JP2022116686A - Power storage element and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極体を備える蓄電素子及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electric storage element having an electrode body and a method for manufacturing the same.
従来、蓄電素子においては、極板が巻回されて形成された電極体を矩形状の容器内に収容したものが知られている(例えば特許文献1参照)。電極体の一端面からは、正極用及び負極用の一対のタブ部が突出しており、これらのタブ部が、容器内に配置された集電体(正極リード部材及び負極リード部材)に接合されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an electric storage element is known in which an electrode body formed by winding an electrode plate is housed in a rectangular container (see, for example, Patent Document 1). A pair of tab portions for the positive electrode and the negative electrode protrude from one end face of the electrode body, and these tab portions are joined to the current collectors (the positive electrode lead member and the negative electrode lead member) arranged in the container. ing.
近年では、巻回型の電極体において、電極体の両端面のそれぞれから一対のタブ部を突出させることも検討されている。しかしながら、両端面のそれぞれから一対のタブ部が突出した電極体では、各タブ部と集電体とを溶接したとしても、電極体端部の開放部が閉塞されにくく、当該部位から金属粉等のコンタミネーション(コンタミ)が電極体内に侵入する場合がある。これにより、蓄電素子の信頼性が低下するおそれがある。 In recent years, it has also been studied to protrude a pair of tab portions from both end surfaces of the wound electrode body. However, in an electrode body in which a pair of tab portions protrudes from each of both end surfaces, even if each tab portion and a current collector are welded together, the open portions at the ends of the electrode body are difficult to be closed, and metal powder, etc. contamination (contamination) may enter the electrode body. As a result, there is a possibility that the reliability of the electric storage element is lowered.
本発明は、信頼性を向上させることができる蓄電素子及びその製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electric storage device capable of improving reliability and a method of manufacturing the same.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子は、複数の極板が巻回された電極体を備える蓄電素子であって、電極体は、本体部と、本体部における巻回軸方向の両端面のそれぞれから一対突出した複数のタブ部と、本体部の両端面内において、各対のタブ部の一方の外方領域である第一外方領域、他方の外方領域である第二外方領域、各対のタブ部の間の領域である中間領域のうち、少なくとも1つの領域に配置され、本体部の両端面を覆う複数の絶縁カバーと、を有する。 To achieve the above object, a power storage device according to one aspect of the present invention is a power storage device including an electrode body around which a plurality of electrode plates are wound, wherein the electrode body includes a main body and windings on the main body. A plurality of tab portions protruding in pairs from both end faces in the rotation axis direction, a first outer region that is one outer region of each pair of tab portions, and the other outer region in both end faces of the body portion and a plurality of insulating covers disposed in at least one of the second outer region and the intermediate region between each pair of tab portions to cover both end surfaces of the body portion.
これによれば、電極体の本体部において、各端面の第一外方領域、第二外方領域及び中間領域の少なくとも1つの領域が絶縁カバーにより覆われているので、コンタミの侵入を絶縁カバーで遮ることができる。これにより、コンタミを起因とした短絡またはOCV(開回路電圧)不良などを抑制することができる。したがって、信頼性を向上可能な蓄電素子を提供することができる。 According to this, since at least one of the first outer region, the second outer region and the intermediate region of each end surface of the main body of the electrode body is covered with the insulating cover, the intrusion of contamination is prevented by the insulating cover. can be blocked by As a result, short circuits or OCV (open circuit voltage) defects caused by contamination can be suppressed. Therefore, it is possible to provide an electric storage device with improved reliability.
本体部の両端面のそれぞれには、一対のタブ部として正極タブ部及び負極タブ部が設けられており、絶縁カバーは、負極タブ部の近傍に配置されている、ことにしてもよい。 A positive electrode tab portion and a negative electrode tab portion may be provided as a pair of tab portions on each of both end surfaces of the main body portion, and the insulating cover may be arranged in the vicinity of the negative electrode tab portion.
ここで、負極タブ部を構成する負極板は主に銅または銅合金などで形成されるのが一般的である。銅または銅合金は、正極板に用いられるアルミニウムまたはアルミニウム合金と比べても短絡しやすい。このため、絶縁カバーを負極タブ部の近傍に配置すれば、負極タブ部を起因としたコンタミをより確実に絶縁カバーで遮ることができ、蓄電素子の信頼性をより高めることができる。 Here, the negative electrode plate constituting the negative electrode tab portion is generally made of copper or a copper alloy. Copper or copper alloys are more susceptible to short circuits than aluminum or aluminum alloys used in positive plates. Therefore, by arranging the insulating cover near the negative electrode tab portion, the insulating cover can block contamination originating from the negative electrode tab portion more reliably, and the reliability of the electric storage element can be further improved.
本体部の両端面のそれぞれには、一対のタブ部として正極タブ部及び負極タブ部が設けられており、絶縁カバーは、蓄電素子の使用状態で負極タブ部の下方となる領域に配置されている、ことにしてもよい。 A positive electrode tab portion and a negative electrode tab portion are provided as a pair of tab portions on each of both end surfaces of the main body portion, and the insulating cover is arranged in a region below the negative electrode tab portion when the electric storage element is in use. Yes, you can.
上述したように、銅または銅合金は、正極板に用いられるアルミニウムまたはアルミニウム合金と比べても短絡しやすい。このため、蓄電素子の使用状態において、負極タブ部の下方となる領域に絶縁カバーを配置すれば、負極タブ部を起因としたコンタミをより確実に絶縁カバーで遮ることができ、蓄電素子の信頼性をより高めることができる。 As described above, copper or copper alloys are more susceptible to short circuits than aluminum or aluminum alloys used in positive plates. For this reason, if an insulating cover is placed in the region below the negative electrode tab portion when the storage element is in use, contamination caused by the negative electrode tab portion can be more reliably blocked by the insulating cover, and the storage element can be more reliable. You can increase your sexuality.
本体部の両端面のうち、一端面に備わる正極タブ部及び負極タブ部と、他端面に備わる正極タブ部及び負極タブ部とは、反転して配置されている、ことにしてもよい。 Of the two end faces of the main body, the positive electrode tab portion and negative electrode tab portion provided on one end face and the positive electrode tab portion and negative electrode tab portion provided on the other end face may be reversed.
本願発明者は、電極体の本体部の一端面と他端面とで正極タブ部及び負極タブ部の配置が反転していると、反転していない場合と比べて充放電時の電極体の抵抗が低減することを見出した。つまり、電極体の本体部において、一端面に備わる正極タブ部と負極タブ部と、他端面に備わる正極タブ部と負極タブ部とが反転して配置されていると、充放電時の電極体の抵抗を低減することができる。これは、抵抗が高くなりやすい、巻回軸方向に長尺な電極体において好適である。 The inventors of the present application have found that the resistance of the electrode body during charge and discharge is higher when the positive electrode tab portion and the negative electrode tab portion are reversed in arrangement between one end surface and the other end surface of the main body portion of the electrode body compared to the case where the positive electrode tab portion and the negative electrode tab portion are not reversed. was found to be reduced. That is, in the main body of the electrode body, if the positive electrode tab portion and the negative electrode tab portion provided on one end surface and the positive electrode tab portion and the negative electrode tab portion provided on the other end surface are reversed and arranged, the electrode body during charging and discharging resistance can be reduced. This is suitable for an electrode body elongated in the direction of the winding axis, which tends to have high resistance.
絶縁カバーは、本体部の両端面内において、第一外方領域、第二外方領域及び中間領域の全てに配置されている、ことにしてもよい。 The insulating cover may be arranged in all of the first outer region, the second outer region and the intermediate region within both end surfaces of the main body.
これによれば、第一外方領域、第二外方領域及び中間領域の全てに絶縁カバーが配置されているので、電極体の両端面における開放部を極力低減することができる。これにより、電極体内にコンタミが侵入してしまうことをより確実に抑制することができる。したがって、蓄電素子の信頼性をより高めることができる。 According to this, since the insulating cover is arranged in all of the first outer region, the second outer region, and the intermediate region, it is possible to reduce the open portions on both end faces of the electrode body as much as possible. As a result, it is possible to more reliably prevent contamination from entering the electrode body. Therefore, the reliability of the electric storage element can be further improved.
本発明の一態様に係る蓄電素子の製造方法は、上記蓄電素子の製造方法において、複数の絶縁カバーで本体部の両端面を覆った状態で、複数のタブ部に対して導電部材を溶接する。 A method for manufacturing a power storage element according to an aspect of the present invention is the above-described method for manufacturing a power storage element, wherein the conductive member is welded to the plurality of tab portions while both end surfaces of the main body portion are covered with a plurality of insulating covers. .
これによれば、電極体の本体部の両端面を複数の絶縁カバーで覆った状態で、複数のタブ部に対して導電部材を溶接するので、溶接時に発生するコンタミが電極体内に侵入することを絶縁カバーで遮ることができる。これにより、蓄電素子の信頼性をより高めることができる。 According to this, since the conductive member is welded to the plurality of tab portions in a state in which both end surfaces of the main body portion of the electrode body are covered with the plurality of insulating covers, contamination generated during welding does not enter the electrode body. can be blocked with an insulating cover. Thereby, the reliability of the electric storage element can be further improved.
本発明によれば、蓄電素子の信頼性を高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the reliability of an electrical storage element can be improved.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態(その変形例も含む)に係る蓄電素子について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、製造工程、製造工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。各図において、寸法等は厳密に図示したものではない。各図において、同一または同様な構成要素については同じ符号を付している。 Hereinafter, an electric storage element according to an embodiment of the present invention (including modifications thereof) will be described with reference to the drawings. It should be noted that the embodiments described below are all comprehensive or specific examples. Numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connection forms of constituent elements, manufacturing processes, order of manufacturing processes, and the like shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present invention. In each drawing, dimensions and the like are not strictly illustrated. In each figure, the same reference numerals are given to the same or similar components.
以下の説明及び図面中において、電極体の巻回軸に沿う方向、電極体の延設方向、または、容器の短側面の対向方向を、X軸方向と定義する。容器の長側面の対向方向、または、容器の厚み方向を、Y軸方向と定義する。容器の容器本体の底面と蓋体の天面との並び方向、または、上下方向を、Z軸方向と定義する。これらX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向は、互いに交差(本実施の形態では直交)する方向である。なお、使用態様によってはZ軸方向が上下方向にならない場合も考えられるが、以下では説明の便宜のため、蓄電素子の使用時において電極体の巻回軸が水平方向に沿う場合、つまり、X軸方向及びY軸方向が水平方向に沿って、Z軸方向が上下方向となる場合を例示して説明する。 In the following description and drawings, the direction along the winding axis of the electrode body, the extending direction of the electrode body, or the facing direction of the short side of the container is defined as the X-axis direction. The direction facing the long side of the container or the thickness direction of the container is defined as the Y-axis direction. The direction in which the bottom surface of the container body and the top surface of the lid of the container are aligned, or the vertical direction is defined as the Z-axis direction. These X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction are directions that cross each other (perpendicularly in this embodiment). Depending on the mode of use, the Z-axis direction may not be the vertical direction. A case where the axial direction and the Y-axis direction are parallel to the horizontal direction and the Z-axis direction is the vertical direction will be described as an example.
以下の説明において、例えば、X軸プラス方向とは、X軸の矢印方向を示し、X軸マイナス方向とは、X軸プラス方向とは反対方向を示す。Y軸方向及びZ軸方向についても同様である。さらに、平行及び直交などの、相対的な方向または姿勢を示す表現は、厳密には、その方向または姿勢ではない場合も含む。例えば、2つの方向が直交している、とは、当該2つの方向が完全に直交していることを意味するだけでなく、実質的に直交していること、すなわち、例えば数%程度の差異を含むことも意味する。 In the following description, for example, the positive direction of the X-axis indicates the arrow direction of the X-axis, and the negative direction of the X-axis indicates the direction opposite to the positive direction of the X-axis. The same applies to the Y-axis direction and the Z-axis direction. Furthermore, expressions indicating relative directions or orientations such as parallel and orthogonal include cases where they are not strictly the directions or orientations. For example, two directions are orthogonal, not only means that the two directions are completely orthogonal, but also substantially orthogonal, that is, for example, a difference of about several percent It is also meant to include
(実施の形態)
[1 蓄電素子の全般的な説明]
まず、図1及び図2を用いて、本実施の形態における蓄電素子10の全般的な説明を行う。図1は、本実施の形態に係る蓄電素子10の外観を示す斜視図である。図2は、本実施の形態に係る蓄電素子10を分解して各構成要素を示す分解斜視図である。
(Embodiment)
[1 General Description of Storage Element]
First, with reference to FIGS. 1 and 2, a general description of the
蓄電素子10は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池(単電池)であり、具体的には、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。蓄電素子10は、例えば、自動車、自動二輪車、ウォータークラフト、船舶、スノーモービル、農業機械、建設機械、または、電気鉄道用の鉄道車両等の移動体の駆動用またはエンジン始動用等のバッテリ等として用いられる。上記の自動車としては、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)及びガソリン自動車が例示される。上記の電気鉄道用の鉄道車両としては、電車、モノレール、リニアモーターカー、並びに、ディーゼル機関及び電気モーターの両方を備えるハイブリッド電車が例示される。また、蓄電素子10は、家庭用または事業用等に使用される定置用のバッテリ等としても用いることができる。
The
なお、蓄電素子10は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。蓄電素子10は、二次電池ではなく、使用者が充電をしなくても蓄えられている電気を使用できる一次電池であってもよい。蓄電素子10は、パウチタイプの蓄電素子であってもよい。本実施の形態では、扁平な直方体形状(角形)の蓄電素子10を図示しているが、蓄電素子10の形状は、直方体形状には限定されず、直方体以外の多角柱形状、長円柱形状、楕円柱形状または円柱形状等であってもよい。
Note that the
図1及び図2に示すように、蓄電素子10は、容器100と、二対の電極端子300と、二対の外部ガスケット400とを備えている。容器100の内方には、二対の内部ガスケット500と、二対の集電体600と、電極体700と、が収容されている。具体的には、容器100におけるX軸プラス方向の一端面に一対(正極側及び負極側)の各部材が配置されていて、容器100におけるX軸マイナス方向の他端面に、残りの一対(正極側及び負極側)の各部材が配置されている。より詳細には、容器100におけるX軸プラス方向の一端面には、Z軸プラス方向に正極側の各部材が配置されており、Z軸マイナス方向に負極側の各部材が配置されている。容器100におけるX軸マイナス方向の他端面には、Z軸プラス方向に負極側の各部材が配置されており、Z軸マイナス方向に正極側の各部材が配置されている。つまり、容器100の一端面と他端面とでは、正極側の各部材と負極側の各部材とが、X軸方向視で反転(上下反転)して配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
容器100の内部には、電解液(非水電解質)が封入されているが、図示は省略する。当該電解液としては、蓄電素子10の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく、様々なものを選択することができる。上記の構成要素の他、電極体700の側方または下方等に配置されるスペーサ、電極体700等を包み込む絶縁フィルム等が配置されていてもよい。
An electrolytic solution (non-aqueous electrolyte) is sealed inside the
容器100は、X軸方向に長尺な直方体形状(角形または箱形)のケースである。この容器100においては、X軸方向で対向する両端面がそれぞれ短側面101であり、Y軸方向で対向する両端面がそれぞれ長側面102である。一対の短側面101は、上述した正極側の各部材と負極側の各部材とが設けられた、X軸方向の一端面及び他端面である。また容器100において、Z軸方向で対向する両端面のうち、Z軸プラス方向の端面が天面103であり、Z軸マイナス方向の端面が底面104である。
The
容器100は、容器本体110と蓋体120とを有しており、容器本体110と蓋体120とが組み付けられることで直方体形状をなしている。容器本体110は、一対の長側面102と、底面104とをなしている。蓋体120は、一対の短側面101と、天面103とをなしている。
The
具体的には、容器本体110は、X軸方向視で上方が開放された略U字状の板金である。容器本体110は、Y軸方向の両端部に、一対の長側面102をなす平板状かつ矩形状の長側壁部を有し、Z軸マイナス方向の端部に、底面104をなす平板状かつ矩形状の底壁部を有している。
Specifically, the
蓋体120は、Y軸方向視で下方が開放された略U字状の板金である。蓋体120は、X軸方向の両端部に、一対の短側面101をなす平板状かつ矩形状の短側壁部を有し、Z軸プラス方向の端部に、天面103をなす平板状かつ矩形状の天壁部を有している。
The
このような構成により、容器100は、電極体700等を容器本体110の内部に収容後、容器本体110と蓋体120とが溶接等によって接合されることにより、内部が密封される構造となっている。容器100(容器本体110及び蓋体120)の材質は特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、メッキ鋼板など溶接可能な金属であるのが好ましい。
With such a configuration, the
ここで図示は省略するが、蓋体120には注液部と、ガス排出弁とが形成されている。ガス排出弁は、容器100内方の圧力が過度に上昇した場合に当該圧力を開放する安全弁である。注液部は、蓄電素子10の製造時に容器100の内方に電解液を注液するための部位である。
Although illustration is omitted here, the
電極端子300は、集電体600を介して、電極体700に電気的に接続される端子部材(正極端子310及び負極端子320)である。つまり、電極端子300は、電極体700に蓄えられている電気を蓄電素子10の外部空間に導出し、また、電極体700に電気を蓄えるために蓄電素子10の内部空間に電気を導入するための金属製の部材である。電極端子300の材質は特に限定されないが、例えば、電極端子300(正極端子310及び負極端子320)は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金等の導電部材で形成されている。電極端子300は、かしめ接合または溶接等によって、集電体600に接続(接合)され、かつ、蓋体120に取り付けられる。本実施の形態では、電極端子300は、軸部330が設けられており、この軸部330が外部ガスケット400、内部ガスケット500及び集電体600を貫通した状態でかしめられることで、集電体600に接続(接合)されている。
The
集電体600は、電極体700のX軸方向両側に一対ずつ配置され、電極体700と電極端子300とに接続(接合)されて、電極体700と電極端子300とを電気的に接続する導電性を備えた集電部材(正極集電体610及び負極集電体620)である。具体的には、集電体600は、後述する電極体700のタブ部720と溶接またはかしめ接合等により接続(接合)される第一接続部630と、上述の通り、電極端子300とかしめ接合または溶接等により接続(接合)されて蓋体120に固定される第二接続部640とを一体的に有している。第一接続部630と第二接続部640とは、それぞれ平板状の部位であり、一枚の板金を折り曲げることにより形成されている。集電体600の材質は特に限定されないが、例えば、正極集電体610は、後述する電極体700の正極基材741と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の導電部材で形成され、負極集電体620は、後述する電極体700の負極基材751と同様、銅または銅合金等の導電部材で形成されている。
The current collectors 600 are arranged in pairs on both sides of the
外部ガスケット400は、容器100の蓋体120と電極端子300との間に配置され、蓋体120と電極端子300との間を絶縁し、かつ封止する板状かつ矩形状の絶縁性の封止部材である。内部ガスケット500は、蓋体120と集電体600との間に配置され、蓋体120と集電体600との間を絶縁し、かつ封止する板状かつ矩形状の絶縁性の封止部材である。外部ガスケット400及び内部ガスケット500は、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリスチレン(PS)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)、ポリフェニレンエーテル(PPE(変性PPEを含む))、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ABS樹脂、若しくは、それらの複合材料等の電気的な絶縁性を有する樹脂等によって形成されている。
The
電極体700は、極板が巻回されて形成された、電気を蓄えることができる蓄電要素(発電要素)である。電極体700は、X軸方向に延びる長尺な形状であって、X軸方向から見て長円形状を有している。電極体700は、X軸方向の長さが、例えば、300mm以上、具体的には、500mm~1500mm程度のX軸方向に延設された形状を有している。このため、電極体700は、Z軸方向の長さよりもX軸方向の長さが長くなっている。電極体700は、本体部710と、本体部710から突出した複数のタブ部720とを有し、上述の通り、タブ部720が集電体600に接続(接合)される。複数のタブ部720は、本体部710におけるX軸方向の両端面のそれぞれから一対ずつ突出している。例えば、本体部710におけるX軸プラス方向の一端面には、Z軸プラス方向の端部に正極タブ部721が設けられており、Z軸マイナス方向の端部に負極タブ部722が設けられている。一方、本体部710におけるX軸マイナス方向の他端面には、Z軸プラス方向の端部に負極タブ部722が設けられており、Z軸マイナス方向の端部に正極タブ部721が設けられている。つまり、本体部710の一端面と他端面とでは、正極タブ部721と負極タブ部722とが、X軸方向視で反転(上下反転)して配置されている。このような電極体700の構成について、以下に詳細に説明する。
The
[2 電極体700の構成の説明]
図3は、本実施の形態に係る電極体700の構成を示す斜視図である。具体的には、図3は、電極体700における極板の巻回状態を一部展開した状態での構成を示している。
[2 Description of Configuration of Electrode Body 700]
FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the
図3に示すように、電極体700は、正極板740と、負極板750と、セパレータ761及び762と、を有している。
As shown in FIG. 3 , the
正極板740は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等からなる長尺帯状の金属箔である正極基材741の表面に、正極活物質層742が形成された極板(電極板)である。負極板750は、銅または銅合金等からなる長尺帯状の金属箔である負極基材751の表面に、負極活物質層752が形成された極板(電極板)である。正極基材741及び負極基材751として、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Al-Cd合金など、充放電時の酸化還元反応に対して安定な材料であれば適宜公知の材料を用いることもできる。正極活物質層742に用いられる正極活物質、及び、負極活物質層752に用いられる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質及び負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。
The positive electrode plate 740 is an electrode plate (electrode plate) in which a positive electrode active material layer 742 is formed on the surface of a positive electrode base material 741, which is a long strip-shaped metal foil made of aluminum, an aluminum alloy, or the like. The
例えば、正極活物質として、LiMPO4、LiMSiO4、LiMBO3(MはFe、Ni、Mn、Co等から選択される1種または2種以上の遷移金属元素)等のポリアニオン化合物、チタン酸リチウム、LiMn2O4やLiMn1.5Ni0.5O4等のスピネル型リチウムマンガン酸化物、LiMO2(MはFe、Ni、Mn、Co等から選択される1種または2種以上の遷移金属元素)等のリチウム遷移金属酸化物等を用いることができる。負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金(リチウム-ケイ素、リチウム-アルミニウム、リチウム-鉛、リチウム-錫、リチウム-アルミニウム-錫、リチウム-ガリウム、及びウッド合金等のリチウム金属含有合金)の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料(例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボン等)、ケイ素酸化物、金属酸化物、リチウム金属酸化物(Li4Ti5O12等)、ポリリン酸化合物、あるいは、一般にコンバージョン負極と呼ばれる、Co3O4やFe2P等の、遷移金属と第14族乃至第16族元素との化合物などが挙げられる。 For example, as the positive electrode active material, polyanion compounds such as LiMPO 4 , LiMSiO 4 , LiMBO 3 (M is one or more transition metal elements selected from Fe, Ni, Mn, Co, etc.), lithium titanate, Spinel-type lithium manganese oxides such as LiMn 2 O 4 and LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 , LiMO 2 (M is one or more transition metals selected from Fe, Ni, Mn, Co, etc. element) and the like can be used. Examples of negative electrode active materials include lithium metal, lithium alloys (lithium-silicon, lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin, lithium-aluminum-tin, lithium-gallium, and lithium metal-containing alloys such as Wood's alloys). , alloys that can absorb and release lithium, carbon materials (e.g. graphite, non-graphitizable carbon, easily graphitizable carbon, low-temperature fired carbon, amorphous carbon, etc.), silicon oxides, metal oxides, lithium metal oxides ( Li 4 Ti 5 O 12 , etc.), polyphosphate compounds, or compounds of transition metals and group 14 to group 16 elements, such as Co 3 O 4 and Fe 2 P, which are generally called conversion negative electrodes. .
セパレータ761及び762は、樹脂からなる微多孔性のシートである。セパレータ761及び762の素材としては、蓄電素子10の性能を損なうものでなければ、適宜公知の材料を使用できる。例えば、セパレータ761及び762として、有機溶剤に不溶な織布、不織布、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂からなる合成樹脂微多孔膜等を用いることができる。
The
電極体700は、正極板740及び負極板750と、セパレータ761及び762とが交互に積層されかつ巻回されることで形成されている。つまり、電極体700は、負極板750と、セパレータ761と、正極板740と、セパレータ762とがこの順に積層され、巻回されることで形成されている。本実施の形態では、電極体700は、正極板740及び負極板750等が、X軸方向に延びる巻回軸Lまわりに巻回されて形成された巻回型(いわゆる縦巻き型)の電極体である。巻回軸Lとは、正極板740及び負極板750等を巻回する際の中心軸となる仮想的な軸であり、本実施の形態では、電極体700の中心を通る、X軸方向に平行な直線である。
The
正極板740における巻回軸方向の両端縁には、それぞれ外方に突出する複数の突出片743が当該正極板740の平面視で千鳥状に配置されている。同様に、負極板750における巻回軸方向の両端縁には、それぞれ外方に突出する複数の突出片753が当該負極板750の平面視で千鳥状に配置されている。積層後の状態では、正極板740の各突出片743と、負極板750の各突出片753とは、それぞれ正極板740及び負極板750の長手方向で交互に繰り返し並ぶことになる。各突出片743及び753は、活物質を含む活物質が形成されておらず、基材層が露出した部分(活物質層非形成部)である。
A plurality of protruding
正極板740及び負極板750と、セパレータ761及び762とが巻回されると、本体部710の一端面と他端面とのそれぞれで、正極板740の各突出片743同士が重なり合うとともに、負極板750の各突出片753同士が重なり合う。正極板740の各突出片743同士が重なり合った部分が正極タブ部721である。つまり、正極タブ部721は、複数の極板(正極板740及び負極板750)のうち、同じ極性の極板(正極板740)の一片(突出片743)が複数積層されることで形成された部位である。
When the positive electrode plate 740, the
同様に、負極板750の各突出片753同士が重なり合った部分が負極タブ部722である。つまり、負極タブ部722は、複数の極板(正極板740及び負極板750)のうち、同じ極性の極板(負極板750)の一片(突出片753)が複数積層されることで形成された部位である。
Similarly, the portion where the projecting
つまり、電極体700は、電極体700の本体を構成する本体部710と、本体部710からX軸方向の両端面のそれぞれから一対突出した複数のタブ部720(正極タブ部721及び負極タブ部722)と、を有している。
That is, the
本体部710は、正極板740及び負極板750のうちの正極活物質層742及び負極活物質層752が形成(塗工)された部分とセパレータ761及び762とが巻回されて形成された長円柱形状の部位(活物質層形成部)である。これにより、本体部710は、Z軸方向両側に一対の湾曲部711を有し、この一対の湾曲部711間に、全体として平坦状の平坦部712を有している。一対の湾曲部711は、Z軸方向で平坦部712を挟む位置に配置されているとも言える。
The
湾曲部711は、X軸方向から見てZ軸方向に突出するように半円の円弧形状に湾曲し、X軸方向に延設された湾曲状の部位であり、容器本体110の底壁部と蓋体120の天壁部とに対向して配置される。つまり、一対の湾曲部711は、X軸方向から見て、容器本体110の底壁部及び蓋体120の天壁部に向けてZ軸方向両側に突出するように湾曲した部位である。平坦部712は、一対の湾曲部711の端部同士を繋ぐ、Y軸方向に向いたXZ平面に平行に広がる矩形状かつ平坦状の部位であり、容器本体110のY軸方向両側の長側壁部に対向して配置される。なお、湾曲部711の湾曲形状は、半円の円弧形状には限定されず、楕円形状の一部等でもよく、どのように湾曲していてもよい。平坦部712は、Y軸方向に向く外面が平面であることには限定されず、当該外面が少し凹んでいたり、少し膨らんでいたりしていてもよい。
The
各タブ部720は、本体部710の両端面において、湾曲部711から離間し、平坦部712に連続する位置から突出している。ここで、本体部710の両端面内において、各対のタブ部720の一方(Z軸プラス方向)の外方領域を第一外方領域731とし、他方(Z軸マイナス方向)の外方領域を第二外方領域732と称す。また、各対のタブ部720の間の領域を中間領域733と称す。図2に示すように、第一外方領域731、第二外方領域732及び中間領域733には、それぞれ絶縁カバー800が配置されており、各絶縁カバー800によって本体部710の両端面が覆われている。具体的には、本体部710におけるX軸プラス方向の一端面のうち、第一外方領域731に配置された絶縁カバー800は、当該一端面に備わる正極タブ部721の上方近傍に配置されている。本体部710の一端面のうち、第二外方領域732に配置された絶縁カバー800は、当該一端面に備わる負極タブ部722の下方近傍に配置されている。本体部710の一端面のうち、中間領域733に配置された絶縁カバー800は、当該一端面に備わる正極タブ部721の下方近傍であって、負極タブ部722の上方近傍に配置されている。
Each tab portion 720 is spaced apart from the
同様に、本体部710におけるX軸マイナス方向の他端面のうち、第一外方領域731に配置された絶縁カバー800は、当該他端面に備わる負極タブ部722の上方近傍に配置されている。本体部710の他端面のうち、第二外方領域732に配置された絶縁カバー800は、当該他端面に備わる正極タブ部721の下方近傍に配置されている。本体部710の他端面のうち、中間領域733に配置された絶縁カバー800は、当該他端面に備わる負極タブ部722の下方近傍であって、正極タブ部721の上方近傍に配置されている。
Similarly, the insulating
各絶縁カバー800は、外部ガスケット400と同様の絶縁性を有する樹脂等で形成された平面視矩形シート状の接着テープであり、その一面に接着層が積層されている。各絶縁カバー800は、両端部が、本体部710における平坦部712の一対の外面に貼り付けられ、中間部が本体部710の端面を覆っている。絶縁カバー800が接着テープであるので、絶縁カバー800を電極体700に対して貼り付けるだけで容易に固定することができる。なお、絶縁カバー800は、例えば接着層を有しておらず、自身の弾性により電極体700に係合するクリップ状の絶縁部材であってもよい。
Each insulating
蓄電素子10の製造時において、絶縁カバー800が電極体700に取り付けられるタイミングは、複数のタブ部720に集電体600が溶接される前である。各タブ部720と集電体600とを超音波溶接で溶接する場合には、最もコンタミが発生しやすい。超音波溶接で発生したコンタミの侵入を遮るうえで、当該溶接の前に各絶縁カバー800を電極体700に取り付けて、本体部710の両端面を覆っていることがよい。
The timing at which the insulating
なお、正極タブ部721と負極タブ部722との位置ズレを起因とした、正極タブ部721と負極タブ部722同士の短絡を確実に抑制するためには、中間領域733の幅(Z軸方向の長さ)を20mm以上とすることが好ましい。また、タブ部720の強度確保及び溶接幅確保の観点からは、タブ部720の幅(Z軸方向の長さ)は10mm以上とすればよく、20mm以上であればより好ましい。
In order to reliably suppress a short circuit between the positive
[3 効果の説明]
以上のように、本発明の実施の形態に係る蓄電素子10は、複数の極板(正極板740及び負極板750)が巻回された電極体700を備えている。電極体700は、本体部710と、本体部710における巻回軸方向(X軸方向)の両端面のそれぞれから一対突出した複数のタブ部720と、本体部710の両端面内において、各対のタブ部720の一方の外方領域である第一外方領域731、他方の外方領域である第二外方領域732、各対のタブ部720の間の領域である中間領域733のうち、少なくとも1つの領域に配置され、本体部710の両端面を覆う複数の絶縁カバー800と、を有する。
[3 Explanation of effects]
As described above,
これによれば、電極体700の本体部710において、各端面の第一外方領域731、第二外方領域732及び中間領域733の少なくとも1つの領域が絶縁カバー800により覆われているので、コンタミの侵入を絶縁カバー800で遮ることができる。これにより、コンタミを起因とした短絡またはOCV(開回路電圧)不良などを抑制することができる。したがって、信頼性を向上可能な蓄電素子10を提供することができる。
According to this, at least one of the first
特に、本実施の形態では、第一外方領域731、第二外方領域732及び中間領域733の全てに絶縁カバー800が配置されているので、電極体700の両端面における開放部を極力低減することができる。したがって、電極体700内にコンタミが侵入してしまうことをより確実に抑制することができ、蓄電素子10の信頼性をより高めることができる。
In particular, in the present embodiment, since the insulating
また、本体部710の両端面のそれぞれには、一対のタブ部720として正極タブ部721及び負極タブ部722が設けられており、絶縁カバー800は、負極タブ部722の近傍に配置されている。
A positive
ここで、負極タブ部722を構成する負極板750は主に銅または銅合金などで形成されている。銅または銅合金は、正極板740に用いられるアルミニウムまたはアルミニウム合金と比べても短絡しやすい。このため、絶縁カバー800を負極タブ部722の近傍に配置すれば、負極タブ部722を起因としたコンタミをより確実に絶縁カバー800で遮ることができ、蓄電素子10の信頼性をより高めることができる。
Here, the
特に、本実施の形態では、蓄電素子10の使用状態において、負極タブ部722の下方となる領域に絶縁カバー800が配置されているので、負極タブ部722から落下したコンタミをより確実に絶縁カバー800で遮ることができる。
In particular, in the present embodiment, the insulating
ここで、コンタミの侵入抑制の観点から、負極タブ部722と、当該負極タブ部722に隣り合う絶縁カバー800との間隔は、負極タブ部722の幅(Z軸方向の長さ)よりも小さければよく、負極タブ部722の幅の半分以下であればより好ましい。絶縁カバー800が負極タブ部722に接触していればさらに好ましい。これは正極タブ部721に対しても同様である。
Here, from the viewpoint of suppressing entry of contamination, the gap between the negative
また、本体部710の両端面のうち、一端面に備わる正極タブ部721と負極タブ部722と、他端面に備わる正極タブ部721と負極タブ部722とは、反転して配置されている。
In addition, the positive
本願発明者は、電極体700の本体部710の一端面と他端面とで正極タブ部721及び負極タブ部722が反転している場合には、反転していない場合と比べて充放電時の電極体700の抵抗が低減することを見出した。つまり、電極体700の本体部710において、一端面に備わる正極タブ部721と負極タブ部722と、他端面に備わる正極タブ部721と負極タブ部722とが反転して配置されていると、充放電時の電極体700の抵抗を低減することができる。これは、抵抗が高くなりやすい、巻回軸方向に長尺な電極体700において好適である。
The inventors of the present application have found that when the positive
また、本発明の実施の形態に係る蓄電素子10の製造方法によれば、複数の絶縁カバー800で本体部710の両端面を覆った状態で、複数のタブ部720に対して集電体600(導電部材)を溶接する。
Further, according to the method for manufacturing
これによれば、電極体700の本体部710の両端面を複数の絶縁カバー800で覆った状態で、複数のタブ部720に対して集電体600を溶接するので、溶接時に発生するコンタミが電極体700内に侵入することを絶縁カバー800で遮ることができる。これにより、蓄電素子10の信頼性をより高めることができる。
According to this, since the current collector 600 is welded to the plurality of tab portions 720 in a state in which both end surfaces of the
[4 変形例の説明]
以下に、上記実施の形態の各変形例について説明する。以降の説明において上記実施の形態または他の変形例と同一の部分においては同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
[4 Description of modified example]
Modifications of the above embodiment will be described below. In the following description, parts that are the same as those of the above-described embodiment or other modifications may be denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof may be omitted.
(変形例1)
次に、上記実施の形態の変形例1について説明する。図4は、実施の形態の変形例1に係る電極体700aを示す模式図である。図4においては、負極タブ部722にドットハッチングを付している。
(Modification 1)
Next, Modification 1 of the above embodiment will be described. FIG. 4 is a schematic diagram showing an
上記実施の形態では、電極体700の第一外方領域731、第二外方領域732及び中間領域733の全てに対して絶縁カバー800が配置されている場合を例示した。しかしながら、絶縁カバーは、電極体における両端面のそれぞれにおいて、第一外方領域、第二外方領域及び中間領域の少なくとも1つの領域に配置されていれば、一定のコンタミ侵入抑制効果を得ることが可能である。例えば、図4では、本体部710aの両端面において、負極タブ部722の下方近傍にのみ絶縁カバー800aが貼り付けられている場合を示している。この場合には、負極タブ部722から落下したコンタミを絶縁カバー800aで遮ることができる。つまり、絶縁カバー800aの設置個数を抑えつつ、効果的にコンタミ侵入抑制効果を得ることができる。
In the above embodiment, the case where the insulating
(変形例2)
次に、上記実施の形態の変形例2について説明する。図5は、実施の形態の変形例2に係る電極体700bを示す斜視図である。具体的には図5は図4に対応する図である。
(Modification 2)
Next, Modification 2 of the above embodiment will be described. FIG. 5 is a perspective view showing an
図5に示すように、本変形例に係る電極体700bでは、本体部710bにおける両端面の正極タブ部721bと負極タブ部722bとが反転していない。具体的には、本体部710bにおける一端面及び他端面には、上方の端部に負極タブ部722bが設けられており、下方の端部に正極タブ部721bが設けられている。この場合においても、本体部710bの両端面における第一外方領域731、第二外方領域732及び中間領域733には、それぞれ絶縁カバー800bが配置されており、各絶縁カバー800bによって本体部710bの両端面が覆われている。
As shown in FIG. 5, in the
(その他の変形例)
以上、本発明の実施の形態(その変形例も含む。以下同様)に係る蓄電素子について説明したが、本発明は、上記実施の形態には限定されない。今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であり、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。
(Other modifications)
Although the storage elements according to the embodiments of the present invention (including modifications thereof; the same applies hereinafter) have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments. The embodiments disclosed this time are illustrative in all respects, and the scope of the present invention includes all modifications within the meaning and range of equivalents to the scope of the claims.
例えば、上記実施の形態では、タブ部720に溶接される導電部材として集電体600を例示したが、タブ部に溶接される導電部材として電極端子を例示することも可能である。 For example, in the above-described embodiment, the current collector 600 is exemplified as the conductive member welded to the tab portion 720, but it is also possible to exemplify the electrode terminal as the conductive member welded to the tab portion.
また、上記実施の形態では、複数の絶縁カバー800で本体部710の両端面を覆った状態で、複数のタブ部720に対して導電部材を溶接する場合を例示した。しかしながら、複数のタブ部720に対して導電部材を溶接してから、複数の絶縁カバー800で本体部710の両端面を覆ってもよい。
Moreover, in the above-described embodiment, the case where the conductive members are welded to the plurality of tab portions 720 in a state where both end surfaces of the
上記実施の形態及びその変形例に含まれる構成要素を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。 Forms constructed by arbitrarily combining the constituent elements included in the above embodiments and modifications thereof are also included within the scope of the present invention.
本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子に適用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to storage elements such as lithium ion secondary batteries.
10 蓄電素子
100 容器
101 短側面
102 長側面
103 天面
104 底面
110 容器本体
120 蓋体
300 電極端子
310 正極端子
320 負極端子
330 軸部
400 外部ガスケット
500 内部ガスケット
600 集電体(導電部材)
610 正極集電体
620 負極集電体
630 第一接続部
640 第二接続部
700、700a、700b 電極体
710、710a、710b 本体部
711 湾曲部
712 平坦部
720 タブ部
721、721b 正極タブ部
722、722b 負極タブ部
731 第一外方領域
732 第二外方領域
733 中間領域
740 正極板
741 正極基材
742 正極活物質層
743、753 突出片
750 負極板
751 負極基材
752 負極活物質層
761、762 セパレータ
800、800a、800b 絶縁カバー
10
610 positive electrode current collector 620 negative electrode current collector 630 first connecting portion 640 second connecting
Claims (6)
前記電極体は、
本体部と、
前記本体部における巻回軸方向の両端面のそれぞれから一対突出した複数のタブ部と、
前記本体部の前記両端面内において、各対の前記タブ部の一方の外方領域である第一外方領域、他方の外方領域である第二外方領域、各対の前記タブ部の間の領域である中間領域のうち、少なくとも1つの領域に配置され、前記本体部の前記両端面を覆う複数の絶縁カバーと、を有する
蓄電素子。 A power storage element comprising an electrode body in which a plurality of electrode plates are wound,
The electrode body is
a main body;
a plurality of tab portions protruding in pairs from each of both end surfaces of the main body portion in the winding axis direction;
In the both end surfaces of the main body, a first outer region that is one outer region of each pair of tab portions, a second outer region that is the other outer region of each pair of tab portions, and and a plurality of insulating covers arranged in at least one region of an intermediate region, which is a region between the two, and covering the both end surfaces of the main body.
前記絶縁カバーは、前記負極タブ部の近傍に配置されている
請求項1に記載の蓄電素子。 A positive electrode tab portion and a negative electrode tab portion are provided as a pair of tab portions on each of both end surfaces of the main body portion,
The electric storage element according to claim 1, wherein the insulating cover is arranged in the vicinity of the negative electrode tab portion.
前記絶縁カバーは、前記蓄電素子の使用状態で前記負極タブ部の下方となる領域に配置されている
請求項1に記載の蓄電素子。 A positive electrode tab portion and a negative electrode tab portion are provided as a pair of tab portions on each of both end surfaces of the main body portion,
The electric storage device according to claim 1, wherein the insulating cover is arranged in a region below the negative electrode tab portion when the electric storage device is in use.
請求項2または3に記載の蓄電素子。 2. The positive electrode tab portion and the negative electrode tab portion provided on one end surface of the main body portion and the positive electrode tab portion and the negative electrode tab portion provided on the other end surface of the main body portion are arranged reversely. 4. Or the electric storage element of 3.
請求項1~4のいずれか一項に記載の蓄電素子。 5. The insulating cover according to any one of claims 1 to 4, wherein the insulating cover is arranged in all of the first outer region, the second outer region, and the intermediate region in the both end surfaces of the main body. The storage element described.
前記複数の絶縁カバーで前記本体部の前記両端面を覆った状態で、前記複数のタブ部に対して導電部材を溶接する
蓄電素子の製造方法。 In the method for manufacturing the electric storage element according to any one of claims 1 to 5,
The method of manufacturing an electric storage element, wherein the conductive member is welded to the plurality of tab portions in a state in which the both end surfaces of the main body portion are covered with the plurality of insulating covers.
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