JP5412898B2 - Multilayer secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、電極層を有する電極板を、セパレータを介して積層してなる発電要素を備える積層型電池に関するものである。 The present invention relates to a stacked battery including a power generation element formed by stacking electrode plates having electrode layers via separators.
リチウムイオン二次電池などの二次電池において、集電体上に形成された電極層と電解質層とからなる発電要素を、熱融着可能なシール部材を用いて、外部から封止する技術が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 In a secondary battery such as a lithium ion secondary battery, there is a technique for sealing a power generation element composed of an electrode layer and an electrolyte layer formed on a current collector from the outside using a heat-fusible seal member. It is known (for example, refer to Patent Document 1).
一方で、リチウムイオン二次電池などの二次電池を製造する際には、初充電時にガスが発生するため、初充電後、初充電により発生したガスを除去する必要がある。これに対し、上記従来技術においては、初充電の前に発電要素を外部から封止するためにシール部材を熱融着させ(融着封止)、初充電後に、ガスを除去するためにシール部材を開封し、再度、シール部材を熱融着させる(融着封止)という工程を採用する必要があり、製造工程が多く、そのため、生産性が低下してしまうという問題があった。 On the other hand, when a secondary battery such as a lithium ion secondary battery is manufactured, gas is generated at the time of initial charge. Therefore, after the initial charge, it is necessary to remove the gas generated by the initial charge. On the other hand, in the above prior art, the sealing member is heat-sealed (sealing and sealing) in order to seal the power generation element from the outside before the initial charging, and the sealing is performed to remove the gas after the initial charging. There is a problem that it is necessary to employ a process of opening the member and heat-sealing the sealing member again (fusion sealing), and there are many manufacturing processes, and thus productivity is lowered.
本発明が解決しようとする課題は、複数回の融着封止を要することなく、電極層を有する電極板を、セパレータを介して複数積層してなる発電要素を、適切に封止可能なシール構造を備える積層型電池を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a seal capable of appropriately sealing a power generating element formed by laminating a plurality of electrode plates having electrode layers via separators without requiring multiple fusion sealing. It is providing the laminated battery provided with a structure.
本発明は、電極層を有する電極板と、セパレータとの間に、外部からシールするための弾性変形可能なシール部材を介在させ、かつ、電極板およびセパレータの少なくとも一方について、シール部材によるシール位置よりも外側の位置に、ガス抜き用の孔部を形成し、かつ、シール部材を、ガス抜き用の孔部の形成位置よりも外側へ移動する可動部を備えるものとし、該可動部が、ガス抜き用の孔部から、発電要素内部に発生したガスが除去されるように可動するような構成とすることにより、上記課題を解決する。 According to the present invention, an elastically deformable seal member for sealing from the outside is interposed between an electrode plate having an electrode layer and a separator, and at least one of the electrode plate and the separator is sealed by the seal member A movable part that forms a degassing hole at a position outside and further moves the seal member to the outside of the degassing hole formation position, and the movable part is The above-described problem is solved by adopting a configuration in which the gas generated in the power generation element can be removed from the degassing hole .
本発明によれば、複数回の融着封止を要することなく、電極層を有する電極板を、セパレータを介して複数積層してなる発電要素を封止可能な積層型電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a stacked battery capable of sealing a power generation element formed by stacking a plurality of electrode plates having an electrode layer via a separator without requiring multiple fusion sealing. it can.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本実施形態に係る積層型電池1の分解斜視図、図2は本実施形態に係る積層型電池1の図1に示すII−II線に沿った断面図である。以下においては、本発明を、リチウムイオン二次電池に適用した場合を例示して説明するが、本発明は、リチウムイオン二次電池に特に限定されるものではない。
FIG. 1 is an exploded perspective view of the
図1に示すように本実施形態の積層型電池1は、電極板10a、セパレータ20、電極板10b、セパレータ20、および電極板10cを備え、これらを、シール部材30を介して、この順に積層することにより形成される。なお、これらの積層数は、図1に示す数に特に限定されず、適宜設定することができる。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、電極板10aは、集電体11と、集電体11上に形成された正極活物質層11とからなり、また、電極板10bは、集電体11と、集電体11の両面に形成された正極活物質層11および負極活物質層12とからなる。そして、これら電極板10aと電極板10bとは、電解質を含有するセパレータ20を介して、電極板10aの正極活物質層11と、電極板10bの負極活物質層12とが対峙するように積層されており、これにより、単電池層(発電要素)を形成している。
As shown in FIG. 2, the
同様に、電極板10cは、集電体11と、集電体11上に形成された負極活物質層12とからなる。そして、この電極板10cと上述の電極板10bとは、電解質を含有するセパレータ20を介して、電極板10bの正極活物質層11と、電極板10cの負極活物質層12とが対峙するように積層されており、同様に、単電池層(発電要素)を形成している。
Similarly, the
電極板10a〜10cを構成する各集電体11は、たとえば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金から選択される1種または2種以上の金属粉末を主成分として、これにバインダー(樹脂)、溶剤を含む集電体金属ペーストを加熱して成形してなるものが挙げられる。なお、バインダーとしては、特に限定されず、たとえば、エポキシ樹脂など、従来公知の樹脂バインダー材料や、導電性高分子材料などを用いることができる。
The
また、図1、図2に示すように、電極板10a〜10cを構成する各集電体11には、シール部材30の配置位置よりも外周側に、一対のガス抜き用の孔部14が、それぞれ形成されている。図2に示すように、この一対のガス抜き用の孔部14は、後述するシール部材30のシール部を構成するゴムシール32(第1シール部32a、第2シール部32b)よりも外周側に形成されている。そして、後述するように、本実施形態では、積層型電池1の内部で、ガスが発生した場合には、このガス抜き用の孔部14から発生したガスを除去できるような構成となっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, each
電極板10a,10bを構成する正極活物質層12は、正極活物質を含有する。また、正極活物質層12は、正極活物質の他、導電助剤や電解質を含有していてもよい。正極活物質としては、遷移金属とリチウムとの複合酸化物を使用できる。具体的には、LiCoO2などのLi・Co系複合酸化物、LiNiO2などのLi・Ni系複合酸化物、スピネルLiMn2O4などのLi・Mn系複合酸化物、LiFeO2などのLi・Fe系複合酸化物などが挙げられる。この他、LiFePO4などの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物;V2O5、MnO2、TiS2、MoS2、MoO3などの遷移金属酸化物や硫化物;PbO2、AgO、NiOOHなどが挙げられる。また、導電助剤としては、たとえば、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等が挙げられる。
The positive electrode
電解質としては、電解液の他、ポリマー骨格中に、数重量%〜98重量%程度の電解液を保持させたゲル電解質などを使用することができる。 As the electrolyte, in addition to the electrolytic solution, a gel electrolyte in which about several to 98% by weight of the electrolytic solution is held in the polymer skeleton can be used.
電解液は、電解質塩を可塑剤に溶解させたものである。電解質塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10等の無機酸陰イオン塩;LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等の有機酸陰イオン塩;などが挙げられる。また、可塑剤としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のエーテル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトニトリル等のニトリル類;プロピオン酸メチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;酢酸メチル、蟻酸メチル;等が挙げられる。 The electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte salt in a plasticizer. Examples of the electrolyte salt include inorganic acid anion salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 Cl 10 ; LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2. And organic acid anion salts such as N and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N; Examples of the plasticizer include cyclic carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate; tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2 -Ethers such as dimethoxyethane and 1,2-dibutoxyethane; Lactones such as γ-butyrolactone; Nitriles such as acetonitrile; Esters such as methyl propionate; Amides such as dimethylformamide; Methyl acetate and methyl formate And the like.
ゲル電解質を構成するポリマーとしては、たとえば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などが使用できる。 As the polymer constituting the gel electrolyte, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA) and the like can be used.
電極板10b,10cを構成する負極活物質層13は、負極活物質を含有する。また、負極活物質層13は、負極活物質の他、導電助剤や電解質を含有していてもよい。負極活物質としては、たとえば、金属酸化物、リチウム−金属複合酸化物金属、ソフトカーボン、ハードカーボンなどが挙げられる。また、導電助剤および電解質としては上述したものを用いることができる。
The negative electrode
セパレータ20は、例えばポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン、セルロース等から構成される微多孔性膜であり、電解質を含有するものである。なお、セパレータ20に含有される電解質としては、上述したものを用いることができる。
The
なお、セパレータ20には、その表面のうち、後述するシール部材30を構成するゴムシール32の第1シール部32aと圧着される部分に、第1シール部32aとの圧着力を向上させるために、圧着処理が施されていてもよい。
In addition, in order to improve the pressure-bonding force with the
また、電極板10aの下面および電極板10cの下面には、積層型電池1からの電力を取り出すための一対の電極リードが形成されていてもよく、この場合においては、積層型電池1の体積効率を低下させないという観点より、後述するシール部材30を構成するシールキャリア31に形成されている引き出し部31aの導出方向と同じ方向に導出されたような構成とすることが望ましい。
In addition, a pair of electrode leads for taking out the electric power from the stacked
次いで、各電極板10a〜10cおよびセパレータ20の間に介在されているシール部材30について、説明する。
図3(A)は、シール部材30の斜視図であり、図3(B)は、図3(A)のIIIb−IIIb線に沿う断面図、図3(C)は、図3(A)のIIIc−IIIc線に沿う断面図である。
Next, the
3A is a perspective view of the
図3(A)〜(C)に示すように、シール部材30は、弾性変形可能な材料から構成される枠状のシールキャリア31の上下面に、一対のゴムシール32を貼り付けてなるものであり、これにより、シールキャリア31と一対のゴムシール32とは一体化している。また、図3(A)に示すように、シールキャリア31には、引き出し部31aが形成されている。
As shown in FIGS. 3A to 3C, the
シール部材30を構成するシールキャリア31を構成する材料としては、弾性変形可能な材料を用いればよく、特に限定されないが、たとえば、PET樹脂などの各種樹脂材料を用いることができる。また、シールキャリア31と一対のゴムシール32とを貼り付け、これらを一体化させる方法も、特に限定されず、たとえば、各種接着材料などを用いればよい。なお、本実施形態では、シールキャリア31の上下面に、一対のゴムシール32を貼り付けることにより、これらを一体化させるような構成としたが、たとえば、ゴムシール32を、シールキャリア31にはめ込むことにより、シールキャリア31とゴムシール32とを一体化させたような構成としてもよい。
The material constituting the
シール部材30を構成する一対のゴムシール32は、図3(A)に示すように、シール幅が比較的広い第1シール部32a(図3(B)参照)と、シール幅が比較的狭い第2シール部32b(図3(C)参照)とから構成される。本実施形態では、これらのうち第2シール部32bは、図1、図2、図3(A)に示すように、シールキャリア31に形成された引き出し部31a、および電極板10a〜10cに形成されているガス抜き用の孔部14に対応する位置に配置されている。一方、第2シール部32b以外の部分である第1シール部32aは、それ以外の位置に配置されている。
As shown in FIG. 3A, the pair of rubber seals 32 constituting the
また、シール部材30の厚み(すなわち、シールキャリア31と一対のゴムシール32との合計の厚み)は、特に限定されないが、各電極板10a〜10cを構成する正極活物質層12および負極活物質層13と略同一の厚みか、あるいは、これらよりも若干厚く形成すればよい。
Further, the thickness of the seal member 30 (that is, the total thickness of the
そして、図2に示すように、このような構成を有するシール部材30は、各電極板10a〜10cを構成する正極活物質層12および負極活物質層13の外周に、これら正極活物質層12および負極活物質層13を囲むような形で、各電極板10a〜10c、およびセパレータ20の間に配置される。そして、各電極板10a〜10cおよびセパレータ20は、その表面において、各シール部材30のゴムシール32(第1シール部32a、および第2シール部32b)と互いに圧着され、これにより、電極板10aの正極活物質層11と、電極板10bの負極活物質層12と、電解質を含浸するセパレータ20とで構成される単電池層、および、電極板10bの正極活物質層11と、電極板10cの負極活物質層12と、電解質を含浸するセパレータ20とで構成される単電池層が外部から封止されるようになっている。
As shown in FIG. 2, the sealing
ここで、図3に示すように、ゴムシール32のうち、第2シール部32bは、ゴムシール32のうち他の部分である第1シール部32aと比較して、狭いシール幅を有するような構成となっており(図3(B)、図3(C)参照)、これにより、各電極板10a〜10cおよびセパレータ20に対する圧着力が、第1シール部32aよりも低くなっている。そして、その一方で、第2シール部32b以外の部分である第1シール部32aは、第2シール部32bと比較して、シール幅が広く形成されており、これにより、各電極板10a〜10cおよびセパレータ20に対する圧着力が高くなっている。
Here, as shown in FIG. 3, the
そのため、本実施形態においては、積層型電池1内部でガスが発生し、発生したガスの影響により、積層型電池1内部の内圧が上昇した場合には、シールキャリア31のうち第2シール部32bが形成されている部分のみが弾性変形することで、図4に示すように、第2シール部32bのみが、積層型電池1の外周側に移動する。そして、その結果、図4中に矢印で示すように、電極板10a〜10cに形成されているガス抜き用の孔部14を介して、各単電池層から、発生したガスが除去されることとなる。
Therefore, in the present embodiment, when the gas is generated inside the stacked
すなわち、本実施形態においては、積層型電池1内部でガスが発生し、積層型電池1内部の内圧が上昇した場合において、上昇した内圧の影響により、各電極板10a〜10cおよびセパレータ20に対する圧着力の低い部分である第2シール部32bは外周側に移動する一方で、圧着力の高い部分である第1シール部32aは移動しないような構成となっている。そのため、本実施形態では、積層型電池1内部でガスが発生し、積層型電池1の内圧が上昇した場合に、図4に示すように、第2シール部32bのみが、積層型電池1の外周側に移動することとなる。なお、図4は、本実施形態に係る積層型電池のガス除去時における状態を示す断面図であり、図2に示す断面図と同じ断面における断面図である。
That is, in this embodiment, when gas is generated inside the stacked
そして、発生したガスが除去されると、発生したガスが除去されたことにより、積層型電池1内部の内圧が低下することとなるため、第2シール部32bは、ゴムシール32の弾性力により、元の位置に戻り、再度、各単電池層が封止されることとなる。すなわち、積層型電池1は、図2に示す状態に戻ることとなる。
When the generated gas is removed, the internal pressure of the stacked
あるいは、本実施形態においては、積層型電池1内部でガスが発生した場合に、シールキャリア31に形成されている引き出し部31aが外周側に引っ張られるような構成とし、これにより、図4に示すように、シールキャリア31を弾性変形させ、第2シール部32bを外周側に移動させることにより、発生したガスが除去するような構成としてもよい。この場合においても、発生したガスが除去された後においては、引き出し部31aに対する引張力を解放することにより、第2シール部32bは、ゴムシール32の弾性力により、元の位置に戻り、再度、各単電池層が封止されることとなる。
Alternatively, in the present embodiment, when gas is generated inside the stacked
本実施形態によれば、各電極板10a〜10cを構成する集電体11にガス抜き用の孔部14を形成し、かつ、各単電池層を封止するシール部を構成するゴムシール部32のうちの一部である第2シール部32bを移動可能な構成としている。そのため、本実施形態によれば、積層型電池1内部でガスが発生し、ガスの発生により積層型電池1内部の内圧が上昇した場合に、第2シール部32bが弾性変形し、第2シール部32bによるシール位置が移動し、これにより、発生したガスを、ガス抜き用の孔部14から除去し、その後、ゴムシール部32の弾性力により、第2シール部32bを元の位置に戻すことができる。あるいは、積層型電池1内部でガスが発生した場合に、シールキャリア31に形成されている引き出し部31aが積層型電池1の外周側に引っ張られる構成とすることにより、第2シール部32bによるシール位置を移動させることができ、これにより、発生したガスを、ガス抜き用の孔部14から除去し、その後、引き出し部31aに対する引張り力を解放することにより、ゴムシール部32の弾性力により、第2シール部32bを元の位置に戻すことができる。
According to this embodiment, the
したがって、本実施形態によれば、積層型電池1内部でガスが発生した場合でも、発生したガスを除去するために、積層型電池1を開封し、再度、封止する工程が不要としながら、積層型電池1内部で発生したガスを適切に除去することができる。さらに、本実施形態によれば、積層型電池1内部で発生したガスを適切に除去することにより、その結果として、積層型電池1のガス発生に起因した破損の発生を有効に防止することも可能となる。
Therefore, according to the present embodiment, even when gas is generated inside the stacked
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these embodiment was described in order to make an understanding of this invention easy, and was not described in order to limit this invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
たとえば、上述した実施形態においては、シール部材30の全周にわたって、ゴムシール32を形成した構成を示したが、必ずしも全周にわたって形成する必要はなく、たとえば、第2シール部32bに相当する部分のみにゴムシール32を形成し、その他の部分である第1シール部32aに相当する部分については、接着剤により接着させる方法などのその他の方法により、各電極板10a〜10cおよびセパレータ20と密着させることにより、封止構造を形成してもよい。
For example, in the above-described embodiment, the configuration in which the
また、上述した実施形態においては、ガス抜き用の孔部14を、各電極板10a〜10cを構成する集電体11に形成するような構成を例示したが、ガス抜き用の孔部14をセパレータ20に形成するような構成としてもよい。
Moreover, in embodiment mentioned above, although the structure which forms the
さらに、上述した実施形態においては、積層型電池1を、複数の単電池層からなるいわゆるバイポーラ電池とする構成を例示したが、積層型電池1を、単一の単電池からなる構成としてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the stacked
1…積層型電池
10a,10b,10c…電極板
11…集電体
12…正極活物質層
13…負極活物質層
14…ガス抜き用の孔部
20…セパレータ
30…シール部材
31…シールキャリア
31a…引き出し部
32…ゴムシール
32a…第1シール部
32b…第2シール部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電極板と、前記セパレータとは、前記発電要素を外部からシールするための弾性変形可能なシール部材を介して積層されており、
前記電極板および前記セパレータの少なくとも一方に、前記シール部材によるシール位置よりも外側の位置に、ガス抜き用の孔部が形成されており、
前記シール部材は、前記孔部の形成位置よりも外側へ移動する可動部を備え、
前記可動部は、前記孔部から、前記発電要素内部に発生したガスが除去されるように可動することを特徴とする積層型二次電池。 A power generation element comprising a plurality of electrode plates having electrode layers stacked via a separator,
The electrode plate and the separator are laminated via an elastically deformable seal member for sealing the power generation element from the outside,
In at least one of the electrode plate and the separator, a hole for venting is formed at a position outside the sealing position by the sealing member ,
The seal member includes a movable portion that moves outward from the formation position of the hole,
The stacked secondary battery , wherein the movable portion is movable so that gas generated in the power generation element is removed from the hole .
前記シール部材は、前記可動部のシール幅が、前記可動部以外の部分のシール幅よりも狭くなるように構成されていることを特徴とする積層型二次電池。 The stacked secondary battery according to claim 1 ,
The stacked secondary battery, wherein the seal member is configured such that a seal width of the movable portion is narrower than a seal width of a portion other than the movable portion.
前記シール部材は、シールキャリアと、前記発電要素を外部からシールするためのシール手段とを備え、
前記シール手段のうち少なくとも一部は、ゴムシールで形成されていることを特徴とする積層型二次電池。 The stacked secondary battery according to claim 1 or 2 ,
The seal member includes a seal carrier and seal means for sealing the power generation element from the outside.
At least in part, stacked secondary battery characterized in that it is formed by a rubber seal of the sealing means.
前記シール部材は、前記可動部を移動させるための引き出し部が形成されていることを特徴とする積層型二次電池。 The stacked secondary battery according to claim 3 ,
The stacked secondary battery, wherein the sealing member is formed with a lead-out portion for moving the movable portion.
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