JP2021168284A - Power storage element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、巻回電極体を備えた蓄電素子に関する。 The present invention relates to a power storage element provided with a wound electrode body.
従来、二次電池に用いられる電極体として、巻回電極体が知られている(例えば、特許文献1参照)。この電極体102では、図14に示すように、それぞれ長尺シート状の正極123と負極124とが、二枚の長尺シート状のセパレータ126、127を介して重ね合わせて巻回されている。電極体102は、この巻回軸方向から視たとき、長径と短径とを有する楕円状である。また、電極体102は、長径方向における両端に位置するR部を有する。
Conventionally, a wound electrode body is known as an electrode body used for a secondary battery (see, for example, Patent Document 1). In the
電極体102を巻回軸方向から視たとき、正極巻回端部1230及び負極巻回端部1240は、電極体102の長径方向における一方側の端部において、この一方側に位置するR部を挟んだ状態で配置されている。また、電極体102を巻回軸方向から視たとき、セパレータ巻回終端1260、1270は、電極体102の長径方向における他方側の端部に配置されている。
When the
上記電極体では、正極巻回端部、負極巻回端部、又は、セパレータ巻回終端が配置される部分には、これら端部に起因する段差が形成され得る。これにより、上記電極体をケース内に収容して上記電極体のうちこの段差が形成された部分に対して外側から圧力が加えられると、この段差部分と段差部分の周囲の部分とで受ける圧力が異なり得る。上記電極体に加えられる圧力の偏りは、電池性能を低下させるおそれがあった。 In the electrode body, a step due to these ends may be formed at the positive electrode winding end portion, the negative electrode winding end portion, or the portion where the separator winding end is arranged. As a result, when the electrode body is housed in the case and pressure is applied to the portion of the electrode body in which the step is formed from the outside, the pressure received by the step portion and the portion around the step portion. Can be different. The bias of the pressure applied to the electrode body may deteriorate the battery performance.
そこで、本実施形態は、巻回電極体を備え、電極体に加わる圧力の偏りを抑制した蓄電素子を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present embodiment is to provide a power storage element provided with a wound electrode body and suppressing the bias of the pressure applied to the electrode body.
本実施形態の蓄電素子は、
互いに極性の異なる帯状の第一電極及び第二電極が、帯状のセパレータと重なった状態で巻回された電極体と、
前記電極体を収容するケースと、を備え、
前記セパレータの巻回方向における長さは、前記第二電極の巻回方向における長さよりも長く、
前記電極体は、該電極体を巻回軸方向から視たとき、長径と短径とを有する巻回体であり、
前記第一電極における巻回方向の最も巻き終わり側に位置する終端部は、前記第二電極の巻回方向における最も巻き終わり側に位置する終端部よりも、巻回方向における巻き始め側に位置し、
巻回方向において、前記第二電極の終端部の終端縁は、前記第一電極の終端部の終端縁と重なる位置と、前記第一電極の終端部の終端縁に対して前記電極体の短径方向において巻回軸を挟んだ反対側の位置との間に位置し、
前記電極体の短径方向から視たとき、前記セパレータの巻回方向における最も巻き終わり側に位置する終端部の終端縁は、前記第一電極の終端部の終端縁と、前記第二電極の終端部の終端縁との間に位置する。
The power storage element of this embodiment is
An electrode body in which a band-shaped first electrode and a second electrode having different polarities are wound so as to overlap the band-shaped separator,
A case for accommodating the electrode body is provided.
The length of the separator in the winding direction is longer than the length of the second electrode in the winding direction.
The electrode body is a winding body having a major axis and a minor axis when the electrode body is viewed from the winding axis direction.
The end portion of the first electrode located on the most winding end side in the winding direction is located closer to the winding start side in the winding direction than the end portion located on the most winding end side of the second electrode in the winding direction. death,
In the winding direction, the end edge of the end portion of the second electrode is short of the position where it overlaps with the end edge of the end portion of the first electrode and the end edge of the end portion of the first electrode. Located between the position on the opposite side of the winding shaft in the radial direction,
When viewed from the minor axis direction of the electrode body, the terminal edge of the terminal portion located on the winding end side of the separator in the winding direction is the terminal edge of the terminal portion of the first electrode and the terminal edge of the second electrode. It is located between the end edge of the end part.
かかる構成によれば、セパレータの終端部が、各電極の終端部の位置の違いに起因する短径方向における電極体の厚みの差を抑えることにより、電極体の幅の均一性が向上するため、電極体に加わる圧力の偏りを抑制できる。 According to this configuration, the end portion of the separator suppresses the difference in the thickness of the electrode body in the minor axis direction due to the difference in the position of the end portion of each electrode, so that the uniformity of the width of the electrode body is improved. , The bias of the pressure applied to the electrode body can be suppressed.
前記蓄電素子では、
前記セパレータは、前記第一電極又は前記第二電極を間に挟み込むように設けられ、
前記電極体を巻回軸方向から視たとき、
巻回方向において、前記第一電極又は前記第二電極を間に挟み込む前記セパレータの双方の終端部の終端縁は、同じ位置に揃った状態で、前記第二電極よりも巻き終わり側に配置されるとともに、前記電極体の短径方向から視たとき、前記第一電極の終端部の終端縁と前記第二電極の終端部の終端縁との間に位置してもよい。
In the power storage element,
The separator is provided so as to sandwich the first electrode or the second electrode in between.
When the electrode body is viewed from the winding axis direction,
In the winding direction, the end edges of both end portions of the first electrode or the separator sandwiching the second electrode are arranged at the same position on the winding end side of the second electrode. In addition, when viewed from the minor axis direction of the electrode body, it may be located between the terminal edge of the terminal portion of the first electrode and the terminal edge of the terminal portion of the second electrode.
かかる構成によれば、第一電極や第二電極を間に挟み込むセパレータの双方の終端部が、各電極の終端部の位置の違いに起因する短径方向における電極体の厚みの差を抑えることができる。 According to such a configuration, both end portions of the separator sandwiching the first electrode and the second electrode sandwich the second electrode, and suppress the difference in the thickness of the electrode body in the minor axis direction due to the difference in the positions of the end portions of the respective electrodes. Can be done.
また、前記蓄電素子では、
前記第一電極及び第二電極は、それぞれ、シート状の導電部と該導電部に重なる活物質層と、を有し、
前記電極体を巻回軸方向から視たとき、
前記第一電極の活物質層は、前記第一電極の終端部に配置され、
前記第二電極の活物質層は、前記第二電極の巻回方向における前記第一電極の終端部と重なる部分に配置されてもよい。
Further, in the power storage element,
The first electrode and the second electrode each have a sheet-shaped conductive portion and an active material layer that overlaps the conductive portion.
When the electrode body is viewed from the winding axis direction,
The active material layer of the first electrode is arranged at the terminal portion of the first electrode.
The active material layer of the second electrode may be arranged at a portion overlapping the end portion of the first electrode in the winding direction of the second electrode.
前記蓄電素子では、
前記第二電極は、前記第一電極よりも外側に配置されるとともに、前記第一電極よりも薄くてもよい。
In the power storage element,
The second electrode may be arranged outside the first electrode and may be thinner than the first electrode.
かかる構成によれば、各電極の終端部の位置の違いに起因する短径方向における電極体の厚みの差が大きくなりやすいので、セパレータの終端部がこの厚みの差を抑えるという効果がより顕著なものとなる。 According to such a configuration, the difference in the thickness of the electrode body in the minor axis direction due to the difference in the position of the end portion of each electrode tends to be large, so that the effect that the end portion of the separator suppresses this difference in thickness is more remarkable. It will be something like that.
前記蓄電素子では、
前記電極体を巻回軸方向から視たとき、
前記第二電極の終端部及び前記第一電極の終端部は、前記短径方向における一方側に配置され、
前記セパレータの終端部は、前記第二電極の終端部に対して前記短径方向における巻回軸を挟んだ反対側の位置に配置されてもよい。
In the power storage element,
When the electrode body is viewed from the winding axis direction,
The end portion of the second electrode and the end portion of the first electrode are arranged on one side in the minor axis direction.
The end portion of the separator may be arranged at a position opposite to the end portion of the second electrode with the winding shaft in the minor axis direction.
かかる構成によれば、セパレータが、第二電極の終端部と重なる位置から短径方向における巻回軸を挟んだ反対側まで延びているため、第二電極の終端部による段差を埋めることができる。 According to such a configuration, since the separator extends from the position where it overlaps with the end portion of the second electrode to the opposite side across the winding shaft in the minor axis direction, it is possible to fill the step due to the end portion of the second electrode. ..
本実施形態の蓄電素子によれば、巻回電極体を備え、電極体に加わる圧力の偏りを抑制した蓄電素子を提供することができる。 According to the power storage element of the present embodiment, it is possible to provide a power storage element provided with a wound electrode body and suppressing the bias of the pressure applied to the electrode body.
以下、本発明の一実施形態について、図1〜図7を参照しつつ説明する。本実施形態では、蓄電素子の一例として、充放電可能な二次電池について説明する。尚、本実施形態の各構成部材(各構成要素)の名称は、本実施形態におけるものであり、背景技術における各構成部材(各構成要素)の名称と異なる場合がある。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. In the present embodiment, a rechargeable secondary battery will be described as an example of the power storage element. The name of each component (each component) of the present embodiment is that of the present embodiment, and may be different from the name of each component (each component) in the background technology.
本実施形態の蓄電素子は、非水電解質二次電池である。より詳しくは、蓄電素子は、リチウムイオンの移動に伴って生じる電子移動を利用したリチウムイオン二次電池である。この種の蓄電素子は、電気エネルギーを供給する。蓄電素子は、単一又は複数で使用される。具体的に、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧が小さいときには、単一で使用される。一方、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧の少なくとも一方が大きいときには、他の蓄電素子と組み合わされて蓄電装置に用いられる。前記蓄電装置では、該蓄電装置に用いられる蓄電素子が電気エネルギーを供給する。 The power storage element of this embodiment is a non-aqueous electrolyte secondary battery. More specifically, the power storage element is a lithium ion secondary battery that utilizes the electron transfer that occurs with the movement of lithium ions. This type of power storage element supplies electrical energy. The power storage element may be used alone or in combination of two or more. Specifically, the power storage element is used alone when the required output and the required voltage are small. On the other hand, when at least one of the required output and the required voltage is large, the power storage element is used in the power storage device in combination with another power storage element. In the power storage device, the power storage element used in the power storage device supplies electrical energy.
蓄電素子は、図1〜図4に示すように、電極体2と、電極体2を収容するケース3と、を備える。本実施形態の蓄電素子1は、電極体2及びケース3の他に、ケース3の外側に配置される外部端子4であって電極体2と導通する外部端子4、及び、電極体2と外部端子4とを導通させる集電体5等を備える。
As shown in FIGS. 1 to 4, the power storage element includes an
電極体2は、図5に示すように、互いに極性の異なる帯状の第一電極及び第二電極が、帯状のセパレータ25と重なった状態で巻回された構成を有する。本実施形態の電極体2は、第一電極としての正極23と第二電極としての負極24とが互いに絶縁された状態で積層された積層体22であって、巻回された積層体22と、を備える。この電極体2では、電極体2の外周部において、セパレータ25が一周巻き付けられている。電極体2においてリチウムイオンが正極23と負極24との間を移動することにより、蓄電素子1が充放電する。
As shown in FIG. 5, the
また、電極体2は、該電極体を巻回軸方向から視たとき、長径と短径を有する巻回体である。本実施形態の電極体2は、扁平な筒形状である。電極体2は、長径方向の両端部に折返し部としてR部を有する。
Further, the
積層体22は、正極23及び負極24が積層された(重ねられた)状態で巻回されることによって形成される。積層体22では、各電極は、それぞれ、シート状の導電部と該導電部に重なる活物質層と、を有する。
The
正極23は、図7に示すように、シート状の導電部である金属箔230と、金属箔に重なる正極活物質層231と、を有する。金属箔230は帯状である。本実施形態の金属箔230は、例えば、アルミニウム箔である。また、正極23は、帯形状の短手方向である幅方向の一方の端縁部に、正極活物質層231の正極非被覆部(正極活物質層231が形成されていない部位)232を有する(図5参照)。正極23において正極活物質層231が形成される部位を正極被覆部233と称する。
As shown in FIG. 7, the
前記正極活物質層231は、正極活物質と、バインダーと、を有する。
The positive electrode
前記正極活物質は、例えば、リチウム金属酸化物である。具体的に、正極活物質は、例えば、LiaMebOc(Meは、1又は2以上の遷移金属を表す)によって表される複合酸化物(LiaCoyO2、LiaNiwO2、LiaMnzO4、LiaNiwCoyMnzO2等)、LilMem(XOn)p(Meは、1又は2以上の遷移金属を表し、Xは例えばP、Si、B、Vを表す)によって表されるポリアニオン化合物(LiaFebPO4、LiaMnbPO4、LiaMnbSiO4、LiaCobPO4F等)である。本実施形態の正極活物質は、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2である。
The positive electrode active material is, for example, a lithium metal oxide. Specifically, the positive electrode active material, for example, Li a Me b O c ( Me represents one or more transition metal) complex oxide represented by (Li a Co y O 2, Li a
前記正極活物質層231に用いられるバインダーは、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エチレンとビニルアルコールとの共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレンブタジエンゴム(SBR)である。本実施形態のバインダーは、ポリフッ化ビニリデンである。
The binder used for the positive electrode
前記正極活物質層231は、ケッチェンブラック(登録商標)、アセチレンブラック、黒鉛等の導電助剤をさらに有してもよい。本実施形態の正極活物質層231は、導電助剤としてアセチレンブラックを有する。
The positive electrode
負極24は、シート状の導電部である金属箔240と、金属箔240に重なる負極活物質層241と、を有する(図7参照)。負極24の厚みは、正極23の厚みと略同じである。金属箔240は帯状である。本実施形態の金属箔240は、例えば、銅箔である。負極24は、帯形状の短手方向である幅方向の正極非被覆部232と反対側)の端縁部に、負極活物質層の負極非被覆部(負極活物質層が形成されていない部位)242を有する(図5参照)。負極24の負極被覆部(負極活物質層が形成される部位)243の幅は、正極被覆部233の幅よりも大きい。
The
前記負極活物質層241は、負極活物質と、バインダーと、を有する。
The negative electrode
前記負極活物質は、例えば、グラファイト、難黒鉛化炭素、及び易黒鉛化炭素などの炭素材、チタン酸リチウム、又は、リチウムイオンと合金化反応を生じるケイ素(Si)及び錫(Sn)などの材料である。本実施形態の負極活物質は、難黒鉛化炭素である。 The negative electrode active material may be, for example, a carbon material such as graphite, non-graphitized carbon, and easily graphitized carbon, lithium titanate, or silicon (Si) and tin (Sn) that alloy with lithium ions. It is a material. The negative electrode active material of the present embodiment is non-graphitized carbon.
負極活物質層241に用いられるバインダーは、正極活物質層231に用いられたバインダーと同様のものである。本実施形態のバインダーは、ポリフッ化ビニリデンである。
The binder used for the negative electrode
前記負極活物質層241は、ケッチェンブラック(登録商標)、アセチレンブラック、黒鉛等の導電助剤をさらに有してもよい。本実施形態の負極活物質層241は、導電助剤を有していない。
The negative electrode
本実施形態の電極体2では、以上のように構成される正極23と負極24とがセパレータ25によって絶縁された状態で巻回される。即ち、本実施形態の電極体2では、正極23、負極24、及びセパレータ25の積層体22が巻回される。また、本実施形態の電極体2では、負極24は、正極23よりも外側に配置されている。具体的に、負極24は、積層方向において正極23よりも外側に配置されている。
In the
セパレータ25は、絶縁性を有する部材である。また、セパレータ25は、正極23と負極24との間に配置される。これにより、電極体2(詳しくは、積層体22)において、正極23と負極24とが互いに絶縁される。さらに、セパレータ25は、ケース3内において、電解液を保持する。これにより、蓄電素子1の充放電時において、リチウムイオンが、セパレータ25を挟んで交互に積層される正極23と負極24との間を移動する。
The
セパレータ25の巻回方向における長さは、図6に示すように、負極24の巻回方向における長さよりも長い。本実施形態のセパレータ25は、正極23又は負極24を間に挟み込むように設けられている。より具体的に、セパレータ25は、正極23又は負極24を間に挟み込む第一セパレータ26及び第二セパレータ27を含む。第一セパレータ26及び第二セパレータ27は別体である。
As shown in FIG. 6, the length of the
また、本実施形態のセパレータ25は、例えば、ポリエチレンによって形成される。なお、セパレータ25の硬さは、正極23や負極24の硬さよりも柔らかい。
Further, the
セパレータの幅(帯形状の短手方向の寸法)は、負極被覆部243の幅より僅かに大きい(図5参照)。セパレータ25は、被覆部233,243同士が重なるように幅方向に位置ずれした状態で重ね合わされた正極23と負極24との間に配置される。このとき、正極非被覆部232と負極非被覆部242とは重なっていない。即ち、正極非被覆部232が、正極23と負極24との重なる領域から幅方向に突出し、且つ、負極非被覆部242が、正極23と負極24との重なる領域から幅方向(正極非被覆部232の突出方向と反対の方向)に突出する。積層された状態の正極23、負極24、及びセパレータ25、即ち、積層体22が巻回されることによって、電極体2が形成される。
The width of the separator (dimension of the strip shape in the lateral direction) is slightly larger than the width of the negative electrode coating portion 243 (see FIG. 5). The
また、本実施形態のセパレータ25は、基材層250と、該基材層250の一方の面に設けられ且つ該基材層250よりも硬い無機層251とを有する(図7参照)。さらに、負極24を間に挟み込む一対のセパレータ25の各基材層250は、負極24と対向する。負極24と対向した状態でこれを挟み込む基材層250が、負極24の形状に沿った形状となるため、正極23と負極24との絶縁性を向上できる。
Further, the
基材層250は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、ポリアミドなどの多孔質膜によって構成される。無機層251は、SiO2粒子、Al2O3粒子、ベーマイト(アルミナ水和物)等の無機粒子を含んだ無機層である。
The
ケース3は、電極体2を収容する(図4参照)。本実施形態のケース3は、開口を有するケース本体31と、ケース本体31の開口を塞ぐ(閉じる)蓋板32と、を有する。また、ケース3は、電極体2に加えて、電解液及び集電体5等を内部空間33に収容する。
The
また、ケース3は、電解液に耐性を有する金属によって形成される。本実施形態のケース3は、例えば、アルミニウム、又は、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料によって形成される。ケース3は、ステンレス鋼及びニッケル等の金属材料、又は、アルミニウムにナイロン等の樹脂を接着した複合材料等によって形成されてもよい。
Further, the
前記電解液は、非水溶液系電解液である。電解液は、有機溶媒に電解質塩を溶解させることによって得られる。有機溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類である。電解質塩は、LiClO4、LiBF4、及びLiPF6等である。 The electrolytic solution is a non-aqueous electrolyte solution. The electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte salt in an organic solvent. The organic solvent is, for example, cyclic carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate, and chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. Electrolyte salts are LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , and the like.
ケース本体31は、板状の閉塞部311であってケース3の内側を向く内面とケース3の外側を向く外面とを有する閉塞部311と、閉塞部311の周縁に接続される胴部312であって、閉塞部311の内面側に延び且つ該内面を包囲する筒状の胴部312とを備える。
The
閉塞部311は、開口が上を向くようにケース本体31が配置されたときに、ケース本体31の下端に位置する(即ち、前記開口が上を向いたときのケース本体31の底壁となる)部位である。閉塞部311は、該閉塞部311の法線方向視において、矩形状である。閉塞部311の四隅は円弧状である。
The closing
以下では、図1に示すように、閉塞部311の長辺方向をX軸方向とし、閉塞部311の短辺方向をY軸方向とし、閉塞部311の法線方向をZ軸方向とする。
In the following, as shown in FIG. 1, the long side direction of the
本実施形態の胴部312は、角筒形状を有する。詳しくは、胴部312は、偏平な角筒形状を有する。胴部312は、閉塞部311の周縁における長辺から延びる一対の長壁部313と、閉塞部311の周縁における短辺から延びる一対の短壁部314とを有する。即ち、一対の長壁部313は、Y軸方向に間隔(詳しくは、閉塞部311の周縁における短辺に相当する間隔)を空けて対向し、一対の短壁部314は、X軸方向に間隔(詳しくは、閉塞部311の周縁における長辺に相当する間隔)を空けて対向する。短壁部314が一対の長壁部313の対応(詳しくは、Y軸方向に対向)する端部同士をそれぞれ接続することによって、角筒状の胴部312が形成される。
The
以上のように、ケース本体31は、開口方向(Z軸方向)における一方の端部が塞がれた角筒形状(即ち、有底角筒形状)を有する。
As described above, the
蓋板32は、ケース本体31の開口を塞ぐ板状の部材である。具体的に、蓋板32は、ケース本体31の開口を塞ぐようにケース本体31に当接する。また、蓋板32は、Z軸方向視において、X軸方向に長い矩形状の板材である。さらに、蓋板32の四隅は、円弧状である。
The
蓋板32は、ケース3内のガスを外部に排出可能なガス排出弁321を有する。ガス排出弁321は、ケース3の内部圧力が所定の圧力まで上昇したときに、該ケース3内から外部にガスを排出する。本実施形態のガス排出弁321は、X軸方向における蓋板32の中央部に設けられる。
The
外部端子4は、外部機器又は他の蓄電素子の外部端子等と電気的に接続される部位である。外部端子4は、導電性を有する部材によって形成される。例えば、外部端子4は、アルミニウム、銅、鉄、ステンレス、クロムモリブデン鋼等の鋼、その他の強度の高い導電性金属によって形成される。
The
集電体5は、ケース3内に配置され、電極体2と通電可能に直接又は間接に接続される(図4参照)。
The
以上の構成の蓄電素子1では、正極23における巻回方向の最も巻き終わり側に位置する終端部234は、負極24の巻回方向における最も巻き終わり側に位置する終端部244よりも、巻回方向における巻き始め側に位置する(図6参照)。また、巻回方向において、負極24の終端部244の終端縁245は、正極23の終端部234の終端縁235と重なる位置と、正極23の終端部234の終端縁235に対して電極体2の短径方向(Y軸方向)において巻回軸を挟んだ反対側の位置P(電極体の巻回軸から電極体の長径方向(Z軸方向)の両端部に位置する湾曲した折り返し部(R部)の頂点を結ぶとともに巻回軸方向(X軸方向)に延びる仮想面を想定した場合に、この仮想面に対して正極23の終端部234の終端縁235と面対称となる位置P)との間に位置する。なお、正極23の終端部234の終端縁235と重なる位置とは、短手方向から視たときに、正極23の終端縁235と重なる位置である。本実施形態の蓄電素子1では、負極24の終端縁245は、正極23の終端部234の終端縁235と重なる位置と、電極の折り返し部(R部)との間に位置する。
In the
また、負極24と対向した状態でこれを挟み込む負極24を挟み込む基材層250は、例えば、巻回軸方向から視たとき、負極24の終端部244による電極の段差に沿った形状(段差を有する形状)となっている。なお、この挟み込む基材層250は、電極体2の短径方向(Y軸方向)から視たとき、負極非被覆部242と負極被覆部243との段差に沿った形状(段差を有する形状)となっている。
Further, the
さらに、電極体2の短径方向(Y軸方向)から視たとき、セパレータ25の巻回方向における最も巻き終わり側に位置する終端部254の終端縁255は、正極23の終端部234の終端縁235と、負極24の終端部244の終端縁245との間に位置する。本実施形態の蓄電素子1では、電極体2を巻回軸方向から視たとき、巻回方向において、負極24を間に挟み込むセパレータ25の双方の終端部254の終端縁255(具体的には、第一セパレータ26の終端部264の終端縁265及び第二セパレータ27の終端部274の終端縁275)は、同じ位置に揃った状態で、負極24よりも巻き終わり側に配置されるとともに、電極体2の短径方向(Y軸方向)から視たとき、正極23の終端縁235と負極24の終端縁245との間に位置する。
Further, when viewed from the minor axis direction (Y-axis direction) of the
本実施形態の電極体2では、電極体2を巻回軸方向から視たとき、正極活物質層231は、正極23の終端部234に配置されている(図7参照)。また、この巻回軸方向から視たとき、負極活物質層241は、負極24の巻回方向における正極23の終端部234と重なる部分に配置される。
In the
さらに、電極体2を巻回軸方向から視たとき、負極24の終端部244及び正極23の終端部234は、短径方向における一方側に配置される(図6参照)。さらに、電極体2を巻回軸方向から視たとき、セパレータ25の終端部254は、負極24の終端部244に対して短径方向における巻回軸を挟んだ反対側に配置されている。
Further, when the
本実施形態の蓄電素子1では、電極体2を巻回軸方向から視たとき、セパレータ25の巻回方向における最も巻き始め側に位置する始端部256の始端縁257(具体的には、第一セパレータ26の始端部266の始端縁267及び第二セパレータ27の始端部276の始端縁277)は、正極23の巻回方向における最も巻き始め側に位置する始端部236の始端縁237、及び、負極24の巻回方向における最も巻き始め側に位置する始端部246の始端縁247と、巻回方向において異なる位置に配置されている。巻回方向における負極24の長さは、巻回方向における正極23の長さよりも長く、巻回方向におけるセパレータ25の長さよりも短い。そのため、セパレータ25が、正極23と負極24との間を確実に絶縁することができる。
In the
なお、本実施形態の蓄電素子1では、正極活物質層231は、正極23の巻回方向における全域に配置されている。即ち、正極活物質層231は、正極23の始端部236から終端部234までの全域に配置されている。また、負極活物質層241は、負極24の巻回方向における全域に配置されている。即ち、負極活物質層241は、負極24の始端部246から終端部244までの全域に配置されている。
In the
本実施形態の蓄電素子1では、負極24の膨張時の厚みの変化量をΔT1とし、正極23の終端部234の位置において終端部234よりも電極体2の短径方向(Y軸方向)の外側に配置されているセパレータの枚数をNとし、セパレータ25の圧縮時の厚みの変化量をΔT2としたとき、ΔT1<N×ΔT2である。そのため、セパレータ25が、電極体2の最も外側に位置する負極24の膨張時の厚みの変化量を吸収でき、その結果、電極体2の電流分布が均一に近づくことで出力特性が改善される。
In the
なお、セパレータ25の圧縮時の厚みの変化量ΔT2は、製品セルを解体して取り出したセパレータ25を洗浄及び乾燥したのち、クリープ試験を実施して圧縮率を測定し、圧縮率を用いて算出される。負極24の膨張時の厚みの変化量ΔT1は、蓄電素子1(製品セル)の放電状態(SOC=0%)における負極24の厚みと、製品セルの充電状態(SOC=100%)における負極24の厚みとの差に相当する。
The amount of change in the thickness of the
負極24の膨張時の厚みの変化量ΔT1は、例えば、負極24が正極23よりも外側に位置する構成では、以下のように測定される。製品セルを放電状態(SOC=0%)まで放電した後、この製品セルを解体して正極23と負極24とを取り出し、各電極を洗浄及び乾燥する。その後、負極24の厚みを測定する。次に、取り出した電極を用いて小型の試験用セルを作製し、この試験用セルを充電状態(SOC=100%)まで充電する。さらに、試験用セルを解体して、各電極を洗浄及び乾燥した後、負極24の電極の厚みを測定し、負極24の厚みの差を負極24の膨張時の厚みの変化量ΔT1とする。なお、試験用セルの充放電は、製品セルの公称電圧(使用推奨電圧範囲)の上限をSOC=100%、下限をSOC=0%として行われる。
The amount of change ΔT1 in the thickness of the
従来の電極体2では、図8〜図10に示すように、電極体2を短径方向(Y軸方向)から視たとき、セパレータ25の終端縁255は、正極23の終端縁235と負極24の終端縁245との間を除く箇所に位置していなかった。そのため、従来の蓄電素子では、正極23の終端部234や負極24の終端部244の位置の違いに起因する短径方向における電極体2の厚みの差により、電極体2の幅のばらつきが大きくなり、電極体2に加わる圧力が偏っていた。
In the
これに対して、蓄電素子1によれば、セパレータ25の終端縁255は、正極23の終端縁235と負極24の終端縁245との間に位置する(図6参照)。これにより、セパレータ25の終端部254が、正極23の終端部234や負極24の終端部244の位置の違いに起因する短径方向における電極体2の厚みの差を抑えることにより、電極体2の幅の均一性が向上するため、電極体2に加わる圧力の偏りを抑制できる。
On the other hand, according to the
具体的には、電極体2の正極23の終端部234よりも巻回方向における巻き終わり側に位置する部位の短径方向における厚み(例えば、図6においてβで示す部位の厚み)は、電極体2の通常の部位の短径方向における厚み(例えば、図6においてαで示す部位の厚み)よりも、正極23の厚み分だけ薄くなっている。この蓄電素子1では、セパレータ25の終端部254がこの厚みの差を埋めることにより、正極23の終端部234や負極24の終端部244の位置の違いに起因する短径方向における電極体2の厚みの差を抑えている。
Specifically, the thickness of the portion of the
本実施形態の蓄電素子1によれば、正極23や負極24を間に挟み込むセパレータ25の双方の終端縁235は、同じ位置に揃った状態で、負極24よりも外側に配置されるとともに、電極体2の短径方向から視たとき、正極23の終端縁235と負極24の終端縁245との間に位置するため、正極23や負極24を間に挟み込むセパレータ25の双方の終端部254が、正極23の終端部234や負極24の終端部244の位置の違いに起因する短径方向における電極体2の厚みの差を抑えることができる。
According to the
また、本実施形態の蓄電素子1では、巻回軸方向から視たとき、負極24の終端部244及び正極23の終端部234は、短径方向における一方側に配置され、セパレータ25の終端部254は、負極24の終端部244に対して径方向における巻回軸を挟んだ反対側の位置に配置されている、即ち、セパレータ25が、負極24の終端部244と重なる位置から短径方向における巻回軸を挟んだ反対側まで延びているため、負極24の終端部244による段差を埋めることができる。
Further, in the
尚、本発明の蓄電素子は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。 The power storage element of the present invention is not limited to the above embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment, and a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment. In addition, some of the configurations of certain embodiments can be deleted.
例えば、電極体2を巻回軸方向から視たとき、第一セパレータ26の始端部266の始端縁267及び第二セパレータ27の始端部276の始端縁277は、同じ位置に揃った状態で、正極23の始端縁237や負極24の始端縁247よりも巻き始め側に配置されてもよい。また、この電極体2では、電極体2を巻回軸方向から視たとき、正極23の始端縁237及び負極24の始端縁247は、異なった位置に配置されている。具体的に、負極24の始端縁247は、電極体2を巻回軸方向から視たとき、正極23の始端縁237よりも巻き始め側に配置されている。
For example, when the
なお、正極活物質層231の始端部236及び負極活物質層241の始端部246と、セパレータ25の始端部256とでは、電極体2の短径方向(Y軸方向)から視たときに各始端部の位置が揃っている。さらに、電極体2の短径方向(Y軸方向)から視たとき、正極活物質層231の始端部と、負極活物質層241の始端部との位置が揃っている。
The starting
この蓄電素子1では、正極23の終端部234、負極24の終端部244、及び、セパレータ25の終端部254は、いずれも、電極体2のR部の曲率中心よりも巻回軸側に位置している。また、正極23の始端部236、負極24の始端部246、及び、セパレータ25の始端部256は、いずれも、電極体2のR部の曲率中心よりも巻回軸側に位置している。
In this
上記実施形態では、電極体2の外周部において、セパレータ25が一周巻き付けられていたが、セパレータが複数周巻き付けられていてもよい。例えば、図11に示すように、電極体2の外周部において、セパレータ25が二周巻き付けられることが考えられる。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、正極23の厚みと負極24の厚みとは、略同じであったが異なっていてもよい。例えば、負極24の厚みが、正極23の厚みよりも薄いことが考えられる。この場合、正極23の終端部234と負極24の終端部244の位置の違いに起因する短径方向における電極体2の厚みの差が大きくなりやすいので、セパレータ25の終端部254がこの厚みの差を抑えるという効果がより顕著なものとなる。
Further, in the above embodiment, the thickness of the
上記実施形態では、第一セパレータ26の終端縁265と第二セパレータ27の終端縁275とは、巻回方向において同じ位置に揃っていたが、同じ位置に揃っていなくてもよい。この場合、第一セパレータ26の終端縁265、或いは、第二セパレータ27の終端縁275が、正極23の終端縁235と負極24の終端縁245との間に位置していればよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、負極活物質層241が、負極24の巻回方向における全域に配置されていたが、負極24の巻回方向における一部に配置されていてもよい。例えば、負極活物質層241が、負極24の終端部244に配置されないことが考えられる。即ち、電極体の短径方向から視たとき、負極活物質層241の巻回方向における端部が、正極活物質層231の巻回方向における端部と重なっていてもよい。この場合、負極24の終端部244の厚みが薄いことから、正極23の終端部234と負極24の終端部244の厚みの差が大きくなりやすいが、セパレータ25によりこの差を抑えることができる。
In the above embodiment, the negative electrode
上記実施形態では、負極24の終端縁245は、正極23の終端部234の終端縁235と重なる位置(短径方向から視たときに重なる位置)と、R部(電極の折り返し位置)との間に位置していたが、図12に示すようにR部と、正極23の終端縁235に対して電極体2の短径方向(Y軸方向)において巻回軸を挟んだ反対側の位置との間に位置してもよい。即ち、負極24の終端縁245及びセパレータ25の終端縁255が、いずれも、正極23の終端縁235に対して電極体2のY軸方向において巻回軸を挟んだ反対側に位置してもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、第一セパレータ26の終端縁265及び第二セパレータ27の終端縁275は、巻回方向において、同じ位置に揃っていたが、異なる位置に配置されていてもよい。この場合、第一セパレータ26の終端縁265及び第二セパレータ27の終端縁275のうち一方のみが、電極体2の短径方向から視たとき、正極23の終端縁235と、負極24の終端縁245との間に位置してもよい。なお、第一セパレータ26の始端縁267及び第二セパレータ27の始端縁277は、巻回方向において、同じ位置に揃っていたが、異なる位置に配置されていてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、正極23又は負極24を間に挟み込む第一セパレータ26及び第二セパレータ27が別体であったが、一体(連続した一枚のセパレータ)であってもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、セパレータ25において、基材層250の片面に無機層251が設けられていたが、基材層250の両面に無機層251が設けられていてもよい。なお、セパレータ25は、無機層251を有さなくてもよく、例えば、基材層250のみで構成されていてもよい。
In the above embodiment, in the
正極23の始端縁237及び負極24の始端縁247は、電極体2の短径方向において、異なる位置に配置されていてもよい。
The starting
さらに、上記実施形態においては、蓄電素子が充放電可能な非水電解質二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)として用いられる場合について説明したが、蓄電素子の種類や大きさ(容量)は任意である。また、上記実施形態において、蓄電素子の一例として、リチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明は、種々の二次電池、その他、一次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタの蓄電素子にも適用可能である。 Further, in the above embodiment, the case where the power storage element is used as a chargeable / dischargeable non-aqueous electrolyte secondary battery (for example, a lithium ion secondary battery) has been described, but the type and size (capacity) of the power storage element are arbitrary. Is. Further, in the above embodiment, the lithium ion secondary battery has been described as an example of the power storage element, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to various secondary batteries, other primary batteries, and power storage elements of capacitors such as electric double layer capacitors.
蓄電素子(例えば電池)は、図13に示すような蓄電装置(蓄電素子が電池の場合は電池モジュール)11に用いられてもよい。蓄電装置11は、少なくとも二つの蓄電素子1と、二つの(異なる)蓄電素子1同士を電気的に接続するバスバ部材12と、を有する。この場合、本発明の技術が少なくとも一つの蓄電素子1に適用されていればよい。
The power storage element (for example, a battery) may be used in the power storage device (battery module when the power storage element is a battery) 11 as shown in FIG. The
1…蓄電素子、2…電極体、3…ケース、4…外部端子、5…集電体、11…蓄電装置、12…バスバ部材、22…積層体、23…正極、24…負極、25…セパレータ、26…第一セパレータ、27…第二セパレータ、31…ケース本体、32…蓋板、33…内部空間、102…電極体、123…正極、124…負極、126…セパレータ、127…セパレータ、230…金属箔、231…正極活物質層、232…正極非被覆部、233…正極被覆部、234…終端部、235…終端縁、236…始端部、237…始端縁、240…金属箔、241…負極活物質層、242…負極非被覆部、243…負極被覆部、244…終端部、245…終端縁、246…始端部、247…始端縁、250…基材層、251…無機層、254…終端部、255…終端縁、256…始端部、257…始端縁、264…終端部、265…終端縁、266…始端部、267…始端縁、274…終端部、275…終端縁、276…始端部、277…始端縁、311…閉塞部、312…胴部、313…長壁部、314…短壁部、321…ガス排出弁、1230…正極巻回端部、1240…負極巻回端部、1260、1270…セパレータ巻回終端 1 ... power storage element, 2 ... electrode body, 3 ... case, 4 ... external terminal, 5 ... current collector, 11 ... power storage device, 12 ... bus bar member, 22 ... laminate, 23 ... positive electrode, 24 ... negative electrode, 25 ... Separator, 26 ... 1st separator, 27 ... 2nd separator, 31 ... Case body, 32 ... Lid plate, 33 ... Internal space, 102 ... Electrode body, 123 ... Positive electrode, 124 ... Negative electrode, 126 ... Separator, 127 ... Separator, 230 ... metal foil, 231 ... positive electrode active material layer, 232 ... positive electrode uncoated portion, 233 ... positive electrode coating portion, 234 ... terminal portion, 235 ... terminal edge, 236 ... start end portion, 237 ... start end edge, 240 ... metal foil, 241 ... Negative electrode active material layer, 242 ... Negative electrode uncoated portion, 243 ... Negative electrode coating portion, 244 ... Terminal portion, 245 ... Terminal edge, 246 ... Starting end portion, 247 ... Starting end edge, 250 ... Base material layer, 251 ... Inorganic layer , 254 ... Ending part, 255 ... Ending edge, 256 ... Starting end part, 257 ... Starting end edge, 264 ... Ending part, 265 ... Ending edge, 266 ... Starting end part, 267 ... Starting end edge, 274 ... Ending part, 275 ... Ending edge , 276 ... Start end part, 277 ... Start end edge, 311 ... Closure part, 312 ... Body part, 313 ... Long wall part, 314 ... Short wall part, 321 ... Gas discharge valve, 1230 ... Positive electrode winding end part, 1240 ... Negative electrode winding Turning end, 1260, 1270 ... Separator winding end
Claims (5)
前記電極体を収容するケースと、を備え、
前記セパレータの巻回方向における長さは、前記第二電極の巻回方向における長さよりも長く、
前記電極体は、該電極体を巻回軸方向から視たとき、長径と短径とを有する巻回体であり、
前記第一電極における巻回方向の最も巻き終わり側に位置する終端部は、前記第二電極の巻回方向における最も巻き終わり側に位置する終端部よりも、巻回方向における巻き始め側に位置し、
巻回方向において、前記第二電極の終端部の終端縁は、前記第一電極の終端部の終端縁と重なる位置と、前記第一電極の終端部の終端縁に対して前記電極体の短径方向において巻回軸を挟んだ反対側の位置との間に位置し、
前記電極体の短径方向から視たとき、前記セパレータの巻回方向における最も巻き終わり側に位置する終端部の終端縁は、前記第一電極の終端部の終端縁と、前記第二電極の終端部の終端縁との間に位置する、
ことを特徴とする蓄電素子。 An electrode body in which a band-shaped first electrode and a second electrode having different polarities are wound so as to overlap the band-shaped separator,
A case for accommodating the electrode body is provided.
The length of the separator in the winding direction is longer than the length of the second electrode in the winding direction.
The electrode body is a winding body having a major axis and a minor axis when the electrode body is viewed from the winding axis direction.
The end portion of the first electrode located on the most winding end side in the winding direction is located closer to the winding start side in the winding direction than the end portion located on the most winding end side of the second electrode in the winding direction. death,
In the winding direction, the end edge of the end portion of the second electrode is short of the position where it overlaps with the end edge of the end portion of the first electrode and the end edge of the end portion of the first electrode. Located between the position on the opposite side of the winding shaft in the radial direction,
When viewed from the minor axis direction of the electrode body, the terminal edge of the terminal portion located on the winding end side of the separator in the winding direction is the terminal edge of the terminal portion of the first electrode and the terminal edge of the second electrode. Located between the end edge of the end,
A power storage element characterized by this.
前記電極体を巻回軸方向から視たとき、
巻回方向において、前記第一電極又は前記第二電極を間に挟み込む前記セパレータの双方の終端部の終端縁は、同じ位置に揃った状態で、前記第二電極よりも巻き終わり側に配置されるとともに、前記電極体の短径方向から視たとき、前記第一電極の終端部の終端縁と前記第二電極の終端部の終端縁との間に位置する、請求項1に記載の蓄電素子。 The separator is provided so as to sandwich the first electrode or the second electrode in between.
When the electrode body is viewed from the winding axis direction,
In the winding direction, the end edges of both end portions of the first electrode or the separator sandwiching the second electrode are arranged at the same position on the winding end side of the second electrode. The storage storage according to claim 1, which is located between the terminal edge of the terminal end of the first electrode and the terminal edge of the terminal end of the second electrode when viewed from the minor axis direction of the electrode body. element.
前記電極体を巻回軸方向から視たとき、
前記第一電極の活物質層は、前記第一電極の終端部に配置され、
前記第二電極の活物質層は、前記第二電極の巻回方向における前記第一電極の終端部と重なる部分に配置される、請求項1又は請求項2記載の蓄電素子。 The first electrode and the second electrode each have a sheet-shaped conductive portion and an active material layer that overlaps the conductive portion.
When the electrode body is viewed from the winding axis direction,
The active material layer of the first electrode is arranged at the terminal portion of the first electrode.
The power storage element according to claim 1 or 2, wherein the active material layer of the second electrode is arranged at a portion overlapping the end portion of the first electrode in the winding direction of the second electrode.
前記第二電極の終端部及び前記第一電極の終端部は、前記短径方向における一方側に配置され、
前記セパレータの終端部は、前記第二電極の終端部に対して前記短径方向における巻回軸を挟んだ反対側の位置に配置されている、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の蓄電素子。 When the electrode body is viewed from the winding axis direction,
The end portion of the second electrode and the end portion of the first electrode are arranged on one side in the minor axis direction.
One of claims 1 to 4, wherein the end portion of the separator is arranged at a position opposite to the end portion of the second electrode so as to sandwich the winding shaft in the minor axis direction. The power storage element according to.
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