JP5784928B2 - Non-aqueous secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、非水系二次電池に関し、特に、集電体上に活物質層が形成された電極を有する非水系二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous secondary battery, and more particularly to a non-aqueous secondary battery having an electrode in which an active material layer is formed on a current collector.
リチウムイオン二次電池に代表される非水系二次電池は、高容量・高エネルギ密度を有し、かつ、貯蔵性能や充放電の繰り返し特性等にも優れるため、携帯機器などの民生機器に広く利用されている。また、近年では、環境問題や省エネルギに関する意識の高まりから、電力貯蔵用途や、電気自動車などの車載用途にリチウムイオン二次電池が利用されるようになってきている。 Non-aqueous secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries have high capacity and high energy density, and are excellent in storage performance and charge / discharge repetition characteristics. It's being used. In recent years, lithium ion secondary batteries have come to be used for electric power storage applications and in-vehicle applications such as electric vehicles due to increasing awareness of environmental issues and energy savings.
一方、非水系二次電池は、そのエネルギ密度の高さ故に、過充電状態や高温環境下にさらされた状態においては、異常過熱や発火などの危険性が高い。そのため、非水系二次電池では、安全性に対する種々の対応策が講じられている。 On the other hand, the non-aqueous secondary battery has a high risk of abnormal overheating or ignition when exposed to an overcharged state or a high temperature environment because of its high energy density. Therefore, various countermeasures for safety are taken in the non-aqueous secondary battery.
また、従来、異常発熱による発火を防止するために、多層構造を有する集電体を用いたリチウムイオン二次電池が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, in order to prevent ignition due to abnormal heat generation, a lithium ion secondary battery using a current collector having a multilayer structure has been proposed (for example, see Patent Document 1).
上記特許文献1には、130℃〜170℃の低融点を持つ樹脂フィルムの両面に金属層が形成された集電体を用いたリチウムイオン二次電池が提案されている。このリチウムイオン二次電池では、過充電状態や高温状態等で異常発熱が発生すると、低融点の樹脂フィルムが溶融する。そして、樹脂フィルムの溶融により、電極が破損される。これにより、電流がカットされるので、電池内部の温度上昇が抑制されて、発火が防止される。 Patent Document 1 proposes a lithium ion secondary battery using a current collector in which metal layers are formed on both surfaces of a resin film having a low melting point of 130 ° C. to 170 ° C. In this lithium ion secondary battery, when abnormal heat generation occurs in an overcharged state or a high temperature state, the low melting point resin film melts. And the electrode is damaged by melting of the resin film. Thereby, since an electric current is cut, the temperature rise inside a battery is suppressed and ignition is prevented.
上記のように、特許文献1で提案されている集電体は、非水系二次電池の安全対策としては非常に有効であり、通常の使用条件下において十分な安全性を確保することが可能である。 As described above, the current collector proposed in Patent Document 1 is very effective as a safety measure for non-aqueous secondary batteries, and can ensure sufficient safety under normal use conditions. It is.
しかしながら、上記のような構成だけでは十分に安全性を保てないような事態も起こり得る。また、近年では、高容量化等に対応するために、より高い安全性が求められるようになってきている。 However, there may be a situation where the above configuration alone cannot sufficiently secure safety. In recent years, higher safety has been demanded in order to cope with higher capacity.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、安全性をより向上させることが可能な非水系二次電池を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to provide a non-aqueous secondary battery capable of further improving safety.
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面による非水系二次電池は、絶縁層を導電層で挟んだ多層構造を有する集電体と、この集電体上に形成された活物質層とを含む電極と、電極と接続される配線引き出し用のタブ電極とを備えている。そして、上記タブ電極が、低融点金属からなる導電材を介して、電極と電気的に接続されている。 In order to achieve the above object, a non-aqueous secondary battery according to a first aspect of the present invention comprises a current collector having a multilayer structure in which an insulating layer is sandwiched between conductive layers, and an active formed on the current collector. An electrode including a material layer and a tab electrode for wiring extraction connected to the electrode are provided. The tab electrode is electrically connected to the electrode through a conductive material made of a low melting point metal.
この第1の局面による非水系二次電池では、上記のように、多層構造を有する集電体を用いることによって、たとえば、電極間に局所的な短絡が生じた場合に、集電体の絶縁層が溶融して電極が破損されるので、電流をカットすることができる。これにより、電池内部の温度上昇を抑制することができるので、発火などの異常状態が生じるのを防止することができる。 In the non-aqueous secondary battery according to the first aspect, as described above, by using the current collector having a multilayer structure, for example, when a local short circuit occurs between the electrodes, the current collector is insulated. Since the layer melts and the electrode breaks, the current can be cut. Thereby, since the temperature rise inside a battery can be suppressed, it can prevent that abnormal states, such as ignition, arise.
また、第1の局面では、タブ電極を、低融点金属からなる導電材を介して、電極と電気的に接続することによって、過充電状態などの何らかの原因で電池内部の温度が上昇した場合に、その電池内部の温度で導電材を溶断させることができる。これにより、タブ電極と電極との電気的接続を遮断することができる。 Further, in the first aspect, when the temperature inside the battery rises for some reason such as an overcharged state by electrically connecting the tab electrode to the electrode via a conductive material made of a low melting point metal. The conductive material can be melted at the temperature inside the battery. Thereby, the electrical connection between the tab electrode and the electrode can be interrupted.
このように、第1の局面では、多層構造を有する集電体のみならず、タブ電極と電極とを接続する導電材によっても、電流を遮断することができるので、安全性をより向上させることができる。 Thus, in the first aspect, the current can be interrupted not only by the current collector having a multilayer structure but also by the conductive material connecting the tab electrode and the electrode, so that safety is further improved. Can do.
たとえば、電極における局所的な短絡であれば、多層構造を有する集電体で電流を遮断することができるので、これにより、電池内部の温度上昇を抑制することができる。一方、何らかの原因で、多層構造を有する集電体では電池内部の温度上昇を抑制することが困難な場合も生じ得る。このような場合、電池内部の発熱によって導電材を溶断させることで、電池内部の温度上昇を抑制することができる。 For example, if it is a local short circuit in an electrode, since a current can be interrupted by a current collector having a multilayer structure, an increase in temperature inside the battery can be suppressed. On the other hand, it may be difficult for some reason to suppress the temperature rise inside the battery with a current collector having a multilayer structure. In such a case, the temperature rise inside the battery can be suppressed by fusing the conductive material by the heat generation inside the battery.
上記第1の局面による非水系二次電池において、好ましくは、低融点金属は、電池内部の発熱により溶融する金属材料から構成されている。このように構成すれば、電池の異常発熱を容易に抑制することができるので、安全性がより向上された非水系二次電池を容易に得ることができる。 In the non-aqueous secondary battery according to the first aspect, the low melting point metal is preferably made of a metal material that melts due to heat generation inside the battery. If comprised in this way, since the abnormal heat generation of a battery can be suppressed easily, the non-aqueous secondary battery in which safety | security was improved more can be obtained easily.
上記第1の局面による非水系二次電池において、電極は、複数積層されており、タブ電極は、複数の電極の少なくとも一部の電極と、上記導電材を介して、電気的に接続されているのが好ましい。このように構成すれば、容易に、導電材としての貫通部材を介して、タブ電極と電極とを電気的に接続することができる。 In the non-aqueous secondary battery according to the first aspect, a plurality of electrodes are stacked, and the tab electrode is electrically connected to at least a part of the plurality of electrodes via the conductive material. It is preferable. If comprised in this way, a tab electrode and an electrode can be electrically connected easily via the penetration member as a electrically-conductive material.
上記第1の局面による非水系二次電池において、導電材は、電極を厚み方向に貫通する貫通部材に構成されているのが好ましい。このように構成すれば、容易に、タブ電極を、導電材を介して、電極と電気的に接続することができる。 In the non-aqueous secondary battery according to the first aspect, the conductive material is preferably configured as a penetrating member that penetrates the electrode in the thickness direction. If comprised in this way, a tab electrode can be easily electrically connected with an electrode via a electrically conductive material.
ここで、上記集電体は、絶縁層を導電層で挟んだ構成を有するため、たとえば、複数の電極が積層された積層型の非水系二次電池の場合には、配線引き出し用のタブ電極を集電体に接続する際に、電極同士の導通がとれなくなる。このため、安全性を向上させるために多層構造を有する集電体を用いた場合、電池性能が低下するという不都合が生じる。なお、電池性能の低下は、多層構造を有する集電体を用いた電極が1層の場合でも生じ得る。 Here, since the current collector has a configuration in which an insulating layer is sandwiched between conductive layers, for example, in the case of a stacked non-aqueous secondary battery in which a plurality of electrodes are stacked, a tab electrode for wiring extraction When the electrode is connected to the current collector, conduction between the electrodes cannot be obtained. For this reason, when the collector which has a multilayer structure is used in order to improve safety, the problem that battery performance falls will arise. Note that the battery performance can be degraded even when the electrode using the current collector having a multilayer structure is a single layer.
しかしながら、上記のように、導電材を貫通部材とすることによって、この貫通部材により、集電体における絶縁層の一方側の導電層と他方側の導電層とを電気的に接続することができるので、多層構造を有する集電体を用いた場合でも、電池性能の低下を抑制することができる。 However, as described above, by using the conductive material as the penetrating member, the penetrating member can electrically connect the conductive layer on one side of the insulating layer and the conductive layer on the other side of the current collector. Therefore, even when a current collector having a multilayer structure is used, a decrease in battery performance can be suppressed.
また、この場合において、電極は、複数積層されており、貫通部材は、複数の電極を厚み方向に連続して貫通しているのが好ましい。このように構成すれば、タブ電極を、複数の電極(たとえば、全ての電極)と電気的に接続することができるので、電池性能の低下を効果的に抑制することができる。その結果、非水系二次電池の性能を最大限活用することができる。 In this case, it is preferable that a plurality of electrodes are laminated, and the penetrating member continuously penetrates the plurality of electrodes in the thickness direction. If comprised in this way, since a tab electrode can be electrically connected with a some electrode (for example, all the electrodes), the fall of battery performance can be suppressed effectively. As a result, the performance of the non-aqueous secondary battery can be maximized.
上記第1の局面による非水系二次電池において、好ましくは、導電材は、箔状に形成されているとともに、その一部が電極の外側に延出するように、電極に接続されており、導電材の延出された部分が、タブ電極に接続されている。このように構成すれば、容易に、タブ電極を、導電材を介して、電極と電気的に接続することができる。加えて、多層構造を有する集電体を用いた場合でも、電池性能の低下を抑制することができる。 In the non-aqueous secondary battery according to the first aspect, preferably, the conductive material is formed in a foil shape, and is connected to the electrode so that a part thereof extends to the outside of the electrode, The extended portion of the conductive material is connected to the tab electrode. If comprised in this way, a tab electrode can be easily electrically connected with an electrode via a electrically conductive material. In addition, even when a current collector having a multilayer structure is used, a decrease in battery performance can be suppressed.
この場合において、好ましくは、電極は、複数積層されているとともに、電極間の各々に、箔状の導電材が配されており、導電材の延出された部分が、それぞれ、タブ電極に溶接されている。このように構成すれば、タブ電極を、複数の電極(たとえば、全ての電極)と電気的に接続することができるので、電池性能の低下を効果的に抑制することができる。その結果、非水系二次電池の性能を最大限活用することができる。 In this case, preferably, a plurality of electrodes are laminated, and a foil-like conductive material is arranged between each electrode, and the extended portions of the conductive material are welded to the tab electrodes, respectively. Has been. If comprised in this way, since a tab electrode can be electrically connected with a some electrode (for example, all the electrodes), the fall of battery performance can be suppressed effectively. As a result, the performance of the non-aqueous secondary battery can be maximized.
上記第1の局面による非水系二次電池において、好ましくは、導電性材料から構成される箔状部材をさらに備え、箔状部材は、その一部が電極の外側に延出するように、電極に接続されており、箔状部材の延出された部分が、低融点金属からなる導電材によって、タブ電極に溶接されている。このように構成すれば、容易に、タブ電極を、導電材を介して、電極と電気的に接続することができる。加えて、多層構造を有する集電体を用いた場合でも、電池性能の低下を抑制することができる。 The non-aqueous secondary battery according to the first aspect preferably further includes a foil-like member made of a conductive material, and the foil-like member has an electrode extending partly outside the electrode. The extended portion of the foil-like member is welded to the tab electrode by a conductive material made of a low melting point metal. If comprised in this way, a tab electrode can be easily electrically connected with an electrode via a electrically conductive material. In addition, even when a current collector having a multilayer structure is used, a decrease in battery performance can be suppressed.
この場合において、好ましくは、電極は、複数積層されているとともに、電極間の各々に、箔状部材が配されている。このように構成すれば、タブ電極を、複数の電極(たとえば、全ての電極)と電気的に接続することができるので、電池性能の低下を効果的に抑制することができる。その結果、非水系二次電池の性能を最大限活用することができる。 In this case, preferably, a plurality of electrodes are laminated, and a foil-like member is disposed between each of the electrodes. If comprised in this way, since a tab electrode can be electrically connected with a some electrode (for example, all the electrodes), the fall of battery performance can be suppressed effectively. As a result, the performance of the non-aqueous secondary battery can be maximized.
上記第1の局面による非水系二次電池において、好ましくは、低融点金属からなる導電材は、集電体の絶縁層の融点以上の融点を有する。このように構成すれば、多層構造を有する集電体では防止することが困難であった電池内部の異常発熱を、導電材の溶断により防止することができる。これにより、容易に、安全性をより向上させることができる。 In the nonaqueous secondary battery according to the first aspect, preferably, the conductive material made of a low melting point metal has a melting point equal to or higher than the melting point of the insulating layer of the current collector. If comprised in this way, the abnormal heat generation inside a battery which was difficult to prevent with the collector which has a multilayered structure can be prevented by fusing of a conductive material. Thereby, safety can be improved more easily.
上記第1の局面による非水系二次電池において、低融点金属からなる導電材は、集電体の絶縁層の融点より低い融点を有する構成とされていてもよい。このように構成すれば、集電体の絶縁層が溶融する前に、導電材を溶断させることができる。このため、このように構成した場合でも、非水系二次電池の安全性をより向上させることができる。 In the non-aqueous secondary battery according to the first aspect, the conductive material made of a low melting point metal may have a melting point lower than the melting point of the insulating layer of the current collector. With this configuration, the conductive material can be blown before the insulating layer of the current collector is melted. For this reason, even when comprised in this way, the safety | security of a non-aqueous secondary battery can be improved more.
上記第1の局面による非水系二次電池において、低融点金属は、インジウム、亜鉛、ガリウム、スズ、ビスマスのいずれかを主成分とした合金から構成されているのが好ましい。このように構成すれば、電池内部の異常発熱により、容易に、導電材を溶断させることができる。 In the non-aqueous secondary battery according to the first aspect, it is preferable that the low melting point metal is made of an alloy mainly composed of any one of indium, zinc, gallium, tin, and bismuth. If comprised in this way, a conductive material can be easily blown out by the abnormal heat generation inside a battery.
上記第1の局面による非水系二次電池において、好ましくは、電極は、正極および負極を含み、正極および負極の少なくとも一方は、多層構造を有する集電体を用いて形成されている。このように構成すれば、効果的に、非水系二次電池の安全性を向上させることができる。 In the non-aqueous secondary battery according to the first aspect, preferably, the electrode includes a positive electrode and a negative electrode, and at least one of the positive electrode and the negative electrode is formed using a current collector having a multilayer structure. If comprised in this way, the safety | security of a non-aqueous secondary battery can be improved effectively.
上記第1の局面による非水系二次電池において、集電体の絶縁層は、フィルム状または繊維状の樹脂から構成されているのが好ましい。 In the non-aqueous secondary battery according to the first aspect, it is preferable that the insulating layer of the current collector is made of a film-like or fibrous resin.
上記第1の局面による非水系二次電池において、好ましくは、集電体の絶縁層は、熱可塑性樹脂からなり、120℃での熱収縮率が、平面方向のいずれかの方向で1.5%以上である。このように構成すれば、たとえば、過充電状態や高温状態等で異常発熱が発生した場合に、電極が破損され易くすることができるので、効果的に、発火などの異常状態が生じるのを防止することができる。このため、非水系二次電池の安全性を効果的に向上させることができる。 In the non-aqueous secondary battery according to the first aspect described above, preferably, the insulating layer of the current collector is made of a thermoplastic resin, and the heat shrinkage rate at 120 ° C. is 1.5 in any direction of the planar direction. % Or more. With this configuration, for example, when abnormal heat generation occurs in an overcharged state, a high temperature state, or the like, the electrode can be easily damaged, so that an abnormal state such as ignition can be effectively prevented. can do. For this reason, the safety | security of a non-aqueous secondary battery can be improved effectively.
上記第1の局面による非水系二次電池において、好ましくは、集電体の絶縁層は、ポリオレフィン樹脂のいずれかを含む樹脂、または、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミドのいずれかを含む樹脂、もしくは、これらの複合材料からなる。このように構成すれば、容易に、非水系二次電池の安全性を向上させることができる。 In the nonaqueous secondary battery according to the first aspect described above, preferably, the insulating layer of the current collector is a resin containing any of polyolefin resins, or a resin containing any of polystyrene, polyvinyl chloride, and polyamide, or , Composed of these composite materials. If comprised in this way, the safety | security of a non-aqueous secondary battery can be improved easily.
上記第1の局面による非水系二次電池において、好ましくは、電極は、正極および負極を含むとともに、正極および負極の間に配されるセパレータをさらに備えており、セパレータは、120℃での熱収縮率が、集電体の絶縁層より小さい。このように構成すれば、過充電状態や高温状態等で異常発熱が発生した場合に、容易に、電極が破損され易くすることができる。 In the non-aqueous secondary battery according to the first aspect, preferably, the electrode includes a positive electrode and a negative electrode, and further includes a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and the separator is heated at 120 ° C. Shrinkage rate is smaller than the insulating layer of the current collector. If comprised in this way, when abnormal heat_generation | fever generate | occur | produces in an overcharge state, a high temperature state, etc., an electrode can be made easy to be damaged easily.
この場合において、好ましくは、セパレータの180℃での熱収縮率は、1.0%以下である。このように構成すれば、このように構成すれば、過充電状態や高温状態等で異常発熱が発生した場合に、容易に、セパレータの熱収縮に起因する内部短絡の発生を抑制することができる。これにより、急激な温度上昇が生じるのを抑制することができるので、非水系二次電池の安全性をさらに向上させることができる。 In this case, preferably, the thermal contraction rate of the separator at 180 ° C. is 1.0% or less. With this configuration, when an abnormal heat generation occurs in an overcharged state, a high temperature state, or the like, it is possible to easily suppress the occurrence of an internal short circuit due to the thermal contraction of the separator. . Thereby, since it can suppress that a rapid temperature rise arises, the safety | security of a non-aqueous secondary battery can further be improved.
上記セパレータを備えた構成において、セパレータは、アラミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、セルロース系樹脂のいずれかを含む構成であるのが好ましい。 In the configuration including the separator, the separator preferably includes any one of an aramid resin, a polyester resin, and a cellulose resin.
この発明の第2の局面による非水系二次電池は、絶縁層を導電層で挟んだ多層構造を有する集電体と、集電体上に形成された活物質層とを含む電極と、電極と接続される配線引き出し用のタブ電極とを備えている。そして、上記タブ電極が、温度変化に応じて抵抗が増大する導電材を介して、電極と電気的に接続されている。 A non-aqueous secondary battery according to a second aspect of the present invention includes an electrode including a current collector having a multilayer structure in which an insulating layer is sandwiched between conductive layers, an active material layer formed on the current collector, and an electrode And a tab electrode for drawing out the wiring connected to the. And the said tab electrode is electrically connected with the electrode through the electrically conductive material which resistance increases according to a temperature change.
この第2の局面では、上記のように、タブ電極を、温度変化に応じて抵抗が増大する導電材を介して、電極と電気的に接続することによって、何らかの原因で電池内部の温度が上昇した場合に、その電池内部の温度で導電材の抵抗を増大させることができる。これにより、タブ電極と電極との導通を遮断することができる。なお、電極に異常電流が流れた場合、その電流によって上記導電材の抵抗が増大する場合もある。このような場合でも、タブ電極と電極との導通を遮断することができる。 In this second aspect, as described above, the temperature inside the battery rises for some reason by electrically connecting the tab electrode to the electrode through a conductive material whose resistance increases in response to a temperature change. In this case, the resistance of the conductive material can be increased at the temperature inside the battery. Thereby, conduction between the tab electrode and the electrode can be interrupted. When an abnormal current flows through the electrode, the resistance of the conductive material may increase due to the current. Even in such a case, conduction between the tab electrode and the electrode can be interrupted.
このように、温度変化に応じて抵抗が増大する導電材を介して、タブ電極と電極とを電気的に接続した場合でも、非水系二次電池の安全性をより向上させることができる。 Thus, even when the tab electrode and the electrode are electrically connected via the conductive material whose resistance increases in accordance with the temperature change, the safety of the non-aqueous secondary battery can be further improved.
以上のように、本発明によれば、安全性を向上させつつ、電池性能の低下を抑制することが可能な非水系二次電池を容易に得ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to easily obtain a non-aqueous secondary battery capable of suppressing a decrease in battery performance while improving safety.
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、非水系二次電池の一例である積層型のリチウムイオン二次電池に本発明を適用した場合について説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, a case where the present invention is applied to a stacked lithium ion secondary battery which is an example of a non-aqueous secondary battery will be described.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態によるリチウムイオン二次電池の電極群を模式的に示した断面図である。図2は、本発明の第1実施形態によるリチウムイオン二次電池の分解斜視図である。図3は、本発明の第1実施形態によるリチウムイオン二次電池の電極群の分解斜視図である。図4〜図16は、本発明の第1実施形態によるリチウムイオン二次電池を説明するための図である。まず、図1〜図16を参照して、本発明の第1実施形態によるリチウムイオン二次電池について説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an electrode group of a lithium ion secondary battery according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view of the lithium ion secondary battery according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is an exploded perspective view of an electrode group of the lithium ion secondary battery according to the first embodiment of the present invention. 4 to 16 are views for explaining the lithium ion secondary battery according to the first embodiment of the present invention. First, with reference to FIGS. 1-16, the lithium ion secondary battery by 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
第1実施形態によるリチウムイオン二次電池は、図2および図4に示すように、角形扁平形状を有する大型二次電池であり、複数の電極5を含む電極群50(図1および図2参照)と、この電極群50を非水電解液とともに封入する金属製の外装容器100とを備えている。
As shown in FIGS. 2 and 4, the lithium ion secondary battery according to the first embodiment is a large secondary battery having a square flat shape, and an
上記電極5は、図1〜図3に示すように、正極10および負極20を含んで構成されており、正極10と負極20との間には、正極10と負極20との短絡を抑制するためのセパレータ30が配されている。具体的には、正極10および負極20が、セパレータ30を挟んで互いに対向するように配されており、正極10、セパレータ30および負極20が順次積層されることによって、積層構造(積層体)に構成されている。なお、正極10および負極20は、1つずつ交互に積層されている。また、上記電極群50は、隣り合う2つの負極20の間に、1つの正極10が位置するように構成されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
上記電極群50は、たとえば、正極10を13枚、負極20を14枚、セパレータ30を28枚含んで構成されており、正極10および負極20がセパレータ30を挟んで交互に積層されている。さらに、上記電極群50における最も外側(最外層の負極20の外側)には、セパレータ30が配されており、外装容器100との絶縁が図られている。
The
また、正極10および負極20には、それぞれ、配線引き出し用のタブ電極41および42が接続されている。
The
ここで、第1実施形態では、図1に示すように、正極10に接続されるタブ電極41が、低融点金属からなる導電部材(導電材)80を介して、正極10と電気的に接続されている。また、導電部材80を構成する低融点金属は、電池内部の発熱により溶融する金属材料から構成されている。
Here, in the first embodiment, as shown in FIG. 1, the
さらに、第1実施形態では、上記導電部材80は、上記正極10(電極)を厚み方向に貫通する貫通部材80aに構成されている。
Furthermore, in the first embodiment, the
電極群50を構成する正極10は、図8に示すように、正極集電体11の両面に、正極活物質層12が担持された構成を有している。
As shown in FIG. 8, the
正極集電体11は、正極活物質層12から集電を行う機能を有している。
The positive electrode
また、第1実施形態では、上記正極集電体11が、絶縁性の樹脂層13の両面上に導電層14が形成された多層構造(三層構造)に構成されている。なお、樹脂層13は、本発明の「絶縁層」の一例である。
In the first embodiment, the positive electrode
正極集電体11を構成する導電層14は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成されており、約4μm〜約10μmの厚みに形成されている。アルミニウムは不動態化し易いため、正極集電体11の導電層14として好適に用いることができる。なお、上記導電層14は、アルミニウムまたはアルミニウム合金以外であってもよく、たとえば、チタン、ステンレス鋼、ニッケルなどの金属材料、または、これらの合金などから構成されていてもよい。
The
導電層14の形成方法としては、特に限定されず、たとえば、蒸着、スパッタリング、電解めっき、無電解めっき、金属箔の貼り合わせ等による方法、および、これらの方法の組み合わせからなる方法が挙げられる。
The method for forming the
正極集電体11の樹脂層13は、熱可塑性樹脂からなるプラスチック材料から構成されている。この樹脂層13は、たとえば、シート状の樹脂部材(樹脂フィルム)からなる。プラスチック材料を構成する熱可塑性樹脂としては、たとえば、熱変形温度が150℃以下であるポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン(PS)、ポリ塩化ビニル、ポリアミドなどが好適に用いられる。中でも、120℃での熱収縮率が平面方向のいずれかの方向で1.5%以上であるポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニルなどが好ましい。また、これらの複合フィルムや、これらの表面加工処理を施した樹脂フィルムも好適に用いることができる。さらに、上記セパレータ30と同材質の樹脂フィルムを用いることも可能である。また、製造工程、加工処理の差異により、熱変形温度、熱収縮率等の異なる樹脂であれば、樹脂層13とセパレータ30とのいずれにも用いることができる。
The
また、樹脂層13の厚みは、特に限定されないが、二次電池としてのエネルギ密度向上と強度維持とのバランスを取るべく、5μm以上70μm以下であるのが好ましく、10μm以上50μm以下であればより好ましい。樹脂層13(樹脂フィルム)は、一軸延伸、二軸延伸または無延伸などのいずれの方法で製造された樹脂フィルムでもかまわない。また、正極集電体11の樹脂層13は、フィルム状以外に、たとえば、繊維状であってもよい。
The thickness of the
また、上記正極集電体11は、箔状以外に、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などの形状であってもよい。
In addition to the foil shape, the positive electrode
なお、上記熱変形温度および熱収縮率とは、以下の方法で得られた値を意味する。また、熱変形温度は、樹脂層(樹脂フィルム)が熱収縮を開始する温度を意味する(熱変形温度および熱収縮率については、後述するセパレータについても同様である。)。 The heat distortion temperature and the heat shrinkage mean values obtained by the following method. The heat deformation temperature means a temperature at which the resin layer (resin film) starts to shrink (the same applies to the separator described later).
熱変形温度は、一定温度で一定時間、恒温槽で保持して、熱収縮率を測定し、収縮していない場合は温度を上げて、収縮している場合は温度を下げて、これを繰り返すことで測定する。具体的には、樹脂フィルムを、たとえば、100℃で15分間保持し、樹脂フィルムの熱収縮率を測定する。このときの熱収縮率が20%以下の場合、新しいサンプルを用いて温度を105℃に上げ、この温度で15分間保持した後、熱収縮率を測定する。この工程を、150℃に達するまで繰り返し、熱収縮率が10%以上となった時点の温度を熱変形温度とする。 The heat distortion temperature is kept at a constant temperature for a certain time in a thermostatic chamber, the heat shrinkage rate is measured, the temperature is increased if not contracted, the temperature is decreased if contracted, and this is repeated. To measure. Specifically, a resin film is hold | maintained for 15 minutes, for example at 100 degreeC, and the thermal contraction rate of a resin film is measured. When the heat shrinkage rate at this time is 20% or less, the temperature is raised to 105 ° C. using a new sample, and the temperature is kept at this temperature for 15 minutes, and then the heat shrinkage rate is measured. This process is repeated until the temperature reaches 150 ° C., and the temperature at which the heat shrinkage rate becomes 10% or more is defined as the heat distortion temperature.
また、熱収縮率の測定は、たとえば、樹脂フィルム上に50mm以上の間隔を空けて2つのポイントを付け、両者のポイント間距離を、ノギスを用いて測定する。その後、15分間、120℃(後述するセパレータについては180℃も)で加熱処理を行った後に、再度、同じポイント間距離を測定し、加熱処理前後の測定値に基づいて熱収縮率を求める。この方法に基づき、樹脂層(樹脂フィルム)の平面方向(たとえば、縦方向及び横方向)について、それぞれ3つ以上のポイント間距離を測定し、各々の測定結果から算出された熱収縮率の平均値を最終的な樹脂フィルムの熱収縮率として採用する。このとき、樹脂フィルムの縦方向及び横方向のそれぞれについて、少なくとも、樹脂フィルムの端部から10%以内の2点と、樹脂フィルムの端部から50%前後の1点を、ポイント間距離の測定地点として選定する。平面方向(たとえば、縦方向及び横方向)のいずれかの大きな値を熱収縮率とする。 Moreover, the measurement of a thermal contraction rate attaches two points on the resin film at intervals of 50 mm or more, for example, and measures the distance between both points using a caliper. Then, after heat-processing for 15 minutes at 120 degreeC (180 degreeC also about the separator mentioned later), the distance between the same points is measured again, and a thermal contraction rate is calculated | required based on the measured value before and behind heat processing. Based on this method, the distance between three or more points is measured for each of the plane directions (for example, the vertical direction and the horizontal direction) of the resin layer (resin film), and the average heat shrinkage rate calculated from each measurement result The value is adopted as the heat shrinkage rate of the final resin film. At this time, for each of the longitudinal direction and the lateral direction of the resin film, at least two points within 10% from the end of the resin film and one point around 50% from the end of the resin film are measured for the distance between the points. Select as a point. Any large value in the plane direction (for example, the vertical direction and the horizontal direction) is defined as the heat shrinkage rate.
正極活物質層12は、リチウムイオンを吸蔵・放出しうる正極活物質を含んで構成されている。正極活物質としては、たとえば、リチウムを含有した酸化物が挙げられる。具体的には、LiCoO2、LiFeO2、LiMnO2、LiMn2O4、および、これら酸化物中の遷移金属を一部他の金属元素で置換した化合物などが挙げられる。中でも、通常の使用において、正極が保有するリチウム量の80%以上を電池反応に利用し得るものを正極活物質に用いるのが好ましい。それにより過充電などの事故に対する二次電池の安全性を高めることが可能となる。このような正極活物質としては、たとえば、LiMn2O4のようなスピネル構造を有する化合物、および、LiXMPO4(Mは、Co、Ni、Mn、Feから選択される少なくとも1種以上の元素)で表されるオリビン構造を有する化合物などが挙げられる。中でも、MnおよびFeの少なくとも一方を含む正極活物質がコストの観点から好ましい。さらに、安全性および充電電圧の観点からは、LiFePO4を用いるのが好ましい。LiFePO4は、全ての酸素(O)が強固な共有結合によって燐(P)と結合しているため、温度上昇による酸素の放出が起こりにくい。そのため、安全性に優れている。
The positive electrode
上記正極活物質層12の厚みは、20μm〜2mm程度が好ましく、50μm〜1mm程度がより好ましい。
The thickness of the positive electrode
また、上記正極活物質層12は、正極活物質を少なくとも含んでいれば、その構成は特に制限されるものではない。たとえば、正極活物質層12は、正極活物質以外に、導電材、増粘材、結着材などの他の材料を含んでいてもよい。
Further, the configuration of the positive electrode
導電材は、正極10の電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、たとえば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト(天然黒鉛、人造黒鉛)、炭素繊維などの炭素質材料または導電性金属酸化物などを用いることができる。これらの中で、導電材としては、電子伝導性および塗工性の観点より、カーボンブラック及びアセチレンブラックが好ましい。
The conductive material is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect the battery performance of the
増粘材としては、たとえば、ポリエチレングリコール類、セルロース類、ポリアクリルアミド類、ポリN−ビニルアミド類、ポリN−ビニルピロリドン類などを用いることができる。これらの中で、増粘材としては、ポリエチレングリコール類、カルボキシメチルセルロース(CMC)などのセルロース類などが好ましく、CMCが特に好ましい。 As the thickener, for example, polyethylene glycols, celluloses, polyacrylamides, poly N-vinyl amides, poly N-vinyl pyrrolidones and the like can be used. Among these, as the thickener, celluloses such as polyethylene glycols and carboxymethyl cellulose (CMC) are preferable, and CMC is particularly preferable.
結着材は、活物質粒子および導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすものであり、たとえば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリビニルピリジン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系ポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系ポリマー、スチレンブタジエンゴムなどを用いることができる。 The binder serves to bind the active material particles and the conductive material particles, for example, a fluorine-based polymer such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylpyridine, polytetrafluoroethylene, or a polyolefin such as polyethylene or polypropylene. A polymer, styrene butadiene rubber, or the like can be used.
正極活物質、導電材、結着材などを分散させる溶剤としては、たとえば、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどの有機溶剤を用いることができる。 Examples of the solvent for dispersing the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and the like include, for example, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, Organic solvents such as N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, and tetrahydrofuran can be used.
上記した正極10は、たとえば、正極活物質、導電材、増粘材および結着材を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極合剤としたものを、正極集電体11の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成される。
The
また、上記正極10は、図9に示すように、平面的に見て、略矩形形状を有している。正極10のY方向の幅W1は、たとえば、約100mmとされており、X方向の長さL1は、たとえば、約150mmとされている。また、正極活物質層12の塗布領域(形成領域)は、Y方向の幅W11が、正極10の幅W1と同じ、たとえば、約100mmとされており、X方向の長さL11が、たとえば、約135mmとされている。
Further, as shown in FIG. 9, the
また、図8〜図10に示すように、上記正極10は、X方向の一端側に、正極活物質層12が形成されずに正極集電体11の表面(導電層14)が露出された集電体露出部(露出領域)11aを有している。この集電体露出部11aには、外部に電流を取り出すための、タブ電極41が電気的に接続されている。なお、タブ電極41は、たとえば、幅約30mm、長さ約70mmの形状に形成されている。
Further, as shown in FIGS. 8 to 10, the
また、第1実施形態では、正極10の集電体露出部11aに、厚み方向に貫通する貫通孔11bが形成されている。この貫通孔11bは、複数の正極10を積層させた際に、各正極10の貫通孔11bが揃う(重なる)ように形成されている。そして、正極10の貫通孔11bに、略棒状に形成された上記導電部材80(貫通部材80a)(図1参照)が挿通されている。
Moreover, in 1st Embodiment, the through-
電極群50を構成する負極20は、図13に示すように、負極集電体21の両面に、負極活物質層22が担持された構成を有している。
The
負極集電体21は、負極活物質層22から集電を行う機能を有している。
The negative electrode
なお、第1実施形態では、負極集電体21は、上記正極集電体11(図8参照)とは異なり、樹脂層を含まない構成となっている。すなわち、正極集電体11(図8参照)のみが、樹脂層を含む多層構造に構成されている。
In the first embodiment, unlike the positive electrode current collector 11 (see FIG. 8), the negative electrode
具体的には、負極集電体21は、たとえば、銅、ニッケル、ステンレス鋼、鉄、ニッケルメッキ層などの金属箔、または、これらの合金からなる合金箔から構成されており、約1μm〜約100μm(たとえば約16μm)の厚みを有している。負極集電体21は、リチウムと合金化しにくいという観点から、銅または銅合金からなる金属箔が好ましく、その厚みは、4μm以上20μm以下であるのが好ましい。
Specifically, the negative electrode
また、上記負極集電体21は、箔状以外に、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などの形状であってもよい。
Moreover, the negative electrode
負極活物質層22は、リチウムイオンを吸蔵・放出しうる負極活物質を含んで構成されている。負極活物質としては、たとえば、リチウムを含む物質、あるいは、リチウムの吸蔵・放出が可能な物質からなる。また、高エネルギ密度電池を構成するためには、リチウムの吸蔵/放出する電位が金属リチウムの析出/溶解電位に近いものが好ましい。その典型例としては、粒子状(鱗片状、塊状、繊維状、ウィスカー状、球状、粉砕粒子状など)の天然黒鉛もしくは人造黒鉛が挙げられる。なお、負極活物質として、メソカーボンマイクロビーズ、メソフェーズピッチ粉末、等方性ピッチ粉末などを黒鉛化して得られる人造黒鉛を使用してもよい。また、非晶質炭素を表面付着させた黒鉛粒子を使用することもできる。さらに、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属窒化物、遷移金属酸化物および酸化シリコンなども使用可能である。リチウム遷移金属酸化物としては、たとえば、Li4Ti5O12に代表されるチタン酸リチウムを使用すると、負極20の劣化が少なくなるため、電池の長寿命化を図ることが可能となる。
The negative electrode
なお、上記負極活物質層22の厚みは、20μm〜2mm程度が好ましく、50μm〜1mm程度がより好ましい。
The thickness of the negative electrode
また、上記負極活物質層22は、負極活物質を少なくとも含んでいれば、その構成は特に制限されるものではない。たとえば、負極活物質層22は、負極活物質以外に、導電材、増粘材、結着材などの他の材料を含んでいてもよい。なお、導電材、増粘材、結着材などの他の材料は、正極活物質層12と同じもの(正極活物質層12に用いることが可能なもの)を用いることができる。
Further, the configuration of the negative electrode
上記した負極20は、たとえば、負極活物質、導電材、増粘材および結着材を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の負極合剤としたものを、負極集電体21の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成される。
The
また、上記負極20は、図14に示すように、平面的に見て、略矩形形状を有しており、正極10(図9および図10参照)より少し大きく形成されている。具体的には、第1実施形態では、上記負極20は、Y方向の幅W2が、たとえば、約110mmとされており、X方向の長さL2が、正極10の長さL1(図9参照)と同じ、たとえば、約150mmとされている。また、負極活物質層22の塗布領域(形成領域)は、Y方向の幅W21が、負極20の幅W2と同じ、たとえば、約110mmとされており、X方向の長さL21が、たとえば、約140mmとされている。
Further, as shown in FIG. 14, the
また、図13〜図15に示すように、上記負極20は、正極10と同様、X方向の一端に、負極活物質層22が形成されずに負極集電体21の表面が露出された集電体露出部21aを有している。この集電体露出部21aには、外部に電流を取り出すためのタブ電極42が電気的に接続されている。なお、タブ電極42は、上記タブ電極41と同様、たとえば、幅約30mm、長さ約70mmの形状に形成されている。
Further, as shown in FIGS. 13 to 15, the
電極群50を構成するセパレータ30(図1〜図3参照)は、たとえば、電気絶縁性の合成樹脂繊維、ガラス繊維、天然繊維等の不織布、織布または微多孔質膜などのなかから適宜選択可能である。中でも、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、アラミド系樹脂、セルロース系樹脂等の不織布、微多孔質膜が品質の安定性等の点から好ましく、特に、アラミド系樹脂、ポリエステル系樹脂またはセルロース系樹脂からなる不織布、微多孔質膜が好ましい。
The separator 30 (see FIGS. 1 to 3) constituting the
また、セパレータ30は、正極集電体11の樹脂層13よりも高い融点を有することが好ましい。たとえば、セパレータ30は、120℃での熱収縮率が正極集電体11の樹脂層13より小さくなるように構成されているのが好ましい。また、たとえば、セパレータ30は、正極集電体11の樹脂層13の熱変形温度(または、融点)以下の温度において、その熱収縮率が1.0%以下であるのが好ましい。さらに、セパレータ30は、アラミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、セルロース系樹脂などを含む多孔質フィルムから構成され、その熱収縮率が180℃において1.0%以下であるのが好ましい。
The
セパレータ30の厚みについては特に限定されるものではないが、必要量の電解液を保持することが可能であって、かつ、正極10と負極20との短絡を防ぐことが可能な厚みであるのが好ましい。具体的には、セパレータ30は、たとえば、0.02mm(20μm)〜0.1mm(100μm)の厚みとすることができる。セパレータ30の厚みとしては、0.01mm〜1mm程度が好ましく、0.02mm〜0.07mm程度であればより好ましい。また、セパレータ30を構成する材質は、単位面積(1cm2)当たりの透気度が0.1秒/cm3〜500秒/cm3程度であると、低い電池内部抵抗を維持しつつ、電池内部短絡を防ぐだけの強度を確保できるため好ましい。
The thickness of the
なお、セパレータについても、熱変形温度および熱収縮率は、上述した樹脂層(樹脂フィルム)と同様の方法で得られた値を意味する。また、120℃での熱収縮率を測定する場合は、120℃で加熱処理を行い、180℃での熱収縮率を測定する場合は、180℃で加熱処理を行う。 In addition, also about a separator, a heat-deformation temperature and a heat-shrink rate mean the value obtained by the method similar to the resin layer (resin film) mentioned above. When measuring the heat shrinkage at 120 ° C., heat treatment is performed at 120 ° C., and when measuring the heat shrinkage at 180 ° C., heat treatment is performed at 180 ° C.
また、上記セパレータ30は、正極活物質層12の塗布領域(形成領域)よりも大きく、かつ、負極活物質層22の塗布領域(形成領域)と同等あるいは負極活物質層22の塗布領域(形成領域)より大きい形状を有している。具体的には、図16に示すように、上記セパレータ30は、矩形形状に形成されており、そのY方向の幅W3がたとえば約110mm、X方向の長さL3がたとえば約150mmに構成されている。
The
上記した正極10および負極20は、図1〜図3に示すように、正極10の集電体露出部11aと負極20の集電体露出部21aとが互いに反対側に位置するように配され、正極負極間にセパレータ30を介在させて積層されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
ここで、第1実施形態では、図1および図5に示すように、積層された正極10の集電体露出部11aには、多層構造を有する正極集電体11を厚み方向に貫通する導電部材80(貫通部材80a)が設けられている。この導電部材80は、正極集電体11の貫通孔11bに挿通されることで、積層されている正極10(同極性の電極5)の全てを連続して貫通している。また、導電部材80は、上述したように、電池内部の発熱により溶融する金属材料から構成されている。このような金属材料(低融点金属)としては、たとえば、インジウム、亜鉛、ガリウム、スズ、ビスマスのいずれかを主成分とした合金などが挙げられる。具体的には、たとえば、スズ−ビスマス系合金(融点:130℃〜150℃程度)、インジウム(融点:156.4℃)などが挙げられる。導電部材80は、正極集電体11の樹脂層13の融点以上の融点を有していてもよいし、樹脂層13の融点より低い融点を有していてもよい。
Here, in the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 5, the current collector exposed
また、正極集電体11の貫通孔11bは、図5、図11および図12に示すように、その直径が、導電部材80の直径と同程度に形成されている。そして、導電部材80が貫通孔11bに挿通されることで、導電部材80の表面(外表面)が、貫通孔11bの内側面と密接(電気的に接触)するように構成されている。これにより、正極集電体11における樹脂層13の一方側の導電層14と他方側の導電層14とが、導電部材80を介して、互いに電気的に接続されているとともに、導電部材80が全ての正極10を連続して貫通することで、積層された全ての正極10が互いに電気的に接続されている。
Further, as shown in FIGS. 5, 11, and 12, the through
さらに、図6および図7に示すように、貫通孔11bに挿通された導電部材80は、たとえば、溶接機500で厚み方向(白矢印参照)に押圧されることで、導電部材80の突出部が潰れてかしめられる。これにより、上記したように、配線接続用のタブ電極41は、導電部材80を介して、正極10の各々と電気的に接続される。
Furthermore, as shown in FIGS. 6 and 7, the
なお、タブ電極41と正極10とを電気的に接続する導電部材80は、図11および図12に示すように、正極集電体11の集電体露出部11aの1箇所に設けられていてもよい。また、上記導電部材80は、集電体露出部11aの複数箇所に設けられていてもよい。このように、集電体露出部11aの複数箇所に導電部材80を設ける(貫通させる)ことにより、正極同士の接触抵抗が低減するため、電極間(正極間)の導通が向上する。
The
電極群50の正極10においては、最も外側の正極10(正極集電体11の導電層14)に、低融点金属からなる導電部材80を介して、上記したタブ電極41が溶接固定されている。なお、タブ電極41は、最外層ではなく、中間層の正極10に溶接固定されていてもよい。また、タブ電極41は、図9および図11に示すように、正極集電体11(正極10)の幅方向(Y方向)の略中央部に、導電部材80と重なるよう配置にして、溶接固定されている。これにより、積層された全ての正極10(全ての導電層14)が、導電部材80を介して、タブ電極41と電気的に接続された状態となっている。
In the
このように、第1実施形態では、上記導電部材80を介して、タブ電極41が電極(正極10)に接続されているため、電池内部で異常発熱が生じた場合に、導電部材80が溶断して電流が遮断される。
Thus, in the first embodiment, since the
複数の負極20は、図1〜図3に示すように、正極10と同様、集電体露出部21aが揃うように積層されている。そして、最も外側の負極20(負極集電体21)に上記したタブ電極42が溶接固定されている。なお、正極の場合と同様、タブ電極42は、最外層ではなく、中間層の負極20に溶接固定されていてもよい。これにより、積層された全ての負極20が、タブ電極42に溶接固定され、タブ電極42と電気的に接続された状態となっている。なお、上記タブ電極42は、負極集電体21(負極20)の幅方向(Y方向)の略中央部に溶接固定されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the plurality of
タブ電極41および42の溶接は、超音波溶接が好ましいが、超音波溶接以外であってもよく、たとえば、レーザ溶接や抵抗溶接、スポット溶接などを用いてもよい。ただし、樹脂層13を挟んだ正極集電体11にタブ電極41を溶接する場合、レーザ溶接や抵抗溶接、スポット溶接などの熱を加えて接合する手法では、樹脂層13が溶解してしまうおそれがある。そのため、上記タブ電極41の溶接には、熱を加えない超音波溶接を用いるのが好ましい。
The welding of the
また、正極10に接続されるタブ電極41は、アルミニウムから構成されているのが好ましく、負極20に接続されるタブ電極42は、銅から構成されているのが好ましい。タブ電極41および42は、集電体と同材質のものを用いるのが好ましいが、異なる材質であってもよい。さらに、正極10に接続されるタブ電極41と負極20に接続されるタブ電極42とは、同材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。また、タブ電極41および42は、上記のように、正極集電体11および負極集電体21の幅方向の略中央部に溶接されているのが好ましいが、中央部以外の領域に溶接固定されていてもよい。
The
外装容器100(図2参照)内に電極群50とともに封入される非水電解液は、特に限定されるものではないが、溶媒として、たとえば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトンなどのエステル類や、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、メトキシエトキシエタンなどのエーテル類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、ギ酸メチル、酢酸メチルなどの極性溶媒を使用することができる。これらの溶媒は単独で使用してもよいし、2種以上を混合して混合溶媒として使用してもよい。
The nonaqueous electrolytic solution enclosed with the
また、非水電解液には、電解質支持塩が含まれていてもよい。電解質支持塩としては、たとえば、LiClO4、LiBF4(ホウフッ化リチウム)、LiPF6(六フッ化リン酸リチウム)、LiCF3SO3(トリフルオロメタンスルホン酸リチウム)、LiF(フッ化リチウム)、L■Cl(塩化リチウム)、LiBr(臭化リチウム)、LiI(
ヨウ化リチウム)、LiAlCl4(四塩化アルミン酸リチウム)などのリチウム塩が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
The nonaqueous electrolytic solution may contain an electrolyte supporting salt. Examples of the electrolyte supporting salt include LiClO 4 , LiBF 4 (lithium borofluoride), LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate), LiCF 3 SO 3 (lithium trifluoromethanesulfonate), LiF (lithium fluoride), L ■ Cl (lithium chloride), LiBr (lithium bromide), LiI (
Examples thereof include lithium salts such as lithium iodide) and LiAlCl 4 (lithium tetrachloride aluminate). These may be used singly or in combination of two or more.
なお、電解質支持塩の濃度は、特に限定されるものではないが、0.5mol/L〜2.5mol/Lが好ましく、1.0mol/L〜2.2mol/Lがより好ましい。電解質支持塩の濃度が、0.5mol/L未満の場合には、非水電解液中において電荷を運ぶキャリア濃度が低くなり、非水電解液の抵抗が高くなるおそれがある。また、電解質支持塩の濃度が、2.5mol/Lより高い場合には、塩自体の解離度が低くなり、非水電解液中のキャリア濃度が上がらないおそれがある。 The concentration of the electrolyte supporting salt is not particularly limited, but is preferably 0.5 mol / L to 2.5 mol / L, and more preferably 1.0 mol / L to 2.2 mol / L. When the concentration of the electrolyte support salt is less than 0.5 mol / L, the carrier concentration for carrying charges in the non-aqueous electrolyte is lowered, and the resistance of the non-aqueous electrolyte may be increased. Further, when the concentration of the electrolyte supporting salt is higher than 2.5 mol / L, the dissociation degree of the salt itself is lowered, and there is a possibility that the carrier concentration in the non-aqueous electrolyte does not increase.
電極群50を封入する外装容器100は、図2および図4に示すように、大型の扁平角形容器であり、電極群50などを収納する外装缶60と、この外装缶60を封口する封口板70とを含んで構成されている。また、電極群50を収納した外装缶60には、たとえば、レーザ溶接によって、封口板70が取り付けられている。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
外装缶60は、たとえば、金属板に深絞り加工などを施すことによって形成されており、底面部61と側壁部62とを有する略箱状に形成されている。また、図2に示すように、外装缶60の一端(底面部61の反対側)には、電極群50を挿入するための開口部63が設けられている。また、外装缶60は、電極群50が、その電極面が底面部61と対向するようにして収納することが可能な大きさに形成されている。
The outer can 60 is formed, for example, by deep drawing or the like on a metal plate, and is formed in a substantially box shape having a
また、図2および図4に示すように、上記外装缶60は、X方向の一方側(短辺側)の側壁部62に、電極端子64(たとえば、正極端子)が形成されており、X方向の他方側(短辺側)の側壁部62に、電極端子64(たとえば、負極端子)が形成されている。また、外装缶60の側壁部62には、非水電解液を注液するための注液孔65が形成されている。この注液孔65は、たとえば、φ2mmの大きさに形成されている。また、注液孔65の近傍には、電池内圧を開放するための安全弁66が形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
さらに、外装缶60の開口部63の周縁には、折り返し部67が設けられており、この折り返し部67に、封口板70が溶接固定されている。
Further, a folded
外装缶60および封口板70は、たとえば、鉄、ステンレススチール、アルミニウムなどの金属板や鉄にニッケルメッキを施した鋼板などを用いて形成することができる。鉄は安価な材料であるため価格の観点では好ましいが、長期間の信頼性を確保するためには、ステンレススチール、アルミニウムなどからなる金属板または鉄にニッケルメッキを施した鋼板などを用いるのがより好ましい。金属板の厚みは、たとえば約0.4mm〜約1.2mm(たとえば約1.0mm)とすることができる。
The
また、上記した電極群50は、正極10および負極20が、外装缶60の底面部61と対向するようにして、外装缶60内に収納されている。収納された電極群50は、正極10の集電体露出部11aおよび負極20の集電体露出部21aが、それぞれ、タブ電極41および42を介して、外装缶60の電極端子64と電気的に接続されている。
The
また、非水電解液は、外装缶60の開口部63が封口板70で封口された後に、注液孔65から、たとえば、減圧注液されている。そして、注液孔65とほぼ同じ直径の金属球や、注液孔65より少し大きい金属板(図示せず)を注液孔65に設置した後、抵抗溶接やレーザ溶接などにより、注液孔65が封口されている。
In addition, the nonaqueous electrolytic solution is injected, for example, under reduced pressure from the
第1実施形態によるリチウムイオン二次電池では、上記のように、正極集電体11に多層構造を有する集電体を用いることによって、たとえば、電極間に局所的な短絡が生じた場合に、正極集電体11の樹脂層13が溶融して電極(正極10)が破損されるので、電流をカットすることができる。これにより、電池内部の温度上昇を抑制することができるので、発火などの異常状態が生じるのを防止することができる。
In the lithium ion secondary battery according to the first embodiment, as described above, by using a current collector having a multilayer structure as the positive electrode
また、第1実施形態では、タブ電極41を、低融点金属からなる導電部材80(貫通部材80a)を介して、正極10の集電体露出部11aと電気的に接続することによって、過充電状態などの何らかの原因で電池内部の温度が上昇した場合に、その電池内部の温度で導電部材80(貫通部材80a)を溶断させることができる。これにより、タブ電極41と電極(正極10)との電気的接続を遮断することができる。
In the first embodiment, the
このように、第1実施形態では、多層構造を有する集電体11のみならず、タブ電極41と電極(正極10)とを接続する導電部材80によっても、電流を遮断することができるので、安全性をより向上させることができる。
Thus, in the first embodiment, the current can be interrupted not only by the
具体的には、たとえば、電極における局所的な短絡であれば、上記のように、多層構造を有する正極集電体11で電流を遮断することができるので、これにより、電池内部の温度上昇を抑制することができる。一方、何らかの原因で、多層構造を有する正極集電体11では電池内部の温度上昇を抑制することが困難な場合も生じ得る。このような場合、電池内部の発熱によって導電部材80を溶断させることで、内部電流を遮断することができるので、電池内部の温度上昇を抑制することができる。すなわち、電池内部(電極)が熱くなり始めたときに、導電部材80を溶断させることで、さらなる電圧印加を防止することができる。このため、ある程度のところで温度上昇を止めることができる。また、温度上昇を止めることによって、電解液の分解を抑制することができるので、電解液の分解に起因する内圧上昇を抑制することもできる。
Specifically, for example, in the case of a local short circuit in the electrode, the current can be interrupted by the positive electrode
なお、積層された正極10と接続されるタブ電極41(導電部材80)は、トータルの電流が流れる部分であるため、流れる電流が大きい。そのため、異常電流が流れた場合、抵抗による発熱量も大きくなるので、その熱によっても、導電部材80を溶断させることができる。このため、異常電流が流れた場合にも、電流を遮断させることができる。
The tab electrode 41 (conductive member 80) connected to the stacked
また、上記導電部材80は、電池内部(電極近傍)に設けられているため、電池内部の異常発熱に対して、導電部材80による電流遮断機能を効果的に作動させることができる。たとえば、大型二次電池では外装容器も大きくなるため、電池内部で異常発熱が生じた場合に、電池外部にまで熱が伝わり難い。そのため、たとえば、PTC(Positive Temperature Coefficient)素子などの電流遮断機構を電池外部に設けた場合には、電池内部の異常発熱を検知しにくくなる。これに対し、第1実施形態では、電池内部に導電部材80が設けられているため、電池内部での異常発熱を容易に検知して、電流を遮断することができる。
In addition, since the
また、第1実施形態では、導電部材80を、電池内部の発熱により溶融する低融点金属(金属材料)から構成することによって、電池の異常発熱を容易に抑制することができるので、安全性がより向上されたリチウムイオン二次電池を容易に得ることができる。
In the first embodiment, since the
ここで、上記正極集電体11は、樹脂層13を導電層14で挟んだ構成(多層構造)を有するため、上記のように、複数の電極を積層した場合には、配線引き出し用のタブ電極41を正極集電体11に接続する際に、電極同士の導通がとれなくなる。このため、安全性を向上させるために多層構造を有する集電体を用いた場合、電池性能が低下するという不都合が生じる。
Here, since the positive electrode
しかしながら、第1実施形態では、導電部材80を、貫通部材80aに構成することによって、この導電部材80(貫通部材80a)を介して、正極集電体11における樹脂層13の一方側の導電層14と他方側の導電層14とを電気的に接続することができる。このため、この貫通部材80aで、積層された複数の正極10(正極集電体11)の全てを連続して貫通することにより、多層構造を有する集電体(正極集電体11)を用いた場合でも、複数積層された電極同士の導通をとることができる。これにより、タブ電極41を、積層された複数の電極(正極10)の全てと電気的に接続することができる。したがって、電池性能の低下を抑制することができるので、リチウムイオン二次電池の性能を最大限活用することができる。
However, in the first embodiment, the
なお、第1実施形態では、上記導電部材80を備えることによって、たとえば、超音波溶接でタブ電極41を電極(正極10)に接続する場合に、タブ電極41と電極(正極10)との接触抵抗、および、電極同士の接触抵抗を低減することができる。これにより、タブ電極41を電極(正極10)に強固に導通接続することが可能となる。また、タブ電極41を電極(正極10)に強固に導通接続することにより、接触抵抗の増加に起因する電池容量の低下を抑制することもできる。
In the first embodiment, by providing the
また、第1実施形態では、正極集電体11に、導電部材80(貫通部材80a)が挿通される貫通孔11bを予め形成しておくことによって、容易に、導電部材80を集電体の厚み方向に貫通させることができる。これにより、容易に、正極集電体11における樹脂層13の一方側の導電層14と他方側の導電層14とを電気的に接続することができる。
In the first embodiment, the
また、低融点金属からなる導電部材80を、正極集電体11の樹脂層13の融点以上の融点を有する構成とすれば、多層構造を有する集電体11では防止することが困難であった電池内部の異常発熱を、導電部材80の溶断により防止することができる。これにより、容易に、安全性をより向上させることができる。一方、低融点金属からなる導電部材80を、正極集電体11の樹脂層13の融点より低い融点を有する構成とすれば、正極集電体11の樹脂層13が溶融する前に、導電部材80を溶断させることができる。このため、このように構成した場合でも、リチウムイオン二次電池の安全性をより向上させることができる。
In addition, if the
また、第1実施形態では、正極集電体11の樹脂層13を熱可塑性樹脂から構成し、120℃での熱収縮率が、平面方向(たとえば、縦方向および横方向)のいずれかの方向で1.5%以上となるように構成することによって、たとえば、過充電状態や高温状態等で異常発熱が発生した場合に、電極が破損され易くすることができる。これにより、効果的に、発火などの異常状態が生じるのを防止することができるので、リチウムイオン二次電池の安全性を効果的に向上させることができる。
Moreover, in 1st Embodiment, the
また、正極集電体11の樹脂層13を、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、または、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミドのいずれかを含む樹脂、もしくは、これらの複合材料から構成すれば、容易に、リチウムイオン二次電池の安全性を向上させることができる。
Further, if the
また、第1実施形態では、セパレータ30を、120℃での熱収縮率が、正極集電体11の樹脂層13より小さくなるように構成することによって、セパレータ30のシャットダウン機能が作動する前に、正極10の集電体を構成する樹脂層13を溶断させることができる。これにより、樹脂層13およびセパレータ30による電流遮断効果により、2段階で電流遮断が可能となるので、リチウムイオン二次電池の安全性をより向上させることができる。
In the first embodiment, the
なお、上記セパレータ30の180℃での熱収縮率を、1.0%以下とすれば、過充電状態や高温状態等で異常発熱が発生した場合に、セパレータ30の熱収縮に起因する内部短絡(電極端部にて生じる電池の内部短絡)の発生を抑制することができるので、急激な温度上昇が生じるのを抑制することができる。その結果、リチウムイオン二次電池の安全性をさらに向上させることができる。さらに、このように構成すれば、180℃の温度でも、セパレータ30の溶融・流動化を抑制することもできるので、溶融・流動化に起因してセパレータ30の孔が大きくなるという不都合が生じるのを抑制することができる。このため、電池内部が180℃に達した際に、何らかの理由で電極(正極10)の破損が起こらなかった場合でも、セパレータ30の孔が大きくなることに起因して、正負極の短絡箇所が広がるという不都合が生じるのを抑制することもできる。
If the thermal contraction rate at 180 ° C. of the
(第2実施形態)
図17は、本発明の第2実施形態によるリチウムイオン二次電池の電極群を模式的に示した断面図である。図18は、本発明の第2実施形態によるリチウムイオン二次電池の電極群の一部を模式的に示した斜視図である。図19および図20は、本発明の第2実施形態によるリチウムイオン二次電池を説明するための断面図である。次に、図3および図17〜図20を参照して、本発明の第2実施形態によるリチウムイオン二次電池について説明する。なお、各図において、対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明は適宜省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing an electrode group of the lithium ion secondary battery according to the second embodiment of the present invention. FIG. 18 is a perspective view schematically showing a part of the electrode group of the lithium ion secondary battery according to the second embodiment of the present invention. 19 and 20 are cross-sectional views illustrating a lithium ion secondary battery according to a second embodiment of the present invention. Next, with reference to FIG. 3 and FIGS. 17-20, the lithium ion secondary battery by 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to a corresponding component, and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably.
この第2実施形態では、図17に示すように、低融点金属からなる導電部材80が、金属箔80bから構成されている。そして、この導電部材80が、積層された正極集電体11の各間に、それぞれ、配されている。また、箔状に形成された複数の導電部材80は、それぞれ、正極集電体11の外側(活物質層12とは反対側)に延出(延在)するように配されている。具体的には、たとえば、図17および図18に示すように、導電部材80が略短冊状(帯状)に形成されているとともに、この導電部材80が、X方向にずらして配置されている。これにより、導電部材80が、正極集電体11の外側に延出(延在)している。
In the second embodiment, as shown in FIG. 17, a
さらに、複数の導電部材80は、図19および図20に示すように、正極集電体11の各間に配された部分(溶接領域M1)において、正極10(正極集電体11)の集電体露出部11aに溶接固定されている。また、複数の導電部材80における各延出部分は、タブ電極41と溶接固定されている。すなわち、上記導電部材80の一方の端部は、溶接領域M1において、正極10に溶接固定されており、上記導電部材80の他方の端部は、溶接領域M2において、タブ電極41に溶接固定されている。具体的には、図20に示すように、導電部材80の一方の端部が、正極集電体11とともに、たとえば、溶接機500で厚み方向(白矢印参照)に押圧されることで、導電部材80と正極集電体11(集電体露出部11a)とが溶接固定されている。また、導電部材80の他方の端部が、タブ電極41とともに、たとえば、溶接機500で厚み方向(白矢印参照)に押圧されることで、導電部材80とタブ電極41とが溶接固定されている。これにより、配線引き出し用のタブ電極41が、低融点金属からなる導電部材80を介して、正極10の集電体露出部11aと電気的に接続された状態となっている。また、図18に示すように、溶接箇所200は、溶接時の圧力で凹んだ状態となっている。
Further, as shown in FIGS. 19 and 20, the plurality of
なお、図17および図19に示すように、箔状の導電部材80は、正極集電体11の間のみならず、最も外側(最上層、最下層)の正極10(正極集電体11の導電層14)にも配されているのが好ましい。また、導電部材80(金属箔80b)の厚みは、特に限定されないが、たとえば、約0.05mm〜約0.5mmにされていると好ましい。また、第2実施形態では、上記第1実施形態とは異なり、導電部材80が貫通部材には構成されていないため、正極集電体11には、貫通部材を挿通させる貫通孔11b(図3参照)は設けられていない。
As shown in FIGS. 17 and 19, the foil-like
第2実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。 Other configurations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
第2実施形態では、上記のように、タブ電極41を、低融点金属からなる箔状の導電部材80を介して、電極(正極10)と電気的に接続することによって、上記第1実施形態と同様、過充電状態などの何らかの原因で電池内部の温度が上昇した場合に、その電池内部の温度で導電部材80を溶断させることができる。これにより、タブ電極41と電極(正極10)との電気的接続を遮断することができる。
In the second embodiment, as described above, the
また、第2実施形態では、複数積層された正極10における正極集電体11(集電体露出部11a)の間に、低融点金属からなる箔状の導電部材80を配し、その導電部材80の一部を、タブ電極41に溶接することによって、各正極集電体11の導電層14を、導電部材80を介して、タブ電極41と電気的に接続することができる。このため、多層構造を有する集電体(正極集電体11)を用いた場合でも、全ての正極10を、タブ電極41と電気的に接続することができるので、電池性能の低下を抑制することができる。その結果、リチウムイオン二次電池の性能を最大限活用することができる。
Further, in the second embodiment, a foil-like
第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。 Other effects of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
(第3実施形態)
図21は、本発明の第3実施形態によるリチウムイオン二次電池の電極群を模式的に示した断面図である。図22および図23は、本発明の第3実施形態によるリチウムイオン二次電池を説明するための図である。次に、図21〜図23を参照して、本発明の第3実施形態によるリチウムイオン二次電池について説明する。なお、各図において、対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明は適宜省略する。
(Third embodiment)
FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing an electrode group of the lithium ion secondary battery according to the third embodiment of the present invention. 22 and 23 are diagrams for explaining a lithium ion secondary battery according to a third embodiment of the present invention. Next, with reference to FIGS. 21-23, the lithium ion secondary battery by 3rd Embodiment of this invention is demonstrated. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to a corresponding component, and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably.
この第3実施形態では、図21〜図23に示すように、上記第2実施形態の構成において、正極集電体11の間に配された金属箔90が、低融点金属以外の金属材料から構成されている。そして、この金属箔90が、低融点金属からなる導電部材80によって、タブ電極41に溶接されている。具体的には、図23に示すように、たとえば、ブロック状の導電部材80(80c)を用いて、全ての金属箔90がタブ電極41に接合されている。これにより、配線引き出し用のタブ電極41が、低融点金属からなる導電部材80を介して、正極10の集電体露出部11aと電気的に接続されている。なお、金属箔90は、本発明の「箔状部材」の一例である。また、タブ電極41の溶接には、たとえば、超音波溶接や抵抗溶接などを用いることができる。
In this 3rd Embodiment, as shown in FIGS. 21-23, in the structure of the said 2nd Embodiment, the
また、上記金属箔90は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金などから構成されている。ただし、上記金属箔90は、アルミニウムまたはアルミニウム合金以外であってもよく、たとえば、チタン、ステンレス鋼、ニッケルなどの金属材料、または、これらの合金などから構成されていてもよい。また、金属箔90の厚みは、特に限定されないが、たとえば、約0.05mm〜約0.5mmにされていると好ましい。
The
第3実施形態のその他の構成は、上記第1および第2実施形態と同様である。 Other configurations of the third embodiment are the same as those of the first and second embodiments.
第3実施形態では、上記のように、金属箔90を、その一部が電極(正極10)の外側に延出するように、正極10に接続するとともに、金属箔90の延出された部分を、低融点金属からなる導電部材80によって、タブ電極41に溶接することにより、タブ電極41を、導電部材80を介して、電極(正極10)と電気的に接続することができる。このため、過充電状態などの何らかの原因で電池内部の温度が上昇した場合に、その電池内部の温度で導電部材80を溶断させることができる。これにより、タブ電極41と電極(正極10)との電気的接続を遮断することができる。
In the third embodiment, as described above, the
また、第3実施形態では、複数積層された正極10における正極集電体11(集電体露出部11a)の間に、金属箔90を配し、その金属箔90の一部を、タブ電極41に溶接することによって、各正極集電体11の導電層14を、導電部材80を介して、タブ電極41と電気的に接続することができる。このため、多層構造を有する集電体(正極集電体11)を用いた場合でも、全ての正極10を、タブ電極41と電気的に接続することができるので、電池性能の低下を抑制することができる。その結果、リチウムイオン二次電池の性能を最大限活用することができる。
In the third embodiment, a
第3実施形態のその他の効果は、上記第1および第2実施形態と同様である。 Other effects of the third embodiment are the same as those of the first and second embodiments.
(第3実施形態の変形例)
図24および図25は、第3実施形態の変形例によるリチウムイオン二次電池の電極群を模式的に示した断面図である。
(Modification of the third embodiment)
24 and 25 are cross-sectional views schematically showing an electrode group of a lithium ion secondary battery according to a modification of the third embodiment.
第3実施形態の変形例では、図24および図25に示すように、上記第3実施形態の構成において、低融点金属からなる導電部材(導電材)80(80d)を溶融させて、金属箔90をタブ電極41に接合している。具体的には、たとえば、低融点金属からなる導電部材(導電材)80(80d)を用いて、ハンダ付けの要領で、金属箔90をタブ電極41に接合している。
In the modification of the third embodiment, as shown in FIGS. 24 and 25, in the configuration of the third embodiment, a conductive member (conductive material) 80 (80d) made of a low melting point metal is melted to obtain a metal foil. 90 is joined to the
第3実施形態の変形例におけるその他の構成は、上記第3実施形態と同様である。また、第3実施形態の変形例の効果は、上記第3実施形態と同様である。 Other configurations in the modified example of the third embodiment are the same as those in the third embodiment. The effect of the modification of the third embodiment is the same as that of the third embodiment.
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、上記第1〜第3実施形態(変形例を含む)では、非水系二次電池の一例であるリチウムイオン二次電池に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、リチウムイオン二次電池以外の非水系二次電池に本発明を適用してもよい。また、今後開発される非水系二次電池に本発明を適用することもできる。 For example, in the first to third embodiments (including modifications), an example in which the present invention is applied to a lithium ion secondary battery that is an example of a non-aqueous secondary battery has been described, but the present invention is not limited thereto. First, the present invention may be applied to non-aqueous secondary batteries other than lithium ion secondary batteries. The present invention can also be applied to non-aqueous secondary batteries that will be developed in the future.
また、上記第1〜第3実施形態(変形例を含む)では、積層型の二次電池に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、積層型以外の、たとえば、巻回型の二次電池に本発明を適用してもよい。 In the first to third embodiments (including modifications), an example in which the present invention is applied to a stacked type secondary battery has been shown. However, the present invention is not limited to this, and other than the stacked type, for example, The present invention may be applied to a wound type secondary battery.
また、上記第1〜第3実施形態(変形例を含む)では、集電体の樹脂層(絶縁層)にフィルム状の樹脂層を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、フィルム状以外に、たとえば、繊維状の樹脂層を用いてもよい。繊維状の樹脂層としては、たとえば、織布または不織布などからなる層が挙げられる。 Moreover, in the said 1st-3rd embodiment (a modification is included), although the example which used the film-form resin layer for the resin layer (insulating layer) of the electrical power collector was shown, this invention is not limited to this. In addition to the film shape, for example, a fibrous resin layer may be used. As a fibrous resin layer, the layer which consists of a woven fabric or a nonwoven fabric etc. is mentioned, for example.
上記第1〜第3実施形態(変形例を含む)では、正極側の集電体を、樹脂層および導電層を含む多層構造に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、負極側の集電体を、樹脂層および導電層を含む多層構造に構成してもよい。たとえば、正極および負極の両方を、多層構造(三層構造)を有する集電体を用いて形成してもよいし、正極および負極の一方を、多層構造(三層構造)を有する集電体を用いて形成してもよい。なお、正極および負極の一方を、多層構造(三層構造)を有する集電体を用いて形成する場合、正極側を、多層構造(三層構造)を有する集電体を用いて形成するのが好ましい。 In the first to third embodiments (including modifications), the positive electrode current collector is shown in a multilayer structure including a resin layer and a conductive layer, but the present invention is not limited thereto, The current collector on the negative electrode side may have a multilayer structure including a resin layer and a conductive layer. For example, both the positive electrode and the negative electrode may be formed using a current collector having a multilayer structure (three-layer structure), or one of the positive electrode and the negative electrode has a multilayer structure (three-layer structure). You may form using. When one of the positive electrode and the negative electrode is formed using a current collector having a multilayer structure (three-layer structure), the positive electrode side is formed using a current collector having a multilayer structure (three-layer structure). Is preferred.
また、負極側の集電体を、多層構造に構成する場合、導電層は、銅または銅合金から構成されているのが好ましい。具体的には、導電層として、たとえば、約4μm〜約10μmの厚みを有する銅箔または銅合金箔を用いるのが好ましい。なお、負極集電体の導電層は、銅または銅合金以外であってもよく、たとえば、ニッケル、ステンレス鋼、鉄、または、これらの合金などから構成されていてもよい。また、負極集電体の樹脂層は、たとえば、正極集電体の樹脂層と同じもの(正極集電体11の樹脂層に用いることが可能なもの)を用いることができる。 Further, when the current collector on the negative electrode side has a multilayer structure, the conductive layer is preferably made of copper or a copper alloy. Specifically, for example, a copper foil or a copper alloy foil having a thickness of about 4 μm to about 10 μm is preferably used as the conductive layer. The conductive layer of the negative electrode current collector may be other than copper or a copper alloy, and may be composed of, for example, nickel, stainless steel, iron, or an alloy thereof. The resin layer of the negative electrode current collector can be, for example, the same as the resin layer of the positive electrode current collector (that can be used for the resin layer of the positive electrode current collector 11).
なお、負極側の集電体を多層構造に構成した場合、上記第1〜第3実施形態(変形例を含む)で示した正極(正極集電体)と同様、導電部材を介して、積層された複数の電極(負極)とタブ電極とが電気的に接続されるように構成されるのが好ましい。 When the current collector on the negative electrode side has a multi-layer structure, it is laminated via a conductive member in the same manner as the positive electrode (positive current collector) shown in the first to third embodiments (including modifications). It is preferable that the plurality of electrodes (negative electrode) and the tab electrode are electrically connected.
また、上記第1〜第3実施形態(変形例を含む)において、導電部材を構成する低融点金属には、所望の温度で溶断可能な材料を適宜用いることができる。 In the first to third embodiments (including modifications), a material that can be melted at a desired temperature can be appropriately used for the low-melting-point metal constituting the conductive member.
また、上記第1〜第3実施形態(変形例を含む)では、導電部材(導電材)を低融点金属から構成した例を示したが、上記導電部材を、温度変化に応じて抵抗が増大する材料から構成してもよい。具体的には、たとえば、上記導電部材を、PTC材料から構成してもよい。このように構成すれば、何らかの原因で電池内部の温度が上昇した場合に、その電池内部の温度で導電部材(導電材)の抵抗が増大するので、これにより、タブ電極と電極との導通を遮断することができる。また、電極に異常電流が流れた場合、その電流によって上記導電部材(導電材)の抵抗が増大する場合もある。このような場合でも、タブ電極と電極との導通を遮断することができる。なお、上記導電部材は、PTC材料(PTC素子)以外に、たとえば、バイメタルなどの感温素子や、ヒューズなどであってもよい。 Moreover, in the said 1st-3rd embodiment (a modification is included), although the example which comprised the electrically-conductive member (conductive material) from the low melting metal was shown, resistance increases according to the said temperature change with the said electrically-conductive member. You may comprise from the material to do. Specifically, for example, the conductive member may be made of a PTC material. According to this structure, when the temperature inside the battery rises for some reason, the resistance of the conductive member (conductive material) increases at the temperature inside the battery. Can be blocked. In addition, when an abnormal current flows through the electrode, the resistance of the conductive member (conductive material) may increase due to the current. Even in such a case, conduction between the tab electrode and the electrode can be interrupted. In addition to the PTC material (PTC element), the conductive member may be, for example, a temperature sensitive element such as a bimetal, a fuse, or the like.
また、上記第1〜第3実施形態(変形例を含む)では、タブ電極が、複数積層された全ての電極(正極)と、導電部材を介して、電気的に接続された例を示したが、本発明はこれに限らず、タブ電極が、複数の電極の少なくとも一部の電極(導電層)と、導電部材を介して、電気的に接続された構成とされていてもよい。たとえば、上記第2実施形態を例にとると、図26に示すように、タブ電極41の一部が最上層の正極10(正極集電体11の集電体露出部11a)に接続された構成にすることもできる。この場合、電池内部の異常発熱により導電部材が溶断しても、タブ電極41は最上層の正極10と接続された状態となる。しかしながら、正極集電体11は、樹脂層13を有する多層構造に構成されているため、下層の正極10との電気的接続は遮断される。このため、このように構成した場合でも、安全性をより向上させることができる。また、このように構成すれば、タブ電極41の接続強度を向上させることができるので、耐久性および耐振動性を向上させることもできる。なお、図27に示すように、上記第3実施形態の構成においても、同様に、タブ電極41の一部が最上層の正極10(正極集電体11の集電体露出部11a)に接続された構成にすることができる。また、上記第1実施形態の構成においても、同様とすることができる。
Moreover, in the said 1st-3rd embodiment (a modification is included), the tab electrode showed the example electrically connected to all the electrodes (positive electrode) laminated | stacked via the conductive member. However, the present invention is not limited to this, and the tab electrode may be configured to be electrically connected to at least some of the electrodes (conductive layer) via a conductive member. For example, taking the second embodiment as an example, a portion of the
また、上記第1〜第3実施形態(変形例を含む)では、電極群を収容する外装容器に扁平角形容器を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、外装容器の形状は、扁平角形以外であってもよい。たとえば、上記外装容器は、薄い扁平筒型、円筒型、角筒型等であってもよい。ただし、大型のリチウムイオン二次電池の場合、組電池として使用することが多いため薄い扁平型または角型であるのが好ましい。さらに、上記外装容器は、金属製の缶以外に、たとえば、ラミネートシートなどを用いた外装容器であってもよい。 Moreover, in the said 1st-3rd embodiment (a modification is included), although the example which used the flat rectangular container for the exterior container which accommodates an electrode group was shown, this invention is not limited to this, The shape of an exterior container May be other than a flat square. For example, the outer container may be a thin flat tube type, a cylindrical type, a rectangular tube type, or the like. However, in the case of a large-sized lithium ion secondary battery, since it is often used as an assembled battery, it is preferably a thin flat type or a square type. Further, the outer container may be an outer container using a laminated sheet, for example, in addition to a metal can.
また、上記第1〜第3実施形態(変形例を含む)では、正極(正極活物質層)よりも負極(負極活物質層)の方が大きくなるように構成した例を示したが、負極(負極活物質層)と正極(正極活物質層)とが同じ大きさになるように構成されていてもよい。ただし、正極(正極活物質層)よりも負極(負極活物質層)の方が大きくなるように構成されているのが好ましい。このように構成されていれば、正極活物質層の形成領域(正極活物質領域)が、面積の大きい負極活物質層の形成領域(負極活物質領域)で覆われることにより、積層ずれの許容範囲を広げることもできる。 In the first to third embodiments (including modifications), the negative electrode (negative electrode active material layer) is configured to be larger than the positive electrode (positive electrode active material layer). The (negative electrode active material layer) and the positive electrode (positive electrode active material layer) may be configured to have the same size. However, the negative electrode (negative electrode active material layer) is preferably configured to be larger than the positive electrode (positive electrode active material layer). With this configuration, the positive electrode active material layer formation region (positive electrode active material region) is covered with a large area negative electrode active material layer formation region (negative electrode active material region), thereby allowing for stacking deviation. The range can also be expanded.
なお、上記第1〜第3実施形態(変形例を含む)において、外装容器の形状だけでなく、大きさや構造等についても種々変更することができる。また、電極(正極、負極)の形状、寸法、使用枚数なども、適宜変更することができる。さらに、セパレータの形状、寸法などについても、適宜変更することができる。セパレータの形状としては、たとえば、正方形または長方形等の矩形、多角形、円形等種々の形状が挙げられる。 In addition, in the said 1st-3rd embodiment (a modification is included), not only the shape of an exterior container but a magnitude | size, a structure, etc. can be variously changed. Further, the shape, size, number of sheets used, etc. of the electrodes (positive electrode, negative electrode) can be changed as appropriate. Furthermore, the shape and dimensions of the separator can be changed as appropriate. Examples of the shape of the separator include various shapes such as a rectangle such as a square or a rectangle, a polygon, and a circle.
また、上記第1〜第3実施形態(変形例を含む)では、集電体の両面に活物質層を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、集電体の片面にのみ活物質層を形成してもよい。また、集電体の片面にのみ活物質層を形成した電極(正極、負極)を電極群の一部に含むように構成してもよい。 Moreover, in the said 1st-3rd embodiment (a modification is included), although the example which formed the active material layer on both surfaces of the electrical power collector was shown, this invention is not restricted to this, On the single surface of an electrical power collector. Only the active material layer may be formed. Moreover, you may comprise so that the electrode (positive electrode, negative electrode) which formed the active material layer only in the single side | surface of a collector may be included in a part of electrode group.
また、上記第1〜第3実施形態(変形例を含む)では、リチウムイオン二次電池の電解質として非水電解液を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、非水電解液以外のたとえばゲル状電解質、高分子固体電解質、無機固体電解質、溶融塩などを電解質として用いてもよい。 Moreover, in the said 1st-3rd embodiment (a modification is included), although the example which used non-aqueous electrolyte as an electrolyte of a lithium ion secondary battery was shown, this invention is not limited to this, Non-aqueous electrolysis For example, a gel electrolyte, a polymer solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, a molten salt, or the like other than the liquid may be used as the electrolyte.
また、上記第1実施形態では、積層した電極(集電体)の全てを導電部材(貫通部材)で貫通した構成を示したが、本発明はこれに限らず、積層した電極(集電体)の一部を貫通部材で貫通する構成にしてもよい。たとえば、積層した複数の電極(集電体)を複数の群(グループ)に分割し、群毎(グループ毎)に、電極(集電体)を導電部材(貫通部材)で貫通するようにしてもよい。すなわち、上記導電部材(貫通部材)は、2つ以上の電極(集電体)を連続して貫通するように構成されていればよい。 Moreover, in the said 1st Embodiment, although the structure which penetrated all the laminated electrodes (current collector) with the electrically-conductive member (penetrating member) was shown, this invention is not limited to this, The laminated electrode (current collector) ) May be configured to penetrate through a penetrating member. For example, a plurality of stacked electrodes (current collectors) are divided into a plurality of groups (groups), and the electrodes (current collectors) are penetrated by conductive members (penetrating members) for each group (for each group). Also good. That is, the conductive member (penetrating member) only needs to be configured to continuously penetrate two or more electrodes (current collectors).
なお、上記で開示された技術を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 Note that embodiments obtained by appropriately combining the techniques disclosed above are also included in the technical scope of the present invention.
5 電極
10 正極
11 正極集電体
11a 集電体露出部
11b 貫通孔
12 正極活物質層
13 樹脂層(絶縁層)
14 導電層
20 負極
21 負極集電体
21a 集電体露出部
22 負極活物質層
30 セパレータ
41、42 タブ電極
50 電極群
60 外装缶
61 底面部
62 側壁部
63 開口部
64 電極端子
65 注液孔
66 安全弁
67 折り返し部
70 封口板
80 導電部材(導電材)
80a 貫通部材(導電材)
80b 金属箔(導電材)
90 金属箔(箔状部材)
100 外装容器
200 溶接箇所
500 溶接機
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
80a Penetration member (conductive material)
80b Metal foil (conductive material)
90 Metal foil (foil-like member)
100
Claims (14)
前記電極と接続される配線引き出し用のタブ電極とを備え、
前記タブ電極が、電池内部の発熱により溶融する金属材料からなる導電材を介して、前記電極と電気的に接続され、
前記導電材は、前記電極を厚み方向に貫通する貫通部材に構成されていることを特徴とする、非水系二次電池。 An electrode including a current collector having a multilayer structure in which an insulating layer is sandwiched between conductive layers; and an active material layer formed on the current collector;
A tab electrode for wiring lead connected to the electrode;
The tab electrode is electrically connected to the electrode through a conductive material made of a metal material that melts due to heat generation inside the battery ,
The non-aqueous secondary battery , wherein the conductive material is configured as a penetrating member that penetrates the electrode in the thickness direction .
前記電極と接続される配線引き出し用のタブ電極とを備え、
前記タブ電極が、電池内部の発熱により溶融する金属材料からなる導電材を介して、前記電極と電気的に接続され、
前記電極は、正極および負極を含むとともに、前記正極および前記負極の間に配されるセパレータをさらに備えており、
前記セパレータは、120℃での熱収縮率が、前記集電体の絶縁層より小さいことを特徴とする、非水系二次電池。 An electrode including a current collector having a multilayer structure in which an insulating layer is sandwiched between conductive layers; and an active material layer formed on the current collector;
A tab electrode for wiring lead connected to the electrode;
The tab electrode is electrically connected to the electrode through a conductive material made of a metal material that melts due to heat generation inside the battery ,
The electrode includes a positive electrode and a negative electrode, and further includes a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode,
The non-aqueous secondary battery , wherein the separator has a thermal contraction rate at 120 ° C. smaller than that of the insulating layer of the current collector .
前記タブ電極は、前記複数の電極の少なくとも一部の電極と、前記導電材を介して、電気的に接続されていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水系二次電池。 A plurality of the electrodes are stacked,
It said tab electrode comprises at least a portion of the electrodes of said plurality of electrodes, via the conductive material, characterized in that it is electrically connected, according to any one of claims 1 to 4 Non-aqueous secondary battery.
前記貫通部材は、前記複数の電極を厚み方向に連続して貫通していることを特徴とする、請求項1に記載の非水系二次電池。 A plurality of the electrodes are stacked,
The non-aqueous secondary battery according to claim 1 , wherein the penetrating member continuously penetrates the plurality of electrodes in the thickness direction.
前記正極および前記負極の少なくとも一方は、多層構造を有する前記集電体を用いて形成されていることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の非水系二次電池。 The electrode includes a positive electrode and a negative electrode,
Wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode, characterized in that it is formed by using the current collector having a multilayered structure, a non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1-8.
前記電極と接続される配線引き出し用のタブ電極とを備え、
前記タブ電極が、温度変化に応じて抵抗が増大する導電材を介して、前記電極と電気的に接続され、
前記導電材は、前記電極を厚み方向に貫通する貫通部材に構成されていることを特徴とする、非水系二次電池。 An electrode including a current collector having a multilayer structure in which an insulating layer is sandwiched between conductive layers; and an active material layer formed on the current collector;
A tab electrode for wiring lead connected to the electrode;
The tab electrode is electrically connected to the electrode through a conductive material whose resistance increases in response to a temperature change ,
The non-aqueous secondary battery , wherein the conductive material is configured as a penetrating member that penetrates the electrode in the thickness direction .
前記電極と接続される配線引き出し用のタブ電極とを備え、
前記タブ電極が、温度変化に応じて抵抗が増大する導電材を介して、前記電極と電気的に接続され、
前記電極は、正極および負極を含むとともに、前記正極および前記負極の間に配されるセパレータをさらに備えており、
前記セパレータは、120℃での熱収縮率が、前記集電体の絶縁層より小さいことを特徴とする、非水系二次電池。 An electrode including a current collector having a multilayer structure in which an insulating layer is sandwiched between conductive layers; and an active material layer formed on the current collector;
A tab electrode for wiring lead connected to the electrode;
The tab electrode is electrically connected to the electrode through a conductive material whose resistance increases in response to a temperature change ,
The electrode includes a positive electrode and a negative electrode, and further includes a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode,
The non-aqueous secondary battery , wherein the separator has a thermal contraction rate at 120 ° C. smaller than that of the insulating layer of the current collector .
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