JP7165880B2 - Laminated secondary battery - Google Patents
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Description
本開示は、積層型二次電池に関する。 The present disclosure relates to stacked secondary batteries.
二次電池の外装体に収容された電極体は、外部からの振動や衝撃によって、外装体内で動くことがある。特許文献1には、電極体とラミネートフィルムからなる外装体との位置ずれを抑制するために、電極体と外装体との間に熱可塑性樹脂を挿入して電極体を外装体に対して固定する方法が開示されている。
The electrode body housed in the exterior body of the secondary battery may move inside the exterior body due to external vibration or impact. In
ところで、電極タブで電極体を吊り下げて保持する構造を有する積層型二次電池においては、外部からの振動や衝撃により電極タブ同士が擦れて破損してしまうという問題があることが判明した。特許文献1は外装体が柔らかくて変形し易いラミネートフィルムに対して電極体を固定する方法を開示しているが、外装体が金属製で変形しづらい場合には充放電により電極板が膨張収縮を繰り返すことで外装体に固定された電極体が変形して内部短絡が発生する可能性がある。
By the way, it has been found that in a stacked secondary battery having a structure in which an electrode body is suspended and held by electrode tabs, there is a problem that the electrode tabs rub against each other due to external vibrations or shocks and are damaged.
本開示の目的は、電極体の変形を抑制しつつ電極タブの破損を抑制した積層型二次電池を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a stacked secondary battery that suppresses breakage of electrode tabs while suppressing deformation of an electrode body.
本開示の一態様である積層型二次電池は、複数の電極板がセパレータを介して積層され、複数の電極板の各々から突出した複数の電極タブを有する積層電極体と、積層電極体を収容する金属製の角形外装体と、積層電極体と角形外装体との間の隙間に配置されて積層電極体を収納する1枚又は複数枚の電極体ホルダと、積層電極体と角形外装体との間に設けられている1つ以上のスペーサと、を備え、スペーサは、電極体ホルダが1枚の場合には、積層電極体と電極体ホルダとの間、又は電極体ホルダと角形外装体との間に設けられ、電極体ホルダが複数枚の場合には、電極体ホルダ同士の間の少なくともいずれか1つに設けられていることを特徴とする。 A laminated secondary battery according to one aspect of the present disclosure includes a laminated electrode body in which a plurality of electrode plates are laminated with a separator interposed therebetween and has a plurality of electrode tabs protruding from each of the plurality of electrode plates; and a laminated electrode body. A metallic rectangular outer body to be accommodated, one or a plurality of electrode body holders arranged in a gap between the stacked electrode body and the rectangular outer body to store the stacked electrode body, the stacked electrode body and the rectangular outer body and one or more spacers provided between the electrode body holders, wherein the spacers are provided between the stacked electrode body and the electrode body holder or between the electrode body holder and the rectangular exterior when the number of electrode body holders is one. When there are a plurality of electrode body holders, it is provided between at least one of the electrode body holders.
本開示の一態様によれば、電極体の変形を抑制しつつ電極タブの破損を抑制した積層型二次電池を提供することができる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to provide a stacked secondary battery that suppresses damage to electrode tabs while suppressing deformation of an electrode body.
以下、実施形態の一例について詳細に説明する。なお、本明細書において、図1及び図2の紙面縦方向を「上下方向」、電極板の積層方向を「奥行方向」、上下方向及び奥行方向に垂直な方向(紙面横方向)を「幅方向」という場合がある。 An example of an embodiment will be described in detail below. In this specification, the vertical direction of the paper of FIGS. It is sometimes called "direction".
図1は、実施形態の一例である積層型二次電池100を示す斜視図である。図1に示すように、積層型二次電池100は、開口を有する角形外装体1と、当該開口を封口する封口板2とを有する電池ケース20を備える。角形外装体1及び封口板2は、それぞれ金属製であり、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金製とすることができる。角形外装体1は、底部1a、一対の第1側壁1b及び一対の第2側壁1cを有する。角形外装体1は、底部1aと対向する位置に開口を有する角形の有底筒状の外装体である。封口板2は、角形外装体1の開口縁部にレーザー溶接等により接続される。なお、図1において角形外装体1は第1側壁1bが第2側壁1cよりも大きい幅広の形状を有しているが、角形外装体1は第2側壁1cが第1側壁1bよりも大きい奥行方向に厚い形状を有していてもよい。
FIG. 1 is a perspective view showing a stacked
封口板2は電解液注入孔を有する。電解液注入孔は、後述する電解液を注入した後、封止栓10により封止される。また、封口板2は、ガス排出弁11を有する。このガス排出弁11は電池内部の圧力が所定値以上となった場合に作動し、電池内部のガスを電池外部に排出する。
The
封口板2には、電池ケース20外に突出するように正極端子7が取り付けられている。具体的には、正極端子7は、封口板2に形成された正極端子取り付け孔に挿入されており、正極端子取り付け孔の電池外側に配置された外部側絶縁部材9と、電池内側に配置された内部側絶縁部材12(図4参照)とにより封口板2と電気的に絶縁された状態で封口板2に取り付けられている。正極端子7は、電池ケース20内で正極集電体と電気的に接続している。正極集電体は、内部側絶縁部材12を挟んで封口板2に設けられている。外部側絶縁部材9及び内部側絶縁部材12はそれぞれ樹脂製であることが好ましい。
A
また、封口板2には、電池ケース20外に突出するように負極端子8が取り付けられている。具体的には、負極端子8は、封口板2に形成された負極端子取り付け孔に挿入されており、負極端子取り付け孔の電池外側に配置された外部側絶縁部材9と、電池内側に配置された内部側絶縁部材12(図4参照)により封口板2と電気的に絶縁された状態で封口板2に取り付けられている。負極端子8は、電池ケース20内で負極集電体と電気的に接続している。負極集電体は、内部側絶縁部材12を挟んで封口板2に設けられている。外部側絶縁部材9及び内部側絶縁部材12はそれぞれ樹脂製であることが好ましい。
A
次に図2を用いて積層型二次電池100の内部構造について説明する。図2は、実施形態の一例である積層型二次電池100を示す斜視図であって、角形外装体1の正面側の面、電極体ホルダ13の正面側の面、及び封口板2を外した状態の図である。角形外装体1は積層電極体3、電極体ホルダ13、スペーサ14、及び電解液を収容する。積層電極体3は、角形外装体1の底部1aに対向する下面部3a、第1側壁1bに対向する一対の第1側面部3b、第2側壁1cに対向する一対の第2側面部3c、及び封口板2に対向する上面部を有する。なお、図2において積層電極体3は第1側面部3bが第2側面部3cよりも大きい幅広の形状を有しているが、角形外装体1は第2側面部3cが第1側面部3bよりも大きい奥行方向に厚い形状を有していてもよい。後述するように、積層電極体3は、正極板30と負極板31とがセパレータ32を介して積層された積層構造を有している。積層電極体3の上面部において、正極板30及び負極板31から各々正極タブ4及び負極タブ5が突出しており、正極タブ4及び負極タブ5は、それぞれ図示しない正極集電体及び負極集電体に溶接等により接続されている。したがって、積層電極体3は、正極タブ4及び負極タブ5(以下、正極タブ4と負極タブ5をまとめて「電極タブ6」という場合がある)を介して封口板2から吊り下げられている。積層電極体3は角形外装体1に対して奥行方向及び幅方向において小さく、平面視で略中央に位置するので、角形外装体1と積層電極体3との間には幅方向の左右及び奥行方向の手前と奥に隙間が生じている。したがって、外部からの振動や衝撃が加わると、電極タブ6を支点にして奥行方向や幅方向に振動することがある。積層電極体3(第2側面部3c)と第2側壁1cとの間の隙間の距離d1、及び積層電極体3(第1側面部3b)と第1側壁1bとの間の隙間の距離d2は、0.5mm~3mm、好ましくは0.75mm~2mmである。なお、左右の隙間の距離d1及び手前と奥の隙間の距離d2は同じでなくてもよい。
Next, the internal structure of the stacked
積層型二次電池100は、積層電極体3と角形外装体1との間に配置される電極体ホルダ13を備える。電極体ホルダ13は、例えば、角形外装体1と同様に、上部に開口を有する有底箱状又は袋状の形状を有している。電極体ホルダ13が上部に開口を有する有底箱状又は袋状の形状を有することで、積層電極体3を電極体ホルダ13の開口から挿入し、電極体ホルダ13によって積層電極体3を覆うことができる。
The stacked
電極体ホルダ13の素材は、電気的な絶縁性、電解液に侵されない化学的安定性、及び積層型二次電池100の電圧に対して電気分解しない電気的安定性を有する素材であれば、特に限定されない。電極体ホルダ13の素材としては、例えば、工業的な汎用性、製造コスト及び品質安定性の観点から、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化エチレン等の樹脂材料を用いることができる。なお、電極体ホルダ13は、上述の箱状又は袋状等のようなケース状の形状に限定されない。例えば、平面形状の電極体ホルダ13を、積層電極体3の周りに巻き付けてもよい。これにより、平面形状の電極体ホルダ13によって、積層電極体3を覆うことができる。
If the material of the
電極体ホルダ13の厚みは、電気的な絶縁性の確保、積層型二次電池100の高容量化、及び電極体ホルダ13の加工性等の観点から、0.01mm~1mmであることが好ましく、0.1mm~0.5mmであることがより好ましい。電極体ホルダ13が複数枚の場合には、全ての層の厚みの合計が0.01mm~1mmであることが好ましく、0.1mm~0.5mmであることがより好ましい。
The thickness of the
スペーサ14は、後述するように、積層電極体3と角形外装体1との間の隙間の一部を埋めている。したがって、外部からの振動や衝撃が加わった際に、スペーサ14によって積層電極体3が振動する幅を狭くすることができるので、積層電極体3を吊り下げている電極タブ6が擦れて破損することを抑制できる。
The
電解液は、溶媒と、溶媒に溶解した電解質塩とを含む。溶媒は、非水溶媒及び水溶媒のいずれも使用できる。非水溶媒を使用した場合には、電解液は非水電解液となる。非水溶媒には、例えばカーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、アミド類、およびこれらの2種以上の混合溶媒等を用いてもよい。カーボネート類としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート類が挙げられる。非水溶媒は、上記の溶媒の水素の少なくとも一部をフッ素等のハロゲン原子で置換したハロゲン置換体を含有していてもよい。なお、電解液は液体電解質に限定されず、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質であってもよい。電解質塩は、リチウム塩を含む。リチウム塩には、従来の積層型二次電池100において支持塩として一般に使用されているLiPF6等を用いることができる。また、適宜ビニレンカーボネート(VC)等の添加剤を添加することもできる。
The electrolyte contains a solvent and an electrolyte salt dissolved in the solvent. Both non-aqueous solvents and aqueous solvents can be used as the solvent. When a non-aqueous solvent is used, the electrolytic solution becomes a non-aqueous electrolytic solution. Examples of non-aqueous solvents that can be used include carbonates, esters, ethers, nitriles, amides, and mixed solvents of two or more of these. Carbonates include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate, vinylene carbonate; dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), methyl propyl carbonate; , ethyl propyl carbonate, and methyl isopropyl carbonate. The non-aqueous solvent may contain a halogen-substituted product obtained by substituting at least part of the hydrogen atoms of the above solvent with halogen atoms such as fluorine. The electrolytic solution is not limited to a liquid electrolyte, and may be a solid electrolyte using a gel polymer or the like. Electrolyte salts include lithium salts. As the lithium salt, LiPF 6 or the like, which is generally used as a supporting salt in the conventional laminated
次に、図3を用いて積層電極体3、正極タブ4及び負極タブ5について説明する。積層電極体3は、正極板30と負極板31がセパレータ32を介して交互に積層された、積層構造を有する。正極板30は、金属製の正極芯体と、正極芯体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層30aを有する。正極芯体には、アルミニウムなどの正極板30の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。正極芯体の厚みは、例えば10~20μmである。負極板31は、金属製の負極芯体と、負極芯体上に形成された負極活物質を含む負極活物質層31aを有する。負極芯体には、銅などの負極板31の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。負極芯体の厚みは、例えば5~15μmである。積層型二次電池100では、正極板30の大きさは負極板31の大きさよりも僅かに小さくするのが好ましい。
Next, the
積層電極体3を形成する正極板30の一端からは正極タブ4が突出し、負極板31の一端からは負極タブ5が突出している。各正極板30は略同じ位置に正極タブ4を有するので、積層電極体3において複数の正極タブ4が積層方向に一列に並んでいる。同様に、各負極板31は略同じ位置に負極タブ5を有するので、積層電極体3において複数の負極タブ5が積層方向に一列に並んでいる。外部からの振動や衝撃が加えられることで積層電極体3は幅方向及び奥行方向に揺れるため、積層電極体3を封口板2から吊り下げている複数の電極タブ6は、隣接する電極タブ6同士で擦れて摩耗してしまい、破損してしまうことがある。電極タブ6が破損してしまうと、充放電ができない電極板が生じてしまうため電池特性が低下してしまう。
A
本実施形態では、正極芯体が延出して正極タブ4を構成し、負極芯体が延出して負極タブ5を構成している。なお、正極芯体又は負極芯体にそれぞれ他の導電部材を接続し、正極タブ4又は負極タブ5とすることも可能である。正極タブ4の根元部分には絶縁層ないし、正極芯体よりも電気抵抗が高い保護層を設けることが好ましい。
In this embodiment, the positive electrode core extends to form the
正極活物質層30aは、正極活物質、カーボン等の導電剤、及びポリフッ化ビニリデン(PVdF)等の結着剤を含み、正極芯体の両面に設けられていることが好ましい。正極板30は、正極芯体上に正極活物質、導電剤、及び結着剤等を含む正極活物質スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、ローラー等により圧縮して正極活物質層30aを正極芯体の両面に形成することにより作製できる。なお、正極活物質層30aは、正極芯体の片面にのみ設けることもできる。
The positive electrode
正極活物質には、例えばリチウム金属複合酸化物が用いられる。リチウム金属複合酸化物に含有される金属元素としては、Ni、Co、Mn、Al、B、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Ga、Sr、Zr、Nb、In、Sn、Ta、W等が挙げられる。好適なリチウム金属複合酸化物の一例は、Ni、Co、Mnの少なくとも1種を含有するリチウム金属複合酸化物である。具体例としては、Ni、Co、Mnを含有するリチウム金属複合酸化物、Ni、Co、Alを含有するリチウム金属複合酸化物が挙げられる。なお、リチウム金属複合酸化物の粒子表面には、酸化タングステン、酸化アルミニウム、ランタノイド含有化合物等の無機化合物粒子などが固着していてもよい。 For example, a lithium metal composite oxide is used as the positive electrode active material. Metal elements contained in the lithium metal composite oxide include Ni, Co, Mn, Al, B, Mg, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Ga, Sr, Zr, Nb, In, Sn, Ta, W, etc. are mentioned. An example of a suitable lithium metal composite oxide is a lithium metal composite oxide containing at least one of Ni, Co and Mn. Specific examples include lithium metal composite oxides containing Ni, Co and Mn, and lithium metal composite oxides containing Ni, Co and Al. Inorganic compound particles such as tungsten oxide, aluminum oxide, and lanthanide-containing compounds may adhere to the surfaces of the lithium metal composite oxide particles.
負極活物質層31aは、負極活物質、及びスチレンブタジエンゴム(SBR)等の結着材、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の増粘剤を含み、負極芯体の両面に設けられていることが好ましい。負極板31は、負極芯体上に負極活物質、及び結着剤等を含む負極活物質スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、ローラー等により圧縮して負極活物質層31aを負極芯体の両面に形成することにより作製できる。なお、負極活物質層31aは、負極芯体の片面にのみ設けることもできる。
The negative electrode
負極活物質には、例えば鱗片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛、塊状人造黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボンマイクロビーズ等の人造黒鉛などの黒鉛が用いられる。負極活物質には、Si、Sn等のリチウムと合金化する金属、当該金属を含有する合金、当該金属を含有する化合物等が用いられてもよく、これらが黒鉛と併用されてもよい。当該化合物の具体例としては、SiOx(0.5≦x≦1.6)で表されるケイ素化合物が挙げられる。 As the negative electrode active material, for example, graphite such as natural graphite such as flake graphite, massive graphite, and earthy graphite, massive artificial graphite, and artificial graphite such as graphitized mesophase carbon microbeads is used. As the negative electrode active material, a metal such as Si or Sn that is alloyed with lithium, an alloy containing the metal, a compound containing the metal, or the like may be used, and these may be used in combination with graphite. Specific examples of the compound include silicon compounds represented by SiO x (0.5≦x≦1.6).
セパレータ32には、イオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シートが用いられる。セパレータ32は、例えばポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、及びアラミドから選択される少なくとも1種を主成分とする多孔質基材を含み、ポリオレフィンが好ましく、特にポリエチレン、及びポリプロピレンが好ましい。セパレータ32は、樹脂製の多孔質基材のみで構成されていてもよく、多孔質基材の少なくとも一方の面に無機物粒子等を含む耐熱層などが形成された複層構造であってもよい。また、樹脂製の多孔質基材が、ポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレン等の複層構造を有していてもよい。セパレータ32は、例えば、平均孔径が0.02~5μm、空孔率が30~70%である。
A porous sheet having ion permeability and insulation is used for the
次に、図4を用いて、電極体ホルダ13が1枚の場合のスペーサ14を含む積層型二次電池100の内部構造について詳説する。
Next, with reference to FIG. 4, the internal structure of the stacked
図4は、図1のA-A線に沿った断面図であり、電極体ホルダ13が1枚の場合を示している。積層電極体3は、電極タブ6を介して封口板2から吊り下げられており、積層電極体3(第2側面部3c)と第2側壁1cとの間には距離d1の隙間があいている。積層電極体3と角形外装体1との間には電極体ホルダ13があり、電極体ホルダ13は積層電極体3の側面及び底面を覆って収納している。スペーサ14は、積層電極体3の積層方向と垂直な方向において、積層電極体3(第2側面部3c)と電極体ホルダ13との間に設けられており、スペーサ14により、積層電極体3と電極体ホルダ13は一体として動く程度に接続されている。スペーサ14の形状、個数、配置位置は特に制限されない。スペーサ14の形状は、例えば図2で示したような円柱形又は円錐形が挙げられる。また、スペーサ14の個数を偶数として、上下方向同じ高さにおいて左右に配置することで、吊り下げられている積層電極体3の保持姿勢を良くすることができる。さらに、封口板2に近い上部及び底部1aに近い下部にスペーサ14を配置することで、積層電極体3の上下及び左右のバランスを良くすることができる。なお、スペーサ14の個数を奇数にしたり、左右非対称としたりすること、対向する側面の一方の側面にのみスペーサ14を設けることも当然可能である。
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, showing a case where the number of
例えば、積層電極体3と電極体ホルダ13との間に弾性体を挟み込んだり、積層電極体3と電極体ホルダ13との間を接着したりすることで、積層電極体3と電極体ホルダ13とを一体として動く程度に接続することができる。スペーサ14が積層電極体3と電極体ホルダ13との間にのみ設置されると、弾性体外部からの振動や衝撃によって積層電極体3が振動する際には、積層電極体3は隙間の距離d1からスペーサ14の厚みを引いた距離だけ動くので、本実施形態ではスペーサ14がない場合に比べて電極タブ6の破損を抑制することができる。
For example, by sandwiching an elastic body between the
スペーサ14は電極体ホルダ13と角形外装体1との間に設けられていてもよい。スペーサ14が電極体ホルダ13と角形外装体1との間にのみ設置されると、電極体ホルダ13は角形外装体1に固定されるため、外部からの振動や衝撃が加わった際には、積層電極体3は隙間の距離d1からスペーサ14の厚みを引いた距離だけ動く。したがって、本実施形態ではスペーサ14がない場合に比べて電極タブ6の破損を抑制することができる。また、積層電極体3の側面をスペーサ14で覆うことがないので、電解液が積層電極体3の全体に均一に行きわたり易く、電池特性の面から好ましい。
The
スペーサ14は、積層電極体3の積層方向と平行な方向において、積層電極体3(第1側面部3b)と電極体ホルダ13との間、又は電極体ホルダ13と角形外装体1(第1側壁1b)との間に配置することもできる。この場合、スペーサ14の厚み分だけ積層方向における積層電極体3の振動の幅を抑えることができるので、電極タブ6の破損を抑制することができる。
The
スペーサ14は、積層電極体3の積層方向と垂直な方向において、積層電極体3(下面部3a及び/又は上面部)と電極体ホルダ13との間、又は電極体ホルダ13と角形外装体1(底部1a及び/又は封口板2)との間に配置することもできる。この場合、スペーサ14の厚み分だけ上下方向における積層電極体3の振動の幅を抑えることができるので、電極タブ6の破損を抑制することができる。
The
次に、図5を用いて、電極体ホルダ13が複数枚の場合のスペーサ14を含む積層型二次電池100の内部構造について詳説する。図5は実施形態の他の一例において、図4に対応する図であり、電極体ホルダ13が2枚の場合を示している。各電極体ホルダ13の形状は異なっていてもよい。以下、電極体ホルダ13が2枚以上の場合には、最も積層電極体3に近い電極体ホルダ13を最内側の電極体ホルダ13aといい、最も角形外装体1に近い電極体ホルダ13を最外側の電極体ホルダ13bという。
Next, with reference to FIG. 5, the internal structure of the stacked
積層電極体3は、電極タブ6を介して封口板2から吊り下げられており、積層電極体3(第2側面部3c)と第2側壁1cとの間には距離d1の隙間があいている。積層電極体3と角形外装体1との間には電極体ホルダ13があり、電極体ホルダ13は積層電極体3の側面及び底面を覆って収納している。スペーサ14は、最内側の電極体ホルダ13aと最外側の電極体ホルダ13bとの間に設けられており、スペーサ14により最内側の電極体ホルダ13aと最外側の電極体ホルダ13bは接続されている。スペーサ14が電極体ホルダ13間にのみ設置されると、外部からの振動や衝撃が加わった際には、積層電極体3が隙間の距離d1からスペーサ14の厚みを引いた距離だけ動くので、スペーサ14がない場合に比べて電極タブ6の破損を抑制することができる。スペーサ14は、積層電極体3と最内側の電極体ホルダ13aとの間、又は最外側の電極体ホルダ13bと角形外装体1との間に設けてもよい。また、電極体ホルダ13が3枚以上の場合には、電極体ホルダ13同士の間の少なくともいずれか1つに設けることができる。
The
スペーサ14は、積層電極体3の積層方向と平行な方向において、電極体ホルダ同士の間の少なくともいずれか1つに配置することもできる。この場合、スペーサ14の厚み分だけ積層方向における積層電極体3の振動の幅を抑えることができるので、電極タブ6の破損を抑制することができる。
The
スペーサ14は、積層電極体3の積層方向と垂直な方向において、積層電極体3と角形外装体1の側面との間に設けられることが好ましい。換言すれば、スペーサ14は、積層電極体3(第2側面部3c)と第2側壁1cとの間に設けられることが好ましい。積層電極体3の積層方向と垂直な方向においては、積層電極体3の積層方向に比べて充放電で積層電極体3が膨張収縮する割合が小さいので、積層方向と垂直な方向にスペーサ14を設けることで充放電時の積層電極体3への圧力を小さくして積層電極体3の変形を抑制することができる。
The
スペーサ14は、電極体ホルダ13と積層電極体3、電極体ホルダ13と角形外装体1、又は電極体ホルダ13同士を接続できるものであれば特に限定されない。スペーサ14は、例えば熱硬化性樹脂を含むことができる。熱硬化性樹脂としては、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂等が挙げられる。スペーサ14は、熱硬化性樹脂を含むことで、積層電極体3と電極体ホルダ13との間、電極体ホルダ13と角形外装体1との間、又は電極体ホルダ13同士の間に挿入する際にはゲル状の形態で挿入を容易にすることができて、その後の例えば乾燥工程等の高温処理を経ることで硬化させて接続することができる。スペーサ14は設けられた位置で固定され動かないので、信頼性の高い積層型二次電池100を製造することができる。
The
また、スペーサ14は、電解液と反応して膨潤性を示す膨潤樹脂を含むことができる。膨潤樹脂を電解液中に浸すと、膨潤樹脂の網目構造の間隙に電解液が侵入して、膨潤樹脂は膨張する。膨潤樹脂としては、電解液との親和性(特にカーボネート系溶媒との親和性)が高い点で、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリスチレン(PS)、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、ポリカーボネート、ポリエチレンビニルアセテート、ポリアミド、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ニトリルゴム、ブチルゴム等が好ましい。これらは、単独で使用してもよいし、複数を併用してもよい。スペーサ14は、膨潤樹脂を含むことで、積層電極体3と電極体ホルダ13との間、電極体ホルダ13と角形外装体1との間、又は電極体ホルダ13同士の間に挿入した後に電解液と接することで膨潤して設けられた位置で固定することができるので、スペーサ14を設置しやすい。
Also, the
スペーサ14の厚みは、積層電極体3と角形外装体1との間の隙間の距離d1の半分以上とすることができる。この場合、外部からの振動や衝撃によって積層電極体3が動く範囲を小さくできるので、電極タブ6同士が擦れて破損するのを抑制することができる。
The thickness of the
スペーサ14は、スペーサ14が配置されている面の面積の10%以上を占めることが好ましい。10%以上とすることで安定してスペーサ14により接続することができる。また、電解液を均一に行きわたり易くするとの観点から、10%以上でかつ50%以下とすることがさらに好ましい。
The
電極タブ6の動きを抑制する観点から、スペーサ14は、積層電極体3の積層方向と平行な側面(第2側面部3c)の上部側(電極タブ6に近い側)に配置されることが好ましい。
From the viewpoint of suppressing the movement of the
以下、実施例により本開示をさらに説明するが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present disclosure will be further described below with reference to Examples, but the present disclosure is not limited to these Examples.
<実施例>
正極活物質としてLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)及び導電材としてカーボンを92:4:4の重量比で混合した後、N-メチル-2-ピロリドンに分散させて、正極合材スラリーを調製した。このスラリーを正極芯体としての厚み15μmのアルミニウム箔にコーティングした後、乾燥させ、ローラーで圧縮した後、所定の電極サイズに切断し、方形状の正極芯体の両面に正極合材層が形成された正極を作製した。なお、正極の端部に正極芯体を露出させることで正極タブを設けた。
<Example>
After mixing LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 as a positive electrode active material, polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, and carbon as a conductive material in a weight ratio of 92:4:4, N-methyl- A positive electrode mixture slurry was prepared by dispersing it in 2-pyrrolidone. After coating this slurry on an aluminum foil with a thickness of 15 μm as a positive electrode core, it is dried, compressed with a roller, and then cut into a predetermined electrode size to form a positive electrode mixture layer on both sides of the rectangular positive electrode core. A positive electrode was produced. A positive electrode tab was provided by exposing the positive electrode core at the end of the positive electrode.
負極活物質として天然黒鉛、バインダーとしてスチレンブタジエンゴム(SBR)及びカルボキシメチルセルロースを96:2:2の重量比で混合した後、水に分散させて、負極合材スラリーを調製した。このスラリーを負極芯体としての厚み10μmの銅箔にコーティングした後、乾燥させ、ローラーで圧縮した後、所定の電極サイズに切断し、方形状の負極芯体の両面に負極合材層が形成された負極を作製した。なお、負極の端部に負極芯体を露出させることで負極タブを設けた。 Natural graphite as a negative electrode active material, styrene-butadiene rubber (SBR) and carboxymethyl cellulose as binders were mixed at a weight ratio of 96:2:2, and then dispersed in water to prepare a negative electrode mixture slurry. After coating a copper foil with a thickness of 10 μm as a negative electrode core with this slurry, it is dried, compressed with a roller, and then cut into a predetermined electrode size to form a negative electrode mixture layer on both sides of the rectangular negative electrode core. A negative electrode was fabricated. A negative electrode tab was provided by exposing the negative electrode core at the end of the negative electrode.
負極板、セパレータとしてのポリエチレン、正極板の順で複数積層した積層電極体を作製した。そして、作製した積層電極体を、上部に開口を有する箱状の1枚の電極体ホルダに挿入した。積層電極体の積層方向に平行な2側面と電極体ホルダとの間にエポキシ樹脂を、積層電極体の積層方向に平行な側面のそれぞれ10%を覆うように付着させ、100℃まで加熱してエポキシ樹脂を硬化させてスペーサとした。積層電極体の正極タブ及び負極タブを、封口板に取り付けた正極端子および負極端子にそれぞれ溶接した。その後、角形外装体の開口を封口板で封口して、二次電池を作製した。 A laminated electrode body was prepared by laminating a plurality of negative electrode plates, polyethylene as a separator, and positive electrode plates in this order. Then, the produced laminated electrode body was inserted into one box-shaped electrode body holder having an opening at the top. Epoxy resin was applied between two side surfaces of the laminated electrode body parallel to the stacking direction and the electrode body holder so as to cover 10% of each of the side surfaces parallel to the stacking direction, and heated to 100°C. Epoxy resin was cured to form a spacer. The positive electrode tab and negative electrode tab of the laminated electrode body were welded to the positive electrode terminal and negative electrode terminal attached to the sealing plate, respectively. After that, the opening of the rectangular outer package was sealed with a sealing plate to fabricate a secondary battery.
本開示においては、電解液を注入せずに後述する振動試験を行った。電解液を注入しない場合には、電解液を注入した場合に比べて外部からの振動や衝撃に対して積層電極体が動きやすいので、電解液を注入しない場合の方がより厳しい試験となる。 In the present disclosure, a vibration test, which will be described later, was performed without injecting an electrolytic solution. When the electrolytic solution is not injected, the laminated electrode assembly is more likely to move against external vibrations and impacts than when the electrolytic solution is injected.
<比較例>
エポキシ樹脂を積層電極体と角形外装体との間に挿入せず、スペーサを設けなかったこと以外は、実施例と同様に二次電池を作製した。
<Comparative example>
A secondary battery was fabricated in the same manner as in the example except that the epoxy resin was not inserted between the laminated electrode body and the rectangular exterior body and the spacer was not provided.
<振動試験>
振動試験は、実施例及び比較例の二次電池を幅方向に振動させて行った。振動試験は、1回の振動試験サイクルで、ピーク加速度10Gで25Hzを所定時間、正弦波対数で掃引することにより波数を変化させながら二次電池を振動させた。加振を与えた後、5万回サイクル毎に正極タブ及び負極タブに破損がないかを透過X線により確認し、破損が確認されたサイクル回数で評価した。
<Vibration test>
The vibration test was performed by vibrating the secondary batteries of Examples and Comparative Examples in the width direction. In the vibration test, the secondary battery was vibrated while changing the wave number by sweeping a sine wave logarithmically at 25 Hz for a predetermined time at a peak acceleration of 10 G in one vibration test cycle. After applying vibration, it was confirmed by transmitted X-ray whether the positive electrode tab and the negative electrode tab were damaged every 50,000 cycles, and the number of cycles at which damage was confirmed was evaluated.
実施例及び比較例の二次電池の結果を表1にまとめた。表1に示す値は、比較例の破損が確認されたサイクル回数を1としたときの相対値である。 Table 1 summarizes the results of the secondary batteries of Examples and Comparative Examples. The values shown in Table 1 are relative values when the number of cycles in which damage was confirmed in the comparative example was set to 1.
表1から分かるように、積層電極体と角形外装体との間にスペーサを設けた実施例は、スペーサを設けなかった比較例と比べて、20.2倍の耐久性があった。したがって、本実施形態の積層型二次電池によれば、電極体の変形を抑制しつつ電極タブ同士の擦れによる電極タブの破損を抑制することができることを確認した。 As can be seen from Table 1, the example in which the spacer was provided between the laminated electrode assembly and the rectangular outer package had 20.2 times the durability of the comparative example in which the spacer was not provided. Therefore, according to the laminated secondary battery of the present embodiment, it was confirmed that damage to the electrode tabs due to friction between the electrode tabs can be suppressed while suppressing deformation of the electrode body.
1 角形外装体、2 封口板、3 積層電極体、4 正極タブ、5 負極タブ、6 電極タブ、7 正極端子、8 負極端子、9 外部側絶縁部材、10 封止栓、11 ガス排出弁、12 内部側絶縁部材、13 電極体ホルダ、14 スペーサ、20 電池ケース、30 正極板、30a 正極活物質層、31 負極板、31a 負極活物質層、32 セパレータ、100 積層型二次電池
1 prismatic exterior body, 2 sealing plate, 3 laminated electrode body, 4 positive electrode tab, 5 negative electrode tab, 6 electrode tab, 7 positive electrode terminal, 8 negative electrode terminal, 9 external side insulating member, 10 sealing plug, 11 gas discharge valve, 12 inner
Claims (6)
前記積層電極体を収容する金属製の角形外装体と、
前記角形外装体の開口を封口する封口板と、
前記積層電極体と前記角形外装体との間の隙間に配置されて前記積層電極体を収納する1枚又は複数枚の電極体ホルダと、
前記積層電極体と前記角形外装体との間に設けられている1つ以上のスペーサと、を備え、
前記積層電極体は、前記電極タブを介して前記封口板から吊り下げられており、
前記スペーサは、前記積層電極体の積層方向と垂直な方向において、前記積層電極体と前記角形外装体の側面との間に設けられており、前記電極体ホルダが1枚の場合には、前記積層電極体と前記電極体ホルダとの間、又は前記電極体ホルダと前記角形外装体との間に設けられ、前記電極体ホルダが複数枚の場合には、前記電極体ホルダ同士の間の少なくともいずれか1つに設けられており、
前記スペーサは、熱硬化性樹脂を含み、前記熱硬化性樹脂は、前記積層電極体と前記電極体ホルダとの間、前記電極体ホルダと前記角形外装体との間、又は前記電極体ホルダ同士の間を、接続するように固定されている 、積層型二次電池。 a laminated electrode body in which a plurality of electrode plates are laminated with separators interposed therebetween, and which has a plurality of electrode tabs protruding from each of the plurality of electrode plates;
a metallic rectangular exterior body that houses the laminated electrode body;
a sealing plate that seals the opening of the rectangular exterior body;
one or a plurality of electrode body holders arranged in a gap between the stacked electrode body and the square outer body to accommodate the stacked electrode body;
one or more spacers provided between the laminated electrode body and the rectangular outer body,
The laminated electrode body is suspended from the sealing plate via the electrode tab,
The spacer isprovided between the laminated electrode body and a side surface of the rectangular outer body in a direction perpendicular to the lamination direction of the laminated electrode body,When the electrode body holder is one, it is provided between the stacked electrode body and the electrode body holder or between the electrode body holder and the square outer body, and the electrode body holder is provided with a plurality of electrode body holders. provided in at least one between the electrode holderscage,
The spacer contains a thermosetting resin, and the thermosetting resin is placed between the stacked electrode body and the electrode body holder, between the electrode body holder and the rectangular outer body, or between the electrode body holders. fixed to connect between , stacked secondary battery.
The stacked secondary battery according to any one of claims 1 to 5 , wherein the spacer contains a swelling resin.
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