JP7371060B2 - 二次電池及び二次電池の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電解液を有する二次電池及び当該二次電池の製造方法に関する。
現在、電気自動車やハイブリッド車、プラグインハイブリッド車等では、リチウムイオン電池等の電解液を有する二次電池が採用されている。例えば、特許文献１は、帯状の金属多孔体と活物質とが捲回された電池用電極を開示する。この電池用電極は、その両面に複数の筋溝が形成される。
一般に、二次電池の内部に金属異物が混入した場合、電解液添加剤が金属異物を溶解するため、負極板から金属異物が析出する。そして、析出した金属異物が伸長し、当該金属異物が正極板に到達することによって短絡が生じる。しかしながら、特許文献１が開示する電池用電極は、このような短絡の抑制を目的として開発されたものではないため、金属異物の析出による短絡を抑制できないという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためのものであり、金属異物の析出による短絡を抑制可能な二次電池及び二次電池の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る正極シートと、負極シートと、正極シート及び負極シートを絶縁するセパレータとが積層され、電解液を有する二次電池は、
二次電池内において電解液が貯留する貯留部を含み、
負極シートは、負極シートの両面に合材を備えており、
貯留部と対向する負極シートの合材に１以上の穴が形成される。
二次電池内において電解液が貯留する貯留部を含み、
負極シートは、負極シートの両面に合材を備えており、
貯留部と対向する負極シートの合材に１以上の穴が形成される。
二次電池は、正極シート、負極シート及びセパレータの積層方向から二次電池を加圧する加圧部材が隣接して配置され、
加圧部材は、積層方向に突出する少なくとも１つの突出部を備えており、
貯留部は、加圧部材の突出部と対向しない位置に形成される。
加圧部材は、積層方向に突出する少なくとも１つの突出部を備えており、
貯留部は、加圧部材の突出部と対向しない位置に形成される。
少なくとも合材の表面における穴の直径は、二次電池内で析出し得る金属異物の大きさ以上である。
穴の深さは、負極シートの片面の合材の厚み以下である。
本発明の一態様に係る正極シートと、負極シートと、正極シート及び負極シートを絶縁するセパレータとが積層される、電解液を有する二次電池の製造方法は、
負極シートの集電箔の両面に合材を塗布する第１の工程と、
二次電池内において電解液が貯留する貯留部と対向する負極シートの合材に、１以上の穴を形成する第２の工程とを含む。
負極シートの集電箔の両面に合材を塗布する第１の工程と、
二次電池内において電解液が貯留する貯留部と対向する負極シートの合材に、１以上の穴を形成する第２の工程とを含む。
本発明により、金属異物の析出による短絡を抑制可能な二次電池及び二次電池の製造方法を提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池１を示す図である。二次電池１は、正極シートと、負極シートと、正極シート及び負極シートを絶縁するセパレータとが積層された電極体（図示せず）を備える。二次電池１は、図１に示すように積層方向に配列される。隣り合う二次電池１の間には、スペーサ２が隣接して配置される。
図２は、本発明の一実施形態に係るスペーサ２の一例を示す正面図である。図２に示すように、スペーサ２は、複数の突出部２０を備える。複数の突出部２０は、スペーサ２が二次電池１に隣接して配置された状態で、二次電池１の積層方向から二次電池１を加圧する。スペーサ２は、加圧部材に相当する。複数の突出部２０は、スペーサ２の両面に設けられる。
複数の突出部２０は、二次電池１の外側面に沿って冷却媒体を通す役目を有する。図２に示すスペーサ２では、スペーサ２の下方から冷却媒体が流入し、当該冷却媒体が複数の突出部２０に沿ってスペーサ２の幅方向外側に流出する。これにより、二次電池１が冷却される。
図３は、本発明の一実施形態に係る電極体１０の一例を示す図である。本実施形態では、電極体１０は、正極シート、負極シート及びのセパレータを積層して捲回することによって形成される。なお、他の実施形態では、複数の正極シート、複数の負極シート及び複数のセパレータを積層して、非捲回型の電極体１０を形成してもよい。
二次電池１は、電解液を有する。スペーサ２の突出部２０が二次電池１の側面を加圧することにより、二次電池１内には、電解液が貯留する貯留部１１が形成される。この貯留部１１は、スペーサ２の突出部２０と対向しない位置に形成される。貯留部１１が形成される位置は、図２に示すスペーサ２の突出部２０が設けられていない領域２１の位置に対応する。図２に示すスペーサ２では、複数の突出部２０が、二次電池１の幅方向の端部、中心部及び上部に対応する位置に多く設けられる。一方、二次電池１の中央下部の近傍に対応する位置、すなわち領域２１には、突出部２０が存在せず又は少ない。そのため、複数の突出部２０によって二次電池１の幅方向の端部、中心部及び上部が加圧されることにより、二次電池１の幅方向の端部と中心部の間、特に、二次電池１の中央下部の近傍に貯留部１１が形成される。
図４は、図３のＩ－Ｉ断面線に沿った断面図であり、貯留部１１が存在する電極体１０の水平断面を示す。図４には、正極シート１００、負極シート２００及びセパレータ３００の一部が示されている。図４に示す例では、正極シート１００とセパレータ３００との間、及び負極シート２００とセパレータ３００との間に貯留部１１が存在する。
正極シート１００は、集電箔（アルミニウム等）１１０と、合材１２０とを含む。合材１２０は、活物質（コバルト酸リチウム等）や導電剤、バインダを含むスラリーで構成される。
負極シート２００は、集電箔（銅等）２１０と、合材２２０とを備える。負極シート２００は、集電箔２１０の両面に合材２２０を塗布することによって形成される。合材２２０は、活物質（グラファイト等）や導電剤、バインダを含むスラリーで構成される。
負極シート２００は、貯留部１１と対向する合材２２０に１以上の穴２２１が形成される。図４に示す例では、合材２２０の両面に穴２２１が形成される。なお、合材２２０の片面のみに穴２２１を形成してもよい。
合材２２０の表面における穴２２１の直径Ｄｉは、二次電池１内で析出し得る金属異物の大きさ以上である。例えば、金属異物として銅が析出する場合、穴２２１の直径Ｄｉは、２５０～３００μｍとすることができる。なお、図４に示す例では、穴２２１は先細形状であるが、他の例では、穴２２１は円筒形であってもよい。この場合、穴２２１の底部の直径は、直径Ｄｉと同じとし得る。
穴２２１の深さＤｅは、負極シート２００の片面の合材２２０の厚み以下である。従って、穴２２１の深さＤｅは、負極シート２００の片面の合材２２０の厚みに応じて任意の大きさを採用することができる。
次に、二次電池１の製造方法について説明する。二次電池１の製造方法は、負極シート２００の集電箔２１０の両面に合材２２０を塗布する第１の工程と、貯留部１１と対向する負極シート２００の合材２２０に１以上の穴２２１を形成する第２の工程とを含む。
図５は、本発明の一実施形態に係る第２の工程を説明するための図である。図５には、第１の工程によって両面に合材２２０が塗布された負極シート２００の一部が示されている。図５に示すように、負極シート２００には、貯留部１１と対向する複数の対向部２３０が存在する。第２の工程では、これらの対向部２３０に１以上の穴２２１を形成する。
図６は、他の実施形態に係る第２の工程を説明するための図である。他の実施形態では、負極シート２００の製造性を考慮して、対向部２３０のみならず、貯留部１１と対向しない非対向部にも１以上の穴２２１を形成してもよい。この場合、非対向部に形成される穴の深さは、対向部２３０に形成される穴の深さよりも小さくすることができる。
上述した実施形態では、二次電池１は、電解液が貯留する貯留部１１を含む。負極シート２００は、その両面に合材２２０を備える。貯留部１１と対向する負極シート２００の合材２２０には、１以上の穴２２１が形成される。この構成を採用することにより、図４に示すように、正極シート１００の合材１２０の表面と負極シート２００の穴２２１の底部との距離Ｌ１が、正極シート１００の合材１２０の表面と負極シート２００の合材２２０の表面との距離Ｌ２よりも大きくなる。そのため、穴２２１に金属異物が析出した場合でも、合材２２０の表面に金属異物が析出した場合と比べて、金属異物の析出による短絡を抑制することができる。
また、二次電池１は、積層方向から二次電池１を加圧する加圧部材が隣接して配置される。加圧部材は、積層方向に突出する少なくとも１つの突出部２０を備える。貯留部１１は、加圧部材の突出部２０と対向しない位置に形成される。貯留部１１には、リチウムイオン等のインカレータが多く存在するため、ハイレート特性が良化する。一方、貯留部１１には、溶解した金属イオンも多く存在するため、金属異物が析出するリスクが高くなる。上述した実施形態では、このような貯留部１１と対向する負極シート２００の合材２２０に１以上の穴２２１を形成することにより、ハイレート特性の良化を実現すると共に、金属異物の析出による短絡を抑制することができる。
さらに、少なくとも負極シート２００の合材２２０の表面における穴２２１の直径Ｄｉは、二次電池１内で析出し得る金属異物の大きさ以上である。これにより、金属異物が穴２２１の内部で析出する可能性を高めることができ、金属異物の析出に起因する短絡をさらに抑制することができる。
さらに、穴２２１の深さＤｅは、負極シート２００の片面の合材２２０の厚み以下である。特に、穴２２１の深さＤｅは、負極シート２００の片面の合材２２０の厚みと同じであることが好ましい。これにより、穴２２１に金属異物が析出した場合でも、析出した金属異物が正極シート１００への到達が抑制可能となる。
本発明は、上述した実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
１ 二次電池
２ スペーサ
２０ 突出部
２１ 領域
１０ 電極体
１１ 貯留部
１００ 正極シート
１１０ 集電箔
１２０ 合材
２００ 負極シート
２１０ 集電箔
２２０ 合材
２２１ 穴
２３０ 対向部
３００ セパレータ
２ スペーサ
２０ 突出部
２１ 領域
１０ 電極体
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２２１ 穴
２３０ 対向部
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Claims (6)
- 正極シートと、負極シートと、前記正極シート及び前記負極シートを絶縁するセパレータとが積層された、電解液を有する二次電池であって、
前記二次電池内において前記電解液が貯留する貯留部を含み、
前記二次電池は、前記正極シート、前記負極シート及び前記セパレータの積層方向から前記二次電池を加圧する加圧部材が隣接して配置され、
前記加圧部材は、前記積層方向に突出する少なくとも１つの突出部を備えており、
前記貯留部は、前記加圧部材の前記突出部と対向しない位置に形成され、
前記負極シートは、前記負極シートの両面に合材を備えており、
前記貯留部と対向する前記負極シートの前記合材に１以上の穴が形成された、二次電池。 - 少なくとも前記合材の表面における前記穴の直径は、前記二次電池内で析出し得る金属異物の大きさ以上である、請求項１に記載の二次電池。
- 前記穴の深さは、前記負極シートの片面の前記合材の厚み以下である、請求項１又は２に記載の二次電池。
- 正極シートと、負極シートと、前記正極シート及び前記負極シートを絶縁するセパレータとが積層される、電解液を有する二次電池の製造方法であって、
前記負極シートの集電箔の両面に合材を塗布する第１の工程と、
前記二次電池内において前記電解液が貯留する貯留部と対向する前記負極シートの前記合材に、１以上の穴を形成する第２の工程と
を含み、
前記二次電池は、前記正極シート、前記負極シート及び前記セパレータの積層方向から前記二次電池を加圧する加圧部材が隣接して配置され、
前記加圧部材は、前記積層方向に突出する少なくとも１つの突出部を備えており、
前記貯留部は、前記加圧部材の前記突出部と対向しない位置に形成される、
二次電池の製造方法。 - 少なくとも前記合材の表面における前記穴の直径は、前記二次電池内で析出し得る金属異物の大きさ以上である、請求項４に記載の二次電池の製造方法。
- 前記穴の深さは、前記負極シートの片面の前記合材の厚み以下である、請求項４又は５に記載の二次電池の製造方法。
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