adversely affect battery performance. Examples of the main component of the filler include polyolefins such as polypropylene and polyethylene, silica, alumina, zeolite, glass, and carbon. The “main component” means a component having the largest mass content.
第1タブ8は、正極基材から構成されている。つまり、第1タブ8は、正極基材の両面に正極活物質層11が積層されていない。第1タブ8は、積層された複数の正極板5から延びてセパレータ6の第1辺6aから突出する複数の突出部分が積層されることで形成されている。第1タブ8は、例えば正極板5、セパレータ6及び負極板7の積層方向(図2におけるY方向)に折り曲げられた状態で、後述するケース3の蓋板3bの内面と接合される。
The 1st tab 8 is comprised from the positive electrode base material. In other words, the first tab 8 has no positive electrode
第1タブ8の幅のこの第1タブ8が接合される蓋板3bの幅(第1タブ8の幅と平行な方向の長さ)に対する比の下限としては、0.2が好ましく、0.3がより好ましい。一方、上記比の上限としては、0.5が好ましく、0.4がより好ましい。上記比が上記範囲内であることによって、第1タブ8の幅を確保しつつ、第3タブ10の幅を十分に大きくすることができる。また、上記比が上記範囲内であることによって、第1タブ8の溶断を十分に抑制することができる。
The lower limit of the ratio of the width of the first tab 8 to the width of the
第2タブ9は、正極基材から構成されている。つまり、第2タブ9は、正極基材の両面に正極活物質層11が積層されていない。第2タブ9は、積層された複数の正極板5から延びてセパレータ6の第2辺6bから突出する複数の突出部分が積層されることで形成されている。第2タブ9は、例えば正極板5、セパレータ6及び負極板7の積層方向に折り曲げられた状態で、後述するケース3の底板3cの内面と接合される。
The 2nd tab 9 is comprised from the positive electrode base material. In other words, the second tab 9 has no positive electrode
第2タブ9の幅のこの第2タブ9が接合される底板3cの幅(第2タブ9の幅と平行な方向の長さ)に対する比の下限としては、0.2が好ましく、0.3がより好ましい。一方、上記比の上限としては、0.9が好ましく、0.8がより好ましい。上記比が上記範囲内であることによって、第2タブ9の幅を十分に大きくして、蓄電素子1の電流経路の抵抗を十分に低くすることができる。また、上記比が上記範囲内であることによって、第2タブ9の溶断を十分に抑制することができる。
The lower limit of the ratio of the width of the second tab 9 to the width of the
負極板7は、導電性を有する箔状乃至シート状の負極基材と、この負極基材の両面に積層される負極活物質層12とを有する。
The
負極基材は、上述の正極基材と同様の形状とすることができるが、材質としては、銅又は銅合金が好ましい。つまり、負極板7の負極基材は銅箔が好ましい。銅箔としては、例えば圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。
The negative electrode substrate can have the same shape as the above-described positive electrode substrate, but the material is preferably copper or a copper alloy. That is, the negative electrode base material of the
負極基材の平均厚さとしては、例えば6μm以上10μm以下とすることができる。例えば上述の正極基材の材質としてアルミニウム箔を用い、負極基材の材質として銅箔を用いた場合、負極基材の強度の方が正極基材の強度よりも高くなる。そのため、負極基材の平均厚さは、正極基材の平均厚さよりも小さくしてもよい。 The average thickness of the negative electrode substrate can be, for example, 6 μm or more and 10 μm or less. For example, when an aluminum foil is used as the material for the positive electrode base material and a copper foil is used as the material for the negative electrode base material, the strength of the negative electrode base material is higher than the strength of the positive electrode base material. Therefore, the average thickness of the negative electrode substrate may be smaller than the average thickness of the positive electrode substrate.
負極活物質層12は、負極活物質を含むいわゆる合剤から形成される層である。合剤は、導電剤、結着剤(バインダ)、増粘剤、フィラー等を含んでもよい。
The negative electrode
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材質が好適に用いられる。具体的な負極活物質としては、例えばリチウム、リチウム合金等の金属;金属酸化物;ポリリン酸化合物;黒鉛、非晶質炭素(易黒鉛化炭素または難黒鉛化性炭素)等の炭素材料などが挙げられる。 As the negative electrode active material, a material capable of inserting and extracting lithium ions is preferably used. Specific examples of the negative electrode active material include metals such as lithium and lithium alloys; metal oxides; polyphosphate compounds; carbon materials such as graphite and amorphous carbon (easily graphitizable carbon or non-graphitizable carbon). Can be mentioned.
上記負極活物質の中でも、正極板5と負極板7との単位対向面積当たりの放電容量を好適な範囲とする観点から、Si、Si酸化物、Sn、Sn酸化物又はこれらの組み合わせを用いることが好ましく、Si酸化物を用いることが特に好ましい。
Among the negative electrode active materials, Si, Si oxide, Sn, Sn oxide, or a combination thereof is used from the viewpoint of setting the discharge capacity per unit facing area between the
第3タブ10は、負極基材から構成されている。つまり、第3タブ10は、負極基材の両面に負極活物質層12が積層さていない。第3タブ10は、積層された複数の負極板7から延びてセパレータ6の第1辺6aから突出する複数の突出部分が積層されることで形成されている。第3タブ10は、例えば正極板5、セパレータ6及び負極板7の積層方向に折り曲げられた状態で、負極集電体(不図示)を介して負極端子4と電気的に接続される。
The
第3タブ10の幅のこの第3タブ10が接合される蓋板3bの幅(第3タブ10の幅と平行な方向の長さ)に対する比の下限としては、0.4が好ましく、0.5がより好ましい。一方、上記比の上限としては、0.8が好ましく、0.7がより好ましい。上記比が上記範囲内であることによって、第3タブ10の幅を十分に大きくすることで、蓄電素子1の電流経路の抵抗を十分に低くすることができる。また、上記比が上記範囲内であることによって、第3タブ10の溶断を十分に抑制することができる。
The lower limit of the ratio of the width of the
平面視(図2におけるY方向視、図3における電極板の積層方向視)における第3タブ10の平均幅は第1タブ8の平均幅よりも大きいことが好ましい。蓄電素子1は、正極板5がセパレータ6の第1辺6aから突出する第1タブ8に加えセパレータ6の第2辺6bから突出する第2タブ9を有するので、第1タブ8の平均幅を比較的小さくしても正極板5から延びる電流経路の抵抗を十分に低くすることができる。第1タブ8の平均幅を比較的小さくし、第3タブ10の平均幅を比較的大きくすることで、第3タブ10の断面積を十分に確保できる。これにより、負極板7から延びる電流経路の抵抗を十分に低く抑えると共に、大電流が流れた際に第3タブ10が溶断することを防ぐことができる。
The average width of the
平面視における第1タブ8の平均幅に対する第3タブ10の平均幅の比の下限としては、1.0が好ましく、1.5がより好ましい。一方、上記比の上限としては、3.0が好ましく、2.5がより好ましい。上記比が上記範囲内であることによって、第1タブ8の平均幅が小さくなり過ぎることを防止しつつ、第3タブ10の平均幅を十分に大きくできるので、正極板5及び負極板7の電流経路の抵抗を十分に低く抑えつつ、大電流が流れた場合における第1タブ8及び第3タブ10の溶断を十分に抑制できる。
The lower limit of the ratio of the average width of the
平面視における第3タブ10の平均幅が第1タブ8の平均幅よりも大きい場合、第3タブ10の平均厚さは第1タブ8の平均厚さよりも小さくてもよい。蓄電素子1において、上述のように正極基材の材質としてアルミニウム箔を用い、負極基材の材質として銅箔を用いた場合、負極基材の強度の方が正極基材の強度よりも高くなる。そのため、負極基材の積層体からなる第3タブ10の平均厚さを正極基材の積層体からなる第1タブ8の平均厚さよりも小さくしても、第3タブ10の強度を十分に保つことができる。蓄電素子1は、このように第3タブ10の平均厚さを第1タブ8の平均厚さよりも小さくした場合でも、第3タブ10の平均幅を第1タブ8の平均幅よりも大きくすることで、負極板7の抵抗を十分に低く抑えると共に、大電流が流れた際の第3タブ10の溶断を十分に抑制できる。
When the average width of the
セパレータ6は、多孔性を有するシート状乃至フィルム状の樹脂から形成され、電解液が浸潤する。このセパレータ6は、正極板5と負極板7とを隔離すると共に、正極板5と負極板7との間に電解液を保持する。
The
このセパレータ6の主成分としては、例えばポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリオレフィン誘導体、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートや共重合ポリエステル等のポリエステルなどを採用することができる。中でも、セパレータ6の主成分としては、耐電解液性、耐久性及び溶着性に優れるポリエチレン及びポリプロピレンが好適に用いられる。
Examples of the main component of the
ケース3に封入される電解液としては、蓄電素子に通常用いられる公知の電解液が使用でき、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)等の環状カーボネート、又はジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等の鎖状カーボネートを含有する溶媒に、リチウムヘキサフルオロホスフェート(LiPF6)等を溶解した溶液を用いることができる。 As the electrolytic solution enclosed in the case 3, a known electrolytic solution that is usually used for a power storage element can be used. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), or diethyl A solution in which lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) or the like is dissolved in a solvent containing a chain carbonate such as carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), or ethyl methyl carbonate (EMC) can be used.
ケース3は導電性を有する。ケース3は、電極体2を収容し、第1タブ8及び第2タブ9と電気的に接続される。ケース3の材質としては、例えばアルミニウム等の金属が挙げられる。ケース3は、第1タブ8及び第3タブ10が機械的に接続される第1部分13(本実施形態では蓋板3b)と、第2タブ9が機械的に接続される第2部分14(本実施形態では底板3c)とを有する。本実施形態において、第1タブ8は第1部分13に直接接続され、第2タブ9は第2部分14に直接接続されている。一方、第3タブ10は、負極集電体を介して第1部分13に間接的に接続されている。代替的に、第3タブ10は、負極集電体を介さずに、蓋板3bに設けられた負極端子4に直接接続されてもよい。
Case 3 has conductivity. The case 3 accommodates the
ケース3は、筒状の本体3aと、本体3aの一方側の開口を封止する蓋板3bと、本体3aの他方側の開口を封止する底板3cとを有する。ケース3は、例えば本体3a、蓋板3b及び底板3cがレーザー溶接されることで一体的に構成されている。本体3aは、典型的には長方形状の開口を有する四角筒状に形成されている。蓋板3bは、長辺方向の一端側に負極端子4が配設されている。本体3aの具体的形状は、上記四角筒状に限定されるものではなく、例えば楕円筒状等であってもよい。ケース3は、蓋板3bの内面がセパレータ6の第1辺6aと対向し、底板3cの内面がセパレータ6の第2辺6cと対向する。蓋板3bの内面には第1タブ8が直接接続され、底板3cの内面には第2タブ9が直接接続されている。なお、本発明において、「蓋」及び「底」とは、本体の中心軸方向を上下方向として便宜上規定したもので、本発明に係る蓄電素子の具体的形状及び向きを特定するものではない。
The case 3 includes a cylindrical
次に、蓄電素子1の製造方法の一例について説明する。蓄電素子の製造方法は、蓋板3bに第1タブ8を機械的に接続することと、本体3aで電極体2を包囲することと、底板3cに第2タブ9を機械的に接続することとを備える。蓄電素子の製造方法では、例えば、蓋板3bの内面に第1タブ8を超音波溶接し、蓋板3bの内面に第1タブ8が接合された状態で電極体2の外周を本体3aによって包囲し、底板3cの内面に第2タブ9を超音波溶接したうえで、蓋板3b、本体3a及び底板3cをレーザー溶接する。本実施形態における蓄電素子の製造方法は、蓋板3b及び本体3aをレーザー溶接する前に、第3タブ10を負極端子4と電気的に接続することをさらに備える。蓄電素子の製造方法では、例えば第3タブ10を負極集電体と超音波溶接することで第3タブ10を負極端子4と電気的に接続する。蓄電素子の製造方法では、電極体2の外周を本体3aによって包囲した後に、蓋板3bに第1タブ8を機械的に接続してもよい。蓋板3bに第1タブ8を機械的に接続する前に、底板3cに第2タブ9を機械的に接続してもよい。
Next, an example of a method for manufacturing the
蓄電素子1は、正極板5の第1タブ8及び負極板7の第3タブ10がセパレータ6の第1辺6aから突出すると共に、正極板5の第2タブ9がセパレータ6の第2辺6bから突出するので、第1辺6aにおいて第1タブ8及び第3タブ10のそれぞれの断面積を確保しつつ、第2タブ9によって正極タブの合計断面積を拡げることができる。そのため、電流経路の抵抗を十分に低くすることができる。正極板5が第1タブ8に加えて第2タブ9を有することで、電流経路の溶断が起こりにくい。
In the
蓄電素子の製造方法は、電流経路の抵抗が十分に低い当該蓄電素子1を容易かつ確実に製造することができる。
According to the method for manufacturing a power storage element, the
[第二実施形態]
次に、図4を参照して、第二実施形態に係る蓄電素子について説明する。蓄電素子は、ケース及び第3タブに電気的に接続される放電機構22を備える以外、図1乃至図3の蓄電素子1と同様の構成を有する。そのため、以下では放電機構22についてのみ説明する。
[Second Embodiment]
Next, with reference to FIG. 4, the electrical storage element which concerns on 2nd embodiment is demonstrated. The power storage element has the same configuration as the
放電機構22は、図1に示すケース3外に設けられており、詳細にはケース3における第1部分13に設けられている。放電機構22の具体的構成は、ケース3外でケース3と負極端子4とを短絡することができる構成であれば特に限定されるものではない。例えば、図4に示すように、一端が負極端子4に接続される金属製のバスバー23と、バスバー23の他端側においてバスバー23の内面から蓋板3bの外面にかけて積層される第1はんだ層24、ニッケル箔及びアルミニウム箔が交互に積層された金属箔層25、厚さ方向に複数の貫通孔を有する樹脂層26、並びに第2はんだ層27を有する構成を挙げることができる。放電機構22は、急速放電すべき場合に電流が金属箔層25に流れるように構成されている。放電機構22は、金属箔層25におけるニッケル及びアルミニウムの合金化反応による発熱によって第1はんだ層24及び第2はんだ層27が溶融し、これらのはんだが樹脂層26の貫通孔に流入することでケース3及び負極端子4を導通するよう構成されている。
The
蓄電素子は、ケース3及び第3タブ10に電気的に接続される放電機構22を備えるので、通常予見される使用形態でない特異な状況において蓄電素子内部が発熱した場合、正極板5及び負極板7をケース3外で短絡させることができ、ケース3内における発熱を抑制することができる。
Since the electricity storage device includes the
蓄電素子は、放電機構22がケース3における第1部分13に設けられているので、急速放電時における、正極板の第1タブから、ケース3と放電機構22を経由して負極端子4に到る電流経路を短くしてこの電流経路の抵抗を低くすることができる。したがって、より急速かつ確実な放電を行うことができる。
Since the
[第三実施形態]
次に、図5を参照して、複数の蓄電素子1を備える蓄電装置31について説明する。蓄電装置31は、複数の蓄電素子1と、複数の蓄電素子1のケース3に接するバスバー32とを備える。また、蓄電装置31は、複数の蓄電素子1のケース3に接するシート状の伝熱部材33と、伝熱部材33のケース3と接する面と反対側の面に積層される冷却部材34とを備える。蓄電装置31は、複数の蓄電素子1がバスバー3によって電気接続された組電池である。
[Third embodiment]
Next, a
複数の蓄電素子1は、ケース3の本体3aの外面(本実施形態では、蓋板の短辺と底板の短辺とをつなぐ側面)が伝熱部材33に当接した状態で並んで配置されている。複数の蓄電素子1は、負極端子4が同じ方向を向いている(図5における紙面に垂直な方向)。複数の蓄電素子1は、負極4が上下に互い違いになるよう、伝熱部材33が延びる方向に並んで配置されている。複数の蓄電素子1は、隙間を空けて並んでいてもよいし、互いに接して並んでいてもよい(ケース間の絶縁は確保する)。
The plurality of
複数の蓄電素子1を直列及び/又は並列につなぐバスバー32は、導電性を有し、典型的には金属製である。バスバー32は、隣接する一方の蓄電素子1の蓋板3bと他方の蓄電素子1の負極端子4とを接続している。バスバー32は、上下に互い違いに、隣接する蓄電素子1を連結している。
The
伝熱部材33は、可撓性及び絶縁性を有する。伝熱部材33は、空気よりも熱伝導性が高い材料を主成分として構成される。伝熱部材33の主成分としては、例えば66ナイロン等のポリアミド、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル、ポリオレフィンなどの合成樹脂が挙げられる。また、伝熱部材33の熱伝導率としては、例えば0.2W/m・K以上5.0W/m・k以下とすることができる。伝熱部材33の平均厚さとしては、例えば0.5mm以上10mm以下とすることができる。
The
冷却部材34は、板状のものでもよいし、冷媒が流通される流通路を内部に有してもよい。冷却部材34は、上記流通路に連通し、冷媒を導入する流入口と、上記流通路に連通し、冷媒を排出する排出口とを有してもよい。冷却部材34は、上記流入口から連続的に導入される冷媒が流通路を通過することで複数の蓄電素子1を冷却可能に構成されてもよい。上記冷媒としては、例えば水、有機溶媒、オイル等の液体が挙げられる。
The cooling
蓄電装置31は、各蓄電素子1が、第1実施形態と同様に、第1タブ8、第2タブ9、第3タブ10を有しており、第1タブ8及び第3タブ10と蓋板3bとの合計接触面積、並びに底板3cと第2タブ9との接触面積を十分に大きくすることができる。したがって、各蓄電素子1のケース3内における電流経路の抵抗を十分に低くできるとともに、ケース3の本体3aの中心軸方向(蓋板3bと直交する方向。図5における紙面に垂直な方向)の熱移動が促進される。そのため、蓄電装置31は、冷却部材34による冷却効果を高めることでき、ひいては当該蓄電装置31の長寿命化を促進することができる。
In the
[その他の実施形態]
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。例えば蓄電素子は、抵抗を低くするうえでは第1タブ及び第2タブがケースに直接接続されていることが好ましいが、第1タブ及び第2タブが正極集電体を介してケースに接続されてもよい。
[Other Embodiments]
The said embodiment does not limit the structure of this invention. Therefore, in the above-described embodiment, the components of each part of the above-described embodiment can be omitted, replaced, or added based on the description and common general knowledge of the present specification, and they are all interpreted as belonging to the scope of the present invention. Should. For example, in the storage element, it is preferable that the first tab and the second tab are directly connected to the case in order to reduce the resistance, but the first tab and the second tab are connected to the case via the positive electrode current collector. May be.
蓄電素子は、必ずしも第1タブ及び第3タブが機械的に接続される第1部分と第2タブが機械的に接続される第2部分を有しなくてもよい。蓄電素子は、第1部分がケースの蓋板以外の箇所に設けられ、第2部分がケースの底板以外の箇所に設けられてもよい。上記第1部分及び第2部分は、明確に領域が分かれていなくてもよく、例えばケース本体の対向する側壁を第1部分及び第2部分としてもよいし、ケースの対向する任意の2壁内の領域を第1部分及び第2部分としてもよい。 The power storage element does not necessarily have to have a first portion where the first tab and the third tab are mechanically connected and a second portion where the second tab is mechanically connected. As for an electrical storage element, the 1st part may be provided in places other than the cover plate of a case, and the 2nd part may be provided in places other than the bottom plate of a case. The first part and the second part may not be clearly divided, for example, the opposing side walls of the case body may be the first part and the second part, or in any two opposing walls of the case These regions may be the first portion and the second portion.
蓄電装置は、複数の蓄電素子がそれぞれ上述の放電機構を有していてもよい。 In the power storage device, each of the plurality of power storage elements may have the above-described discharge mechanism.
本発明に係る蓄電素子は、多様な機器の電源として広く利用することができ、特に電気自動車等に好適に利用される。 The power storage device according to the present invention can be widely used as a power source for various devices, and is particularly preferably used for an electric vehicle or the like.
1 蓄電素子
2 電極体
3 ケース
3a 本体
3b 蓋板
3c 底板
4 負極端子
5 正極板
6 セパレータ
6a 第1辺
6b 第2辺
7 負極板
8 第1タブ
9 第2タブ
10 第3タブ
11 正極活物質層
12 負極活物質層
13 第1部分
14 第2部分
22 放電機構
23 バスバー
24 第1はんだ層
25 金属箔層
26 樹脂層
27 第2はんだ層
31 蓄電装置
32 バスバー
33 伝熱部材
34 冷却部材
DESCRIPTION OF
Claims (7)
上記電極体を収容し、上記第1タブ及び第2タブが電気的に接続されるケースと
を備える蓄電素子。 A positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are stacked, the separator has first and second sides facing each other, and the positive electrode plate protrudes from the first tab and the second side protruding from the first side of the separator. An electrode body having a third tab protruding from the first side of the separator so that the negative electrode plate does not overlap the first tab in plan view,
A power storage device comprising: a case for housing the electrode body and electrically connecting the first tab and the second tab.
筒状の本体、蓋板及び底板を有するケースと
を用い、
上記蓋板に上記第1タブを機械的に接続することと、
上記本体で上記電極体を包囲することと、
上記底板に上記第2タブを機械的に接続することと
を備える蓄電素子の製造方法。 A positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are stacked, the separator has first and second sides facing each other, and the positive electrode plate protrudes from a first tab and a second side that protrude from the first side of the separator. An electrode body having a second tab and having a third tab protruding from the first side of the separator so that the negative electrode plate does not overlap the first tab in plan view;
Using a case with a cylindrical main body, a lid plate and a bottom plate,
Mechanically connecting the first tab to the lid plate;
Surrounding the electrode body with the body;
Mechanically connecting the second tab to the bottom plate.
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Cited By (2)
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WO2021195857A1 (en) * | 2020-03-30 | 2021-10-07 | 东莞新能德科技有限公司 | Battery and electronic device using battery |
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