JP2021180173A - Electrochemical cell and manufacturing method for electrochemical cell - Google Patents
Electrochemical cell and manufacturing method for electrochemical cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021180173A JP2021180173A JP2021036557A JP2021036557A JP2021180173A JP 2021180173 A JP2021180173 A JP 2021180173A JP 2021036557 A JP2021036557 A JP 2021036557A JP 2021036557 A JP2021036557 A JP 2021036557A JP 2021180173 A JP2021180173 A JP 2021180173A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- negative electrode
- separator
- electrode
- positive electrode
- electrochemical cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 11
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 123
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 119
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 76
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 76
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 63
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 53
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 50
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 50
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 43
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 36
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 17
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 15
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 99
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 49
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 43
- 230000006870 function Effects 0.000 description 36
- 239000000463 material Substances 0.000 description 35
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 34
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 28
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 24
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 23
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 22
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 21
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 15
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 15
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 14
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 13
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 13
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 13
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 12
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 12
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 12
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 11
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 11
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 10
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 10
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 9
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 9
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 8
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 8
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 8
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 8
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 7
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 7
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 7
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 7
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 7
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 6
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 6
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 5
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 5
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 4
- 235000019241 carbon black Nutrition 0.000 description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 4
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 3
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 3
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 3
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 2
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000106 Liquid crystal polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004977 Liquid-crystal polymers (LCPs) Substances 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004813 Perfluoroalkoxy alkane Substances 0.000 description 2
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229920006351 engineering plastic Polymers 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 2
- 229920011301 perfluoro alkoxyl alkane Polymers 0.000 description 2
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017398 Au—Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000521 B alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010199 LiAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001290 LiPF6 Inorganic materials 0.000 description 1
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018104 Ni-P Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018536 Ni—P Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 229920002845 Poly(methacrylic acid) Polymers 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Natural products C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PFYQFCKUASLJLL-UHFFFAOYSA-N [Co].[Ni].[Li] Chemical compound [Co].[Ni].[Li] PFYQFCKUASLJLL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHZVWLVODKREZ-UHFFFAOYSA-N [Co]=O.[Mn].[Li].[Li] Chemical compound [Co]=O.[Mn].[Li].[Li] UFHZVWLVODKREZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N dilithium;dioxido(dioxo)manganese Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Mn]([O-])(=O)=O QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SXWUDUINABFBMK-UHFFFAOYSA-L dilithium;fluoro-dioxido-oxo-$l^{5}-phosphane Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]P([O-])(F)=O SXWUDUINABFBMK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- VGYDTVNNDKLMHX-UHFFFAOYSA-N lithium;manganese;nickel;oxocobalt Chemical compound [Li].[Mn].[Ni].[Co]=O VGYDTVNNDKLMHX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012968 metallocene catalyst Substances 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 229920005575 poly(amic acid) Polymers 0.000 description 1
- 229920002627 poly(phosphazenes) Polymers 0.000 description 1
- 229920005569 poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920001083 polybutene Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920000131 polyvinylidene Polymers 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 125000003011 styrenyl group Chemical group [H]\C(*)=C(/[H])C1=C([H])C([H])=C([H])C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002522 swelling effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
本発明は、電気化学セル及び電気化学セルの製造方法に関する。 The present invention relates to an electrochemical cell and a method for manufacturing an electrochemical cell.
従来から腕時計、スマートウオッチ、スマートフォン、ヘッドセット、ウエアラブル機器、補聴器等の小型機器の電源として、リチウムイオン二次電池、電気化学キャパシタ等の電気化学セルが広く活用されている。
近年、この種の電気化学セルへのニーズとして、小型化及び薄型化に対する要求がさらに強くなっている。その一因としては、電気化学セルが実装される各種電子機器におけるIC(集積回路)の極微細化及び低消費電力化による高性能化に伴って、従来にはないハイスペックな機能を具備する電子機器が提案され始めているからである。
Conventionally, electrochemical cells such as lithium ion secondary batteries and electrochemical capacitors have been widely used as power sources for small devices such as wristwatches, smart watches, smartphones, headsets, wearable devices, and hearing aids.
In recent years, as a need for this kind of electrochemical cell, the demand for miniaturization and thinning has become stronger. One of the reasons for this is that ICs (integrated circuits) in various electronic devices on which electrochemical cells are mounted are equipped with unprecedented high-spec functions as ICs (integrated circuits) become extremely fine and have higher performance due to lower power consumption. This is because electronic devices are beginning to be proposed.
この種の電気化学セルでは、電極体を内部に収容する外装体として、例えば金属ケースを利用したものや、ラミネートフィルムを利用したもの等が知られている。
金属ケースは、例えば有底筒状のケース本体と、ケース本体の開口部を、ガスケットを介してカシメ等によって封止する封口ケースとを備え、全体としてコイン形状、ボタン形状、筒形状等に構成される場合が多い。一方、外装体としてラミネートフィルムを利用する場合には、形状自由度を高くすることが可能であるので、電気化学セル自体の小型化及び高容量化等に繋げ易い。
In this type of electrochemical cell, as an exterior body for accommodating the electrode body inside, for example, one using a metal case, one using a laminated film, and the like are known.
The metal case is provided with, for example, a bottomed cylindrical case body and a sealing case in which the opening of the case body is sealed by caulking or the like via a gasket, and is configured as a coin shape, a button shape, a cylinder shape, etc. as a whole. Often done. On the other hand, when the laminated film is used as the exterior body, the degree of freedom in shape can be increased, so that it is easy to lead to miniaturization and high capacity of the electrochemical cell itself.
また電極体としては、各種の構造が知られているが、例えばその一つとして正極電極と負極電極とをセパレータを介して扁平に捲回することで形成した捲回構造が知られている。例えば下記特許文献1には、正極電極及び負極電極がそれぞれ複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成され、正極電極及び負極電極を各連結片でそれぞれ折り返すように扁平に捲回することで、正極電極における各積層面と負極電極における各積層面とがセパレータを介して交互に積層された電極体を具備する二次電池が開示されている。 Various structures are known as the electrode body, and for example, one of them is a winding structure formed by flatly winding a positive electrode and a negative electrode via a separator. For example, in Patent Document 1 below, the positive electrode and the negative electrode are each formed in a band shape in which a plurality of laminated surfaces are connected by a connecting piece, and the positive electrode and the negative electrode are wound flat so as to be folded back by each connecting piece. Therefore, a secondary battery including an electrode body in which each laminated surface of a positive electrode and each laminated surface of a negative electrode are alternately laminated via a separator is disclosed.
上記従来の捲回式の電極体を具備する二次電池では、例えば所定の電池容量を確保するために、正極電極における各積層面と負極電極における各積層面とがセパレータを介して精度良く対向し合うように配置されていることが必要とされる。
しかしながら、上述の二次電池では電極体の捲回時、正極電極に対して負極電極の位置がずれてしまう可能性があり、いわゆる巻きずれが生じてしまうおそれがあった。この場合には、正極電極における各積層面と負極電極における各積層面とを、セパレータを介して精度良く対向させた状態で捲回することが困難となってしまう。そのため、作動信頼性の低下に繋がるおそれがあり、改善の余地があった。
In the secondary battery provided with the conventional revolving electrode body, for example, in order to secure a predetermined battery capacity, each laminated surface of the positive electrode and each laminated surface of the negative electrode face each other with high accuracy via a separator. It is required to be arranged so that they can interact with each other.
However, in the above-mentioned secondary battery, when the electrode body is wound, the position of the negative electrode may be displaced with respect to the positive electrode, and so-called winding deviation may occur. In this case, it becomes difficult to wind each laminated surface of the positive electrode and each laminated surface of the negative electrode in a state of accurately facing each other via the separator. Therefore, there is a possibility that it may lead to a decrease in operation reliability, and there is room for improvement.
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、正極電極及び負極電極を、セパレータを挟んで適切な相対位置関係に維持した状態で捲回することが可能であり、作動信頼性が向上した電極体を具備する電気化学セル、及び電気化学セルの製造方法を提供することである。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object thereof is that the positive electrode and the negative electrode can be wound while maintaining an appropriate relative positional relationship with the separator sandwiched between them. It is an object of the present invention to provide an electrochemical cell provided with an electrode body having improved operational reliability, and a method for manufacturing the electrochemical cell.
(1)本発明に係る電気化学セルは、セパレータ、正極電極及び負極電極を有し、捲回されることで前記セパレータを挟んで前記正極電極及び前記負極電極が重ね合わされた電極体と、前記電極体を内部に収容する外装体と、を備え、前記正極電極及び前記負極電極のうちの少なくともいずれか一方は、位置決め部によって、前記セパレータに対して捲回始めにおける相対位置が位置決めされていることを特徴とする。 (1) The electrochemical cell according to the present invention has a separator, a positive electrode, and a negative electrode, and is an electrode body in which the positive electrode and the negative electrode are overlapped with the separator sandwiched by being wound, and the above. An exterior body that houses the electrode body inside is provided, and at least one of the positive electrode and the negative electrode is positioned relative to the separator at the start of winding by a positioning portion. It is characterized by that.
本発明に係る電気化学セルによれば、位置決め部を利用して、セパレータに対して正極電極及び負極電極のうちの少なくともいずれか一方の捲回始めにおける相対位置を位置決めすることができる。そのため、セパレータを挟んで互いに重ね合わされた正極電極及び負極電極を捲回して電極体を形成する際に、セパレータを挟んで正極電極と負極電極との相対位置関係がずれてしまう、いわゆる巻きずれが生じてしまうことを抑制することができる。これにより、正極電極及び負極電極を、セパレータを挟んで精度良く重ね合わせた電極体とすることができ、作動信頼性が向上した電気化学セルとすることができる。 According to the electrochemical cell according to the present invention, the positioning portion can be used to position the relative position at the start of winding of at least one of the positive electrode and the negative electrode with respect to the separator. Therefore, when the positive electrode and the negative electrode which are overlapped with each other across the separator are wound to form an electrode body, the relative positional relationship between the positive electrode and the negative electrode is deviated by sandwiching the separator, that is, so-called unwinding. It is possible to suppress the occurrence. As a result, the positive electrode and the negative electrode can be formed into an electrode body in which the positive electrode and the negative electrode are accurately superposed with the separator interposed therebetween, and an electrochemical cell having improved operational reliability can be obtained.
(2)前記電極体は、扁平に捲回されることで前記セパレータを挟んで前記正極電極及び前記負極電極が交互に積層され、前記正極電極は、前記電極体の積層方向に沿って配置された複数の正極本体と、複数の前記正極本体同士を接続する複数の正極接続片と、を備え、前記負極電極は、前記電極体の積層方向に沿って配置された複数の負極本体と、複数の前記負極本体同士を接続する複数の負極接続片と、を備え、前記電極体は、前記正極接続片及び前記負極接続片を折り返すように捲回されることで、前記セパレータを挟んで前記正極本体と前記負極本体とが前記積層方向に交互に対向し合った状態で配置されるように形成され、前記位置決め部は、複数の前記負極本体のうち捲回始め側に位置する第1負極本体と、前記セパレータとの間に設けられ、前記セパレータに対して前記第1負極本体を位置決めさせる負極位置決め部を備え、前記負極位置決め部は、前記第1負極本体のうち、前記セパレータを挟んで前記正極接続片に対して対向する外端部と、前記セパレータとの間に少なくとも位置するように配置され、且つ充放電時に、前記セパレータを通じて前記正極接続片から前記外端部に向けて移動するイオンのイオン導電性を、前記セパレータを通じて前記正極本体と前記負極本体との間を移動するイオンのイオン導電性よりも低下させても良い。 (2) The electrode body is wound flat so that the positive electrode and the negative electrode are alternately laminated so as to sandwich the separator, and the positive electrode is arranged along the stacking direction of the electrode body. A plurality of positive electrode bodies and a plurality of positive electrode connecting pieces for connecting the plurality of positive electrode bodies are provided, and the negative electrode electrodes include a plurality of negative electrode bodies arranged along the stacking direction of the electrode bodies and a plurality of negative electrode bodies. A plurality of negative electrode connecting pieces for connecting the negative electrode bodies to each other, and the electrode body is wound so as to fold back the positive electrode connecting piece and the negative electrode connecting piece, thereby sandwiching the separator and the positive electrode. The main body and the negative electrode main body are formed so as to be arranged in a state of alternately facing each other in the stacking direction, and the positioning portion is a first negative electrode main body located on the winding start side among the plurality of the negative electrode main bodies. A negative electrode positioning portion is provided between the separator and the separator to position the first negative electrode body with respect to the separator, and the negative electrode positioning portion sandwiches the separator among the first negative electrode bodies. Ions that are arranged so as to be at least located between the outer end portion facing the positive electrode connection piece and the separator, and move from the positive electrode connection piece toward the outer end portion through the separator during charging and discharging. The ion conductivity of the ion may be lower than that of the ion moving between the positive electrode body and the negative electrode body through the separator.
この場合には、負極位置決め部を利用して、セパレータに対する第1負極本体の位置決めを行うことができるので、複数の正極本体と複数の負極本体とを、セパレータを挟んで精度良く対向配置させながら積層方向に交互に積層した電極体とすることができる。これにより、作動信頼性が向上した電気化学セルとすることができる。
それに加えて負極位置決め部は、第1負極本体の外端部とセパレータとの間に少なくとも位置するように配置されているので、上記外端部において外部に露出する負極集電体を、あたかも保護するように配置されている。そして、負極位置決め部は、充放電時に、セパレータを通じて正極本体と負極本体との間を移動するイオン(例えばリチウムイオン等)のイオン導電性よりも、セパレータを通じて正極接続片から外端部に向けて移動するイオンのイオン導電性を低下させる役割を果たしている。そのため、充放電時に、負極集電体が露出した部分にイオンが移動することを抑制することができ、負極集電体に例えばイオンが針状に析出する等の不都合を生じさせ難くすることができる。従って、このことによっても作動信頼性をさらに向上させることができる。
In this case, since the negative electrode positioning portion can be used to position the first negative electrode body with respect to the separator, the plurality of positive electrode bodies and the plurality of negative electrode bodies are accurately opposed to each other with the separator interposed therebetween. The electrode bodies can be laminated alternately in the stacking direction. This makes it possible to obtain an electrochemical cell with improved operational reliability.
In addition, since the negative electrode positioning portion is arranged so as to be located at least between the outer end portion of the first negative electrode body and the separator, it is as if the negative electrode current collector exposed to the outside at the outer end portion is protected. It is arranged to do. Then, the negative electrode positioning portion is directed from the positive electrode connection piece to the outer end portion through the separator rather than the ionic conductivity of ions (for example, lithium ion) that move between the positive electrode body and the negative electrode body through the separator during charging / discharging. It plays a role in reducing the ionic conductivity of moving ions. Therefore, it is possible to suppress the movement of ions to the exposed portion of the negative electrode current collector during charging and discharging, and it is difficult to cause inconveniences such as ion precipitation on the negative electrode current collector in the form of needles. can. Therefore, this also makes it possible to further improve the operation reliability.
(3)前記負極位置決め部は、前記第1負極本体若しくは前記セパレータの少なくともいずれか一方に固着されると共に、前記第1負極本体及び前記セパレータに対して接触する絶縁体とされ、且つ前記セパレータに形成されたイオン透過孔を塞いでも良い。 (3) The negative electrode positioning portion is fixed to at least one of the first negative electrode body and the separator, and is an insulator that comes into contact with the first negative electrode body and the separator, and is attached to the separator. The formed ion permeation holes may be closed.
この場合には、負極位置決め部を第1負極本体或いはセパレータの少なくともいずれか一方に固着させるので、セパレータに対する第1負極本体の位置決めを確実に行うことができ、捲回時に正極電極と負極電極との間に巻きずれが生じることを効果的に抑制することができる。さらに、負極位置決め部が絶縁体であるうえ、第1負極本体及び前記セパレータに対して接触することでイオン透過孔を塞ぐことができるので、充放電時に、セパレータを通じて正極接続片から第1負極本体における外端部、すなわち負極集電体が露出した部分に向けてイオンが移動することを効果的に抑制することができる。従って、作動信頼性をより一層向上させることができる。 In this case, since the negative electrode positioning portion is fixed to at least one of the first negative electrode body and the separator, the positioning of the first negative electrode body with respect to the separator can be reliably performed, and the positive electrode and the negative electrode are used during winding. It is possible to effectively suppress the occurrence of unwinding between the two. Further, since the negative electrode positioning portion is an insulator and the ion transmission hole can be closed by contacting the first negative electrode body and the separator, the first negative electrode main body is connected to the positive electrode connection piece through the separator during charging and discharging. It is possible to effectively suppress the movement of ions toward the outer end portion of the above, that is, the portion where the negative electrode current collector is exposed. Therefore, the operation reliability can be further improved.
(4)前記負極位置決め部は、前記第1負極本体と前記セパレータとを互いに接着する絶縁性の接着部材とされていると共に、前記セパレータに形成されたイオン透過孔を塞いでも良い。 (4) The negative electrode positioning portion may be an insulating adhesive member that adheres the first negative electrode body and the separator to each other, and may also block the ion transmission holes formed in the separator.
この場合には、絶縁体である負極位置決め部として、例えば絶縁性の接着層或いは絶縁性の接着テープ等の接着部材を利用できるので、構成の簡便化及び低コスト化を図り易い。特に、接着部材によって、セパレータに形成されているイオン透過孔を塞ぐことができるので、充放電時に、セパレータを通じて正極接続片から第1負極本体における外端部、すなわち負極集電体が露出した部分に向けてイオンが移動することを効果的に抑制することができる。従って、作動信頼性をより一層向上させることができる。 In this case, since an adhesive member such as an insulating adhesive layer or an insulating adhesive tape can be used as the negative electrode positioning portion which is an insulator, it is easy to simplify the configuration and reduce the cost. In particular, since the ion permeation hole formed in the separator can be closed by the adhesive member, the outer end portion of the first negative electrode body, that is, the portion where the negative electrode current collector is exposed from the positive electrode connection piece through the separator during charging / discharging. It is possible to effectively suppress the movement of ions toward. Therefore, the operation reliability can be further improved.
(5)前記負極位置決め部は、前記第1負極本体と前記セパレータとを互いに溶着した溶着部とされていると共に、該溶着によって前記セパレータに形成されたイオン透過孔を塞いでも良い。 (5) The negative electrode positioning portion may be a welding portion in which the first negative electrode main body and the separator are welded to each other, and the ion permeation holes formed in the separator by the welding may be closed.
この場合には、前記第1負極本体とセパレータとを互いに溶着した溶着部を負極位置決め部として機能させるので、セパレータに対する第1負極本体の位置決めを確実に行うことができ、捲回時に正極電極と負極電極との間に巻きずれが生じることを効果的に抑制することができる。さらに、溶着部の溶着によってセパレータを部分的に溶かしてイオン透過孔を確実に塞ぐことが可能である。従って、充放電時に、セパレータを通じて正極接続片から第1負極本体における外端部、すなわち負極集電体が露出した部分に向けてイオンが移動することを効果的に抑制することができる。従って、作動信頼性をより一層向上させることができる。 In this case, since the welded portion in which the first negative electrode body and the separator are welded to each other functions as the negative electrode positioning portion, the positioning of the first negative electrode body with respect to the separator can be reliably performed, and the positive electrode and the positive electrode are used during winding. It is possible to effectively suppress the occurrence of winding misalignment with the negative electrode. Further, it is possible to partially melt the separator by welding the welded portion and surely close the ion permeation pores. Therefore, it is possible to effectively suppress the movement of ions from the positive electrode connection piece through the separator toward the outer end portion of the first negative electrode body, that is, the portion where the negative electrode current collector is exposed during charging / discharging. Therefore, the operation reliability can be further improved.
(6)前記負極位置決め部は、前記セパレータの一部を予め部分的に二重に溶着したセパレータ溶着部とされていると共に、該溶着によって前記セパレータに形成されたイオン透過孔を塞ぎ、前記第1負極本体は、前記セパレータ溶着部に対する前記外端部の接触によって、前記セパレータに対して位置決めされても良い。 (6) The negative electrode positioning portion is a separator welding portion in which a part of the separator is partially double welded in advance, and at the same time, the ion permeation hole formed in the separator by the welding is closed to form the first. 1 The negative electrode body may be positioned with respect to the separator by contact of the outer end portion with the separator welded portion.
この場合には、セパレータの一部を予め部分的に二重に溶着したセパレータ溶着部を負極位置決め部として機能させることができ、電極体の捲回時に、このセパレータ溶着部に対して外端部を接触させることで、セパレータに対して第1負極本体を位置決めすることができる。従って、捲回時に正極電極と負極電極との間に巻きずれが生じることを抑制することができる。さらに、セパレータ溶着部の溶着によってセパレータを部分的に溶かしてイオン透過孔を確実に塞ぐことが可能である。従って、充放電時に、セパレータを通じて正極接続片から第1負極本体における外端部、すなわち負極集電体が露出した部分に向けてイオンが移動することを効果的に抑制することができる。従って、作動信頼性をより一層向上させることができる。 In this case, the separator welded portion in which a part of the separator is partially double welded in advance can function as the negative electrode positioning portion, and the outer end portion with respect to the separator welded portion when the electrode body is wound. The first negative electrode body can be positioned with respect to the separator. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of unwinding between the positive electrode and the negative electrode during winding. Further, it is possible to partially melt the separator by welding the separator welding portion to surely close the ion permeation pores. Therefore, it is possible to effectively suppress the movement of ions from the positive electrode connection piece through the separator toward the outer end portion of the first negative electrode body, that is, the portion where the negative electrode current collector is exposed during charging / discharging. Therefore, the operation reliability can be further improved.
(7)前記負極位置決め部は、前記セパレータの一部を予め空巻きした空巻部とされていると共に、前記第1負極本体は、前記空巻部に対する前記外端部の接触によって、前記セパレータに対して位置決めされても良い。 (7) The negative electrode positioning portion is a blank winding portion in which a part of the separator is preliminarily wound, and the first negative electrode main body is the separator due to contact of the outer end portion with the blank winding portion. It may be positioned with respect to.
この場合には、セパレータの一部を予め空巻した空巻部を負極位置決め部として機能させることができ、電極体の捲回時に、この空巻部に対して外端部を接触させることで、セパレータに対して第1負極本体を位置決めすることができる。従って、捲回時に正極電極及び負極電極との間に巻きずれが生じることを抑制することができる。さらに、空巻きした分だけイオンを通過し難くすることができるので、充放電時に、セパレータを通じて正極接続片から第1負極本体における外端部、すなわち負極集電体が露出した部分に向けてイオンが移動することを効果的に抑制することができる。従って、作動信頼性をより一層向上させることができる。 In this case, the idle winding portion in which a part of the separator is wound in advance can function as the negative electrode positioning portion, and when the electrode body is wound, the outer end portion is brought into contact with the empty winding portion. , The first negative electrode body can be positioned with respect to the separator. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of unwinding between the positive electrode and the negative electrode during winding. Further, since it is possible to make it difficult for ions to pass by the amount of idle winding, ions are emitted from the positive electrode connection piece through the separator toward the outer end portion of the first negative electrode body, that is, the portion where the negative electrode current collector is exposed during charging and discharging. Can be effectively suppressed from moving. Therefore, the operation reliability can be further improved.
(8)前記位置決め部は、前記正極電極と前記セパレータとの間に設けられ、前記セパレータに対して、複数の前記正極本体のうち捲回始め側に位置する第1正極本体を位置決めさせる正極位置決め部を備えても良い。 (8) The positioning portion is provided between the positive electrode and the separator, and positions the first positive electrode body located on the winding start side of the plurality of positive electrode bodies with respect to the separator. A part may be provided.
この場合には、正極位置決め部を利用して、セパレータに対する第1正極本体の位置決めを行うことができるので、捲回時に、正極電極の捲回始め側に位置する第1正極本体と、負極電極の捲回始め側に位置する第1負極電極とをセパレータを挟んで精度良く位置合わせることができる。従って、捲回途中にセパレータを挟んで正極電極と負極電極との間に巻きずれが生じてしまうことをより一層効果的に抑制することができる。 In this case, since the positive electrode positioning portion can be used to position the first positive electrode body with respect to the separator, the first positive electrode body located on the winding start side of the positive electrode during winding and the negative electrode electrode. The first negative electrode located on the winding start side of the above can be accurately aligned with the separator sandwiched between them. Therefore, it is possible to more effectively suppress the occurrence of winding misalignment between the positive electrode and the negative electrode by sandwiching the separator during winding.
(9)前記外装体は、金属層及び該金属層の両面を被覆する樹脂層を有するラミネートフィルムで形成されても良い。 (9) The exterior body may be formed of a metal layer and a laminated film having a resin layer covering both sides of the metal layer.
この場合には、金属層及び樹脂層を有するラミネートフィルムで外装体を形成しているので、形状自由度に優れた、いわゆるラミネートタイプの電気化学セルとすることができ、各種の用途に利用し易い。さらに、高い封止性で電極体を封止し易く、外部からの塵や水分等の侵入を防ぎ、電池内部の内容物の浸出を長期に亘って抑制し易く、作動信頼性がさらに向上した電気化学セルとすることができる。 In this case, since the exterior body is formed of a laminated film having a metal layer and a resin layer, it can be a so-called laminated type electrochemical cell having an excellent degree of freedom in shape, and can be used for various purposes. easy. Furthermore, it is easy to seal the electrode body with high sealing performance, it is easy to prevent the intrusion of dust and moisture from the outside, it is easy to suppress the leaching of the contents inside the battery for a long period of time, and the operation reliability is further improved. It can be an electrochemical cell.
(10)前記外装体の内部に収容され、電池軸方向に沿って配置された支柱部を備え、前記電極体は、前記支柱部に巻き付けられることで、前記セパレータを挟んで前記正極電極及び前記負極電極が重ね合わされた状態で前記支柱部の中心軸線回りに捲回され、前記位置決め部は、前記支柱部と前記セパレータとを固着する固着部を備え、前記正極電極及び前記負極電極は、前記固着部を基準として前記支柱部に位置決めされることで、前記セパレータに対する相対位置が位置決めされても良い。 (10) A strut portion housed inside the exterior body and arranged along the battery axis direction is provided, and the electrode body is wound around the strut portion to sandwich the separator and the positive electrode and the positive electrode. The negative electrode electrodes are wound around the central axis of the support column in a state of being overlapped with each other, the positioning portion includes a fixing portion for fixing the support column portion and the separator, and the positive electrode and the negative electrode are the same. The relative position with respect to the separator may be positioned by being positioned on the support column portion with reference to the fixing portion.
この場合には、電極体は支柱部に巻き付けられることで、セパレータを挟んで正極電極及び負極電極が重ね合わされた状態で支柱部の中心軸線回りに捲回された捲回電極とされている。特に、支柱部を利用して電極体を捲回する際に、固着部を利用して支柱部とセパレータとを固着することができ、支柱部に対してセパレータを位置決めすることができる。従って、捲回時、正極電極及び負極電極を、固着部を基準として支柱部に位置決めさせることで、セパレータに対する相対位置を位置決めすることができる。従って、セパレータを挟んで正極電極と負極電極との相対位置関係がずれてしまう、いわゆる巻きずれが生じてしまうことを抑制することができる。これにより、正極電極及び負極電極を、セパレータを挟んで精度良く重ね合わせた電極体とすることができ、作動信頼性が向上した電気化学セルとすることができる。
さらに、電極体を捲回するときの巻き芯を支柱部として利用できるので、捲回によって電極体を形成した後、支柱部ごと電極体を外装体の内部に収容することができる。そのため、組立作業を効率良く行うことができ、生産性の向上化に繋げることができる。
In this case, the electrode body is wound around the strut portion to be a wound electrode wound around the central axis of the strut portion in a state where the positive electrode and the negative electrode are overlapped with each other sandwiching the separator. In particular, when the electrode body is wound by using the strut portion, the strut portion and the separator can be fixed by using the fixing portion, and the separator can be positioned with respect to the strut portion. Therefore, at the time of winding, the positive electrode and the negative electrode are positioned on the support column with the fixed portion as a reference, so that the relative positions with respect to the separator can be positioned. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of so-called winding misalignment, in which the relative positional relationship between the positive electrode and the negative electrode is displaced across the separator. As a result, the positive electrode and the negative electrode can be formed into an electrode body in which the positive electrode and the negative electrode are accurately superposed with the separator interposed therebetween, and an electrochemical cell having improved operational reliability can be obtained.
Further, since the winding core for winding the electrode body can be used as the strut portion, the electrode body can be housed inside the exterior body together with the strut portion after the electrode body is formed by winding. Therefore, the assembly work can be performed efficiently, which can lead to the improvement of productivity.
(11)前記外装体は、底壁部及び周壁部を有し、有底筒状に形成された金属製の容器体と、前記容器体の開口部を閉塞するように前記容器体に溶接接合され、前記容器体との間に前記電極体を収容する金属製の封口板と、を備え、前記封口板又は前記底壁部には、少なくとも一部分が外部に露出した集電板が絶縁性のシール材を介して溶着され、前記支柱部は、第1端部が前記集電板に接し、且つ第2端部が前記封口板又は前記底壁部に接することで、前記封口板を支持し、前記正極電極及び前記負極電極のうちの一方の電極は前記集電板に導通し、他方の電極は前記容器体に導通しても良い。 (11) The exterior body has a bottom wall portion and a peripheral wall portion, and is welded to the metal container body formed in a bottomed tubular shape and the container body so as to close the opening of the container body. A metal sealing plate for accommodating the electrode body is provided between the container body and the container body, and a current collecting plate whose at least a part is exposed to the outside is insulating on the sealing plate or the bottom wall portion. Welded via a sealing material, the support column supports the sealing plate by having a first end contacting the current collecting plate and a second end contacting the sealing plate or the bottom wall portion. One of the positive electrode and the negative electrode may be conductive to the current collector plate, and the other electrode may be conductive to the container body.
この場合には、金属製の容器体及び封口板で外装体を形成しているので、いわゆる金属缶タイプの電気化学セルとすることができる。
特に、支柱部が封口板と底壁部との間に電池軸方向に挟み込まれるように配置され、第1端部が集電板に対して直接的又は間接的に接触し、且つ第2端部が封口板又は容器体の底壁部に対して直接的又は間接的に接触している。
これにより、例えば支柱部の第1端部が、封口板に対してシール材を介して溶着された集電板に接触し、且つ支柱部の第2端部が容器体の底壁部に接触している場合には、支柱部を利用して封口板を支持することができる。これとは異なり、例えば支柱部の第1端部が、底壁部に対してシール材を介して溶着された集電板に接触し、且つ支柱部の第2端部が封口板に接触している場合であっても、支柱部を利用して封口板を支持することができる。
いずれにしても、支柱部を利用して封口板を支持することができる。
In this case, since the exterior body is formed of a metal container body and a sealing plate, it can be a so-called metal can type electrochemical cell.
In particular, the strut portion is arranged so as to be sandwiched between the sealing plate and the bottom wall portion in the battery axis direction, the first end portion directly or indirectly contacts the current collector plate, and the second end portion is used. The portion is in direct or indirect contact with the sealing plate or the bottom wall portion of the container body.
As a result, for example, the first end portion of the strut portion contacts the current collector plate welded to the sealing plate via the sealing material, and the second end portion of the strut portion contacts the bottom wall portion of the container body. If this is the case, the stanchion can be used to support the sealing plate. Unlike this, for example, the first end of the strut is in contact with the current collector plate welded to the bottom wall via the sealing material, and the second end of the strut is in contact with the sealing plate. Even if it is, the sealing plate can be supported by using the support column portion.
In any case, the sealing plate can be supported by using the support column portion.
従って、封口板を含む外装体の全体を薄肉に形成したとしても、容器体と封口板との溶接接合の前段階で、封口板が撓んでしまう等の意図しない変形を抑制することができる。従って、容器体に対する封口板の位置ずれ等を抑制した状態で溶接作業を行うことができ、作業効率を向上させて、生産性の向上化に繋げることができる。さらに、容器体と封口板とを精度良く適切に溶接することができ、確実な封止性を得ることができる。従って、作動信頼性が高く高品質な電気化学セルとすることができる。なお、正極電極及び負極電極のうちの一方の電極が集電板に導通し、他方の電極が容器体に導通しているので、集電板及び容器体を外部接続端子として利用することができる。 Therefore, even if the entire exterior body including the sealing plate is formed to be thin, it is possible to suppress unintended deformation such as bending of the sealing plate before the welding joint between the container body and the sealing plate. Therefore, the welding work can be performed in a state where the misalignment of the sealing plate with respect to the container body is suppressed, the work efficiency can be improved, and the productivity can be improved. Further, the container body and the sealing plate can be welded accurately and appropriately, and a reliable sealing property can be obtained. Therefore, it is possible to obtain a high-quality electrochemical cell with high operation reliability. Since one of the positive electrode and the negative electrode conducts to the current collector plate and the other electrode conducts to the container body, the current collector plate and the container body can be used as an external connection terminal. ..
(12)本発明に係る電気化学セルの製造方法は、セパレータを挟んで互いに重ね合わされた正極電極及び負極電極を有し、扁平に捲回されることで前記セパレータを挟んで前記正極電極及び前記負極電極が交互に積層された電極体と、前記電極体を内部に収容する外装体と、を備え、前記正極電極が、前記電極体の積層方向に沿って配置された複数の正極本体と、複数の前記正極本体同士を接続する複数の正極接続片と、を備え、前記負極電極が、前記電極体の積層方向に沿って配置された複数の負極本体と、複数の前記負極本体同士を接続する複数の負極接続片と、を備える電気化学セルの製造方法であって、前記正極接続片及び前記負極接続片を折り返すように捲回することで、前記セパレータを挟んで前記正極本体と前記負極本体とが前記積層方向に交互に対向し合った状態で配置されるように前記電極体を形成する電極体形成工程を備え、前記電極体形成工程時、複数の前記負極本体のうち捲回始め側に位置する第1負極本体と、前記セパレータとの間に負極位置決め部を設けることで、前記セパレータに対して前記第1負極本体を位置決めさせる位置決め工程を行い、前記位置決め工程時、前記第1負極本体のうち、前記セパレータを挟んで前記正極接続片に対して対向する外端部と、前記セパレータとの間に少なくとも位置するように前記負極位置決め部を設け、前記負極位置決め部は、前記セパレータを通じて前記正極接続片から前記外端部に向けて移動するイオンのイオン導電性を、前記セパレータを通じて前記正極本体と前記負極本体との間を移動するイオンのイオン導電性よりも低下させることを特徴とする。 (12) The method for manufacturing an electrochemical cell according to the present invention has a positive electrode and a negative electrode which are overlapped with each other with a separator interposed therebetween, and is wound flat so as to sandwich the separator and the positive electrode and the negative electrode. A plurality of positive electrode bodies in which negative electrode bodies are alternately laminated and an exterior body that houses the electrode bodies are provided, and the positive electrode bodies are arranged along the stacking direction of the electrode bodies. A plurality of positive electrode connecting pieces for connecting a plurality of the positive electrode bodies are provided, and the negative electrode electrodes connect the plurality of negative electrode bodies arranged along the stacking direction of the electrode bodies and the plurality of the negative electrode bodies to each other. It is a method of manufacturing an electrochemical cell including a plurality of negative electrode connection pieces, and by winding the positive electrode connection piece and the negative electrode connection piece so as to be folded back, the positive electrode main body and the negative electrode are sandwiched between the separators. The electrode body forming step of forming the electrode body is provided so that the main body is arranged in a state of alternately facing each other in the stacking direction, and during the electrode body forming step, winding of a plurality of the negative electrode bodies is started. By providing a negative electrode positioning portion between the first negative electrode body located on the side and the separator, a positioning step of positioning the first negative electrode body with respect to the separator is performed, and during the positioning step, the first In the negative electrode body, the negative electrode positioning portion is provided so as to be at least located between the outer end portion facing the positive electrode connection piece with the separator sandwiched between the separator and the negative electrode positioning portion, and the negative electrode positioning portion is the separator. It is characterized in that the ion conductivity of ions moving from the positive electrode connection piece to the outer end portion through the separator is lower than the ion conductivity of ions moving between the positive electrode body and the negative electrode body through the separator. And.
本発明に係る電気化学セルの製造方法によれば、負極位置決め部を利用して、セパレータに対する第1負極本体の位置決めを行うことができるので、電極体の形成時に、セパレータを挟んで正極電極と負極電極との相対位置関係がずれてしまう、いわゆる巻きずれが生じてしまうことを抑制することができる。従って、複数の正極本体と複数の負極本体とを、セパレータを挟んで精度良く対向配置させながら積層方向に交互に積層した電極体とすることができ、作動信頼性が向上した電気化学セルを製造することができる。
また負極位置決め部を、第1負極本体の外端部とセパレータとの間に少なくとも位置するように配置しているので、上記外端部において外部に露出する負極集電体を保護することができる。しかも負極位置決め部は、充放電時に、セパレータを通じて正極本体と負極本体との間を移動するイオンのイオン導電性よりも、セパレータを通じて正極接続片から外端部に向けて移動するイオンのイオン導電性を低下させる役割を果たしている。従って、充放電時に、負極集電体が露出した部分にイオンが移動することを抑制することができ、負極集電体に例えばイオンが針状に析出する等の不都合を生じさせ難くすることができる。
According to the method for manufacturing an electrochemical cell according to the present invention, the negative electrode positioning portion can be used to position the first negative electrode body with respect to the separator. Therefore, when the electrode body is formed, the separator is sandwiched between the positive electrode and the positive electrode. It is possible to suppress the occurrence of so-called winding misalignment, in which the relative positional relationship with the negative electrode is displaced. Therefore, it is possible to form an electrode body in which a plurality of positive electrode bodies and a plurality of negative electrode bodies are alternately laminated in the stacking direction while accurately facing each other with a separator sandwiched between them, and an electrochemical cell with improved operation reliability can be manufactured. can do.
Further, since the negative electrode positioning portion is arranged so as to be located at least between the outer end portion of the first negative electrode body and the separator, it is possible to protect the negative electrode current collector exposed to the outside at the outer end portion. .. Moreover, the negative electrode positioning portion is not the ion conductivity of the ions moving between the positive electrode body and the negative electrode body through the separator during charging / discharging, but the ion conductivity of the ions moving from the positive electrode connection piece to the outer end portion through the separator. Plays a role in lowering. Therefore, it is possible to suppress the movement of ions to the exposed portion of the negative electrode current collector during charging and discharging, and it is difficult to cause inconveniences such as needle-like precipitation of ions on the negative electrode current collector. can.
(13)前記負極位置決め部として、絶縁性の接着部材を利用し、前記位置決め工程時、前記接着部材を、前記第1負極本体の前記外端部、或いは前記第1負極本体の前記外端部に対向する前記セパレータの面上に塗布した後、塗布した前記接着部材の少なくとも一部を固化或いは湿潤状態としてから、前記第1負極本体の前記外端部と前記セパレータとを互いに接着させることで位置決めを行っても良い。 (13) An insulating adhesive member is used as the negative electrode positioning portion, and during the positioning step, the adhesive member is used as the outer end portion of the first negative electrode body or the outer end portion of the first negative electrode body. After coating on the surface of the separator facing the surface of the separator, at least a part of the coated adhesive member is solidified or moistened, and then the outer end portion of the first negative electrode body and the separator are bonded to each other. Positioning may be performed.
この場合には、負極位置決め部として絶縁性の接着部材を利用していることに加えて、塗布後の接着部材の少なくとも一部を固化或いは適度な湿潤状態に処理している。これにより、第1負極本体とセパレータとを接触させる際に、第1負極本体とセパレータとの滑りを効果的に低減することができる。従って、上述の作用効果に加えて、セパレータを挟んで互いに重ね合わされた正極電極及び負極電極を捲回して電極体を形成する際の巻きずれを効果的に抑制することができ、作動信頼性が向上した電気化学セルをより効率的に製造することができる。 In this case, in addition to using an insulating adhesive member as the negative electrode positioning portion, at least a part of the adhesive member after coating is solidified or treated in an appropriate wet state. Thereby, when the first negative electrode main body and the separator are brought into contact with each other, the slip between the first negative electrode main body and the separator can be effectively reduced. Therefore, in addition to the above-mentioned action and effect, it is possible to effectively suppress unwinding when forming the electrode body by winding the positive electrode and the negative electrode which are overlapped with each other across the separator, and the operation reliability is improved. The improved electrochemical cell can be manufactured more efficiently.
本発明によれば、セパレータを挟んで正極電極及び負極電極を適切な相対位置関係に維持した状態で捲回することが可能であり、作動信頼性が向上した電極体を具備する電気化学セルとすることができる。 According to the present invention, it is possible to rotate the positive electrode and the negative electrode in a state where the positive electrode and the negative electrode are maintained in an appropriate relative positional relationship by sandwiching the separator, and the electrochemical cell is provided with an electrode body having improved operation reliability. can do.
(第1実施形態)
以下、本発明に係る電気化学セルの第1実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、電気化学セルとして、非水電解質二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池(以下、単に二次電池という。)を例に挙げて説明する。さらに、本実施形態では、外装体をラミネートフィルムで形成した、いわゆるラミネートタイプの二次電池を例に挙げて説明する。
(First Embodiment)
Hereinafter, the first embodiment of the electrochemical cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, as the electrochemical cell, a lithium ion secondary battery (hereinafter, simply referred to as a secondary battery), which is a kind of non-aqueous electrolyte secondary battery, will be described as an example. Further, in the present embodiment, a so-called laminated type secondary battery in which the exterior body is formed of a laminated film will be described as an example.
図1及び図2に示すように、本実施形態の二次電池1は、いわゆるコイン型(ボタン型)の電池とされ、積層方向Zに互いに積層された複数の電極、すなわち正極電極10及び負極電極20を有する電極体2と、電極体2を内部に収容する外装体3と、を主に備えている。なお、各図面では、電極体2を適宜簡略化して図示している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the secondary battery 1 of the present embodiment is a so-called coin-type (button-type) battery, and a plurality of electrodes laminated to each other in the stacking direction Z, that is, a
図3及び図4に示すように、電極体2は、正極電極10、負極電極20及びセパレータ30を備えている。電極体2は、セパレータ30を挟んで正極電極10及び負極電極20を重ね合わせた状態で扁平に捲回された、捲回構造方式の積層型電極とされている。これにより、正極電極10及び負極電極20は、セパレータ30を挟んで積層方向Zに交互に積層された状態で配置されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
電極体2は、平面視で外形が円形状となるように形成されている。ただし、電極体2の外形形状は、この場合に限定されるものではなく、その他の形状、例えば楕円状、長円形状或いは菱形状等であっても良く、適宜変更して構わない。
なお、電極体2の構造については、後に詳細に説明する。
The
The structure of the
本実施形態では、積層方向Zが上下方向となるように、すなわち正極電極10及び負極電極20が上下方向に積層されている場合を例に挙げて説明する。さらに、電極体2の中心を通り積層方向Zに沿って延びる軸線を電池軸O1といい、電池軸O1方向から見た平面視で、電池軸O1に交差する方向を径方向、電池軸O1回りに周回する方向を周方向という。
In the present embodiment, a case where the
(外装体)
図1、図2及び図5に示すように、外装体3は、ラミネートフィルムによって形成されている。
外装体3は、電極体2を間に挟んで積層方向Zに重ね合わされた第1ラミネート部材40及び第2ラミネート部材50を備えている。これにより、外装体3は、第1ラミネート部材40と第2ラミネート部材50との間に電極体2を密封した状態で収容している。なお、第1ラミネート部材40と第2ラミネート部材50との間には、図示しない電解質溶液(電解液)が充填されている。
(Exterior body)
As shown in FIGS. 1, 2 and 5, the
The
第1ラミネート部材40は、電極体2を上方から覆う部材であって、金属層41と、金属層41の両面を被覆する内側樹脂層42及び外側樹脂層43と、を有している。内側樹脂層42及び外側樹脂層43は、図示しない接合層を介して金属層41の両面に対して、例えば熱融着或いは接着等によってそれぞれ密に接合されている。なお、図5を除く各図面では、金属層41、内側樹脂層42及び外側樹脂層43の図示を省略している。
The first
金属層41は、外気や水蒸気の遮断に好適な金属材料、例えばステンレス、アルミニウム等によって形成されている。
内側樹脂層42は、外装体3における内層として機能するものであって、例えばポリオレフィンのポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂を用いて形成される。ポリオレフィンとしては、例えば高圧法低密度ポリエチレン(LDPE)や低圧法高密度ポリエチレン(HDPE)、インフレーションポリプロピレン(IPP)フィルム、無延伸ポリプロピレン(CPP)フィルム、二軸延伸ポリプロピレン(OPP)フィルム、直鎖状短鎖分岐ポリエチレン(L−LDPE、メタロセン触媒仕様)の何れかの材質を用いることができる。特に、ポロプロピレン樹脂が好ましい。
外側樹脂層43は、外装体3における外層として機能するものであって、例えば上述のポリオレフィンや、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ナイロン等を用いて形成される。
The
The
The
第1ラミネート部材40は、有頂筒状の収容部45及び第1封止筒部46を備え、電池軸O1と同軸上に配設されている。収容部45は、電極体2を径方向の外側から囲む筒状の周壁部47、及び周壁部47の上端開口部を塞ぐと共に電極体2を上方から覆う頂壁部48を備えている。
第1封止筒部46は、周壁部47を径方向の外側から囲む筒状に形成されている。なお、第1封止筒部46の下端部は、周壁部47の下端部に一体に連なるように形成されている。つまり、第1封止筒部46は、周壁部47を上方に向けて折り返すことで形成されている。
The
The first
第2ラミネート部材50は、電極体2を下方から覆う部材であって、金属層51と、金属層51の両面を被複する内側樹脂層52及び外側樹脂層53と、を有している。内側樹脂層52及び外側樹脂層53は、図示しない接合層を介して金属層51の両面に対して、例えば熱融着或いは接着等によってそれぞれ密に接合されている。
なお、金属層51、内側樹脂層52及び外側樹脂層53の材質等は、第1ラミネート部材40における金属層41、内側樹脂層42及び外側樹脂層43と同様である。また、図5を除く各図面では、金属層51、内側樹脂層52及び外側樹脂層53の図示を省略している。
The second
The materials of the
第2ラミネート部材50は、第1封止筒部46を径方向の外側からさらに囲む筒状の第2封止筒部56と、第2封止筒部56の下端開口部を塞ぐと共に、電極体2を下方から覆う底壁部57と、を備えた有底筒状に形成され、電池軸O1と同軸上に配設されている。
The second
上述のように構成された第1ラミネート部材40及び第2ラミネート部材50は、第1封止筒部46及び第2封止筒部56同士が互いに熱溶着されることで、電極体2及び電解質溶液を内部に密封した状態で組み合わされている。具体的には、第1封止筒部46における内側樹脂層42及び第2封止筒部56における内側樹脂層52同士が互いに熱溶着されている。
In the first
さらに本実施形態の二次電池1は、図2に示すように、第1電極板60及び第2電極板61と、第1電極端子板62及び第2電極端子板63と、第1シーラントフィルム64及び第2シーラントフィルム65と、を備えている。
これら第1電極板60、第2電極板61、第1電極端子板62、第2電極端子板63、第1シーラントフィルム64及び第2シーラントフィルム65は、外装体3の内部に電極体2と共に収容されている。
Further, as shown in FIG. 2, the secondary battery 1 of the present embodiment includes a
The
第1電極板60、第1電極端子板62及び第1シーラントフィルム64は、電極体2と第1ラミネート部材40における頂壁部48との間に配設されている。第2電極板61、第2電極端子板63及び第2シーラントフィルム65は、電極体2と第2ラミネート部材50における底壁部57との間に配設されている。
The
第1電極板60は、例えば平面視円形状に形成され、電極体2における正極電極10に電気的に接続されている。第1電極板60は、例えばアルミニウム或いはステンレス等の金属材料によって電極体2よりも小さい直径で形成され、電池軸O1と同軸上に配置されている。
第1電極板60の下面には、正極電極10における後述する正極端子タブ15が例えば超音波溶接等により接合されている。これにより、第1電極板60は正極電極10に電気的に接続されている。
The
A positive
第1電極端子板62は、例えばニッケル等の金属材料によって第1電極板60よりも小さい直径の平面視円形状に形成され、第1電極板60のうち第1ラミネート部材40側を向いた上面に重なって配置されている。そして第1電極端子板62は、第1電極板60の上面に例えば超音波溶接や抵抗溶接等によって一体に接合されている。
これにより、第1電極板60と第1電極端子板62とが電気的に接続している。また、第1電極端子板62は、表面にニッケルが形成された銅等の金属材料であっても良い。この場合には、例えばニッケルメッキ等を施すことで第1電極端子板62を作製することができる。さらには、ニッケルメッキや溶射等により第1電極板60上に部分的に第1電極端子板62を形成しても構わない。
なお、第1電極端子板62は、正極電極10の外部接続端子として機能する。
The first
As a result, the
The first
第1ラミネート部材40の頂壁部48には、第1電極端子板62を外部に露出させる第1貫通孔48aが形成されている。第1貫通孔48aは、頂壁部48における中央部を上下に貫通するように平面視円形状に形成され、電池軸O1と同軸上に形成されている。
The
第1シーラントフィルム64は、第1電極端子板62を径方向外側から囲む環状に形成され、第1電極端子板62を囲んだ状態で第1電極端子板62と第1ラミネート部材40の頂壁部48との間に電池軸O1と同軸上に配置されている。
第1シーラントフィルム64は、第1ラミネート部材40における頂壁部48の内側樹脂層42及び第1電極板60の上面に対してそれぞれ熱溶着されている。これにより、第1電極板60は、第1シーラントフィルム64を介して第1ラミネート部材40の頂壁部48に対して熱溶着されている。
The
The
なお、第1シーラントフィルム64は、例えばポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンや、複数種類のポリオレフィンのコポリマー等からなる熱可塑性樹脂からなり、ポリプロピレン製の不織布等が内包されている。また、これらの熱可塑性樹脂と不織布とが複合化した材料を用いて第1シーラントフィルム64を形成することも可能である。
The
上述のように第1電極板60、第1電極端子板62及び第1シーラントフィルム64が形成されているので、第1電極端子板62は第1貫通孔48aを通じて全面が上方に露出している。
Since the
第2電極板61、第2電極端子板63及び第2シーラントフィルム65は、上述した第1電極板60、第1電極端子板62及び第1シーラントフィルム64と同様に形成、及び同様に配置されている。
The
第2電極板61は、平面視円形状に形成され、電極体2における負極電極20に電気的に接続されている。第2電極板61は、例えば銅等の金属材料によって電極体2よりも小さい直径で形成され、電池軸O1と同軸上に配置されている。第2電極板61の上面には、負極電極20における後述する負極端子タブ25が例えば超音波溶接等により接合されている。これにより、第2電極板61は負極電極20に電気的に接続されている。
The
第2電極端子板63は、例えばニッケル等の金属材料によって第2電極板61よりも小さい直径の平面視円形状に形成され、第2電極板61のうち第2ラミネート部材50側を向いた下面上に配置されている。そして第2電極端子板63は、第2電極板61の下面に例えば超音波溶接や抵抗溶接等によって一体に接合されている。
これにより、第2電極板61と第2電極端子板63とが電気的に接続している。また、第2電極端子板63は、表面にニッケルが形成された銅等の金属材料であっても良い。この場合には、例えばニッケルメッキ等を施すことで第2電極端子板63を作製することができる。さらには、ニッケルメッキや溶射等により第2電極板61上に部分的に第2電極端子板63を形成しても構わない。
なお、第2電極端子板63は、負極の外部接続端子として機能する。
The second
As a result, the
The second
第2ラミネート部材50の底壁部57には、第2電極端子板63を外部に露出させる第2貫通孔57aが形成されている。第2貫通孔57aは、底壁部57における中央部を上下に貫通するように平面視円形状に形成され、電池軸O1と同軸上に形成されている。
A second through
第2シーラントフィルム65は、第2電極端子板63を径方向外側から囲む環状に形成され、第2電極端子板63を囲んだ状態で第2電極端子板63と第2ラミネート部材50の底壁部57との間に電池軸O1と同軸上に配置されている。
第2シーラントフィルム65は、第2ラミネート部材50における底壁部57の内側樹脂層52及び第2電極板61の下面に対してそれぞれ熱溶着されている。これにより、第2電極板61は、第2シーラントフィルム65を介して第2ラミネート部材50の底壁部57に対して熱溶着されている。
The
The
なお、第2シーラントフィルム65は、第1シーラントフィルム64と同様に、例えばポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンや、複数種類のポリオレフィンのコポリマー等からなる熱可塑性樹脂からなり、ポリプロピレン製の不織布等が内包されている。また、これらの熱可塑性樹脂と不織布とが複合化した材料を用いて第2シーラントフィルム65を形成することも可能である。
Similar to the
上述のように第2電極板61、第2電極端子板63及び第2シーラントフィルム65が形成されているので、第2電極端子板63は第2貫通孔57aを通じて全面が下方に露出している。
Since the
(電極体)
電極体2について詳細に説明する。
図3、図4及び図6に示すように、電極体2は、セパレータ30を介して正極電極10と負極電極20とを重ね合わせた状態で扁平に捲回されることで形成されている。よって、正極電極10及び負極電極20は、セパレータ30と共に捲回軸線O2を中心として捲回されている。
なお、電極体2は、図3に示すように、電池軸O1に対して交差する捲回軸線O2を中心として捲回され、この状態を維持したまま外装体3の内部に収容される。
(Electrode body)
The
As shown in FIGS. 3, 4 and 6, the
As shown in FIG. 3, the
図7に示すように、正極電極10は、捲回前における展開した状態において第1方向L1に沿って延びる帯状に形成された正極集電体11(正極集電箔)と、正極集電体11の両面に塗工等によって形成された正極活物質層12(図6参照)と、を備えた1枚のシート状に形成されている。
なお、図7では正極活物質層12の図示を省略している。
As shown in FIG. 7, the
Note that FIG. 7 omits the illustration of the positive electrode
正極集電体11は、例えばアルミニウム、ステンレス等の金属材料で厚みの薄いシート状に形成されている。正極活物質層12は、正極集電体11の両面のうち後述する正極端子タブ15を除いた部分に形成されている。この正極活物質層12は、正極活物質、導電助剤、結着剤及び増粘剤等を含んでいる。
正極活物質としては、例えばコバルト酸リチウム(LCO)、ニッケル−マンガン−コバルト酸リチウム(NMC)等を用いることができる。
The positive electrode
As the positive electrode active material, for example, lithium cobalt oxide (LCO), nickel-manganese-lithium cobalt oxide (NMC), or the like can be used.
導電助剤としては、例えば、カーボンブラック類、炭素材料、金属繊維及び金属微粉等が挙げられる。結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の樹脂材料が挙げられる。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の樹脂材料が挙げられる。 Examples of the conductive auxiliary agent include carbon blacks, carbon materials, metal fibers, metal fine powder and the like. Examples of the binder include resin materials such as polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene-butadiene rubber (SBR) and polytetrafluoroethylene (PTFE). Examples of the thickener include resin materials such as carboxymethyl cellulose (CMC).
正極電極10は、複数の正極本体13及び複数の正極接続片14を備えている。
正極本体13は、正極電極10の展開状態において、円板状に形成され、第1方向L1に一列に並ぶように間隔をあけて配置されている。図示の例では、正極本体13の数は10個とされている。ただし、正極本体13の数は、10個に限定されるものではなく、適宜変更して構わない。
正極本体13は、後述する負極本体23に対して、セパレータ30を介して積層方向Zに対向するように重ね合わされる部分とされている。
The
The positive electrode
The positive electrode
正極接続片14は、正極電極10の展開状態において、第1方向L1に隣接する正極本体13の間に配置され、隣接する正極本体13同士を接続している。従って、図示の例では、正極接続片14の数は9個とされている。
正極接続片14は、捲回によって電極体2の側部において折り返される部分とされている。また、正極接続片14は、平面視で第1方向L1に直交する第2方向L2に沿った幅が、正極本体13の第2方向L2に沿った幅よりも短く形成されている。
特に、各正極接続片14における第1方向L1に沿った寸法は、捲回状態における電極体2において外周側に配置される正極接続片14ほど大きくなっている。これにより、展開状態で第1方向L1に隣り合う正極本体13同士の間隔は、捲回状態で外周側に位置するほど大きくなっている。
The positive
The positive
In particular, the dimension of each positive
複数の正極本体13のうち、捲回状態における電極体2において、最も内周側に配置される正極本体13を内周側正極本体(本発明に係る第1正極本体)13Aといい、最も外周側に配置される正極本体13を外周側正極本体13Bという。そのため、内周側正極本体13Aは、捲回始め側に位置する正極本体13に相当する。
Of the plurality of
さらに外周側正極本体13Bには、正極電極10の展開状態において、第1方向L1の外側に向けてさらに延びるように正極端子タブ15が形成されている。この正極端子タブ15は、先に述べたように、その両面に正極活物質層12が形成されておらず、第1電極板60の下面に電気的に接続されている。
なお、正極端子タブ15は、外周側正極本体13Bとの接続部分を基点として折り返された状態で第1電極板60に電気的に接続されている。
Further, the positive
The positive
図8に示すように、負極電極20は、捲回前における展開した状態において第1方向L1に沿って延びる帯状に形成された負極集電体21(負極集電箔)と、負極集電体21の両面に塗工等によって形成された負極活物質層22(図6参照)と、を備えた1枚のシート状に形成されている。
なお、図8では、負極活物質層22の図示を省略している。
As shown in FIG. 8, the
Note that FIG. 8 omits the illustration of the negative electrode
負極集電体21は、例えば銅、ニッケル及びステンレス等の金属材料で厚みの薄いシート状に形成されている。負極活物質層22は、負極集電体21の両面のうち後述する負極端子タブ25を除いた部分に形成されている。この負極活物質層22は、負極活物質、導電助剤、結着剤及び増粘剤等を含んでおり、例えば天然又は人造の黒鉛等の炭素材料で形成されている。
The negative electrode
導電助剤としては、例えば、カーボンブラック類、炭素材料、金属繊維及び金属微粉等が挙げられる。結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の樹脂材料が挙げられる。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の樹脂材料が挙げられる。 Examples of the conductive auxiliary agent include carbon blacks, carbon materials, metal fibers, metal fine powder and the like. Examples of the binder include resin materials such as polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene-butadiene rubber (SBR) and polytetrafluoroethylene (PTFE). Examples of the thickener include resin materials such as carboxymethyl cellulose (CMC).
負極電極20は、複数の負極本体23及び複数の負極接続片24を備えている。
負極本体23は、負極電極20の展開状態において、正極本体13と同様に円板状に形成され、第1方向L1に一列に並ぶように間隔をあけて配置されている。図示の例では、負極本体23の数は正極本体13の数に対応して10個とされている。ただし、負極本体23の数は10個に限定されるものではなく、正極本体13の数に対応して適宜変更して構わない。
The
The negative electrode
負極接続片24は、負極電極20の展開状態において、第1方向L1に隣接する負極本体23の間に配置され、隣接する負極本体23同士を接続している。従って、図示の例では、負極接続片24の数は9個とされている。
負極接続片24は、捲回によって電極体2の側部において折り返される部分とされている。また、負極接続片24は、平面視で第1方向L1に直交する第2方向L2に沿った幅が、負極本体23の第2方向L2に沿った幅よりも短く形成されている。
The negative
The negative
特に、各負極接続片24における第1方向L1に沿った寸法は、捲回状態における電極体2において外周側に配置される負極接続片24ほど大きくなっている。これにより、展開状態で第1方向L1に隣り合う負極本体23同士の間隔は、捲回状態で外周側に位置するほど大きくなっている。
In particular, the dimension of each negative
複数の負極本体23のうち、捲回状態における電極体2において、最も内周側に配置される負極本体23を内周側負極本体(本発明に係る第1負極本体)23Aといい、最も外周側に配置される負極本体23を外周側負極本体23Bという。そのため、内周側負極本体23Aは、捲回始め側に位置する負極本体23に相当する。
Of the plurality of
さらに外周側負極本体23Bには、負極電極20の展開状態において、第1方向L1の外側に向けてさらに延びるように負極端子タブ25が形成されている。この負極端子タブ25は、先に述べたように、その両面に負極活物質層22が形成されておらず、第2電極板61の上面に電気的に接続されている。
なお、負極端子タブ25は、外周側負極本体23Bとの接続部分を基点として折り返された状態で第2電極板61に電気的に接続されている。
Further, the negative electrode terminal
The negative
上述のように構成された負極電極20は、外形形状が先に述べた正極電極10の外形形状に対して同等の相似形状とされている。ただし、正極電極10の外形サイズは、負極電極20の外形サイズよりも僅かに小さく(一回り小さく)形成されている。
The
図4に示すセパレータ30は、例えばポリオレフィン等の樹脂製のマイクロポーラスフィルムや、ガラス製若しくは樹脂製の不織布、セルロース繊維等の繊維の積層体等により形成され、図示しないイオン透過孔を通じてリチウムイオンを通過させることが可能とされている。
セパレータ30は、正極電極10及び負極電極20の層間全体に配置され、正極電極10と負極電極20との間を絶縁している。従って、セパレータ30は少なくとも正極電極10と負極電極20とが対向する領域の全体で正極電極10と負極電極20との間に介在するように配置されている。
The
The
なお、セパレータ30は、電極体2を捲回する前の状態では、例えば正極電極10及び負極電極20よりも幅広のシート状に形成されており、捲回後に切断等の加工によって、正極電極10及び負極電極20に対応した形状に形成される。
The
上述のように構成された正極電極10及び負極電極20は、図4に示すように、セパレータ30を間に挟んで捲回されることで、互い違いに積層される。このように正極電極10及び負極電極20が積層された電極体2を形成する工程(電極体形成工程)の一例を以下に説明する。
例えば、正極端子タブ15と負極端子タブ25とが互いに逆側に配置されるように正極電極10及び負極電極20をそれぞれ第1方向L1に沿って配置すると共に、セパレータ30を挟んで内周側正極本体13Aと内周側負極本体23Aとが重なり合うように正極電極10と負極電極20とを組み合わせる。次いで、図9に示すように、互いに重ね合わせた内周側正極本体13A及び内周側負極本体23Aを起点として、正極電極10及び負極電極20を同じ方向に繰り返し捲回する。なお、図9ではセパレータ30の図示を省略している。
これにより、正極本体13と負極本体23とを交互に重ね合わせるように積層方向Zに積層することができ、図4に示す電極体2とすることができる。
As shown in FIG. 4, the
For example, the
As a result, the positive electrode
なお、正極端子タブ15及び負極端子タブ25は、正極電極10及び負極電極20を捲回することで電極体2としたときに、互いに逆向きに配置されていれば良く、上述のように捲回開始段階で必ずしも互いに逆向きに配置されている必要はない。例えば図10に示すように、正極端子タブ15と負極端子タブ25とが同方向を向いた状態で、セパレータ30を挟んで正極電極10及び負極電極20を重ね合わせた後に、捲回を開始しても構わない。なお、図10ではセパレータ30の図示を省略している。
The positive
さらには、図11に示すように、巻き芯71を有する捲回機70を利用して、正極電極10、負極電極20及びセパレータ30を捲回して電極体2を形成しても構わない。
捲回機70は、巻き芯71及び一対のタッチロール72を主に備えている。巻き芯71は、捲回軸線O2に沿って所定の幅で延びる平板状に形成され、捲回軸線O2回りに回転可能とされている。巻き芯71には、捲回軸線O2に沿ってスリット溝71aが形成されている。一対のタッチロール72は、巻き芯71を挟んで互いに反対側に配置されていると共に、捲回軸線O2に対して接近離間可能に配置されている。
Further, as shown in FIG. 11, a winding
The winding
上述のように構成された捲回機70を利用して捲回を行う場合には、はじめに巻き芯71のスリット溝71aに帯状のセパレータ用シート31を通した状態で巻き芯71を半周程度回転させる。これにより、スリット溝71aを挟んだ巻き芯71の両側にセパレータ用シート31が巻き付けられると共に、捲回軸線O2に沿う方向から見てセパレータ用シート31をZ状に配置することが可能となる。
なお、セパレータ用シート31は、後にセパレータ30として機能するシートである。
When winding using the winding
The
次いで、巻き芯71を挟んだ両側に正極電極10及び負極電極20を配置する。この際、正極電極10における内周側正極本体13Aをセパレータ用シート31に対して重ね合わせるようにセットすると共に、負極電極20における内周側負極本体23Aをセパレータ用シート31に対して重ね合わせるようにセットする。そして、この状態で巻き芯71を捲回軸線O2回りに回転させることで、正極電極10、負極電極20及びセパレータ用シート31を巻き芯71に巻き付けながら、捲回軸線O2を中心として扁平に捲回することができる。
Next, the
これにより、複数の正極本体13及び複数の負極本体23がそれぞれ巻き芯71と平行に配置され、且つ複数の正極接続片14及び複数の負極接続片24がそれぞれ巻き芯71の側縁部に沿って折り返された捲回体を得ることができる。なお、捲回中、一対のタッチロール72は、捲回体に対して常時接触することで、正極電極10、負極電極20及びセパレータ用シート31の密な捲回を可能としている。
最後に、捲回体から巻き芯71を捲回軸線O2方向に引き抜いた後、セパレータ用シート31の不要な部分を切断することで、図4に示す電極体2を形成することができる。
As a result, the plurality of positive electrode
Finally, the
ところで、本実施形態では、図6に示すように、セパレータ30に対して、正極電極10及び負極電極20のうちの少なくとも一方の捲回始めにおける相対位置を位置決めする位置決め部100を備えている。
具体的に位置決め部100は、捲回状態の電極体2において、負極電極20を構成する複数の負極本体23のうち捲回始め側に位置する内周側負極本体23Aと、セパレータ30との間に設けられ、セパレータ30に対して内周側負極本体23Aを位置決めさせる負極位置決め部を備えている。
負極位置決め部は、内周側負極本体23Aとセパレータ30とを互いに接着する絶縁性の接着層(本発明に係る接着部材)80とされている。内周側負極本体23Aとセパレータ30との間に接着層80が設けられているので、セパレータ30に対して内周側負極本体23Aを一体的に組み合わせて位置決めを行うことが可能とされている。
By the way, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, a
Specifically, in the
The negative electrode positioning portion is an insulating adhesive layer (adhesive member according to the present invention) 80 that adheres the inner peripheral side negative electrode
特に接着層80は、内周側負極本体23Aのうちセパレータ30を挟んで正極接続片14に対して対向する外端部と、セパレータ30との間に位置するように設けられている。
内周側負極本体23Aの外端部では、正極電極10及び負極電極20の捲回の関係上、負極集電体21がセパレータ30側を向いた状態で露出してしまう。この点、上述したように、内周側負極本体23Aの外端部とセパレータ30との間に接着層80が配置されているので、接着層80が外部に露出する負極集電体21をあたかも保護するように覆っている。
In particular, the
At the outer end of the inner peripheral side negative electrode
しかも接着層80は、セパレータ30の表面を被覆しているので、該セパレータ30に形成されているイオン透過孔を塞いでいる。これにより、接着層80は、二次電池1の充放電時に、セパレータ30を通じて正極接続片14から内周側負極本体23Aの外端部に向けて図6に示す矢印F1の如く移動するリチウムイオンのイオン導電性を、セパレータ30を通じて正極本体13と負極本体23との間を図6に示す矢印F2の如く移動するリチウムイオン(すなわち、充放電に本来的に寄与するリチウムイオン)のイオン導電性よりも低下させることが可能とされている。
Moreover, since the
なお、上記接着層80は、正極電極10、負極電極20及びセパレータ30を捲回する際、すなわち電極体形成工程を行う際に、例えば図12に示すように、予め内周側負極本体23Aの外端部に接着剤81を塗布しておくことで形成することで可能である。なお、図12では、セパレータ30及び負極電極20だけを図示している。これにより、セパレータ30に対して内周側負極本体23Aの外端部を位置決めさせる位置決め工程を行うことができる。
ただし、この場合に限定されるものではなく、例えば図13に示すように、セパレータ30側に予め接着剤81を塗布しておき、該接着剤81を介して内周側負極本体23Aの外端部をセパレータ30に接着させることで接着層80を形成しても構わない。
The
However, the present invention is not limited to this case, and for example, as shown in FIG. 13, an adhesive 81 is previously applied to the
なお、接着剤81としては、少なくとも絶縁性を有していれば良く、特定のものに限定されるものではないが、例えば電解質溶液(電解液)に対して膨潤性が少ない特性、金属に対して密着性に優れている特性、捲回に対して柔軟性を有する特性、ポテンシャルウインドーが広い特性、酸化や還元電位に対して安定な材料特性等を有していることが好ましい。
具体的には、接着剤81としては、ポリアクリル酸系の樹脂やポリアクリル酸のエステル系の樹脂等を好適に採用することができる。さらには、これらの樹脂の骨格の一部がスチレンで置換されたコポリマーを接着剤81として好適に利用することも可能である。より具体的には、接着剤81として、昭和電工株式会社製の「ポリゾールL300(商標登録)」を使用することが可能である。
The adhesive 81 may have at least an insulating property and is not limited to a specific one, but for example, it has a characteristic of having little swelling property with respect to an electrolyte solution (electrolyte solution) and with respect to a metal. It is preferable that the properties have excellent adhesion, flexibility against winding, wide potential window, stable material properties against oxidation and reduction potentials, and the like.
Specifically, as the adhesive 81, a polyacrylic acid-based resin, a polyacrylic acid ester-based resin, or the like can be preferably adopted. Furthermore, it is also possible to suitably use a copolymer in which a part of the skeleton of these resins is replaced with styrene as the adhesive 81. More specifically, "Polysol L300 (registered trademark)" manufactured by Showa Denko KK can be used as the adhesive 81.
なお、上述した位置決め工程時、内周側負極本体23Aの外端部に接着剤81を塗布した後、負極電極20をセパレータ30に接触配置する際に、予め該接着剤81の表面若しくは内部を固化させるか、或いは適度な湿潤状態となるよう処理をしておくことが好ましい。
接着剤81が上述の樹脂である場合、固化させる方法として例えば加熱等により溶媒を揮発させて乾燥させる方法や、熱処理や紫外線(UV)等の照射により化学的に重合させる方法を用いることができる。
In the positioning step described above, after the adhesive 81 is applied to the outer end portion of the inner peripheral side negative electrode
When the adhesive 81 is the above-mentioned resin, as a method of solidifying, for example, a method of volatilizing the solvent by heating or the like to dry it, or a method of chemically polymerizing it by heat treatment or irradiation with ultraviolet rays (UV) can be used. ..
また適度な湿潤状態とは、上述の方法により溶媒を揮発させることにより、固化させるまでには至らないが、含有する溶媒量を抑制する接着剤81とする状態をいう。このような接着層80とすることで、負極電極20をセパレータ30に接触配置する際に、負極電極20とセパレータ30との滑りを低減することができる。これにより、その後に電極体2を形成する際に、後述する巻きずれを効果的に抑制することができる。
Further, the appropriate wet state means a state in which the adhesive 81 suppresses the amount of the solvent contained, although it does not solidify by volatilizing the solvent by the above-mentioned method. By using such an
また、接着層80の材質としては、上述の接着剤81の他、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)や、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVDF−HFP)等のコポリマー、ポリイミド等の樹脂を用いることができる。
これらの材料を用いる場合には、予め溶媒で希釈しゲル化させた後、内周側負極本体23Aの外端部に塗工し、完全に乾燥させるか、或いは半乾燥させることにより固化させるか、或いは適度な湿潤状態となるように処理を施してから、その後の電極体2の形成を行えば良い。
なお、これらの材料のうち、PVDFでは溶媒としてN−メチルピロリドン(NMP)等を用いることができる。また、PVDF−HFPでは溶媒としてアセトン等を用いることができる。これらの溶媒は、セル(二次電池1)の組み立てを行うまでの間に乾燥させる。またポリイミドを用いる場合には、その前駆体であるポリアミック酸等を内周側負極本体23Aの外端部に塗工し、加熱等により重合させて用いることができる。
As the material of the
When these materials are used, they are diluted with a solvent in advance and gelled, and then coated on the outer end of the inner peripheral side
Among these materials, N-methylpyrrolidone (NMP) or the like can be used as a solvent in PVDF. Further, in PVDF-HFP, acetone or the like can be used as a solvent. These solvents are dried before assembling the cell (secondary battery 1). When polyimide is used, its precursor, polyamic acid or the like, can be applied to the outer end portion of the inner peripheral side negative electrode
(二次電池の作用)
上述のように構成された二次電池1によれば、図2に示すように、第1電極板60に電気的に接続されている第1電極端子板62が外部に露出し、第2電極板61に電気的に接続されている第2電極端子板63が外部に露出しているので、これら第1電極端子板62及び第2電極端子板63をそれぞれ外部接続端子として機能させることができる。
これにより、第1電極端子板62及び第2電極端子板63を利用して、二次電池1を使用することが可能となる。
(Action of secondary battery)
According to the secondary battery 1 configured as described above, as shown in FIG. 2, the first
This makes it possible to use the secondary battery 1 by using the first
特に、本実施形態の二次電池1によれば、正極電極10及び負極電極20を捲回することで電極体2を形成しているので、該電極体2を突出部のない扁平状に捲回した状態で、外装体3の内部に高密度で収容することができる。従って、形状自由度の向上化を図ることができると共に、二次電池1全体の体積に対する電極体2が占める体積比率を向上することができ、体積効率が向上したラミネートタイプの二次電池1とすることができる。
In particular, according to the secondary battery 1 of the present embodiment, since the
さらに、図6に示すように、負極位置決め部として機能する接着層80を具備する位置決め部100を備えている。特に接着層80を利用して、セパレータ30に対する内周側負極本体23Aの位置決めを行うことができる。そのため、セパレータ30を挟んで互いに重ね合わされた正極電極10及び負極電極20を捲回して電極体2を形成する際に、セパレータ30を挟んで正極電極10と負極電極20との相対位置関係がずれてしまう、いわゆる巻きずれが生じてしまうことを抑制することができる。
これにより、図4に示すように、複数の正極本体13と複数の負極本体23とを、セパレータ30を挟んで精度良く対向配置させながら積層方向Zに交互に積層した電極体2とすることができる。従って、作動信頼性が向上した二次電池1とすることができる。
Further, as shown in FIG. 6, a
As a result, as shown in FIG. 4, the plurality of
それに加えて接着層80は、図6に示すように、内周側負極本体23Aの外端部とセパレータ30との間に位置するように配置されていることで、外端部において外部に露出する負極集電体21を、あたかも保護するように配置されている。そのうえで接着層80は、セパレータ30におけるイオン透過孔を塞いでいることで、充放電時に、セパレータ30を通じて正極本体13と負極本体23との間を移動するリチウムイオンのイオン導電性よりも、セパレータ30を通じて正極接続片14から外端部に向けて移動するリチウムイオンのイオン導電性を低下させる役割を果たしている。
In addition, as shown in FIG. 6, the
従って、充放電時に、負極集電体21が露出した部分にリチウムイオンが移動することを抑制することができ、負極集電体21に例えばリチウムイオンが針状に析出(デンドライト成長)する等の不都合を生じさせ難くすることができる。従って、このことによっても二次電池1の作動信頼性をさらに向上させることができる。
Therefore, it is possible to suppress the movement of lithium ions to the exposed portion of the negative electrode
以上、説明したように本実施形態の二次電池1によれば、セパレータ30を挟んで正極電極10及び負極電極20を適切な相対位置関係に維持した状態で捲回することが可能であり、作動信頼性が向上した電極体2を具備するラミネートタイプの電池とすることができる。
さらに、接着層80を負極位置決め部として機能させることができるので、構成の簡便化及び低コスト化を図り易い。
As described above, according to the secondary battery 1 of the present embodiment, it is possible to wind the
Further, since the
(第1変形例)
上記第1実施形態では、負極位置決め部として接着層80を利用した場合を例に挙げて説明したが、この場合に限定されるものではない。例えば接着層80に代えて、絶縁性を有する接着テープ(本発明に係る接着部材)を利用しても構わない。この場合であっても、同様の作用効果を奏功することができる。
(First modification)
In the first embodiment, the case where the
(第2変形例)
さらに負極位置決め部としては、先に述べた接着層80或いは接着テープ等の接着部材を利用する場合に限定されるものではない。例えば、溶着によってセパレータ30に対する内周側負極本体23Aの位置決めを行っても構わない。
(Second modification)
Further, the negative electrode positioning portion is not limited to the case where the
具体的には、図14に示すように、内周側負極本体23Aの外端部とセパレータ30とを互いに溶着することで形成した溶着部85を負極位置決め部として機能させても構わない。なお、図14では、負極電極20及びセパレータ30だけを図示している。
この場合には、正極電極10、負極電極20及びセパレータ30を捲回する際、捲回始めの段階で溶着を行うことで溶着部85を形成することが可能である。なお、溶着としては、例えば高周波溶着、熱溶着、超音波溶着等を利用することが可能である。
Specifically, as shown in FIG. 14, the welded
In this case, when winding the
このように、溶着部85を利用した場合であっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏功することができる。特に、内周側負極本体23Aの外端部とセパレータ30とを互いに溶着することで、セパレータ30を部分的に溶かしてイオン透過孔を確実に塞ぐことができる。従って、セパレータ30を通じて正極接続片14から内周側負極本体23Aの外端部に向けて移動するリチウムイオンのイオン導電性を効果的に低下させることができる。これにより、二次電池1の作動信頼性をより一層向上させることができる。
As described above, even when the welded
また、溶着する場合には、内周側負極本体23Aの外端部とセパレータ30とを互いに溶着する場合に限定されるものではなく、図15に示すように、セパレータ30の一部を予め部分的に二重に溶着することでセパレータ溶着部86を形成し、このセパレータ溶着部86を負極位置決め部として機能させても構わない。なお、図15では、負極電極20及びセパレータ30だけを図示している。
この場合には、正極電極10、負極電極20及びセパレータ30を捲回する際、予めセパレータ溶着部86が形成されたセパレータ30を準備する。そして、捲回始めの段階で、図15に示す矢印の如く、セパレータ溶着部86に対して内周側負極本体23Aの外端部が接触するように、セパレータ30に対して負極電極20を組み合わせ、その後に捲回を行えば良い。
Further, the case of welding is not limited to the case where the outer end portion of the inner peripheral side negative electrode
In this case, when winding the
これにより、セパレータ30に対して内周側負極本体23Aを位置決めすることができるので、捲回時に正極電極10と負極電極20との間に巻きずれが生じることを抑制することができる。さらに、この場合であっても、図16に示すように、セパレータ溶着部86によって、セパレータ30を部分的に溶かしてイオン透過孔を確実に塞ぐことができるので、セパレータ30を通じて正極接続片14から内周側負極本体23Aの外端部に向けて移動するリチウムイオンのイオン導電性を効果的に低下でき、二次電池1の作動信頼性をより一層向上させることができる。
As a result, the inner peripheral side
(第3変形例)
さらに上記第1実施形態において、図17に示すように、位置決め部100が、正極電極10とセパレータ30との間に設けられ、セパレータ30に対して内周側正極本体13Aを位置決めさせる正極位置決め部を具備していても構わない。
図示の例では、主に内周側正極本体13Aの上下面をセパレータ30で包んだ後、内周側正極本体13Aに接続されている正極接続片14に沿ってセパレータ30の上下面同士を溶着して正極側溶着部87を形成することで、該正極側溶着部87を正極位置決め部として機能させている。
なお、図17では正極電極10及びセパレータ30だけを図示している。
(Third modification example)
Further, in the first embodiment, as shown in FIG. 17, a
In the illustrated example, the upper and lower surfaces of the inner peripheral side
Note that FIG. 17 shows only the
これにより、正極側溶着部87を利用して、セパレータ30に対する内周側正極本体13Aの位置決めを行うことが可能となる。次いでその後に、図18に示すように、上記実施形態と同様に、内周側負極本体23Aにおける外端部とセパレータ30とを接着剤81を利用して互いに接着することで接着層80を形成し、これによってセパレータ30に対する内周側負極本体23Aの位置決めを行う。
この際、正極側溶着部87に対して内周側負極本体23Aの外端部が重なるように、接着層80を利用してセパレータ30と負極電極20とを組み合わせる。
This makes it possible to position the inner peripheral side
At this time, the
上述のようにすることで、その後に行う捲回時に、正極電極10の捲回始め側に位置する内周側正極本体13Aと、負極電極20の捲回始め側に位置する内周側負極本体23Aとをセパレータ30を挟んで精度良く位置合わせることができる。従って、捲回途中にセパレータ30を挟んで正極電極10と負極電極20との間に巻きずれが生じてしまうことをより一層効果的に抑制することができる。
By doing so as described above, the inner peripheral side
なお、正極側溶着部87としては、正極接続片14に沿ってセパレータ30の上下面同士を溶着して形成する場合に限定されるものではない。例えば、正極接続片14を挟むようにセパレータ30の上下面同士を部分溶着して形成しても構わない。
The positive electrode side welded
(第4変形例)
さらに負極位置決め部として、図19に示すように、セパレータ30の一部を予め空巻きした空巻部88としても構わない。
この場合には、例えば図11に示す捲回機70を利用して捲回を行う際に、巻き芯71を予め所定回数だけ、捲回軸線O2回りに回転させてセパレータ30だけを空巻きすれば良い。これにより、セパレータ30に対して負極電極20を組み合わせる際に、空巻部88を基準として負極電極20を組み合わせることができる。すなわち、捲回始めの段階で、空巻部88に対して内周側負極本体23Aの外端部が接触するように、セパレータ30に対して負極電極20を組み合わせることができる。
(Fourth modification)
Further, as the negative electrode positioning portion, as shown in FIG. 19, a blank winding
In this case, for example, when winding using the winding
これにより、セパレータ30に対して内周側負極本体23Aを位置決めすることができるので、捲回時に正極電極10と負極電極20との間に巻きずれが生じることを抑制することができる。
さらに、この場合であっても、空巻きした分だけ正極接続片14から内周側負極本体23Aの外端部に向けてリチウムイオンを通過させ難くすることができるので、同様にリチウムイオンのイオン導電性を低下させることができる。
As a result, the inner peripheral side
Further, even in this case, it is possible to make it difficult for lithium ions to pass from the positive
(第5変形例)
上記第1実施形態において、第2電極板61を銅製としたが、例えばニッケル製としても構わない。この場合には、第2電極端子板63を省略することも可能である。つまり、負極側については、必ずしも電極端子板が必須なものではなく、具備しなくても構わない。この場合には、第2電極板61自体を負極側の外部接続端子として機能させることができる。
(Fifth modification)
In the first embodiment, the
(第6変形例)
さらに上記第1実施形態では、平面視円形状の二次電池1を例に挙げて説明したが、二次電池1の形状は適宜変更して構わない。例えば、平面視で直線部と半円部とが組み合わさった長円形状の二次電池としても構わない。なお、この場合には、電極体2の形状を、二次電池の外形に対応して平面視で長円形状に構成すれば良い。
(6th modification)
Further, in the first embodiment, the secondary battery 1 having a circular shape in a plan view has been described as an example, but the shape of the secondary battery 1 may be changed as appropriate. For example, an oval-shaped secondary battery in which a straight portion and a semicircular portion are combined in a plan view may be used. In this case, the shape of the
(第7変形例)
さらに上記第1実施形態では、第1ラミネート部材40の周壁部47を、収容部45として機能させたが、この場合に限定されるものではない。
例えば、図20に示すように、周壁部58を有するように第2ラミネート部材50を形成し、該周壁部58と第1ラミネート部材40の周壁部47とで収容部45の周壁部を構成するように二次電池90を構成しても構わない。
この場合には、第1封止筒部46及び第2封止筒部56で構成される封止部を、第1ラミネート部材40の周壁部47を径方向の外側から全周に亘って囲むように形成すれば良い。このように構成した二次電池90の場合であっても、同様の作用効果を奏功することができる。
(7th modification)
Further, in the first embodiment, the
For example, as shown in FIG. 20, the second
In this case, the sealing portion composed of the first
(第8変形例)
さらに上記第1実施形態において、図21に示すように、内周側負極本体23Aに接続されている負極接続片24を折り返して、内周側負極本体23Aと、該内周側負極本体23Aに対して展開状態で隣り合う負極本体23とをセパレータ30を介して予め積層方向Zに重ね合わせておいても構わない。
この場合の電極体2は、内周側負極本体23Aの外端部と負極接続片24とがセパレータ30を介して向かい合う位置関係となるので、充放電時に、正極電極10側から内周側負極本体23Aの外端部に向けてリチウムイオンが移動することを防止することが可能となる。
(8th modification)
Further, in the first embodiment, as shown in FIG. 21, the negative
In this case, the
(第9変形例)
さらに上記第1実施形態において、外装体3の全体がラミネートフィルムで形成されている必要はなく、少なくとも一部がラミネートフィルムで形成されていれば良い。
さらには、外装体3がラミネートフィルムで形成されている場合に限定されるものではなく、金属製のケーシングとしても構わない。この場合には、本発明に係る電気化学セルを、金属製のいわゆるボタン型電池とすることができ、高い汎用性を具備する電池として用いることができる。
外装体が金属製である場合の一例について、以下の第2実施形態で説明する。
(9th modification)
Further, in the first embodiment, it is not necessary that the entire
Furthermore, the case is not limited to the case where the
An example of the case where the exterior body is made of metal will be described in the second embodiment below.
(第2実施形態)
次に、本発明に係る電気化学セルの第2実施形態について図面を参照して説明する。
図22〜図24に示すように、本実施形態の二次電池110は、いわゆるボタン(コイン)型の電池とされ、金属製の外装体112と、外装体112の内部に収容された発電要素113及び支柱部114とを備えている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the electrochemical cell according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 22 to 24, the
外装体112は、有底筒状に形成された金属製の容器体120と、容器体120の開口部を閉塞するように容器体120に溶接接合され、容器体120との間に収容空間115を形成する金属製のリッド部材(本発明に係る封口板)130と、を備えている。
発電要素113は、セパレータ141を挟んで配置された正極電極142及び負極電極143を有する電極体140を備えていると共に、図示しない電解液(電解質溶液)を含んでおり、外装体112の内部に形成された収容空間115内に収容されている。
The
The
本実施形態では、外装体112の中心を通り上下方向に沿って延びる軸線を電池軸O1という。また、電池軸O1方向から見た平面視で、電池軸O1に交差する方向を径方向といい、電池軸O1回りに周回する方向を周方向という。さらに、電池軸O1に沿って、容器体120の底壁部121からリッド部材130に向かう方向を上方といい、その反対を下方という。
In the present embodiment, the axis extending in the vertical direction through the center of the
(外装体)
外装体112について詳細に説明する。
容器体120は、平面視円形状に形成された底壁部121と、底壁部121における外周縁部の全周に亘って連設され、底壁部121から上方に向かって延びた周壁部122と、を備えた有底円筒状に形成されている。
ただし、容器体120の形状は有底円筒状に限定されるものではなく、例えば平面視で外形が楕円状、四角形状、多角形状となるように形成しても構わない。
(Exterior body)
The
The
However, the shape of the
容器体120は、金属製とされ、電極体140に導通する正極用の外部接続端子、或いは負極用の外部接続端子として機能する。容器体120の厚みとしては、例えば0.01mm〜0.30mm程度とされ、薄肉の金属製容器とされている。但し、各図面では、図示を見易くするために容器体120の厚みを誇張して図示している。
The
容器体120の具体的な金属材質としては、容器体120を正極用の外部接続端子として機能させる、或いは負極用の外部接続端子として機能させるかによっても異なるが、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼や、同種或いは異種の金属同士を圧着して形成したクラッド材(高機能性金属材料)を用いることができる。ただし、これらの場合に限定されるものではない。
ステンレス鋼としては、例えばSUS430やSUS444といったフェライト系ステンレス鋼やSUS329J4Lといったオーステナイト・フェライト二相ステンレス鋼を挙げることができる。
The specific metal material of the
Examples of the stainless steel include ferrite stainless steels such as SUS430 and SUS444 and austenite ferrite two-phase stainless steels such as SUS329J4L.
クラッド材としては、例えばCu(内層)/Fe(中層)/Ni(外層)の3層クラッド材や、Ni(内層)/Fe(中層)/Ni(外層)の3層クラッド材や、Al(内層)/SUS(中層)/Ni(外層)の3層クラッド材等が挙げられる。但し、クラッド材としては、3層に限定されるものではないし、その他の金属同士を多層に圧着することで形成してもかまわない。 Examples of the clad material include a three-layer clad material of Cu (inner layer) / Fe (middle layer) / Ni (outer layer), a three-layer clad material of Ni (inner layer) / Fe (middle layer) / Ni (outer layer), and Al ( Examples thereof include a three-layer clad material of (inner layer) / SUS (middle layer) / Ni (outer layer). However, the clad material is not limited to three layers, and may be formed by pressure-bonding other metals to each other in multiple layers.
クラッド材としてCuを用いた場合には、熱伝導性を高めることができるので、溶接時における放熱性を向上することができる。従って、Cuをクラッド材の内層に採用することで、電極体140の保護に繋げることができるので、好ましい。
When Cu is used as the clad material, the thermal conductivity can be enhanced, so that the heat dissipation during welding can be improved. Therefore, it is preferable to use Cu for the inner layer of the clad material because it can protect the
さらにクラッド材の内面及び外面のいずれか一方、或いは内面及び外面の両方にメッキ処理を施して、金属メッキ膜を形成することが好ましい。容器体120の内面に金属メッキ膜を形成することで、化学的に安定させることができ、電解液等に対する耐性を向上させることができる。また、容器体120の外面に金属メッキ膜を形成することで、防錆機能等の機能を付加することができると共に、電気抵抗を低減させることができるので、外部端子との電気的な接続性を向上させることができる。
Further, it is preferable to perform a plating treatment on either one of the inner surface and the outer surface of the clad material, or both the inner surface and the outer surface to form a metal plating film. By forming a metal plating film on the inner surface of the
なお、具体的な金属メッキ膜としては、例えばNiメッキ膜、Ni等の合金メッキ膜等を採用することができ、特に共晶金属材料の合金メッキ膜を採用することが好ましい。共晶金属材料の合金メッキ膜を採用した場合には、例えば抵抗溶接を行うときに融点を下げることができ、溶接時の温度を下げることが可能である。
その他、Au−Niの合金メッキ膜や、Ni−Pの合金メッキ膜や、Ni−Bの合金メッキ膜等も好適に採用することができる。
As the specific metal plating film, for example, a Ni plating film, an alloy plating film such as Ni, or the like can be adopted, and it is particularly preferable to use an alloy plating film made of a eutectic metal material. When an alloy plating film made of a eutectic metal material is adopted, for example, the melting point can be lowered when performing resistance welding, and the temperature at the time of welding can be lowered.
In addition, Au—Ni alloy plating film, Ni—P alloy plating film, Ni—B alloy plating film, and the like can also be suitably adopted.
また例えば、本実施形態の二次電池110を時計用途に用いる場合、容器体120の金属材料としては耐食性に加えて非磁性であることが好ましい。具体的には上述のアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金のほか、ステンレス鋼としては、例えばSUS201、SUS202、SUS303、SUS304、SUS305、SUS316、SUS317、SUS321、SUS347といった各種のオーステナイト系ステンレス鋼を挙げることができる。
さらに、容器体120として、上述の各種の金属の表面に樹脂層が形成された材料を採用しても良く、例えば、ステンレス鋼からなる金属層とフィルム状の樹脂層とが積層したラミネートフィルムを用いることができる。この場合、金属製のリッド部材130と容器体120の金属層とを接合させることで容器体120の開口部を塞ぐことができる。樹脂層としては、例えば後述するシーラントフィルム150に採用される樹脂材料を用いることができる。
Further, for example, when the
Further, as the
図23及び図24に示すように、リッド部材130は、平面視円形状に形成され、容器体120の底壁部121に対して電極体140を挟んで電池軸O1方向に向かい合うように配置された頂壁部131と、頂壁部131における外周縁部の全周に亘って連設され、頂壁部131から上方に向かって延びた内側周壁部132と、を備えた有頂円筒状に形成されている。
As shown in FIGS. 23 and 24, the
なお、リッド部材130の形状は、容器体120の形状に対応していれば良く、容器体120の形状に対応して、例えば平面視で外形が楕円状、四角形状、多角形状となるように形成しても構わない。リッド部材130の厚みとしては、容器体120と同様に例えば0.01mm〜0.30mm程度とされ、薄肉とされている。但し、各図面では、図示を見易くするためにリッド部材130の厚みを誇張して図示している。
The shape of the
リッド部材130は、容器体120における周壁部122の上端開口縁よりも頂壁部131が下方に位置し、且つ周壁部122の上端開口縁と内側周壁部132の上端開口縁とが面一となるように、周壁部122の内側に配置されている。これにより、内側周壁部132は、容器体120の周壁部122の内側に径方向に二重に重なった状態で溶接接合されている。
In the
周壁部122と内側周壁部132とは、全周に亘って溶接によって強固に接合されている。これにより、リッド部材130を利用して容器体120の開口部を塞ぐことができ、容器体120との間に支柱部114及び発電要素113を収容する収容空間115(密閉空間)を形成している。
The
容器体120とリッド部材130との溶接方法としては、特に限定されるものではないが、例えばレーザ溶接、超音波接合、シーム溶接等の抵抗溶接や、摩擦撹拌接合(FSW:Friction Stir Welding)等を採用することができる。
これらの溶接の際、図示しない溶接器側を固定した状態で溶接対象ワークである外装体112側を動かしながら溶接を行う、いわゆるワークムーブ方式で行っても構わないし、溶接対象ワークである外装体112側を固定し、溶接器側を動かしながら溶接を行う、いわゆるヘッドムーブ方式で行っても構わない。例えばレーザ溶接をヘッドムーブ方式で行う場合には、ガルバノスキャニング式レーザ溶接器等を採用することが可能である。
The welding method between the
At the time of these welding, the so-called work move method may be used in which welding is performed while moving the
リッド部材130における中央部には、該リッド部材130を上下方向に貫通する貫通孔133が電池軸O1と同軸に形成されている。貫通孔133の形状は、特に限定されるものではないが、例えば平面視円形状に形成されている。
In the central portion of the
このように構成されたリッド部材130は、金属製とされている。リッド部材130の具体的な金属材質としては、例えば容器体120と同種或いは別種の金属材質を採用することができる。リッド部材130の金属材質として、例えば容器体120と別種の金属材質を採用する場合には、容器体120と熱膨張係数が近似するものを採用することが好ましい。
さらにリッド部材130についても、容器体120と同様に、内面及び外面のいずれか一方、或いは内面及び外面の両方にメッキ処理を施して、金属メッキ膜を形成することが好ましい。金属メッキ膜としては、先に述べた金属メッキ膜を採用することができる。
The
Further, it is preferable that the
(集電板)
上述のように構成されたリッド部材130には、図22〜図24に示すように、シーラントフィルム(本発明に係る絶縁性のシール材)150を介して熱溶着(溶着)され、少なくとも一部分が外部(上方)に露出した集電板151が設けられている。
具体的には、シーラントフィルム150及び集電板151は、リッド部材130における頂壁部131のうち収容空間115とは電池軸O1方向の反対を向いた上面側に配置されている。そして、集電板151は、シーラントフィルム150を介して頂壁部131の上面に熱溶着され、全面に亘って上方に露出している。
(Current collector plate)
As shown in FIGS. 22 to 24, the
Specifically, the
シーラントフィルム150は、頂壁部131に形成された貫通孔133を囲む環状に形成され、電池軸O1と同軸に配置された状態で頂壁部131の上面に重なるように配置されている。図示の例では、シーラントフィルム150は、貫通孔133の直径よりも小さい内径で形成されている。
但し、この場合に限定されるものではなく、シーラントフィルム150の内径は、貫通孔133の直径と同等、或いは大きく形成されていても構わない。
The
However, the present invention is not limited to this case, and the inner diameter of the
なお、シーラントフィルム150は、例えばポレオレフィン製の熱可塑性樹脂や、ポリフェニレンサルファイド(PPS)等のエンジニアリングプラスチックから形成されている。ポリオレフィンとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等を挙げることができる。
さらにシーラントフィルム150としては、上述した各ポリオレフィンの共重合体やブレンドポリマー、或いは不織布で強化されたポリプロピレン等の複合体を用いても良い。さらに、寸法、形状、或いは厚みの異なる複数のシーラントフィルム150を重ねて用いてもよい。
The
Further, as the
集電板151は、金属製のプレートであって、電極体140に導通する正極用の外部接続端子、或いは負極用の外部接続端子として機能する。図示の例では、集電板151は、シーラントフィルム150の外径よりも小さい直径で平面視円形状に形成されており、電池軸O1と同軸に配置された状態でシーラントフィルム150の上面に重なるように配置されている。これにより、集電板151は、貫通孔133を上方から塞いでいる。
The
集電板151の材質としては、特に限定されるものではないが、例えばニッケル等を好適に用いることができる。さらに集電板151の外部接続可能な面には、例えば金又はニッケル等といった良電性材料からなる金属、或いはこれらの金属を含む合金メッキ膜が形成されていても良い。
The material of the
上述したシーラントフィルム150は、頂壁部131の上面及び集電板151の下面に対してそれぞれ熱溶着されている。これにより、集電板151は、シーラントフィルム150を介して頂壁部131の上面に熱融着され、リッド部材130との間に絶縁性を維持しながら貫通孔133を上方から気密に封止している。特に、集電板151は、シーラントフィルム150を介してリッド部材130に対して一体的に組み合わされている。
The
ここで、シーラントフィルム150は、集電板151と容器体120とを絶縁している。本実施形態の二次電池110は、集電板151と容器体120とがそれぞれ、図示しない電子機器の接圧端子やホルダ等と接触することにより、電子機器の正極側端子及び負極側端子のうちのいずれかの端子に電気的に接続することができる。また、集電板151及び容器体120のうちの少なくとも一方に金属製の端子をさらに溶接した後、半田付けや溶接等により電子機器に電気的に接続しても良い。
Here, the
(支柱部)
図23及び図24に示すように、外装体112における収容空間115内には、発電要素113と共に支柱部114が収容されている。
支柱部114は、電池軸O1に沿って上下方向に延びる軸状に形成され、電池軸O1と同軸に配置されている。図示の例では、支柱部114は中空の円筒状に形成され、その外径は貫通孔133の直径及びシーラントフィルム150の内径よりも小さい。これにより、支柱部114は、貫通孔133を通じて上端部(本発明に係る第1端部)が集電板151に対して下方から接触し、且つ下端部(本発明に係る第2端部)が容器体120の底壁部121に対して上方から接触するように配置されている。従って、支柱部114は、リッド部材130に対して一体的に組み合わされた集電板151を下方から支持している。つまり、支柱部114は、集電板151を介してリッド部材130を下方から支持している。
(Strut part)
As shown in FIGS. 23 and 24, in the
The
本実施形態の支柱部114は、セラミック等の無機材料や合成樹脂材料等の絶縁性材料で形成されている。支柱部114を合成樹脂製とする場合には、例えば融点がセパレータ141と同等の温度を有する熱可塑性樹脂を好適に用いることができる。具体的には、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PBT(ポリブチチレンテレフタレート)等の合成樹脂等材料を採用できる。さらには、これらの合成樹脂のコポリマーやブレンドポリマー等も利用することが可能である。
これにより、支柱部114を通じて容器体120と集電板151とが電気的接続することや、集電板151と電極体140とが電気的接続することや、容器体120と電極体140とが電気的接続すること等が抑制されている。
The
As a result, the
(発電要素)
図23及び図24に示すように、発電要素113は、電極体140及び図示しない電解液を含み、上述した支柱部114と共に外装体112内部の収容空間115内に密封状態で収容されている。
電解液としては、例えば支持塩を非水溶媒に溶解させた液体を好適に用いることが可能である。支持塩としては、例えばフルオロリン酸リチウム(LiPF6)等を用いることができる。溶媒としては、例えばエチレンカーボネート(EC)と共に低沸点溶媒を用いることができる。
(Power generation element)
As shown in FIGS. 23 and 24, the
As the electrolytic solution, for example, a liquid in which a supporting salt is dissolved in a non-aqueous solvent can be preferably used. As the supporting salt, for example, lithium fluorophosphate (LiPF6) or the like can be used. As the solvent, for example, a low boiling point solvent can be used together with ethylene carbonate (EC).
但し、発電要素113は、電解液に代えて、例えば固体電解質、ポリマー電解質、ゲル電解質等の電解質を利用した電極体140を採用しても構わない。ポリマー電解質としては例えば、ポリエチレンオキサイド(PEO)やポリプロピレンオキサイド(PPO)やそれら含むブレンドポリマー、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリシロキサン、ポリフォスファゼン等を挙げることができる。また、電解液にポリ(ビニリデンフルオリド−co−ヘキサフルオロプロピレン、PVdF−HFP)を含有したゲル電解質を用いても良い。
However, as the
(電極体)
図23に示すように、電極体140は、セパレータ141を挟んで配置された正極電極142及び負極電極143を有し、電池軸O1回りに多重に捲回された捲回電極とされている。具体的には、電極体140は、支柱部114に巻き付けられることで、セパレータ141を挟んで正極電極142及び負極電極143が重ね合わされた状態で、電池軸O1と同軸に配置された支柱部114の中心軸線C(図4参照)回りに、径方向に多重に捲回されることで構成されている。従って、支柱部114は、電極体140を捲回する際の巻き芯としての機能を兼ねている。
(Electrode body)
As shown in FIG. 23, the
電極体140は、電池軸O1方向から見た平面視で、電池軸O1(支柱部114の中心軸線C)を中心として、多重の渦巻き状に捲回されている。本実施形態では、電極体140のうち支柱部114側に位置する最内層から容器体120の周壁部122側に位置する最外層に向けて、負極電極143、セパレータ141、正極電極142、セパレータ141、負極電極143、セパレータ141、正極電極142という順番で繰り返し配置されるように捲回されている。
なお、電極体140としては、例えばセパレータ141の両面に正極電極142と負極電極143とを具備する、いわゆるペレット型の電極体140としても構わない。また、図23以外の各図面では、電極体140の図示を簡略化している。
The
The
図25に示すように、正極電極142は、電極体140の捲回前における展開した状態において、一定幅で帯状に延びるように形成された長尺な正極集電体(正極集電箔)142aと、正極集電体142aの片面或いは両面に塗工等によって形成された正極活物質層142bと、を備えた1枚のシート状に形成されている。
As shown in FIG. 25, the
正極集電体142aは、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等の金属材料で厚みの薄いシート状(金属箔)に形成されている。正極集電体142aの厚みとしては、例えば数μm〜10数μm程度である。正極活物質層142bは、正極集電体142aのうち後述する正極端子タブ142cを除いた部分に形成されている。
なお、正極集電体142aは、金属箔のほか、例えば、エッチング箔、パンチングメタル、焼結金属体、若しくは発泡金属体を用いることができる。
The positive electrode
As the positive electrode
正極活物質層142bの形成材料として、正極活物質に加え、導電助剤(例えば、カーボンブラックやグラファイト等)、バインダ(例えば、ポリフッ化ビニリデン等)、溶剤(例えばN−メチルピロリドン等の任意の溶媒)を混合して正極用スラリーを作製することができる。なお、正極活物質層142bを形成するための構成材料を含む塗布液を「正極用スラリー」ということができる。この正極用スラリーを正極集電体142aに塗布し、乾燥させることにより正極活物質層142bを形成できる。
正極活物質としては、例えばニッケル−マンガン−コバルト酸リチウム(NMC)、ニッケル−コバルト−アルミ酸リチウム(NCA)、チタン酸リチウム(LTO)、マンガン酸リチウム(LMO)等のように、リチウムと遷移金属とを含む複合酸化物が挙げられる。
As the material for forming the positive electrode
Examples of the positive electrode active material include lithium-manganese-lithium cobalt oxide (NMC), nickel-cobalt-lithium aluminate (NCA), lithium titanate (LTO), lithium manganate (LMO), and the like. Examples include composite oxides containing metals.
正極集電体142aの両端部のうち支柱部114から離れた側に位置する一端部には、正極端子タブ142cが形成されている。正極端子タブ142cは、先に述べたように正極活物質層142bが形成されておらず、他の部品に対して電気的に接続可能とされている。正極端子タブ142cは、電極体140の捲回時、電極体140の外層側に配置される。
A positive
図25に示すように、負極電極143は、電極体140の捲回前における展開した状態において、一定幅で帯状に延びるように形成された長尺な負極集電体(負極集電箔)143aと、負極集電体143aの片面或いは両面に塗工等によって形成された負極活物質層143bと、を備えた1枚のシート状に形成されている。
As shown in FIG. 25, the
負極集電体143aは、例えば銅、銅合金、ニッケル及びステンレス等の金属材料で厚みの薄いシート状(金属箔)に形成されている。負極集電体143aの厚みとしては、例えば数μm〜10数μm程度である。負極活物質層143bは、負極集電体143aのうち後述する負極端子タブ143cを除いた部分に形成されている。
負極集電体143aは、金属箔のほか、例えば、エッチング箔、パンチングメタル、焼結金属体、若しくは発泡金属体を用いることができる。
The negative electrode
As the negative electrode
負極活物質層143bの形成材料として、負極活物質に加え、導電助剤(例えば、カーボンブラックやグラファイト等)、バインダ(例えば、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)のディスパージョン等)、増粘剤(例えば、セルロースナノファイバー(CNF:Cellulose Nano Fiber)、カルボキシメチルセルロース等)、溶剤(例えば、純水等の任意の溶媒)を混合して負極用スラリーを作製することができる。なお、負極活物質層143bを形成するための構成材料を含む塗布液を「負極用スラリー」ということができる。この負極用スラリーを負極集電体143aに塗布し、乾燥させることにより負極活物質層143bを形成することができる。
負極活物質としては、例えばシリコン、シリコン酸化物、グラファイト、ハードカーボン、チタン酸リチウム(LTO)、LiAl等の単体又は混合物等が挙げられる。
As a material for forming the negative electrode
Examples of the negative electrode active material include simple substances or mixtures of silicon, silicon oxide, graphite, hard carbon, lithium titanate (LTO), LiAl and the like.
負極集電体143aの両端部のうち支柱部114から離れた側に位置する一端部には、負極端子タブ143cが形成されている。負極端子タブ143cは、先に述べたように負極活物質層143bが形成されておらず、他の部品に対して電気的に接続可能とされている。負極端子タブ143cは、電極体140の捲回時、電極体140の外層側に配置される。
Negative
図25に示すセパレータ141は、例えばポリオレフィン等の樹脂製のマイクロポーラスフィルムや、ガラス製若しくは樹脂製の不織布、セルロース繊維等の繊維の積層体等により形成され、図示しないイオン透過孔を通じてリチウムイオンを通過させることが可能とされている。さらにセパレータ141として、例えば空孔内に電解液を保持できる多孔質体や、リチウムイオン導電性を有する樹脂層等を採用できる。
The
セパレータ141は、正極電極142及び負極電極143の層間全体に配置され、正極電極142と負極電極143との間を絶縁している。従って、セパレータ141は少なくとも正極電極142と負極電極143とが対向する領域の全体で正極電極142と負極電極143との間に介在するように配置されている。
The
上述のように構成された電極体140は、図23に示すように、支柱部114に巻き付くように捲回されることで、支柱部114と一体に組み合わされると共に、支柱部114の中心軸線C回りに正極電極142及び負極電極143がセパレータ141を間に挟んだ状態で径方向に多重に積層するように捲回された捲回電極となる。
As shown in FIG. 23, the
なお、外装体112の収容空間115内に支柱部114と共に収容された電極体140は、正極電極142及び負極電極143のうちの一方の電極が集電板151に導通(電気的接続)し、他方の電極が容器体120に導通(電気的接続)している。なお、電気的接続とは、例えば炭素系材料を介した接触、金属同士の溶接、或いは金属同士の接触等が挙げられる。
In the
本実施形態では、負極電極143を集電板151に導通させ、正極電極142を容器体120に導通させている。これにより、集電板151を負極用の外部接続端子として機能させることができ、容器体120を正極用の外部接続端子として機能させることができる。但し、この場合に限定されるものではなく、負極電極143を容器体120に導通させることで、容器体120を負極用の外部接続端子として機能させ、正極電極142を集電板151に導通させることで、集電板151を正極用の外部接続端子として機能させても構わない。
In the present embodiment, the
負極電極143を集電板151に導通させる場合には、例えば負極端子タブ143cを直接的に集電板151に対して電気的接続させても構わないし、図示しないリード線に相当する導体を介して負極端子タブ143cと集電板151とを電気的接続させても構わない。
同様に、正極電極142を容器体120に導通させる場合には、例えば正極端子タブ142cを直接的に容器体120に対して電気的接続させても構わないし、図示しないリード線に相当する導体を介して正極端子タブ142cと容器体120とを電気的接続させても構わない。
When conducting the
Similarly, when conducting the
ところで本実施形態の二次電池110は、図25に示すセパレータ141に対して正極電極142及び負極電極143のうちの少なくとも一方の捲回始めにおける相対位置を位置決めする位置決め部155を備えている。
具体的には、位置決め部155は、支柱部114とセパレータ141とを固定する溶着部(本発明に係る固着部)156を備えている。そして正極電極142及び負極電極143は、溶着部156を基準として支柱部114に位置決めされることで、セパレータ141に対する相対位置が位置決めされる。
By the way, the
Specifically, the
(電極体の形成)
上述した位置決めに関連して、支柱部114を巻き芯として利用して電極体140を形成する場合について、以下に説明する。
はじめに、図25に示すように、セパレータ141、正極電極142及び負極電極143をそれぞれ用意した後、支柱部114の外周面にセパレータ141を溶着する。これにより、支柱部114の外周面とセパレータ141とを互いに溶着することで形成した溶着部156を位置決め部155として利用することができ、支柱部114に対してセパレータ141を位置決めすることができる。
(Formation of electrode body)
In connection with the above-mentioned positioning, a case where the
First, as shown in FIG. 25, after preparing the
なお、予めセパレータ141の長さが決まっている場合には、セパレータ141の長さ方向の中央部よりも、正極電極142が重ね合わされる領域R1側にシフトした部分を支柱部114の外周面に溶着する。これにより、セパレータ141のうち正極電極142が重ね合わされる領域R1よりも、負極電極143が重ね合わされる領域R2の方を大きく確保することができる。
When the length of the
次いで、図25に示す矢印Mの如く、支柱部114を中心軸線C回りに回転させる。この際、セパレータ141のうち負極電極143が重ね合わされる領域R2を、先行して支柱部114に巻き付けるように支柱部114を回転させる。
次いで、図26に示すように、支柱部114に先行して巻き付けられたセパレータ141と支柱部114との間に負極電極143を挿し込むように、セパレータ141と負極電極143とを重ね合わせる。この際、図26に示す矢印Sの如く、溶着部156に突き当たるまで負極電極143を挿し込む。これにより、溶着部156を基準として支柱部114に負極電極143を位置決めすることができる。次いで、この状態で図27に示すように、支柱部114をさらに回転させる。これにより、支柱部114に対して負極電極143を先行して巻き付けることができ、電極体140としての最内層を負極電極143で形成することができる。
Next, as shown by the arrow M in FIG. 25, the
Next, as shown in FIG. 26, the
さらに、上述した負極電極143の挿し込みの後、溶着部156に突き当たるように正極電極142についてもセパレータ141に重ね合わせる。これにより、溶着部156を基準として支柱部114に正極電極142を位置決めすることができる。その後、支柱部114を連続回転させて、セパレータ141、正極電極142及び負極電極143を巻き付けるように捲回する。これにより、セパレータ141に対して正極電極142及び負極電極143の相対位置を位置決めしながら、捲回を行うことができる。
その結果、図23に示すように、支柱部114に巻き付くように捲回された電極体140を作製することが可能である。なお、負極電極143を支柱部114に先行して巻き付ける関係上、正極電極142よりも負極電極143の方が長尺になるように形成しておくことが好ましい。
Further, after inserting the
As a result, as shown in FIG. 23, it is possible to manufacture the
(二次電池の作用)
上述のように構成された本実施形態の二次電池110によれば、図22〜図24に示すように、負極用の外部接続端子として機能する集電板151が外部に露出し、正極用の外部接続端子として機能する容器体120が外部に露出しているので、これら集電板151及び容器体120を利用して、二次電池110を使用することが可能となる。
(Action of secondary battery)
According to the
特に、本実施形態の二次電池110によれば、収容空間115内に電極体140に加えて支柱部114が収容されている。支柱部114は、貫通孔133を通じて上端部が集電板151に対して下方から接触し、且つ下端部が容器体120の底壁部121に対して上方から接触するように配置されている。これにより、支柱部114を利用して集電板151を下方から支持することができる。しかも集電板151は、リッド部材130に対してシーラントフィルム150を介して溶着されているので、リッド部材130と一体に組み合わされている。そのため、支柱部114は集電板151を介してリッド部材130を下方から支持することができる。
In particular, according to the
従って、リッド部材130を含む外装体112の全体を例えば薄肉に形成したとしても、容器体120とリッド部材130との溶接接合の前段階で、リッド部材130が撓んでしまう等の意図しない変形を抑制することができる。従って、容器体120に対するリッド部材130の位置ずれ等を抑制した状態で、溶接作業を行うことができ、作業効率を向上させて、生産性の向上化に繋げることができる。さらに、容器体120とリッド部材130とを精度良く適切に溶接することができ、確実な封止性を得ることができる。従って、作動信頼性が高く高品質な二次電池110とすることができる。
Therefore, even if the entire
さらに、電極体140は支柱部114に巻き付けられることで、セパレータ141を挟んで正極電極142及び負極電極143が重ね合わされた状態で支柱部114の中心軸線C回りに捲回された捲回電極となる。つまり、電極体140を捲回するときの巻き芯を支柱部114として利用しているので、捲回によって電極体140を形成した後、支柱部114ごと電極体140を容器体120内に収容することができる。そのため、組立作業を効率良く行うことができ、この点においても生産性の向上化に繋げることができる。
Further, the
さらに、支柱部114を利用して電極体140を捲回する際に、溶着部156を利用して支柱部114とセパレータ141とを固着することができ、支柱部114に対してセパレータ141を位置決めしているうえ、正極電極142及び負極電極143を溶着部156を介して支柱部114に位置決めさせているので、セパレータ141を挟んで正極電極142と負極電極143との相対位置関係がずれてしまう、いわゆる巻きずれが生じてしまうことを抑制することができる。これにより、正極電極142及び負極電極143を、セパレータ141を挟んで精度良く重ね合わせた電極体140とすることができ、作動信頼性が向上した二次電池110とすることができる。
Further, when the
以上、説明したように本実施形態の二次電池110によれば、セパレータ141を挟んで正極電極142及び負極電極143を適切な相対位置関係に維持した状態で捲回することが可能であり、作動信頼性が向上した電極体140を具備する金属ケースタイプの電池とすることができる。
さらに、外装体112を薄肉にしたとしても、確実な封止性を得ることができると共に、生産性の向上化に繋げることができる。さらに、集電板151をリッド部材130の上面側に配置しているので、集電板151を全面に亘って大きく露出させることができる。従って、集電板151を負極用の外部接続端子として有効に利用し易く、使い易く、実装性に優れた二次電池110とすることができる。
As described above, according to the
Further, even if the
さらに本実施形態の二次電池110において、容器体120及びリッド部材130を、先に述べたクラッド材等で形成した場合や、容器体120及びリッド部材130にメッキ処理等を施した場合には、例えば何等かの要因によって二次電池110が発熱する等して内圧が上昇したときに、金属界面を剥離させて内圧を外部に解放させるといったフェールセーフ対策を図ることも可能である。
Further, in the
(第2実施形態の変形例)
第2実施形態において、支柱部114に電極体140を巻き付ける際に、図25に示すように、支柱部114の外周面にセパレータ141を溶着して溶着部156を形成し、これによって支柱部114に対するセパレータ141の位置ずれを防止したが、溶着部156に限定されるものではない。例えば、支柱部114の外周面に接着剤を利用してセパレータ141を接着固定することで接着部を形成し、これによって支柱部114に対するセパレータ141の位置ずれを防止しても構わない。この場合には、接着部が本願発明における固着部として機能する。
(Modified example of the second embodiment)
In the second embodiment, when the
(第3実施形態)
次に、本発明に係る電気化学セルの第3実施形態について図面を参照して説明する。なお、この第3実施形態においては、第2実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
(Third Embodiment)
Next, a third embodiment of the electrochemical cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the third embodiment, the same parts as the components in the second embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
図28に示すように、本実施形態の二次電池(本発明に係る電気化学セル)160は、支柱部114が導体とされている。具体的に支柱部114は、金属製の円筒状とされている。支柱部114の材質としては、特に限定されるものではないが、例えば集電板151と同様にニッケル等を好適に用いることができる。
As shown in FIG. 28, in the secondary battery (electrochemical cell according to the present invention) 160 of the present embodiment, the
電極体140は、支柱部114が導体であることに関連して、支柱部114を通じて集電板151に導通している。具体的には、電極体140は、負極電極143が支柱部114に導通した状態で支柱部114に巻き付けられている。これにより、負極電極143は支柱部114を通じて集電板151に電気的に接続されている。
The
さらに支柱部114が導体であることに関連して、支柱部114の下端部と容器体120の底壁部121との間には、支柱部114と底壁部121との間を絶縁する絶縁体161が形成されている。
図示の例では、絶縁体161は、容器体120における底壁部121の上面に全面に亘って形成されている。これにより、絶縁体161を利用して支柱部114の下端部と底壁部121との間を電気的に絶縁することが可能とされている。
Further, in relation to the
In the illustrated example, the
なお、絶縁体161は、底壁部121の上面の全面に亘って形成されている必要はなく、例えば底壁部121の上面のうち支柱部114の下端部が接触する領域に少なくとも形成されていれば良い。さらに、絶縁体161は、底壁部121の上面だけでなく、周壁部122の内面側にも連続して形成されても構わない。
さらに絶縁体161は、底壁部121側に形成されている必要はなく、支柱部114の下端面に形成されていても構わない。さらには、底壁部121の上面及び支柱部114の下端面のそれぞれに絶縁体161を形成しても構わない。
The
Further, the
絶縁体161としては、特定のものに限定されるものではないが、例えば絶縁性の合成樹脂膜を採用しても良い。さらには、絶縁性に優れた合成樹脂製の絶縁テープ(例えばポリイミド製テープ、ポリフェニレンサルファイド(PPS)製テープ、ポリエチレンテレフタレート(PET)製のテープ)を絶縁体161として採用しても良い。さらには、絶縁性の塗料を利用した絶縁膜を絶縁体161として採用しても構わない。
The
支柱部114と負極電極143との導通に関しては、特定の方法に限定されるものではないが、例えば図29及び図30に示すように、溶着部156を利用してセパレータ141を固着して、支柱部114に対するセパレータ141の位置ずれを抑制しつつ、支柱部114の外周面に負極電極143における負極端子タブ143cを溶接等による接合部157を介して接合すれば良い。この際、溶着部156の位置を基準として、接合部157を形成することで、セパレータ141に対する負極電極143の相対位置を位置決めすることができる。
The conduction between the
従って、支柱部114を回転させることで、位置ずれを抑制した状態でセパレータ141及び負極電極143の巻き付けを行うことができる。さらに、支柱部114にセパレータ141及び負極電極143を先行して捲回した後、正極電極142を共に巻き付ける。これにより、位置ずれを抑制した状態でセパレータ141、負極電極143及び正極電極142の巻き付けを行うことができ、支柱部114に捲回した電極体140を形成することができる。
Therefore, by rotating the
なお、正極電極142に関しては、第2実施形態と同様に、正極端子タブ142cを直接的に容器体120に対して電気的接続させる、或いは図示しない導体(リード線に相当)を介して正極端子タブ142cと容器体120とを電気的接続させれば良い。
Regarding the
(二次電池の作用)
上述のように構成された本実施形態の二次電池160であっても、第2実施形態と同様の作用効果を奏功することができる。
それに加え、負極電極143に関し、支柱部114を通じて集電板151に電気的に接続できるので、導体(リード線に相当)等が不要になり、電気抵抗を低減させ易い。そのため、電池性能の向上化を図り易い。さらに、負極電極143に関し、支柱部114と集電板151とを接触させることで電気的接続を行えるので、組立作業をさらに効率良く行うことができる。
(Action of secondary battery)
Even the
In addition, since the
(第3実施形態の変形例)
第3実施形態では、支柱部114の外周面に接合部157によって負極端子タブ143cを接合したが、この場合に限定されるものではない。例えば、図31及び図32に示すように、支柱部114にスリット溝158を形成し、スリット溝158内に負極端子タブ143cを挿し込むことで支柱部114に対して負極電極143を位置決めしても構わない。
なお、スリット溝158は、支柱部114の軸方向に沿って縦長のスリット状に形成されていると共に、該支柱部114を径方向に貫通するように形成されている。
(Modified example of the third embodiment)
In the third embodiment, the negative
The
(第3実施形態の変形例)
第3実施形態では、支柱部114自体を金属材料で形成することで、導体として機能させたが、この場合に限定されるものではなく、例えば導電性を有する合成樹脂(導電性樹脂)で支柱部114を形成しても構わない。
この種の合成樹脂としては、機械的強度や耐熱性を考慮する観点において、エンジニアリングプラスチックを用いることが好ましく、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂(PFA)等を用いることができる。
(Modified example of the third embodiment)
In the third embodiment, the
As this type of synthetic resin, engineering plastics are preferably used from the viewpoint of considering mechanical strength and heat resistance, for example, polyphenylene sulfide (PPS), liquid crystal polymer (LCP), polyetheretherketone (PEEK), and the like. Perfluoroalkoxy alkane resin (PFA) or the like can be used.
さらには、絶縁性の合成樹脂で支柱部114の素材を形成したうえで、素材の外表面に金属膜を成膜することで支柱部114を形成しても構わない。この場合であっても、金属膜を利用して電気的接続を図ることができるので、支柱部114を導体として機能させることができる。なお、金属膜を成膜する場合には、例えばメッキ処理が金属溶射処理等を施すことで行える。
Further, the
(第3実施形態の変形例)
さらに上記第3実施形態では、支柱部114を通じて電極体140の負極電極143を集電板151に導通させたが、例えば図33に示すように、支柱部114を通じて電極体140が容器体120に導通した二次電池(本発明に係る電気化学セル)170としても構わない。
(Modified example of the third embodiment)
Further, in the third embodiment, the
この場合には、支柱部114の上端部と集電板151との間に、支柱部114と集電板151との間を絶縁する絶縁体171が形成されている。絶縁体171は、集電板151の下面のうち支柱部114の上端部が接触する領域に形成されていれば良い。これにより、絶縁体171を利用して支柱部114と集電板151との間を電気的に絶縁することが可能とされている。
なお、絶縁体171は、支柱部114の上端面に形成されていても構わないし、集電板151の下面及び支柱部114の上端面のそれぞれに形成されていても構わない。
In this case, an
The
なお、正極電極142に関しては、正極端子タブ142cを直接的に集電板151に対して電気的接続させる、或いは図示しない導体(リード線に相当)を介して正極端子タブ142cと集電板151とを電気的接続させれば良い。
Regarding the
上述のように構成された二次電池170の場合には、集電板151を正極用の外部接続端子として機能させることができ、容器体120を負極用の外部接続端子として機能させることができる。従って、容器体120及び集電板151を利用して、二次電池170を使用することができる。
In the case of the
なお、支柱部114に電極体140を巻き付ける際に、支柱部114に対して負極電極143を導通させる必要はなく、正極電極142を導通させても構わない。この場合には、支柱部114を通じて正極電極142と容器体120とを電気的接続させることができる。負極電極143に関しては、負極端子タブ143cを直接的に集電板151に対して電気的接続させる、或いは図示しない導体(リード線に相当)を介して負極端子タブ143cと集電板151とを電気的接続させれば良い。
これにより、集電板151を負極用の外部接続端子として機能させることができ、容器体120を正極用の外部接続端子として機能させることができる。
When the
As a result, the
(第4実施形態)
次に、本発明に係る電気化学セルの第4実施形態について図面を参照して説明する。なお、この第4実施形態においては、第2実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第2実施形態及び第3実施形態では、リッド部材130にシーラントフィルム150を介して集電板151を溶着させたうえで、支柱部114の上端部を集電板151に接触させ、且つ支柱部114の下端部を容器体120の底壁部121に接触させた状態で支柱部114を収容空間115内に配置した構成を例に挙げて説明した。これに対して、本実施形態では、容器体120の底壁部121にシーラントフィルム150を介して集電板151を溶着させている。
(Fourth Embodiment)
Next, a fourth embodiment of the electrochemical cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the fourth embodiment, the same parts as the components in the second embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
In the second embodiment and the third embodiment, the
図34に示すように、本実施形態の二次電池(本発明に係る電気化学セル)180は、容器体120における底壁部121の中央部に、該底壁部121を上下方向に貫通する貫通孔181が電池軸O1と同軸に形成されている。貫通孔181の形状は、特に限定されるものではないが、例えば平面視円形状に形成されている。
As shown in FIG. 34, the secondary battery (electrochemical cell according to the present invention) 180 of the present embodiment penetrates the
そして、貫通孔181が形成された底壁部121には、シーラントフィルム150を介して集電板151が熱溶着されている。具体的には、集電板151は、シーラントフィルム150を介して底壁部121の下面に熱溶着され、全面に亘って下方に露出している。
シーラントフィルム150は、底壁部121に形成された貫通孔181を囲む環状に形成され、電池軸O1と同軸に配置された状態で底壁部121の下面に重なるように配置されている。図示の例では、シーラントフィルム150の内周縁部150aは、上方に向けて折り返され、底壁部121に形成された貫通孔181の内周面を全周に亘って保護している。
A
The
集電板151は、シーラントフィルム150の外径よりも小さい直径で平面視円形状に形成されており、電池軸O1と同軸に配置された状態でシーラントフィルム150の下面に重なるように配置されている。これにより、集電板151は貫通孔181を下方から塞いでいる。
The
本実施形態のリッド部材185は、容器体120における周壁部122に対して上方から重なる平坦なプレート状に形成されている。これにより、リッド部材185は、周壁部122の上端開口端に対して全周に亘って上方から重なった状態で溶接接合されている。図示の例では、リッド部材185の外周縁部には、周壁部122の上端開口端と重なる位置に段差185aが設けられている。これにより、段差185aを利用して、収容空間115を高い気密性で封止している。
The
支柱部114は、外装体112における収容空間115内に発電要素113と共に収容されている。支柱部114は、電池軸O1に沿って上下方向に延びる軸状に形成され、電池軸O1と同軸に配置されている。図示の例では、支柱部114は中空の円筒状に形成され、その外径は貫通孔181の直径及びシーラントフィルム150の内径よりも小さい。
これにより、支柱部114は、貫通孔181を通じて下端部(本発明に係る第1端部)が集電板151に対して上方から接触し、且つ上端部(本発明に係る第2端部)がリッド部材185に対して下方から接触するように配置されている。従って、支柱部114は、容器体120の底壁部121に対して一体的に組み合わされた集電板151によって支えられながら、リッド部材185を下方から支持している。
The
As a result, the lower end portion (first end portion according to the present invention) of the
(二次電池の作用)
このように構成された本実施形態の二次電池180であっても、支柱部114を利用してリッド部材185を下方から支持することができるので、リッド部材185を含む外装体112の全体を例えば薄肉に形成したとしても、容器体120とリッド部材185との溶接接合の前段階で、リッド部材185が撓んでしまう等の意図しない変形を抑制することができる。従って、容器体120に対するリッド部材185の位置ずれ等を抑制した状態で、溶接作業を行うことができ、作業効率を向上させて、生産性の向上化に繋げることができる。さらに、確実な封止性を得ることができ、作動信頼性が高く高品質な二次電池180とすることができる。
(Action of secondary battery)
Even in the
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形例には、例えば当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものなどが含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. Examples of embodiments and variations thereof include those easily conceivable by those skilled in the art, substantially the same, and those having an equal range.
例えば上記各実施形態では、電気化学セルの一例として二次電池を例に挙げて説明したが、この場合に限定されるものではなく、リチウムイオンを吸蔵できる電極を用いたその他の電気化学セルにも適用することができる。具体的には例えば、電気二重層キャパシタや、リチウムイオンキャパシタ等の各種蓄電デバイスに適用しても構わない。 For example, in each of the above embodiments, a secondary battery has been described as an example of an electrochemical cell, but the present invention is not limited to this case, and other electrochemical cells using an electrode capable of occluding lithium ions may be used. Can also be applied. Specifically, for example, it may be applied to various power storage devices such as electric double layer capacitors and lithium ion capacitors.
電気化学セルを電気二重層キャパシタに適用する場合には、正極電極及び負極電極を一対の分極性電極として利用すれば良い。この場合の分極性電極としては、例えば賦活処理にて得られる粉末状の活性炭を、導電助剤やバインダと共に混合し、圧延ロール或いはプレス成形したものが挙げられる。電解液としては、例えば4級アンモニウム塩等の支持塩を非水溶媒に溶解させたもの等が挙げられる。
電気化学セルをリチウムイオンキャパシタに適用する場合には、正極電極及び負極電極のうちの一方の電極のみを、上述の分極性電極を用い、他方の電極にはリチウムイオン電池用の電極を用いることができる。電解液としては、リチウムイオン電池と同じものを用いることができる。
When the electrochemical cell is applied to an electric double layer capacitor, the positive electrode and the negative electrode may be used as a pair of polarizable electrodes. Examples of the polarizable electrode in this case include one in which powdered activated carbon obtained by activation treatment is mixed with a conductive auxiliary agent and a binder and rolled or press-molded. Examples of the electrolytic solution include those obtained by dissolving a supporting salt such as a quaternary ammonium salt in a non-aqueous solvent.
When the electrochemical cell is applied to a lithium ion capacitor, only one of the positive electrode and the negative electrode should be the above-mentioned polarizable electrode, and the other electrode should be an electrode for a lithium ion battery. Can be done. As the electrolytic solution, the same one as that of the lithium ion battery can be used.
さらに上記第1実施形態では、充放電時にセパレータを通じて正極本体と負極本体との間を移動するイオンとしてリチウムイオンを例に挙げたが、この場合に限定されるものではなく、例えばナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン等、卑な電位を有する金属のイオンを用いても良い。 Further, in the first embodiment, lithium ion is taken as an example as an ion that moves between the positive electrode body and the negative electrode body through the separator during charging and discharging, but the present invention is not limited to this case, and for example, sodium ion and potassium. Ions of metals having a low potential such as ions and magnesium ions may be used.
さらに上記第2実施形態及び第3実施形態では、集電板をリッド部材の頂壁部の上面側に配置した構成としたが、この場合に限定されるものではなく、リッド部材の下面側に配置しても構わない。この場合には、リッド部材の下面側に集電板を配置することができるので、集電板及びリッド部材の全体を、支柱部を利用して下方から支持することができる。従って、リッド部材の意図しない撓み等を効果的に抑制することができる。 Further, in the second embodiment and the third embodiment, the current collector plate is arranged on the upper surface side of the top wall portion of the lid member, but the present invention is not limited to this case and is not limited to this case. You may place it. In this case, since the current collector plate can be arranged on the lower surface side of the lid member, the entire current collector plate and the lid member can be supported from below by using the support column portion. Therefore, unintended bending of the lid member can be effectively suppressed.
さらに上記第2実施形態及び第3実施形態では、円筒状の支柱部を用いた場合を例に挙げて説明したが、支柱部の形状は円筒状に限定されるものではなく、適宜変更して構わない。支柱部としては、電極体を捲回する際の巻き芯として利用でき、且つ電極体と共に収容空間内にセットされたときに、上端部が集電板に接し、下端部が底壁部に接触することでリッド部材を下方から支持することができれば、外形形状を任意に変更して構わない。 Further, in the second embodiment and the third embodiment, the case where a cylindrical strut portion is used has been described as an example, but the shape of the strut portion is not limited to the cylindrical shape and may be appropriately changed. I do not care. As the support column, it can be used as a winding core when winding the electrode body, and when it is set in the accommodation space together with the electrode body, the upper end portion is in contact with the current collector plate and the lower end portion is in contact with the bottom wall portion. As long as the lid member can be supported from below, the outer shape may be arbitrarily changed.
さらに、中空の支柱部とした場合において、内形形状としては、中心軸線方向から見た平面視で例えば四角形状、多角形状、星形形状、十字形状、スリット形状等を採用しても構わない。特に、このような内形形状を採用した場合には、支柱部に回転トルクを加え易くなるので好ましい。 Further, in the case of a hollow strut portion, as the internal shape, for example, a quadrangular shape, a polygonal shape, a star shape, a cross shape, a slit shape or the like may be adopted in a plan view from the direction of the central axis. .. In particular, when such an internal shape is adopted, it is preferable because it becomes easy to apply rotational torque to the strut portion.
Z…積層方向
1、90、110、160、170、180…二次電池(電気化学セル)
2、140…電極体
3、112…外装体
10、142…正極電極
13…正極本体
14…正極接続片
20、143…負極電極
21…負極集電体
23…負極本体
23A…内周側負極本体(第1負極本体)
24…負極接続片
30、141…セパレータ
41、51…金属層
42、52…内側樹脂層(樹脂層)
43、53…外側樹脂層(樹脂層)
80…接着層(接着部材、負極位置決め部)
85…溶着部(負極位置決め部)
86…セパレータ溶着部(負極位置決め部)
88…空巻部(負極位置決め部)
87…正極側溶着部(正極位置決め部)
100、155…位置決め部
114…支柱部
115…収容空間
120…容器体
121…底壁部
122…周壁部
130、185…リッド部材(封口板)
131…頂壁部
133…貫通孔
150…シーラントフィルム(シール材)
151…集電板
156…溶着部(固着部)
Z ...
2,140 ... Electrode body 3,112 ... Exterior body 10,142 ...
24 ... Negative
43, 53 ... Outer resin layer (resin layer)
80 ... Adhesive layer (adhesive member, negative electrode positioning part)
85 ... Welding part (negative electrode positioning part)
86 ... Separator welding part (negative electrode positioning part)
88 ... Empty winding part (negative electrode positioning part)
87 ... Welding part on the positive electrode side (Positive electrode positioning part)
100, 155 ... Positioning
131 ...
151 ...
Claims (13)
前記電極体を内部に収容する外装体と、を備え、
前記正極電極及び前記負極電極のうちの少なくともいずれか一方は、位置決め部によって、前記セパレータに対して捲回始めにおける相対位置が位置決めされていることを特徴とする電気化学セル。 An electrode body having a separator, a positive electrode, and a negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode are overlapped with the separator sandwiched by being wound.
An exterior body that houses the electrode body inside is provided.
An electrochemical cell characterized in that at least one of the positive electrode and the negative electrode is positioned at a relative position at the start of winding with respect to the separator by a positioning portion.
前記電極体は、扁平に捲回されることで前記セパレータを挟んで前記正極電極及び前記負極電極が交互に積層され、
前記正極電極は、前記電極体の積層方向に沿って配置された複数の正極本体と、複数の前記正極本体同士を接続する複数の正極接続片と、を備え、
前記負極電極は、前記電極体の積層方向に沿って配置された複数の負極本体と、複数の前記負極本体同士を接続する複数の負極接続片と、を備え、
前記電極体は、前記正極接続片及び前記負極接続片を折り返すように捲回されることで、前記セパレータを挟んで前記正極本体と前記負極本体とが前記積層方向に交互に対向し合った状態で配置されるように形成され、
前記位置決め部は、複数の前記負極本体のうち捲回始め側に位置する第1負極本体と、前記セパレータとの間に設けられ、前記セパレータに対して前記第1負極本体を位置決めさせる負極位置決め部を備え、
前記負極位置決め部は、
前記第1負極本体のうち、前記セパレータを挟んで前記正極接続片に対して対向する外端部と、前記セパレータとの間に少なくとも位置するように配置され、且つ充放電時に、前記セパレータを通じて前記正極接続片から前記外端部に向けて移動するイオンのイオン導電性を、前記セパレータを通じて前記正極本体と前記負極本体との間を移動するイオンのイオン導電性よりも低下させる、電気化学セル。 In the electrochemical cell according to claim 1,
The electrode body is wound flat so that the positive electrode and the negative electrode are alternately laminated so as to sandwich the separator.
The positive electrode includes a plurality of positive electrode bodies arranged along the stacking direction of the electrode bodies, and a plurality of positive electrode connection pieces connecting the plurality of positive electrode bodies to each other.
The negative electrode electrode includes a plurality of negative electrode bodies arranged along the stacking direction of the electrode bodies, and a plurality of negative electrode connection pieces connecting the plurality of the negative electrode bodies to each other.
The electrode body is wound so as to fold back the positive electrode connection piece and the negative electrode connection piece, so that the positive electrode main body and the negative electrode main body alternately face each other in the stacking direction with the separator interposed therebetween. Formed to be placed in
The positioning unit is provided between the first negative electrode body located on the winding start side of the plurality of negative electrode bodies and the separator, and is a negative electrode positioning unit that positions the first negative electrode body with respect to the separator. Equipped with
The negative electrode positioning portion is
The first negative electrode body is arranged so as to be at least located between the separator and the outer end portion facing the positive electrode connection piece with the separator interposed therebetween, and is said to pass through the separator during charging and discharging. An electrochemical cell that reduces the ionic conductivity of ions moving from a positive electrode connection piece toward the outer end portion to be lower than the ionic conductivity of ions moving between a positive electrode body and a negative electrode body through the separator.
前記負極位置決め部は、前記第1負極本体若しくは前記セパレータの少なくともいずれか一方に固着されると共に、前記第1負極本体及び前記セパレータに対して接触する絶縁体とされ、且つ前記セパレータに形成されたイオン透過孔を塞ぐ、電気化学セル。 In the electrochemical cell according to claim 2,
The negative electrode positioning portion is fixed to at least one of the first negative electrode body and the separator, and is an insulator that comes into contact with the first negative electrode body and the separator, and is formed on the separator. An electrochemical cell that closes the ion transmission hole.
前記負極位置決め部は、前記第1負極本体と前記セパレータとを互いに接着する絶縁性の接着部材とされていると共に、前記セパレータに形成されたイオン透過孔を塞ぐ、電気化学セル。 In the electrochemical cell according to claim 3,
The negative electrode positioning portion is an insulating adhesive member that adheres the first negative electrode body and the separator to each other, and is an electrochemical cell that closes an ion transmission hole formed in the separator.
前記負極位置決め部は、前記第1負極本体と前記セパレータとを互いに溶着した溶着部とされていると共に、該溶着によって前記セパレータに形成されたイオン透過孔を塞いでいる、電気化学セル。 In the electrochemical cell according to claim 2,
The negative electrode positioning portion is an electrochemical cell in which the first negative electrode body and the separator are welded to each other and the ion permeation holes formed in the separator by the welding are closed.
前記負極位置決め部は、前記セパレータの一部を予め部分的に二重に溶着したセパレータ溶着部とされていると共に、該溶着によって前記セパレータに形成されたイオン透過孔を塞ぎ、
前記第1負極本体は、前記セパレータ溶着部に対する前記外端部の接触によって、前記セパレータに対して位置決めされている、電気化学セル。 In the electrochemical cell according to claim 2,
The negative electrode positioning portion is a separator welding portion in which a part of the separator is partially double welded in advance, and at the same time, the ion permeation hole formed in the separator by the welding is closed.
The first negative electrode body is an electrochemical cell positioned with respect to the separator by contact of the outer end portion with the separator welded portion.
前記負極位置決め部は、前記セパレータの一部を予め空巻きした空巻部とされていると共に、
前記第1負極本体は、前記空巻部に対する前記外端部の接触によって、前記セパレータに対して位置決めされている、電気化学セル。 In the electrochemical cell according to claim 2,
The negative electrode positioning portion is a blank winding portion in which a part of the separator is preliminarily wound.
The first negative electrode body is an electrochemical cell positioned with respect to the separator by contact of the outer end portion with respect to the blank winding portion.
前記位置決め部は、前記正極電極と前記セパレータとの間に設けられ、前記セパレータに対して、複数の前記正極本体のうち捲回始め側に位置する第1正極本体を位置決めさせる正極位置決め部を備えている、電気化学セル。 In the electrochemical cell according to any one of claims 2 to 7.
The positioning unit is provided between the positive electrode and the separator, and includes a positive electrode positioning unit that positions the first positive electrode body located on the winding start side of the plurality of positive electrode bodies with respect to the separator. The electrochemical cell.
前記外装体は、金属層及び該金属層の両面を被覆する樹脂層を有するラミネートフィルムで形成されている、電気化学セル。 In the electrochemical cell according to any one of claims 2 to 8.
The exterior body is an electrochemical cell formed of a metal layer and a laminated film having a resin layer covering both sides of the metal layer.
前記外装体の内部に収容され、電池軸方向に沿って配置された支柱部を備え、
前記電極体は、前記支柱部に巻き付けられることで、前記セパレータを挟んで前記正極電極及び前記負極電極が重ね合わされた状態で前記支柱部の中心軸線回りに捲回され、
前記位置決め部は、前記支柱部と前記セパレータとを固着する固着部を備え、
前記正極電極及び前記負極電極は、前記固着部を基準として前記支柱部に位置決めされることで、前記セパレータに対する相対位置が位置決めされる、電気化学セル。 In the electrochemical cell according to claim 1,
It is housed inside the exterior body and has a support column arranged along the battery axis direction.
By being wound around the strut portion, the electrode body is wound around the central axis of the strut portion in a state where the positive electrode and the negative electrode are superposed with the separator interposed therebetween.
The positioning portion includes a fixing portion for fixing the support column portion and the separator portion.
An electrochemical cell in which the positive electrode and the negative electrode are positioned relative to the separator by being positioned on the support column with reference to the fixed portion.
前記外装体は、
底壁部及び周壁部を有し、有底筒状に形成された金属製の容器体と、
前記容器体の開口部を閉塞するように前記容器体に溶接接合され、前記容器体との間に前記電極体を収容する金属製の封口板と、を備え、
前記封口板又は前記底壁部には、少なくとも一部分が外部に露出した集電板が絶縁性のシール材を介して溶着され、
前記支柱部は、第1端部が前記集電板に接し、且つ第2端部が前記封口板又は前記底壁部に接することで、前記封口板を支持し、
前記正極電極及び前記負極電極のうちの一方の電極は前記集電板に導通し、他方の電極は前記容器体に導通する、電気化学セル。 In the electrochemical cell according to claim 10,
The exterior body is
A metal container body having a bottom wall portion and a peripheral wall portion and formed in a bottomed cylindrical shape,
A metal sealing plate, which is welded and joined to the container body so as to close the opening of the container body and accommodates the electrode body, is provided between the container body and the container body.
A current collector plate whose at least a part is exposed to the outside is welded to the sealing plate or the bottom wall portion via an insulating sealing material.
The strut portion supports the sealing plate by having a first end portion in contact with the current collector plate and a second end portion in contact with the sealing plate or the bottom wall portion.
An electrochemical cell in which one of the positive electrode and the negative electrode conducts to the current collector plate, and the other electrode conducts to the container body.
前記電極体を内部に収容する外装体と、を備え、
前記正極電極が、前記電極体の積層方向に沿って配置された複数の正極本体と、複数の前記正極本体同士を接続する複数の正極接続片と、を備え、
前記負極電極が、前記電極体の積層方向に沿って配置された複数の負極本体と、複数の前記負極本体同士を接続する複数の負極接続片と、を備える電気化学セルの製造方法であって、
前記正極接続片及び前記負極接続片を折り返すように捲回することで、前記セパレータを挟んで前記正極本体と前記負極本体とが前記積層方向に交互に対向し合った状態で配置されるように前記電極体を形成する電極体形成工程を備え、
前記電極体形成工程時、
複数の前記負極本体のうち捲回始め側に位置する第1負極本体と、前記セパレータとの間に負極位置決め部を設けることで、前記セパレータに対して前記第1負極本体を位置決めさせる位置決め工程を行い、
前記位置決め工程時、前記第1負極本体のうち、前記セパレータを挟んで前記正極接続片に対して対向する外端部と、前記セパレータとの間に少なくとも位置するように前記負極位置決め部を設け、
前記負極位置決め部は、前記セパレータを通じて前記正極接続片から前記外端部に向けて移動するイオンのイオン導電性を、前記セパレータを通じて前記正極本体と前記負極本体との間を移動するイオンのイオン導電性よりも低下させることを特徴とする電気化学セルの製造方法。 An electrode body having a positive electrode and a negative electrode stacked on top of each other with a separator sandwiched between them, and by being wound flat so that the positive electrode and the negative electrode are alternately laminated with the separator sandwiched between them.
An exterior body that houses the electrode body inside is provided.
The positive electrode includes a plurality of positive electrode bodies arranged along the stacking direction of the electrode bodies, and a plurality of positive electrode connection pieces connecting the plurality of positive electrode bodies to each other.
A method for manufacturing an electrochemical cell, wherein the negative electrode electrode includes a plurality of negative electrode bodies arranged along the stacking direction of the electrode bodies, and a plurality of negative electrode connection pieces connecting the plurality of the negative electrode bodies to each other. ,
By winding the positive electrode connection piece and the negative electrode connection piece so as to be folded back, the positive electrode main body and the negative electrode main body are arranged in a state of alternately facing each other in the stacking direction with the separator interposed therebetween. The electrode body forming step for forming the electrode body is provided.
During the electrode body forming step,
A positioning step of positioning the first negative electrode body with respect to the separator by providing a negative electrode positioning portion between the first negative electrode body located on the winding start side of the plurality of negative electrode bodies and the separator is performed. Do,
During the positioning step, the negative electrode positioning portion is provided so as to be at least located between the outer end portion of the first negative electrode body that faces the positive electrode connecting piece with the separator sandwiched between the separator and the separator.
The negative electrode positioning portion transfers ion conductivity of ions moving from the positive electrode connection piece toward the outer end portion through the separator, and ion conductivity of ions moving between the positive electrode body and the negative electrode body through the separator. A method for producing an electrochemical cell, which is characterized by lowering the sex rather than the sex.
前記負極位置決め部として、絶縁性の接着部材を利用し、
前記位置決め工程時、
前記接着部材を、前記第1負極本体の前記外端部、或いは前記第1負極本体の前記外端部に対向する前記セパレータの面上に塗布した後、塗布した前記接着部材の少なくとも一部を固化或いは湿潤状態としてから、前記第1負極本体の前記外端部と前記セパレータとを互いに接着させることで位置決めを行う、電気化学セルの製造方法。 In the method for manufacturing an electrochemical cell according to claim 12,
An insulating adhesive member is used as the negative electrode positioning portion, and an insulating adhesive member is used.
During the positioning process,
After applying the adhesive member to the outer end portion of the first negative electrode body or the surface of the separator facing the outer end portion of the first negative electrode body, at least a part of the applied adhesive member is applied. A method for manufacturing an electrochemical cell, in which positioning is performed by adhering the outer end portion of the first negative electrode body and the separator to each other after being in a solidified or wet state.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020083175 | 2020-05-11 | ||
JP2020083175 | 2020-05-11 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021180173A true JP2021180173A (en) | 2021-11-18 |
Family
ID=78510437
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021036557A Pending JP2021180173A (en) | 2020-05-11 | 2021-03-08 | Electrochemical cell and manufacturing method for electrochemical cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2021180173A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4195372A1 (en) * | 2021-12-08 | 2023-06-14 | Renata AG | A button battery with improved sealing properties |
-
2021
- 2021-03-08 JP JP2021036557A patent/JP2021180173A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4195372A1 (en) * | 2021-12-08 | 2023-06-14 | Renata AG | A button battery with improved sealing properties |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6735445B2 (en) | Wound battery | |
WO2011001617A1 (en) | Winding electrode group and battery | |
WO2012057335A1 (en) | Rectangular secondary battery | |
JP6432952B1 (en) | Electrochemical cell | |
JP5408691B2 (en) | Sealed secondary battery | |
JP2011165515A (en) | Square sealed secondary battery and method for manufacturing the same | |
JPWO2017010046A1 (en) | Winding battery | |
JP2000208111A (en) | Battery and its manufacture | |
JP5229440B2 (en) | Electrochemical devices | |
JP2001266814A (en) | Sheet-shaped battery | |
JP2021180173A (en) | Electrochemical cell and manufacturing method for electrochemical cell | |
CN109891640B (en) | Electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2018014169A (en) | Electrochemical cell and method for manufacturing the same | |
JP6878878B2 (en) | Rechargeable battery manufacturing method and rechargeable battery | |
JP7181782B2 (en) | electrochemical cell | |
JP5439317B2 (en) | Secondary battery | |
JP2017212179A (en) | Alkaline battery and manufacturing method for the same | |
JP2019145724A (en) | Electrochemical cell | |
JP3601283B2 (en) | Non-aqueous electrolyte battery | |
JP2019057473A (en) | Electrochemical cell | |
JP7278154B2 (en) | electrochemical cell | |
JP2019029642A (en) | Electrochemical cell module and manufacturing method of electrochemical cell module | |
JP7368655B2 (en) | electrochemical cell | |
JP4998971B2 (en) | Electrochemical element exterior material and electrochemical element | |
JPH1154111A (en) | Secondary battery electrode sheet and secondary battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240116 |