JP2021068588A - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解液二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
従来より、正極と負極とを捲回または積層して電極体とし、この電極体を非水電解液とともに外装ケースに収納してなる非水電解液二次電池が使用されている。この二次電池は、複数のものが配列され、直列または並列に接続された組電池の形態で利用されてもいる。特許文献1には、二次電池の電極体の上方に対応する部位をより強く押圧するように凸部を備えたスペーサを二次電池間に配置した組電池について開示されている(例えば、特許文献1参照)。これにより、重力によって電極体の下方に偏在する電解液が充放電に伴い膨張収縮する電極体から押し出され、電極体から排出されるのを抑制することができる。その結果、電極体内での塩濃度ムラの発生を抑制することができる。
Conventionally, a non-aqueous electrolytic solution secondary battery in which a positive electrode and a negative electrode are wound or laminated to form an electrode body, and the electrode body is housed together with a non-aqueous electrolytic solution in an outer case has been used. This secondary battery is also used in the form of an assembled battery in which a plurality of batteries are arranged and connected in series or in parallel.
しかしながら、一般に、スペーサに設けられる凸部は、二次電池間に空隙を確保し、充放電に伴う二次電池の発熱を抑制ないしは冷却する効果を得るために、複数の線状に設けられている。そのため外装ケースには、上方と下方との間、および、スペーサの線状の凸部が当接する部位と当接しない部位との間で大きな偏荷重が発生する。その結果、ハイレートで充放電を行う用途の電池においては、電池の膨張時にスペーサの凸部が外装ケースに食い込んで、外装ケースが損傷されたり破損したりするという二次的な問題が発生する場合があった。 However, in general, the convex portions provided on the spacer are provided in a plurality of linear shapes in order to secure a gap between the secondary batteries and to obtain the effect of suppressing or cooling the heat generation of the secondary battery due to charging and discharging. There is. Therefore, a large eccentric load is generated on the outer case between the upper side and the lower side, and between the portion where the linear convex portion of the spacer abuts and the portion where the spacer does not abut. As a result, in a battery for high-rate charging / discharging, when the battery expands, the convex portion of the spacer bites into the outer case, causing a secondary problem that the outer case is damaged or damaged. was there.
そこで本発明の目的は、電極体の塩濃度ムラの発生が抑制された新しい非水電解液二次電池を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a new non-aqueous electrolyte secondary battery in which the occurrence of uneven salt concentration in the electrode body is suppressed.
ここに開示される非水電解液二次電池は、正極とセパレータと負極とが積層された積層構造を有する電極体と、非水電解液と、前記電極体および前記非水電解液を収容する電池ケースと、を備える。前記電池ケースは、開口を有するケース本体と、前記開口を蓋する蓋部材とを備える。前記ケース本体は、前記開口とは反対側の底面と、前記底面に連続して立設され、前記積層構造に沿って配置される側面とを備えている。ここで、前記側面は、前記開口と前記底面とを繋ぐ一の方向に沿って、前記開口に近い側の第1部分と、前記底面に近い側の第2部分とに分けたとき、前記第2部分の平均厚みが前記第1部分の平均厚みの0.6倍以上0.75倍以下である。 The non-aqueous electrolytic solution secondary battery disclosed herein accommodates an electrode body having a laminated structure in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are laminated, a non-aqueous electrolytic solution, the electrode body, and the non-aqueous electrolytic solution. It is equipped with a battery case. The battery case includes a case body having an opening and a lid member for covering the opening. The case body includes a bottom surface opposite to the opening and side surfaces that are continuously erected on the bottom surface and arranged along the laminated structure. Here, when the side surface is divided into a first portion on the side close to the opening and a second portion on the side close to the bottom surface along one direction connecting the opening and the bottom surface, the first portion is described. The average thickness of the two portions is 0.6 times or more and 0.75 times or less the average thickness of the first portion.
上記構成によると、電池ケースは、蓋部材の側を上方に向けて配置したときに、上方に位置する第1部分よりも下方に位置する第2部分の方がケースの厚みが薄い。このことにより、電極体の下側の領域に掛かる面圧が、電極体の上側の領域に掛かる面圧よりも小さくなる。そのため重力によって電解液が偏在し易い電極体の下側の領域にかかる面圧を相対的に小さくし、この下側領域における電極体の膨張を許容することによって、電極体内に浸透していた電解液が電極体から押し出されて塩濃度ムラが生じることを抑制できる。これによって、塩濃度ムラに起因する電池抵抗の上昇を抑制し、当該電池のハイレート特性を高い状態で維持することができる。 According to the above configuration, when the battery case is arranged with the side of the lid member facing upward, the thickness of the case is thinner in the second portion located below than in the first portion located above. As a result, the surface pressure applied to the lower region of the electrode body becomes smaller than the surface pressure applied to the upper region of the electrode body. Therefore, by relatively reducing the surface pressure applied to the lower region of the electrode body where the electrolytic solution is likely to be unevenly distributed due to gravity and allowing the electrode body to expand in this lower region, the electrolysis that has permeated into the electrode body. It is possible to prevent the liquid from being pushed out from the electrode body and causing uneven salt concentration. As a result, it is possible to suppress an increase in battery resistance due to uneven salt concentration and maintain the high rate characteristics of the battery in a high state.
このことは、非水電解液二次電池の単体(単電池)においてのみならず、当該電池が複数拘束されてなる組電池の形態においても、同様の作用効果が発現され得る。そこで、ここに開示する技術は、他の側面において、このよう非水電解液二次電池を用いた組電池の提供を他の目的とする。ここに開示される非水電解液二次電池を用いた組電池においては、例えば、電池ケースの上方の領域をより強く押圧する必要がない。そのため、スペーサの凸部の高さは電池ケースの全面において均一であってよいし、例えば、従来よりも凸部の高さの差異を小さくすることができる。その結果、当該スペーサの凸部によって電池ケースが損傷されたり破損したりするという問題が解消される。 This means that the same effect can be exhibited not only in a single non-aqueous electrolyte secondary battery (single battery) but also in the form of an assembled battery in which a plurality of the batteries are constrained. Therefore, in another aspect, the technique disclosed herein has another object of providing an assembled battery using such a non-aqueous electrolyte secondary battery. In the assembled battery using the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, for example, it is not necessary to press the region above the battery case more strongly. Therefore, the height of the convex portion of the spacer may be uniform over the entire surface of the battery case, and for example, the difference in the height of the convex portion can be made smaller than in the conventional case. As a result, the problem that the battery case is damaged or damaged by the convex portion of the spacer is solved.
以下、ここに開示される技術による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本技術の実施に必要な事柄(例えば、本技術を特徴付けない電池の一般的な構成および製造プロセス等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本技術は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、本明細書において、数値範囲を示す「A〜B」との表記は、A以上B以下を意味する。 Hereinafter, embodiments according to the techniques disclosed herein will be described. Matters other than those specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present technology (for example, general configurations and manufacturing processes of batteries that do not characterize the present technology) are the fields concerned. It can be grasped as a design matter of a person skilled in the art based on the prior art in. The present technology can be carried out based on the contents disclosed in the present specification and the common general technical knowledge in the art. In this specification, the notation "A to B" indicating a numerical range means A or more and B or less.
[組電池]
図1は、一実施形態に係る組電池100を模式的に示した斜視図である。図2は、一実施形態に係る単電池1を模式的に示した斜視図である。図面中の符号U、D、F、Rr、L、Rは、それぞれ、上、下、前、後、左、右を意味するものとする。図面中の符号X、Y、Zは、それぞれ、単電池1の幅方向、厚み方向、高さ方向を意味し、厚み方向は組電池100の配列方向に一致する。なお、本実施形態において、幅方向X、配列方向Yおよび高さ方向Zはそれぞれ直交している。また、配列方向Yは前後方向に、幅方向は単電池1の幅方向および後述する扁平捲回型電極体20の捲回軸WL方向に、高さ方向Zは扁平捲回型電極体20の断面の長径方向および鉛直方向に一致している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、組電池の配置、使用等の態様を何ら限定するものではない。
[Battery set]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the assembled
組電池100は、複数の単電池1と、複数のスペーサ60と、一対のエンドプレート70A、70Bと、複数の拘束バンド72と、を備えている。本実施形態における単電池1は、扁平な直方体形状を有し、複数の単電池1は、広側面が配列方向Yに直交するように、配列方向Yに沿って配列されている。複数のスペーサ60は、単電池1の広側面に当接するように、配列方向Yにおいて、複数の単電池1の間とその前方Fおよび後方Rrの端部にそれぞれ配置されている。エンドプレート70A、70Bは、所定の配列方向Yにおいて、単電池1およびスペーサ60を挟むようにこれらの前方Fおよび後方Rrに配置されている。複数の拘束バンド72は、平面視が略コの字型の治具である。拘束バンド72は、単電池1、スペーサ60およびエンドプレート70A、70Bの配列が、所定の応力で配列方向Yに圧縮される状態で、かつ、反力によって引張方向に回復しないように、前方Fおよび後方Rrからエンドプレート70A、70Bを係止するように架橋されている。
The assembled
拘束バンド72は、複数のビス74によってエンドプレート70A、70Bに固定されている。複数の拘束バンド72は、単電池1、スペーサ60およびエンドプレート70A、70Bに対し配列方向Yに沿って圧縮する方向に加えられた拘束圧を維持するようにそれぞれ設置されている。複数の拘束バンド72は、例えば、単電池1の配列方向Yに加わる圧縮荷重が約0.1〜10tf程度、典型的には約0.5〜5tfとすることができる。したがって、圧縮応力としては、面圧(広側面に加わる平均の面圧)として、概ね0.1〜50MPa程度、例えば0.5〜10MPa程度となるように配列方向Yの長さが設計されている。具体的には図示しないが、拘束圧を微調整するために、一対のエンドプレート70A、70B間のいずれかの位置に、ビスが挿入されていてもよい。このことにより、組電池100においては、複数の単電池1と複数のスペーサ60とに対して配列方向Yに所定の圧縮応力が内在している。なお、本実施形態におけるエンドプレート70A、70B、複数の拘束バンド72、および複数のビス74は、拘束部材の一例である。しかしながら、拘束部材はこれに限定されるものではない。
The
単電池1は、ここに開示される非水電解液二次電池である。非水電解液二次電池とは、電解質として非水電解液を用いた繰り返しの充放電が可能な蓄電デバイス一般をいい、いわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子等を包含する用語である。以下、電池がリチウムイオン二次電池である場合を例に、本技術について説明する。本実施形態に係る単電池1は、扁平型捲回電極体(以下、単に「電極体」という場合がある。)20と、図示しない非水電解液と、電池ケース10と、を備えている。
The
電極体20は、図4に示すように、正極30とセパレータ50と負極40とが積層された積層構造を有する。この積層構造の電極体20が蓄電要素である。本実施形態における電極体20は、捲回型電極体である。電極体20は、長尺のシート状の正極30と、長尺のシート状の負極40とを、2枚の長尺シート状のセパレータ50を介して互いに絶縁して重ね合わせた状態で、正・負極30、40の長手方向に直交する幅方向Wを捲回軸WLとして捲回され、断面が長円形となるように成形されている。
As shown in FIG. 4, the
正極30は、典型的には、正極集電体32と、集電体32の両面に形成された多孔質の正極活物質層34とを備えている。正極集電体32には幅方向Wの一旦に沿って集電体が露出した集電部32Aが設けられ、正極活物質層34はその他の部分に形成されている。正極30を構成する正極集電体としては、例えばアルミニウム箔等が挙げられる。正極活物質層に含まれる正極活物質としては、例えばリチウム遷移金属酸化物(例、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNiO2、LiCoO2、LiFeO2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4等)、リチウム遷移金属リン酸化合物(例、LiFePO4等)等が挙げられる。正極活物質層は、活物質以外の成分、例えば導電材やバインダ等を含み得る。導電材としては、例えばアセチレンブラック(AB)等のカーボンブラックやその他(例、グラファイト等)の炭素材料を好適に使用し得る。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVdF)等を使用し得る。正極活物質層34は、例えば負極40に好適な被膜を形成するリン酸三リチウム(LPO)等の被膜形成剤を含んでいてもよい。
The
負極40は、典型的には、負極集電体42と、集電体42の両面に形成された多孔質の負極活物質層44とを備えている。負極集電体42には幅方向Wの一旦に沿って集電体が露出した集電部42Aが設けられ、負極活物質層44はその他の部分に形成されている。
負極40を構成する負極集電体としては、例えば銅箔等が挙げられる。負極活物質層に含まれる負極活物質としては、例えば黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料;チタン酸リチウム(Li4Ti5O12:LTO);Si;Sn等を使用し得る。負極活物質層は、活物質以外の成分、例えばバインダや増粘剤等を含み得る。バインダとしては、例えばスチレンブタジエンゴム(SBR)等を使用し得る。増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)等を使用し得る。
The
Examples of the negative electrode current collector constituting the
セパレータ50としては、例えばポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂や、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂から成る多孔性シートが挙げられる。かかる多孔性シートは、単層構造であってもよく、二層以上の積層構造(例えば、PE層の両面にPP層が積層された三層構造)であってもよい。セパレータ50の表面(片面または両面)には、無機フィラーを含む耐熱層(HRL)が設けられていてもよい。
Examples of the
非水電解液は、非水溶媒に、電解質塩を溶解したものを好ましく用いることができる。電解質塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、Li(CF3SO2)2N、LiCF3SO3等のリチウム塩が挙げられる。非水溶媒としては、電解質塩を溶解可能な限り特に制限はなく、カーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類等を用いることができる。なかでも、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、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)等のカーボネート類の使用が好ましい。これらは単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。電解質塩の濃度は、電解質塩の種類によって適宜決定すればよく、典型的には0.5mol/L以上5mol/L以下であり、好ましくは0.7mol/L以上2.5mol/L以下である。なお、非水電解液には、本技術の効果を著しく損なわない限りにおいて、例えば、ビフェニル(BP)、シクロヘキシルベンゼン(CHB)等のガス発生剤;その他の被膜形成剤;分散剤;増粘剤等を含んでいてもよい。 As the non-aqueous electrolyte solution, a solution in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent can be preferably used. Examples of the electrolyte salt include lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, and LiCF 3 SO 3. The non-aqueous solvent is not particularly limited as long as the electrolyte salt can be dissolved, and carbonates, ethers, esters, nitriles, sulfones and the like can be used. Of these, the use of carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) is preferable. These can be used alone or in combination of two or more. The concentration of the electrolyte salt may be appropriately determined depending on the type of the electrolyte salt, and is typically 0.5 mol / L or more and 5 mol / L or less, preferably 0.7 mol / L or more and 2.5 mol / L or less. .. The non-aqueous electrolytic solution contains, for example, a gas generating agent such as biphenyl (BP) and cyclohexylbenzene (CHB); other film forming agent; dispersant; thickener, as long as the effect of the present technology is not significantly impaired. Etc. may be included.
捲回型電極体20において、正極活物質層34の幅W1と、負極活物質層44の幅W2と、セパレータの幅W3とは、W1<W2<W3の関係を満たす。また、負極活物質層44は幅方向の両端で正極活物質層34を覆い、セパレータ50は幅方向の両端で負極活物質層44を覆う。正極の集電部32Aと負極の集電部42Aとは、幅方向で反対側の端部に突出するように、正極30、負極40およびセパレータ50は積層されている。この電極体20は、正・負極30、40の幅方向(すなわち捲回軸方向)が電池ケース10の幅方向に、断面の長円形の長軸が高さ方向Zとなるように、電池ケース10内に収容されている。ここで、正極の集電部32Aは正極集電端子38aに、負極の集電部42Aは負極集電端子48aに溶接されている。正極集電端子38aおよび負極集電端子48aは、それぞれ幅方向の両端において電極体20に固定され、電極体20を蓋部材12から離間した位置に安定的に支持している。これにより、電極体20は、電池ケース10内での位置が規定されるとともに、正極端子38と負極端子48とにそれぞれ電気的に接続される。なお、捲回型電極体20は図示しない絶縁フィルムによって覆われることで、電池ケース10と電気的に絶縁されている。
In the
電池ケース10は、電極体20と電解液とを密閉状態で収容する筐体である。本実施形態の電池ケース10は、比較的厚みの薄い(扁平な)直方体形状を有している。電池ケース10は、開口11aを有するケース本体11と、蓋部材12とを備えている。ケース本体11は、有底の角筒形であり、一つの面が開口した筐体である。蓋部材12は、ケース本体11の開口11aに装着されて、ケース本体11の開口11aを蓋する。電池ケース10の材質は特に制限されない。一例として、電池ケース10は、高強度であり比較的軽量で熱伝導性が良好な金属材料で構成されていることが好ましく、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼等であってよい。また、本実施形態の電池ケース10は、外形が直方体の形状を有しているが、円筒型、ボタン型等の他の形態であってもよい。
The
蓋部材12には、外部接続用の正極端子38および負極端子48が、蓋部材12とは絶縁された状態で取り付けられている。正極端子38および負極端子48は、電池ケース10(蓋部材12)を貫通して電池ケース10の外部に突出している。正極端子38および負極端子48は、電池ケース10内で、正極集電端子38aおよび負極集電端子48aに電気的に接続されるとともに機械的に固定されている。これにより、正極端子38および負極端子48を介して、電極体20に充電したり、電極体20から外部負荷に電力を供給できる。なお、これらの正極集電端子38aおよび負極集電端子48aは、銅、ニッケル、アルミニウム合金等の電気伝導性の良好な金属により構成することができる。本実施形態における蓋部材12には電池ケース10内の内圧を開放するように設定された薄肉の安全弁16と、非水電解液を注入するための注液孔18aとが設けられている。注液孔18aは、注液栓18bによって気密に封止されている。電極体20を収容したケース本体11は蓋部材12を溶接することで密閉されている。また、隣り合う正極端子38および負極端子48は、バスバー14によって電気的に接続されている。このことにより、本実施形態の組電池100は直列に電気接続されている。ただし、組電池100を構成する単電池1のサイズ、個数、配置、接続方法等はここに開示される態様に限定されることなく、適宜変更することができる。
A
ケース本体11は、開口11aとは反対側の底面11bと、一対の広側面11cと、一対の狭側面11dとを有している。底面11bは、高さ方向Zに直交する。一対の広側面11cは、幅方向に沿うとともに厚み方向に直交し、底面11bに連続して立設されている。一対の狭側面11dは、厚み方向に沿うとともに幅方向に直交し、底面11bおよび一対の広側面11cに連続して立設されている。ケース本体11は、これら一対の広側面11c、底面11b、および一対の狭側面11dにより囲まれることで構成される開口11aと内部空間(キャビティ)とを有する。ケース本体11は、その上部の開口11aを通して電極体20を内部空間に収容する。角型のケース本体11においては、広側面11cが電極体20の積層構造に沿う側面となる。広側面11cは、電極体20の積層構造を構成する正負極30,40およびセパレータ50と概ね平行な面である。ケース本体11の寸法は、概ね後述の電極体20をデッドスペースを少なくして収容できるサイズに調整されている。広側面11cについては、例えば、後述の電極体20が充放電に伴い膨張したときに内部から押圧されて変形してもよい。
The
ケース本体11は、開口11aと底面11bとを繋ぐ一の方向(ここでは高さ方向)に沿って、開口11aに近い側の第1部分P1と、底面11bに近い側の第2部分P2とに分けることができる。一般に非水電解液を収容する二次電池は、蓋部材12(すなわち開口11a)が鉛直上方となるように設置されるため、第1部分P1は上方に位置する領域であり、第2部分P2は下方に位置する領域である。ここで、図3に示すように、高さ方向に沿うケース本体11の寸法をL、第1部分P1の寸法をL1、第2部分P2をL2とする。これらは、「L=L1+L2」の関係を満たす。第1部分P1の寸法L1は、大凡40%L以上60%L以下であってよく、典型的には大凡50%Lである。第2部分P2の寸法L2は、大凡60%L以下40%L以上であってよく、典型的には大凡50%Lである。
The
ケース本体11は、通常、用途や体格等に応じてその材質と厚み等が設定されている。しかしながら、本発明者らの検討によると、電池ケースは、要所で強度を確保すれば、必ずしもケース本体11の全体が均一な厚みである必要はないことを知見した。そこで、ここに開示されるケース本体11の広側面11cは、第2部分P2の平均厚みが第1部分P1の平均厚みの0.75倍以下と薄くなるように構成されている。第2部分P2の平均厚みが薄いことで、電極体20は充放電に伴い膨張したときに、電池ケース10の側面のうち第1部分P1よりも第2部分P2に収容される部分において、その厚みの差の分だけより大きく膨張することが許容される。換言すると、第1部分P1よりも第2部分P2において、より多くの非水電解液を含浸させたままでいることができる。その一方で、第2部分P2よりも第1部分P1において、電池ケース10は電極体20を圧縮する方向により強く拘束して正負極間の距離を縮め、抵抗上昇の抑制に貢献する。換言すると、第1部分P1は第2部分P2よりも、電極体20が膨潤したときにより高い面圧を電極体20に対して与え得る。第2部分P2の平均厚みは、第1部分P1の平均厚みの0.73倍以下が好ましく、0.7倍以下や0.65倍以下がより好ましい。しかしながら、第2部分P2が薄すぎると用途によっては必要な電池ケース10の強度を確保できない場合があるため好ましくない。第2部分P2の平均厚みは、例えば第1部分P1の平均厚みの0.6倍以上程度とするとよい。
The material and thickness of the
なお、上記のとおりの第2部分P2の薄層化は、これに限定されるものではないが、図3に示すように、ケース本体11の広側面11cの内側表面が除去されることで達成されることが好ましい。また、ケース本体11の広側面11cの外側表面は、第1部分P1と第2部分P2とで面一であることが好ましい。これにより、ケース本体11の第2部分P2に相当する下方の容積を大きくすることができ、電極体20の下方における膨潤を容易に許容することができる。
The thinning of the second portion P2 as described above is not limited to this, but is achieved by removing the inner surface of the
なお、側面の平均厚みは、例えば、一つのケース本体11について10点ずつ計測した側面の厚みの算術平均値とすることができる。角型電池ケースについては、広側面11cについて得られる算術平均値を採用している。
The average thickness of the side surface can be, for example, an arithmetic mean value of the thickness of the side surface measured at 10 points for each
ケース本体11の平均厚みは単電池1の用途や体格にもよるため厳密には制限されない。典型的には、軽量化の観点から、側面(広側面11cおよび狭側面11d)の平面部の平均厚み(板厚)は、概ね1mm以下である。ケース本体11の広側面11cは、上記のとおり第1部分P1と第2部分P2とで平均厚みが異なる。したがって、第1部分P1の平均厚みは、1mm以下が好ましく、0.9mm以下がより好ましく、例えば0.8mm以下であってよい。しかしながら、組電池100を構成する単電池1においては、第1部分P1および第2部分P2が薄すぎるとケース本体11の破損に繋がるために好ましくない。かかる観点において、第1部分P1の平均厚みは、例えば0.65mm以上が好ましく、0.7mm以上がより好ましく、例えば0.75mm以上であってよい。第2部分P2の厚みについては、第1部分P1に対して上記のとおりの割合となるように適宜設定することができる。一例として、第2部分P2の平均厚みは、0.5mm以上0.8mm以下であってよく、例えば0.5mm以上0.6mm以下であるとよい。
The average thickness of the
このような電池ケース10のケース本体11の製造方法は特に限定されない。製造の効率の観点から、ケース本体11は、1枚の金属板からの絞り加工を主体として形成するとよい。一般に、深絞り加工によって第1部分P1と第2部分P2との厚みが均一なケース本体11を作製することができる。本技術に係るケース本体11は、例えば、この第1部分P1と第2部分P2との厚みが均一なケース本体11に対し、第2部分P2を薄層化することで製造することができる。薄層化の手段としては特に制限されず、例えば、外形を金型(ダイス)で維持したまま、第2部分P2に相当する箇所をケース内側から、プレス絞り加工、へら絞り加工、圧延加工、延伸加工、切削加工することなどが挙げられる。切削屑を発生させないとの観点からは、プレス絞り加工、へら絞り加工、圧延加工、延伸加工などの塑性加工を採用することが好ましい。一例として、ケース本体11は、深絞り加工によって所定の外形および厚みのケース本体を形成したのち、次いで、当該ケース本体の外形は所定の金型(ダイス)で維持したまま、第2部分P2に相当する領域をケース内側からのへら絞り加工によって所望の厚みになるまで薄く塑性変形させることで、作製することができる。
The method of manufacturing the
スペーサ60は、単電池1の広側面11cに当接するように配置され、複数の単電池1間に、単電池1内部で発生した熱を効率よく放散させる機能を有する。スペーサ60は、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)等の樹脂材料や、熱伝導性の良い金属材料で構成される。スペーサ60は、典型的には、図5(A)(B)に示すように、ベース部62と、リブ部(凸部)64と、枠部66と、図示しない支持部とを備える。支持部は、ベース部62を支持する部材である。支持部は、例えば、組電池100を構築したとき、単電池1の下方に冷却用流体を送り込むスペースを確保したり、単電池1の上方で正・負極端子38、48等が他の部材等と接触することを防止するための安全スペースを確保したりする。
The
ベース部62は、スペーサ60の主たる部材である。ベース部62の形状は、単電池1の電池ケース10の広側面11cの形状に対応している。枠部66は、ベース部62の外縁において配列方向に枠状に突出している。枠部66の突出寸法(配列方向の寸法)は、後述するリブ部64の突出寸法Tよりも高くすることができる。枠部66の突出寸法は、例えば、(リブ部64の突出寸法T+1〜3)mmである。枠部66によって囲まれる領域の内寸は、単電池1の広側面11cの外寸に概ね一致している。したがって、スペーサ60に単電池1を、広側面11cとベース部62とが対面するように嵌め合わせることで、スペーサ60と単電池1とが適切に位置決めされる。また、ベース部62と枠部66と広側面11cとにより囲まれた空間に、冷却用流体を導入する冷却スペースが形成される。なお、図5の(A)(B)には示していないが、枠部66には、冷却用流体を枠部66の外部から冷却スペースへ流入させる流入口や、冷却用流体を冷却スペースから外部へ流出させる流出口が設けられていてもよい。
The
スペーサ60には、複数のリブ部64がベース部62と一体的に形成されている。リブ部64は、ベース部62から配列方向に突出するように設けられている。リブ部64は、ベース部62の両面、すなわち、配列方向の前方の面と後方の面とに備えられている。リブ部64は、それぞれ同じ突出寸法(高さ)Tで突出している。リブ部64は、例えば、正面視が線状となるようベース部62に対して立設された壁状である。このことにより、リブ部64は、冷却スペースにおいて冷却用流体の移動を規制する流路壁として機能すると同時に、電池ケース10の広側面11cを押圧する。本技術において、リブ部64は、図5(B)に示すように、ベース部62に対して概ね均一に配置されるように設計されていてもよい。換言すると、リブ部64は、広側面11cを概ね均一に(ムラなく)押圧するように構成されているとよい。例えば、ベース部62の面積に占めるリブ部64の面積は、広側面11cの第1部分P1と第2部分P2とに対応する領域で、同じであってもよい。これによって、強い拘束力で組電池を構築した場合であっても、電池ケース10の広側面11cが損傷されるのを抑制することができる。特に限定されるものではないが、リブ部64の高さTは、典型的にはベース部62の厚み(すなわち、配列方向の寸法)以下であり、一例では2mm以下、典型的には1mm以下、例えば0.5〜1mmである。リブ部64の正面視における幅Wは、典型的にはベース部62の厚み以下であり、一例では2mm以下、典型的には1mm以下、例えば0.5〜1mmである。
A plurality of
上記構成によると、単電池1の電池ケース10自体が、電極体20に対してより高い面圧を加え得る第1部分P1と、電極体20の膨潤を許容する第2部分P2とを備えている。このことにより、第1部分P1において電極間の距離を縮めてハイレート充放電時の抵抗増加を抑制し、第2部分P2においてハイレート充放電に伴う電極体20からの電解液の排出を抑制して電解質の濃度ムラに起因する抵抗増加を抑制できる。その結果、ハイレート充放電に伴う抵抗増加を効果的に低減することができる。
According to the above configuration, the
また、上記構成によると、複数の単電池1とスペーサ60とから組電池100を構成した場合において、ハイレート充放電に伴う抵抗増加を効果的に低減することができる。そのため、スペーサ60のリブ部64の配置や高さを局所的に変化させる必要がない。例えば、スペーサ60のリブ部64を、広側面11cに対して均一に、かつ、局所的にムラなく設けることができる。これにより、スペーサ60のリブ部64によって、電池ケースの広側面11cに損傷を負わせる可能性を低減できる。
Further, according to the above configuration, when the assembled
以上のようにして構成される非水電解液二次電池1は、各種用途に利用可能である。好適な用途としては、ハイレートでの充放電を行う電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両に搭載される駆動用電源が挙げられる。リチウムイオン二次電池1は、典型的には複数個を直列および/または並列に接続してなる組電池の形態でも使用され得る。
The non-aqueous electrolyte
なお、上記説明では、扁平捲回型の電極体20を備える角形のリチウムイオン二次電池1について説明した。しかしながら、単電池1は、複数の板状の正極30および負極40がセパレータ50を介して積層された積層型電極体を備えていてもよい。
In the above description, the square lithium ion
以下、本技術に関する実施例を説明するが、本技術をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。 Hereinafter, examples relating to the present technology will be described, but the present technology is not intended to be limited to those shown in such examples.
〔評価用組電池の作製〕
電池ケースとして、角型のケース本体と蓋部材とからなるアルミニウム合金製の角型電池ケースを用意した。ここで、ケース本体は、側面を高さ方向でほぼ二等分にしたときの開口側(以下、第1部分という)の厚みT1(mm)と、底面側(以下、第2部分という)の厚みT2(mm)と、を下記の表1に示す組合せとなるように製造したものを用いた。すなわち、例1〜3の電池ケースは、公知の深絞り加工によって、広側面の厚みが1.0mmまたは0.8mmで一定となるように作製した電池ケースである。例4〜10の電池ケースは、まず、深絞り加工によって所定の外形の厚みT1(mm)の角型ケースを形成し、次いで、ケースの外形は金型(ダイス)で維持したまま、第2部分に相当する箇所をケース内側から厚みT2(mm)と薄くなるように切削加工して作製したものである。第1部分の厚みと第2部分の厚みは、1ケースあたり10点ずつ計測した厚みの算術平均値が、表1に示すT1,T2であることを確認した。なお、例1〜10の電池ケース外形は、高さ約63.2mm×幅約137mm×厚み約12.9mmでいずれも同一とした。
[Manufacturing of assembled battery for evaluation]
As a battery case, a square battery case made of an aluminum alloy composed of a square case body and a lid member was prepared. Here, the case body has a thickness T1 (mm) on the opening side (hereinafter referred to as the first portion) and a bottom surface side (hereinafter referred to as the second portion) when the side surface is substantially bisected in the height direction. The thickness T2 (mm) and the one manufactured so as to have the combination shown in Table 1 below were used. That is, the battery cases of Examples 1 to 3 are battery cases manufactured by a known deep drawing process so that the thickness of the wide side surface is constant at 1.0 mm or 0.8 mm. In the battery cases of Examples 4 to 10, first, a square case having a predetermined outer shape with a thickness of T1 (mm) is formed by deep drawing, and then the outer shape of the case is maintained by a die, and a second case is formed. It is manufactured by cutting a portion corresponding to a portion from the inside of the case so as to have a thickness of T2 (mm). Regarding the thickness of the first portion and the thickness of the second portion, it was confirmed that the arithmetic mean values of the thickness measured at 10 points per case were T1 and T2 shown in Table 1. The outer shape of the battery case of Examples 1 to 10 was about 63.2 mm in height × about 137 mm in width × about 12.9 mm in thickness, all of which were the same.
蓋部材には、外部正極端子および外部負極端子と、正極集電端子および負極集電端子とを、絶縁部材を介してそれぞれ固定した。なお、蓋部材には、電解液を電池ケース内に注液するための注液孔と、この注液孔を封止する封口部材とが備えられている。
また、電解質として、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とをEC:DMC:EMC=30:40:30の体積比で混合した混合溶媒に、LiPF6を1.0mol/Lの濃度で溶解させた非水電解液を用意した。
An external positive electrode terminal and an external negative electrode terminal, and a positive electrode current collecting terminal and a negative electrode current collecting terminal were fixed to the lid member via insulating members, respectively. The lid member is provided with a liquid injection hole for injecting the electrolytic solution into the battery case, and a sealing member for sealing the liquid injection hole.
Further, as an electrolyte, 1 LiPF 6 was added to a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a volume ratio of EC: DMC: EMC = 30:40:30. A non-aqueous electrolyte solution dissolved at a concentration of 0.0 mol / L was prepared.
正極活物質としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(LNCM)粉末と、リン酸三リチウム(LPO)粉末と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、まず、LNCM:AB:PVdF=90:8:2の質量比で、かつ、正極活物質に対するLPOの含有量が2.8質量%となるように配合し、N−メチルピロリドン(NMP)と混合することで正極用スラリーを調製した。このスラリーを、帯状のアルミニウム箔の幅方向の一端に沿って非塗工部を残し、その他の領域に両面に塗布して乾燥した後、ロールプレスすることにより、正極シートを作製した。 LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (LNCM) powder as a positive electrode active material, trilithium phosphate (LPO) powder, acetylene black (AB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride as a binder. First, vinylidene fluoride (PVdF) was blended so that the mass ratio of LNCM: AB: PVdF = 90: 8: 2 and the content of LPO with respect to the positive electrode active material was 2.8% by mass, and N -A positive electrode slurry was prepared by mixing with methylpyrrolidone (NMP). A positive electrode sheet was prepared by applying this slurry to both sides of the strip-shaped aluminum foil, leaving an uncoated portion along one end in the width direction, applying the slurry to the other regions on both sides, drying the slurry, and then rolling pressing the slurry.
負極活物質として、天然黒鉛系炭素材料(C)と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、C:SBR:CMC=98:1:1の質量比でイオン交換水と混合することで、負極用スラリーを調製した。このスラリーを、帯状の銅箔の幅方向の一端に沿って非塗工部を残し、その他の領域に両面に塗布して乾燥した後、ロールプレスすることにより、負極シートを作製した。 Natural graphite-based carbon material (C) as a negative electrode active material, styrene-butadiene rubber (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener are used as C: SBR: CMC = 98: 1: 1. A slurry for the negative electrode was prepared by mixing with ion-exchanged water at the mass ratio of. A negative electrode sheet was prepared by applying this slurry to both sides of the strip-shaped copper foil, leaving an uncoated portion along one end in the width direction, applying the slurry to the other regions on both sides, drying the slurry, and then rolling pressing the slurry.
PP/PE/PPの三層構造の微多孔性ポリオレフィンシートを基材とし、この基材の片方の面に無機フィラーを含む耐熱層(HRL)を形成することで、HRL付のセパレータシートを2枚用意した。そして、正極シートと負極シートとをセパレータシートを介して互いに絶縁させた状態で積層し、断面が略長円形となるように捲回することで電極体を作製した。セパレータは、HRLが正極側に配置されるように重ねた。正極シートと負極シートとは、負極活物質層が正極活物質層の両端から幅方向で突出するように、また、正極シートおよび負極シートの非塗工部(集電箔)が幅方向の異なる方向に突出するように重ね合わせた。この電極体の捲回軸方向の両端に突出している正極および負極の非塗工部に、正極集電端子および負極集電端子をそれぞれ溶接することで、電極体を蓋部材に固定した。 By using a microporous polyolefin sheet with a three-layer structure of PP / PE / PP as a base material and forming a heat-resistant layer (HRL) containing an inorganic filler on one surface of this base material, a separator sheet with HRL can be obtained. I prepared one. Then, the positive electrode sheet and the negative electrode sheet were laminated in a state of being insulated from each other via a separator sheet, and wound so as to have a substantially oval cross section to prepare an electrode body. The separators were stacked so that the HRL was arranged on the positive electrode side. The positive electrode sheet and the negative electrode sheet are different from each other so that the negative electrode active material layer protrudes from both ends of the positive electrode active material layer in the width direction, and the uncoated portion (collecting foil) of the positive electrode sheet and the negative electrode sheet is different in the width direction. They were overlapped so as to protrude in the direction. The electrode body was fixed to the lid member by welding the positive electrode current collecting terminal and the negative electrode current collecting terminal to the uncoated portions of the positive electrode and the negative electrode protruding from both ends in the winding axis direction of the electrode body.
[挿入性評価]
蓋部材に固定した電極体を、開口からケース本体に挿入し、そのときの挿入がスムーズに行えたかどうかを確認した。その結果を、下記表1の「挿入性」の欄に示した。挿入性の評価のうち、「良」は電極体が支えることなくケース内に挿入できたことを示し、「不良」は電極体が支えて途中で挿入できなくなったことを示す。
電極体を挿入できた電池ケースを用いた例については、以下の試験に進み、電極体を挿入できなかった電池ケースを用いた例については評価を中断した。
[Insertability evaluation]
The electrode body fixed to the lid member was inserted into the case body through the opening, and it was confirmed whether the insertion at that time was smooth. The results are shown in the "Insertability" column of Table 1 below. Among the evaluations of insertability, "good" indicates that the insert could be inserted into the case without being supported by the electrode body, and "poor" indicates that the electrode body was supported and could not be inserted in the middle.
For the example using the battery case in which the electrode body could be inserted, the following test was proceeded, and in the case using the battery case in which the electrode body could not be inserted, the evaluation was discontinued.
電極体を挿入できた例については、ケースごと電極体を加熱乾燥させた後、蓋部材をケース本体に嵌め合わせ、蓋部材とケース本体とをレーザ溶接した。次いで、蓋部材の注液孔から所定量の非水電解液を電池ケース内に注液して注液孔を封止するこで、各例の評価用二次電池(単電池)を用意した。
また、スペーサとして、図5に示すように、(A)基板の一方の面の幅方向の両端部および上部に凸部を備えるスペーサAと、(B)基板の一方の面に概ね満遍に凸部を備えるスペーサBと、を用意した。スペーサAおよびスペーサBは、基板の形状および面積が同一であり、凸部の面積(すなわち、電池ケースとの接触面積)はいずれもスペーサ基板の面積の15%になるように設計されている。
そして、各例の単電池一つと、表1に示すスペーサAまたはスペーサBとを、スペーサの凸部が単電池側となるように重ね合わせ、拘束部材により所定の拘束圧(3.8MPa)で拘束することで、各例の評価用の模擬組電池を用意した。
In the example in which the electrode body could be inserted, the electrode body was heated and dried together with the case, the lid member was fitted to the case body, and the lid member and the case body were laser welded. Next, a predetermined amount of non-aqueous electrolytic solution was injected into the battery case from the injection hole of the lid member to seal the injection hole, thereby preparing a secondary battery (cell cell) for evaluation of each example. ..
Further, as a spacer, as shown in FIG. 5, (A) spacer A having both ends in the width direction and convex portions on the upper portion of one surface of the substrate, and (B) substantially evenly distributed on one surface of the substrate. A spacer B having a convex portion and a spacer B were prepared. The spacer A and the spacer B have the same shape and area of the substrate, and the area of the convex portion (that is, the contact area with the battery case) is designed to be 15% of the area of the spacer substrate.
Then, one cell of each example and the spacer A or spacer B shown in Table 1 are superposed so that the convex portion of the spacer is on the cell side, and the restraining member exerts a predetermined restraining pressure (3.8 MPa). By restraining, a simulated assembled battery for evaluation of each example was prepared.
[コンディショニング]
各例の模擬組電池に対し、以下のコンディショニングを行った。すなわち、25℃の環境下、1Cにて4.1Vまで定電流(CC)充電し、電流値が1/50Cとなるまで定電圧(CV)充電を行うことで、充電状態(State of Charge:SOC)を満充電(SOC100%)とする初期充電処理を行った。次いで、60℃で24時間保持する初期エージング処理を施し、負極活物質層の表面に被膜を形成した。その後、3.0Vまで1CのレートでCC放電し、このときの充電状態をSOC0%とした。なお、1Cとは、活物質の理論容量から予測される電池容量(Ah)を1時間で充電できる電流値である。
[conditioning]
The following conditioning was performed on the simulated assembled batteries of each example. That is, in an environment of 25 ° C., a constant current (CC) charge is performed at 1 C to 4.1 V, and a constant voltage (CV) charge is performed until the current value becomes 1/50 C. The initial charging process was performed so that the SOC) was fully charged (
[ハイレートサイクル試験]
コンディショニング後の模擬組電池について、IV抵抗を測定した。すなわち、25℃の環境下でSOC56%に調整した模擬組電池を、30Cで10秒間放電したときの放電カーブの傾きから初期抵抗値(IV抵抗)を求めた。次いで、25℃の環境下で充電状態をSOC40%に調整した組電池に対し、約30Cで10秒間充電した後、5秒間の休止期間を挟み、2.3Cで125秒間放電して、5秒間休止する、ことを1サイクルとするハイレート充放電サイクルを2000サイクル行った。そして、上記の手法でサイクル後のIV抵抗を測定し、次式:抵抗上昇率(%)=サイクル後抵抗÷初期抵抗×100;に基づき抵抗上昇率を算出し、表1に示した。
[High rate cycle test]
The IV resistance of the simulated assembled battery after conditioning was measured. That is, the initial resistance value (IV resistance) was obtained from the slope of the discharge curve when the simulated assembled battery adjusted to
[ケース耐久性試験]
各例の模擬組電池について、拘束圧を変動幅(ΔP)±0.2MPaで変動させることを10万サイクル行い、サイクル後に電池ケースに割れが見られないかを確認した。割れの有無は、まずは目視で確認し、目視で割れの有無が不明確なものについては電池ケースに割れが疑われる箇所の断面をSEM(走査型電子顕微鏡)で確認することで実施した。電池ケースの割れの有無を表1に示した。
[Case durability test]
For the simulated assembled batteries of each example, the restraint pressure was fluctuated within a fluctuation range (ΔP) ± 0.2 MPa for 100,000 cycles, and it was confirmed whether or not cracks were observed in the battery case after the cycles. The presence or absence of cracks was first visually confirmed, and if the presence or absence of cracks was unclear visually, the cross section of the suspected crack was confirmed by SEM (scanning electron microscope) in the battery case. Table 1 shows the presence or absence of cracks in the battery case.
例1、2の比較から、本実施形態の寸法の電池ケースについては、側面の厚みを開口部側の第1部分および底面側の第2部分ともに1mmとすると、ケースの開口寸法が電極体に対して十分でないことから、電極体の挿入性が著しく低下することが確認できた。しかしながら、側面の厚みを開口部側の第1部分および底面側の第2部分ともに0.8mmとすると、本実施形態の電極体に応じた開口寸法が確保でき、電極体の挿入性が良好となることがわかった。本実施形態における所定の外寸の電池ケースと、所定の規格の電極体との組合せについては、電池ケースの側面の厚みを0.8mmとすることが挿入面での臨界サイズであることがわかった。 From the comparison of Examples 1 and 2, regarding the battery case having the dimensions of the present embodiment, assuming that the thickness of the side surface is 1 mm for both the first portion on the opening side and the second portion on the bottom surface side, the opening dimension of the case becomes the electrode body. On the other hand, since it was not sufficient, it was confirmed that the insertability of the electrode body was significantly reduced. However, if the thickness of the side surface is 0.8 mm for both the first portion on the opening side and the second portion on the bottom surface side, the opening size corresponding to the electrode body of the present embodiment can be secured, and the insertability of the electrode body is good. It turned out to be. Regarding the combination of the battery case having the predetermined outer dimensions and the electrode body of the predetermined standard in the present embodiment, it was found that the critical size on the insertion surface is that the thickness of the side surface of the battery case is 0.8 mm. It was.
次いで、例2、3の比較から、スペーサAは、電池ケースおよび電極体を広側面で局所的かつ適切に押圧することができ、ハイレート充放電を繰り返し行った後でも抵抗増加を低く抑えられることがわかった。一方のスペーサBは、電池ケースおよび電極体を広側面側から概ね万遍なく押圧するため、ハイレート充放電を繰り返し行うことで電解液が電極体から排出されたり、電解液の塩濃度にムラが発生するなどして、全例の中で最も抵抗増加が大きくなることがわかった。しかしながら、例2は、第1部分および第2部分ともに0.8mmと比較的厚みの厚い電池ケースを使用した例であるにもかかわらず、スペーサAによる局所的な押圧によって、電池ケースに割れが生じやすく、耐久性に課題があることがわかった。以上のことから、スペーサAを使用すると電池ケースの耐久性に問題が生じる虞があり、スペーサBを使用するとハイレート充放電による抵抗増加を十分に抑制できないことがわかった。 Next, from the comparison of Examples 2 and 3, the spacer A can locally and appropriately press the battery case and the electrode body on a wide side surface, and the increase in resistance can be suppressed to a low level even after repeated high-rate charging / discharging. I understood. On the other hand, the spacer B presses the battery case and the electrode body almost evenly from the wide side surface side, so that the electrolytic solution is discharged from the electrode body by repeating high-rate charging and discharging, and the salt concentration of the electrolytic solution becomes uneven. It was found that the increase in resistance was the largest among all cases. However, although Example 2 is an example in which a battery case having a relatively thick thickness of 0.8 mm is used for both the first portion and the second portion, the battery case is cracked due to local pressing by the spacer A. It was found that it was easy to occur and there was a problem with durability. From the above, it was found that the use of the spacer A may cause a problem in the durability of the battery case, and the use of the spacer B cannot sufficiently suppress the increase in resistance due to high-rate charging / discharging.
例4〜10は、ハイレート充放電による抵抗増加の抑制が十分できないスペーサBを使用した例である。例4〜10は、電池ケースの側面の第1部分よりも第2部分の厚みを薄くしており、その結果、第2部分による電極体への押圧が緩和されている。このことにより、例4〜10においてはスペーサBを使用したハイレート充放電の後であっても、例3と比較して抵抗上昇率が約25%(例4)以上も低減されることがわかった。 Examples 4 to 10 are examples in which the spacer B is used, which cannot sufficiently suppress the increase in resistance due to high-rate charging / discharging. In Examples 4 to 10, the thickness of the second portion is made thinner than that of the first portion on the side surface of the battery case, and as a result, the pressure on the electrode body by the second portion is relaxed. From this, it was found that in Examples 4 to 10, even after high-rate charging / discharging using the spacer B, the resistance increase rate is reduced by about 25% (Example 4) or more as compared with Example 3. It was.
例3〜7の比較から、第1部分に対して第2部分の厚みを薄くするほど、抵抗上昇率が低くなり、その低減効果は第2部分の厚みが0.5mmに達することで飽和することがわかった。また、第2部分の厚みを0.5mmよりも薄く、例えば0.4mmとした例7では、電池ケースの耐久性に問題が生じる虞があることがわかった。したがって、第2部分の厚みは、例えば0.5mm以上とすることが好適であるといえる。 From the comparison of Examples 3 to 7, the thinner the thickness of the second portion with respect to the first portion, the lower the resistance increase rate, and the reduction effect is saturated when the thickness of the second portion reaches 0.5 mm. I understood it. Further, in Example 7 in which the thickness of the second portion was thinner than 0.5 mm, for example 0.4 mm, it was found that there is a possibility that a problem may occur in the durability of the battery case. Therefore, it can be said that the thickness of the second portion is preferably 0.5 mm or more, for example.
なお、第2部分の厚みを0.7mm(第一部分の厚みの0.88倍)とした例4では、抵抗上昇率の抑制効果が十分とはいえない場合もあることがわかった。これは、第2部分の厚みの低減度合いが十分でないためであると考えられる。また、例5,6と例8、9との比較から、第2部分の厚みが同じであっても第1部分の厚みを薄くしてしまうと、抵抗上昇率は増大してしまい、第2部分を薄くした効果が相殺されてしまうことがわかった。これは、第1部分の厚みを厚くしてある程度の拘束圧を電極体に加えることが、ハイレート充放電による抵抗上昇の抑制に効果的であることを示している。このことは、例6、9、10の比較からも確認することができる。これらのことから、例えば、ハイレート充放電後の抵抗上昇率を125%以下に抑制するには、第2部分の厚みを第一部分の厚みの0.75倍以下にするとよく、0.7倍以下や、0.65倍以下にするとより好ましいといえる。また、例えば、ハイレート充放電後の抵抗上昇率を125%以下に抑制するには、第1部分の厚みは0.6mmよりも厚く、例えば0.7mm以上にするとよいといえる。全体として、第2部分の厚みは、第一部分の厚みの0.5倍を超えて、例えば0.6倍以上にするとよいといえる。 In Example 4 in which the thickness of the second portion was 0.7 mm (0.88 times the thickness of the first portion), it was found that the effect of suppressing the resistance increase rate may not be sufficient. It is considered that this is because the degree of reduction in the thickness of the second portion is not sufficient. Further, from the comparison between Examples 5 and 6 and Examples 8 and 9, even if the thickness of the second portion is the same, if the thickness of the first portion is reduced, the resistance increase rate increases, and the second portion It turned out that the effect of thinning the part was offset. This indicates that increasing the thickness of the first portion and applying a certain amount of restraining pressure to the electrode body is effective in suppressing an increase in resistance due to high-rate charging / discharging. This can also be confirmed from the comparison of Examples 6, 9 and 10. From these facts, for example, in order to suppress the resistance increase rate after high-rate charging / discharging to 125% or less, the thickness of the second portion should be 0.75 times or less of the thickness of the first portion, and 0.7 times or less. Or, it can be said that it is more preferable to make it 0.65 times or less. Further, for example, in order to suppress the resistance increase rate after high-rate charging / discharging to 125% or less, it can be said that the thickness of the first portion is thicker than 0.6 mm, for example, 0.7 mm or more. As a whole, it can be said that the thickness of the second portion should exceed 0.5 times the thickness of the first portion, for example, 0.6 times or more.
上記した本実施形態に係る電池によれば、不可避的に電池ケース内に入り込む金属異物が電極体に混入するのを抑制し、この金属異物に起因する微小短絡の発生を抑制できることがわかる。以上、本技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 According to the battery according to the present embodiment described above, it can be seen that the metal foreign matter that inevitably enters the battery case can be suppressed from being mixed into the electrode body, and the occurrence of a minute short circuit due to the metal foreign matter can be suppressed. Although specific examples of the present technology have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above.
1 単電池
10 電池ケース
11 ケース本体
12 蓋部材
20 電極体
60 スペーサ
100 組電池
P1 第1部分
P2 第2部分
1
Claims (1)
前記電池ケースは、開口を有するケース本体と、前記開口を蓋する蓋部材とを備え、
前記ケース本体は、前記開口とは反対側の底面と、前記底面に連続して立設され、前記積層構造に沿って配置される側面とを備え、
前記側面は、前記開口と前記底面とを繋ぐ一の方向に沿って、前記開口に近い側の第1部分と、前記底面に近い側の第2部分とに分けたとき、前記第2部分の平均厚みが前記第1部分の平均厚みの0.6倍以上0.75倍以下である、非水電解液二次電池。 An electrode body having a laminated structure in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are laminated, a non-aqueous electrolytic solution, and a battery case for accommodating the electrode body and the non-aqueous electrolytic solution are provided.
The battery case includes a case body having an opening and a lid member for covering the opening.
The case body includes a bottom surface opposite to the opening and side surfaces that are continuously erected on the bottom surface and arranged along the laminated structure.
When the side surface is divided into a first portion on the side close to the opening and a second portion on the side close to the bottom surface along one direction connecting the opening and the bottom surface, the second portion A non-aqueous electrolyte secondary battery having an average thickness of 0.6 times or more and 0.75 times or less the average thickness of the first portion.
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JP2019192927A JP2021068588A (en) | 2019-10-23 | 2019-10-23 | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
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JP7371060B2 (en) | 2021-06-11 | 2023-10-30 | プライムアースEvエナジー株式会社 | Secondary batteries and secondary battery manufacturing methods |
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- 2019-10-23 JP JP2019192927A patent/JP2021068588A/en active Pending
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