JP6563008B2 - Secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、捲回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 wound electrode group.
例えば、ハイブリッド電気自動車や純粋な電気自動車等の動力源として大容量(Wh)の二次電池が開発されており、特に、エネルギー密度(Wh/kg)の高い角形のリチウムイオン二次電池が注目されている。このような二次電池は、例えば、正極板と負極板とをセパレータを介在させて捲回した電極群を電解液とともに電池外装体に封入することによって構成されている(例えば、下記特許文献1を参照)。
For example, secondary batteries with large capacity (Wh) have been developed as power sources for hybrid electric vehicles and pure electric vehicles, and in particular, prismatic lithium ion secondary batteries with high energy density (Wh / kg) are of interest. Has been. Such a secondary battery is configured, for example, by enclosing an electrode group, in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound with a separator interposed therebetween, together with an electrolytic solution in a battery outer package (for example,
特許文献1には、非水二次電池が内部短絡する要因の一つとして、電極群を渦巻き状に捲回する際、電極板とセパレータの位置関係にズレが生じ、電極板が露出することが記載されている。また、特許文献1には、電極板とセパレータを重ねて巻芯に巻きつけることで渦巻き状に捲回した後、巻芯から抜く際、巻芯とセパレータの接触部分において摩擦が大きいために接触部のみが巻芯に残ること、そのため、その付近の電極板がセパレータで覆われなかったり、電極群の中心部分が捲回体からはみ出したりする現象が起こり、電極群として体を成さなくなること等が記載されている。
In
特許文献1は、前記課題を解決するための手段として、表面の摩擦係数の異なる正極板と負極板とを備え、前記正極板と前記負極板を両面で摩擦係数の異なるセパレータを介して捲回してなる電池用の電極群であって、前記セパレータの摩擦係数の大きい面を正極板と負極板のうち表面の摩擦係数の大きい方と接するように捲回して構成したことを特徴とする電池用電極群を開示している。特許文献1には、前記構成により、電極群の製作時のセパレータのズレによる電極板の露出を抑制し、偏平形状に成形する際の合剤層の脱落を抑制することで、電極群の内部短絡を抑制することが可能である、と記載されている。
特許文献1の図6及び図9を参照すると、特許文献1の電池用電極群は、最内周にセパレータのみが捲回された部分を有している。この部分には、正極板も負極板も存在しないため、セパレータの摩擦係数の大きい面と、正極板と負極板のうち表面の摩擦係数の大きい方との接触による摩擦力を得ることができない。したがって、特許文献1の電池用電極群は、例えば、巻芯から電極群を抜く際に、最内周のセパレータのみが捲回された部分においてセパレータのズレを防止することができない。
6 and 9 of
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、捲回電極群の最内周のセパレータのズレを防止することができる二次電池を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the secondary battery which can prevent the shift | offset | difference of the innermost separator of a winding electrode group.
前記目的を達成すべく、本発明の二次電池は、セパレータを介在させて電極を捲回した捲回電極群を備えた二次電池であって、前記電極の捲回方向における始端部よりも内周に捲回された前記セパレータの少なくとも一部を固定する固定部を備えることを特徴とする。 In order to achieve the object, the secondary battery of the present invention is a secondary battery including a wound electrode group in which an electrode is wound with a separator interposed therebetween, and is more than a starting end portion in the winding direction of the electrode. A fixing portion for fixing at least a part of the separator wound around the inner periphery is provided.
本発明の二次電池によれば、電極の捲回方向における始端部よりも内周に捲回されたセパレータの少なくとも一部を固定する固定部を備えることによって、捲回電極群のセパレータのズレを防止することができる。 According to the secondary battery of the present invention, the separator of the wound electrode group is displaced by including the fixing portion that fixes at least a part of the separator wound on the inner periphery from the start end in the winding direction of the electrode. Can be prevented.
以下、図面を参照して本発明の二次電池の実施の形態について説明する。 Embodiments of a secondary battery of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[実施形態1]
まず、本発明の二次電池の実施形態1について説明する。図1は、本発明の実施形態1に係る二次電池100の外観斜視図である。図2は、図1に示す二次電池100の分解斜視図である。[Embodiment 1]
First,
本実施形態の二次電池100は、例えば、ハイブリッド電気自動車や純粋な電気自動車等の動力源として用いられる大容量でエネルギー密度の高い角形のリチウムイオン二次電池である。詳細は後述するが、本実施形態の二次電池100は、捲回電極群30の負極電極32の捲回の始端部32Bよりも内周に捲回されたセパレータ33,34の少なくとも一部を固定する固定部50(図4参照)を備えることを最大の特徴としている。
The
本実施形態の二次電池100は、主に、偏平角形の電池容器10と、該電池容器10の外部に設けられた正極外部端子20A及び負極外部端子20Bと、該電池容器10に収容された捲回電極群30と、該捲回電極群30を正極外部端子20A及び負極外部端子20Bに接続する正極集電板40A及び負極集電板40Bとを有している。正極外部端子20A及び負極外部端子20B、捲回電極群30、並びに正極集電板40A及び負極集電板40Bは、ガスケット1、絶縁板2、及び絶縁保護フィルム3によって、電池容器10に対して電気的に絶縁されている。
The
電池容器10、正極外部端子20A及び正極集電板40Aは、例えば、アルミニウム合金によって製作することができる。また、負極外部端子20B及び負極集電板40Bは、例えば、銅合金によって製作することができる。また、ガスケット1及び絶縁板2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料によって製作することができる。絶縁保護フィルム3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によって製作することができる。
The
本実施形態の二次電池100は、正極側と負極側、例えば、正極外部端子20Aと負極外部端子20B、及び、正極集電板40Aと負極集電板40Bが、二次電池100の幅方向Wにおける中心線に概ね対照な構成を有している。したがって、以下では、正極側と負極側において共通する構成については、正極外部端子20A及び負極外部端子20Bを一括して外部端子20と表記し、正極集電板40A及び負極集電板40Bを一括して集電板40と表記して説明する。
In the
電池容器10は、上部に開口部11aを有する偏平な有底角筒状の電池缶11と、該電池缶11の開口部11aを封止する矩形平板状の電池蓋12とを有している。電池缶11は、概ね長方形の底面11bと、該底面11bから垂直に立ち上がる概ね矩形の広側面11c及び狭側面11dを有し、上部が開放されて概ね長方形の開口部11aを有している。電池缶11は、内部に捲回電極群30を収容した状態で、電池蓋12が開口部11aを塞ぐように溶接されて封止される。
The
電池蓋12は、二次電池100の幅方向Wを長手方向とする概ね長方形の上面12aを有している。電池蓋12の上面12aの長手方向の一端と他端には、正極外部端子20Aと負極外部端子20Bが設けられている。電池蓋12は、上面12aの長手方向の一端と他端に、それぞれ外部端子20の柱状の接続部22を挿通させる貫通孔12bを有し、ガスケット1及び絶縁板2によって外部端子20及び集電板40に対して電気的に絶縁されている。
The
電池蓋12の長手方向の中間部には、ガス排出弁13と注液口14が設けられている。ガス排出弁13は、例えば、電池蓋12を薄肉化することによって電池蓋12と一体的に設けられ、電池容器10の内部圧力が所定の値を超えて上昇したときに開裂してガスを排出し、電池容器10の内部圧力を低下させて二次電池100の安全性を確保する。注液口14は、電池容器10内に電解液を注入するのに用いられ、電解液の注入後に、注液栓15が、例えばレーザ溶接によって溶接されて封止される。電池容器10内に注入する電解液としては、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。A
外部端子20は、バスバー等に溶接接合される溶接接合部21と、集電板40に接続される接続部22とを有している。溶接接合部21は、電池蓋12の外側に配置される直方体のブロック形状を有し、下面が電池蓋12の上面に対向し、上面が所定高さ位置で電池蓋12の上面と平行になる構成を有している。接続部22は、溶接接合部21の下面から電池蓋12を貫通する方向に突出し、電池蓋12の円形の貫通孔12bに挿通可能な円柱形状を有している。
The
集電板40は、電池蓋12の下面に対向して配置される矩形板状の基部41と、基部41の側端で折曲されて電池缶11の広側面11cに沿って底面に向かう方向に延びる接続端部42を有している。集電板40の基部41は、外部端子20の接続部22を挿通させる貫通孔43を有している。集電板40の接続端部42は、捲回電極群30の捲回軸方向の両端部の箔露出部31c,32cに対向して重ね合わされた状態で例えば超音波圧接や抵抗溶接等によって箔露出部31c,32cに接合され、捲回電極群30を構成する正極電極31、負極電極32(図3参照)と電気的に接続される。
The
外部端子20の接続部22は、ガスケット1の貫通孔1a、電池蓋12の貫通孔12b、絶縁板2の貫通孔2a、及び集電板40の基部41の貫通孔43に順次挿通され、集電板40の基部41の下面すなわち電池蓋12と反対側の面に突出した先端が拡径するようにかしめられる。これにより、外部端子20及び集電板40がガスケット1及び絶縁板2を介して電池蓋12に一体に固定され、捲回電極群30が集電板40及び絶縁板2を介して電池蓋12に固定される。また、外部端子20が集電板40を介して捲回電極群30を構成する正極電極31、負極電極32(図3参照)と電気的に接続される。
The
捲回電極群30は、集電板40及び絶縁板2を介して電池蓋12に固定された状態で絶縁保護フィルム3によって覆われ、電池缶11の開口部11aから電池缶11内に挿入され、電池蓋12の全周が電池缶11の開口部11aの全周に亘って、例えばレーザ溶接によって接合されて、電池容器10内に封入される。その後、電池蓋12の注液口14を介して電池容器10内に電解液を注入し、注液口14に注液栓15を、例えばレーザ溶接によって接合し、電池容器10を密閉する。
The
図3は、図2に示す二次電池100の捲回電極群30の分解斜視図である。図4は、図3に示すIV-IV線に沿う捲回電極群30の最内周部分の拡大断面図である。図5は、図4に示す捲回電極群30が巻芯60に捲回された状態を示す拡大断面図である。図6は、図2に示すVI-VI線に沿う捲回電極群30の拡大断面図である。なお、図4及び図6は、図5に示す巻芯60が抜き取られた状態を示している。
FIG. 3 is an exploded perspective view of the
捲回電極群30は、最内周に捲回されたセパレータ33,34の周りに、該セパレータ33,34を介在させて正極電極31及び負極電極32を捲回することによって構成される。セパレータ33,34は、正極電極31と負極電極32との間を絶縁する役割を有している。
The
図4から図6に示すように、セパレータ33,34は、正極電極31及び負極電極32よりも先に巻芯60の周りに捲回され、捲回電極群30の最内周にセパレータ33,34が一周以上に亘って捲回される。したがって、本実施形態の二次電池100において、捲回電極群30の最内周に捲回されたセパレータ33,34とは、広義には、最内周の負極電極32の捲回方向Rの始端部32Bよりも内周側に捲回されたセパレータ33,34を意味する。本実施形態では、この広義の最内周のセパレータ33,34を、セパレータ33,34の先捲部35という。
As shown in FIGS. 4 to 6, the
セパレータ33,34の先捲部35のうち、巻芯60の周りに捲回される際に、巻芯60の外表面に対向する最も内側のセパレータ33の始端部33Bから捲回方向Rに一周するまでの部分が、狭義の最内周に捲回されたセパレータ33である。この狭義の最内周に捲回されたセパレータ33を、セパレータ33の最内周部33Aという。セパレータ33の最内周部33Aは、捲回電極群30から巻芯60が抜き取られた後は、捲回電極群30の中心部に形成される中空部30cに面している。
Of the
前記したように、本実施形態の二次電池100は、捲回電極群30の負極電極32の捲回方向Rにおける始端部32Bよりも内周に捲回されたセパレータ33,34の少なくとも一部を固定する固定部50を備えることを最大の特徴としている。また、本実施形態の二次電池100において、固定部50は、セパレータ33の最内周部33Aをその外周側のセパレータ34に固定し、さらにそのセパレータ34をその外周側の負極電極32又はセパレータ33に固定している。すなわち、固定部50は、セパレータ33,34の先捲部35において、内周側のセパレータ33を外周側のセパレータ34に固定している。また、固定部50は、負極電極32に固定され、セパレータ33,34の先捲部35を負極電極32に固定している。
As described above, the
固定部50の材質は、セパレータ33,34を正極電極31及び負極電極32の少なくとも一方に固定できるものであれば特に限定されないが、例えば、粘着剤、接着剤、又は、正極電極31及び負極電極32に用いられる結着材と同様の材料を用いることができる。粘着剤としては、特に、アクリル系粘着剤が好ましい。これらの材料を、例えば、セパレータ33,34の表裏面の少なくとも一方に塗布又は配置した状態で、セパレータ33,34を捲回することで、固定部50を形成することができる。また、セパレータ33,34の少なくとも一部を溶融及び固化させた熱溶着部を固定部50としてもよい。
The material of the fixing
本実施形態の二次電池100において、固定部50は、セパレータ33の最内周部33Aを含むセパレータ33,34の先捲部35において、セパレータ33,34間に設けられ、セパレータ33,34を相互に固定している。また、固定部50は、セパレータ33,34の先捲部35のうち、最も外側に捲回されたセパレータ34と負極電極32との間に設けられ、セパレータ33の最内周部33Aを含むセパレータ33,34の先捲部35を負極電極32に固定している。
In the
すなわち、本実施形態の二次電池100は、捲回電極群30のセパレータ33の最内周部33Aが、複数の固定部50と先捲部35のセパレータ33,34とを介して、負極電極32の最内周部32Aに固定されている。ここで、負極電極32の最内周部32Aとは、負極電極32の捲回の始端部32Bから捲回方向Rに巻芯60又は中空部30cを一周するまでの部分を意味する。より詳細には、固定部50は、負極電極32の最内周部32Aの負極合剤層32bに対してセパレータ33,34の先捲部35を固定している。また、複数の固定部50は、セパレータ33,34の積層方向、すなわちセパレータ33,34の厚さ方向に互いに重なる位置に設けられている。
That is, in the
また、本実施形態の二次電池100において、固定部50は、図6に示すように、捲回電極群30の平坦部30aに設けられ、湾曲部30bには設けられていない。また、本実施形態の二次電池100において、固定部50は、図4及び図5に示すように、セパレータ33,34の捲回方向Rに直交するセパレータ33,34の幅方向Wにおいて、幅方向Wの端部を含む幅方向Wの全幅に亘って設けられている。
Further, in the
さらに、セパレータ33,34の先捲部35の外側に負極電極32の始端部32Bが配置され、負極電極32の内側のセパレータ34と、負極電極32の外側のセパレータ33との間に挟み込まれる。負極電極32は、その内側のセパレータ34及びその外側のセパレータ33とともに、図5に示す巻芯60の周りに一周以上に亘って捲回される。
Further, the
本実施形態の二次電池100では、図6に示すように、捲回電極群30の平坦部30aに位置する負極電極32の始端部32Bを含む部分に、セパレータ33,34の先捲部35の最外周のセパレータ34が固定部50を介して固定されている。また、固定部50は、負極電極32の始端部32Bを含む部分とセパレータ33,34の厚さ方向に重なる先捲部35のセパレータ33,34間に設けられている。これにより、捲回電極群30の平坦部30aにおいて、セパレータ33の最内周部33Aが、負極電極32の始端部32Bを含む部分に、複数の固定部50と先捲部35のセパレータ33,34とを介して固定されている。
In the
さらに、一周以上に亘って捲回された負極電極32の外側のセパレータ33,34との間に、図5に示すように、正極電極31の始端部31Bが挟み込まれる。そして、正極電極31及び負極電極32は、セパレータ33,34を介在させて、巻芯60の周りに複数周に亘って捲回される。捲回電極群30の最外周部分では、正極電極31の外側にセパレータ34を介して負極電極32が一周以上に亘って捲回され、さらにその外側にセパレータ33,34が一周以上に亘って捲回される。セパレータ33,34の終端部は、粘着テープによって捲回電極群30の最外周のセパレータ34に固定される。
Furthermore, as shown in FIG. 5, the starting
セパレータ33,34は、基材36と、基材36の少なくとも一方の面に設けられた耐熱層37と、を備えている。基材36は、例えば、電解液を通すことが可能な多孔質フィルムによって構成されている。多孔質フィルムとしては、例えば、ポリオレフィン系の樹脂材料からなる多孔質フィルムを用いることができる。多孔質フィルムの樹脂材料としては、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)等を用いることができる。
また、多孔質フィルムは、単層多孔質フィルムであってもよく、同一または異種材料からなる複数の多孔質フィルムが積層された積層多孔質フィルムであってもよい。The
The porous film may be a single-layer porous film or a laminated porous film in which a plurality of porous films made of the same or different materials are laminated.
耐熱層37は、微粒子からなるフィラーと、無機又は有機酸化物からなるバインダとによって構成されている。耐熱層37は、例えば、フィラーおよびバインダを混合した樹脂溶液を多孔質フィルム等の基材36の少なくとも一方の面に塗布し、溶剤を気化させることによって製作することができる。フィラーとしては、例えば、アルミナ(Al2O3)、シ
リカ(SiO2)等の微粒子を用いることができ、耐熱性および絶縁性を有していることが好ましい。また、フィラーは、窒化アルミニウム等の無機窒化物や、ベーマイト(アルミナ水和物)等の微粒子でも良く、耐熱性及び絶縁性を有する微粒子であれば特に制限はない。無機又は有機酸化物を含むバインダとしては、例えば、アクリル系、ポリオレフィン系、フッ素樹脂系、SBR系の樹脂材料等を用いることができる。The heat-
正極電極31は、正極集電体である正極箔31aと、正極箔31aの両面に塗布された正極活物質合剤からなる正極合剤層31bとを有している。正極電極31の幅方向Wの一側は、正極合剤層31bが形成されず、正極箔31aが露出した箔露出部31cとされている。正極電極31は、箔露出部31cが負極電極32の箔露出部32cと巻芯60の軸方向すなわち捲回軸方向の反対側に配置されて巻芯60の周りに捲回される。
The
正極電極31は、例えば、正極活物質に導電材、結着剤及び分散溶媒を添加して混練した正極活物質合剤を、正極箔31aの両面に幅方向Wの一側を除いて塗布し、乾燥、プレス、裁断することによって製作することができる。正極箔31aとしては、例えば、厚さ約20μmのアルミニウム箔を用いることができる。正極箔31aの厚みを含まない正極合剤層31bの厚さは、例えば、約90μmである。
The
正極活物質合剤の材料としては、例えば、正極活物質として100重量部のマンガン酸リチウム(化学式LiMn2O4)を、導電材として10重量部の鱗片状黒鉛を、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、分散溶媒としてN−メチルピロリドン(以下、NMPという。)を、それぞれ用いることができる。正極活物質は、前記したマンガン酸リチウムに限定されず、例えば、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウム、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を用いてもよい。また、正極活物質として、層状結晶構造を有するコバルト酸リチウムやチタン酸リチウム、及びこれらの一部を金属元素で置換又はドープしたリチウム−金属複合酸化物を用いてもよい。As a material of the positive electrode active material mixture, for example, 100 parts by weight of lithium manganate (chemical formula LiMn 2 O 4 ) is used as the positive electrode active material, 10 parts by weight of flaky graphite as the conductive material, and 10% by weight as the binder. Part of polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as PVDF) and N-methylpyrrolidone (hereinafter referred to as NMP) can be used as a dispersion solvent. The positive electrode active material is not limited to the above-described lithium manganate. For example, another lithium manganate having a spinel crystal structure, or a lithium manganese composite oxide partially substituted or doped with a metal element may be used. Further, as the positive electrode active material, lithium cobaltate or lithium titanate having a layered crystal structure, and a lithium-metal composite oxide obtained by substituting or doping a part thereof with a metal element may be used.
負極電極32は、負極集電体である負極箔32aと、負極箔32aの両面に塗布された負極活物質合剤からなる負極合剤層32bとを有している。負極電極32の幅方向Wの一側は、負極合剤層32bが形成されず、負極箔32aが露出した箔露出部32cとされている。負極電極32は、その箔露出部32cが正極電極31の箔露出部31cと巻芯60の軸方向すなわち捲回軸方向の反対側に配置されて、巻芯60の周りに捲回される。
The
負極電極32は、例えば、負極活物質に結着剤及び分散溶媒を添加して混練した負極活物質合剤を、幅方向Wの一側を除く負極箔32aの両面に塗布し、乾燥、プレス、裁断することによって製作することができる。負極箔32aとしては、例えば、厚さ約10μmの銅箔を用いることができる。負極箔32aの厚みを含まない負極合剤層32bの厚さは、例えば、約70μmである。
The
負極活物質合剤の材料としては、例えば、負極活物質として100重量部の非晶質炭素粉末を、結着剤として10重量部のPVDFを、分散溶媒としてNMPをそれぞれ用いることができる。負極活物質は、前記した非晶質炭素に限定されず、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)、又はそれらの複合材料を用いてもよい。
負極活物質の粒子形状についても特に限定されず、鱗片状、球状、繊維状又は塊状等の粒子形状を適宜選択することができる。As a material for the negative electrode active material mixture, for example, 100 parts by weight of amorphous carbon powder as the negative electrode active material, 10 parts by weight of PVDF as the binder, and NMP as the dispersion solvent can be used. The negative electrode active material is not limited to the above-mentioned amorphous carbon, and natural graphite capable of inserting and removing lithium ions, various artificial graphite materials, carbonaceous materials such as coke, and compounds such as Si and Sn (for example, , SiO, TiSi 2 or the like), or a composite material thereof.
The particle shape of the negative electrode active material is not particularly limited, and a particle shape such as a scale shape, a spherical shape, a fiber shape, or a lump shape can be appropriately selected.
なお、前記した正極合剤層31b及び負極合剤層32bに用いる結着材は、PVDFに限定されない。前記した結着材として、例えば、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及びこれらの混合体などを用いてもよい。
The binder used for the positive
捲回電極群30の巻芯60の軸方向すなわち捲回軸方向において、負極電極32の負極合剤層32bの幅は、正極電極31の正極合剤層31bの幅よりも広くなっている。また、捲回電極群30の最内周と最外周には負極電極32が捲回されている。これにより、正極電極31の始端部から終端部まで、正極合剤層31bが負極合剤層32bの間に挟まれている。
In the axial direction of the winding core 60 of the
前述のように、捲回電極群30は、偏平形状の巻芯60の周りにセパレータ33,34を介在させて正極電極31及び負極電極32を捲回することによって製作される。これにより、捲回電極群30は、正極電極31及び負極電極32が平坦に積層された平坦部30aと、平坦部30aの両側で正極電極31及び負極電極32が湾曲して積層された湾曲部30bとを有する偏平形状に成形される。すなわち、捲回電極群30は、捲回軸方向から見て、平坦な平坦部30aの両端に一対の半円形状の湾曲部30bが形成されている。
As described above, the
正極電極31及び負極電極32の箔露出部31c,32cはそれぞれ捲回電極群30の平坦部30aで束ねられ、例えば超音波圧接、抵抗溶接等によって、集電板40の接続端部42に接合される。これにより、正極外部端子20A及び負極外部端子20Bが、それぞれ正極集電板40A及び負極集電板40Bを介して、捲回電極群30を構成する正極電極31及び負極電極32とそれぞれ電気的に接続される。これにより、捲回電極群30は、一方の湾曲部30bが電池蓋12に対向して配置され、捲回軸方向が二次電池100の幅方向Wに沿うように電池缶11内に挿入され、他方の湾曲部30bが電池缶11の底面11bに対向して配置される。
The foil exposed
なお、捲回電極群30の捲回軸方向において、セパレータ33,34の幅は負極合剤層32bの幅よりも広いが、正極電極31及び負極電極32の箔露出部31c,32cは、それぞれセパレータ33,34の幅方向W端部よりも幅方向W外側に突出している。したがって、セパレータ33,34は、箔露出部31c,32cを束ねて溶接する際の支障にはならない。
In addition, in the winding axis direction of the
このような構成を有する二次電池100は、例えば、外部端子20の溶接接合部21の上面にバスバーが溶接され、複数の二次電池100を直列に接続した組電池として用いられる。二次電池100は、例えば、発電機等の電力供給源から供給された電力を、外部端子20及び集電板40を介して捲回電極群30に蓄積することで充電される。また、二次電池100は、捲回電極群30に蓄積した電力を、集電板40及び外部端子20を介して、例えば、モーター等の電力を消費する装置に供給する。
The
以下、本実施形態の二次電池100の作用について説明する。
Hereinafter, the operation of the
本実施形態の二次電池100は、前述のように、最内周に捲回されたセパレータ33,34の周りに該セパレータ33,34を介在させて正極電極31及び負極電極32を捲回した捲回電極群30を備えている。この捲回電極群30の製作時に、図5に示すように、セパレータ33,34、正極電極31及び負極電極32は、巻芯60の周りに捲回され、捲回終了後に、巻芯60は捲回電極群30から抜き取られる。
In the
前記特許文献1に記載された従来の電池用電極群では、最内周のセパレータのみが捲回された部分に、正極板も負極板も存在せず、正極板又は負極板との接触による摩擦力を得ることができない。また、電極群の最内周のセパレータのみが捲回された部分は、固定されておらず、始端部が自由端になっている。そのため、前記従来の電池用電極群は、巻芯を抜く際に、最内周のセパレータのみが捲回された部分においてセパレータにズレが生じ、内部短絡する要因になったり、電極群としての体を成さなくなったりする虞がある。
In the conventional battery electrode group described in
これに対し、本実施形態の二次電池100は、負極電極32の捲回方向Rにおける始端部32Bよりも内周に捲回されたセパレータ33,34の少なくとも一部固定する固定部50を備えている。そのため、本実施形態の二次電池100は、捲回電極群30から巻芯60を抜き取る際に、セパレータ33の最内周部33Aと巻芯60との間に摩擦力が生じた場合でも、固定部50によって負極電極32の始端部32Bよりも内周に捲回されたセパレータ33,34のズレを防止できる。
On the other hand, the
また、本実施形態の二次電池100は、セパレータ33,34の先捲部35において、固定部50が、内周側のセパレータ33を外周側のセパレータ34に固定している。これにより、固定部50によって負極電極32の始端部32Bよりも内周に捲回されたセパレータ33,34のズレを防止でき、セパレータ33の最内周部33Aのズレを防止することができる。また、本実施形態の二次電池100は、固定部50が負極電極32に固定されている。このように、セパレータ33,34と比較して剛性の高い負極電極32に対してセパレータ33,34を固定する固定部50を有することで、負極電極32の剛性によってセパレータ33,34のズレを防止できる。
Further, in the
特に、捲回電極群30の最内周に捲回されたセパレータ33,34の先捲部35のうち、巻芯60に面するセパレータ33の最内周部33Aは、巻芯60を抜き取る際に巻芯60に接して摩擦力を受ける可能性のある摩擦領域RAとなる。このような摩擦領域RAを有し、巻芯60を抜き取る際に最もズレやすいセパレータ33の最内周部33Aの少なくとも一部を、固定部50及びセパレータ33,34を介して負極電極32に対して固定することで、セパレータ33の最内周部33Aのズレを効果的に防止することができる。
In particular, among the leading
さらに、本実施形態の二次電池100は、固定部50が、図6に示すように、最内周に捲回されたセパレータ33,34の先捲部35の捲回方向Rにおける始端部33B,34Bに設けられている。セパレータ33,34の始端部33B,34Bは、特にずれが生じやすいことから、セパレータ33,34の始端部33B,34Bに固定部50を設けることによって、より効果的にセパレータ33,34のズレを防止することができる。特に、セパレータ33の最内周部33Aの始端部33Bを、固定部50及びセパレータ33,34を介して負極電極32に固定することで、より確実にセパレータ33,34のズレを防止することができる。なお、固定部50が固定される負極電極32の最内周部32Aは、正極電極31と対向していない不活領域であることから、固定部50による電池特性などへの影響はない。
Furthermore, in the
また、本実施形態の二次電池100において、捲回電極群30は、平坦部30aと湾曲部30bとを有する偏平形状に成形され、固定部50は、平坦部30aに設けられている。巻芯60の周りに偏平形状に捲回された捲回電極群30は、捲回が終了して巻芯60が抜き取られた後、プレスされてより偏平な形状に成形され、捲回電極群30の大部分が平坦部30aとなる。このように、捲回電極群30の大部分を占める平坦部30aに固定部50を設けることで、最内周のセパレータ33,34を負極電極32に対して固定する面積を十分に確保することができ、セパレータ33,34のズレをより確実に防止することができる。
In the
また、本実施形態の二次電池100において、固定部50は、セパレータ33,34の幅方向Wの全幅に亘って設けられる。これにより、最内周のセパレータ33,34を負極電極32に対して固定する面積を十分に確保することができ、セパレータ33,34のズレをより確実に防止することができる。
In the
また、固定部50が、セパレータ33,34を溶融及び固化させた熱溶着部である場合には、新たな部材を追加することなく、セパレータ33,34の一部を固定部50にすることができる。また、固定部50が、粘着剤である場合には、固定部50を加熱したり乾燥させたりする必要がなく、二次電池100の製造に要する時間を短縮し、生産性を向上させることが可能になる。また、固定部50が、接着剤である場合には、セパレータ33,34を負極電極32に対して粘着剤よりも強固に固定することが可能になる。
Moreover, when the fixing | fixed
以上説明したように、本実施形態の二次電池100によれば、捲回電極群30の最内周に捲回されたセパレータ33,34の少なくとも一部を正極電極31及び負極電極32の少なくとも一方に固定する固定部50を備えることによって、捲回電極群30の最内周のセパレータ33,34のズレを防止することができる。したがって、本実施形態の二次電池100によれば、従来よりも二次電池100の生産性及び歩留りを向上させ、内部短絡をより確実に防止することができる。
As described above, according to the
以下、本実施形態の二次電池100の固定部50の変形例1から変形例3について、図7から図9を用いて説明する。
Hereinafter,
(変形例1)
図7は、本実施形態の二次電池100の固定部50の変形例1を示す図6に相当する拡大断面図である。本変形例において、固定部50は、セパレータ33,34の先捲部35のうち、セパレータ33,34の厚さ方向において、セパレータ33,34の始端部33B,34B、及び、該始端部33B,34Bと重なる領域に設けられている。なお、セパレータ33,34の先捲部35の最も外側の負極電極32に隣接するセパレータ34の表裏面に設けられた固定部50の捲回方向Rの幅WR2は、セパレータ33,34の始端部33B,34Bに設けられた固定部50の捲回方向Rの幅WR1よりも広くなっている。(Modification 1)
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view corresponding to FIG. 6
前述のように、捲回電極群30の最内周のセパレータ33,34の始端部33B,34Bが自由端になると、最内周のセパレータ33,34がズレやすくなる。したがって、セパレータ33,34の始端部33B,34Bを、固定部50及びセパレータ33,34を介して負極電極32に固定することで、捲回電極群30の最内周のセパレータ33,34のズレを防止することができる。
As described above, when the
(変形例2)
図8は、本実施形態の二次電池100の固定部50の変形例2を示す図6に相当する拡大断面図である。本変形例において、固定部50は、セパレータ33,34の始端部33B,34Bからセパレータ33,34の捲回方向Rに一周以上に亘って設けられている。これにより、最内周のセパレータ33,34を負極電極32に対して固定する面積をより拡大することができ、セパレータ33,34の始端部33B,34Bから捲回方向Rの一周以上に亘って、セパレータ33,34のズレをより確実に防止することができる。また、本変形例において、固定部50は、捲回電極群30の湾曲部30bに設けられている。これにより、捲回電極群30の平坦部30aと比較して締め付けの強い湾曲部30bのセパレータ33,34のズレを確実に防止することができる。(Modification 2)
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view corresponding to FIG. 6 and showing a second modification of the fixing
(変形例3)
図9は、本実施形態の二次電池100の固定部50の変形例3を示す図4に相当する拡大断面図である。本変形例において、固定部50は、セパレータ33,34の捲回方向Rに直交するセパレータ33,34の幅方向Wの一部に設けられている。より具体的には、固定部50は、セパレータ33,34の幅方向Wの端部に設けられている。(Modification 3)
FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view corresponding to FIG. 4
このように、固定部50をセパレータ33,34の幅方向Wの一部に設けることで、セパレータ33,34よりも剛性の高い負極電極32によって、セパレータ33,34の幅方向Wのズレが防止される。したがって、巻芯60を抜き取る方向によらずセパレータ33,34の幅方向Wのズレを防止することができる。また、固定部50をセパレータ33,34の幅方向Wの全幅に亘って設ける場合と比較して、固定部50の材料の使用量を削減することができ、コスト的に有利である。固定部50は、セパレータ33,34の幅方向Wの端部に設けることで、固定部50をセパレータ33,34の幅方向Wの中央部に設ける場合と比較して、固定部50の形成を容易にすることができる。
Thus, by providing the fixing
以上の固定部50の変形例1から変形例3は、前述の実施形態1の二次電池100に適宜組み合わせて適用することができる。
[実施形態2]
次に、本発明の二次電池の実施形態2について、図1から図3を援用し、図10を用いて説明する。図10は、本発明の実施形態2に係る二次電池の図4に相当する捲回電極群30の拡大断面図である。[Embodiment 2]
Next,
本実施形態の二次電池は、固定部が粘着テープ50Aである点で、前述の実施形態1で説明した二次電池100と異なっている。本実施形態の二次電池のその他の点は、前述の実施形態1の二次電池100と同一であるため、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
The secondary battery of the present embodiment is different from the
粘着テープ50Aは、一端がセパレータ33の最内周部33Aの巻芯60に対向する基材36側の表面に貼付され、他端がセパレータ33,34の先捲部35の外側に捲回された負極電極32の最内周部32Aの箔露出部32cに貼付されている。これにより、粘着テープ50Aは、捲回電極群30の最内周に捲回されたセパレータ33,34の少なくとも一部、より詳細には、セパレータ33の最内周部33Aの少なくとも一部を、負極電極32に固定している。
One end of the
粘着テープ50Aによって捲回電極群30の最内周に捲回されたセパレータ33,34を負極電極32に固定するには、まず、粘着テープ50Aをセパレータ33の最内周部33Aの幅方向Wの端部から突出させた状態で、粘着テープ50Aの一端をセパレータ33の最内周部33Aの巻芯60に対向する面に貼付する。この状態で、前述の実施形態1と同様に、最内周に捲回されたセパレータ33,34の周りに、該セパレータ33,34を介在させて正極電極31及び負極電極32を捲回する。これにより、セパレータ33の最内周部33Aの幅方向Wの端部から突出した粘着テープ50Aの他端が、負極電極32の箔露出部32cに貼付される。
In order to fix the
本実施形態の二次電池によれば、前述の実施形態1の二次電池と同様に、セパレータ33,34よりも剛性の高い負極電極32にセパレータ33の最内周部33Aを固定することで、前述の実施形態1の二次電池100と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の二次電池によれば、捲回電極群30の最内周に捲回されたセパレータ33,34の少なくとも一部を正極電極31及び負極電極32の少なくとも一方に固定する粘着テープ50Aを備えることによって、捲回電極群30の最内周のセパレータ33,34のズレを防止することができる。
According to the secondary battery of the present embodiment, the innermost
また、粘着テープ50Aは、セパレータ33,34の幅方向Wの端部に設けられている。したがって、巻芯60を抜き取る方向によらずセパレータ33,34の幅方向Wのズレを防止することができる。また、粘着テープ50Aを用いることで、粘着テープ50Aを貼り付けるだけで負極電極32に対してセパレータ33,34を固定することができ、二次電池の製造を容易にすることができる。
The
また、捲回電極群30の捲回の捲き終わりに位置するセパレータ33,34の終端部と最外周のセパレータ34を固定する粘着テープと同様の粘着テープ50Aを固定部として流用することが可能となり、二次電池100の材料の共通化の観点からも有益である。なお、粘着テープ50Aは、捲回電極群30の平坦部30aの少なくとも一部に貼付することが好ましく、負極電極32の箔露出部32cの集電板40が接合されない領域に貼付することがより好ましい。
Further, the
以下、本実施形態の二次電池の固定部である粘着テープ50Aの変形例1及び変形例2について、図11及び図12を用いて説明する。
Hereinafter,
(変形例1)
図11は、本実施形態の二次電池の固定部である粘着テープ50Aの変形例1を示す図10に相当する拡大断面図である。本変形例において、粘着テープ50Aは、一端がセパレータ33の最内周部33Aの巻芯60に対向する基材36側の表面に貼付され、負極電極32の最内周部32Aの外側に捲回された正極電極31の箔露出部31cに貼付されている。これにより、粘着テープ50Aは、捲回電極群30の最内周に捲回されたセパレータ33,34の少なくとも一部、より詳細には、セパレータ33の最内周部33Aの少なくとも一部を、正極電極31に固定している。(Modification 1)
FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view corresponding to FIG. 10
粘着テープ50Aを正極電極31に貼付する方法は、前述の負極電極32に貼付する場合と同様であるが、粘着テープ50Aの長さをやや長くする必要がある。また、捲回電極群30から巻芯60を抜き取る方向が捲回軸方向の何れの方向になっても、巻芯60を抜き取る方向の端部又はその反対方向の端部に正極電極31の箔露出部31c又は負極電極32の箔露出部32cの何れかが存在する。したがって、捲回電極群30を捲回する捲回機の構造上、粘着テープ50Aの貼付機構を設けやすい捲回電極群30の捲回軸方向の端部において、粘着テープ50Aによる固定部を形成することができる。
The method of applying the
(変形例2)
図12は、本実施形態の二次電池の固定部である粘着テープ50Aの変形例2を示す図10に相当する拡大断面図である。なお、図12においては、図10に示す捲回電極群30の中空部30cの下方側の部分に対応する部分のみを拡大して示している。本変形例において、捲回電極群30は、最外周にセパレータ33,34が複数周に亘って捲回された後捲部38を有している。(Modification 2)
FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view corresponding to FIG. 10, illustrating a second modification of the
粘着テープ50Aは、一端がセパレータ33の最内周部33Aの巻芯60に対向する基材36側の表面に貼付され、他端がセパレータ33,34の後捲部38の内側に捲回された負極電極32の最外周部32Cの箔露出部32cに貼付されている。これにより、粘着テープ50Aは、捲回電極群30の最内周に捲回されたセパレータ33,34の少なくとも一部、より詳細には、セパレータ33の最内周部33Aの少なくとも一部を、負極電極32の最外周部32Cに固定している。
One end of the
粘着テープ50Aによって捲回電極群30の最内周に捲回されたセパレータ33,34を負極電極32の最外周部32Cに固定するには、まず、捲回電極群30の捲回終了後に、巻芯60の径を捲回電極群30の内径よりも縮小させる。そして、巻芯60と捲回電極群30の先捲部35のセパレータ33の最内周部33Aとの間に空間を形成し、セパレータ33の最内周部33Aと負極電極32の最外周部32Cの箔露出部32cとを、粘着テープ50Aを保持したクランプ機構によって挟持する。
In order to fix the
これにより、粘着テープ50Aは、一端がセパレータ33の最内周部33Aに貼付され、他端が負極電極32の最外周部32Cの箔露出部32cに貼付され、粘着テープ50Aによって捲回電極群30の最内周に捲回されたセパレータ33,34が負極電極32の最外周部32Cに固定される。なお、粘着テープ50Aは、捲回電極群30の平坦部30aの少なくとも一部に貼付することが好ましく、負極電極32の箔露出部32cの集電板40が接合されない領域に貼付することがより好ましい。
Thereby, one end of the
本変形例の粘着テープ50Aを備えた二次電池によれば、前述の実施形態2及びその変形例1の二次電池と同様の効果を得ることができる。また、本変形例の粘着テープ50Aを備えた二次電池によれば、二次電池の実使用環境化における捲回電極群30の正極電極31とセパレータ33,34との間への金属異物の混入を防ぐことが可能となり、短絡現象による電圧低下を抑制することができる。
According to the secondary battery including the
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.
30 捲回電極群
30a 平坦部
30b 湾曲部
31 正極電極(電極)
32 負極電極(電極)
33 セパレータ
33B 始端部
34 セパレータ
34B 始端部
50 固定部
50A 粘着テープ(固定部)
100 二次電池
R 捲回方向
W 幅方向30
32 Negative electrode (electrode)
33
100 Secondary battery R Winding direction W Width direction
Claims (13)
前記捲回電極群は、前記電極が平坦に積層された平坦部と、該平坦部の両側で前記電極が湾曲して積層された湾曲部とを有する偏平形状に成形され、
前記電極の捲回方向における始端部よりも内周に一周以上に亘って捲回された重なり合う二つの前記セパレータの少なくとも一部を固定する固定部を備え、
前記固定部は、前記平坦部に設けられるとともに前記二つの前記セパレータの捲回方向における始端部に設けられ、前記二つの前記セパレータの重なり合った前記始端部を前記電極に固定していることを特徴とする二次電池。 A secondary battery comprising a wound electrode group in which the winding core is removed after winding the electrode around the winding core with a separator interposed therebetween,
The wound electrode group is formed into a flat shape having a flat portion in which the electrodes are laminated flat, and a curved portion in which the electrodes are bent and laminated on both sides of the flat portion,
A fixing portion for fixing at least a part of two overlapping separators wound on the inner periphery over one or more rounds from the starting end in the winding direction of the electrode;
The fixing portion, wherein with provided on the flat portion provided on the leading end in the winding direction of the two of the separator, that secure the overlapping said leading end of said two of said separator to said electrode Secondary battery.
前記平坦部において、前記セパレータの最内周部が前記電極の前記端部に複数の前記固定部と前記先捲部の前記セパレータとを介して固定されていることを特徴とする請求項2に記載の二次電池。 The fixing portion fixes an end portion including the starting end portion of the electrode to the separator on the outermost periphery of the leading end portion, and the leading end portion overlaps the end portion of the electrode and the thickness direction of the separator. Provided between the separators,
The innermost peripheral portion of the separator in the flat portion is fixed to the end portion of the electrode via a plurality of the fixing portions and the separator of the leading edge portion. The secondary battery as described.
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