JP6182061B2 - Secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、偏平状の捲回電極群を角形の電池缶に収容した二次電池に関する。 The present invention relates to a secondary battery in which a flat wound electrode group is accommodated in a rectangular battery can.
車両駆動用電池としてリチウムイオン二次電池が広く知られている。リチウムイオン二次電池の構造としては、例えば、特許文献1に記載のような構造が知られている。特許文献1に記載の構造では、偏平な容器内に、正極板と負極板とをセパレータを介して捲回した捲回電極群と電解液とが収容され、正極板および負極板のそれぞれには外部端子が接合されている。正極板および負極板の各端部には活物質合材が塗工されない未塗工部に該当する集電箔が露出しており、集電箔は超音波接合や抵抗溶接により集電接続体に接合及び溶接されている。その集電接続体は、電池の蓋に装着された外部端子に接続されている。
A lithium ion secondary battery is widely known as a vehicle driving battery. As a structure of the lithium ion secondary battery, for example, a structure described in
しかしながら、リチウムイオン二次電池には、二次電池の充電・放電の状態によって捲回電極群が変形し、電池性能が十分に発揮されないという問題がある。 However, the lithium ion secondary battery has a problem that the wound electrode group is deformed depending on the state of charge / discharge of the secondary battery, and the battery performance is not sufficiently exhibited.
ところで、電池を組み立てた直後は、電池内部における捲回電極群と電池缶との間のすき間は均一となっているが、充電時に、正極活物質からリチウムイオンが放出されて負極活物質にリチウムイオンが挿入された状態になると負極活物質の粒子径が増大し、負極電極の負極活物質合材部の厚みが厚くなる。そのため、充電状態における正極電極の厚さと負極電極の厚さの和は、放電状態(すなわち、負極活物質からリチウムイオンが放出されて正極活物質にリチウムイオンが挿入された状態)の正極電極の厚さと負極電極の厚さの和よりも大きくなる。 By the way, immediately after the battery is assembled, the gap between the wound electrode group and the battery can inside the battery is uniform, but at the time of charging, lithium ions are released from the positive electrode active material, and the negative electrode active material is charged with lithium. When ions are inserted, the particle size of the negative electrode active material increases, and the thickness of the negative electrode active material mixture portion of the negative electrode increases. Therefore, the sum of the thickness of the positive electrode and the thickness of the negative electrode in the charged state is the same as that of the positive electrode in the discharged state (that is, a state in which lithium ions are released from the negative electrode active material and lithium ions are inserted into the positive electrode active material). It becomes larger than the sum of the thickness and the thickness of the negative electrode.
上述のように、捲回された正極および負極の捲回軸方向端部の金属箔露出部分は、正極集電板および負極集電板とそれぞれ溶接等により接続されて拘束されている。そのため、
充電状態において捲回電極群が厚さ方向に膨張・変形すると、捲回電極群は、幅方向中央部分が最も厚くなり、電池缶の内壁に接触するような形状に変形する。この時、電池缶内では電池缶内壁と充電状態の捲回電極群との間に生じるすき間が均一ではなく、捲回電極群の平面部が電池缶から受ける押圧は捲回電極群の中央部の電池缶と接触している部分のみとなり、電池性能が十分に発揮されない。
As described above, the exposed portions of the metal foil at the ends of the wound positive electrode and negative electrode in the winding axis direction are connected to and constrained by the positive electrode current collector plate and the negative electrode current collector plate, respectively. for that reason,
When the wound electrode group expands and deforms in the thickness direction in the charged state, the wound electrode group becomes the thickest at the center in the width direction and deforms into a shape that contacts the inner wall of the battery can. At this time, in the battery can, the gap generated between the inner wall of the battery can and the wound electrode group in the charged state is not uniform, and the pressure received by the flat part of the wound electrode group from the battery can is the central part of the wound electrode group Only the portion that is in contact with the battery can, and the battery performance is not sufficiently exhibited.
本発明に係る二次電池は、正極箔に正極合材層が形成された正極電極、セパレータ、および負極箔に負極合材層が形成された負極電極を捲回した扁平な捲回電極群と、前記捲回電極群を収納する電池缶と、前記扁平な捲回電極群と前記電池缶との間にそれぞれ配置された一対の第1板状部材および一対の第2板状部材と、を備え、前記捲回電極群は、捲回軸方向の一方の端に形成され、束ねられた正極箔露出部が互いに接続されて正極集電板が接続される正極集電板接続部と、捲回軸方向の他方の端に形成され、束ねられた負極箔露出部が互いに接続されて負極集電板が接続される負極集電板接続部と、前記捲回軸方向に水平な一対の扁平面と、前記一対の扁平面における前記捲回軸方向と直交する方向の両端に形成された一対の捲回湾曲部と、を有し、充電時において、前記扁平な捲回電極群の前記一対の扁平面の中央領域が前記電池缶の内表面に接触し、かつ、前記中央領域よりも外側の前記一対の扁平面の周辺領域において前記電池缶との間に隙間が生じるものであって、前記一対の第1板状部材は、前記一対の扁平面の前記中央領域を除いた前記周辺領域のうち前記中央領域と前記正極集電板接続部との間の前記周辺領域と、前記電池缶と、の間における前記隙間をそれぞれ埋めるように、前記一対の扁平面と対向してそれぞれ配置されており、前記一対の第2板状部材は、前記一対の扁平面の前記中央領域を除いた前記周辺領域のうち前記中央領域と前記負極集電板接続部との間の前記周辺領域と、前記電池缶と、の間における前記隙間をそれぞれ埋めるように、前記一対の扁平面と対向してそれぞれ配置されていることを特徴とする。 A secondary battery according to the present invention includes a positive electrode having a positive electrode mixture layer formed on a positive foil, a separator, and a flat wound electrode group obtained by winding a negative electrode having a negative electrode mixture layer formed on a negative electrode foil. the a that electrostatic Ikekan be wound accommodating the electrode assembly, a pair of first plate-shaped member and a pair of second plate members respectively disposed between the battery can and the flat wound electrode group The wound electrode group is formed at one end in the winding axis direction, and the positive electrode current collector plate connecting portion to which the bundled positive electrode foil exposed portions are connected to each other to connect the positive electrode current collector plate; A negative electrode current collector plate connection part formed on the other end in the winding axis direction, the bundled negative electrode foil exposed parts being connected to each other and connected to the negative electrode current collector plate, and a pair horizontally parallel to the winding axis direction flat surface of the said pair of pair of wound curved portions formed at both ends of a direction perpendicular to the winding axis direction of the flat surface It has, at the time of charge, in contact with the inner surface of the central region of the pair of flat surfaces of the flat wound electrode group said battery can, and the pair of flat surfaces of the outside than the central region be one gap is formed between the battery can in the peripheral region of the pair of first plate-shaped member, said central region of the peripheral region excluding the central region of the pair of flat surfaces wherein said peripheral area between the positive electrode current collector plate connecting portion, and the battery can, the gap between the so that filling each are arranged to face the pair of flat surfaces, the pair the second plate-like member, and the peripheral area between the negative electrode current collector plate connecting portion and the central region of the peripheral region excluding the central region of the pair of flat surfaces, and the battery can, the gap between the to fill each said one Are arranged each flat surface of the facing, characterized in that is.
本発明によれば、捲回電極群に適切に押圧をかけることができ、電池性能の向上を図ることができる。 According to the present invention, the wound electrode group can be appropriately pressed, and the battery performance can be improved.
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。本実施の形態では、本発明を具体化した角型リチウムイオン二次電池を例に説明する。まず、図1〜3を参照して、偏平捲回形二次電池100の全体構成を説明する。図1は、偏平捲回形二次電池100の外観斜視図である。図2は、偏平捲回形二次電池100の分解斜視図である。図3は捲回電極群3を示す図であり、捲回電極群3の一部を展開した状態で示したものである。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a prismatic lithium ion secondary battery embodying the present invention will be described as an example. First, an overall configuration of the flat wound
偏平捲回形二次電池100は、電池容器として電池缶1および電池蓋6を備える。図2に示すように、電池缶1は、相対的に面積の大きい一対の対向する幅広の側面1bと、相対的に面積の小さい一対の対向する幅の狭い側面1cとを有している。これらの側面1b、1cは底面1dから立ち上がるように形成され、角筒状の側面を構成している。底面1dと対向する部分は開口部1aになっている。電池缶1内には、図3に示す捲回電極群3が収納され、電池缶1の開口部1aが電池蓋6によって封止されている。略矩形平板状の電池蓋6を略矩形状の開口部1aに溶接することで、開口部1aを塞がれ、電池缶1が封止される。
The flat wound
図1に示すように、電池蓋6には、正極外部端子14と、負極外部端子12とが設けられている。正極外部端子14と負極外部端子12を介して捲回電極群3に充電され、また外部負荷に電力が供給される。電池蓋6には、ガス排出弁10が一体的に設けられている。電池容器内の圧力が上昇すると、ガス排出弁10が開いて内部からガスが排出され、電池容器内の圧力が低減される。これによって、偏平捲回形二次電池100の安全性が確保される。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、角筒状の電池缶1内には、絶縁シート2を介して捲回電極群3が収容されている。偏平状の捲回電極群3は、図2の左右方向(一方の側面1cから他方の側面1cに向かう方向)を軸(以下では、捲回軸と呼ぶ)として偏平形状に捲回されており、捲回電極群3の図示上下に一対の湾曲部30a,30bが形成されている。捲回電極群3は、図2に示すように一方の湾曲部30bが底面1d側に、他方の湾曲部30aが開口部1a側に配置されるように電池缶1内に挿入される。
As shown in FIG. 2, a
捲回電極群3の正極箔露出部34cは、正極集電板(集電端子)44を介して電池蓋6に設けられた正極外部端子14と電気的に接続されている。また、捲回電極群3の負極箔露出部32cは、負極集電板(集電端子)24を介して電池蓋6に設けられた負極外部端子12と電気的に接続されている。これにより、正極集電板44および負極集電板24を介して捲回電極群3から外部負荷へ電力が供給され、逆に、正極集電板44および負極集電板24を介して捲回電極群3へ外部発電電力が供給され充電される。
The positive electrode foil exposed
正極外部端子14から正極集電板44までの構造、および、負極外部端子12から負極集電板24までの構造について説明する。正極外部端子14および負極外部端子12は、バスバー等に溶接接合される溶接接合部を有している。各々の溶接接合部は、電池蓋6から上方に突出する直方体のブロック形状を有しており、下面が電池蓋6の表面に対向し、上面が所定高さ位置で電池蓋6と平行になる構成を有している。
The structure from the positive
正極接続部14aは、正極外部端子14の下面から突出し、その先端が電池蓋6の正極側貫通孔46に挿入可能な円柱形状となっている。正極接続部14aは、電池蓋6を貫通すると共に、正極集電板44の正極集電板基部41に設けられた貫通孔43を貫通して、電池缶1の内部側に突出している。その正極接続部14aの先端はかしめられ、正極外部端子14および正極集電板44が電池蓋6に一体に固定されている。なお、正極外部端子14と電池蓋6との間にはガスケット5が介在されており、正極集電板44と電池蓋6との間には絶縁板7が介在されている。
The positive
同様に、負極接続部12aは、負極外部端子12の下面から突出し、その先端が電池蓋6の負極側貫通孔26に挿入可能な円柱形状となっている。負極接続部12aは、電池蓋6を貫通すると共に、負極集電板24の負極集電板基部21に設けられた貫通孔23を貫通して、電池缶1の内部側に突出している。その負極接続部12aの先端はかしめられ、負極外部端子12および負極集電板24が電池蓋6に一体に固定されている。
Similarly, the negative
なお、負極外部端子12と電池蓋6との間にはガスケット5が介在され、負極集電板24と電池蓋6との間には絶縁板7が介在されている。ガスケット5および絶縁板7は、正極集電板44と負極集電板24、及び、正極外部端子14と負極外部端子12を、それぞれ電池蓋6から電気的に絶縁するために設けられている。
Note that a
正極集電板44に設けられた矩形板状の正極集電板基部41は、電池蓋6の下面に対向して配置される。正極集電板基部41には、電池缶1の幅広面に沿って底面側に向かって延びた正極側接続端部42が形成されている。正極側接続端部42は、捲回電極群3の正極箔露出部34cに対向して重ね合わされた状態で接続される。同様に、負極集電板24に設けられた矩形板状の負極集電板基部21は、電池蓋6の下面に対向して配置され、電池缶1の幅広面に沿って底面側に向かって延びた負極側接続端部22が形成されている。負極側接続端部22は、捲回電極群3の負極箔露出部32cに対向して重ね合わされた状態で接続される。
A rectangular plate-shaped positive current
捲回電極群3の偏平面、すなわち電池缶1の側面1b、1cに対向する面には、板状の押圧部材200a,200bが複数配置される。そして、押圧部材200a,200bの上から、捲回電極群3の周囲に、すなわち電池缶1の側面1b、1cおよび底面1dと対向する面に、絶縁シート2が巻き付けられる。絶縁シート2は、例えばPP(ポリプロピレン)などの合成樹脂製の一枚のシートまたは複数のフィルム部材から成る。押圧部材200a,200bの詳細については後述する。
A plurality of plate-like
捲回電極群3が固定された電池蓋6は、捲回電極群3が電池缶1内に配置されるように開口部1aに取り付けられ、電池蓋6の周囲がレーザ溶接等により開口部1aに接合される。そして、電池蓋6の注液口9から電池缶1内に電解液を注入した後、注液栓11をレーザ溶接により電池蓋6に接合して注液口9を封止し、偏平捲回形二次電池100を密閉する。
The
ここで、正極外部端子14および正極集電板44の形成素材としては、例えば、アルミニウム合金が挙げられる。一方、負極外部端子12および負極集電板24の形成素材としては、例えば、銅合金が挙げられる。また、絶縁板7およびガスケット5の形成素材としては、例えば、ポリブチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイド、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等の絶縁性を有する樹脂材が挙げられる。また、電池缶1内に注入される電解液としては、例えば、エチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に6フッ化リン酸リチウム(LiPF6)等のリチウム塩が溶解された非水電解液を適用することができる。
Here, as a forming material of the positive electrode
図3は捲回電極群3を示す図である。捲回電極群3は、セパレータ33、35を介して積層された負極電極32および正極電極34を偏平状に捲回することによって構成されている。セパレータ33、35は、正極電極34と負極電極32との間を絶縁する役割を有している。捲回電極群3は、最外周の電極が負極電極32であり、さらにその外側にセパレータ35が捲回される。負極電極32の負極合材層32bが塗布された部分の幅寸法(すなわち、捲回電極群3の軸方向寸法)は、正極電極34の正極合材層34bが塗布された部分の幅寸法よりも大きく設定されている。このように設定することで、正極合材層34bが塗布された部分は、必ず負極合材層32bが塗布された部分に挟まれるように構成されている。
FIG. 3 is a view showing the
正極電極34は、正極集電体である正極電極箔の両面に正極活物質合材を有するものであり、正極電極箔の幅方向一方側の端部には、正極活物質合材を塗布しない正極箔露出部34cが設けられている。負極電極32は、負極集電体である負極電極箔の両面に負極活物質合材を有するものであり、負極電極箔の幅方向他方側の端部には、負極活物質合材を塗布しない負極箔露出部32cが設けられている。正極箔露出部34cおよび負極箔露出部32cは、電極箔の金属面が露出した領域である。正極電極34および負極電極32は、正極箔露出部34cと負極箔露出部32cとが捲回軸方向の一方側と他方側の位置に振り分けて配置されるように、捲回される。
The
正極箔露出部34cは、図2に示すように、湾曲部30aと湾曲部30bとの間の平面部分で束ねられて溶接等により互いに接続される。負極箔露出部32cも正極箔露出部34cと同様に、湾曲部30aと湾曲部30bとの間の平面部分で束ねられて溶接等により互いに接続される。尚、セパレータ33、35の幅方向寸法は負極合材層32bが塗布された部分の幅方向寸法よりも大きく設定されているが、セパレータ33、35は、正極箔露出部34cおよび負極箔露出部32cの両端部の金属箔面が露出するように捲回されるため、束ねて溶接する場合の支障にはならない。
As shown in FIG. 2, the positive electrode foil exposed
負極電極32に関しては、負極活物質として非晶質炭素粉末100重量部に対して、結着剤として10重量部のポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFという。)を添加し、これに分散溶媒としてN−メチルピロリドン(以下、NMPという。)を添加、混練した負極合材を作製した。この負極合材を厚さ10μmの銅箔(負極電極箔)の両面に溶接部(負極未塗工部)を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、銅箔を含まない負極活物質塗布部厚さ70μmの負極電極32を得た。
Regarding the
なお、本実施形態では、負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について例示したが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料やSiやSnなどの化合物(例えば、SiO、TiSi2等)、またはそれの複合材料でもよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。 In this embodiment, the case where amorphous carbon is used as the negative electrode active material is exemplified, but the present invention is not limited to this, and natural graphite capable of inserting and removing lithium ions and various artificial graphite materials , Carbonaceous materials such as coke, compounds such as Si and Sn (for example, SiO, TiSi 2 etc.), or composite materials thereof may be used. It is not limited.
一方、正極電極34に関しては、正極活物質としてマンガン酸リチウム(化学式LiMn2O4)100重量部に対し、導電材として10重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として10重量部のPVDFとを添加し、これに分散溶媒としてNMPを添加、混練した正極合材を作製した。この正極合材を、厚さ20μmのアルミニウム箔(正極電極箔)の両面に溶接部(正極未塗工部)を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、アルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ90μmの正極電極34を得た。
On the other hand, with respect to the
また、本実施形態では、正極活物質にマンガン酸リチウムを用いる場合について例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物や層状結晶構造を有すコバルト酸リチウムやチタン酸リチウムや、これらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム-金属複合酸化物を用いるようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, the case where lithium manganate is used as the positive electrode active material is exemplified, but other lithium manganate having a spinel crystal structure or a lithium manganese composite oxide or layered in which a part is substituted or doped with a metal element Lithium cobaltate or lithium titanate having a crystal structure, or a lithium-metal composite oxide in which a part thereof is substituted or doped with a metal element may be used.
さらにまた、本実施形態では、正極電極、負極電極における塗工部の結着材としてPVDFを用いる場合について例示したが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。また、軸芯としては、例えば、正極箔、負極箔、セパレータのいずれよりも曲げ剛性の高い樹脂シートを捲回して構成したものを用いることができる。 Furthermore, in this embodiment, the case where PVDF is used as the binder of the coating portion in the positive electrode and the negative electrode is exemplified, but polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene, polystyrene, polybutadiene, butyl rubber, nitrile rubber, Use polymers such as styrene butadiene rubber, polysulfide rubber, nitrocellulose, cyanoethyl cellulose, various latexes, acrylonitrile, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, propylene fluoride, chloroprene fluoride, acrylic resins, and mixtures thereof. be able to. Moreover, as a shaft core, what was comprised by winding the resin sheet whose bending rigidity is higher than any of positive electrode foil, negative electrode foil, and a separator can be used, for example.
(押圧部材200a,200bの説明)
次いで、押圧部材200a、200bについて説明する。図4は、押圧部材200a、200bの配置を示す図であり、押圧部材200a、200bが設けられた捲回電極群3を示したものである。図4では、偏平な捲回電極群3の一方の面(電池缶1の一方の側面1b)に設けられた4つの押圧部材200a,200bが図示されているが、捲回電極群3の他方の面にも押圧部材200a,200bが同様に設けられている。
(Description of pressing
Next, the
図5は、押圧部材200aの形状を示す図である。押圧部材200bも押圧部材200aと同様の形状を有しており、押圧部材200a,200bのいずれも台形状を成す板状部材で形成されている。本実施の形態では、押圧部材200a,200bは、例えばPP(ポリプロピレン)などの電解液によって侵されない合成樹脂により形成される。図5に示すように、台形状の押圧部材200aは、上底201側から下底202側にかけて厚さが増大している。押圧部材200aを側面から見た形状は楔形状となっており、下底202側から見た形状は長方形となっている。図5に示す例では、側面形状は直角三角形になっている。
FIG. 5 is a diagram illustrating the shape of the
図6は、電池缶1内に収納された捲回電極群3および押圧部材200a,200bを示す断面図であり、捲回軸方向に沿って断面した場合を示す。一方、図7は、捲回軸に直交する方向、すなわち、電池缶1の開口部1aから底面1dに向かう方向に沿って断面した図である。図6,7では、絶縁シート2の図示を省略している。なお、図6,7の捲回電極群3の形状は、充電されて膨張変形する前の状態を示している。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the
上述したように、捲回電極群3は偏平状に捲回されており、図7に示すように、湾曲部30aが電池蓋6側に配置され、湾曲部30bが電池缶1の底面1d側に配置されるように電池缶1内に収納されている。そのため、湾曲部30aと湾曲部30bとの間の偏平状部分(ここでは、偏平部30eと呼ぶ)の表面は、電池缶1の幅広の側面1bに対向している。
As described above, the
図6に示すように、捲回電極群3の捲回軸方向一方の端においては、負極箔露出部32cが束ねられて互いに接続され、さらに負極集電板24の負極側接続端部22が接続されている。一方、他方の端においては、正極箔露出部34cが束ねられて互いに接続され、さらに正極集電板44の正極側接続端部42が接続されている。充電されて変形する前の捲回電極群3は、湾曲部30aと湾曲部30bとの間の領域、および負極箔露出部32cと正極箔露出部34cとの間の領域における厚さ、すなわち偏平部30eの厚さがほぼ等しい平板状となっている。
As shown in FIG. 6, the negative electrode foil exposed
しかしながら、前述したように、充電時に、正極活物質からリチウムイオンが放出されて負極活物質にリチウムイオンが挿入された状態になると負極活物質の粒子径が増大し、負極電極の負極活物質合材部の厚みが厚くなる。その結果、図9(b)に示すように、偏平部30eの厚さが増加するように捲回電極群3の形状が変化する。図9は、充電前と充電後の捲回電極群3の形状を示す図であり、押圧部材200a,200bを配置しない場合について示したものである。
However, as described above, when lithium ions are released from the positive electrode active material and lithium ions are inserted into the negative electrode active material during charging, the particle size of the negative electrode active material increases, and the negative electrode active material composition of the negative electrode is increased. The thickness of the material part is increased. As a result, as shown in FIG. 9B, the shape of the
図9は、電池缶1を捲回軸方向に断面した図であり、図9(a)は充電前を示し、図9(b)は充電により最も変形した場合を示している。充電前の捲回電極群3の偏平部30eは、厚さがほぼ等しい平板状になっている。しかし、充電を行うと、偏平部30eは図9(b)のように変形する。捲回電極群3は、両端において負極箔露出部32cおよび正極箔露出部34cがそれぞれ溶接等により接続されているため、厚さ寸法の増加は偏平部30eの中央部で最も大きく、負極箔露出部32cおよび正極箔露出部34cに近づくほど小さくなっている。そのため、捲回電極群3と電池缶1との間には、断面形状が楔状の隙間が形成される。また、図7に示す捲回軸と直交する方向の断面においても、図9に示す捲回軸方向の断面の場合と同様に、厚さ寸法の増加は偏平部30eの中央部で最も大きく、湾曲部30a,30bに近づくほど小さくなっている。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the battery can 1 in the winding axis direction. FIG. 9A shows a state before charging, and FIG. 9B shows a case where the battery can 1 is most deformed by charging. The
図9(b)のように、捲回電極群3の中央部分のみが電池缶1と接触している場合には、電池缶1から受ける押圧は電池缶1と接触している中央部分のみとなり、電池性能が十分に発揮されない。
As shown in FIG. 9B, when only the central portion of the
そのため、本実施の形態では、図2,6および7に示すように押圧部材200a,200bを配置することにより、捲回電極群3が充電により変形した場合に、偏平部30eの全面がほぼ均一に押圧されるような構成とした。なお、図6,7に示す例では、押圧部材200a,200bは、捲回電極群3の偏平部30eに貼り付けられている。上述したように、略矩形の偏平部30eにおいて、負極箔露出部32cおよび正極箔露出部34cの部分、および湾曲部30a,30bの部分で厚さ増加が抑えられる。そのため、捲回電極群3が充電により変形すると、偏平部30eの表面形状は角錐台のような形状となる。
Therefore, in the present embodiment, by arranging the
そこで、図5に示すように台形状の押圧部材200a,200bの下底202側を厚くし、図4に示すように、押圧部材200a,200bの上底201が偏平部30eの中央部側に、下底202が湾曲部30a,30b側および負極箔露出部32cおよび正極箔露出部34c側となるように、配置するようにした。なお、捲回電極群3が充電により膨張変形したときに電池缶1の側面1bに当接する中央領域30cには、押圧部材200a,200bは配置されていない。
Therefore, as shown in FIG. 5, the
図8(a)は充電の途中の段階における捲回電極群3の形状を示しており、図8(b)は捲回電極群3が最も変形し、偏平部30eの中央部分が電池缶1の側面1bに当接している場合を示している。図8(a)に示す状態では、偏平部30eの中央部分の厚さが増加しているが、押圧部材200aおよび偏平部30eの中央領域30cと電池缶1の側面1bとの間には隙間が出来ている。さらに、充電により捲回電極群3が変形して偏平部30eの中央領域30cが側面1bに接触すると、押圧部材200a,200bも側面1bに接触するようになる。
8A shows the shape of the
その結果、電池缶1からの押圧力は、偏平部30eの全領域にほぼ均一に加わることになり、押圧部材200a,200bを使用しない図9の場合と比べ、電池性能の向上を図ることができる。なお、押圧部材200a,200bの厚さを調整することで、捲回電極群3の変形量が最も大きくなる充電状態における押圧力を、調整することができる。
As a result, the pressing force from the battery can 1 is applied almost uniformly to the entire area of the
図6〜9による説明では絶縁シート2を省略して説明したが、図6,7の状態では、絶縁シート2は、押圧部材200a,200bが設けられた捲回電極群3を包み込むように捲回電極群3と電池缶1との間に配置され、図8(b)の状態では、押圧部材200a,200bおよび中央領域30cと側面1bとの間に挟まれることになる。
6 to 9, the insulating
なお、上述した例では、押圧部材200a,200bを捲回電極群3の偏平部30eに貼り付けたが、単に偏平部30eと対向するように押圧部材200a,200bを配置して、絶縁シート2でそれらを包み込むようにしても良い。また、押圧部材200a,200bを絶縁シート2側に貼り付けるようにしても良い。上述したように偏平部30eの表面は充電により変形するので、捲回電極群3の変形によって押圧部材200a,200bの貼り付け状態が変化するおそれがある、しかし、絶縁シート2側に貼り付けた場合には、そのような問題を避けることが出来る。さらには、絶縁シート2を設ける代わりに、電池缶1の内周面に絶縁コートを施すようにしても良い。
In the above-described example, the
以上説明したように、本実施形態の二次電池は、正極箔に正極合材層34bが形成された正極電極34、セパレータ33,35、および負極箔に負極合材層32bが形成された負極電極32を捲回した偏平な捲回電極群3と、捲回電極群3を収納する略直方体形状の電池缶1と、捲回電極群3の表裏両面と電池缶1との間にそれぞれ配置された第1板状部材および第2板状部材である押圧部材200aと、を備える。そして、捲回電極群3は、捲回軸方向の一方の端に形成され、束ねられた正極箔露出部34cが互いに接続されて正極集電板44が接続される正極集電板接続部(34c)と、捲回軸方向の他方の端に形成され、束ねられた負極箔露出部32cが互いに接続されて負極集電板24が接続される負極集電板接続部(32c)と、捲回軸方向と直交する方向の両端に形成された一対の湾曲部30a,30bと、を有し、充電時において、捲回電極群3の表裏両面の中央領域30cが電池缶内表面に接触し、かつ、中央領域30cよりも外側の周辺領域(偏平部30eの中央領域30cを除く領域)において電池缶1との間に隙間が生じるものであって、押圧部材200aは、捲回電極群3の表裏両面において、中央領域30cと正極集電板接続部(34c)との間の前記周辺領域における隙間を埋め、中央領域30cと負極集電板接続部(32c)との間の前記周辺領域における隙間を埋める。
As described above, the secondary battery of this embodiment includes the
捲回電極群3は、捲回軸方向に正極箔露出部34cおよび負極箔露出部32cがあるため、充電により捲回電極群3が膨張変形すると、図9(b)に示すように偏平部30eの中央領域30c(図8(a)参照)が電池缶1の側面1bに接触し、中央領域30cの周辺に断面形状が楔形の隙間Sが形成される。本実施の形態では、この隙間Sを埋めるように押圧部材200aを配置することにより、中央領域30cの押圧力および中央領域30cの捲回軸方向の周辺領域における押圧力をほぼ均一にすることができる。
Since the
さらに、捲回電極群3の表裏両面において、中央領域30cと一対の湾曲部30a,30bとの間の前記周辺領域における隙間をそれぞれ埋める押圧部材200bをさらに備えることで、押圧力を偏平部30eの表裏面の全面においてほぼ均一にすることができる。
Furthermore, on both front and back surfaces of the
押圧部材200a,200bは、中央領域30cから正極箔露出部34c、負極箔露出部32cおよび湾曲部30a,30bにかけて厚さが増加するような形状とするのが好ましい。このような形状とすることで、充電変形時に捲回電極群3と電池缶1の側面1bとの間に生じる隙間を、適切に埋めることができる。
It is preferable that the
押圧部材200a,200bの形状は、図5に示すような台形状とし、台形の上底201から下底202にかけて厚さが増加するようにするのが好ましい。このような形状とすることで、図4に示すように、偏平部30eの中央領域30cを除く領域を覆うように押圧部材200a,200bを配置することが可能となる。その結果、図8(b)のようの充電により捲回電極群3が変形した場合に、押圧部材200a,200bおよび電池缶1の側面1bにより、偏平部30eの全面をほぼ均一に押圧することができる。
The shape of the
また、捲回電極群3と電池缶1との間に配置された絶縁シート2を備え、第1、第2,第3および第4の押圧部材200a,200bのそれぞれを、捲回電極群3と絶縁シート2との間に配置するようにしても良い。さらに、絶縁シート2に第1、第2,第3および第4の押圧部材200a,200bを貼り付けることで、押圧部材200a,200bの位置ずれを防止できると共に、電池組立作業性の向上を図ることができる。
Moreover, the insulating
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。 Each of the embodiments described above may be used alone or in combination. This is because the effects of the respective embodiments can be achieved independently or synergistically. In addition, the present invention is not limited to the above embodiment as long as the characteristics of the present invention are not impaired.
1,電池缶、1b、1c:側面、1d:底面、2:絶縁シート、3:捲回電極群、6:電池蓋、24:負極集電板、30a,30b:湾曲部、30c:中央領域、30e:偏平部、32:負極電極、32c:負極箔露出部、32b:負極合材層、33,35:セパレータ、34:正極電極、34c:正極箔露出部、34b:正極合材層、44:正極集電板、100:偏平捲回形二次電池、200a,200b:押圧部材
1, battery can, 1b, 1c: side surface, 1d: bottom surface, 2: insulating sheet, 3: wound electrode group, 6: battery lid, 24: negative electrode current collector plate, 30a, 30b: curved portion, 30c:
Claims (7)
前記捲回電極群を収納する電池缶と、
前記扁平な捲回電極群と前記電池缶との間にそれぞれ配置された一対の第1板状部材および一対の第2板状部材と、を備え、
前記捲回電極群は、
捲回軸方向の一方の端に形成され、束ねられた正極箔露出部が互いに接続されて正極集電板が接続される正極集電板接続部と、
捲回軸方向の他方の端に形成され、束ねられた負極箔露出部が互いに接続されて負極集電板が接続される負極集電板接続部と、
前記捲回軸方向に水平な一対の扁平面と、
前記一対の扁平面における前記捲回軸方向と直交する方向の両端に形成された一対の捲回湾曲部と、を有し、
充電時において、前記扁平な捲回電極群の前記一対の扁平面の中央領域が前記電池缶の内表面に接触し、かつ、前記中央領域よりも外側の前記一対の扁平面の周辺領域において前記電池缶との間に隙間が生じるものであって、
前記一対の第1板状部材は、前記一対の扁平面の前記中央領域を除いた前記周辺領域のうち前記中央領域と前記正極集電板接続部との間の前記周辺領域と、前記電池缶と、の間における前記隙間をそれぞれ埋めるように、前記一対の扁平面と対向してそれぞれ配置されており、
前記一対の第2板状部材は、前記一対の扁平面の前記中央領域を除いた前記周辺領域のうち前記中央領域と前記負極集電板接続部との間の前記周辺領域と、前記電池缶と、の間における前記隙間をそれぞれ埋めるように、前記一対の扁平面と対向してそれぞれ配置されていることを特徴とする二次電池。 A flat wound electrode group obtained by winding a positive electrode having a positive electrode mixture layer formed on the positive electrode foil, a separator, and a negative electrode having a negative electrode mixture layer formed on the negative electrode foil;
A conductive Ikekan you accommodating an electrode group wound above,
A pair of first plate-like members and a pair of second plate-like members respectively disposed between the flat wound electrode group and the battery can,
The wound electrode group includes:
A positive electrode current collector plate connection part formed at one end in the winding axis direction and connected to the positive electrode foil exposed parts bundled together and connected to the positive electrode current collector plate;
A negative electrode current collector plate connection part formed on the other end in the winding axis direction, the bundled negative electrode foil exposed parts being connected to each other and connected to the negative electrode current collector plate;
A pair of flat surfaces horizontal in the winding axis direction;
A pair of wound curved portions formed at both ends of the pair of flat planes in a direction orthogonal to the winding axis direction;
Wherein at the time of charge, in contact with the inner surface of the central region the battery can of the pair of flat surfaces of the flat wound electrode group, and, in the peripheral region of the pair of flat surfaces of the outside than the central region There is a gap between the battery can and
The pair of first plate-shaped members includes the peripheral region between the central region and the positive current collector connecting portion of the peripheral region excluding the central region of the pair of flat surfaces, and the battery can When, the clearance so that filling each between, are arranged to face the pair of flat surfaces,
The pair of second plate-shaped members include the peripheral region between the central region and the negative electrode current collector connecting portion of the peripheral region excluding the central region of the pair of flat surfaces, and the battery can And the pair of flat surfaces so as to respectively fill the gaps between them.
前記一対の扁平面の前記中央領域を除いた前記周辺領域のうち前記中央領域と前記一対の捲回湾曲部の一方との間の前記周辺領域と、前記電池缶と、の間における前記隙間をそれぞれ埋めるように、前記一対の扁平面と対向してそれぞれ配置された一対の第3板状部材と、
前記一対の扁平面の前記中央領域を除いた前記周辺領域のうち前記中央領域と前記一対の捲回湾曲部の他方との間の前記周辺領域と、前記電池缶と、の間における前記隙間をそれぞれ埋めるように、前記一対の扁平面と対向してそれぞれ配置された一対の第4板状部材と、をさらに備えたことを特徴とする二次電池。 The secondary battery according to claim 1,
The gap between the peripheral region between the central region and one of the pair of wound curved portions among the peripheral regions excluding the central region of the pair of flat surfaces, and the battery can. A pair of third plate-like members respectively disposed to face the pair of flat surfaces so as to be buried,
The gap between the battery can and the peripheral region between the central region and the other of the pair of wound curved portions among the peripheral regions excluding the central region of the pair of flat surfaces. A secondary battery, further comprising: a pair of fourth plate-like members respectively disposed to face the pair of flat surfaces so as to be buried.
前記第1板状部材は、前記正極集電板接続部と前記中央領域との間の前記周辺領域に対向配置され、前記中央領域から前記正極集電板接続部側にかけて厚さが増加し、
前記第2板状部材は、前記負極集電板接続部と前記中央領域との間の前記周辺領域に対向配置され、前記中央領域から前記負極集電板接続部側にかけて厚さが増加し、
前記第3板状部材は、前記一方の捲回湾曲部と前記中央領域との間の前記周辺領域に対向配置され、前記中央領域から前記一方の捲回湾曲部側にかけて厚さが増加し、
前記第4板状部材は、前記他方の捲回湾曲部と前記中央領域との間の前記周辺領域に対向配置され、前記中央領域から前記他方の捲回湾曲部側にかけて厚さが増加するように、それぞれ構成されていることを特徴とする二次電池。 The secondary battery according to claim 2,
The first plate-like member is disposed opposite to the peripheral region between the positive current collector connection portion and the central region, and the thickness increases from the central region to the positive current collector connection portion side,
The second plate-like member is disposed opposite to the peripheral region between the negative electrode current collector plate connection portion and the central region, and the thickness increases from the central region to the negative electrode current collector plate connection portion side,
The third plate-like member is disposed to face the peripheral region between the one wound curved portion and the central region, and the thickness increases from the central region to the one wound curved portion side,
The fourth plate-like member is disposed opposite to the peripheral region between the other wound curved portion and the central region, and the thickness increases from the central region to the other wound curved portion side. Each of the secondary batteries is configured as follows.
前記第1、第2、第3および第4板状部材の外郭形状は台形状であって、台形上底側から台形下底側にかけて厚さが増加することを特徴とする二次電池。 The secondary battery according to claim 3,
An outer shape of the first, second , third, and fourth plate-like members is trapezoidal, and the thickness increases from the trapezoid upper bottom side to the trapezoid lower bottom side.
前記第1、第2、第3および第4板状部材の側面形状は三角形であることを特徴とする二次電池。The secondary battery according to claim 1, wherein a side shape of the first, second, third and fourth plate-like members is a triangle.
前記捲回電極群を囲むように該捲回電極群と前記電池缶との間に配置された絶縁シートを備え、
前記第1、第2、第3および第4板状部材のそれぞれは、前記捲回電極群と前記絶縁シートとの間に配置されることを特徴とする二次電池。 The secondary battery according to claim 4 or 5 ,
An insulating sheet disposed between the wound electrode group and the battery can so as to surround the wound electrode group;
Each of the first, second , third and fourth plate-like members is disposed between the wound electrode group and the insulating sheet.
前記第1、第2、第3および第4板状部材のそれぞれは、前記絶縁シートに貼り付けられていることを特徴とする二次電池。 The secondary battery according to claim 6 ,
Each of said 1st, 2nd , 3rd and 4th plate-shaped member is affixed on the said insulating sheet, The secondary battery characterized by the above-mentioned.
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