JP4007026B2 - Winding cylindrical battery - Google Patents
Winding cylindrical battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP4007026B2 JP4007026B2 JP2002073634A JP2002073634A JP4007026B2 JP 4007026 B2 JP4007026 B2 JP 4007026B2 JP 2002073634 A JP2002073634 A JP 2002073634A JP 2002073634 A JP2002073634 A JP 2002073634A JP 4007026 B2 JP4007026 B2 JP 4007026B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- group
- wound
- battery
- electrode
- negative electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、捲回式円筒型電池に係り、特に正、負極をセパレータを介して捲回した捲回群を有する捲回式円筒型電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、捲回式円筒型電池は、有底円筒状の電池容器内に、セパレータを介して集電のためのタブが導出された帯状の正負極を捲回した捲回群が、電解液に浸潤されて収容されている。このような捲回式円筒型電池において、電池外部からの応力などによる電池変形で生じる内圧上昇に対応するために、例えば、特開平第7−192712号公報には、電池内のガスを電池外に開放する安全弁や電池蓋と安全弁との間に網目状の開口を有する膜が設けた技術が開示されている。この技術によれば、電池内圧の上昇時に、安全弁を作動させガスを開放して電池内圧の上昇を抑制し、膜によりガス開放時の電池内の固形分の飛散を防止している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年のリチウムイオン二次電池に代表されるように、電池のエネルギー密度が高く、また電池系に用いられる活物質が熱暴走反応を起こし得、更に電解液にも可燃性の有機系電解液が用いられた電池の場合に、上記の如く電池が変形した際には、電解液の気化などに起因する急激なガス発生により、電池の内圧上昇速度が安全弁の作動による内圧開放速度を上回り、電池容器の内圧が極端に上昇するという現象がみられた。
【0004】
本発明は上記事案に鑑み、安全性に優れた捲回式円筒型電池を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、正、負極をセパレータを介して捲回した捲回群を有する捲回式円筒型電池において、前記捲回群は、該捲回群を隔絶する隔絶層によって同心円状かつ少なくとも2以上に隔絶されており、前記隔絶層は、該隔絶層に内接又は外接する捲回群から連続したセパレータであることを特徴とする。
【0006】
第1の態様では、外からの応力付与などにより電池が変形して正極と負極とが押しつけられると、まず隔絶層に外接する捲回群で短絡が起こるが、捲回群が該捲回群を隔絶する隔絶層によって同心円状かつ少なくとも2以上に隔絶されているため、隔絶層に内接する捲回群での短絡を遅延することができるので、捲回群が即座に短絡するのを防止でき、隔絶層を有さない捲回群の場合に比べて、短絡に起因するガス発生が遅延され、電池全体として内圧上昇速度が低下させることができる。また、隔絶層を、隔絶層に内接又は外接する捲回群から連続するセパレータとしたので、電池部品数を削減することができると共に、捲回群の構造を簡単化することができる。本態様において、隔絶層に内接する捲回群の最外周の電極と、隔絶層に外接する捲回群の最内周の電極とを同極にすれば、隔絶層が破断しても短絡が生じないので、安全性を確保することができる。逆に、隔絶層に内接する捲回群の最外周の電極と、隔絶層に外接する捲回群の最内周の電極とを異極とすれば、隔絶層を介して電池反応が起こるので、隔絶層による電池のエネルギー密度の低下を補うことができる。
【0007】
また、上記課題を解決するために、本発明の第2の態様は、正、負極をセパレータを介して捲回した捲回群を有する捲回式円筒型電池において、前記捲回群は、該捲回群を隔絶する隔絶層によって同心円状かつ少なくとも2以上に隔絶されており、前記隔絶層に内接する捲回群の最外周の電極と、前記隔絶層に外接する捲回群の最内周の電極とが同極であることを特徴とする。第2の態様では、第1の態様と同様に、外からの応力付与などにより電池が変形して正極と負極とが押しつけられると、まず隔絶層に外接する捲回群で短絡が起こるが、捲回群が該捲回群を隔絶する隔絶層によって同心円状かつ少なくとも2以上に隔絶されているため、隔絶層に内接する捲回群での短絡を遅延することができるので、捲回群が即座に短絡するのを防止でき、隔絶層を有さない捲回群の場合に比べて、短絡に起因するガス発生が遅延され、電池全体として内圧上昇速度が低下させることができると共に、隔絶層に内接する捲回群の最外周の電極と、隔絶層に外接する捲回群の最内周の電極とを同極としたので、隔絶層が破断しても短絡が生じないため、安全性を確保することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、図面を参照して、本発明を円筒型リチウムイオン二次電池に適用した第1の実施の形態について、電池の作製手順に従って説明する。
【0009】
(電極の作製)
リチウムマンガン複合酸化物の粉末と、導電材の炭素材料と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを固形分比(重量比)が90:5:5となるように混合し、N−メチルピロリドン(NMP)に溶解したバインダ溶液を撹拌して正極スラリを得た。この正極スラリを集電基体のアルミニウム箔に均一に塗布、乾燥し、櫛歯状に集電のためのタブを残してアルミニウム箔部分を切り取り、プレス加工して所定の厚さに成形した。これを有底円筒状の電池缶に合わせた寸法にスリット加工し、更に、捲回方向に2枚以上に分割して帯状の正極を2枚以上得た。
【0010】
非晶質炭素粉末と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを固形分比(重量比)が90:10となるように混合し、N−メチルピロリドン(NMP)に溶解したバインダ溶液を撹拌して負極スラリを得た。この負極スラリを集電基体の銅箔に均一に塗布、乾燥し、正極と同様に櫛歯状に集電のためのタブを残して銅箔部分を切り取り、プレス加工して所定の厚さに成形した。これを電池缶に合わせた寸法にスリット加工し、更に、捲回方向に2枚以上に分割して帯状の負極を2枚以上得た。
【0011】
(電極群の作製)
図1(A)に示すように、作製した正極及び負極を微孔を有する厚さ40μmのポリエチレン製薄膜セパレータを介して、ポリプロピレン製の軸芯4の周りに最外周が負極となるように捲回し内側捲回群2を作製した。なお、図示しない正極のタブと負極のタブとを互いに上下反対側に位置させた。その後、内側捲回群2の幅よりも約1%幅が大きく、厚さ約0.1mmのPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)シートを、内側捲回群2の外側に少なくとも1周捲回し隔絶層1を形成した。更に、その後、内側捲回群2の作製と同様に、正極及び負極をセパレータを介して隔絶層1の外側に最内周が負極となるように捲回して外側捲回群3を作製し、内側捲回群2と外側捲回群3とが隔絶層1により同心円状となるように隔絶された電極群10を作製した。なお、外側捲回群3の最外周には1周分以上セパレータを捲回した。
【0012】
従って、電極群10は、軸芯4を中心として、正極及び負極がセパレータを介して最外周が負極となるように捲回された内側捲回群2を有している。内側捲回群2の外側には、内側捲回群2の幅よりも幅が大きいPTFEシートが捲回され、隔絶層1が形成されている。隔絶層1の外側には、正極及び負極がセパレータを介して最内周が負極となるように捲回された外側捲回群3が同心円状に配置されている。このため、電極群10は、隔絶層1に内接する内側捲回群2及び外接する外側捲回群3が隔絶層1により隔絶されている。
【0013】
図1(B)に示すように、隔絶層1に内接する内側捲回群2の最外周の電極は、負極2Bとされている。負極2Bの内側には、負極2Bより捲回方向に長いセパレータ2Cを介して正極2Aが配置され、更に正極2Aの内側にはもう一枚のセパレータ2Cが配設されている。また、隔絶層1に外接する外側捲回群3の最内周の電極は、負極3Bとされている。負極3Bの外側には、負極3Bより捲回方向に長いセパレータ3Cを介して正極3Aが配置され、更に正極3Aの外側にはもう一枚のセパレータ3Cが配設されている。従って、内側捲回群2の最外周の電極と、外側捲回群3の最内周の電極とは同極(負極)となる。
【0014】
(電池の組立)
図3(A)に示すように、アルミニウム製で円盤状の正極集電極柱6の底面に正極2A、3Aのタブを、銅製で円盤状の負極集電極柱7の底面に負極2B、3Bのタブを、それぞれ超音波溶接した。負極集電極柱7の底面とは反対側の面に図示しない負極リード板を溶接した。図3(B)に示すように、この電極群10を鉄にニッケルメッキを施した有底円筒状の電池缶9(寸法φ40mm×145mm)内に挿入し、電池缶9の底に負極リード板を介して負極集電極柱7を抵抗溶接し、正極集電極柱6をリード板を介して、金属薄膜に馬蹄形の薄肉部が形成された安全弁(破裂弁)を有するアルミニウム製の電池蓋8に超音波溶接した。
【0015】
この電池内に露点−40゜C以下の乾燥空気雰囲気でエチルカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)の混合溶媒に六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を溶解した電解質溶液を注入し、更に電池蓋8と電池缶9をとPFA樹脂製のガスケットを介してカシメて封口して円筒型リチウムイオン二次電池を得た。この電池を公称容量の2時間率をもって数サイクルの充放電を繰り返し、炭素材料の不可逆容量を飽和させ、電池機能を付与した。このとき、充電の終止電圧を4.2V、放電の終止電圧を2.7Vとした。
【0016】
(作用)
次に、本実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池の作用等について説明する。
【0017】
本実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池では、電池外部から応力が加わると、電池が変形して正極2A、3Aと負極2B、3Bとが押しつけられ、外側捲回群3で短絡が起こる。このとき、電極群10が隔絶層1によって同心円状に隔絶されているので、同時には内側捲回群2側では短絡が生じない(その後、応力の程度により内側捲回群2側で短絡が生じることもある)。このため、電極群10全体が即座に短絡するのを防止でき(短絡が段階的に生じ)、隔絶層1を有しない電極群の場合に比べて、短絡に起因するガス発生現象が遅延され、電池全体として電池内で発生するガスの発生速度が低下し、安全弁から穏やかにガスを放出することが可能となる。換言すれば、ガス発生速度が安全弁の内圧開放速度(開裂速度)を上回る場合が少なくなるので、電池缶9内の極端な内圧上昇などの電池挙動の発生確率を低減することができ、電池の安全性を確保することができる。
【0018】
また、本実施形態では、万一隔絶層1が破断しても、負極2Bと、負極3Bとが同極(負極)なので、隔絶層1を介しての短絡を防止することができると共に、電池反応に関与しない負極2Bと負極3Bとが対向する部分を、リチウムイオン二次電池においてはより軽い(薄い)負極を選択し、隔絶層1の箇所数も1箇所に留めたので、エネルギー密度の低下を最小限に抑えることができる。
【0019】
なお、本実施形態では、隔絶層1にPTFEシートを例示したが、これに限定されるのもではなく、例えば、ポリエチレンシートとするようにしてもよい。また、本発明は隔絶層1の厚さや幅についても限定されるものではなく、例えば、厚さを約0.05mmにしてもよいし、幅も電極群10の幅より約2%程度長くしてもよい。更に、隔絶層1を1箇所有する電池を例示したが、隔絶層1は、任意箇所設けることができる。しかし、エネルギー密度の点から隔絶層1の箇所数は1又は2箇所とするのが望ましい。
【0020】
また、本実施形態では、内側捲回群2の最外周の電極(負極2B)と、外側捲回群3の最内周の電極(負極3B)とが同極(負極)の電池を例示したが、同極に限定されるものではなく、異極となるようにしてもよい。また、電池系が異なるときには、隔絶層1を介して正極同士が対向するように捲回してもよい。
【0021】
(第2実施形態)
次に、本発明を捲回式円筒型電池に適用した第2の実施の形態について説明する。本実施形態は、隔絶層に内側捲回群のセパレータから連続したセパレータを用いたものである。なお、本実施形態において、上述した第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる箇所のみ説明する。
【0022】
図2に示すように、正極2A及び負極2Bをセパレータ2Cより長いセパレータ2Dを介して、軸芯の周りに最外周が負極2Bとなるように捲回し内側捲回群を作製した。内側捲回群から連続するセパレータ2Dを内側捲回群の外側に同心円状に少なくとも1周捲回して隔絶層とした。その後、セパレータ2D(隔絶層)の外側に、正極3A及び負極3Bを、セパレータ3Cを介して最内周が負極3Bとなるように捲回して外側捲回群を作製し、内側捲回群と外側捲回群とが隔絶層により同心円状に隔絶された電極群を作製した。
【0023】
従って、電極群は、軸芯を中心として、正極2A及び負極2Bをセパレータ2Cより捲回方向に長いセパレータ2Dを介して最外周が負極2Bとなるように捲回された内側捲回群を有している。内側捲回群の外側には、内側捲回群から連続するセパレータ2Dが少なくとも1周捲回されて隔絶層が形成されている。隔絶層の外側には、外側捲回群の最内周の電極が負極3Bとなるように正極3A及び負極3Bがセパレータ3Cを介して捲回された外側捲回群が同心円状に配置されている。このため、電極群は、隔絶層に内接する内側捲回群及び外接する外側捲回群が隔絶層により隔絶されている。隔絶層に内接する内側捲回群の最外周の電極は、負極2B、隔絶層に外接する外側捲回群の最内周の電極は、負極3Bとされている。従って、内側捲回群の最外周の電極と、外側捲回群の最内周の電極とは同極(負極)とされている。
【0024】
本実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池では、電池外部からの応力が掛かり電池が変形して正極2A、3Aと負極2B、3Bとが押しつけられても、電極群が隔絶層によって同心円状かつ2つに隔絶されているため、電極群全体が即座に短絡するのを防止でき(短絡が段階的に生じ)、短絡に起因するガス発生現象が遅延され、電池全体として電池内で発生するガスの発生速度を低下させることができる。従って、第1実施形態と同様に、安全弁による内圧開放速度をガス発生速度が上回る場合が少なくなり、電池缶9の極端な内圧上昇などの電池挙動の発生確率を低減することができる。
【0025】
また、本実施形態では、内側捲回群から連続するセパレータ2Dを内側捲回群の外周に少なくとも1周捲回して隔絶層を形成したために、隔絶層のための別の部材が不要となると共に、電極群の構造を簡単化して電極群の作製を簡単化することができる。
【0026】
更に、本実施形態では、万一隔絶層(セパレータ2D)が破断しても、負極2Bと、負極3Bとが同極(負極)なので、短絡を防止することができると共に、電池反応に関与しない負極2Bと負極3Bとが対向する部分を、リチウムイオン二次電池においてはより軽い(薄い)負極を選択し、隔絶層の箇所数も1箇所に留めたので、エネルギー密度の低下を最小限に抑えることができる。
【0027】
なお、本実施形態では、内側捲回群から連続するセパレータ2Dを内側捲回群の外周に少なくとも1周捲回して隔絶層を形成した例を示したが、外側捲回群から連続するセパレータを内側捲回群の外周に1周以上捲回して隔絶層を形成するようにしても類似の効果を期待することができる。また、セパレータ2Dの材質についても、ポリエチレンに限定されるものではなく、ポリプロピレンやこれらを層状に重ねたセパレータを用いるようにしてもよい。
【0028】
また、本実施形態では、内側捲回群の最外周の電極(負極2B)と、外側捲回群の最内周の電極(負極3B)とが同極(負極)の電池を例示したが、同極(負極)に限定されるものではなく、異極となるようにすることで、隔絶層を介して電池反応が起きるので、電池のエネルギー密度の低下を抑制できる。また、隔絶層を介して正極同士が対向するように捲回してもよい。
【0029】
更に、上記実施形態の電池では、正、負極の短絡によるガス発生現象が遅延されるだけでなく、例えば、過充電時の温度上昇などの現象も隔絶層により電池全体として遅延させることができる。また、外側捲回群で先に短絡が生じるときだけでなく、内側捲回群で先に短絡などが生じたときにも効果がある。
【0030】
また、上記実施形態では、円筒型リチウムイオン二次電池を例示したが、これに限定されるものではなく、電池内でガス発生が起こり得る電池系、例えば、鉛蓄電池などにも適用可能である。
【0031】
【実施例】
次に、上記実施形態に従って作製した実施例の円筒型リチウムイオン二次電池について説明する。なお、比較のために作製した比較例の電池についても併記する。
【0032】
(実施例1)
下表1に示すように、実施例1では、隔絶層1が厚さ0.1mmのPTFEシートで、内側捲回群2の最外周の電極及び外側捲回群3の最内周の電極が共に負極2B、3Bの電池を作製した。
【0033】
【表1】
【0034】
(実施例2)
表1に示すように、実施例2では、隔絶層が内側捲回群から連続するセパレータ(PE)2Dである以外は、実施例1と同様に電池を作製した。
【0035】
(実施例3)
表1に示すように、実施例3では、外側捲回群3の最内周の電極が正極3Aである以外は実施例1と同様に電池を作製した。
【0036】
(実施例4)
表1に示すように、実施例4では、隔絶層が内側捲回群から連続するセパレータ(PE)2Dで、外側捲回群の最内周の電極が正極3Aである以外は、実施例1と同様に電池を作製した。
【0037】
(比較例1)
表1に示すように、比較例1では、隔絶層1を有さない電池を作製した。
【0038】
(試験・評価)
次に、上述した実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池に公称容量の2時間率を以て4.2V定電圧−定電流充電を4h施し、満充電状態とした。これらを水平に寝かせて、電池缶9の直径と等しい直径のステンレス製半円筒状圧壊治具を油圧プレス機にて押し当てて、電池缶9の直径の1/2まで潰す圧壊による圧壊試験を実施した。この圧壊試験をそれぞれ5個の電池(n=5)で実施した。圧壊試験の試験結果を下表2に示す。なお、安全弁のみが作動した場合を「破裂なし」とし、それ以外の部分(電池蓋8のカシメ部や電池缶9底)がはずれたり裂けたりした場合を「破裂あり」として計数した。
【0039】
【表2】
【0040】
表2に示すように、実施例の電池では、いずれも比較例の電池に対し破裂数が少なくなり、電池缶8の変形に対する安全性が向上することが示された。これは、実施例の電池において、電池内の電極群の短絡が内部の隔絶層により段階的に起こるようになり、単位時間当たりの電池缶8内でのガス発生量を低減できることによるものである。ここでは実施例の電池の効果を確認する試験として、条件として十分に過酷であると想定される短時間に大きな面積で短絡が起きる電池の大きさに対し比較的大きな圧壊治具で圧壊試験を行ったが、実施例の電池の安全性向上の対象事象を限定するものではない。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第1の態様によれば、外からの応力付与などにより電池が変形して正極と負極とが押しつけられると、まず隔絶層に外接する捲回群で短絡が起こるが、同心円状に配置された捲回群同士が隔絶層により隔絶されて隔絶されているため、隔絶層に内接する捲回群での短絡を遅延することができるので、捲回群同士が即座に短絡するのを防止でき、隔絶層を有さない電極群の場合に比べて、短絡に起因するガス発生現象が遅延され、電池全体として電池内で発生するガスの発生速度を低下させることができ、また、隔絶層を、隔絶層に内接又は外接する捲回群から連続するセパレータとしたので、電池部品数を削減することができると共に、捲回群の構造を簡単化することができる、という効果を得ることができる。また、本発明の第2の態様によれば、外からの応力付与などにより電池が変形して正極と負極とが押しつけられると、まず隔絶層に外接する捲回群で短絡が起こるが、捲回群が該捲回群を隔絶する隔絶層によって同心円状かつ少なくとも2以上に隔絶されているため、隔絶層に内接する捲回群での短絡を遅延することができるので、捲回群が即座に短絡するのを防止でき、隔絶層を有さない捲回群の場合に比べて、短絡に起因するガス発生が遅延され、電池全体として内圧上昇速度が低下させることができると共に、隔絶層に内接する捲回群の最外周の電極と、隔絶層に外接する捲回群の最内周の電極とを同極としたので、隔絶層が破断しても短絡が生じないため、安全性を確保することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用可能な第1の実施の形態の電極群を模式的に示し、(A)は外観斜視図、(B)は断面図である。
【図2】本発明が適用可能な第2の実施の形態の電極群を模式的に示す断面図である。
【図3】第1の実施の形態の電池作製過程を模式的に示す外観斜視図であり、(A)は電池缶へ挿入前の電極群、(B)は電池缶へ挿入後の電極群を示す。
【符号の説明】
1 隔絶層
2 内側捲回群(捲回群の一部)
2A、3A 正極
2B、3B 負極
2C、2D、3C セパレータ
3 外側捲回群(捲回群の一部)
10 電極群(捲回群)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wound cylindrical battery, and more particularly to a wound cylindrical battery having a wound group in which positive and negative electrodes are wound through a separator.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a wound-type cylindrical battery has a wound group in which a strip-shaped positive and negative electrode, in which a tab for current collection is led out via a separator, is wound in a bottomed cylindrical battery container as an electrolyte. Infiltrated and contained. In such a wound cylindrical battery, in order to cope with an increase in internal pressure caused by battery deformation due to stress from the outside of the battery, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-192712 discloses gas in the battery outside the battery. In other words, a technology is disclosed in which a safety valve that is opened to the outside or a membrane having a mesh-like opening is provided between the battery lid and the safety valve. According to this technique, when the battery internal pressure rises, the safety valve is operated to release the gas to suppress the battery internal pressure rise, and the membrane prevents the solid content in the battery from scattering when the gas is released.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, as typified by recent lithium-ion secondary batteries, the energy density of the battery is high, the active material used in the battery system can cause a thermal runaway reaction, and the electrolyte also contains flammable organic electrolysis. In the case of a battery that uses a liquid, when the battery is deformed as described above, the internal pressure increase rate of the battery exceeds the internal pressure release speed due to the operation of the safety valve due to rapid gas generation due to evaporation of the electrolyte, etc. There was a phenomenon that the internal pressure of the battery container increased extremely.
[0004]
An object of the present invention is to provide a wound cylindrical battery excellent in safety in view of the above-mentioned case.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a first aspect of the present invention is a wound cylindrical battery having a wound group in which a positive electrode and a negative electrode are wound through a separator. It is characterized in that it is concentrically separated by at least two or more isolating layers that isolate the group, and the isolating layer is a separator continuous from a wound group that is inscribed or circumscribed to the isolating layer .
[0006]
In the first aspect , when the battery is deformed by applying stress from the outside and the positive electrode and the negative electrode are pressed, a short circuit first occurs in the wound group that circumscribes the isolation layer. As the concentric layers are isolated by at least two or more confined layers, the short circuit in the wound group inscribed in the isolated layer can be delayed, so that the wound group can be prevented from being short-circuited immediately. Compared to the wound group having no isolation layer, the gas generation due to the short circuit is delayed, and the internal pressure increase rate of the battery as a whole can be reduced. Moreover, since the isolation layer is a separator that is continuous from the wound group inscribed or circumscribed to the isolated layer, the number of battery parts can be reduced and the structure of the wound group can be simplified. In this aspect, if the outermost electrode of the wound group inscribed in the isolated layer and the innermost electrode of the wound group inscribed in the isolated layer have the same polarity, even if the isolated layer breaks, a short circuit occurs. Since it does not occur, safety can be ensured. Conversely, if the outermost electrode of the wound group inscribed in the isolated layer is different from the innermost electrode of the wound group inscribed in the isolated layer, a cell reaction occurs through the isolated layer. The decrease in the energy density of the battery due to the isolation layer can be compensated.
[0007]
In order to solve the above-mentioned problem, a second aspect of the present invention is a wound cylindrical battery having a wound group in which a positive electrode and a negative electrode are wound through a separator. An outermost electrode of the wound group that is concentrically separated by an isolated layer that isolates the wound group and is at least two or more inscribed, and an innermost circumference of the wound group that circumscribes the isolated layer The electrode is the same polarity. In the second aspect, as in the first aspect, when the battery is deformed by applying stress from the outside and the positive electrode and the negative electrode are pressed, a short circuit first occurs in the wound group circumscribing the isolation layer. Since the wound group is concentrically separated by at least two or more isolated layers that isolate the wound group, the short circuit in the wound group inscribed in the isolated layer can be delayed. Compared to the wound group that does not have an isolation layer, it is possible to prevent a short circuit from occurring immediately, the gas generation due to the short circuit is delayed, the internal pressure increase rate can be reduced as a whole battery, and the isolation layer Since the outermost electrode of the wound group inscribed in the electrode and the innermost electrode of the wound group inscribed in the isolated layer have the same polarity, no short circuit will occur even if the isolated layer breaks. Can be secured.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, with reference to the drawings, a first embodiment in which the present invention is applied to a cylindrical lithium ion secondary battery will be described in accordance with a battery manufacturing procedure.
[0009]
(Production of electrodes)
A powder of lithium manganese composite oxide, a carbon material for a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) are mixed so that a solid content ratio (weight ratio) is 90: 5: 5, and N-methylpyrrolidone (NMP) is mixed. ) Was stirred to obtain a positive electrode slurry. This positive electrode slurry was uniformly applied to the aluminum foil of the current collecting base and dried, and the aluminum foil portion was cut out in a comb-like shape leaving a tab for collecting current, and pressed to form a predetermined thickness. This was slit to a size matched to the bottomed cylindrical battery can, and further divided into two or more in the winding direction to obtain two or more strip-shaped positive electrodes.
[0010]
Amorphous carbon powder and polyvinylidene fluoride (PVDF) were mixed so that the solid content ratio (weight ratio) was 90:10, and the binder solution dissolved in N-methylpyrrolidone (NMP) was stirred to prepare a negative electrode I got a slurry. This negative electrode slurry is uniformly applied to the copper foil of the current collecting substrate, dried, and the copper foil portion is cut out in a comb-like shape, leaving the tabs for collecting current in the same manner as the positive electrode, and pressed to a predetermined thickness. Molded. This was slit to a size matched to the battery can, and further divided into two or more in the winding direction to obtain two or more strip-shaped negative electrodes.
[0011]
(Production of electrode group)
As shown in FIG. 1 (A), the produced positive and negative electrodes were placed through a polyethylene thin film separator having a thickness of 40 μm so that the outermost periphery becomes a negative electrode around a
[0012]
Therefore, the
[0013]
As shown in FIG. 1B, the outermost electrode of the inner winding
[0014]
(Battery assembly)
As shown in FIG. 3A, the tabs of the
[0015]
An electrolyte in which lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is dissolved in a mixed solvent of ethyl carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), and dimethyl carbonate (DMC) in a dry air atmosphere having a dew point of −40 ° C. or less in the battery. The solution was poured, and the
[0016]
(Function)
Next, the operation and the like of the cylindrical lithium ion secondary battery of this embodiment will be described.
[0017]
In the cylindrical lithium ion secondary battery of this embodiment, when stress is applied from the outside of the battery, the battery is deformed and the
[0018]
In the present embodiment, even if the
[0019]
In the present embodiment, the PTFE sheet is exemplified for the
[0020]
In the present embodiment, the outermost electrode (
[0021]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment in which the present invention is applied to a wound cylindrical battery will be described. In this embodiment, a separator that is continuous from the separators of the inner winding group is used for the isolation layer. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different portions will be described.
[0022]
As shown in FIG. 2, the
[0023]
Accordingly, the electrode group has an inner winding group in which the
[0024]
In the cylindrical lithium ion secondary battery of the present embodiment, even when stress is applied from the outside of the battery and the battery is deformed and the
[0025]
In this embodiment, since the
[0026]
Furthermore, in this embodiment, even if the isolation layer (
[0027]
In the present embodiment, the
[0028]
In the present embodiment, the outermost electrode (
[0029]
Further, in the battery of the above embodiment, not only the gas generation phenomenon due to the short circuit of the positive and negative electrodes is delayed, but also the phenomenon such as the temperature rise at the time of overcharging can be delayed as a whole battery by the isolation layer. Moreover, it is effective not only when a short-circuit occurs first in the outer winding group but also when a short-circuit occurs first in the inner winding group.
[0030]
Moreover, in the said embodiment, although the cylindrical lithium ion secondary battery was illustrated, it is not limited to this, It is applicable also to battery systems which can generate gas within a battery, for example, a lead storage battery etc. .
[0031]
【Example】
Next, the cylindrical lithium ion secondary battery of the example produced according to the said embodiment is demonstrated. In addition, it describes together about the battery of the comparative example produced for the comparison.
[0032]
(Example 1)
As shown in Table 1 below, in Example 1, the
[0033]
[Table 1]
[0034]
(Example 2)
As shown in Table 1, in Example 2, a battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the isolation layer was a separator (PE) 2D continuous from the inner winding group.
[0035]
Example 3
As shown in Table 1, in Example 3, a battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the innermost electrode of the outer winding
[0036]
Example 4
As shown in Table 1, in Example 4, Example 1 except that the isolation layer is a separator (PE) 2D continuous from the inner winding group, and the innermost electrode of the outer winding group is the
[0037]
(Comparative Example 1)
As shown in Table 1, in Comparative Example 1, a battery without the
[0038]
(Test / Evaluation)
Next, 4.2 V constant voltage-constant current charging was applied to the lithium ion secondary batteries of the above-described Examples and Comparative Examples for 2 hours at a 2-hour rate of the nominal capacity to obtain a fully charged state. Laying them horizontally, pressing a stainless steel semi-cylindrical crushing jig with a diameter equal to the diameter of the battery can 9 with a hydraulic press machine, and performing a crushing test by crushing to crush to half the diameter of the battery can 9 Carried out. This crush test was carried out with 5 batteries (n = 5) each. The test results of the crush test are shown in Table 2 below. The case where only the safety valve was operated was regarded as “no rupture”, and the case where the other parts (the crimped portion of the
[0039]
[Table 2]
[0040]
As shown in Table 2, it was shown that in the batteries of the examples, the number of ruptures decreased compared to the battery of the comparative example, and the safety against deformation of the battery can 8 was improved. This is because, in the battery of the example, the short circuit of the electrode group in the battery occurs stepwise by the internal isolation layer, and the amount of gas generated in the battery can 8 per unit time can be reduced. . Here, as a test for confirming the effect of the battery of the example, a crush test is performed with a relatively large crushing jig for the size of the battery in which a short circuit occurs in a large area in a short time that is assumed to be sufficiently severe as a condition. Although it went, it does not limit the target event of the safety | security improvement of the battery of an Example.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention , when the battery is deformed by applying stress from the outside and the positive electrode and the negative electrode are pressed, a short circuit is first generated in the wound group circumscribing the isolation layer. However, since the wound groups arranged concentrically are separated from each other by the isolation layer, the short circuit in the wound group inscribed in the isolation layer can be delayed. Compared to an electrode group that does not have an isolation layer, it can prevent a short circuit from occurring immediately, delaying the gas generation phenomenon caused by the short circuit, and reducing the rate of gas generation in the battery as a whole. In addition, since the isolation layer is a separator continuous from the wound group inscribed or circumscribed to the isolated layer, the number of battery parts can be reduced and the structure of the wound group can be simplified. possible, the effect can be obtained that Further, according to the second aspect of the present invention, when the battery is deformed due to external stress application and the positive electrode and the negative electrode are pressed, a short circuit occurs first in the wound group circumscribing the isolation layer. Since the time group is concentric and separated by at least two or more by the isolation layer that isolates the wound group, a short circuit in the wound group inscribed in the isolated layer can be delayed, so that the wound group is immediately Compared to the case of a wound group that does not have an isolation layer, the gas generation due to the short circuit is delayed, and the internal pressure rise rate can be reduced as a whole battery, and the isolation layer Since the innermost electrode of the wound group that is inscribed and the innermost electrode of the wound group that is circumscribed to the isolation layer have the same polarity, even if the isolation layer breaks, a short circuit does not occur. The effect that it can ensure can be acquired.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 schematically shows an electrode group according to a first embodiment to which the present invention can be applied, in which (A) is an external perspective view and (B) is a cross-sectional view.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an electrode group according to a second embodiment to which the present invention is applicable.
FIGS. 3A and 3B are external perspective views schematically showing a battery manufacturing process according to the first embodiment, in which FIG. 3A is an electrode group before being inserted into a battery can, and FIG. 3B is an electrode group after being inserted into the battery can; Indicates.
[Explanation of symbols]
1
2A,
10 Electrode group (winding group)
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002073634A JP4007026B2 (en) | 2002-03-18 | 2002-03-18 | Winding cylindrical battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002073634A JP4007026B2 (en) | 2002-03-18 | 2002-03-18 | Winding cylindrical battery |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003272709A JP2003272709A (en) | 2003-09-26 |
| JP4007026B2 true JP4007026B2 (en) | 2007-11-14 |
Family
ID=29203247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002073634A Expired - Fee Related JP4007026B2 (en) | 2002-03-18 | 2002-03-18 | Winding cylindrical battery |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4007026B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2927727B1 (en) * | 2008-02-19 | 2017-11-17 | Batscap Sa | MULTIBOBIN ELECTRIC ENERGY STORAGE ASSEMBLY. |
| FR2927728A1 (en) * | 2008-02-19 | 2009-08-21 | Batscap Sa | ELECTRIC POWER STORAGE ASSEMBLY MULTIPIST. |
| CN104466258B (en) * | 2014-12-05 | 2016-08-24 | 江苏天鹏电源有限公司 | A kind of cylinder type lithium battery preparation method and the formula of conductive paste thereof |
| WO2024185074A1 (en) * | 2023-03-08 | 2024-09-12 | 株式会社 東芝 | Electrode group, battery, and battery pack |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10172574A (en) * | 1996-12-16 | 1998-06-26 | Japan Storage Battery Co Ltd | Battery |
| JPH10261440A (en) * | 1997-03-19 | 1998-09-29 | Hitachi Ltd | Lithium secondary battery, method of manufacturing the same, and battery system |
| JPH10294098A (en) * | 1997-04-17 | 1998-11-04 | Yuasa Corp | Lithium battery |
| JP3419311B2 (en) * | 1998-07-15 | 2003-06-23 | トヨタ自動車株式会社 | Bipolar lithium-ion secondary battery |
-
2002
- 2002-03-18 JP JP2002073634A patent/JP4007026B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003272709A (en) | 2003-09-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101188280B (en) | Cylindrical secondary battery | |
| KR101629499B1 (en) | Electrode assembly and secondary battery comprising the same | |
| KR101224528B1 (en) | Lithium-ion secondary battery | |
| WO2018061381A1 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
| JP5776005B2 (en) | Sealed secondary battery | |
| US20130344364A1 (en) | Lithium ion secondary battery | |
| CN114730957A (en) | Sealed battery | |
| US6348282B1 (en) | Non-Aqueous electrolyte secondary batteries | |
| KR20130133639A (en) | Electrode assembly, battery cell, manufacturing mathod of electrode assembly and manufacturing mathod of battery cell | |
| KR101629498B1 (en) | Electrode assembly and secondary battery comprising the same | |
| WO2013099295A1 (en) | Cylindrical lithium-ion cell | |
| US9231270B2 (en) | Lithium-ion battery | |
| CN102047468B (en) | Cylindrical battery | |
| EP4145611B1 (en) | Secondary battery | |
| EP4411979A1 (en) | Cylindrical battery | |
| JP2011187241A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
| JP4007026B2 (en) | Winding cylindrical battery | |
| CN116964861A (en) | Cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery | |
| JP6227168B1 (en) | Lithium ion battery and manufacturing method thereof | |
| JP2001266812A (en) | Non-aqueous secondary battery | |
| JP2019067619A (en) | Secondary battery | |
| KR20150000159A (en) | Electrode assembly and secondary battery comprising the same | |
| JP2024042132A (en) | Wound electrode body, secondary battery, and manufacturing method of secondary battery | |
| JP6108119B2 (en) | Sealed secondary battery | |
| JP2012178266A (en) | Winding type battery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051026 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060328 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060522 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070807 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070820 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100907 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100907 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110907 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110907 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120907 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130907 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |