JP2018147743A

JP2018147743A - 電極および非水電解質二次電池

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Publication number: JP2018147743A
Application number: JP2017042035A
Authority: JP
Inventors: 室　直人; Naoto Muro; 直人室; 張愛石井; Haruyoshi Ishii
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2018-09-20

Abstract

【課題】一般に非水電解質二次電池には安全性が強く望まれている。しかしながら、例えば、非水電解質二次電池や、その部品の一つである電極に衝撃が加わると、内部の電極に割れが生じてしまう可能性がある。そこで、本発明が解決しようとする課題は、衝撃に対して耐性を持った電極および非水電解質二次電池を提供することである。【解決手段】本実施形態の電極は、正極と、負極と、複数のセパレータと、を備え、前記正極と前記負極とが前記複数のセパレータを介して捲回され、前記捲回積層方向の最も外側に位置する前記セパレータは、前記捲回積層方向の内側方向において前記セパレータと接触している。【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、電極および非水電解質二次電池に関する。

電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、電動バイク、フォークリフトな
どに用いられる大型及び大容量電源としては、エネルギー密度の高い非水電解質二次電池
（例えば、リチウムイオン二次電池）が注目されており、高寿命や安全性などに配慮しな
がら、大型化及び大容量化のための開発が行われている。大容量電源としては、駆動電力
を大きくするため、直列あるいは並列に接続した多数個の電池を収納した組電池が開発さ
れている。

特開２０１３−１６５２３号公報

一般に非水電解質二次電池には安全性が強く望まれている。しかしながら、例えば、非水
電解質二次電池や、その部品の一つである電極に衝撃が加わると、内部の電極に割れが生
じてしまう可能性がある。そこで、本発明が解決しようとする課題は、衝撃に対して耐性
を持った電極および非水電解質二次電池を提供することである。

上記の課題を解決するために、本実施形態の電極は、正極と、負極と、複数のセパレー
タと、を備え、前記正極と前記負極とが前記複数のセパレータを介して捲回され、前記捲
回積層方向の最も外側に位置する前記セパレータは、前記捲回積層方向の内側方向におい
て前記セパレータと接触している。

実施形態に係る非水電解質二次電池の斜視図。実施形態に係る非水電解質二次電池の分解斜視図。実施形態に係る非水電解質二次電池に用いられる捲回電極群の展開斜視図。実施形態に係る二次電池に用いられる電極群の積層構造の概略図。実施形態に係る非水電解質二次電池に用いられる捲回電極群の断面図。図２の断面線に沿う断面を矢印方向から見た断面図。実施形態に係る非水電解質二次電池に用いられる捲回電極群の断面図。

以下、実施形態を図面に基づき説明する。

図１は、実施形態に係る非水電解質二次電池の斜視図である。

非水電解質二次電池の一例として、図１及び図２に、非水電解質二次電池２０を示す。非
水電解質二次電池２０は、外装缶１、偏平形状の捲回電極群２、正極リード３、負極リー
ド４、絶縁体４０、正極端子６、負極端子７、とを備える。

外装缶１は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄あるいはステンレスなどの
金属から形成される。捲回電極群２は、外装缶１の第一の面６１から挿入され、外装缶１
内に捲回軸に対し直角方向に向かうように収納される。

捲回電極群２は、一端に正極集電タブ８ａを有し、他端に負極集電タブ９ａを有する。
図３に、捲回電極群２の展開図を、図４に捲回電極群２の積層構造を示す。正極８は、例
えば金属箔からなる帯状の正極集電体８ｃと、その片面又は両面に形成された正極活物質
層８ｂを含む。正極活物質層８ｂは、帯状の正極集電体８ｃにその長手方向に沿う一端側
に一定幅の領域（非塗工部）が残るように形成される。この非塗工部は、正極集電体８ｃ
が露出した部分であり、正極集電タブ８ａになる。負極９も同様に、例えば金属箔からな
る帯状の負極集電体９ｃと、その片面又は両面に形成された負極活物質層９ｂを含む。負
極活物質層９ｂは、帯状の負極集電体９ｃにその長手方向に沿う他端側（正極８の一端と
反対側）に一定幅の領域（非塗工部）が残るように形成される。この非塗工部は、負極集
電体９ｃが露出した部分であり、負極集電タブ９ａになる。

正極８と負極９は、帯状のセパレータ１０ａ，１０ｂと交互に重ねられる。このとき、
正極集電タブ８ａは、捲回軸方向の一端側に形成され、負極集電タブ９ａは他端側に形成
される。正極８の下に重ねられたセパレータ１０ａは、その長手方向に沿う一端が正極８
の正極集電タブ側の端部よりも内側に位置するように配置される。これにより、正極集電
タブ８ａが捲回電極群２を構成する正極活物質層８ｂ、負極活物質層９ｂおよびセパレー
タ１０ａから突出する。また、セパレータ１０ａは、その長手方向に沿う他端が正極８の
他端よりも外側に位置するように配置される。正極８と負極９の間に挟まれたセパレータ
１０ｂは、その長手方向に沿う一端が負極９の負極集電タブ側の端部よりも内側に位置す
るように配置される。これにより、負極集電タブ９ａが捲回電極群２を構成する正極活物
質層８ｂ、負極活物質層９ｂおよびセパレータ１０ｂから突出する。また、セパレータ１
０ｂは、その長手方向に沿う他端が負極９の他端よりも外側に位置するように配置される
。

重ねられたセパレータ１０ａ、正極８、セパレータ１０ｂ、負極９を捲回し、次いで、
プレスすることにより、偏平形状の捲回電極群２が形成される。

捲回した捲回電極群２は、絶縁テープで巻止めする。絶縁テープは、捲回電極群２の最
外周の集電タブ以外の領域を被覆し、その領域を絶縁性にする。絶縁テープ３０の巻き数
は１周以上であってよい。

続いて、この実施形態の主な特徴部分である捲回電極群２について、図５を用いて詳し
く説明する。図５は、実施形態に係る非水電解質二次電池に用いられる捲回電極群２の断
面図である。

上記の説明の通り、正極８、セパレータ１０ａ、セパレータ１０ｂ、負極９が捲回し、
プレスすることで、扁平形状の捲回電極群２が形成されているが、セパレータ１０ａ及び
セパレータ１０ｂのうち、捲回積層方向の最も外側に位置するセパレータは、捲回積層方
向の内側方向においてセパレータと接触している。

例えば、図５に示す捲回電極群２のうち捲回積層方向の最も外側に位置するセパレータ
１０ｂは捲回積層方向の内側方向においてセパレータ１０ａと接触し、捲回積層方向の最
も外側に位置するセパレータ１０ａは捲回積層方向の内側方向においてセパレータ１０ｂ
と接触している。

このように、捲回積層方向の最も外側に位置するセパレータを２重にすることで、セパ
レータがクッションのような役割を果たし、捲回積層方向の最も外側に位置する２重のセ
パレータの内側に備わる、正極８若しくは負極９に対する外部からの衝撃を緩和するこが
でき、正極８若しくは負極９の割れなどを防止することが出来る。

また、電極がアルミ箔を利用している場合、銅箔を利用している場合よりも割れが生じ
やすい。よって、電極にアルミ箔を利用している場合に、より効果的な衝撃緩和方法とな
る。

続いて、捲回電極群を備えた二次電池について説明する。

外装缶１は、端子が配置された第一の面６１は、例えば溶接により第三の面６３、第四
の面６４、第五の面６５、および第六の面６６に対して気密に固定されている。正極端子
６及び負極端子７は、第一の面６１に絶縁ガスケット１４，１５を介してそれぞれかしめ
固定されている。正極端子６及び負極端子７は、第一の面６１の背面から外装缶１内部に
向けてそれぞれ突出している。正極端子６及び負極端子７の固定方法は、絶縁ガスケット
１４，１５でのかしめ固定（図示しない）の他に、ガラスを用いるハーメティックシール
であってよい。また、第一の面６１は、電解液を注入する注入口２８、二次電池内に発生
したガスを排出するガス排出弁２９を備えている。

第一の面６１に対して、外装缶１の内部側には絶縁体４１が設けられている。

正極リード３は、正極端子６に電気的に接続される接続プレート３ａと、接続プレート
３ａに開口された貫通孔３ｂと、接続プレート３ａから二股に分岐し、捲回電極群２に捲
回軸に対して直角方向に向けて延出した挟持部である第１、第２の挟持ストリップ３ｃ、
３ｄとを有する。接続プレート３ａは、正極端子６の箇所において第一の面６１の背面に
絶縁体４０を介して当接すると共に、第一の面６１の背面から突出した正極端子６が貫通
孔３ｂをかしめ固定する。

正極リード３の第１、第２の挟持ストリップ３ｃ、３ｄは、捲回軸に対して直角方向か
ら正極集電タブ８ａを挟み、第１、第２の挟持ストリップ３ｃ、３ｄと正極集電タブ８ａ
とが例えば溶接により接合される。

同様に、負極リード４は、負極端子７に接続される接続部である接続プレート４ａと、
接続プレート４ａに開口された貫通孔４ｂと、接続プレート４ａから二股に分岐し、捲回
電極群２に捲回軸に対して直角方向に向けて延出した挟持部である第１、第２の挟持スト
リップ４ｃ、４ｄとを有する。接続プレート４ａは、負極端子７の箇所において第一の面
６１の背面に絶縁体４０を介して当接すると共に背面から突出した負極端子７に貫通孔４
ｂをかしめ固定する。

負極リード４の第１、第２の挟持ストリップ４ｃ、４ｄは、捲回軸に対して直角方向か
ら負極集電タブ９ａを挟み、第１、第２の挟持ストリップ４ｃ、４ｄと負極集電タブ９ａ
とが例えば溶接により接合される。

なお、上記の溶接は抵抗溶接及び超音波溶接のような方法によって実施されてよい。

上記構造を有する正負極のリードは、第１、第２の挟持ストリップを集電タブに対して
均等に配置させることができる。また、挟持ストリップが二つ（第１、第２）存在するこ
とにより、集電距離が短くなる。これにより、集電バランスを良好にでき、集電効率を高
めることができる。さらに、このような第１、第２の挟持ストリップを備えたリードは集
電タブと第１、第２の挟持ストリップとの接合箇所およびそれ自体に熱が集中しにくいた
め、大電流を流した場合でも良好な電気的特性を維持することが可能になる。

正負極の集電タブと正負極のリードとは、図２に示すように集電タブを固定部材で部分
的に固定した状態で接合してもよい。すなわち、正極集電タブ８ａは固定部材１１により
固定され、負極集電タブ９ａも固定部材１２により固定されている。

正負極の固定部材は、正負極の集電タブを固定する際には対称的に配置されるが、互い
に同じ形状を有する。それ故、負極集電タブ９ａを固定する固定部材１２を例にして図６
を参照して詳述する。負極集電タブ９ａは、捲回されているため、複数枚の集電タブが重
なった中空長楕円形の束から形成される。固定部材１２は、負極集電タブ９ａの中央付近
において中空長楕円形の短軸方向に対向する二箇所にそれぞれ嵌合して束ねるＵ字形の第
１、第２の保持部１２ａ、１２ｂと、負極集電タブ９ａで形成される楕円内部で第１、第
２の保持部１２ａ、２ｂを連結する平坦な連結部１２ｃと、を有する。負極集電タブ９ａ
は、第１、第２の保持部１２ａ、１２ｂと、例えば溶接により接合される。

負極リード４の第１、第２の挟持ストリップ４ｃ，４ｄで固定部材１２が取り付けられ
た負極集電タブ９ａを挟む。これにより、図６に示すように、第１の挟持ストリップ４ｃ
と第１の保持部１２ａの外面とが接触し、第２の挟持ストリップ４ｄと第２の保持部１２
ｂの外面とが接触する。これらの接触箇所において、第１、第２の挟持ストリップ４ｃ、
４ｄと第１、第２の保持部１２ａ，１２ｂを例えば溶接により接合する。

固定部材１２は、金属のような導電性材料から形成される。このため、捲回電極群２の
負極９は固定部材１２を通して負極リード４と電気的に接続され、さらに負極リード４を
通して第一の面６１の負極端子７に電気的に接続される。

このような固定部材を用いることにより、捲回電極群２の集電タブ部分の厚さを減少さ
せ、外装缶内にリードを配置するスペースを確保することができる。リードのためのスペ
ースを新たに設ける必要がないため、電池２０のエネルギー密度を向上することができる
。

なお、固定部材は、独立したＵ字形の第１の保持部及び／又は第２の保持部のみを有し
、連結部を有さない形状であってもよい。第１の保持部と第２の保持部は、それぞれ独立
して負極集電タブ９ａに固定されてよい。

固定部材１１の構造および固定部材１１による正極集電タブ８ａの固定形態は、前述し
た固定部材１２と負極集電タブ９ａと同様である。なお、固定部材１１はＵ字形の保持部
１１ａ、１１ｂおよび平坦な連結部１１ｃを有する。

以上のような実施形態によれば、非水電解質二次電池２０を構成する捲回電極群２は、
捲回積層方向の最も外側に位置するセパレータを２重にすることで、セパレータがクッシ
ョンのような役割を果たし、捲回積層方向の最も外側に位置する２重のセパレータの内側
に備わる、正極８若しくは負極９に対する外部からの衝撃を緩和するこができ、正極８若
しくは負極９の割れなどを防止することが出来る。

（変形例）
変形例について説明する。図７は、変形例に係る非水電解質二次電池に用いられる捲回
電極群２００の断面図である。

図７に示すように、変形例における捲回電極群２００のセパレータ１０ａ及びセパレー
タ１０ｂのうち、捲回積層方向の最も外側に位置するセパレータの面積のうち半分は、捲
回積層方向の内側方向においてセパレータと接触している。

このように、捲回積層方向の最も外側に位置し、かつ衝撃の加わりやすい箇所のセパレ
ータを２重にすることで、セパレータがクッションのような役割を果たし、捲回積層方向
の最も外側に位置する２重のセパレータの内側に備わる、正極８若しくは負極９に対する
外部からの衝撃を緩和するこができ、正極８若しくは負極９の割れなどを防止することが
出来る。

セパレータが二重となる箇所は図７に示す位置に限られることはなく、例えば、図７の
捲回電極群２００の断面図における、長手方向の２面において二重になっているものでも
良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したも
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様
々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、
置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に
含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるもので
ある。

２…捲回電極群、８…正極、９…負極、１０ａ、１０ｂ…セパレータ

Claims

正極と、
負極と、
第一のセパレータと、
第二のセパレータと、
を備え、
前記正極と前記負極とが前記第一のセパレータと前記第二のセパレータとを介して捲回
して積層され、
捲回積層方向の最も外側に位置する前記第一のセパレータは、前記捲回積層方向の内側
方向において前記第二のセパレータと接触している、
電極。
正極と、
負極と、
第一のセパレータと、
第二のセパレータと、
を備え、
前記正極と前記負極とが前記第一のセパレータと前記第二のセパレータとを介して捲回
して積層され、
捲回積層方向の最も外側に位置する前記第一のセパレータの面積のうち少なくとも半分
が、前記捲回積層方向の内側方向において前記第二のセパレータと接触している、
電極。
正極と、負極と、第一のセパレータと、第二のセパレータと、を備える非水二次電池に
おいて、
前記正極と前記負極とが第一のセパレータと、第二のセパレータと、を介して捲回され
、捲回積層方向の最も外側に位置する前記第一のセパレータは、前記捲回積層方向の内側
方向において前記第二のセパレータと接触している、
非水電解質二次電池。
正極と、負極と、第一のセパレータと、第二のセパレータと、を備える非水二次電池に
おいて、
前記正極と前記負極とが前記第一のセパレータと、第二のセパレータと、を介して捲回
して積層され、
捲回積層方向の最も外側に位置する前記第一のセパレータの面積のうち少なくとも半分
が、前記捲回積層方向の内側方向において前記第二のセパレータと接触している、
非水電解質二次電池。