JP5304626B2 - Lithium ion secondary battery, vehicle and battery-equipped equipment - Google Patents
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Description
本発明は、正極板、負極板、第1セパレータ及び第2セパレータを捲回してなる捲回型発電要素(以下、単に発電要素ともいう)と、正極集電部材と負極集電部材とを備えるリチウムイオン二次電池、及び、このリチウムイオン二次電池を搭載した車両及び電池搭載機器に関する。 The present invention includes a wound-type power generation element (hereinafter also simply referred to as a power generation element) formed by winding a positive electrode plate, a negative electrode plate, a first separator, and a second separator, a positive electrode current collecting member, and a negative electrode current collecting member. The present invention relates to a lithium ion secondary battery, a vehicle equipped with the lithium ion secondary battery, and a battery-equipped device.
近年、ハイブリッド自動車やノート型パソコン、ビデオカムコーダなどのポータブル電子機器の駆動用電源に、充放電可能なリチウムイオン二次電池(以下、単に電池ともいう)が利用されている。
このような電池について、特許文献1には、帯状の正極板、負極板及びセパレータからなり、渦巻状に捲回された極板群(捲回型発電要素)と、この極板群の上下から突出したそれぞれの極板の集電部(第1正極露出部,第1負極露出部)の先端部分に溶接された正・負極集電体(正極集電部材,負極集電部材)とを備えた蓄電池(リチウムイオン二次電池)が開示されている。
In recent years, lithium-ion secondary batteries (hereinafter simply referred to as batteries) that can be charged and discharged have been used as power sources for driving portable electronic devices such as hybrid cars, notebook computers, and video camcorders.
With respect to such a battery,
ところで、第1正極露出部と正極集電部材との溶接、第1負極露出部と負極集電部材との溶接では、溶接時に溶接部位からスパッタ(微小の金属異物)が発生し、発電要素に向けて飛散することがある。そして、飛散したスパッタが、セパレータと正極板との間や、セパレータと負極板との間に入り込むと、スパッタを通じて、正極板と負極板との間で短絡する不具合が発生する虞がある。
しかしながら、特許文献1に記載の発電要素の形状では、発電要素の内部にスパッタが入り込むのを防止することはできない。
By the way, in welding between the first positive electrode exposed portion and the positive electrode current collecting member, and welding between the first negative electrode exposed portion and the negative electrode current collecting member, spatter (fine metallic foreign matter) is generated from the welded portion during welding, and the power generation element May scatter toward you. And if the spatter that scatters enters between the separator and the positive electrode plate or between the separator and the negative electrode plate, there is a risk that a short circuit occurs between the positive electrode plate and the negative electrode plate through sputtering.
However, the shape of the power generation element described in
本発明は、かかる問題点を鑑みてなされたものであって、発電要素の内部にスパッタの入り込みを抑制したリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。また、そのようなリチウムイオン二次電池を搭載した車両及び電池搭載機器を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of this problem, Comprising: It aims at providing the lithium ion secondary battery which suppressed the penetration | invasion of a sputter | spatter into the inside of an electric power generation element. Moreover, it aims at providing the vehicle and battery mounting apparatus which mount such a lithium ion secondary battery.
本発明の一態様は、帯状の正極集電箔と、この正極集電箔の第1正極主面及び第2正極主面にそれぞれ配置してなる第1正極活物質層及び第2正極活物質層とを有する正極板、帯状の負極集電箔と、この負極集電箔の第1負極主面及び第2負極主面にそれぞれ配置してなる第1負極活物質層及び第2負極活物質層とを有する負極板、いずれも帯状の第1セパレータ及び第2セパレータ、を有し、上記正極板の上記第1正極活物質層と、上記負極板の上記第2負極活物質層との間に上記第1セパレータを、上記負極板の上記第1負極活物質層と、上記正極板の上記第2正極活物質層との間に上記第2セパレータを、それぞれ介在させて、上記正極板、上記負極板、上記第1セパレータ及び上記第2セパレータを、捲回軸を中心に捲回してなる捲回型発電要素と、上記正極板と電気的に接続してなる正極集電部材と、上記負極板と電気的に接続してなる負極集電部材と、を備え、上記正極集電箔は、上記捲回軸に沿う第1幅方向の端部に位置し、上記第1正極主面及び上記第2正極主面が、上記第1正極活物質層及び上記第2正極活物質層から帯状に露出してなる第1正極露出部を含み、上記負極集電箔は、上記第1幅方向とは逆方向の第2幅方向の端部に位置し、上記第1負極主面及び上記第2負極主面が、上記第1負極活物質層及び上記第2負極活物質層から帯状に露出してなる第1負極露出部を含むリチウムイオン二次電池であって、上記捲回型発電要素は、以下のA,Bの少なくともいずれかの形態を有するリチウムイオン二次電池である。
A.上記正極集電箔は、上記第2幅方向の端部に位置し、少なくとも上記第2正極主面が帯状に露出してなる第2正極露出部を含み、上記第1セパレータは、上記第2幅方向の端部であって、上記捲回軸の径方向外側に曲げ返されて、上記正極集電箔の上記第2幅方向の端部を囲むと共に、上記第2正極露出部と、上記第2セパレータとの間に介在する第1曲げ返し端部を含み、上記負極集電箔の上記第1負極露出部に上記負極集電部材を、溶接により接続してなる形態。
B.上記負極集電箔は、上記第1幅方向の端部に位置し、少なくとも上記第2負極主面が帯状に露出してなる第2負極露出部を含み、上記第2セパレータは、上記第1幅方向の端部であって、上記捲回軸の径方向外側に曲げ返されて、上記負極集電箔の上記第1幅方向の端部を囲むと共に、上記第2負極露出部と、上記第1セパレータとの間に介在する第2曲げ返し端部を含み、上記正極集電箔の上記第1正極露出部に上記正極集電部材を、溶接により接続してなる形態。
One aspect of the present invention is a strip-shaped positive electrode current collector foil, and a first positive electrode active material layer and a second positive electrode active material formed on the first positive electrode main surface and the second positive electrode main surface of the positive electrode current collector foil, respectively. And negative electrode current collector foil, and first negative electrode active material layer and second negative electrode active material respectively disposed on the first negative electrode main surface and the second negative electrode main surface of the negative electrode current collector foil A negative electrode plate, each having a strip-shaped first separator and a second separator, and between the first positive electrode active material layer of the positive electrode plate and the second negative electrode active material layer of the negative electrode plate The first separator is interposed between the first negative electrode active material layer of the negative electrode plate and the second positive electrode active material layer of the positive electrode plate, and the positive electrode plate, The negative electrode plate, the first separator and the second separator are wound around a winding axis. A positive electrode current collecting member electrically connected to the positive electrode plate, and a negative electrode current collecting member electrically connected to the negative electrode plate. Located at the end in the first width direction along the winding axis, the first positive electrode main surface and the second positive electrode main surface are exposed in a strip shape from the first positive electrode active material layer and the second positive electrode active material layer. The negative electrode current collector foil is located at an end portion in the second width direction opposite to the first width direction, the first negative electrode main surface and the second negative electrode. The main surface is a lithium ion secondary battery including a first negative electrode exposed portion that is exposed in a strip shape from the first negative electrode active material layer and the second negative electrode active material layer, and the wound power generation element includes: A lithium ion secondary battery having at least one of the following forms A and B.
A. The positive electrode current collector foil includes a second positive electrode exposed portion that is located at an end in the second width direction and at least the second positive electrode main surface is exposed in a strip shape, and the first separator includes the second separator An end portion in the width direction that is bent back radially outward of the winding shaft to surround the end portion in the second width direction of the positive electrode current collector foil, and the second positive electrode exposed portion; A mode in which the negative electrode current collecting member is connected to the first negative electrode exposed portion of the negative electrode current collector foil by welding, including a first bent end portion interposed between the second separator and the second separator.
B. The negative electrode current collector foil is located at an end in the first width direction and includes at least a second negative electrode exposed portion in which the second negative electrode main surface is exposed in a strip shape, and the second separator includes the first separator An end portion in the width direction that is bent back radially outward of the winding shaft to surround the end portion in the first width direction of the negative electrode current collector foil, and the second negative electrode exposed portion; A mode comprising a second bent-back end portion interposed between the first separator and the positive current collecting member connected to the first positive electrode exposed portion of the positive current collector foil by welding.
上述の電池では、発電要素は上述のA,Bの少なくともいずれかの形態を有している。なお、Aの形態を有する発電要素では、第1セパレータが第1曲げ返し端部を含むので、この第1曲げ返し端部により、第2幅方向に位置する第1負極露出部に負極集電部材を溶接する際に発生したスパッタが、第1セパレータと正極板(第1正極活物質層)との間に入り込むのを防止できる。一方、Bの形態を有する発電要素では、第2セパレータが第2曲げ返し端部を含むので、この第2曲げ返し端部により、第1幅方向に位置する第1正極露出部に正極集電部材を溶接する際に発生したスパッタが、第2セパレータと負極板(第1負極活物質層)との間に入り込むのを防止できる。
このように、第1セパレータと第1正極活物質層、及び、第2セパレータと第1負極活物質層との間の少なくともいずれかで、溶接時に生じたスパッタが入り込むのを抑制できる。従って、スパッタによる短絡の発生を抑制した電池とすることができる。
In the battery described above, the power generation element has at least one of the above-described forms A and B. In the power generation element having the form A, since the first separator includes the first bent end, the negative electrode current collector is formed on the first negative exposed portion located in the second width direction by the first bent end. It is possible to prevent spatter generated when welding the members from entering between the first separator and the positive electrode plate (first positive electrode active material layer). On the other hand, in the power generation element having the form B, since the second separator includes the second bent end, the second bent end provides a positive current collector on the first positive electrode exposed portion located in the first width direction. It is possible to prevent spatter generated when welding the members from entering between the second separator and the negative electrode plate (first negative electrode active material layer).
Thus, it is possible to suppress the spatter generated during welding from entering at least one of the first separator and the first positive electrode active material layer, and the second separator and the first negative electrode active material layer. Therefore, a battery in which occurrence of a short circuit due to sputtering is suppressed can be obtained.
なお、上述のAの形態を有する発電要素としては、例えば、負極集電箔の第1負極露出部に負極集電部材を溶接してなると共に、正極集電箔の第1正極露出部に正極集電部材を溶接してなるものや、第1負極露出部に負極集電部材を溶接してなる一方、第1正極露出部に正極集電部材を溶接以外の手法(例えば、ボルト締結)を用いて電気的に接続してなるものが挙げられる。また、上述のBの形態を有する発電要素としては、例えば、第1正極露出部に正極集電部材を溶接してなると共に、第1負極露出部に負極集電部材を溶接してなるものや、第1正極露出部に正極集電部材を溶接してなる一方、第1負極露出部に負極集電部材を溶接以外の手法(例えば、ボルト締結)を用いて電気的に接続してなるものが挙げられる。 As the power generation element having the above-described form A, for example, a negative electrode current collector is welded to the first negative electrode exposed portion of the negative electrode current collector foil, and the positive electrode is exposed to the first positive electrode exposed portion of the positive electrode current collector foil. While welding the current collecting member or welding the negative electrode current collecting member to the first negative electrode exposed portion, a method other than welding the positive current collecting member to the first positive electrode exposed portion (for example, bolt fastening) And those that are electrically connected to each other. In addition, as the power generation element having the above-described form B, for example, a positive electrode current collector member is welded to the first positive electrode exposed part and a negative electrode current collector member is welded to the first negative electrode exposed part. The positive electrode current collector is welded to the first positive electrode exposed part, and the negative electrode current collector is electrically connected to the first negative electrode exposed part using a technique other than welding (for example, bolt fastening). Is mentioned.
さらに、上述のリチウムイオン二次電池であって、前記捲回型発電要素は、前記A及び前記Bの両方の形態を有するリチウムイオン二次電池とすると良い。 Furthermore, in the above-described lithium ion secondary battery, the wound power generation element may be a lithium ion secondary battery having both forms A and B.
上述の電池では、発電要素は前述のA及びBの両方の形態を有するので、第1セパレータと第1正極活物質層との間にも、及び、第2セパレータと第1負極活物質層との間にも、溶接時に生じたスパッタが入り込むのを抑制できる。従って、前述のAのみ又はBのみの形態を有する発電要素を備える電池よりも、さらに短絡の発生を抑制した電池とすることができる。 In the battery described above, since the power generation element has both the above-described forms A and B, the second separator, the first negative electrode active material layer, the first separator and the first positive electrode active material layer, In the meantime, it is possible to suppress spatter generated during welding. Therefore, it is possible to obtain a battery in which the occurrence of a short circuit is further suppressed as compared with the battery including the power generation element having the above-described form of only A or B only.
さらに、上述のいずれかのリチウムイオン二次電池であって、前記Aの形態において、前記第1セパレータの前記第1曲げ返し端部の第1端部厚みを、前記第2正極活物質層の正極層厚み以下にしてなり、前記Bの形態において、前記第2セパレータの前記第2曲げ返し端部の第2端部厚みを、前記第2負極活物質層の負極層厚み以下にしてなるリチウムイオン二次電池とすると良い。 Furthermore, in any of the above-described lithium ion secondary batteries, in the form A, the first end thickness of the first bent end of the first separator is set to the second positive electrode active material layer. Lithium having a thickness equal to or less than the thickness of the positive electrode layer, and in the form B, the second end thickness of the second folded end portion of the second separator is equal to or less than the thickness of the negative electrode layer of the second negative electrode active material layer. It is preferable to use an ion secondary battery.
上述の電池では、発電要素がAの形態を有する場合には、第2正極露出部と第2セパレータとの間に介在する第1曲げ返し端部の第1端部厚みを、同じく第2正極露出部と第2セパレータとの間に介在する第2正極活物質層の正極層厚み以下にしてなる。このため、第2正極露出部と第2セパレータとの間のうち、第1曲げ返し端部の介在する部位が、これに隣接する隣接部位よりも厚くなり、隣接部位で第2正極活物質層と第2セパレータとの間に隙間が生じるのを防止できる。
また、発電要素がBの形態を有する場合には、第2負極露出部と第1セパレータとの間に介在する第2曲げ返し端部の第2端部厚みを、同じく第2負極露出部と第1セパレータとの間に介在する第2負極活物質層の負極層厚み以下にしてなる。このため、第2負極露出部と第1セパレータとの間のうち、第1曲げ返し端部の介在する部位が、これに隣接する隣接部位よりも厚くなり、隣接部位で第2負極活物質層と第1セパレータとの間に隙間が生じるのを防止できる。
In the battery described above, when the power generation element has the form A, the thickness of the first end portion of the first bent end portion interposed between the second positive electrode exposed portion and the second separator is set to the same value as the second positive electrode. The thickness of the positive electrode layer of the second positive electrode active material layer interposed between the exposed portion and the second separator is less than or equal to the thickness. For this reason, a portion where the first bent end portion is interposed between the second positive electrode exposed portion and the second separator is thicker than an adjacent portion adjacent thereto, and the second positive electrode active material layer is formed at the adjacent portion. It is possible to prevent a gap from being generated between the second separator and the second separator.
Further, when the power generation element has the form B, the second end thickness of the second bent back end portion interposed between the second negative electrode exposed portion and the first separator is set to the same value as the second negative electrode exposed portion. The negative electrode layer thickness of the second negative electrode active material layer interposed between the first separator and the first separator is not more than. Therefore, the portion where the first bent end portion is interposed between the second negative electrode exposed portion and the first separator is thicker than the adjacent portion adjacent thereto, and the second negative electrode active material layer is formed at the adjacent portion. And a gap between the first separator and the first separator can be prevented.
或いは、本発明の他の態様は、前述のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池を搭載し、このリチウムイオン二次電池に蓄えた電気エネルギを動力源の全部又は一部に使用する車両である。 Alternatively, another aspect of the present invention is a vehicle in which the lithium ion secondary battery described in any of the above is mounted and the electric energy stored in the lithium ion secondary battery is used for all or part of the power source. is there.
上述の車両は、短絡の発生を抑制した電池を搭載しているので、安定して使用できる動力源を有する車両とすることができる。 Since the above-mentioned vehicle is equipped with a battery that suppresses the occurrence of a short circuit, the vehicle can have a power source that can be used stably.
なお、車両としては、電池による電気エネルギを動力源の全部又は一部に使用する車両であれば良く、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド鉄道車両、フォークリフト、電気車いす、電動アシスト自転車、電動スクータが挙げられる。 The vehicle may be a vehicle that uses electric energy from a battery as a whole or a part of a power source. For example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, a hybrid railway vehicle, a forklift, an electric wheelchair, an electric vehicle Examples include assist bicycles and electric scooters.
或いは、本発明の他の態様は、前述のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池を搭載し、このリチウムイオン二次電池に蓄えた電気エネルギを駆動エネルギ源の全部又は一部に使用する電池搭載機器である。 Alternatively, according to another aspect of the present invention, there is provided a battery in which the lithium ion secondary battery according to any one of the foregoing is mounted and the electric energy stored in the lithium ion secondary battery is used for all or part of the driving energy source. On-board equipment.
上述の電池搭載機器は、短絡の発生を抑制した電池を搭載しているので、安定して使用できる駆動エネルギ源を有する電池搭載機器とすることができる。 Since the above-described battery-equipped device is equipped with a battery in which the occurrence of a short circuit is suppressed, it can be a battery-equipped device having a drive energy source that can be used stably.
なお、電池搭載機器としては、電池を搭載し、これをエネルギ源の全部又は一部に使用する機器であれば良く、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯電話、電池駆動の電動工具、無停電電源装置など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器が挙げられる。 In addition, as a battery mounting apparatus, what is necessary is just an apparatus which mounts a battery and uses this for all or one part of an energy source, for example, a personal computer, a mobile telephone, a battery-powered electric tool, an uninterruptible power supply, etc. And various home appliances driven by batteries, office equipment, and industrial equipment.
(実施形態1)
次に、本発明の実施形態1について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態1にかかる電池1について、図1を参照して説明する。
この電池1は、いずれも帯状の正極板30、負極板40、第1セパレータ20及び第2セパレータ25を有し、これらを捲回軸AXを中心に捲回してなる捲回型の発電要素10と、正極板30と電気的に接続してなる正極集電部材と、負極板40と電気的に接続してなる負極集電部材とを備えるリチウムイオン二次電池である(図1参照)。なお、電池1は、リチウムイオンを含む、図示しない電解液と共に、発電要素10を電池ケース80に収容してなる。
(Embodiment 1)
Next,
First, the
The
この電池ケース80は、共にアルミニウム製の電池ケース本体81及び封口蓋82を有する。このうち電池ケース本体81は有底矩形箱形であり、この電池ケース80と発電要素10との間には、樹脂からなり、箱状に折り曲げた絶縁フィルム(図示しない)が介在させてある。また、封口蓋82は矩形板状であり、電池ケース本体81の開口を閉塞して、この電池ケース本体81に溶接されている。この封口蓋82には、発電要素10(正極板30,負極板40)と接続している正極集電部材71及び負極集電部材72(次述)のうち、それぞれ先端に位置する正極端子部71T及び負極端子部72Tが貫通しており、図1中、上方に向く蓋表面82aから突出している。これら正極端子部91A及び負極端子部92Aと封口蓋82との間には、それぞれ絶縁性の樹脂からなる絶縁部材95が介在し、互いを絶縁している。さらに、この封口蓋82には矩形板状の安全弁97も封着されている。
The
また、正極集電部材71は、アルミニウム製で、クランク状に屈曲した矩形板状を有する。この正極集電部材71は、発電要素10の正極板30における第1正極露出部37に溶接してなる正極溶接部71Gと、電池1の外部において他部材(例えば、バスバ)と接続可能な正極端子部71Tとを有する。
また、負極集電部材72は、銅製で、正極集電部材71と同様、クランク状に屈曲した矩形板状を有する。この負極集電部材72は、発電要素10の負極板40における第1負極露出部47に溶接してなる負極溶接部72Gと、電池1の外部において他部材(例えば、バスバ)と接続可能な負極端子部72Tとを有する。
The positive electrode current collecting
Further, the negative electrode current collecting
また、発電要素10は、帯状の正極板30及び負極板40が、帯状の第1セパレータ20及び第2セパレータ25を介して扁平形状に捲回されてなる捲回型である(図1参照)。具体的には、正極板30の第1正極活物質層31(後述)と、負極板40の第2負極活物質層42(後述)との間に第1セパレータ20を、負極板40の第1負極活物質層41(後述)と、正極板30の第2正極活物質層32(後述)との間に第2セパレータ25を、それぞれ介在させている(図4〜6参照)。
この発電要素10は、後述する正極集電箔35の第1正極露出部37に正極集電部材71を、かつ、後述する負極集電箔45の第1負極露出部47に負極集電部材72を、それぞれ溶接により接続してなる。具体的には、いずれも抵抗溶接によって、正極端子部材71の正極溶接部71Gを第1正極露出部37に、かつ、負極端子部材72の負極溶接部72Gを第1負極露出部47にそれぞれ接続してなる。
The
The
このうち、正極板30は、図2の斜視図に示すように、長手方向DLに延びる帯状で、アルミニウム製の正極集電箔35と、この正極集電箔35の第1正極主面35A及び第2正極主面35Bにそれぞれ配置してなる第1正極活物質層31及び第2正極活物質層32とを有している。
このうち、第1正極活物質層31及び第2正極活物質層32はいずれも、LiCoO2からなる正極活物質粒子(図示しない)と、アセチレンブラックからなる導電材(図示しない)と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなる結着材(図示しない)とを含む。また、これら第1正極活物質層31及び第2正極活物質層32の正極層厚みT32は、いずれも35μmである。
Among these, as shown in the perspective view of FIG. 2, the
Among these, the first positive electrode
また、正極集電箔35は、第1幅方向DW1の端部に位置し、第1正極主面35A及び第2正極主面35Bが、第1正極活物質層31及び第2正極活物質層32から帯状に露出してなる第1正極露出部37と、第1幅方向DW1とは逆方向の第2幅方向DW2の端部に位置し、第2正極主面35Bが帯状に露出してなる第2正極露出部38とを含む。なお、この正極集電箔35は、長手方向DLに捲回してなるので、第1幅方向DW1及び第2幅方向DW2は、捲回時には、捲回軸AXに沿う方向となる。
正極集電箔35のうち第1正極露出部37は、図1において、左側に位置し、上述の正極集電部材71に溶接される(図1参照)。この逆に、第2正極露出部38は、図1中、右側に位置し、自身と第2セパレータ25との間には、図5に示すように、第1セパレータ20の第1曲げ返し端部21(後述)が介在している。
Further, the positive electrode
The first positive electrode exposed
また、負極板40は、図3の斜視図に示すように、長手方向DLに延びる帯状で、銅製の負極集電箔45と、この負極集電箔45の第1負極主面45A及び第2負極主面45Bにそれぞれ配置してなる第1負極活物質層41及び第2負極活物質層42とを有している。
このうち、第1負極活物質層41及び第2負極活物質層42はいずれも、グラファイトからなる負極活物質粒子(図示しない)、及び、PVDFからなる結着材(図示しない)を含む。また、これら第1負極活物質層41及び第2負極活物質層42の負極層厚みT42は、いずれも35μmである。
Further, as shown in the perspective view of FIG. 3, the
Among these, each of the first negative electrode
また、負極集電箔45は、第2幅方向DW2の端部に位置し、第1負極主面45A及び第2負極主面45Bが、第1負極活物質層41及び第2負極活物質層42から帯状に露出してなる第1負極露出部47と、第1幅方向DW1の端部に位置し、第2負極主面45Bが帯状に露出してなる第2負極露出部48とを含む。
負極集電箔45のうち第1負極露出部47は、図1において、右側に位置し、上述の負極集電部材72に溶接される(図1参照)。この逆に、第2負極露出部48は、図1中、右側に位置し、自身と第1セパレータ20との間には、図6に示すように、第2セパレータ25の第2曲げ返し端部26(後述)が介在している。
The negative electrode
The first negative electrode exposed
また、厚みが35μmのポリエチレンからなる第1セパレータ20は、第1正極活物質層31と第2負極活物質層42との間に位置する第1本体部22を有している。この第1本体部22は、正極板30と負極板40との接触を防止している。
このほかに、第1セパレータ20は、図6に示すように、第2幅方向DW2の端部であって、捲回軸AXの径方向DRの外側(図6中、右側)にU字状に曲げ返されて、正極集電箔35の第2幅方向DW2の端部(第2正極露出部38)を囲むと共に、第2正極露出部38と第2セパレータ25との間に介在する第1曲げ返し端部21を有している。
この第1曲げ返し端部21を形成することで、第2幅方向DW2に位置する第1負極露出部47に負極集電部材72を溶接する際に発生したスパッタが、第1セパレータ20の第1本体部22と正極板30の第1正極活物質層31との間に入り込むのが防止されている。なお、この第1曲げ返し端部21の第1端部厚みT21は、第1本体部22と同じ35μmである。また、第2正極露出部38と第2セパレータ25との間に介在する第2正極活物質層32の正極層厚みT32とも等しい。
The
In addition, as shown in FIG. 6, the
By forming the first
また、第1セパレータ20と同様、厚みが35μmのポリエチレンからなる第2セパレータ25は、第1負極活物質層41と第2正極活物質層32との間に位置する第2本体部27を有している。この第2本体部27は、正極板30と負極板40との接触を防止している。
このほかに、第2セパレータ25は、図5に示すように、第1幅方向DW1の端部であって、捲回軸AXの径方向DRの外側(図5中、右側)にU字状に曲げ返されて、負極集電箔45の第1幅方向DW1の端部(第2負極露出部48)を囲むと共に、第2負極露出部48と第1セパレータ20との間に介在する第2曲げ返し端部26を有している。
この第2曲げ返し端部26を形成することで、第1幅方向DW1に位置する第1正極露出部37に正極集電部材71を溶接する際に発生したスパッタが、第2セパレータ25の第2本体部27と負極板40の第1負極活物質層41との間に入り込むのが防止されている。なお、この第2曲げ返し端部26の第2端部厚みT26は、第2本体部27と同じ35μmである。また、第2負極露出部48と第1セパレータ20との間に介在する第2負極活物質層42の負極層厚みT42とも等しい。
Similarly to the
In addition to this, as shown in FIG. 5, the
By forming the second bent-
以上より、本実施形態1にかかる電池1では、第1セパレータ20の第1本体部22と第1正極活物質層31、及び、第2セパレータ25の第2本体部27と第1負極活物質層41との間に、溶接時に生じたスパッタが入り込むのを抑制できる。従って、スパッタによる短絡の発生を抑制した電池1とすることができる。
また、第1曲げ返し端部21及び第2曲げ返し端部26があることにより、第2正極活物質層32と第2セパレータ25の第2本体部27との間や、第2負極活物質層42と第1セパレータ20の第1本体部22との間にスパッタが入り込み難い電池1とすることができる。
As described above, in the
Further, since the first
また、この電池1では、第1セパレータ20の第1本体部22と第1正極活物質層31との間にも、及び、第2セパレータ25の第2本体部27と第1負極活物質層41との間にも、溶接時に生じたスパッタが入り込むのを抑制できる。従って、正極集電箔が第2正極露出部を含み、第1セパレータが第1曲げ返し端部を含み、第1負極露出部に負極集電部材を、溶接により接続してなる形態のみ、又は、負極集電箔が第2負極露出部を含み、第2セパレータが第2曲げ返し端部を含み、第1正極露出部に正極集電部材を、溶接により接続してなる形態のみの発電要素を備える電池よりも、さらに短絡の発生を抑制した電池1とすることができる。
In the
また、発電要素10では、第2正極露出部38と第2セパレータ25との間に介在する第1曲げ返し端部21の第1端部厚みT21が、同じく第2正極露出部38と第2セパレータ25との間に介在する第2正極活物質層32の正極層厚みT32と等しい。このため、第2正極露出部38と第2セパレータ25との間のうち、第1曲げ返し端部26の介在する部位が、これに隣接する隣接部位よりも厚くなり、隣接部位で第2正極活物質層32と第2セパレータ25との間に隙間が生じるのを防止できる。
また、第2負極露出部48と第1セパレータ20との間に介在する第2曲げ返し端部26の第2端部厚みT26が、同じく第2負極露出部48と第1セパレータ20との間に介在する第2負極活物質層42の負極層厚みT42と等しい。このため、第2負極露出部48と第1セパレータ20との間のうち、第1曲げ返し端部21の介在する部位が、これに隣接する隣接部位よりも厚くなり、隣接部位で第2負極活物質層42と第1セパレータ20との間に隙間が生じるのを防止できる。
In the
Further, the second end thickness T26 of the second bent-
次に、本実施形態1にかかる電池1の製造方法について説明する。
まず、正極板30を作製する。具体的には、結着材を溶解したN−メチル−2−ピロリドン(NMP)中に、正極活物質粒子及び導電材をそれぞれ投入し混練してできたペースト(図示しない)を、長手方向DLに延びる帯状の正極集電箔35の第1正極主面35Aに塗布した。なお、この第1正極主面35Aにおける、正極集電箔35の幅方向(第1幅方向DW1,第2幅方向DW2)の両端部にはそれぞれペーストを塗布しない。これにより、第1幅方向DW1の端部には第1正極露出部37が、第2幅方向DW2の端部には第2正極露出部38がそれぞれできる(図2参照)。塗布後、第1正極主面35A上のペーストを乾燥させた。
また、正極集電箔35のうち、第1正極主面35Aの裏側の第2正極主面35Bについても、同様にペーストを塗布した。なお、この第2正極主面35Bにおける、正極集電箔35の第1幅方向DW1の端部にはペーストを塗布しない。これにより、第1幅方向DW1の端部には第1正極露出部37ができる(図2参照)。塗布後、第2正極主面35B上のペーストを乾燥させた。
その後、図示しないロールプレスで、正極集電箔35の第1正極主面35A,第2正極主面35B上で乾燥させたペーストを圧縮し、正極層厚みT32が35μmの第1正極活物質層31と第2正極活物質層32とを有する正極板30を作製した(図2参照)。
Next, a method for manufacturing the
First, the
Moreover, the paste was similarly applied to the second positive electrode
Thereafter, the paste dried on the first positive electrode
一方、負極板40を作製する。具体的には、結着材を溶解したNMP中に前述したグラファイトからなる負極活物質粒子を投入し、混練してできたペースト(図示しない)を、長手方向DLに延びる帯状の負極集電箔45の第1負極主面45Aに塗布した。なお、この第1負極主面45Aにおける、負極集電箔45の幅方向(第1幅方向DW1,第2幅方向DW2)の両端部にはそれぞれペーストを塗布しない。これにより、第2幅方向DW2の端部には第1負極露出部47が、第1幅方向DW1の端部には第2負極露出部48がそれぞれできる(図3参照)。塗布後、第1負極主面45A上のペーストを乾燥させた。
また、負極集電箔45のうち、第1負極主面45Aの裏側の第2負極主面45Bについても、同様にペーストを塗布した。なお、この第2負極主面45Bにおける、負極集電箔45の第2幅方向DW2の端部にはペーストを塗布しない。これにより、第2幅方向DW2の端部には第1負極露出部47ができる(図3参照)。塗布後、第2負極主面45B上のペーストを乾燥させた。
その後、図示しないロールプレスで、負極集電箔45の第1負極主面45A,第2負極主面45B上で乾燥させたペーストを圧縮し、負極層厚みT42が35μmの第1負極活物質層41と第2負極活物質層42とを有する負極板40を作製した(図3参照)。
On the other hand, the
Further, in the negative electrode
Thereafter, the paste dried on the first negative electrode
上述のように作製した正極板30及び負極板40を、いずれも帯状の第1セパレータ20或いは第2セパレータ25と共に捲回し、発電要素10とする。具体的には、捲回軸AXから径方向DRの外側に向かって、第2セパレータ25、負極板40、第1セパレータ20、正極板30の順に重ねた状態で捲回する(図4,7参照)。このとき、正極板30の第1正極活物質層31、及び、負極板40の第1負極活物質層41を径方向DR内側にそれぞれ向くよう、正極板30及び負極板40を配置する。これにより、正極板30の第1正極活物質層31と、負極板40の第2負極活物質層42との間に第1セパレータ20が、負極板40の第1負極活物質層41と、正極板30の第2正極活物質層32との間に第2セパレータ25がそれぞれ介在する(図4参照)。
Both the
まず、第2セパレータ25を捲回軸AXの周りに捲回し、その第2セパレータ25の径方向DR外側に負極板40を配置し、第2セパレータ25と共に捲回軸AXの周りに捲回する(図7参照)。そして、捲回した第2セパレータ25のうち、第1幅方向DW1の端部を径方向DR外側に曲げ返して、負極板40の第2負極露出部48の径方向DR外側に第2曲げ返し端部26を形成する。
なお、第2セパレータ25は捲回軸AXを中心に捲回されてなるので、径方向DR外側に曲げ返された第2曲げ返し端部26と、この第2曲げ返し端部26よりも径方向DR内側に位置する第2セパレータ25の第2本体部27との間に径差が生じる。しかるにこれら第2曲げ返し端部26及び第2本体部27はつながっているので、第2セパレータ25のみの場合には、第2曲げ返し端部26が第2本体部27に密着する。従って、第2曲げ返し端部26と第2本体部27との間に第2負極露出部48が位置する場合には、第2曲げ返し端部26は、この第2負極露出部48に密着すると考えられる。
また、第2曲げ返し端部26を形成した第2セパレータ25を捲回する際、第2セパレータ25の第2曲げ返し端部26をヒータ等で加熱して、第2セパレータ25が変形しやすくすると良い。
First, the
Since the
Further, when the
次いで、負極板40の径方向DR外側に第1セパレータ20を、さらに、その第1セパレータ20の径方向DR外側に正極板30をそれぞれ配置し、これら第1セパレータ20及び正極板30を捲回軸AXの周りに捲回する(図7参照)。そして、上述した第2セパレータ25と同様にして、捲回した第1セパレータ20のうち、第2幅方向DW2の端部を径方向DR外側に曲げ返して、正極板30の第2正極露出部38の径方向DR外側に第1曲げ返し端部21を形成する。
なお、第1セパレータ20は、第2セパレータ25同様、捲回軸AXを中心に捲回されてなるので、第1曲げ返し端部21と第1本体部22との間に径差が生じる。従って、第1曲げ返し端部21と第1本体部22との間に第2正極露出部38が位置する場合には、第1曲げ返し端部21は、この第2正極露出部38に密着すると考えられる。
また、第1曲げ返し端部21を形成した第1セパレータ20を捲回する際、第2セパレータ25と同様、第1セパレータ21の第1曲げ返し端部21をヒータ等で加熱して、第1セパレータ20が変形しやすくすると良い。
Next, the
Since the
Further, when winding the
以上のようにして、正極板30、負極板40、第1セパレータ20及び第2セパレータ25を、捲回軸AXを中心に捲回した捲回型の発電要素10ができあがる(図1,4参照)。
その後は、正極板30(正極集電箔35)の第1正極露出部37に正極集電部材71の正極溶接部71Gを、負極板40(負極集電箔45)の第1負極露出部47に負極集電部材72の負極溶接部72Gをそれぞれ溶接した。その後、電池ケース本体81に挿入し、前述した電解液60を注入後、封口蓋82で電池ケース本体81を溶接で封口する。かくして、電池1が完成する(図1参照)。
As described above, the wound-type
Thereafter, the positive
(実施形態2)
本実施形態2にかかる車両200は、前述した電池1を複数含むバッテリパック210を搭載したものである。具体的には、図8に示すように、車両200は、エンジン240、フロントモータ220及びリアモータ230を併用して駆動するハイブリッド自動車である。この車両200は、車体290、エンジン240、これに取り付けられたフロントモータ220、リアモータ230、ケーブル250、インバータ260、及び、矩形箱形状のバッテリパック210を有している。このうちバッテリパック210は、前述した電池1を複数収容してなる。
(Embodiment 2)
A
本実施形態2にかかる車両200は、電池容量の低下を抑制した電池1を搭載しているので、安定した性能の動力源を有する車両200とすることができる。
Since the
(実施形態3)
また、本実施形態3のハンマードリル300は、前述した電池1を含むバッテリパック310を搭載したものであり、図9に示すように、バッテリパック310、本体320を有する電池搭載機器である。なお、バッテリパック310はハンマードリル300の本体320のうち底部321に可能に収容されている。
(Embodiment 3)
Further, the
本実施形態3にかかるハンマードリル300は、電池容量の低下を抑制した電池1を搭載しているので、安定した性能の駆動エネルギ源を有する電池搭載機器とすることができる。
Since the
以上において、本発明を実施形態1〜3に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、実施形態1では、発電要素10にはA及びBの両方の形態を有するものを示した。即ち、正極集電箔が第2正極露出部を含み、第1セパレータが第1曲げ返し端部を含み、第1負極露出部に負極集電部材を、溶接により接続してなる形態、及び、負極集電箔が第2負極露出部を含み、第2セパレータが第2曲げ返し端部を含み、第1正極露出部に正極集電部材を、溶接により接続してなる形態の、両方の形態を有する捲回型発電要素とした。
しかし、正極集電箔が第2正極露出部を含み、第1セパレータが第1曲げ返し端部を含み、第1負極露出部に負極集電部材を、溶接により接続してなる、Aの形態のみ、又は、負極集電箔が第2負極露出部を含み、第2セパレータが第2曲げ返し端部を含み、第1正極露出部に正極集電部材を、溶接により接続してなる、Bの形態のみを有する発電要素を備える電池としても良い。
In the above, the present invention has been described with reference to the first to third embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof. .
For example, in the first embodiment, the
However, the positive electrode current collector foil includes the second positive electrode exposed portion, the first separator includes the first bent end portion, and the negative electrode current collecting member is connected to the first negative electrode exposed portion by welding. Only, or the negative electrode current collector foil includes a second negative electrode exposed portion, the second separator includes a second bent back end portion, and a positive electrode current collecting member is connected to the first positive electrode exposed portion by welding, B It is good also as a battery provided with the electric power generation element which has only the form of.
また、実施形態1では、発電要素10のうち、第1正極露出部に正極集電部材を溶接すると共に、第1負極露出部に負極集電部材を溶接した。しかし、発電要素に上述のAの形態を有する一方、第1正極露出部と正極集電部材とを溶接以外の手法(例えば、ボルト締結)で電気的に接続しても良い。また逆に、発電要素に上述のBの形態を有する一方、第1負極露出部と負極集電部材とを溶接以外の手法(例えば、ボルト締結)で電気的に接続しても良い。
In the first embodiment, in the
1 電池(リチウムイオン二次電池)
10 発電要素(捲回型発電要素)
20 第1セパレータ
21 第1曲げ返し端部
25 第2セパレータ
26 第2曲げ返し端部
30 正極板
31 第1正極活物質層
32 第2正極活物質層
35 正極集電箔
35A 第1正極主面
35B 第2正極主面
37 第1正極露出部
38 第2正極露出部
40 負極板
41 第1負極活物質層
42 第2負極活物質層
45 負極集電箔
45A 第1負極主面
45B 第2負極主面
47 第1負極露出部
48 第2負極露出部
71 正極集電部材
72 負極集電部材
200 車両
300 ハンマードリル(電池搭載機器)
AX 捲回軸
DR 径方向
DW1 第1幅方向
DW2 第2幅方向
T21 第1端部厚み
T26 第2端部厚み
T32 正極層厚み
T42 負極層厚み
1 Battery (Lithium ion secondary battery)
10 Power generation elements (winding power generation elements)
20
AX Winding axis DR Radial direction DW1 First width direction DW2 Second width direction T21 First end thickness T26 Second end thickness T32 Positive electrode layer thickness T42 Negative electrode layer thickness
Claims (5)
帯状の負極集電箔と、この負極集電箔の第1負極主面及び第2負極主面にそれぞれ配置してなる第1負極活物質層及び第2負極活物質層とを有する負極板、
いずれも帯状の第1セパレータ及び第2セパレータ、を有し、
上記正極板の上記第1正極活物質層と、上記負極板の上記第2負極活物質層との間に上記第1セパレータを、上記負極板の上記第1負極活物質層と、上記正極板の上記第2正極活物質層との間に上記第2セパレータを、それぞれ介在させて、上記正極板、上記負極板、上記第1セパレータ及び上記第2セパレータを、捲回軸を中心に捲回してなる捲回型発電要素と、
上記正極板と電気的に接続してなる正極集電部材と、
上記負極板と電気的に接続してなる負極集電部材と、を備え、
上記正極集電箔は、
上記捲回軸に沿う第1幅方向の端部に位置し、上記第1正極主面及び上記第2正極主面が、上記第1正極活物質層及び上記第2正極活物質層から帯状に露出してなる第1正極露出部を含み、
上記負極集電箔は、
上記第1幅方向とは逆方向の第2幅方向の端部に位置し、上記第1負極主面及び上記第2負極主面が、上記第1負極活物質層及び上記第2負極活物質層から帯状に露出してなる第1負極露出部を含む
リチウムイオン二次電池であって、
上記捲回型発電要素は、以下のA,Bの少なくともいずれかの形態を有する
リチウムイオン二次電池。
A.上記正極集電箔は、上記第2幅方向の端部に位置し、少なくとも上記第2正極主面が帯状に露出してなる第2正極露出部を含み、上記第1セパレータは、上記第2幅方向の端部であって、上記捲回軸の径方向外側に曲げ返されて、上記正極集電箔の上記第2幅方向の端部を囲むと共に、上記第2正極露出部と、上記第2セパレータとの間に介在する第1曲げ返し端部を含み、上記負極集電箔の上記第1負極露出部に上記負極集電部材を、溶接により接続してなる形態。
B.上記負極集電箔は、上記第1幅方向の端部に位置し、少なくとも上記第2負極主面が帯状に露出してなる第2負極露出部を含み、上記第2セパレータは、上記第1幅方向の端部であって、上記捲回軸の径方向外側に曲げ返されて、上記負極集電箔の上記第1幅方向の端部を囲むと共に、上記第2負極露出部と、上記第1セパレータとの間に介在する第2曲げ返し端部を含み、上記正極集電箔の上記第1正極露出部に上記正極集電部材を、溶接により接続してなる形態。 A positive electrode plate having a strip-shaped positive electrode current collector foil, and a first positive electrode active material layer and a second positive electrode active material layer respectively disposed on the first positive electrode main surface and the second positive electrode main surface of the positive electrode current collector foil;
A negative electrode plate having a strip-shaped negative electrode current collector foil, and a first negative electrode active material layer and a second negative electrode active material layer respectively disposed on the first negative electrode main surface and the second negative electrode main surface of the negative electrode current collector foil;
Both have a strip-shaped first separator and a second separator,
The first separator, the first negative electrode active material layer of the negative electrode plate, and the positive electrode plate between the first positive electrode active material layer of the positive electrode plate and the second negative electrode active material layer of the negative electrode plate. The second separator is interposed between the second positive electrode active material layer and the positive electrode plate, the negative electrode plate, the first separator, and the second separator are wound around a winding axis. A wound power generation element,
A positive electrode current collecting member electrically connected to the positive electrode plate;
A negative electrode current collecting member electrically connected to the negative electrode plate,
The positive electrode current collector foil is:
Located at the end in the first width direction along the winding axis, the first positive electrode main surface and the second positive electrode main surface are strip-shaped from the first positive electrode active material layer and the second positive electrode active material layer. Including an exposed first positive electrode exposed portion;
The negative electrode current collector foil is
The first negative electrode main surface and the second negative electrode main surface are located at an end in the second width direction opposite to the first width direction, and the first negative electrode active material layer and the second negative electrode active material A lithium ion secondary battery including a first negative electrode exposed portion exposed in a strip shape from a layer,
The wound power generation element is a lithium ion secondary battery having at least one of the following forms A and B.
A. The positive electrode current collector foil includes a second positive electrode exposed portion that is located at an end in the second width direction and at least the second positive electrode main surface is exposed in a strip shape, and the first separator includes the second separator An end portion in the width direction that is bent back radially outward of the winding shaft to surround the end portion in the second width direction of the positive electrode current collector foil, and the second positive electrode exposed portion; A mode in which the negative electrode current collecting member is connected to the first negative electrode exposed portion of the negative electrode current collector foil by welding, including a first bent end portion interposed between the second separator and the second separator.
B. The negative electrode current collector foil is located at an end in the first width direction and includes at least a second negative electrode exposed portion in which the second negative electrode main surface is exposed in a strip shape, and the second separator includes the first separator An end portion in the width direction that is bent back radially outward of the winding shaft to surround the end portion in the first width direction of the negative electrode current collector foil, and the second negative electrode exposed portion; A mode comprising a second bent-back end portion interposed between the first separator and the positive current collecting member connected to the first positive electrode exposed portion of the positive current collector foil by welding.
前記捲回型発電要素は、前記A及び前記Bの両方の形態を有する
リチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 1,
The wound power generation element is a lithium ion secondary battery having both forms A and B.
前記Aの形態において、前記第1セパレータの前記第1曲げ返し端部の第1端部厚みを、前記第2正極活物質層の正極層厚み以下にしてなり、
前記Bの形態において、前記第2セパレータの前記第2曲げ返し端部の第2端部厚みを、前記第2負極活物質層の負極層厚み以下にしてなる
リチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2,
In the form of A, the first end thickness of the first bent end of the first separator is less than or equal to the positive electrode layer thickness of the second positive electrode active material layer,
The lithium ion secondary battery in which the second end thickness of the second bent back end portion of the second separator is set to be equal to or less than the negative electrode layer thickness of the second negative electrode active material layer in the form B.
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