JPH0896838A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

Lithium ion secondary battery

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JPH0896838A
JPH0896838A JP22708094A JP22708094A JPH0896838A JP H0896838 A JPH0896838 A JP H0896838A JP 22708094 A JP22708094 A JP 22708094A JP 22708094 A JP22708094 A JP 22708094A JP H0896838 A JPH0896838 A JP H0896838A
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JP
Japan
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secondary battery
ion secondary
metal
lithium ion
negative electrode
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Application number
JP22708094A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuyoshi Hirosachi
信義 廣幸
Yukichi Kobayashi
佑吉 小林
Isao Kaneko
勲 金子
Minoru Inoue
実 井上
Tomiichi Koyama
富一 小山
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide a large lithium ion secondary battery having 'improved stiffness, vibration resistance, and shock resistance by feeding a refrigerant to the surfaces of the metal faces of the conductors of a negative electrode and a positive electrode, and removing the heat generated in unit cells. CONSTITUTION: A positive electrode coated with a positive electrode active material mix on a metal material and a negative electrode coated with a negative electrode active material mix on a metal material are laminated in turn across a separator to obtain a unit cell. Metal foil lug portions 4', 5' of the electrodes of the unit cells are separated for the positive electrodes and negative electrodes, and they are bundled and welded to form metal faces 10, 13. The metal faces 10, 13 are pinched by conductors 8, 11 and fastened by bolts 9, 12 to form a metal plate, and this metal plate is integrated with the metal foils of the electrodes to form a current collector. The metal faces 10, 13 and an electrolyte in the unit cells are separated, a refrigerant is fed to the metal faces 10, 13 to extract the heat accumulated in the unit cells at the time of a charge and a discharge, the temperature rise in the unit cells is prevented, and electricity is extracted through the current collector.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、リチウムイオン二次電
池に関するものであり、特に、電気自動車用、電力のロ
ードレベリング用など、大容量でエネルギー密度が高
く、且つメンテナンスフリーの要求が高い分野で使用さ
れる角型リチウムイオン二次電池に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium-ion secondary battery, and particularly to a field of large capacity, high energy density, and high maintenance-free demand for electric vehicles, load leveling of electric power, and the like. The present invention relates to a prismatic lithium ion secondary battery used in.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子機器の小型化、軽量化に対応
して、その電源として、軽量で小型としては容量の大き
い、エレクトロニクス用のリチウムイオン二次電池が実
用化され、ハンディビデオカメラや携帯用パソコン等に
使われている。しかし、その容量は大きくて、5〜20
Wh程度であり、円筒型が多い。一方、環境問題等から
電気自動車が世の中の注目を引いており、又、夜間電力
を有効活用するための電力のロードレベリングの必要性
が高まっている。従って、これらに必要な大容量で、コ
ストが安く、メンテナンスフリーの二次電池に対する要
求が高まっている。しかし、この分野で広く使われてい
る鉛蓄電池は、エネルギー密度が低く、重くて使いにく
い。更に、メンテナンスの面でも、補水など手間が掛か
る上、充放電サイクル寿命も600サイクル程度と寿命
が短く、結果的に電池に掛かるコストも高くなってい
る。一部にニッケル・カドミウム電池も使用されている
が、エネルギー密度も充分に高くなく、鉛蓄電池と較べ
てコストが高いので、余り広くは使われていない。これ
らの他、ニッケル亜鉛電池、ナトリウム・硫黄電池も試
験的に電気自動車用に使用されているが、前者は充放電
サイクル寿命が短いこと、後者は危険性が高いなどの問
題点を孕んでいる。
2. Description of the Related Art In recent years, in response to the miniaturization and weight reduction of electronic equipment, a lithium-ion secondary battery for electronics, which is lightweight and small in size and has a large capacity, has been put into practical use as a power source for handheld video cameras and It is used in portable personal computers. However, its capacity is large, 5-20
It is about Wh, and there are many cylindrical types. On the other hand, electric vehicles are attracting public attention due to environmental issues and the need for load leveling of electric power to effectively use nighttime electric power is increasing. Therefore, there is an increasing demand for a secondary battery which has a large capacity, is inexpensive, and is maintenance-free, which is required for these. However, lead-acid batteries widely used in this field have low energy density, are heavy, and are difficult to use. Further, in terms of maintenance, in addition to the need for water replenishment and the like, the charge / discharge cycle life is as short as about 600 cycles, and as a result, the cost for the battery is high. Nickel-cadmium batteries are also used in some parts, but they are not widely used because their energy density is not high enough and their cost is higher than that of lead-acid batteries. In addition to these, nickel-zinc batteries and sodium-sulfur batteries have also been experimentally used for electric vehicles, but the former has shortcomings such as a short charge / discharge cycle life and the latter has a high risk. .

【0003】リチウムイオン二次電池はエネルギー密度
が高く、且つ密閉型でメンテナンスフリーであるので、
これらの用途に対して適しているが、従来は大型のもの
は実用化されていない。これらの用途に供するには1,
000〜5,000Wh程度の容量のものが必要であ
り、従来実用化されているものの100倍以上の容量の
ものを作る必要がある。従来実用化されているリチウム
イオン二次電池は円筒型が主流であるが、電気自動車
用、ロードレベリング用などに必要な1,000〜5,
000Wh級のものは金属箔等に正極活物質合剤を塗布
した正極と金属箔等に負極活物質合剤を塗布した負極を
セパレーターを挟んで交互に積層する構造の3〜4Vの
単電池を2個以上直列に接続して組電池を構成する角型
電池となる。このような角形リチウムイオン二次電池は
まだ実用化されていない。又従来は、電気自動車用に適
した、大型で、強靱性、耐振動性、耐衝撃性の優れたリ
チウムイオン二次電池も実用化されていない。
Since the lithium ion secondary battery has a high energy density, is sealed and maintenance-free,
Although suitable for these applications, large ones have not been put to practical use in the past. To use for these purposes 1,
It is necessary to have a capacity of about 000 to 5,000 Wh, and to manufacture a capacity of 100 times or more of that which has been put into practical use. Cylindrical type is the mainstream of lithium-ion secondary batteries that have been put to practical use, but 1,000 to 5, which are required for electric vehicles, load leveling, etc.
The 000 Wh class is a 3 to 4 V unit cell having a structure in which a positive electrode in which a positive electrode active material mixture is applied to a metal foil or the like and a negative electrode in which a negative electrode active material mixture is applied to a metal foil or the like are alternately laminated with a separator interposed therebetween. It is a prismatic battery that comprises two or more batteries connected in series to form an assembled battery. Such a prismatic lithium ion secondary battery has not yet been put to practical use. Further, conventionally, a large-sized lithium-ion secondary battery having excellent toughness, vibration resistance, and impact resistance, which is suitable for electric vehicles, has not been put into practical use.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】リチウムイオン二次電
池を電気自動車用やロードレベリング用などに必要な大
容量の二次電池として使用する場合、先ず、これを大容
量化することが必要である。その場合、リチウムイオン
二次電池は所謂、角型となる。それは、構成する各単電
池は数十枚から100枚前後の電極を負極・正極交互に
セパレーターを挟んで積層したものとなり、普通この単
電池を直列に接続したものを組電池とすることとなる。
特に電気自動車用等に使用する場合は、大型化すると共
に、その強靱性、耐振動性、耐衝撃性が要求される。そ
のためには、電極そのものの充放電サイクル寿命、強靱
性、耐振動性、耐衝撃性が高いことが必要であるが、電
極を多層積層した単電池の構造も、強靱性、耐振動性、
耐衝撃性が高くなるように工夫する必要がある。このよ
うに、リチウムイオン二次電池を大型化し、強靱性、耐
振動性、耐衝撃性を高めることが求められている。
When a lithium-ion secondary battery is used as a large-capacity secondary battery required for electric vehicles, load leveling, etc., it is first necessary to increase the capacity. . In that case, the lithium ion secondary battery is a so-called prismatic type. It consists of several tens to about 100 electrodes of each unit cell, which are laminated with alternating negative and positive electrodes with a separator sandwiched between them. Normally, these cells are connected in series to form an assembled battery. .
In particular, when it is used for an electric vehicle or the like, it is required to have large size and toughness, vibration resistance, and impact resistance. For that purpose, the charge / discharge cycle life of the electrode itself, toughness, vibration resistance, and impact resistance are required to be high, but the structure of a single cell in which electrodes are laminated in multiple layers also has toughness, vibration resistance, and
It is necessary to devise so that impact resistance becomes high. As described above, it is required to increase the size of the lithium ion secondary battery and enhance the toughness, vibration resistance and impact resistance.

【0005】又、リチウムイオン二次電池は大型化する
と、充放電時に電池の内部で発生する熱が、電池内部に
蓄熱し、電池の内部温度が上昇して、電池の許容温度を
越えることがあるので、これを外部に放散する必要があ
る。特に電気自動車用では急速充放電に耐える二次電池
に対する要請が強く、従来のリチウムイオン二次電池で
は、急速充電したり、充放電を繰り返す間に電池の内部
に蓄熱し、電池の内部温度が上昇し、電池の許容温度を
越えると言う課題があった。本発明者は、先に、特願平
6−67246号において、リチウムイオン二次電池の
内部で発生する熱を、集電体の導電体を単電池毎に、電
池の容器の壁を貫通させて外に出し、そこで冷媒と接触
させて放散させる構成のリチウムイオン二次電池を提案
した。しかし、この場合、導電体の金属の熱伝導伝熱が
十分大きくないので、さらに工夫が必要である。そこ
で、本発明者は、これらの課題を解決すべく種々検討を
行い本発明に到達した。
When the lithium ion secondary battery is upsized, the heat generated inside the battery during charging / discharging accumulates inside the battery and the internal temperature of the battery rises, which may exceed the allowable temperature of the battery. It is necessary to dissipate this outside. Particularly for electric vehicles, there is a strong demand for secondary batteries that can withstand rapid charging / discharging, and conventional lithium-ion secondary batteries accumulate heat inside the batteries during rapid charging and repeated charging / discharging, and the internal temperature of the batteries increases. There is a problem that the temperature rises and exceeds the allowable temperature of the battery. The present inventor previously disclosed in Japanese Patent Application No. 6-67246 that heat generated inside a lithium-ion secondary battery is passed through a wall of a battery container by a conductor of a current collector for each single battery. We proposed a lithium-ion secondary battery that is configured to be discharged to the outside and then contacted with a refrigerant to dissipate. However, in this case, since heat conduction and heat transfer of the metal of the conductor are not sufficiently large, further improvement is required. Therefore, the present inventor has arrived at the present invention by conducting various studies to solve these problems.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の要旨は、
金属材料に正極活物質合剤を塗布した正極と金属材料に
負極活物質合剤を塗布した負極をセパレーターを挟んで
交互に積層する単電池からなるリチウムイオン二次電池
において、電極を多層積層し、電極の金属材料の耳の部
分を、正極及び負極に分離してそれぞれ導電体に電気的
・熱的に接続し、集電体を形成するに当たり、正極及び
負極の金属材料の耳の部分を、分離してそれぞれ複数枚
束ねて、この導電体で挟み、その電極の耳の部分の端部
とこの導電体をこの端部の先端の側から溶接して構成さ
れた金属の面に、冷媒を流し、単電池の内部で発生した
熱を放散すると共に、この導電体を通して電気を取り出
すように構成することを特徴とするリチウムイオン二次
電池にある。以下、本発明を詳細に説明する。
The summary of the present invention is as follows.
In a lithium-ion secondary battery consisting of a single battery in which a positive electrode in which a positive electrode active material mixture is applied to a metal material and a negative electrode in which a negative electrode active material mixture is applied to a metal material are alternately laminated with a separator interposed therebetween, the electrodes are laminated in multiple layers. , The electrode metal material ears are separated into the positive electrode and the negative electrode and electrically and thermally connected to the conductors respectively to form the current collector, and the metal material ears of the positive electrode and the negative electrode are separated. , Separate and bundle a plurality of each, sandwiched by this conductor, the end of the ear portion of the electrode and a metal surface formed by welding this conductor from the tip side of this end, the refrigerant The lithium ion secondary battery is characterized in that it is configured so that the heat generated inside the unit cell is dissipated and the electricity is taken out through this conductor. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

【0007】まず、本発明におけるリチウムイオン二次
電池の構成要素は、少なくとも負極、正極、セパレータ
ー、非水電解液からなり、負極活物質としてはリチウム
をインターカーレーション又はドーピングできる炭素材
が一般的であり、正極活物質とはリチウムを吸蔵又はイ
ンターカーレーションできるLix CoO2 等の金属酸
化物系化合物、Lix TiS2 等のカルコゲナイト系化
合物等である。
First, the constituent elements of the lithium ion secondary battery according to the present invention are at least a negative electrode, a positive electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte, and the negative electrode active material is generally a carbon material capable of intercalating or doping with lithium. The positive electrode active material is a metal oxide compound such as Li x CoO 2 capable of occluding or intercalating lithium, a chalcogenite compound such as Li x TiS 2 .

【0008】負極は負極活物質と粘結剤(バインダー)
〔負極合剤〕を溶媒でスラリー化したものを銅等の金属
の箔等に塗布し、乾燥したもので、場合によってはロー
ル処理等を施したものである。正極は正極活物質と粘結
剤(バインダー)と導電剤〔正極合剤〕を溶媒でスラリ
ー化したものをアルミニウム等の金属の箔等に塗布し、
乾燥したもので、場合によってはロール処理等を施した
ものである。セパレーターとしては、多孔性の合成樹脂
の薄膜、例えば25μm厚さのポリプロピレン樹脂の多
孔性の薄膜、20μm厚さのポリエチレン樹脂の多孔性
の薄膜等が使用されるが、これらに限るものではない。
The negative electrode is a negative electrode active material and a binder.
A slurry of [negative electrode mixture] in a solvent is applied to a foil of a metal such as copper, dried, and optionally roll-treated. The positive electrode is obtained by applying a slurry of a positive electrode active material, a binder (binder), and a conductive agent [positive electrode mixture] in a solvent to a metal foil such as aluminum or the like,
It is dried and, if necessary, roll-treated. As the separator, a thin film of porous synthetic resin, for example, a thin film of polypropylene resin having a thickness of 25 μm, a thin film of polyethylene resin having a thickness of 20 μm, or the like is used, but the separator is not limited thereto.

【0009】非水電解液は、リチウム塩を有機溶媒に溶
解したものが使用される。リチウム塩は特に限定されな
いが、例えば、LiPF6 、LiBF4 、LiCl
4 、LiAsF6 、LiCF3 SO3 等が挙げられ
る。有機溶媒は特に限定されないが、例えば、カーボネ
ート類、エーテル類、ケトン類、スルホラン系化合物、
ラクトン類、ニトリル類、塩素化炭化水素類、アミン
類、エステル類、アミド類、燐酸エステル系化合物、等
を使用することができる。
As the non-aqueous electrolyte, a solution obtained by dissolving a lithium salt in an organic solvent is used. The lithium salt is not particularly limited, and examples thereof include LiPF 6 , LiBF 4 , and LiCl.
O 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 and the like can be mentioned. The organic solvent is not particularly limited, for example, carbonates, ethers, ketones, sulfolane compounds,
Lactones, nitriles, chlorinated hydrocarbons, amines, esters, amides, phosphoric acid ester compounds and the like can be used.

【0010】これらの代表的なものを列挙すると、プロ
ピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレン
カーボネート、テトラヒドロフラン、2メチルテトラヒ
ドロフラン、1,4ジオキサン、4メチル・2ペンタノ
ン、スルホラン、3メチルスルホラン、γブチロラクト
ン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、アセトニト
リル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ブチロニト
リル、バレロニトリル、1,2ジクロロエタン、ジメチ
ルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、燐酸トリメチ
ル、燐酸トリエチル等及びこれらの混合溶媒がある。
Typical examples of these are listed below: propylene carbonate, ethylene carbonate, vinylene carbonate, tetrahydrofuran, 2 methyl tetrahydrofuran, 1,4 dioxane, 4 methyl 2 pentanone, sulfolane, 3 methyl sulfolane, γ-butyrolactone and dimethoxyethane. , Diethoxyethane, acetonitrile, propionitrile, benzonitrile, butyronitrile, valeronitrile, 1,2 dichloroethane, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, trimethyl phosphate, triethyl phosphate and the like and mixed solvents thereof.

【0011】負極・正極の粘結剤としては、例えば、ポ
リフッ化ビニリデン、ポリテトラフッ化エチレン、EP
DM(エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体)、
SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリ
ロニトリル−ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、等が使用
されるが、これらに限るものではない。正極の導電剤と
しては、黒鉛の微粒子、アセチレンブラック等のカーボ
ンブラック、ニードルコークス等無定形炭素の微粒子、
等が使用されるが、これらに限るものではない。
Examples of the binder for the negative and positive electrodes include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and EP.
DM (ethylene-propylene-diene terpolymer),
SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), fluororubber and the like are used, but not limited to these. As the positive electrode conductive agent, fine particles of graphite, carbon black such as acetylene black, fine particles of amorphous carbon such as needle coke,
Etc. are used, but not limited to these.

【0012】負極の負極合剤、正極の正極合剤をスラリ
ーにする溶媒としては、通常は粘結剤を溶解する有機溶
媒が使用される。例えば、Nメチルピロリドン、ジメチ
ルホルムアミド、ジメチルアセンアミド、メチルエチル
ケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メ
チル、ジエチルトリアミン、NNジメチルアミノプロピ
ルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン、等
が使用されるが、これらに限るものではない。
As the solvent for making the negative electrode mixture of the negative electrode and the positive electrode mixture of the positive electrode into a slurry, an organic solvent capable of dissolving the binder is usually used. For example, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacenamide, methylethylketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, NN dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran, etc. are used, but not limited to these. .

【0013】又、水に分散剤、増粘剤等を加えたもので
負極合剤、正極合剤をスラリー化して、或いは、SBR
等のラテックスで電極活物質等をスラリー化して、これ
を金属の箔等に塗布し、電極を製造する場合もある。負
極活物質はリチウムをインターカーレーション又はドー
ピング出来る炭素材であり、この炭素材は特に限定され
ないが、例えば、黒鉛及び、石炭系コークス、石油系コ
ークス、石炭系ピッチの炭化物、石油系ピッチの炭化
物、ニードルコークス、ピッチコークス、フェノール樹
脂・結晶セルローズ等の炭化物、等及びこれらを一部黒
鉛化した炭素材、ファーネスブラック、アセチレンブラ
ック、ピッチ系炭素繊維、等が挙げられる。
Further, the negative electrode mixture and the positive electrode mixture are made into a slurry by adding a dispersant, a thickener, etc. to water, or SBR.
In some cases, the electrode active material or the like is slurried with a latex such as the above and applied to a metal foil or the like to manufacture an electrode. The negative electrode active material is a carbon material capable of intercalating or doping with lithium, and the carbon material is not particularly limited, and examples thereof include graphite and coal-based coke, petroleum-based coke, carbide of coal-based pitch, and carbide of petroleum-based pitch. Carbides such as needle coke, pitch coke, phenol resin and crystalline cellulose, and the like, and carbon materials obtained by partially graphitizing these, furnace black, acetylene black, pitch-based carbon fiber, and the like.

【0014】正極活物質はリチウムを吸蔵又はインター
カーレーション出来る金属酸化物系化合物、カルコゲナ
イト系化合物等であり、特に限定されないが、例えば、
Li x CoO2 、Lix MnO2 、Lix Mn2 4
Lix 2 5 、Lix TiS2 等が使用される。負極
の集電体の材質としては、銅、ニッケル、ステンレス
鋼、ニッケルメッキ鋼、等が使用され、正極の集電体の
材質としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル
メッキ鋼、等が使用されるが、いずれもこれらに限るも
のではない。
The positive electrode active material occludes or intercalates lithium.
Metal oxide compounds that can be curated, chalcogena
Ito-based compounds and the like, but are not particularly limited, for example,
Li xCoO2, LixMnO2, LixMn2OFour,
LixV2OFive, LixTiS2Etc. are used. Negative electrode
The current collector materials are copper, nickel, and stainless steel.
Steel, nickel-plated steel, etc. are used for the positive electrode current collector.
Materials are aluminum, stainless steel, nickel
Plated steel, etc. are used, but are not limited to these
Not of.

【0015】本発明におけるリチウムイオン二次電池
は、金属材料に正極活物質合剤を塗布した正極と金属材
料に負極活物質合剤を塗布した負極をセパレーターを挟
んで交互に積層する単電池からなる。この積層は、目的
に応じ選定しうるが、電池を大型化するには、電極を十
数枚以上、場合によっては100枚以上多層積層する必
要がある。正又は負極の活物質合剤を塗布する金属材料
としては、金属箔、金属板、金属多孔板、金網等の薄い
材料が好適である。
The lithium ion secondary battery according to the present invention comprises a single battery in which a positive electrode in which a positive electrode active material mixture is applied to a metal material and a negative electrode in which a negative electrode active material mixture is applied to a metal material are alternately laminated with a separator interposed therebetween. Become. This stacking can be selected according to the purpose, but in order to increase the size of the battery, it is necessary to stack ten or more electrodes, and in some cases, 100 or more multilayers. As a metal material for applying the positive or negative electrode active material mixture, a thin material such as a metal foil, a metal plate, a metal porous plate, or a wire mesh is suitable.

【0016】本発明においては、この金属材料の電極活
物質合剤が塗布されていない部分である耳の部分を、正
極及び負極を分離してそれぞれ、電気的・熱的に、導電
体に接続し、集電体が形成される。そして、金属材料の
耳の部分とこの導電体を接続して集電体を形成するに当
たり、正極及び負極の金属材料の耳の部分を、分離して
それぞれ複数枚束ねて、この導電体で挟み、その電極の
金属材料の耳の部分の端部とこの導電体を溶接する。溶
接の方法としては、TIG溶接、高周波溶接、超音波溶
接が好適であるが、これらに限るものではない。
In the present invention, the ears, which are the portions of the metal material to which the electrode active material mixture is not applied, are electrically and thermally connected to a conductor by separating the positive electrode and the negative electrode. Then, a current collector is formed. When forming the current collector by connecting the ears of the metal material to the conductor, separate the ears of the metal material of the positive electrode and the negative electrode and bundle them into a plurality, and sandwich them with the conductor. , Weld this conductor to the edge of the metal material ear portion of the electrode. As a welding method, TIG welding, high frequency welding, and ultrasonic welding are preferable, but the welding method is not limited to these.

【0017】本発明は、リチウムイオン二次電池におい
て、充放電時に単電池の内部で発生する熱が単電池内部
に蓄熱して、単電池の内部温度が許容温度以上に上がる
のを防ぐために、単電池から効果的に熱を放散するよう
に構成されたリチウムイオン二次電池を提供するもので
ある。本発明は、上記の金属材料の耳の部分の端部とこ
の導電体を溶接してできる金属の面に冷媒を直接接触さ
せて、単電池の内部で発生した熱を除去するように構成
されたリチウムイオン二次電池を提供する。通常、この
金属の面は組電池の内部にあり、電解液と接触している
が、この金属の面を電解液と分離することにより目的は
達せられる。
According to the present invention, in a lithium ion secondary battery, in order to prevent the heat generated inside the unit cell during charging / discharging from being stored inside the unit cell and preventing the internal temperature of the unit cell from exceeding an allowable temperature, Provided is a lithium-ion secondary battery configured to effectively dissipate heat from a single battery. The present invention is configured to remove the heat generated inside the unit cell by directly contacting the coolant with the end of the ear portion of the metal material and the metal surface formed by welding the conductor. A lithium ion secondary battery is provided. Usually, this metal surface is inside the assembled battery and is in contact with the electrolytic solution, but the purpose can be achieved by separating this metal surface from the electrolytic solution.

【0018】このように構成されたリチウムイオン二次
電池においては、単電池内部で発生した熱は、電極活物
質合剤の層から金属材料の金属箔等に伝わり、次いで、
この金属材料を通して熱伝導伝熱で導電体に伝わり、こ
の導電体に接触する冷媒による、効果的に除去される。
正極及び負極の金属材料の耳の部分を、分離してそれぞ
れ複数枚束ねるに当たり、単電池1個当たり複数に分け
て束ねる場合、上記目的を達成するには、隣合った束を
挟む導電体を一体のものとし、正極及び負極の導電体が
それぞれ1枚の金属板となるよう構成する必要がある。
In the lithium ion secondary battery thus constructed, the heat generated inside the unit cell is transferred from the layer of the electrode active material mixture to the metal foil of the metal material, and the like.
The heat is transferred to the conductor by heat conduction through the metal material, and is effectively removed by the refrigerant in contact with the conductor.
When separating the ears of the metal material of the positive electrode and the negative electrode and bundling a plurality of them separately, when bundling a plurality of cells per single cell, in order to achieve the above-mentioned object, it is necessary to use conductors that sandwich adjacent bunches. It is necessary to make them integral with each other so that the conductors of the positive electrode and the negative electrode are each one metal plate.

【0019】この金属の面と電解液を分離する方法とし
ては、(1)単電池を収納する組電池の容器が、シール
材等でこの金属の面を液封する構造のものである、場合
と、(2)各単電池が、電解液を封じ込める構造のもの
である、場合がある。前者・後者共に、液封する方法と
して、通常、ガスケットを使用し機械的に締め付ける方
法、アスファルトシール、プラスチックシール等の、塑
性変形する接着性の材料を液封に用いる方法、接着材で
容器の枠と単電池の面を接着する方法及びこれらを組み
合わせる方法が挙げられる。
The method for separating the metal surface from the electrolytic solution is as follows: (1) When the container of the assembled battery for accommodating the unit cell has a structure in which the metal surface is liquid-sealed with a sealing material or the like, (2) Each cell may have a structure capable of containing an electrolytic solution. For both the former and the latter, as a method for liquid sealing, usually, a method of mechanically tightening using a gasket, a method of using an adhesive material that plastically deforms, such as an asphalt seal, or a plastic seal, for liquid sealing, or a container with an adhesive is used. Examples include a method of adhering the frame and the surface of the unit cell and a method of combining these.

【0020】本発明においては、単電池毎に電解液を封
じ込める構造がより好適に適用される。通常、本発明に
おけるリチウムイオン二次電池の形状は直方体である
が、その角の部分の液封には、次のような方法が好適で
ある。すなわち、角の部分に電解液の腐食に耐えるシー
ル材を挟みこむ構造、あるいは圧入する構造を備えるこ
とが、電解液を単電池や外部と分離する方法として好適
である。電解液の腐食に耐えるシール材としては、ポリ
フッ化ビニリデン、SBR、NBR、EPDMなどが好
適である。
In the present invention, a structure in which the electrolytic solution is contained in each unit cell is more preferably applied. Usually, the shape of the lithium-ion secondary battery in the present invention is a rectangular parallelepiped, but the following method is suitable for liquid sealing the corners. That is, it is suitable as a method for separating the electrolytic solution from the unit cell or the outside that a structure in which a sealing material that resists corrosion of the electrolytic solution is sandwiched in the corner portion or a structure is press-fitted. Polyvinylidene fluoride, SBR, NBR, EPDM, and the like are suitable as the sealing material that is resistant to the corrosion of the electrolytic solution.

【0021】冷媒としては、冷却用の空気を用いる、所
謂空冷が好ましいが、液体の冷媒はより効果的である。
空冷の場合、自然対流で空気を送る構造が最も簡便であ
るが、急速充電などより高い負荷に対応するためには、
ブロワーで強制的に空気を送ることが必要となる。送風
用のブロワーは、各組電池毎に備えることも出来るが、
複数個の組電池に対して備えることもできる。液体の冷
媒を使用する場合には、単電池の導電体よりなる金属の
面に冷却した冷媒を流すために組電池毎にあるいは複数
の組電池毎に、冷却器および循環ポンプを備えた冷媒の
冷却系を備えるように構成するのが一般的である。
As the refrigerant, so-called air cooling, which uses cooling air, is preferable, but a liquid refrigerant is more effective.
In the case of air cooling, the structure that sends air by natural convection is the simplest, but in order to cope with higher loads such as rapid charging,
It is necessary to forcefully blow air with a blower. A blower for blowing air can be provided for each battery pack,
It may be provided for a plurality of assembled batteries. In the case of using a liquid refrigerant, in order to flow the cooled refrigerant on the metal surface made of the electric conductor of the single cell, for each assembled battery or for each assembled battery, the cooling medium provided with the cooler and the circulation pump is used. It is generally configured to include a cooling system.

【0022】冷媒として、電解液と混合しても反応しな
い溶媒を使用するのが好ましい。これは万一、冷却シス
テムに洩れを生じ、リチウムイオン二次電池の電解液に
冷源としての冷媒が混入しても、直ちに問題が発生しな
いようにするためである。このような溶媒としては、リ
チウムイオン二次電池の電解液に使用される溶媒と同じ
ものが好ましいが、これらに限られるものではない。ま
た、空冷の場合の送風ブロワー又は液体の冷媒を使用す
る場合の循環ポンプを備える時は、単電池内部の温度を
検出し、この温度が高くなったら起動し、低くなった
ら、停止するような機構を備えることが好ましい。
As the refrigerant, it is preferable to use a solvent which does not react even when mixed with the electrolytic solution. This is to prevent a problem from immediately occurring even if a coolant leaks in the cooling system and a coolant as a cold source is mixed in the electrolytic solution of the lithium ion secondary battery. The solvent is preferably the same as the solvent used for the electrolytic solution of the lithium ion secondary battery, but is not limited thereto. Also, when equipped with a blower for air cooling or a circulation pump when using a liquid refrigerant, the temperature inside the cell is detected, and when this temperature rises, it starts, and when it falls, it stops. It is preferable to provide a mechanism.

【0023】さらに、本発明では、単電池を堅固な構造
とするために、正極と負極をセパレーターを挟んで交互
に積層するに当たり、正極−正極間、負極−負極間の間
隔を一定に保つ為に、非導電性のスペーサーを挟んで積
層し、非導電性の枠で単電池の電極の層を外側から締め
付ける構造とすることができる。単電池をこのような構
造にすることにより、より強靱で、耐振動性、耐衝撃性
により優れたものとなる。非導電性の枠としては、ポリ
プロピレン等の合成樹脂製のもの、金属製でその表面の
正極及び負極と接触し、絶縁に必要な部分を非導電性材
料で覆ったもの等が用いられる。
Further, in the present invention, in order to make the unit cell have a solid structure, when the positive electrodes and the negative electrodes are alternately laminated with the separators sandwiched therebetween, the intervals between the positive electrodes and the positive electrodes and between the negative electrodes and the negative electrodes are kept constant. In addition, it is possible to have a structure in which non-conductive spacers are sandwiched and stacked, and the electrode layer of the unit cell is clamped from the outside with a non-conductive frame. By making the unit cell have such a structure, the unit cell is tougher and is excellent in vibration resistance and impact resistance. As the non-conductive frame, a frame made of a synthetic resin such as polypropylene, or a frame made of metal which is in contact with the positive electrode and the negative electrode on the surface of the frame and is covered with a non-conductive material at a portion necessary for insulation is used.

【0024】本発明のリチウムイオン二次電池の製造に
当たっては、電極の間にスペーサーを挟み込む場合に
は、その生産性を挙げるために、次のような方法を好適
に採用しうる。 (i)正極及び負極の金属箔等の耳の部分に、予め、ス
ペーサーを接着剤で張りつけたものを使用する。このよ
うにすることにより、正極、セパレーター、負極、セパ
レーター、正極の順に積層する作業を行うことにより、
スペーサーが挟み込まれた単電池が出来上がるので、ス
ペーサーを挟み込む作業が省かれ、リチウムイオン二次
電池の製造工程の生産性が著しく向上する。 (ii)スペーサーとして、電極の耳の長さ方向の長さに
見合う細長いスペーサーを使用する。このようにするこ
とにより、小さいスペーサーを挟み込む作業の回数が減
り、作業性も向上する。
In the manufacture of the lithium ion secondary battery of the present invention, when a spacer is sandwiched between electrodes, the following method can be preferably adopted in order to improve the productivity. (I) A metal foil or the like of the positive electrode and the negative electrode, to which a spacer is attached in advance with an adhesive, is used. By doing so, by performing the work of laminating the positive electrode, the separator, the negative electrode, the separator, and the positive electrode in this order,
Since the unit cell in which the spacer is sandwiched is completed, the work of sandwiching the spacer is omitted, and the productivity of the manufacturing process of the lithium ion secondary battery is significantly improved. (Ii) As the spacer, an elongated spacer that matches the length of the electrode in the lengthwise direction is used. By doing so, the number of operations for sandwiching the small spacer is reduced, and the workability is also improved.

【0025】[0025]

〔実施例1〕[Example 1]

(負極)石炭系ニードルコークスを粉砕し、平均粒径1
0μmとしたもの90部を、ポリフッ化ビニリデン10
部をNメチルピロリドン150部に溶解したものと混合
し、負極合剤スラリーとし、40μm厚さの銅箔の両面
に塗布し、乾燥して溶媒を蒸発させ、ロール処理をして
負極を作る。負極合剤の塗布部の大きさは10cm×1
8cm、厚さは片面150μmとした。銅箔は上下には
特に耳を取らないが、左右には、左に30mm、右に3
mmの耳を残して負極合剤を塗布するように設計してあ
る。尚、単電池の端の部分を構成する電極は負極合剤を
片面のみに塗布したものを使用する。
(Negative electrode) Coal-based needle coke is crushed to an average particle size of 1
90 parts of 0 μm was added to polyvinylidene fluoride 10
Part is dissolved in 150 parts of N-methylpyrrolidone to form a negative electrode mixture slurry, which is applied to both sides of a copper foil having a thickness of 40 μm, dried to evaporate the solvent, and roll-treated to form a negative electrode. The size of the negative electrode mixture application part is 10 cm x 1
The thickness was 8 cm and the thickness was 150 μm on each side. Although the copper foil is not particularly sensitive to the top and bottom, the left and right sides are 30 mm on the left and 3 on the right.
It is designed to be applied with the negative electrode mixture leaving the mm ear. It should be noted that the electrodes constituting the end portions of the unit cells are those in which the negative electrode mixture is applied to only one surface.

【0026】(正極)炭酸リチウム1モルと炭酸コバル
ト2モルをボールミルで混合粉砕し、850℃で5時間
空気中で加熱処理した後、再度ボールミルで混合粉砕
し、更に850℃で5時間空気中で加熱処理したもの9
0部に、導電剤として、アセチレンブラックを5部加え
て混合したものをポリフッ化ビニリデン5部をNメチル
ピロリドン150部に溶解したものと混合し、正極合剤
スラリーとし、80μm厚さのアルミニウム箔の両面に
塗布し、乾燥して溶媒を蒸発させ、ロール処理をして正
極を作る。正極合剤の塗布部の大きさは10cm×18
cm、厚さは片面140μmとした。アルミニウム箔は
上下には特に耳を取らないが、左右には、右に30m
m、左に3mmの耳を残して負極合剤を塗布するように
設計してある。尚、単電池の端の部分を構成する電極は
正極合剤を片面のみに塗布したものを使用する。
(Positive electrode) 1 mol of lithium carbonate and 2 mol of cobalt carbonate were mixed and pulverized in a ball mill, heat-treated in air at 850 ° C. for 5 hours, mixed and pulverized again in a ball mill, and further in air at 850 ° C. for 5 hours. Heat-treated with 9
An aluminum foil having a thickness of 80 μm was prepared by adding 5 parts of acetylene black as a conductive agent to 0 part and mixing the mixture with 5 parts of polyvinylidene fluoride dissolved in 150 parts of N-methylpyrrolidone to prepare a positive electrode mixture slurry. Is coated on both surfaces, dried to evaporate the solvent and roll-processed to prepare a positive electrode. The size of the positive electrode mixture application part is 10 cm x 18
cm, and the thickness was 140 μm on each side. The aluminum foil doesn't take much ears up and down, but to the left and right, 30m to the right.
It is designed so that the negative electrode mixture is applied while leaving a 3 mm left ear. It should be noted that the electrodes forming the end portion of the unit cell are those in which the positive electrode mixture is applied to only one surface.

【0027】(単電池の組立)上記、負極と正極を交互
に35μm厚さの多孔性ポリプロピレンシートをセパレ
ーターとして挟んで積層して、単電池を組み立てる。そ
の際、両端の電極は電極合剤を片面のみ塗布したものを
使用し、左側の負極の耳の部分にはポリプロピレン製の
縦長のスペーサーを各負極の間に挟んで、右側の正極の
耳の部分にもポリプロピレン製の縦長のスペーサーを各
正極の間に挟んで、積層する。
(Assembly of Unit Cell) The unit cell is assembled by alternately stacking the negative electrode and the positive electrode with a porous polypropylene sheet having a thickness of 35 μm sandwiched as a separator. At that time, the electrodes on both ends were prepared by applying the electrode mixture only on one side, and a polypropylene vertical spacer was sandwiched between the negative electrodes on the left negative electrode ears, and the right positive electrode ears were Longitudinal polypropylene spacers are also sandwiched between the positive electrodes and laminated on the portions.

【0028】左側の負極の耳の部分の端部は約15枚づ
つ束ね、これを各々2枚の銅の導電体で挟み、ボルトで
締め付けて、電気的・熱的に両者を接合し、更に、耳の
部分の端部とこの2枚の銅の導電体を溶接する。この場
合、単電池の負極の耳は91枚あるので、6組に分けて
束ねて、導電体と接合することとなるが、隣合った組を
締め付ける導電体は一体のものとし、単電池全体の負極
の耳の部分の端部と銅の導電体の締め付け・接合・溶接
が終わると負極の導電体は溶接された1枚の金属板とな
る。このようにして、負極活物質合剤を塗布した金属箔
と導電体金属が一体に強固に接合した負極の集電体を形
成する。
Approximately 15 sheets of the end portion of the left negative electrode are bundled, each of which is sandwiched by two copper conductors and fastened with a bolt to electrically and thermally join the two. , Weld the ends of the ears and these two copper conductors. In this case, since the negative ears of the unit cell are 91 sheets, they will be bundled in 6 groups and bonded to the conductors, but the conductors that tighten the adjacent groups will be integrated, and After tightening, joining, and welding of the end portion of the ear portion of the negative electrode and the copper conductor, the negative electrode conductor becomes a welded single metal plate. Thus, the negative electrode current collector in which the metal foil coated with the negative electrode active material mixture and the conductor metal are firmly bonded together is formed.

【0029】右側の正極の耳の部分の端部も同様に、約
15枚づつ束ね、これを各々2枚のアルミニウムの導電
体で挟み、リベットでかしめて、電気的・熱的に両者を
接合し、更に、耳の部分の端部とこの2枚のアルミニウ
ムの導電体を溶接する。この場合、単電池の正極の耳は
91枚あるので、6組に分けて束ねて、導電体と接合す
ることとなるが、隣合った組を締め付ける導電体は一体
のものとし、単電池全体の負極の耳の部分の端部とアル
ミニウムの導電体の締め付け・接合・溶接が終わると負
極の導電体は溶接された1枚の金属板となる。このよう
にして、負極活物質合剤を塗布した金属箔と導電体金属
が一体に強固に接合した負極の集電体を形成する。
Similarly, the end portion of the right side of the positive electrode is also bundled by about 15 sheets each, sandwiched by two aluminum conductors each, and crimped with a rivet to electrically and thermally join them. Then, the ends of the ears are welded to the two aluminum conductors. In this case, since there are 91 positive electrode ears of the unit cell, they will be bundled in 6 groups and bonded to the conductors, but the conductors that clamp the adjacent groups will be integrated, and After tightening, joining, and welding of the end portion of the ear portion of the negative electrode and the aluminum conductor, the negative electrode conductor becomes a welded single metal plate. Thus, the negative electrode current collector in which the metal foil coated with the negative electrode active material mixture and the conductor metal are firmly bonded together is formed.

【0030】このようにして形成された、負極及び正極
の導電体の金属面の表面に冷媒を流して、単電池内部で
発生した熱を除去する。そのために、電解液を単電池に
中に封じ込む必要があるので、先ず、組み立てた単電池
の底面に単電池底板を貼り付け、次いで、側面に単電池
側壁板を貼り付ける。単電池側壁板は単電池側壁板接着
部を備え、単電池底板と重合わせて、これと強固に接合
する。最後に、単電池の上面に単電池上蓋を貼り付け
る。単電池上蓋は単電池上蓋接着部を備え、単電池側壁
と重合わせて、これと強固に接合する。貼り付ける方法
は、接着材で接着することも出来るが、ガスケットを挟
み機械的に締め付ける事も出来る。又これらを組み合わ
せてもよい。単電池底板、単電池側壁板、単電池上蓋等
はガラスファイバーを充填したポリプロピレンを使用し
た。
A coolant is caused to flow on the surfaces of the metal surfaces of the electric conductors of the negative electrode and the positive electrode thus formed, and the heat generated inside the unit cell is removed. Therefore, it is necessary to seal the electrolytic solution in the unit cell, so that the unit cell bottom plate is first attached to the bottom surface of the assembled unit cell, and then the unit cell side wall plate is attached to the side surface. The unit cell side wall plate has a unit cell side wall plate adhesive portion, and is superposed on the unit cell side wall plate and firmly joined thereto. Finally, the cell top lid is attached to the top surface of the cell. The unit cell upper lid is provided with a unit cell upper lid adhesive portion, and overlaps with the unit cell side wall and is firmly bonded thereto. As a method of pasting, an adhesive material can be used for adhesion, or a gasket can be sandwiched and mechanically tightened. Also, these may be combined. Polypropylene filled with glass fiber was used for the unit cell bottom plate, unit cell side wall plate, unit cell upper lid and the like.

【0031】このように単電池本体を封じ込まれた単電
池は、先ず気密テストを行い、次いで内部を真空にし
て、電解液を所定量注入した後、注入孔を封ずる。電解
液はプロピレンカーボネートとジメトキシエタン1:1
の混合溶媒に6フッ化燐リチウム塩を1モル/L溶解し
たものを使用する。上記の大きさの電極を90組と半分
(両端の電極は片面のみ電極合剤が塗布してあるので半
分となる)積層すると、約625Whの充放電容量を持
った単電池となる。
The unit cell in which the unit cell body is thus sealed is first subjected to an airtight test, then the inside is evacuated to inject a predetermined amount of the electrolytic solution, and then the injection hole is sealed. The electrolyte is propylene carbonate and dimethoxyethane 1: 1
A solution obtained by dissolving 1 mol / L of lithium hexafluorophosphate in the mixed solvent of is used. When 90 sets of electrodes of the above size and half are laminated (the electrodes on both ends are half because the electrode mixture is applied on only one surface), a single cell having a charge / discharge capacity of about 625 Wh is obtained.

【0032】図1〜4は、このようにして得られたリチ
ウムイオン二次電池の単電池を示す。図1は、平面図
(図2のAA′断面)であり、単電池の電極の金属箔の
耳の部分4′,5′を4組に分けて束ねて、正極・負極
を分けてそれぞれ導電体8,11で挟み、ボルト9,1
2で締め付けたものを示す。10,13は金属箔の耳の
部分4′,5′と導電体8,11の溶接部である。導電
体8,11は隣合った金属箔の耳の部分を締め付けるも
のが一体になっており、その結果、溶接により、導電体
8,11は一枚の金属板となっている。そして、この一
枚の金属板と電極の金属箔が一体となって、集電体を構
成する構造となっている。1は電極活物質合剤塗布部を
示し、7はスペーサーを挟んだ部分である。15,17
は単電池端子であり、導電体8,11に直接溶接してあ
る。42は、単電池側板であり、単電池の端の電極を押
さえ、電極の層を締め付ける役割と単電池の電解液を外
部と分離する役割を果たす。単電池側板の材料はガラス
ファイバー入りポリプロピレンである。単電池側板と単
電池の側壁との接合は、接着剤で接着してもよいし、ガ
スケットを挟み締め付けてもよいし、両者を組み合わせ
てもよい。
1 to 4 show a lithium ion secondary battery cell thus obtained. FIG. 1 is a plan view (sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 2), in which the metal foil ears 4 ′ and 5 ′ of the electrodes of the unit cell are bundled into four sets, and the positive electrode and the negative electrode are separately conductive. Sandwiched between bodies 8 and 11, bolts 9 and 1
The one tightened in 2 is shown. 10 and 13 are welded portions of the metal foil ears 4'and 5'and the conductors 8 and 11. The conductors 8 and 11 are integrated so as to tighten the ears of adjacent metal foils, and as a result, the conductors 8 and 11 are formed into a single metal plate by welding. The one metal plate and the metal foil of the electrode are integrated to form a current collector. Reference numeral 1 denotes an electrode active material mixture application portion, and 7 is a portion sandwiching a spacer. 15,17
Is a unit cell terminal and is directly welded to the conductors 8 and 11. Reference numeral 42 denotes a unit cell side plate, which plays a role of pressing an electrode at an end of the unit cell, tightening an electrode layer, and a role of separating the electrolytic solution of the unit cell from the outside. The material of the cell side plate is polypropylene with glass fiber. The side plate of the unit cell and the side wall of the unit cell may be bonded by an adhesive, a gasket may be sandwiched between them, or both may be combined.

【0033】図2は正面図(図1のBB′断面)であ
る。1は電極活物質合剤塗布部であり、6はセパレータ
ーを示す。7はスペーサーであり、電極の金属箔の耳の
部分4′,5′を導電体8,11で挟み、ボルト9,1
2で締め付ける。10,13は電極の耳の部分4′,
5′と導電体8,11を溶接した溶接部を示す。15,
17は単電池端子であり、導電体8,11に直接溶接し
てある。電気は、電極活物質合剤から金属箔、導電体、
単電池端子と伝わり単電池から取り出される。尚、単電
池内部で発生した熱は、電極活物質合剤から金属箔、導
電体と熱伝導で伝熱去れ、導電体の表面を流れる冷却液
で除去される。24は単電池内の電解液の液面である。
41は単電池底板、44の単電池上蓋であり、単電池の
電解液を外部と分離する役割を果たす。これらの材料は
ガラスフィバー入りポリプロピレンである。43は単電
池側板と一体の単電池側板接着部であり、底板と側板の
接合を強化するためのものである。単電池の底面と単電
池底板、上面と電池上蓋等の接合は、接着剤で接着して
もよいし、ガスケットを挟み締め付けてもよいし、両者
を組み合わせてもよい。
FIG. 2 is a front view (cross section BB 'in FIG. 1). Reference numeral 1 is an electrode active material mixture application portion, and 6 is a separator. Numeral 7 is a spacer, which sandwiches the ears 4 ', 5'of the metal foil of the electrode with the conductors 8, 11, and the bolts 9, 1
Tighten with 2. 10 and 13 are the electrode ears 4 ',
5'shows a welded portion where the conductors 8 and 11 are welded. 15,
Reference numeral 17 denotes a unit cell terminal, which is directly welded to the conductors 8 and 11. Electricity is generated from electrode active material mixture, metal foil, conductor,
It is transmitted from the unit cell terminal and taken out from the unit cell. The heat generated inside the unit cell is removed by heat conduction from the electrode active material mixture to the metal foil and the conductor, and is removed by the cooling liquid flowing on the surface of the conductor. 24 is the liquid level of the electrolytic solution in the unit cell.
Reference numeral 41 denotes a unit cell bottom plate and 44 is a unit cell upper lid, which serves to separate the electrolytic solution of the unit cell from the outside. These materials are polypropylene with glass fiber. Reference numeral 43 denotes a unit cell side plate adhesive portion that is integral with the unit cell side plate, and serves to strengthen the joint between the bottom plate and the side plate. The bottom surface of the cell and the cell bottom plate, and the top surface and the cell lid may be bonded with an adhesive, a gasket may be sandwiched between them, or both may be combined.

【0034】図3は側面図(図2のCC′断面)であ
り、導電体を溶接して出来た金属の面を正面から概観す
るものである。この面は負極(銅)であって、反対側
は、全く同じ形の正極(アルミニウム)である。中央の
破線で囲まれたところは、電極活物質合剤塗布部1であ
る。上部の24は電解液液面を示している。金属の面の
中央に負極単電池端子15が溶接されている。反対側の
面には正極単電池端子16が溶接されている。単電池底
板41、単電池側板42、単電池側板接着部43、単電
池上蓋44、単電池上蓋接着部45がこの図の示すよう
に、単電池の底面、上面、側面を囲い、単電池の電解液
を外観と分離している。単電池側板は単電池の電極の層
を締め付ける役割も果している。
FIG. 3 is a side view (section CC ′ in FIG. 2), which is a front view of a metal surface formed by welding conductors. This side is the negative electrode (copper) and the opposite side is the positive electrode (aluminum) of exactly the same shape. The portion surrounded by the broken line in the center is the electrode active material mixture application portion 1. The upper part 24 indicates the liquid surface of the electrolytic solution. The negative electrode single battery terminal 15 is welded to the center of the metal surface. The positive electrode single battery terminal 16 is welded to the opposite surface. As shown in this figure, the unit cell bottom plate 41, the unit cell side plate 42, the unit cell side plate adhesive portion 43, the unit cell upper lid 44, and the unit cell upper lid adhesive portion 45 surround the bottom surface, the top surface, and the side surface of the unit cell. Separates the electrolyte from the appearance. The unit cell side plate also plays a role of clamping the electrode layers of the unit cell.

【0035】図4は、図1のX部の拡大図を示す。この
図では、3枚の負極の耳の部分4′を束ね、導電体8で
挟み、ボルト9で締め付けたものを示している。10は
負極の耳の部分4′と導電体8を溶接した溶接部を示
す。隣合っている負極の耳の部分を挟む導電体8は一体
となっている。2,4は負極、3,5は正極、6はセパ
レーター、7はスペーサーを示す。42は単電池側板で
ある。
FIG. 4 shows an enlarged view of the X portion of FIG. In this figure, three negative electrode ears 4'are bundled, sandwiched between conductors 8 and tightened with bolts 9. Reference numeral 10 indicates a welded portion in which the negative electrode ear portion 4'and the conductor 8 are welded. The conductors 8 that sandwich the adjacent negative electrode ears are integrated. Reference numerals 2 and 4 are negative electrodes, 3 and 5 are positive electrodes, 6 is a separator, and 7 is a spacer. Reference numeral 42 is a unit cell side plate.

【0036】(組電池の組み立て)上記単電池4個を単
電池の隔壁、冷却液が単電池の導電体の表面に流れる部
屋、冷却液の入口とこれに連なる分配孔を備えた冷却液
の分配管、冷却液の出口を備えたポリプロピレン製の容
器に収納し、上蓋を閉める。この時、各単電池はこの容
器の内部で直列に接続し、両端の単電池から正極及び負
極の端子をこの容器の外に引き出す。このリチウムイオ
ン二次電池の充放電容量は2,500Wh、電池電圧は
14V、エネルギー密度は100Wh/kgである。
(Assembly of Batteries) The above four cells are divided into partition walls of the cells, a chamber in which the cooling liquid flows on the surface of the conductor of the cells, an inlet for the cooling liquid, and a cooling liquid having distribution holes connected to the inlet. Place in a polypropylene container equipped with a distribution pipe and a cooling liquid outlet, and close the top lid. At this time, the cells are connected in series inside the container, and the positive and negative terminals are drawn from the cells at both ends to the outside of the vessel. The charge / discharge capacity of this lithium ion secondary battery is 2,500 Wh, the battery voltage is 14 V, and the energy density is 100 Wh / kg.

【0037】図5〜7に、このようにして得られたリチ
ウムイオン二次電池の組電池を示す。図5は正面図(図
6のEE′断面)、図6は平面図(図5のDD′断
面)、図7は側面図(図6のFF′断面)である。20
は単電池本体を示す。単電池4個を直列に接続して、組
電池隔壁22のある組電池容器本体21に収納し、組電
池容器蓋23で外部と分離する。15は負極単電池端
子、17は正極単電池端子を示しており、隣合った単電
池は+−向きを変えてセットしている。中間は単電池端
子接続棒14で接続し、両端は、組電池負極端子18、
組電池正極端子19と接続し、電気を組電池容器本体の
外に取り出す。
FIGS. 5 to 7 show the assembled battery of the lithium ion secondary battery thus obtained. 5 is a front view (EE 'cross section of FIG. 6), FIG. 6 is a plan view (DD' cross section of FIG. 5), and FIG. 7 is a side view (FF 'cross section of FIG. 6). 20
Indicates the cell body. Four unit cells are connected in series, housed in an assembled battery container body 21 having an assembled battery partition wall 22, and separated from the outside by an assembled battery container lid 23. Reference numeral 15 indicates a negative electrode single battery terminal, and 17 indicates a positive electrode single battery terminal. Adjacent single batteries are set by changing the + -direction. The middle is connected with the unit cell terminal connecting rod 14, and both ends are the battery assembly negative electrode terminal 18,
The battery pack is connected to the positive electrode terminal 19 of the battery pack, and electricity is taken out of the battery pack container body.

【0038】単電池の左右の導電体8,11は溶接によ
りそれぞれ1枚の金属板となっており、導電体8,11
の金属板の表面を、冷却液の分配管28に、組電池の外
部(冷却液入口26から送り込まれた冷却液が下から上
に向かって流れる。即ち、単電池の内部で発生した熱
は、電極活物質合剤から金属箔、導電体と熱伝導で伝熱
去れ、導電体の表面を流れる冷却液で除去される(2
9:冷却液分配孔)。単電池の内部で発生した熱により
温められた冷却液は電池の上部より、冷却液出口27を
経て、組電池外部に備えられたフィン付冷却器、循環ポ
ンプに戻り、冷却され、循環する。フィン付冷却器は外
部から送られて来る空冷用の空気で冷却する。10は負
極溶接部、12は正極溶接部を示す。
The left and right electric conductors 8 and 11 of the unit cell are welded to form a single metal plate, respectively.
On the surface of the metal plate of the above, the cooling liquid is supplied to the distribution pipe 28 for the cooling liquid from the bottom of the outside of the assembled battery (the cooling liquid sent from the cooling liquid inlet 26 flows upward. That is, the heat generated inside the unit cell is , The heat is removed from the electrode active material mixture by heat conduction with the metal foil and the conductor, and is removed by the cooling liquid flowing on the surface of the conductor (2
9: Coolant distribution hole). The cooling liquid warmed by the heat generated inside the unit cell returns from the upper part of the battery through the cooling liquid outlet 27 to the finned cooler and the circulation pump provided outside the assembled battery, and is cooled and circulated. The finned cooler is cooled by air for air cooling sent from the outside. Reference numeral 10 indicates a negative electrode welded portion, and 12 indicates a positive electrode welded portion.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明によれば、大型化に好適なリチウ
ムイオン二次電池を得ることができる。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, a lithium ion secondary battery suitable for upsizing can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明における単電池の一例の平面図を示す。FIG. 1 shows a plan view of an example of a unit cell according to the present invention.

【図2】本発明における単電池の一例の正面図(図1の
BB′断面)を示す。
FIG. 2 shows a front view (BB ′ cross section of FIG. 1) of an example of a unit cell according to the present invention.

【図3】本発明における単電池の一例の側面図(図2の
CC′断面)を示す。
FIG. 3 shows a side view (CC ′ cross section of FIG. 2) of an example of a unit cell according to the present invention.

【図4】図1におけるX部の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of an X part in FIG.

【図5】本発明における組電池の一例の正面図を示す。FIG. 5 shows a front view of an example of an assembled battery according to the present invention.

【図6】図5のDD′断面を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing a DD ′ cross section of FIG. 5;

【図7】図6のFF′断面を示す側面図である。7 is a side view showing a cross section taken along the line FF ′ of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電極活物質合剤塗布部 2,4 負極 3,5 正極 6 セパレーター 7 スペーサー 8,11 導電体 24 電解液液面 26 冷却液入口 27 冷却液出口 28 冷却液の分配管 1 Electrode Active Material Mixing Part 2, 4 Negative Electrode 3,5 Positive Electrode 6 Separator 7 Spacer 8, 11 Conductor 24 Electrolyte Liquid Level 26 Coolant Inlet 27 Coolant Outlet 28 Coolant Distribution Pipe

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 実 新潟県上越市福田町1番地 三菱化成株式 会社直江津工場内 (72)発明者 小山 富一 新潟県上越市福田町1番地 三菱化成株式 会社直江津工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Minor Inoue 1 Fukuda-cho, Joetsu City, Niigata Prefecture Naoetsu Plant, Mitsubishi Kasei Co., Ltd. (72) Tomiichi Koyama 1 Fukuda-cho, Joetsu City, Niigata Mitsubishi Kasei Co., Ltd. in the factory

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属材料に正極活物質合剤を塗布した正
極と金属材料に負極活物質合剤を塗布した負極をセパレ
ーターを挟んで交互に積層する単電池からなるリチウム
イオン二次電池において、電極を多層積層し、電極の金
属材料の耳の部分を、正極及び負極に分離してそれぞれ
導電体に電気的・熱的に接続して集電体を形成するに当
たり、正極及び負極の金属材料の耳の部分を、分離して
それぞれ複数枚束ねて、この導電体で挟み、その電極の
耳の部分の端部とこの導電体を溶接して構成された金属
の面を単電池内部の電解液と分離し、この金属の面に冷
媒を流して充放電時に単電池内部に蓄積される熱を取り
出し、単電池内部の温度上昇を防止するとともに、この
導電体を通して電気を取り出すように構成することを特
徴とするリチウムイオン二次電池。
1. A lithium ion secondary battery comprising a unit cell in which a positive electrode in which a positive electrode active material mixture is applied to a metal material and a negative electrode in which a negative electrode active material mixture is applied to a metal material are alternately laminated with a separator interposed therebetween. In order to form a current collector by stacking electrodes in multiple layers and separating the ears of the metal material of the electrode into a positive electrode and a negative electrode and electrically and thermally connecting them to conductors, respectively, a metal material for the positive electrode and the negative electrode. The ears are separated and bundled in multiple pieces, sandwiched between the conductors, and the end of the ears of the electrode and the metal surface formed by welding the conductor are electrolyzed inside the cell. Separated from the liquid, a coolant is flown on this metal surface to take out the heat accumulated inside the cell during charging and discharging, prevent the temperature rise inside the cell, and take out electricity through this conductor. Lithium Y characterized by On secondary battery.
【請求項2】 正極及び負極の金属材料の耳の部分を、
分離してそれぞれ複数枚束ねるに当たり、単電池1個当
たり複数に分けて束ねる場合、隣合った束を挟む導電体
を一体のものとし、正極及び負極の導電体がそれぞれ1
枚の金属板となるよう構成した請求項1記載のリチウム
イオン二次電池。
2. The ears of metal material of the positive electrode and the negative electrode are
When separating and bundling a plurality of cells, when bundling a plurality of cells per cell, the conductors sandwiching the adjacent bundles should be integrated, and the conductors of the positive electrode and the negative electrode should be 1 each.
The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the lithium ion secondary battery is configured to be a single metal plate.
【請求項3】 単電池毎に、電解液を封じ込めた構造の
請求項1又は2記載のリチウムイオン二次電池。
3. The lithium ion secondary battery according to claim 1, which has a structure in which an electrolytic solution is enclosed in each single battery.
【請求項4】 電極の耳の部分の端部と導電体との溶接
が、TIG溶接、高周波溶接又は超音波溶接でなされた
請求項1又は2記載のリチウムイオン二次電池。
4. The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the welding of the end portion of the ear portion of the electrode and the conductor is performed by TIG welding, high frequency welding or ultrasonic welding.
【請求項5】 単電池の組立に際して、電極の金属材料
の耳の部分に電極間の間隔を規制するスペーサーが挟み
込まれた請求項1又は2記載のリチウムイオン二次電
池。
5. The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein a spacer that regulates a gap between the electrodes is sandwiched between the ears of the metal material of the electrodes when assembling the unit cell.
【請求項6】 スペーサーとして、予め金属材料の耳の
部分に接着したものを使用してなる請求項5記載のリチ
ウムイオン二次電池。
6. The lithium ion secondary battery according to claim 5, wherein the spacer is made of a metal material which is previously bonded to the ear portion.
【請求項7】 角の部分に電解液の腐食に耐えるシール
材を挟み込むこと又は圧入することよりなる請求項3記
載のリチウムイオン二次電池。
7. The lithium ion secondary battery according to claim 3, wherein a sealing material that resists corrosion of the electrolytic solution is sandwiched or pressed into the corner portion.
【請求項8】 組電池毎に又は複数個の組電池毎に、単
電池の冷却面に冷却用の空気を送るブロワーを備えた請
求項1、2又は3記載のリチウムイオン二次電池。
8. The lithium-ion secondary battery according to claim 1, further comprising a blower for sending cooling air to a cooling surface of the unit cell for each assembled battery or for each of a plurality of assembled batteries.
【請求項9】 複数個の組電池毎に、単電池の冷却面に
冷源としての冷媒を送る循環ポンプとその冷却器を備え
た請求項1、2又は3記載のリチウムイオン二次電池。
9. The lithium ion secondary battery according to claim 1, 2 or 3, further comprising a circulation pump for feeding a cooling medium as a cooling source to the cooling surface of the unit cell and a cooler for each of the plurality of assembled batteries.
【請求項10】 電池の内部温度により、循環ポンプ又
は送風ブロワーの作動を制御する機構を備えた請求項8
又は9記載のリチウムイオン二次電池。
10. A mechanism for controlling the operation of the circulation pump or the blower blower according to the internal temperature of the battery.
Alternatively, the lithium ion secondary battery according to item 9.
【請求項11】 単電池の冷却面に自然対流により、冷
却用の空気が流れるよう構成した請求項1、2又は3記
載のリチウムイオン二次電池。
11. The lithium-ion secondary battery according to claim 1, wherein cooling air flows on the cooling surface of the unit cell by natural convection.
【請求項12】 冷源としての冷媒として、電解液と混
合しても反応しない溶媒を使用する請求項9記載のリチ
ウムイオン二次電池。
12. The lithium ion secondary battery according to claim 9, wherein a solvent that does not react even when mixed with an electrolytic solution is used as a refrigerant as a cold source.
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