JP2019091581A - Electrode body and power storage element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極体及び蓄電素子に関する。 The present invention relates to an electrode body and a storage element.
携帯電話、電気自動車等の様々な機器に、充放電可能な蓄電素子(二次電池)が使用されている。近年、これらの機器の高出力化や高性能化に伴い、より小型で電気容量が大きい(エネルギー密度が大きい)蓄電素子が求められている。 BACKGROUND ART A chargeable / dischargeable storage element (secondary battery) is used in various devices such as mobile phones and electric vehicles. In recent years, with the increase in output and performance of these devices, storage devices having smaller sizes and larger electric capacities (large energy density) have been required.
蓄電素子としては、表面に正極活物質層が形成された正極板と表面に負極活物質層が形成された負極板とを電気絶縁性を有するセパレータを介して交互に積層して形成される電極体を備えるものが広く用いられている。このような蓄電素子で単位体積当たりの電気容量を大きくするには、セパレータを薄くすることが有効である。このため、セパレータを多孔性の樹脂フィルムによって形成した蓄電素子が実用化されている。 As a storage element, an electrode formed by alternately laminating a positive electrode plate having a positive electrode active material layer formed on the surface and a negative electrode plate having a negative electrode active material layer formed on the surface via a separator having electrical insulation Those equipped with a body are widely used. In order to increase the electrical capacity per unit volume with such a storage element, it is effective to make the separator thinner. Therefore, a storage element in which a separator is formed of a porous resin film has been put to practical use.
電極体において、正極板、負極板及びセパレータが相互に位置ずれすると、正極板及び負極板がセパレータからはみ出して互いに接触することで短絡を生じる可能性がある。また、セパレータとして樹脂フィルムを使用する蓄電素子では、温度上昇によりセパレータが収縮することによって、正極板と負極板とが周縁部で接触して短絡を生じるおそれがある。 In the electrode body, when the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator are displaced from one another, the positive electrode plate and the negative electrode plate may protrude from the separator and come into contact with each other to cause a short circuit. In addition, in a storage element using a resin film as a separator, the positive electrode plate and the negative electrode plate may come in contact with each other at a peripheral portion to cause a short circuit by contraction of the separator due to temperature rise.
そこで、2枚のセパレータを外縁に沿って接着して袋状に形成し、セパレータの袋体の中に正極板又は負極板を挿入した袋詰め電極板を用いることで、正極板又は負極板がセパレータからはみ出して短絡を生じることを防止する技術が知られている。例えば特開2014−211974号公報には、2枚のセパレータを接着部と非接着部とが交互に形成されるように断続的に接合して袋体を形成することで、セパレータが収縮することを抑制すると共に、電極の表面に発生したガスを非接着部から外部に排出する技術が開示されている。 Therefore, the positive electrode plate or the negative electrode plate can be formed by bonding two separators along the outer edge to form a bag, and using the bagged electrode plate in which the positive electrode plate or the negative electrode plate is inserted in the separator bag. There is known a technique for preventing the occurrence of a short circuit from protruding from the separator. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-211974, a separator shrinks by intermittently joining two separators to form a bag body so that an adhesion part and a non-adhesion part are alternately formed. And a technique for discharging the gas generated on the surface of the electrode from the non-adhered portion to the outside.
前記樹脂フィルムから形成されるセパレータを溶着すると、強度が低下して破断し易くなることが多い。樹脂フィルムが熱により収縮する場合、セパレータの溶着部に力が集中して、セパレータの破断や溶着部の剥離が生じる可能性がある。このため、通常の使用状態ではないが、何らかの要因で蓄電素子が過熱状態となった場合、従来の袋詰め電極板を用いる電極体では、セパレータの収縮を防止できずに短絡を生じてさらなる発熱を引き起こす危険性が否定できない。 When a separator formed of the resin film is welded, the strength is often reduced and it is likely to break easily. When the resin film shrinks due to heat, the force may be concentrated on the welded portion of the separator to cause breakage of the separator or peeling of the welded portion. For this reason, although it is not a normal use condition, when the storage element is overheated for some reason, in the electrode body using the conventional bagged electrode plate, the contraction of the separator can not be prevented and a short circuit occurs to further generate heat. I can not deny the danger of causing
前記実情に鑑みて、本発明は、セパレータから電極板が突出し難い電極体及び蓄電素子を提供することを課題とする。 In view of the above situation, the present invention has an object to provide an electrode body and a storage element in which the electrode plate is less likely to protrude from the separator.
前記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る電極体は、電極板と、前記電極板を収納する袋状セパレータとを備え、前記袋状セパレータは、セパレータシートを互いに溶着した複数の溶着部を有し、前記複数の溶着部が、互いに離間し、前記袋状セパレータの外縁に沿って複数の列を形成し、且つ前記袋状セパレータの外縁に垂直な方向へ前記溶着部の列を横断する直線上に少なくとも1つの前記溶着部が存在するよう配置される。 An electrode body according to an aspect of the present invention made to solve the above problems includes an electrode plate and a bag-like separator for containing the electrode plate, and the bag-like separators are a plurality of separator sheets welded together. The plurality of welds spaced apart from one another to form a plurality of rows along the outer edge of the bag-like separator, and in a direction perpendicular to the outer edge of the bag-like separator At least one said weld is arranged in a straight line across the row.
本発明の一態様に係る電極体は、セパレータから電極板が突出し難い。 In the electrode body according to one aspect of the present invention, it is difficult for the electrode plate to protrude from the separator.
本発明に係る袋詰め電極板の一態様は、電極板と、前記電極板を収納する袋状セパレータとを備え、前記袋状セパレータは、セパレータシートを互いに溶着した複数の溶着部を有し、前記複数の溶着部が、互いに離間し、前記袋状セパレータの外縁に沿って複数の列を形成し、且つ前記袋状セパレータの外縁に垂直な方向へ前記溶着部の列を横断する直線上に少なくとも1つの前記溶着部が存在するよう配置される。 One aspect of the bagged electrode plate according to the present invention includes an electrode plate and a bag-like separator for housing the electrode plate, and the bag-like separator has a plurality of welded portions in which separator sheets are welded to each other. The plurality of welds are spaced apart from one another to form a plurality of rows along the outer edge of the bag-like separator, and on a straight line crossing the rows of welds in a direction perpendicular to the outer edge of the bag-like separator. At least one said weld is arranged to be present.
当該電極体は、前記袋状セパレータの複数の溶着部が、前記電極板の側縁に平行な列を形成するよう配置されることによって、前記複数の溶着部の間の非溶着部から電解液を前記電極板に供給することができるので、蓄電素子の製造が容易である。また、当該電極体は、前記袋状セパレータの複数の溶着部が、互いに離間する複数の列を形成することによって、前記セパレータシートが熱で収縮する場合に、電極板の端縁による溶着部の剥離を複数回経なければ電極板が袋状セパレータから突出することができない。セパレータシート同士の接着部を剥離する場合、剥離開始時に大きな力が必要であるのに対して、連続して剥離を拡大する際に必要な力は比較的小さいため、溶着部を複数列配置した当該電極体は、袋状セパレータが開封し難く、セパレータシートから電極板が突出し難い。また、当該電極体は、複数の溶着部が、前記電極板の外縁に垂直な方向へ前記溶着部の列を横断する直線上に少なくとも1つの前記溶着部が存在するよう配置されることによって、非溶着部からの異物の侵入を抑制することができるので、電析による内部短絡を防止できる。 The electrode assembly is arranged such that a plurality of welds of the bag-like separator form a row parallel to the side edge of the electrode plate, whereby the electrolyte is removed from the non-welds between the plurality of welds. Can be supplied to the electrode plate, which facilitates manufacture of the storage element. Further, in the electrode body, when the plurality of welded portions of the bag-like separator form a plurality of rows separated from each other, the welded portion by the edge of the electrode plate when the separator sheet shrinks due to heat. The electrode plate can not protrude from the bag-like separator unless peeling is performed a plurality of times. When peeling the bonded portion between the separator sheets, a large force is required at the start of peeling, while the force necessary for continuously expanding the peel is relatively small, so multiple welds are arranged. In the electrode body, the bag-like separator is difficult to be opened, and the electrode plate does not easily protrude from the separator sheet. In the electrode assembly, the plurality of welds are arranged such that at least one weld is present on a straight line crossing the row of welds in a direction perpendicular to the outer edge of the electrode plate. Since the entry of foreign matter from the non-welded portion can be suppressed, the internal short circuit due to electrodeposition can be prevented.
当該電極体において、前記列内の前記溶着部の平均間隔が前記溶着部の前記電極板の外縁に垂直な方向の平均幅の0.5倍以上3倍以下であることが好ましい。この構成によれば、溶着部の列が占有する面積を小さくすることにより電極板とセパレータシートとの面積の差を小さくして、当該電極体ひいては蓄電素子のエネルギー密度を大きくすることができる。また、前記電極板の外縁に対して傾斜する方向へ前記溶着部の列を横断する直線上にも少なくとも1つの前記溶着部が存在する可能性が大きくなるので、異物の侵入による電析をより確実に防止することができる。 In the electrode body, it is preferable that an average interval of the welds in the row is 0.5 times or more and 3 times or less of an average width of the welds in a direction perpendicular to the outer edge of the electrode plate. According to this configuration, by reducing the area occupied by the row of welds, the difference in area between the electrode plate and the separator sheet can be reduced, and the energy density of the electrode body and hence the storage element can be increased. In addition, since the possibility that at least one of the welds also exists on a straight line crossing the row of welds in a direction inclined with respect to the outer edge of the electrode plate is increased, the electrodeposition due to the intrusion of foreign matter is further enhanced. It can be reliably prevented.
当該電極体において、前記溶着部の列に沿う方向の平均長さが隣接する列間の中心間隔の0.5倍以上3倍以下であることが好ましい。この構成によっても、前記電極板の外縁に対して傾斜する方向へ前記溶着部の列を横断する直線上にも少なくとも1つの前記溶着部が存在する可能性が大きくなるので、異物の侵入による電析をさらに確実に防止することができる。 In the electrode body, it is preferable that an average length in a direction along the rows of the welded portion is 0.5 times or more and 3 times or less of a center distance between adjacent rows. This configuration also increases the possibility of the presence of at least one weld on a straight line crossing the row of welds in a direction inclined with respect to the outer edge of the electrode plate. Analysis can be further reliably prevented.
当該電極体において、前記溶着部の列における非溶着部の合計長さが列長の30%以上50%以下であることが好ましい。この構成によれば、非溶着部からの異物の侵入を確実に抑制しつつ、溶着部の列長当たりの接着強度を大きくすることができる。 In the said electrode body, it is preferable that the sum total length of the non-welding part in the row of the said welding part is 30% or more and 50% or less of row length. According to this configuration, the adhesion strength per row length of the welded portion can be increased while reliably suppressing the entry of foreign matter from the non-welded portion.
本発明に係る蓄電素子の一態様は、前記電極体と、前記電極体を収容するケースとを備える。当該蓄電素子は、極板と負極板との短絡を効果的に防止することができる前記電極体を用いることによって、ケース内の過度な内圧上昇を防止することができる。 One aspect of a storage element according to the present invention includes the electrode body and a case for housing the electrode body. The said electrical storage element can prevent the excessive internal pressure rise in a case by using the said electrode body which can prevent a short circuit with an electrode plate and a negative electrode plate effectively.
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.
図1に、本発明の一実施形態に係る蓄電素子を示す。当該蓄電素子は、電極体1と、この電極体1を収容するケース2とを備える。また、当該蓄電素子は、ケース2の内部に電解液が充填されている。電極体1は、それ自体が本発明に係る電極体の一つの実施形態である。
FIG. 1 shows a storage element according to an embodiment of the present invention. The storage element includes an
電極体1は、正極板(正の電極板)3、及びこの正極板3の表裏面を覆う一対のセパレータシート4を有する袋状セパレータ5をそれぞれ有する複数の袋詰め電極板6(図2参照)と、この複数の袋詰め電極板6と交互に積層される複数の負極板(負の電極板)7とを備える。
The
袋詰め電極板6の袋状セパレータ5は、一対のセパレータシート4を正極板3の平面視外側において互いに溶着した複数の溶着部8を有することで袋状に形成され、正極板3を収納する。
The bag-
袋状セパレータ5は、重ね合わせた2枚のセパレータシート4の周縁部に溶着部8を設けて形成されてもよく、1枚のシートを2つ折りにすることにより折返し線で2つのセパレータシート4に区分し、折返し線以外の周縁部に溶着部8を設けて形成されてもよい。なお、袋状セパレータ5の形態を保持することができる範囲で、セパレータシート4の周縁部のうち折返し線以外の部分に溶着部8が形成されない部分があってもよい。
The bag-
袋状セパレータ5において、複数の溶着部8は、互いに離間して間にセパレータシート4同士が溶着されていない非溶着部を形成するよう配置される。これによって、当該蓄電素子の製造時に、溶着部8間の非溶着部から電解液を正極板3に供給することができるので、当該蓄電素子の製造が容易である。
In the bag-
また、複数の溶着部8は、正極板3の側縁に平行な複数の列(本実施形態では2つの列)を形成するよう配置される。これによって、袋詰め電極板6は、セパレータシート4が熱で収縮する場合にも、正極板3がセパレータシート4から突出することを抑制できる。
Further, the plurality of
より詳しく説明すると、セパレータシート4が収縮すると、正極板3の端面において一対のセパレータシート4間を表裏に引き剥がすように作用する張力が発生する。このような溶着部8の剥離は、剥離開始時には比較的大きな力が必要であるのに対して、連続して剥離を拡大する際にはそれよりも小さい力しか必要とされない。このため、剥離が進行する方向つまり正極板3の側縁に垂直な方向に複数の溶着部8が間隔を空けて存在することによって、1つの溶着部8の剥離が完了した後に、再度比較的大きな張力が作用しなければ次の溶着部8の剥離が開始されない。従って、複数の溶着部8を多列に配置することによって、袋状セパレータ5が開封されて正極板3がセパレータシート4から突出することを抑制できる。
Describing in more detail, when the
さらに、複数の溶着部8は、正極板3の外縁に垂直な方向へ溶着部8の列を横断する直線上に少なくとも1つの溶着部8が存在するよう配置される。これによって、溶着部8間の非溶着部から袋状セパレータ5の内側に異物が侵入することを抑制し、電析による内部短絡を防止することができる。
Furthermore, the plurality of
以下、当該蓄電素子についての理解を深めるために、各構成要素の限定ではない例示的構成を詳述する。 Hereinafter, in order to deepen the understanding of the storage element, a non-limiting exemplary configuration of each component will be described in detail.
正極板3は、導電性を有する箔状乃至シート状の正極集電体9と、この正極集電体9両面に積層される正極活物質層10とを有する。より詳しくは、正極板3は、正極集電体9の両面に正極活物質層10が積層される平面視(袋詰め電極板6及び負極板7の積層方向視)矩形状の電極部11と、この電極部11の第1辺から突出するタブ12とを有する。
The
正極集電体9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。 As a material of the positive electrode current collector 9, 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, and aluminum and an aluminum alloy are more preferable, from the balance of the height of conductivity and the cost.
正極板の正極活物質層は、正極活物質を含むいわゆる合材から形成される多孔性の層である。また、正極活物質層を形成する合材は、必要に応じて導電剤、結着剤(バインダ)、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。 The positive electrode active material layer of the positive electrode plate is a porous layer formed of a so-called mixture containing a positive electrode active material. Moreover, the composite material which forms a positive electrode active material layer contains arbitrary components, such as a electrically conductive agent, a binder (binder), a thickener, a filler, as needed.
前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で表されるポリアニオン化合物(LiFePO4、LiMnPO4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。
As the positive electrode active material, for example, Li x MO y composite oxide (M is at least representative of a kind of transition metal) represented by (Li x CoO 2, Li x
袋状セパレータ5は、一対のセパレータシート4を溶着部8によって袋状に接続して形成される。セパレータシート4は、正極板3と負極板7とを隔離すると共に、正極板3と負極板7との間に電解液を保持して、正極板3と負極板7との間のイオンの受け渡しを媒介する。
The bag-shaped
袋状セパレータ5の溶着部8は、一対のセパレータシート4を熱圧子、超音波圧子等で押圧して、セパレータシート4同士を溶融して接合することにより形成される。また、一対のセパレータシート4のうちの一方に、溶着部8の形状になるように接着剤を塗布し、もう一方のセパレータシート4を重ねて押圧することによって形成してもよい。
The welded
セパレータシート4の外縁から正極板3の外縁までの長さの下限としては、0.5mmが好ましく、1.0mmがより好ましい。一方、セパレータシート4の外縁から正極板3の外縁までの長さの上限としては、2.0mm好ましく、1.5mmがより好ましい。セパレータシート4の外縁から正極板3の外縁までの長さを前記下限以上とすることによって、溶着部を複数列設けることができる。セパレータシート4の外縁から正極板3の外縁までの長さ前記上限以下とすることによって、セパレータののりしろ部分を小さくすることができ、蓄電素子のエネルギー密度を高めることができる。
The lower limit of the length from the outer edge of the
各溶着部8は、図2に示すように、平面視矩形状であることが好ましい。この構成によれば、複数の溶着部8を比較的小さいピッチで並べられる。また、各溶着部8は、対向する一対の辺が正極板3の外縁と平行な矩形状であることがより好ましい。これにより、正極板3の外縁に垂直な方向の溶着部8の平均幅を大きくすることできるので、溶着部8の列の長さ当たりの接着強度を容易に大きくすることができる。
It is preferable that each
列内で隣り合う溶着部8の平均間隔(ギャップ)の下限としては、溶着部8の正極板3の外縁に垂直な方向の平均幅の0.5倍が好ましく、1倍がより好ましい。一方、溶着部8の平均間隔の上限としては、溶着部8の正極板3の外縁に垂直な方向の平均幅の3倍が好ましく、2倍がより好ましい。溶着部8の平均間隔を前記下限以上とすることによって、溶着部8同士を確実に分離して溶着部8の剥離開始応力を向上できるので、正極板3のセパレータシート4からの突出をより確実に防止することができる。また、溶着部8の平均間隔を前記上限以下とすることによって、溶着部8間の非溶着部から袋内に異物が侵入することをより確実に防止できる。
The lower limit of the average distance (gap) between
溶着部8の正極板3の外縁に平行な方向の平均長さの下限としては、溶着部8の正極板3の外縁に垂直な方向の平均幅の0.5倍が好ましく、0.8倍がより好ましい。一方、溶着部8の正極板3の外縁に平行な方向の平均長さの上限としては、溶着部8の正極板3の外縁に垂直な方向の平均幅の10倍が好ましく、3倍がより好ましく、1.2倍がさらに好ましい。溶着部8の正極板3の外縁に平行な方向の平均長さを前記下限以上とすることによって、溶着部8単体での剥離強度を十分に大きくすることができる。また、溶着部8の正極板3の外縁に平行な方向の平均長さを前記上限以下とすることによって、列内の溶着部8の数が増えることで、セパレータシート4が不均等に収縮する等の原因で張力が斜めに作用した場合に、溶着部8の剥離が正極板3の外縁に沿って進行することを抑制できる。
The lower limit of the average length in the direction parallel to the outer edge of the
溶着部8の正極板3の外縁に垂直な方向の平均幅の下限としては、0.05mmが好ましく、0.1mmがより好ましい。一方、溶着部8の正極板3の外縁に垂直な方向の平均幅の上限としては、1.5mmが好ましく、1.0mmがより好ましい。溶着部8の正極板3の外縁に垂直な方向の平均幅を前記下限以上とすることによって、セパレータシート4間を確実に接合することができる。また、溶着部8の正極板3の外縁に垂直な方向の平均幅を前記上限以下とすることによって、セパレータシート4と正極板3との寸法差を小さくして電極体1ひいては当該蓄電素子のエネルギー密度を大きくすることができるとともに、幅あたりの溶着部8の列の数を増やすことで剥離強度を十分に大きくすることができる。
The lower limit of the average width in the direction perpendicular to the outer edge of the
溶着部8の列における非溶着部の合計長さの下限としては、溶着部8の列長の30%が好ましく、35%がより好ましい。一方、溶着部8の列における非溶着部の合計長さの上限としては、溶着部8の列長の50%が好ましく、45%がより好ましい。溶着部8の列における非溶着部の合計長さを前記下限以上とすることによって、溶着部8間の分離が確実となると共に、非溶着部から正極板3への電解液の供給が容易となる。また、溶着部8の列における非溶着部の合計長さを前記上限以下とすることによって、溶着部8の列数が少ない場合にも異物が正極板3の外縁に対して傾斜する方向に移動して、又は溶着部8の間を縫うように蛇行して袋状セパレータ5の内部に侵入することを抑制し、電極体1の電析による内部短絡を防止することができる。
As a minimum of the total length of the non-welding part in the line of
溶着部8の列間の平均間隔の下限としては、0.1mmが好ましく、0.2mmがより好ましい。一方、溶着部8の列間の平均間隔の上限としては、1.0mmが好ましく、0.5mmがより好ましい。溶着部8の列間の平均間隔を前記下限以上とすることによって、溶着部8の列間を確実に分離して2列目の溶着部8の剥離開始応力を向上できるので、正極板3のセパレータシート4からの突出をより確実に防止することができる。また、溶着部8の列間の平均間隔を前記上限以下とすることによって、正極板3とセパレータシート4との寸法差を小さくして、電極体1ひいては当該蓄電素子のエネルギー密度を大きくすることができる。
As a minimum of the average interval between the lines of welding
溶着部8と正極板3の外縁との平均間隔の下限としては、0.1mmが好ましく、0.2mmがより好ましい。一方、溶着部8と正極板3の外縁との平均間隔の上限としては、1.0mmが好ましく、0.8mmがより好ましい。溶着部8と正極板3の外縁との平均間隔を前記下限以上とすることによって、対をなすセパレータシート4間の溶着を確実にすることができる。また、溶着部8と正極板3の外縁との平均間隔を前記上限以下とすることによって、正極板3とセパレータシート4との寸法差を小さくして、電極体1ひいては当該蓄電素子のエネルギー密度を大きくすることができるとともに、正極板3の位置ずれを防止することができる。
The lower limit of the average distance between the welded
セパレータシート4の外縁と溶着部8とのの平均間隔の上限としては、1.0mmが好ましい。セパレータシート4の外縁と溶着部8との平均間隔を前記上限以下とすることによって、正極板3とセパレータシート4との寸法差を小さくして電極体1ひいては当該蓄電素子のエネルギー密度を大きくすることができるとともに、正極板3のセパレータシート4からの突出をより確実に防止することができる。一方、セパレータシート4の外縁と溶着部8との平均間隔の下限としては、0mmが好ましい。つまり、セパレータシート4の外縁に溶着部8が配置されていることが好ましい。セパレータ4の外縁に溶着部8を配置することで、セパレータどうしの溶着幅を狭くすることができ、極板の大きさを大きくすることができる。セパレータシート4を切断する際に、溶着部を通るように切断することでセパレータシート4の外縁に溶着部8を設けることができる。
As an upper limit of the average space | interval of the outer edge of the
袋状セパレータ5を形成するセパレータシート4は、多孔性シート状の樹脂層13と、この樹脂層13の正極板3に対向する側の面(袋状セパレータ5における内面側)に積層される耐酸化又は耐熱層14と、この耐酸化又は耐熱層14の表面に積層される溶着可能な接着層15とを有する。
The
セパレータシート4の樹脂層13の主成分としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、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、樹脂層13の主成分としては、耐電解液性、耐久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。
The main component of the
セパレータシート4の耐酸化層又は耐熱層14は、多数の無機粒子と、この無機粒子間を接続するバインダとを含む構成とすることができる。なお、「耐熱層」は、セパレータシート4の熱による破損を防止して、正極板と負極板との短絡をより防止するものを意味する。一方、「耐酸化層」は、高電圧環境下でセパレータシート4を保護し、セパレータシート4の酸化を防止するものを意味する。耐酸化層又は耐熱層14は、両方の機能を兼ね合わせたものであってもよい。
The oxidation resistant layer or the heat
無機粒子の主成分としては、例えばアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄等の酸化物、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物、シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、ベーマイト、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレイ、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウムなどが挙げられる。中でも、耐熱層又は耐酸化層の無機粒子の主成分としては、アルミナ、シリカ及びチタニアが特に好ましい。 As a main component of the inorganic particles, for example, oxides such as alumina, silica, zirconia, titania, magnesia, ceria, yttria, zinc oxide, iron oxide, nitrides such as silicon nitride, titanium nitride, boron nitride, silicon carbide, carbonate Calcium, aluminum sulfate, boehmite, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, potassium titanate, talc, kaolin clay, kaolinite, halloysite, pyrophyllite, montmorillonite, sericite, mica, amesite, bentonite, asbestos, zeolite, silica Examples include calcium acid and magnesium silicate. Among them, as a main component of the inorganic particles of the heat-resistant layer or the oxidation resistant layer, alumina, silica and titania are particularly preferable.
耐酸化層又は耐熱層14のバインダとしては、例えばアクリル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)系樹脂、アラミド系樹脂などが挙げられる。
Examples of the binder of the oxidation resistant layer or the heat
袋状を形成する際にセパレータシート4の耐酸化層又は耐熱層同士を溶着する場合、又は、セパレータシート4の耐酸化層又は耐熱層とセパレータシート4の樹脂層とを溶着する場合には、接着層15によって接着することができる。例えば、接着層15は、加熱等によって溶融して接着性を発現する材料を用いることができる。さらに、セパレータシート4中のリチウムイオン移動を阻害しないために、接着層15はイオンを透過する材料又は多孔質であることが好ましい。この接着層15の材質としては、熱可塑性樹脂を用いることができ、中でもポリフッ化ビニリデン(PVDF)系樹脂及びアクリルポリマーが好適に用いられる。
When the oxidation resistant layers or heat resistant layers of the
袋状を形成する際にセパレータシート4の樹脂層同士を溶着する場合には、加熱することで樹脂層を溶融させて溶着することができ、接着層15を省くことができる。
When the resin layers 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集電体16と、この負極集電体16の表面に積層される負極活物質層17とを有する。具体的には、負極板7は、正極板3と同様に、負極集電体16の表面に負極活物質層17が積層される平面視矩形状の電極部と、この電極部から帯状に延出し、当該蓄電素子の電極端子に電気的に接続されるタブとを有する構成とされる。
The
当該電極体1では、平面視で負極板7の電極部11の内側に正極板3の電極部11が内包される。これにより、負極板7の電極部の外縁部に電流(正極板3とのイオンを介した電荷の受け渡し)を集中させない。
In the
負極板7の負極集電体16の材質としては、銅又は銅合金が好ましい。また、負極集電体16の形状としては、箔が好ましい。つまり、負極板7の負極集電体16としては銅箔が好ましい。負極集電体16として用いられる銅箔としては、例えば圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。
The material of the negative electrode
負極活物質層17は、負極活物質を含むいわゆる合材から形成される多孔性の層である。また、負極活物質層17を形成する合材は、必要に応じて導電剤、結着剤(バインダ)、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。
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、例えば黒鉛、非晶質炭素(易黒鉛化性炭素又は難黒鉛化性炭素)等の炭素材料などが挙げられる。負極活物質層17においては、これらの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。
As the negative electrode active material, a material capable of inserting and extracting lithium ions is preferably used. Specific negative electrode active materials include, for example, metals such as lithium and lithium alloy, metal oxides, polyphosphate compounds, and carbon materials such as graphite and amorphous carbon (graphitizable carbon or non-graphitizable carbon). Etc. In the negative electrode
ケース2は、電極体1及び電解液を封入できるよう、密閉構造を有する。このようなケース2としては、例えば金属箔と樹脂フィルムとを接合したラミネートシートから形成される可撓性の袋状セパレータを用いてもよく、樹脂や金属から形成される堅固な容器を用いてもよいが、強度に優れると共にデッドスペースを小さくできる箱型(直方体形状)の金属製容器を用いることが好ましい。
The
ケース2には、正極板3のタブ12が接続される正極外部端子(不図示)と、負極板7のタブが接続される負極外部端子(不図示)とを備える。つまり、電極体1は、正極外部端子及び負極外部端子を介して、外部の回路に接続される。
The
電極体と共にケース2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、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート、又はジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート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 an electrolytic solution to be enclosed in the
図3に、本発明の図2とは異なる実施形態に係る電極体の袋詰め電極板6aを示す。この袋詰め電極板6aは、図2の袋詰め電極板6に替えて、図1の電極体1及び蓄電素子に用いることができる。
FIG. 3 shows a bagged
袋詰め電極板6aは、正極板3及びこの正極板3の表裏面を覆う一対のセパレータシート4を有する複数の袋状セパレータ5aを有する。この袋詰め電極板6aの袋状セパレータ5aは、一対のセパレータシート4を正極板3の平面視外側において互いに溶着した複数の溶着部8aを有する。
The bagged
図3の袋詰め電極板6aの構成は、袋状セパレータ5aの複数の溶着部8aの平面パターンが異なる点を除いて、図2の袋詰め電極板6の構成と同様である。このため、図3の袋詰め電極板6aについて、図2の袋詰め電極板6と同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
The configuration of the bagged
本実施形態において、袋状セパレータ5aの複数の溶着部8aは、互いに離間して間にセパレータシート4同士が溶着されていない非溶着部を形成し、正極板3の側縁に平行な3つの列を形成するよう配置されている。
In the present embodiment, the plurality of welded
袋状セパレータ5aの各溶着部8aは、対角線が正極板3の側縁に平行又は垂直である菱形に形成されている。これら複数の溶着部8aは、隣接する列間で溶着部8aの位置が互い違いになるよう1/2ピッチだけ位置をずらして、且つ正極板3の側縁に沿う方向視において隣接する列の同士が重複するよう配置されている。
Each
本実施形態では、2列目以降の溶着部8aの剥離が開始される時点で、直前の列の溶着部が完全に剥離されておらず、セパレータシート4の張力を分担するので、溶着部8aの剥離が開始されにくい。このため、本実施形態における袋詰め電極板6aは、袋状セパレータ5が開封されて正極板3がセパレータシート4から突出することを抑制できる。
In the present embodiment, when peeling of the
図4に、本発明の図2とは異なる実施形態に係る電極体の袋詰め電極板6bを示す。この袋詰め電極板6bも、図2の袋詰め電極板6に替えて、図1の電極体1及び蓄電素子に用いることができる。
FIG. 4 shows a bagged
袋詰め電極板6bは、正極板3及びこの正極板3の表裏面を覆う一対のセパレータシート4を有する複数の袋状セパレータ5bを有する。この袋詰め電極板6bの袋状セパレータ5bは、一対のセパレータシート4を正極板3の平面視外側において互いに溶着した複数の溶着部8bを有する。
The bagged
図4の袋詰め電極板6bの構成は、袋状セパレータ5bの複数の溶着部8bの平面パターンが異なる点を除いて、図2の袋詰め電極板6の構成と同様である。このため、図4の袋詰め電極板6bについて、図2の袋詰め電極板6と同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
The configuration of the bagged
本実施形態において、袋状セパレータ5bの複数の溶着部8bは、互いに離間して間にセパレータシート4同士が溶着されていない非溶着部を形成し、正極板3の側縁に平行な2つの列を形成するよう配置されている。
In the present embodiment, the plurality of welded
袋状セパレータ5bの各溶着部8bは、他方の列と反対側に正極板3の側縁に平行な底辺を有する二等辺三角形状に形成されている。これら複数の溶着部8bは、隣接する列間で溶着部8bの位置が互い違いになるよう1/2ピッチだけ位置をずらして、正極板3の側縁に沿う方向視において隣接する列の同士が重複するよう配置されている。
Each
図5に、本発明の図2とは異なる実施形態に係る電極体の袋詰め電極板6cを示す。この袋詰め電極板6cも、図2の袋詰め電極板6に替えて、図1の電極体1及び蓄電素子に用いることができる。
FIG. 5 shows a bagged
袋詰め電極板6cは、正極板3及びこの正極板3の表裏面を覆う一対のセパレータシート4を有する複数の袋状セパレータ5cを有する。この袋詰め電極板6cの袋状セパレータ5cは、一対のセパレータシート4を正極板3の平面視外側において互いに溶着した複数の溶着部8cを有する。
The bagged
図5の袋詰め電極板6cの構成は、袋状セパレータ5cの複数の溶着部8cの平面パターンが異なる点を除いて、図2の袋詰め電極板6の構成と同様である。このため、図5の袋詰め電極板6cについて、図2の袋詰め電極板6と同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
The configuration of the bagged
本実施形態において、袋状セパレータ5cの複数の溶着部8cは、互いに離間して間にセパレータシート4同士が溶着されていない非溶着部を形成し、正極板3の側縁に平行な2つの列を形成するよう配置されている。
In the present embodiment, the plurality of welded
袋状セパレータ5cの溶着部8cは、正極板3の側縁に対して一定角度で傾斜する一定長の線状に形成され、列ごとに傾斜方向が反対となっている。これら複数の溶着部8cは、隣接する列間で溶着部8cの位置が互い違いになるよう1/2ピッチだけ位置をずらして、正極板3の側縁に沿う方向視において隣接する列の同士が重複するよう配置されている。
The welded
[その他の実施形態]
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前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。
Other Embodiments
The embodiment does not limit the configuration of the present invention. Therefore, the embodiment can omit, substitute, or add the components of each part of the embodiment based on the description of the present specification and common technical knowledge, and all of them can be construed as belonging to the scope of the present invention. It should.
本発明に係る電極体板において、各溶着部の平面形状は、前記実施形態の形状に限低されず、例えば、円形、星形、V字型、T字型等、任意の形状とすることができる。 In the electrode body plate according to the present invention, the planar shape of each welded portion is not limited to the shape of the above embodiment, and may be any shape such as circular, star, V-shape, T-shape, etc. Can.
本発明に係る電極体において、セパレータシートの耐酸化層又は耐熱層及び接着層は省略することができる。 In the electrode body according to the present invention, the oxidation resistant layer or heat resistant layer and the adhesive layer of the separator sheet can be omitted.
本発明に係る電極体における袋詰め電極板は、負極板と、負極板の表裏面を覆う一対のセパレータシートを有する袋状セパレータとを備えるものであってもよい。この場合、当該電極体は、複数の袋詰め電極板と複数の正極板とを交互に積層したものであってもよい。つまり、袋詰め電極板と積層される電極板としては、袋詰め電極板の電極板と極性が異なるものが使用される。 The bagged electrode plate in the electrode body according to the present invention may include a negative electrode plate and a bag-like separator having a pair of separator sheets covering the front and back surfaces of the negative electrode plate. In this case, the electrode body may be one in which a plurality of bagged electrode plates and a plurality of positive electrode plates are alternately stacked. That is, as the electrode plate to be stacked with the bagged electrode plate, one having a polarity different from that of the electrode plate of the bagged electrode plate is used.
本発明に係る電極体及び蓄電素子は、車両用の動力源として特に好適に利用することができる。また、本発明に係る電極体及び蓄電素子は、蓄電システム(大規模蓄電システム、家庭用小規模蓄電システム)、太陽光や風力等の自然エネルギーと組み合わせた分散電源システム、鉄道向け電源システム、無人搬送車(AGV)向け電源システムといった産業用途にも好適に利用することができる。 The electrode body and the storage element according to the present invention can be particularly suitably used as a power source for a vehicle. In addition, the electrode body and the storage element according to the present invention are a storage system (large-scale storage system, household small-scale storage system), a distributed power system combined with natural energy such as sunlight or wind power, a railway power system, unmanned It can be suitably used for industrial applications such as a power supply system for a carrier vehicle (AGV).
1 電極体
2 ケース
3 正極板(電極板)
4 セパレータシート
5,5a,5b,5c 袋状セパレータ
6,6a,6b,6c 袋詰め電極板
7 負極板(電極板)
8,8a,8b,8c 溶着部
9 正極集電体
10 正極活物質層
11 電極部
12 タブ
13 樹脂層
14 耐酸化又は耐熱層
15 接着層
16 負極集電体
17 負極活物質層
1
4
8, 8a, 8b, 8c Welded part 9 positive electrode
Claims (4)
前記袋状セパレータは、セパレータシートを互いに溶着した複数の溶着部を有し、
前記複数の溶着部が、
互いに離間し、
前記袋状セパレータの外縁に沿って複数の列を形成し、且つ
前記袋状セパレータの外縁に垂直な方向へ前記溶着部の列を横断する直線上に少なくとも1つの前記溶着部が存在するよう配置される、
電極体。 An electrode plate; and a bag-like separator for housing the electrode plate,
The bag-like separator has a plurality of welded portions in which separator sheets are welded to each other,
The plurality of welds are
Spaced apart from each other,
A plurality of rows are formed along the outer edge of the bag-like separator, and at least one weld is arranged on a straight line crossing the row of welds in a direction perpendicular to the outer edge of the bag-like separator. To be
Electrode body.
請求項1に記載の電極体。 The electrode assembly according to claim 1, wherein an average interval of the welded portions in the row is 0.5 times or more and 3 times or less of an average width in a direction perpendicular to the outer edge of the electrode plate of the welded portion.
請求項1又は請求項2に記載の電極体。 The electrode assembly according to claim 1 or 2, wherein a total length of non-welded portions in the row of welded portions is 30% or more and 50% or less of the row length.
前記電極体を収容するケースと
を備える蓄電素子。 An electrode body according to claim 1, 2 or 3;
And a case for housing the electrode body.
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