JP6113972B2 - Secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、正極板と負極板を交互に積層した積層型の電極群を備える二次電池に関する。 The present invention relates to a secondary battery including a stacked electrode group in which positive plates and negative plates are alternately stacked.
近年、高エネルギー密度を有し小型軽量化が可能であることからリチウム二次電池が、携帯電話やノート型パソコン等の携帯型電子機器の電源用電池として用いられている。また、大容量化が可能であることから、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)等のモータ駆動電源や、電力貯蔵用蓄電池としても注目されてきている。 In recent years, lithium secondary batteries have been used as power source batteries for portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers because they have a high energy density and can be reduced in size and weight. Further, since the capacity can be increased, it has been attracting attention as a motor drive power source for electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), and a storage battery for power storage.
上記リチウム二次電池は、電池缶を構成する外装ケース内部に正極板と負極板とをセパレータを挟んで対向配置した電極群を収納し、電解液を充填し、複数の正極板の正極集電タブに連結される正極集電リードと、この正極集電リードと電気的に接続される正極外部端子と、複数の負極板の負極集電タブに連結される負極集電リードと、この負極集電リードと電気的に接続される負極外部端子を備えた構成とされる。 In the lithium secondary battery, an electrode group in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are arranged opposite to each other with a separator interposed therebetween is housed in an outer case constituting a battery can, filled with an electrolyte, and positive electrode current collectors of a plurality of positive electrode plates A positive current collecting lead coupled to the tab; a positive external terminal electrically connected to the positive current collecting lead; a negative current collecting lead coupled to the negative current collecting tabs of the plurality of negative electrode plates; and the negative current collecting lead. It is set as the structure provided with the negative electrode external terminal electrically connected with an electrical lead.
また、電極群としては、巻回型と積層型が知られている。巻回型の電極群は、正極板と負極板との間にセパレータを介装して一体に巻回した構成であり、積層型の電極群は、正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した構成である。 As the electrode group, a wound type and a laminated type are known. The wound electrode group has a configuration in which a separator is interposed between a positive electrode plate and a negative electrode plate, and is integrally wound. The laminated electrode group has a positive electrode plate and a negative electrode plate interposed via a separator. It is the structure which laminated | stacked multiple layers.
積層型の電極群を備えるリチウム二次電池においては、正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した電極群を外装ケースに収容し、非水電解液で充填した構成とされ、それぞれの正極板の正極集電タブに連結される正極集電リードと、この正極集電リードと電気的に接続される外部端子、および、負極板の負極集電タブに連結される負極集電リードと、この負極集電リードと電気的に接続される外部端子がそれぞれ設けられている。 In a lithium secondary battery including a stacked electrode group, an electrode group in which a plurality of layers of a positive electrode plate and a negative electrode plate are stacked via a separator is housed in an outer case and filled with a non-aqueous electrolyte, respectively. A positive current collecting lead connected to the positive current collecting tab of the positive electrode plate, an external terminal electrically connected to the positive current collecting lead, and a negative current collecting lead connected to the negative current collecting tab of the negative electrode plate And an external terminal electrically connected to the negative electrode current collecting lead.
上記構成の積層型の電極群を備えるリチウム二次電池において、振動などの外力が負荷されると、電極群が変位して集電リードと外部端子との接続状態が悪化したり、極板の積層ずれが生じて短絡を起こしたりする危険性がある。 In a lithium secondary battery having a laminated electrode group having the above-described configuration, when an external force such as vibration is applied, the electrode group is displaced and the connection state between the current collecting lead and the external terminal deteriorates, or the electrode plate There is a risk of causing a short circuit due to stacking error.
そのために、電極群支持体を介して、正極板、負極板及びセパレータの少なくともいずれかを電極群支持体に固定して積層電極群を電池容器内に位置決めする構成とし、振動等により積層電極群が電池容器内で移動せず、正極板、負極板の破損を防ぐとした二次電池が既に提案されている(例えば、特許文献1参照) Therefore, at least one of the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator is fixed to the electrode group support through the electrode group support, and the stacked electrode group is positioned in the battery container. Has already been proposed (see, for example, Patent Document 1) in which the battery does not move within the battery container and prevents damage to the positive electrode plate and the negative electrode plate.
また、リチウム二次電池では、過充電や過放電状態になると内圧が上昇するため、電池缶の破裂等を避けるために、内圧が所定の圧以上まで上昇すると破断する安全弁を設けたものや、内圧の上昇を検知して電流を遮断する電流遮断機構を設けたものがある。 In addition, in the lithium secondary battery, the internal pressure rises when overcharged or overdischarged, so in order to avoid rupture of the battery can, etc., a safety valve that breaks when the internal pressure rises above a predetermined pressure, Some have a current interrupting mechanism that detects an increase in internal pressure and interrupts the current.
また、薄型電池において内圧上昇により電流遮断を行うために、リード端子板の一部に電池ケースの膨らみに応じて破断する易切断部を設けた電流遮断機構付き電池が既に提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, in order to cut off the current by increasing the internal pressure in a thin battery, a battery with a current cut-off mechanism has already been proposed in which an easy-cut portion that breaks in response to the swelling of the battery case is provided on a part of the lead terminal plate (for example, , See Patent Document 2).
正極板と負極板と電解液とを有する二次電池の容量を大きくし、電池寿命を長くするためには、発電面積を大きくし、充填する電解液の量を増量することが好ましいので、それぞれの極板の面積を大きくし、積層する層数も増加すると共に、充填する電解液量を増量する傾向にある。そうすると、電池缶を構成する外装ケースの容量が大きくなり、電極群と外装ケースとの間隙が大きくなって、振動などの外力により、電極群が移動し易い状態となる。 In order to increase the capacity of the secondary battery having the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the electrolyte and to extend the battery life, it is preferable to increase the power generation area and increase the amount of the electrolyte to be filled. The area of the electrode plate is increased, the number of layers to be stacked is increased, and the amount of electrolyte solution to be filled tends to increase. If it does so, the capacity | capacitance of the exterior case which comprises a battery can will become large, the clearance gap between an electrode group and an exterior case will become large, and it will be in the state which an electrode group moves easily by external forces, such as a vibration.
外装ケースに振動などの外力が付加され電極群が移動すると、正極(負極)集電リードと正極(負極)外部端子との接続が破損し、所定の電池容量が得られなくなってしまい問題となる。また、積層方向に変位すると、正極板と負極板との密着距離が変化して、所定の電池容量が発揮できなくなる問題を生じる。 If an external force such as vibration is applied to the outer case and the electrode group moves, the connection between the positive electrode (negative electrode) current collector lead and the positive electrode (negative electrode) external terminal is broken, and a predetermined battery capacity cannot be obtained, which becomes a problem. . In addition, when displaced in the stacking direction, the contact distance between the positive electrode plate and the negative electrode plate is changed, which causes a problem that a predetermined battery capacity cannot be exhibited.
そのために、多数(例えば、数十層)の正極板と負極板とセパレータとを積層した電極群を備える積層型の二次電池においては、振動などの外力が負荷されたときに、電極群が集電リード方向に移動することを効果的に抑制すると共に、それぞれの極板が積層方向に離れず、面方向にずれないようにしておくこと望まれる。また、積層した正極板と負極板とセパレータ全ての極板を同時に、積層方向とこの積層方向と直交する面方向に対してずれないように位置決めしておくことが好ましい。 Therefore, in a stacked secondary battery including an electrode group in which a large number (for example, several tens of layers) of positive electrode plates, negative electrode plates, and separators are stacked, when an external force such as vibration is applied, the electrode group is It is desired that the movement in the direction of the current collecting lead is effectively suppressed and that each electrode plate is not separated in the stacking direction and is not displaced in the surface direction. In addition, it is preferable that the stacked positive electrode plate, negative electrode plate, and all electrode plates of the separator are positioned at the same time so as not to be displaced with respect to the stacking direction and the plane direction orthogonal to the stacking direction.
従って、特許文献1に記載された二次電池のように、正極板、負極板、セパレータのいずれかを電極群支持体に固定するだけでは十分ではない。また、積層型の二次電池においては、前述したように、面方向の横ずれに加えて、積層方向の縦ずれも抑制して、多数の極板を積層して構成される電極群を安定して位置固定することが望まれる。
Therefore, as in the secondary battery described in
また、内圧が上昇すると電流を遮断できることが望ましいが、電流遮断機構を新たに設けることなく、低コストな構成で、電流遮断機能を発揮可能であることが望まれる。 Further, it is desirable that the current can be interrupted when the internal pressure increases, but it is desirable that the current interrupting function can be exhibited with a low-cost configuration without newly providing a current interrupting mechanism.
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、積層型の電極群を備える二次電池において、正常作動時には電池缶内での電極群の位置ずれを抑制可能で、内圧上昇時には速やかに電流遮断機能を発揮可能な二次電池を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention can suppress the displacement of the electrode group in the battery can during normal operation in a secondary battery including a stacked electrode group, and can quickly cut off the current when the internal pressure increases. It aims at providing the secondary battery which can be exhibited.
上記目的を達成するために本発明は、正極板と負極板とをセパレータを介して積層した電極群と、この電極群を収容し電解液が充填される外装ケースと、この外装ケースに設ける外部端子と、前記正負の極板と前記外部端子とを電気的に接続する正負の集電リードと、前記外装ケースに装着される蓋部材とを備える二次電池であって,前記電極群を前記外装ケース内の所定の位置に位置固定する位置ずれ防止部材を設けると共に、当該位置ずれ防止部材を電池缶の所定部位に設ける易変形部に固定する構成とし、前記電池缶の変形に応じて前記位置ずれ防止部材が変位したときに、前記集電リードが前記外部端子から離れる方向に前記集電リードを前記位置ずれ防止部材に固定したことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention provides an electrode group in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated via a separator, an outer case that contains the electrode group and is filled with an electrolyte, and an external case provided in the outer case A secondary battery comprising: a terminal; a positive / negative current collecting lead electrically connecting the positive / negative electrode plate and the external terminal; and a lid member attached to the outer case. A position shift prevention member for fixing the position at a predetermined position in the outer case is provided, and the position shift prevention member is fixed to an easily deformable portion provided at a predetermined portion of the battery can, and according to the deformation of the battery can The current collection lead is fixed to the position displacement prevention member in a direction in which the current collection lead is separated from the external terminal when the position displacement prevention member is displaced.
この構成によると、通常の作動時には位置ずれ防止部材を介して電極群が位置ずれしないように固定でき、内圧が上昇する異常時には、電池缶の易変形部が変形し、同時に位置ずれ防止部材が変位するので、この位置ずれ防止部材を介して集電リードを外部端子から引き剥がすことが可能となる。そのために、正常作動時には電池缶内での電極群の位置ずれを抑制可能で、内圧上昇時には速やかに電流遮断機能を発揮する二次電池を得ることができる。 According to this configuration, during normal operation, the electrode group can be fixed so as not to be displaced via the displacement prevention member, and when the internal pressure increases, the easily deformable portion of the battery can is deformed, and at the same time, the displacement prevention member is Since it is displaced, the current collecting lead can be peeled off from the external terminal via this misalignment prevention member. Therefore, it is possible to obtain a secondary battery that can suppress the displacement of the electrode group in the battery can during normal operation and that quickly exhibits a current interruption function when the internal pressure increases.
また本発明は上記構成の二次電池において、前記易変形部は前記蓋部材に設けられた薄肉部からなり、前記集電リードを前記外部端子の前記蓋部材に対向する面に固定したことを特徴としている。この構成によると、内圧が上昇すると易変形部となる薄肉部を介して蓋部材が膨張し、この膨張に応じて位置ずれ防止部材を変位させることができる。また、この変位を利用して、外部端子に接続している集電リードを外部端子から引き剥がすことができる。 In the secondary battery having the above-described configuration, the easily deformable portion includes a thin-walled portion provided on the lid member, and the current collecting lead is fixed to a surface of the external terminal facing the lid member. It is a feature. According to this configuration, when the internal pressure increases, the lid member expands through the thin portion that becomes the easily deformable portion, and the displacement prevention member can be displaced according to the expansion. Further, by utilizing this displacement, the current collecting lead connected to the external terminal can be peeled off from the external terminal.
また本発明は上記構成の二次電池において、前記易変形部は板厚の薄い前記蓋部材からなり、前記集電リードを前記外部端子の前記蓋部材に対向する面に固定したことを特徴としている。この構成によると、内圧が上昇すると薄い板厚の蓋部材が膨張し、この膨張に応じて位置ずれ防止部材を変位させることができる。また、この変位を利用して、外部端子に接続している集電リードを外部端子から引き剥がすことができる。 In the secondary battery having the above-described configuration, the easily deformable portion includes the thin cover member, and the current collecting lead is fixed to a surface of the external terminal facing the cover member. Yes. According to this configuration, when the internal pressure increases, the thin cover member expands, and the displacement prevention member can be displaced in accordance with the expansion. Further, by utilizing this displacement, the current collecting lead connected to the external terminal can be peeled off from the external terminal.
また本発明は上記構成の二次電池において、前記電極群は、積層面を前記外装ケースの底面と平行に設置され、前記位置ずれ防止部材は、前記集電リードを設ける側面側に設ける横ずれ防止部材を有し、該横ずれ防止部材に前記集電リードを挿通し支持するリード支持部を設け、当該横ずれ防止部材の上面を前記蓋部材に固定したことを特徴としている。この構成によると、横ずれ防止部材を介して電極群の横方向の位置ずれを抑制することができ、内圧上昇により蓋部材が変形すると、横ずれ防止部材に支持された集電リードが変位して外部端子から引き剥がすことができる。 Further, in the secondary battery having the above-described configuration, the electrode group includes a laminated surface parallel to a bottom surface of the outer case, and the misalignment prevention member is provided on a side surface side where the current collecting lead is provided. And a lead support portion for inserting and supporting the current collecting lead in the lateral slip prevention member, and the upper surface of the lateral slip prevention member is fixed to the lid member. According to this configuration, the lateral displacement of the electrode group can be suppressed via the lateral displacement prevention member, and when the lid member is deformed due to an increase in internal pressure, the current collecting lead supported by the lateral displacement prevention member is displaced to the outside. It can be peeled off from the terminal.
また本発明は上記構成の二次電池において、前記位置ずれ防止部材は、前記電極群の側面側に接近して配設され、それぞれの極板の前記集電タブがそれぞれ挿通可能とされる第1部材と、前記外部端子に接近して配設され、前記集電タブをまとめて連結した前記集電リードを挿通し固定して支持するリード支持部が設けられた第2部材とを有すると共に、この第1部材と第2部材の上面を共に前記蓋部材に固定したことを特徴としている。この構成によると、内圧が上昇して蓋部材が変形すると第1部材と第2部材が共に変位する。また、集電リードの集合部を固定している第2部材は外部端子に接近して配設されているので、当該集合部を外部端子から容易に引き剥がすことが可能になる。 Further, in the secondary battery having the above configuration according to the present invention, the misalignment prevention member is disposed close to a side surface side of the electrode group, and the current collecting tabs of the respective electrode plates can be respectively inserted. A first member, and a second member provided with a lead support portion that is disposed close to the external terminal and supports the current collecting lead that is connected to the current collecting tabs together. The upper surfaces of the first member and the second member are both fixed to the lid member. According to this configuration, when the internal pressure rises and the lid member is deformed, both the first member and the second member are displaced. Further, since the second member fixing the collecting portion of the current collecting lead is disposed close to the external terminal, the collecting portion can be easily peeled off from the external terminal.
また本発明は上記構成の二次電池において、前記位置ずれ防止部材は、前記リード支持部から突出する前記集電リードを覆う被覆部を有することを特徴としている。この構成によると、集電リードが外部端子から剥がれても、この集電リードが外装ケースと接触するのを防止できる。 According to the present invention, in the secondary battery configured as described above, the misalignment prevention member includes a covering portion that covers the current collecting lead protruding from the lead support portion. According to this structure, even if a current collection lead peels from an external terminal, it can prevent that this current collection lead contacts an exterior case.
また本発明は上記構成の二次電池において、前記被覆部は、前記位置ずれ防止部材と前記外装ケースとの間隙に相当する突出長さを有することを特徴としている。この構成によると、外装ケースに対する電極群や位置ずれ防止部材の位置決めを容易に行うことが可能になる。 According to the present invention, in the secondary battery configured as described above, the covering portion has a protruding length corresponding to a gap between the misalignment prevention member and the outer case. According to this configuration, it is possible to easily position the electrode group and the position shift prevention member with respect to the exterior case.
また本発明は上記構成の二次電池において、前記被覆部に、当該集電リードと前記外部端子とを重ね合わせ溶接する操作を可能にする開口窓部を設けたことを特徴としている。この構成によると、外部端子の上に集電リードを載置し、位置ずれ防止部材を装着した後、この開口窓部を介して集電リードと前記外部端子とを重ね合わせ溶接することが可能になる。 According to the present invention, in the secondary battery having the above-described configuration, an opening window portion is provided in the covering portion to enable an operation of overlapping and welding the current collecting lead and the external terminal. According to this configuration, it is possible to place the current collecting lead on the external terminal, attach the position shift prevention member, and then overlap and weld the current collecting lead and the external terminal through the opening window. become.
また本発明は上記構成の二次電池において、前記蓋部材に前記電池缶内部に向けて突出する係止片を設け、前記位置ずれ防止部材に、前記係止片が嵌り込む係止部を設け、前記蓋部材が変形すると、その変位に追従する前記係止片が前記係止部を介して前記位置ずれ防止部材を移動させることを特徴としている。この構成によると、内圧が上昇して蓋部材が変形すると、係止片が同時に変位して位置ずれ防止部材を確実に移動させて、集電リードを外部端子から引き剥がすことができる。 According to the present invention, in the secondary battery having the above configuration, the lid member is provided with a locking piece protruding toward the inside of the battery can, and the misalignment prevention member is provided with a locking portion into which the locking piece is fitted. When the lid member is deformed, the locking piece that follows the displacement moves the displacement prevention member via the locking portion. According to this configuration, when the internal pressure rises and the lid member is deformed, the locking pieces are simultaneously displaced, and the misalignment prevention member can be reliably moved and the current collecting lead can be peeled off from the external terminal.
本発明によれば、集電リードを位置ずれ防止部材に固定し、位置ずれ防止部材を電池缶の所定部位に設ける易変形部に固定する構成としたので、正常作動時には電池缶内での電極群の位置ずれを抑制可能で、内圧上昇時には速やかに電流遮断機能を発揮可能な二次電池を得ることができる。 According to the present invention, the current collecting lead is fixed to the misalignment prevention member, and the misalignment prevention member is fixed to the easily deformable portion provided at a predetermined portion of the battery can. It is possible to obtain a secondary battery that can suppress the displacement of the group and can quickly exhibit a current interruption function when the internal pressure increases.
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。また、同一構成部材については同一の符号を用い、詳細な説明は適宜省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Moreover, the same code | symbol is used about the same component, and detailed description is abbreviate | omitted suitably.
本発明に係る二次電池としてリチウム二次電池について説明する。例えば、図1に示す本実施形態に係る二次電池RB1は、積層型のリチウム二次電池であって、正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した積層型の電極群1を備えている。また、極板の面積を大きくし、積層数を増やすことで比較的大容量の二次電池となり、電気自動車用蓄電池や電力貯蔵用蓄電池などに適用可能なものである。
A lithium secondary battery will be described as the secondary battery according to the present invention. For example, the secondary battery RB1 according to this embodiment shown in FIG. 1 is a stacked lithium secondary battery, and includes a stacked
次に、積層型のリチウム二次電池RBと電極群1の具体的な構成について、図8〜図11を用いて説明する。
Next, specific configurations of the stacked lithium secondary battery RB and the
図8に示すように、積層型のリチウム二次電池RBは平面視矩形とされ、それぞれが矩形とされる正極板と負極板とセパレータとを積層した電極群1を備えている。また、底部11aと側部11b〜11eを備えて箱型とされる外装ケース11と蓋部材12とから構成される電池缶10に収容して、外装ケース11の側面(例えば、側部11b、11cの対向する二側面)に設ける外部端子11fから充放電を行う構成としている。
As shown in FIG. 8, the stacked lithium secondary battery RB has a rectangular shape in plan view, and includes an
電極群1は、正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した構成であって、図9に示すように、正極集電体2b(例えば、アルミニウム箔)の両面に正極活物質からなる正極活物質層2aが形成された正極板2と、負極集電体3b(例えば、銅箔)の両面に負極活物質からなる負極活物質層3aが形成された負極板3とがセパレータ4を介して積層されている。
The
セパレータ4により、正極板2と負極板3との絶縁が図られているが、外装ケース11に充填される電解液を介して正極板2と負極板3との間でリチウムイオンの移動が可能となっている。
Although the separator 4 insulates the positive electrode plate 2 and the
ここで、正極板2の正極活物質としては、リチウムが含有された酸化物(LiCoO2,LiNiO2,LiFeO2,LiMnO2,LiMn2O4など)や、その酸化物の遷移金属の一部を他の金属元素で置換した化合物などが挙げられる。なかでも、通常の使用において、正極板2が保有するリチウムの80%以上を電池反応に利用し得るものを正極活物質として用いれば、過充電などの事故に対する安全性を高めることができる。 Here, as the positive electrode active material of the positive electrode plate 2, oxides of lithium is contained (such as LiCoO 2, LiNiO 2, LiFeO 2 , LiMnO 2, LiMn 2 O 4) or a part of the transition metal in the oxide And a compound in which is substituted with other metal elements. Among these, in a normal use, if a material that can use 80% or more of lithium held in the positive electrode plate 2 for the battery reaction is used as the positive electrode active material, safety against accidents such as overcharge can be improved.
また、負極板3の負極活物質としては、リチウムが含有された物質やリチウムの挿入/離脱が可能な物質が用いられる。特に、高いエネルギー密度を持たせるためには、リチウムの挿入/離脱電位が金属リチウムの析出/溶解電位に近いものを用いるのが好ましい。その典型例は、粒子状(鱗片状、塊状、繊維状、ウィスカー状、球状および粉砕粒子状など)の天然黒鉛もしくは人造黒鉛である。
Further, as the negative electrode active material of the
なお、正極板2の正極活物質に加えて、また、負極板3の負極活物質に加えて、導電材、増粘材および結着材などが含有されていてもよい。導電材は、正極板2や負極板3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、例えば、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や導電性金属酸化物などを用いることができる。
In addition to the positive electrode active material of the positive electrode plate 2, and in addition to the negative electrode active material of the
増粘材としては、例えば、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。結着材は、活物質粒子および導電材粒子を繋ぎとめる役割を果たすものであり、ポリフッ化ビニリデン、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や、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や、スチレンブタジエンゴムなどを用いることができる。 As the thickener, for example, polyethylene glycols, celluloses, polyacrylamides, poly N-vinyl amides, poly N-vinyl pyrrolidones and the like can be used. The binder serves to hold the active material particles and the conductive material particles together, and includes a fluorine-based polymer such as polyvinylidene fluoride, polyvinyl pyridine and polytetrafluoroethylene, a polyolefin polymer such as polyethylene and polypropylene, Styrene butadiene rubber or the like can be used.
また、セパレータ4としては、微多孔性の高分子フィルムを用いることが好ましい。具体的には、ナイロン、セルロースアセテート、ニトロセルロース、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテンなどのポリオレフィン高分子からなるフィルムが使用可能である。 Moreover, as the separator 4, it is preferable to use a microporous polymer film. Specifically, films made of a polyolefin polymer such as nylon, cellulose acetate, nitrocellulose, polysulfone, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polypropylene, polyethylene, polybutene can be used.
また、電解液としては、有機電解液を用いることが好ましい。具体的には、有機電解液の有機溶媒として、エチレンカーボネート、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、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、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、さらに、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、酢酸メチルなどが使用可能である。なお、これらの有機溶媒は、単独で使用してもよいし、2種類以上を混合して使用してもよい。 Moreover, it is preferable to use an organic electrolytic solution as the electrolytic solution. Specifically, as an organic solvent for the organic electrolyte, esters such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxane, dioxolane , Diethyl ether, dimethoxyethane, diethoxyethane, methoxyethoxyethane, and other ethers, dimethyl sulfoxide, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, methyl formate, and methyl acetate can be used. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more.
さらに、有機溶媒には電解質塩が含まれていてもよい。この電解質塩としては、過塩素酸リチウム(LiClO4)、ホウフッ化リチウム、六フッ化リン酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸(LiCF3SO3)、フッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウムおよび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。なお、これらの電解質塩は、単独で使用してもよいし、2種類以上を混合して使用してもよい。 Further, the organic solvent may contain an electrolyte salt. Examples of the electrolyte salt include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium borofluoride, lithium hexafluorophosphate, trifluoromethanesulfonic acid (LiCF 3 SO 3 ), lithium fluoride, lithium chloride, lithium bromide, and iodide. And lithium salts such as lithium and lithium tetrachloroaluminate. In addition, these electrolyte salts may be used independently and may be used in mixture of 2 or more types.
電解質塩の濃度は特に限定されないが、約0.5〜約2.5mol/Lであれば好ましく、約1.0〜2.2mol/Lであればより好ましい。なお、電解質塩の濃度が約0.5mol/L未満の場合には、電解液中においてキャリア濃度が低くなり、電解液の抵抗が高くなる虞がある。一方、電解質塩の濃度が約2.5mol/Lよりも高い場合には、塩自体の解離度が低くなり、電解液中のキャリア濃度が上がらない虞がある。 The concentration of the electrolyte salt is not particularly limited, but is preferably about 0.5 to about 2.5 mol / L, and more preferably about 1.0 to 2.2 mol / L. When the concentration of the electrolyte salt is less than about 0.5 mol / L, the carrier concentration in the electrolytic solution is lowered, and the resistance of the electrolytic solution may be increased. On the other hand, when the concentration of the electrolyte salt is higher than about 2.5 mol / L, the dissociation degree of the salt itself is lowered, and there is a possibility that the carrier concentration in the electrolytic solution does not increase.
電池缶10は、外装ケース11と蓋部材12とを備え、鉄、ニッケルメッキされた鉄、ステンレススチール、およびアルミニウムなどからなる。また、本実施形態では、図10に示すように、電池缶10は、外装ケース11と蓋部材12とが組み合わされたときに、外形形状が実質的に扁平角型形状となるように形成されている。
The battery can 10 includes an
外装ケース11は、略長方形状の底面を持つ底部11aと、この底部11aから立設した4面の側部11b〜11eを有する箱型状とされ、この箱型状内部に電極群1を収容する。電極群1は、正極板の集電タブに連結される正極集電リードと、負極板の集電タブに連結される負極集電リードを備え、これらの集電タブと電気的に接続される外部端子11fが外装ケース11の側部にそれぞれ設けられている。外部端子11fは、例えば、対向する二側部11b、11cの二箇所に設けられる。また、10aは注液口であって、ここから電解液を注液する。
The
外装ケース11に電極群1を収容し、それぞれの集電リードを外部端子に接続した後、もしくは、電極群1の集電リードにそれぞれの外部端子を接続して外装ケース11に収容し、外部端子を外装ケースの所定部位に固着した後、蓋部材12を外装ケース11の開口縁に固定する。すると、外装ケース11の底部11aと蓋部材12との間に電極群1が挟持され、電池缶10の内部において電極群1が保持される。なお、外装ケース11に対する蓋部材12の固定は、例えば、レーザ溶接などによってなされる。また、集電リードと外部端子との接続は、超音波溶接やレーザ溶接、抵抗溶接などの溶接以外に導電性接着剤などを用いて行うこともできる。
After the
上記したように、本実施形態に係る積層型の二次電池は、正極板2と負極板3とをセパレータ4を介して複数層積層した電極群1と、この電極群1を収容し電解液が充填される外装ケース11と、外装ケース11に設ける外部端子11fと、正負の極板と外部端子11fとを電気的に接続する正負の集電リードと、外装ケース11に装着される蓋部材12と、を備えた構成である。
As described above, the stacked secondary battery according to the present embodiment includes an
外装ケース11に収容された電極群1は、例えば、図11に示すように、正極集電体2bの両面に正極活物質層2aが形成された正極板2と、負極集電体3bの両面に負極活物質層3aが形成された負極板3とがセパレータ4を介して積層され、さらに両端面にセパレータ4を配設している。また、両端面のセパレータ4に替えて、このセパレータ4と同じ材質の樹脂フィルムを巻回して、電極群1を絶縁性を有する樹脂フィルムで被覆する構成としてもよい。いずれにしても、積層電極群1の上面は、電解液浸透性および絶縁性を有する部材が積層される構成となる。そのために、この面に直接蓋部材12を当接させることができ、蓋部材12を介して所定の圧で押さえ付けることも可能である。
For example, as shown in FIG. 11, the
この蓋部材12は、平板状であっても、平板状ではなく、缶の内部に嵌まり込む皿型状であってもよい。皿型状の蓋部材を用いると、蓋部材を溶接する際に動くのを防止できて、溶接作業が容易となる。また、皿型状の落ち込み量を変更することで、収容する電極群の厚みの変化に容易に対応できる。
The
また、大容量化のために電池缶10が大型になり、電極群1の厚みも大きくなると、振動などの外力が付加されたときに、電池缶内で電極群1がずれたりして集電リードや外部端子などが変形したり破損したりする危険性が増す。また、内圧が上昇すると電流を遮断できることが望ましいが、電流遮断機構を新たに設けることなく、低コストな構成で、電流遮断機能を発揮可能であることが望まれる。
In addition, when the battery can 10 becomes larger and the
そこで、本実施形態では、正常作動時には電池缶内での電極群の位置ずれを抑制可能で、内圧上昇時には速やかに電流遮断機能を発揮する構成の二次電池としたものである。そのために、電極群1を外装ケース11内の所定の位置に位置固定する位置ずれ防止部材を設け、集電リード5を位置ずれ防止部材に固定し、外装ケース11と蓋部材12とから形成される電池缶10の所定部位に厚みの薄い易変形部を設け、当該位置ずれ防止部材を易変形部に固定して、当該易変形部の変形に応じて変位させ外部端子11fとの接続を解除する構成とすることにより、当該位置ずれ防止部材が位置ずれ防止機能と電流遮断機能とを同時に発揮可能としている。
Therefore, in the present embodiment, the secondary battery is configured to be able to suppress the positional deviation of the electrode group in the battery can during normal operation and to quickly exhibit the current interruption function when the internal pressure increases. For this purpose, a displacement prevention member for fixing the
次に、上記構成の具体的な二次電池の実施形態について、図1〜図5を用いて説明する。図1に第1実施形態の二次電池RB1の断面摸式図を示し、図4に第2実施形態の二次電池RB1の断面摸式図を示し、図5に第3実施形態の二次電池RB1の断面摸式図を示す。また、図2には電流遮断機能を説明する概略断面図を示し、図3には位置ずれ防止部材の一例を示す。 Next, a specific embodiment of a secondary battery having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of the secondary battery RB1 of the first embodiment, FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the secondary battery RB1 of the second embodiment, and FIG. 5 shows the secondary battery of the third embodiment. The cross-sectional schematic diagram of battery RB1 is shown. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the current interruption function, and FIG. 3 shows an example of a misalignment prevention member.
〈第1実施形態〉
図1に示す第1実施形態の二次電池RB1は、正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した電極群1と、この電極群1を収容し電解液が充填される外装ケース11と、この外装ケース11に設ける外部端子11fと、正負の極板と外部端子とを電気的に接続する正負の集電リード5と、外装ケース11に装着される蓋部材12Aとを備える積層型の二次電池である。また、電極群1の位置ずれを抑制するために位置ずれ防止部材6を設け、さらに、蓋部材12Aに易変形部を設け、該易変形部に位置ずれ防止部材6を固定している。
<First Embodiment>
A secondary battery RB1 of the first embodiment shown in FIG. 1 includes an
位置ずれ防止部材6は、例えば、集電リード5が設けられている電極群1の横方向のずれを抑制する横ずれ防止部材である。そのために、図3に示すように、電極群1の集電リード5が設けられている側部に位置ずれ防止部材6を設置して、この位置ずれ防止部材6の本体中央部に集電リード5が挿通可能な細長い挿通孔61が形成されている。この位置ずれ防止部材6は、絶縁性を有する発泡体(例えば、ポリエチレンやポリプロピレン発泡体)を用いる。特に、ポリエチレンからなる発泡体であれば、機械的強度と耐薬品性に優れ、さらに耐熱性にも優れているので、本実施形態に使用する位置ずれ防止部材として好適である。
The
集電リード5は、挿通孔61に固定しておくことが好ましい。そのために、挿通孔61のサイズを板金状の集電リード5をきつく嵌め込む程度の大きさとして固定してもよく、また、嵌め込んだ後で接着固定するようにしてもよい。いずれにしても、挿通孔61が集電リード5を挿通し支持するリード支持部となるようにする。
The
位置ずれ防止部材6を組み付けた二次電池RB1は、電極群1がずれないように固定できるので、振動などの外力が付加されても、電極群1がずれずに、端子の破損なども生じない。また、内圧が上昇する異常時には、電池缶10Aの易変形部が変形し、同時に位置ずれ防止部材6が変位するので、この位置ずれ防止部材6の変位を利用して集電リード5を外部端子11fから引き剥がすことが可能となる。そのために、正常作動時には電池缶内での電極群1の位置ずれを抑制可能で、内圧上昇時には速やかに電流遮断機能を発揮する二次電池RB1を得ることができる。
The secondary battery RB1 assembled with the
易変形部は、電池缶の所定部位に薄肉部を設けることで実現できる。本実施形態においては、蓋部材12Aに易変形部を設ける構成としている。この易変形部は、蓋部材に設けられた薄肉部から形成してもよく、また、全体の板厚を薄くした易変形部12Aaから形成してもよい。そのために、図中の実線に示すように、蓋部材12Aの全部を易変形部12Aaとしてもよく、図中の破線に示すように、外装ケース11に固定する枠部は板厚を厚くし、中央部分のみを変形容易なように薄くしておくこともできる。
An easily deformable part is realizable by providing a thin part in the predetermined site | part of a battery can. In the present embodiment, the
要するに、蓋部材12Aが内圧の上昇に伴い、容易に膨張する構成であればよく、この容易に変形する易変形部に位置ずれ防止部材6を固定できる構成であればよい。従って、電池缶10Aの内圧が上昇すると、易変形部となる薄肉部を介して蓋部材12Aが膨張し、もしくは、薄い板厚の蓋部材12Aが膨張し、これらの膨張に応じて位置ずれ防止部材6を変位させることができる。また、この変位を利用して、外部端子11fに接続している集電リード5を外部端子11fから引き剥がすことができる。
In short, the
易変形部12Aaを備えた上記構成の二次電池RB1において、過充電や過放電状態になって内圧が上昇すると、易変形部12Aaが先に大きく変形して図2に示すような状態になる。また、この易変形部12Aaに位置ずれ防止部材6を接着などにより固定しておくことにより、位置ずれ防止部材6を易変形部12Aaと共に変位させることができる。
In the secondary battery RB1 having the above-described configuration including the easily deformable portion 12Aa, when the internal pressure rises due to the overcharge or overdischarge state, the easily deformable portion 12Aa is largely deformed first to a state as shown in FIG. . Further, by fixing the
そこで、集電リード5を、電池缶10Aの変形に応じて位置ずれ防止部材6が変位したときに、外部端子11fから離れる方向、すなわち、外部端子11fの上側に固定しておくと、易変形部12Aaの変形に応じて位置ずれ防止部材6が変位して、集電リード5を外部端子11fから引き剥がすことができる。
Therefore, if the
例えば、外部端子11fの上に集電リード5を載置して重ね合わせ溶接すると共に、この溶接条件を、溶接深さ0.5mm、溶接幅1mmで溶接長さ20mm程度としたときに、易変形部12Aaが10mm膨張すると溶接が剥がれることが確認された。
For example, when the
このときの易変形部12Aaに対する位置ずれ防止部材6の固定は、接着剤(日本ゼオン株式会社製BM−140S)を用いて接着固定できる。また、集電リード5を挿通孔61に接着固定するときも、同じ接着剤を用いる。すなわち、位置ずれ防止部材6の挿通孔61に集電リード5を通して接着固定し、集電リード5を外部端子11fに溶接固定し、それから、位置ずれ防止部材6を易変形部12Aaに接着固定し、蓋部材12Aを固定する手順により、上記構成の二次電池RB1を作製できる。
At this time, the
蓋部材12Aは図示するように平板状であってもよく、また、電極群1の上面に当接する部分が凸状に突出して外装ケース11に嵌まり込む皿型状であってもよい。そのために、皿型状の蓋部材12Bを用いた第2実施形態について図4を用いて説明する。
The
〈第2実施形態〉
図4は、第2実施形態の二次電池RB2を示す断面摸式図である。この二次電池RB2は前述した第1実施形態の二次電池RB1とは蓋部材の形状が異なるだけで、その他の構成は同じである。
Second Embodiment
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the secondary battery RB2 of the second embodiment. The secondary battery RB2 is the same as the secondary battery RB1 of the first embodiment described above except for the shape of the lid member.
この二次電池RB2が備える蓋部材12Bは皿形状であって、この蓋部材12Bに設ける易変形部は、前述した中央部分のみを薄くした構成であっても、図に示すように、全体を薄くした易変形部12Baであってもよい。
The
この構成でも、それぞれの極板の集電タブを接続した集電リード5を位置ずれ防止部材6の挿通孔61に挿通して接着固定し、集電リード5を外部端子11fに溶接固定し、それから、位置ずれ防止部材6を易変形部12Baに接着固定することにより、当該位置ずれ防止部材6が位置ずれ防止機能と電流遮断機能とを同時に発揮可能となる。
Even in this configuration, the current collecting leads 5 connected to the current collecting tabs of the respective electrode plates are inserted and fixed to the insertion holes 61 of the
すなわち、皿形状の蓋部材12Bであっても、板厚を薄くした易変形部12Baを設けることにより、内圧が上昇したときに、集電リード5を外部端子11fから引き剥がすことができる程度に易変形部12Baを変形させることができる。
That is, even with the dish-shaped
次に、位置ずれ防止部材6を複数の部材から構成した第3実施形態について図5を用いて説明する。
Next, a third embodiment in which the
〈第3実施形態〉
図5に示す位置ずれ防止部材は、電極群1の側面側に接近して配設され、それぞれの極板の集電タブがそれぞれ挿通可能とされる第1部材6Bと、外部端子11fに接近して配設され、集電タブをまとめて連結した集電リード5を挿通し固定して支持するリード支持部が設けられた第2部材6Aとを有する構成とされる。
<Third Embodiment>
The misalignment prevention member shown in FIG. 5 is disposed close to the side surface side of the
また、本実施形態は、位置ずれ防止部材が電極群1の上面に当接して積層方向の縦ずれも抑制可能な構成であって、第1部材6Bと第2部材6Aの上面を共に蓋部材12B(易変形部12Ba)に固定(接着)している。この構成であれば、内圧が上昇して蓋部材(易変形部12Ba)が変形すると第1部材6Bと第2部材6Aが共に変位する。また、集電タブの集合部である集電リード5を固定している第2部材6Aは外部端子11fに接近して配設されているので、当該集電リード5を外部端子11fから容易に引き剥がすことが可能になる。
In addition, the present embodiment is configured such that the displacement prevention member abuts on the upper surface of the
すなわち、この実施形態では第2部材6Aが、集電リード5を挿通し支持するリード支持部を備えた位置ずれ防止部材となる。この場合でも、内圧の上昇に伴い易変形部が変形し、これに同調してリード支持部となる第2部材6Aが変位すればよいので、易変形部は、蓋部材12Bの一部を薄肉として構成してもよい。
That is, in this embodiment, the
さらに、絶縁性を有する発泡体から成る位置ずれ防止部材6の形状を工夫することにより、安全性と組立容易性を図ることが可能になるので、このような実施形態について第4実施形態として図6A、図6Bを用いて説明する。
Furthermore, by devising the shape of the
〈第4実施形態〉
図6Aに示す位置ずれ防止部材6Cは、リード支持部(挿通孔61)から突出する集電リード5を覆う被覆部62を有する。また、この被覆部62は、絶縁性を有していることが好ましい。そのために、位置ずれ防止部材6Cの本体部から突出した被覆部62を一体に備えた形状の絶縁性を有する発泡体から成る位置ずれ防止部材6Cであっても、別体の絶縁性を有する発泡体を組み合わせた位置ずれ防止部材6Cであってもよい。
<Fourth embodiment>
The position
このように、リード支持部(挿通孔61)から突出する集電リード5を覆う被覆部62を有した構成であれば、集電リード5が外部端子11fから剥がれても、この集電リード5が外装ケース11と接触するのを防止できて、安全性が向上する。
As described above, if the configuration has the covering
また、被覆部62の突出長さL1は、位置ずれ防止部材6Cと外装ケース11との間隙に相当する長さであることが好ましい。この構成であれば、被覆部62を外装ケース11の内面に当接させて位置決めできるので、外装ケース11に対する電極群1や位置ずれ防止部材6Cの位置決めを容易に行うことが可能になる。
In addition, the protruding length L1 of the covering
また、図6Bに示すように、被覆部62に開口窓部63を設けておくことが好ましい。この構成であれば、外部端子11fと集電リード5との重ね合わせ溶接を、この開口窓部63を介して容易に行うことができる。また、溶接操作の際に、開口窓部63の段差を画像認識できるので位置決め操作が容易となる。
Further, as shown in FIG. 6B, it is preferable to provide an
また、蓋部材と位置ずれ防止部材との固定は上記で説明した接着以外の方法でも可能であるので、この接着以外の方法を用いた実施形態を第5実施形態として図7A、図7Bを
用いて説明する。
Further, since the lid member and the misregistration prevention member can be fixed by a method other than the above-described bonding, an embodiment using a method other than the bonding is used as a fifth embodiment with reference to FIGS. 7A and 7B. I will explain.
〈第5実施形態〉
図7Aに示す第5実施形態の位置ずれ防止部材6Dは、蓋部材と機械的に結合する係止部64を備えた構成とされる。すなわち、係止部64は、挿入溝64aと係止溝64bを備えてT型に形成された溝であって、蓋部材にこの挿入溝64aと係止溝64bに係合する係止片を設け、係止片をこの係止部64に嵌め込むことにより、蓋部材と位置ずれ防止部材とを固定するものである。
<Fifth Embodiment>
The
例えば、図7AのA−A断面方向の位置ずれ防止部材6Dの装着構成例を示す図7Bに示すように、蓋部材12Cの下方に、断面逆T型の係止片12Caを設け、この係止片12Caを位置ずれ防止部材6Dの係止部64に嵌め込んで位置ずれ防止部材6Dを固定できる。
For example, as shown in FIG. 7B showing an example of a mounting configuration of the
この構成であれば、蓋部材12Cに設ける係止片12Caの下部延設部が係止溝64bに嵌め込まれて係止するので、蓋部材12Cが変位すると位置ずれ防止部材6Dも一体に変位可能になる。すなわち、内圧が上昇して蓋部材12Cが変形すると、係止片12Caが同時に変位して位置ずれ防止部材6Dを確実に移動させて、集電リード5を外部端子11fから引き剥がすことができる。また、この機械的な結合に加えて、前述した接着を同時に用いてもよいことは明らかである。
With this configuration, the lower extending portion of the locking piece 12Ca provided on the
次に、実際に作製したリチウム二次電池について説明する。 Next, the actually produced lithium secondary battery will be described.
(実施例)
[正極板の作製]
正極活物質としてのLiFePO4(90重量部)と、導電材としてのアセチレンブラック(5重量部)と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン(5重量部)と、を混合し、溶媒としてのN−メチル−2−ピロリドンを適宜加えて各材料を分散させてスラリーを調製し、このスラリーを正極集電体としてのアルミニウム箔(厚み20μm)の両面上に均一に塗布して乾燥させた後、ロールプレスで圧縮し、所定のサイズで切断して板状の正極板2を作製した。
(Example)
[Preparation of positive electrode plate]
LiFePO4 (90 parts by weight) as a positive electrode active material, acetylene black (5 parts by weight) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (5 parts by weight) as a binder are mixed, and N- A slurry is prepared by appropriately adding methyl-2-pyrrolidone to disperse each material, and the slurry is uniformly applied on both sides of an aluminum foil (thickness 20 μm) as a positive electrode current collector and dried, and then rolled. It compressed with the press and cut | disconnected by predetermined size, and produced the plate-shaped positive electrode plate 2. As shown in FIG.
また、作製した正極板のサイズは、140mm×250mmで、厚みは230μmであって、この正極板2を70枚用いた。 Moreover, the size of the produced positive electrode plate was 140 mm × 250 mm, the thickness was 230 μm, and 70 positive electrode plates 2 were used.
[負極板の作製]
負極活物質としての天然黒鉛(90重量部)と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン(10重量部)と、を混合し、溶媒としてのN−メチル−2−ピロリドンを適宜加えて各材料を分散させてスラリーを調製し、このスラリーを負極集電体としての銅箔(厚み16μm)の両面上に均一に塗布して乾燥させた後、ロールプレスで圧縮し、所定のサイズで切断して板状の負極板3を作製した。
[Preparation of negative electrode plate]
Natural graphite (90 parts by weight) as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride (10 parts by weight) as a binder are mixed, and N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent is appropriately added to each material. A slurry is prepared by dispersing, and the slurry is uniformly applied on both sides of a copper foil (thickness 16 μm) as a negative electrode current collector and dried, then compressed by a roll press, and cut into a predetermined size. A plate-like
また、作製した負極板のサイズは、142mm×255mmで、厚みは146μmであって、この負極板2を71枚用いた。 Further, the size of the produced negative electrode plate was 142 mm × 255 mm, the thickness was 146 μm, and 71 negative electrode plates 2 were used.
また、セパレータとして、サイズ145mm×255mmで、厚み25μmのポリエチレンフィルムを140枚作製した。 Further, as a separator, 140 polyethylene films having a size of 145 mm × 255 mm and a thickness of 25 μm were prepared.
[非水電解液の作製]
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを、30:70の容積比で混合した混合液(溶媒)に、LiPF6を1mol/L溶解して非水電解液を調整した。
[Preparation of non-aqueous electrolyte]
A non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving 1 mol / L of LiPF 6 in a mixed solution (solvent) in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 30:70.
[電池缶の作製]
電池缶を構成する外装ケースおよび蓋部材の材料としては、ニッケルメッキされた鉄板を用いてそれぞれ作製した。また、外装ケースは板厚0.8mmであり、蓋部材の板厚は0.4mmとし、長手方向×短手方向×深さ、がそれぞれ内寸で、320mm×150mm×40mmの電池缶サイズで、開閉可能な注入口栓付き角型リチウム二次電池を作製した。また、蓋部材は平板状のものを用いた。
[Production of battery cans]
As materials for the outer case and the lid member constituting the battery can, nickel-plated iron plates were used, respectively. In addition, the outer case has a plate thickness of 0.8 mm, the lid member has a plate thickness of 0.4 mm, and the longitudinal direction × short direction × depth has internal dimensions, 320 mm × 150 mm × 40 mm battery can size. Then, a rectangular lithium secondary battery with an inlet plug that can be opened and closed was produced. The lid member was a flat plate.
[二次電池の組立]
正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層する。その際に、正極板に対して負極板が外側に位置するように、正極版70枚、負極板71枚、セパレータ140枚を積層し、この積層体をセパレータと同じ厚み25μmのポリエチレンフィルムを用いて巻回する構成として、厚みが約30mmの電極群(積層体)を構築した。
[Assembly of secondary battery]
A positive electrode plate and a negative electrode plate are alternately laminated via a separator. At that time, 70 positive electrode plates, 71 negative electrode plates, and 140 separators were laminated so that the negative electrode plate was located outside the positive electrode plate, and this laminate was used a polyethylene film having a thickness of 25 μm as the separator. As a structure to be wound, an electrode group (laminated body) having a thickness of about 30 mm was constructed.
正負の極板間に介装するセパレータの大きさは前述したように、サイズ145mm×255mmであり、正極板(140×250)、負極板(142×255)よりも少し大きなサイズである。これにより、正極板および負極板に形成された活物質層を確実に被覆することができる。また、正極の集電体露出部および負極の集電体露出部に、集電部材(集電リード)の接続片を接続した。 As described above, the size of the separator interposed between the positive and negative electrode plates is 145 mm × 255 mm, which is slightly larger than the positive electrode plate (140 × 250) and the negative electrode plate (142 × 255). Thereby, the active material layer formed on the positive electrode plate and the negative electrode plate can be reliably coated. Moreover, the connection piece of the current collection member (current collection lead) was connected to the current collector exposed portion of the positive electrode and the current collector exposed portion of the negative electrode.
位置ずれ防止部材6として、短手方向側部にサイズ30mm(厚み)×150mm×40mmのポリエチレン発泡体を用いた。また、これ以外に、長手方向側部にサイズ4mm(厚み)×255mm×40mmのものと、積層体上にサイズ10mm(厚み)×142mm×255mmのポリエチレン発泡体を用いた。また、短手方向のものは、蓋部材に対して接着剤(電解液に腐食されないもの:例えば、日本ゼオン株式会社製BM−140S)を用いて固定した。
As the
外装ケース外部端子部材として、正極側にはサイズ35mm×30mm×2mmのアルミ板を用いた。また、負極側には同サイズの銅板を用いた。また、集電リードとして、正極側には20mm×30mm×0.7mmのアルミ部材を、負極側には、同サイズのニッケル部材を用いた。そして、集電リードを接続した電極群を外装ケースに収容し、位置ずれ防止部材を設置し、集電リードと外部端子とを接続し、蓋部材を取り付けて密封し、注液孔から非水電解液を減圧注液した。注液後に、注液孔を封口して、それぞれの実施形態の二次電池を10個作製した。 As the external case external terminal member, an aluminum plate having a size of 35 mm × 30 mm × 2 mm was used on the positive electrode side. Moreover, the copper plate of the same size was used for the negative electrode side. Further, as the current collecting lead, a 20 mm × 30 mm × 0.7 mm aluminum member was used on the positive electrode side, and a nickel member of the same size was used on the negative electrode side. Then, the electrode group to which the current collecting lead is connected is housed in the exterior case, a position shift prevention member is installed, the current collecting lead and the external terminal are connected, the lid member is attached and sealed, and the non-water is introduced from the liquid injection hole. The electrolyte was injected under reduced pressure. After the liquid injection, the liquid injection hole was sealed, and 10 secondary batteries of each embodiment were produced.
実施例1は、第一実施形態の二次電池RB1に相当し、短手方向の位置ずれ防止部材を蓋部材に接着固定したものである。また比較例は、同一構成ではあるが、短手方向の位置ずれ防止部材を接着固定していないものである。 Example 1 corresponds to the secondary battery RB1 of the first embodiment, and a position shift prevention member in the short direction is bonded and fixed to the lid member. Moreover, although a comparative example is the same structure, the position shift prevention member of a transversal direction is not adhesive-fixed.
実施例、比較例とも、それぞれ10個作製し、過充電試験を行った。この試験は、満充電状態の電池に50Aの定電流を印加することで過充電状態としたものである。また、電流遮断が確認されるまで、もしくは、安全弁から電解液が噴きこぼれるまで電流を印加し続けたものである。 In each of the examples and comparative examples, 10 pieces were produced and overcharge tests were conducted. In this test, an overcharged state was established by applying a constant current of 50 A to a fully charged battery. In addition, the current is continuously applied until the current interruption is confirmed or until the electrolyte is ejected from the safety valve.
実施例1と比較例の二次電池各10個を用いて、上記の過充電試験を行い、電流遮断の有無、電解液噴きこぼれの有無、集電リードの剥がれの有無を確認した。この実験結果を表1に示す。 Using the 10 secondary batteries of Example 1 and Comparative Example, the above-described overcharge test was conducted to confirm the presence or absence of current interruption, the presence or absence of electrolyte spillage, and the presence or absence of peeling of the current collecting leads. The experimental results are shown in Table 1.
電流遮断が不十分な場合、内圧が上昇し続けたのち、安全弁より電解液の噴きこぼれが起こるので、この現象の有無を確認した。上記の過充電試験の結果、実施例1(第一実施形態に相当)では、10個の全てに電流遮断が確認され、そのうち、6個が負極側の集電リードが剥がれており、4個が正極側の集電リードが剥がれていた。また、いずれも、電解液噴きこぼれがなく、実施例1に係る二次電池は、電流遮断機能を有し、高い安全性を発揮することが明らかとなった。 When the current interruption was insufficient, the internal pressure continued to rise and then the electrolyte spilled out from the safety valve. The presence or absence of this phenomenon was confirmed. As a result of the above overcharge test, in Example 1 (corresponding to the first embodiment), current interruption was confirmed in all 10 pieces, of which 6 pieces had the current collecting lead on the negative electrode side peeled and 4 pieces However, the current collecting lead on the positive electrode side was peeled off. In addition, in all cases, there was no spilled electrolyte, and the secondary battery according to Example 1 was found to have a current interruption function and exhibit high safety.
しかし、位置ずれ防止部材を接着固定していない比較例では、サンプル10個のうち3個に電流遮断が確認されたが、いずれもその後、安全弁が開放し、電解液噴きこぼれが発生した。すなわち、比較例に係る二次電池は、電流遮断機能が不十分であり、安全性も十分ではないことが確認された。 However, in the comparative example in which the position shift prevention member was not bonded and fixed, current interruption was confirmed in three of the ten samples, but in all cases, the safety valve was subsequently opened and electrolyte spillage occurred. That is, it was confirmed that the secondary battery according to the comparative example has an insufficient current interruption function and an insufficient safety.
上記したように、本実施形態に係る二次電池であれば、通常の作動時には位置ずれ防止部材を介して電極群が位置ずれしないように固定でき、内圧が上昇する異常時には、電池缶の易変形部が変形し、同時に位置ずれ防止部材が変位するので、この位置ずれ防止部材を介して集電リードを外部端子から引き剥がすことが可能となる。そのために、正常作動時には電池缶内での電極群の位置ずれを抑制可能で、内圧上昇時には速やかに電流遮断機能を発揮する二次電池を得ることができる。 As described above, in the secondary battery according to the present embodiment, the electrode group can be fixed so as not to be displaced through the misalignment preventing member during normal operation, and the battery can can be easily removed in the event of an abnormal increase in internal pressure. Since the deformed portion is deformed and the misalignment preventing member is displaced at the same time, the current collecting lead can be peeled off from the external terminal via the misalignment preventing member. Therefore, it is possible to obtain a secondary battery that can suppress the displacement of the electrode group in the battery can during normal operation and that quickly exhibits a current interruption function when the internal pressure increases.
また、易変形部は蓋部材の厚みを薄くすることで形成できるので、この蓋部材の薄肉部に位置ずれ防止部材を固定することで、電池缶の変形に応じて、集電リードを外部端子から引き剥がすことが可能になる。 In addition, since the easily deformable portion can be formed by reducing the thickness of the lid member, the current collecting lead can be connected to the external terminal according to the deformation of the battery can by fixing the displacement prevention member to the thin portion of the lid member. Can be peeled off.
また、位置ずれ防止部材が集電リードを覆う被覆部を有する構成であれば、集電リードが外部端子から剥がれた時に、この集電リードが外装ケースと接触するのを防止できて、安全性が向上する。また、外装ケースに対する電極群や位置ずれ防止部材の位置決めを操作が容易となる。 In addition, if the misalignment prevention member has a covering portion that covers the current collecting lead, the current collecting lead can be prevented from coming into contact with the outer case when the current collecting lead is peeled off from the external terminal. Will improve. In addition, the positioning of the electrode group and the position shift prevention member with respect to the outer case becomes easy.
上記したように、正常作動時には位置ずれ防止を目的としている構造が、内圧上昇時には電流遮断機能を発揮するので、別途電流遮断構造を持つ必要がなくなり、二次電池の低コスト化を図りながら安全性と組立容易性を発揮することが可能になる。 As mentioned above, the structure intended to prevent misalignment during normal operation exhibits a current interruption function when the internal pressure rises, so there is no need for a separate current interruption structure and it is safe while reducing the cost of the secondary battery. Performance and ease of assembly can be exhibited.
すなわち、本発明によれば、積層型の電極群を備える二次電池において、正常作動時には電池缶内での電極群の位置ずれを抑制可能で、内圧上昇時には速やかに電流遮断機能を発揮して、安全性と組立容易性を発揮する二次電池を得ることができる。 That is, according to the present invention, in a secondary battery including a stacked electrode group, the position deviation of the electrode group in the battery can can be suppressed during normal operation, and a current interruption function can be quickly exhibited when the internal pressure increases. Thus, a secondary battery that exhibits safety and ease of assembly can be obtained.
そのために、本発明に係る二次電池は、性能安定化および安全性が求められる大容量の蓄電池に好適に利用可能となる。 Therefore, the secondary battery according to the present invention can be suitably used for a large-capacity storage battery that requires performance stabilization and safety.
1 電極群
2 正極板
3 負極板
4 セパレータ
5 集電リード
6 位置ずれ防止部材
6A 第一部材(位置ずれ防止部材)
6B 第二部材(位置ずれ防止部材)
6C、6D 位置ずれ防止部材
10 電池缶
11 外装ケース
11f 外部端子
12 蓋部材
12A、12B 蓋部材
12Aa、12Ba 易変形部
61 挿通孔(リード支持部)
62 被覆部
63 開口窓部
RB、RB1〜RB3 二次電池
DESCRIPTION OF
6B Second member (position shift prevention member)
6C, 6D Position
62 Covering
Claims (9)
前記電極群を前記外装ケース内の所定の位置に位置固定する位置ずれ防止部材を設けると共に、
前記集電リードを前記位置ずれ防止部材に固定し、当該位置ずれ防止部材を電池缶の所定部位に設ける易変形部に固定する構成とし、
前記電池缶の内圧上昇によって前記易変形部が変形して、該変形に応じて前記位置ずれ防止部材が変位したときに、前記集電リードが前記外部端子から離れる方向に前記集電リードを前記位置ずれ防止部材に固定したことを特徴とする二次電池。 An electrode group in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated via a separator, an outer case that contains this electrode group and is filled with an electrolyte, an external terminal provided in the outer case, the positive and negative electrode plates, and the external A secondary battery comprising positive and negative current collecting leads for electrically connecting terminals and a lid member attached to the outer case,
While providing a displacement prevention member for fixing the electrode group at a predetermined position in the outer case,
The current collecting lead is fixed to the misalignment prevention member, and the misalignment prevention member is configured to be fixed to an easily deformable portion provided at a predetermined portion of the battery can.
When the easily deformable portion is deformed by an increase in internal pressure of the battery can, and the displacement prevention member is displaced in accordance with the deformation, the current collecting lead is moved in a direction away from the external terminal. A secondary battery, which is fixed to a position shift prevention member.
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