JP5569482B2 - Secondary battery cell case - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池に係り、詳しくは二次電池のセルケースに関する。 The present invention relates to a secondary battery, and more particularly to a cell case of a secondary battery.
近年、環境への意識の向上などから二次電池の需要が高まっている。二次電池は、例えばハイブリット車の車載用としてモジュール化されており、一つのモジュールは、例えば薄膜状の正極、負極及びセパレータを重ねあわせて巻きまわした電極束をセルケースに入れ電解液とともに密閉して一つの電池セルを形成し、この電池セルを複数個束ねることで構成されている。 In recent years, the demand for secondary batteries has increased due to an increase in environmental awareness. The secondary battery is modularized, for example, for use in a hybrid vehicle. One module is, for example, an electrode bundle in which a thin film-like positive electrode, negative electrode, and separator are overlapped and wound in a cell case and sealed together with an electrolytic solution. Thus, one battery cell is formed and a plurality of battery cells are bundled.
そして、このような二次電池においては、一般的にセルケースとして金属製のケースが用いられている。
しかし、金属製のケースを用いた場合、二次電池の重量が増加してしまうという問題があった。このような場合、二次電池重量に占めるセルケースの重量割合が増加するため、重量エネルギー密度が低下する。
また、金属製のケースは、セル内部の温度が外気温の影響を受けやすくなるという問題があった。外気温の影響を受けてセル内部の温度が高温となった場合は電極を構成する材料が溶け出し、電池性能が低下することが知られている。また、外気温の影響を受けてセル内部の温度が低温となった場合は、電池内の反応バランスが崩れ、電池の性能が低下するおそれがあった。
In such secondary batteries, a metal case is generally used as a cell case.
However, when a metal case is used, there is a problem that the weight of the secondary battery increases. In such a case, since the weight ratio of the cell case to the secondary battery weight increases, the weight energy density decreases.
In addition, the metal case has a problem that the temperature inside the cell is easily affected by the outside air temperature. It is known that when the temperature inside the cell becomes high due to the influence of the outside air temperature, the material constituting the electrode melts and the battery performance deteriorates. In addition, when the temperature inside the cell becomes low due to the influence of the outside air temperature, the reaction balance in the battery is lost, and the battery performance may be deteriorated.
一方、二次電池の高性能化・小型化・軽量化の要求から、今後益々電池の高容量化・高出力化の流れが高まることが予想される。そこで、上述した金属製のケースによる問題点を解決することに加えて、前述の高容量化・高出力化を実現するものとして樹脂製のケースを用いることが検討されている。 On the other hand, due to the demand for higher performance, smaller size, and lighter weight of secondary batteries, it is expected that the trend toward higher capacity and higher output of batteries will increase in the future. Therefore, in addition to solving the problems caused by the metal case described above, the use of a resin case has been studied as a means for realizing the above-described increase in capacity and output.
例えば、特許文献1には、ニッケル水素電池の電池ケースとして、樹脂製電池ケースの側部の一部外面上に、バインダーとしての役割を果たす第一の樹脂層を介して、水素分子や水蒸気の漏れを防止するためのガスバリアとしての役割を果たす第二の樹脂層を一体的に形成し、さらにその上に樹脂層の表面を腐食から保護する役割を果たす第三の樹脂層を形成したものが開示されている。
For example, in
しかしながら、現在検討されている樹脂製のケースは、耐電解液性を優先すると外部から水分を透過しやすくなるという問題があった。水分を透過すると非水系電解液が水分と反応して保存安定性が低下するおそれがあり、特に高温になった場合は水分透過量が多く、現状では樹脂製のケースを実用化するには至っていない。 However, the resin cases currently under study have a problem that moisture tends to permeate from the outside if priority is given to the resistance to electrolyte. If water permeates, the non-aqueous electrolyte solution may react with water and storage stability may decrease, especially when the temperature rises, the amount of water permeation is large. Not in.
特許文献1に開示されている発明においても、ケース側部の一部外面上に水素分子や水蒸気の漏れを防止する樹脂層を形成しているものの、この樹脂層を形成した部分以外の箇所においては水分の透過が生じるおそれがあるという問題がある。
Even in the invention disclosed in
さらに、二次電池においては、使用するにつれて内圧が上昇し、ケース内部に局所的に圧力が集中することが周知となっているが、このようにケース内部に局所的に圧力が集中すると、活物質が脱離する等、構造の劣化が生じ、局所的に性能が低下するおそれがあるという問題があった。 Furthermore, it is well known that in a secondary battery, the internal pressure rises as it is used, and the pressure is locally concentrated inside the case. There has been a problem that the structure may be deteriorated, for example, the substance may be detached, and the performance may be locally lowered.
このようなことから本発明は、外気温の影響を抑制するとともに、外部からセルケース内部への水分の透過を防止し、且つセルケース内部で局所的に集中する圧力を分散させることが可能な二次電池のセルケースを提供することを目的とする。 For this reason, the present invention can suppress the influence of the outside air temperature, prevent the permeation of moisture from the outside to the inside of the cell case, and can distribute the locally concentrated pressure inside the cell case. It aims at providing the cell case of a secondary battery.
上記の課題を解決するための第1の発明に係る二次電池のセルケースは、樹脂からなり外面側を構成する外層と、樹脂からなり内面側を構成する内層と、前記外層と前記内層との間に設けられ中空部を有する空気含有層とを備え、前記中空部は、電池の温度上昇領域に応じて前記空気含有層内で分散密度が異なることを特徴とする。 The cell case of the secondary battery according to the first invention for solving the above-mentioned problems includes an outer layer made of resin and constituting the outer surface side, an inner layer made of resin and constituting the inner surface side, the outer layer and the inner layer, and an air-containing layer having a hollow portion provided between the hollow portion, the dispersion density of the air-containing layer in accordance with the temperature rise region of the battery is characterized by different of Rukoto.
上記の課題を解決するための第2の発明に係る二次電池のセルケースは、第1の発明に係る二次電池のセルケースにおいて、前記空気含有層が、樹脂又は金属からなることを特徴とする。 A cell case of a secondary battery according to a second invention for solving the above problem is characterized in that in the cell case of the secondary battery according to the first invention, the air-containing layer is made of resin or metal. And
上記に課題を解決するための第3の発明に係る二次電池のセルケースは、第1又は第2の発明に係る二次電池のセルケースにおいて、前記外層が、ポリスチレン、ポリオレフィン、アクリル、ポリカーボネート、メタクリル、塩化ビニル、エポキシ、ポリエステル、又はアモルファスポリオレフィンからなる水分透過防止層であることを特徴とする。 The cell case of the secondary battery according to the third invention for solving the above-mentioned problem is the cell case of the secondary battery according to the first or second invention, wherein the outer layer is made of polystyrene, polyolefin, acrylic, polycarbonate It is a moisture permeation preventing layer made of methacryl, vinyl chloride, epoxy, polyester, or amorphous polyolefin.
上記の課題を解決するための第4の発明に係る二次電池のセルケースは、第1ないし第3のいずれかの発明に係る二次電池のセルケースにおいて、前記内層が、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミドイミド、又はポリエーテルイミドからなる耐電解液層であることを特徴とする。 A cell case of a secondary battery according to a fourth invention for solving the above-described problem is the cell case of the secondary battery according to any one of the first to third inventions, wherein the inner layer is made of polyolefin, polyimide, It is an electrolyte solution layer made of polyamideimide or polyetherimide.
上述した第1の発明に係る二次電池のセルケースによれば、樹脂からなり外面側を構成する外層と、樹脂からなり内面側を構成する内層と、外層と内層との間に設けられ中空部を有する空気含有層とを備えるので、外気温の影響を抑制するとともに、外部からの水分の透過を防止し、且つケース内部に局所的に集中する圧力を分散させることが可能となる。また、空気含有層を設けたことによりセルケースの外部からの水分の透過を防止することができるので、外層および内層に樹脂を用いることが可能となり金属製のケースを用いる場合に比較して軽量化が可能となる。また、中空部は、電池の温度上昇領域に応じて空気含有層内で分散密度が異なるので、外気温の影響を効率よく低減することができる。 According to the cell case of the secondary battery according to the first aspect described above, a hollow is provided between the outer layer made of resin and constituting the outer surface side, the inner layer made of resin and constituting the inner surface side, and the outer layer and the inner layer. Since the air-containing layer having the portion is provided, it is possible to suppress the influence of the outside air temperature, prevent the permeation of moisture from the outside, and disperse the locally concentrated pressure inside the case. In addition, by providing an air-containing layer, it is possible to prevent the permeation of moisture from the outside of the cell case, making it possible to use a resin for the outer layer and the inner layer, which is lighter than when using a metal case. Can be realized. In addition, since the hollow portion has a different dispersion density in the air-containing layer according to the temperature rise region of the battery, the influence of the outside air temperature can be efficiently reduced.
第2の発明に係る二次電池のセルケースによれば、空気含有層が、樹脂又は金属からなるので、空気含有層の形成を容易に行うことができる。 According to the cell case of the secondary battery according to the second invention, since the air-containing layer is made of resin or metal, the air-containing layer can be easily formed.
第3の発明に係る二次電池のセルケースによれば、外層が、ポリスチレン、ポリオレフィン、アクリル、ポリカーボネート、メタクリル、塩化ビニル、エポキシ、ポリエステル、又はアモルファスポリオレフィンからなる水分透過防止層であるので、セルケース内部への水分の透過をより確実に防止することができる。 According to the cell case of the secondary battery according to the third invention, the outer layer is a moisture permeation preventive layer made of polystyrene, polyolefin, acrylic, polycarbonate, methacryl, vinyl chloride, epoxy, polyester, or amorphous polyolefin. Permeation of moisture into the case can be more reliably prevented.
第4の発明に係る二次電池のセルケースによれば、内層が、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミドイミド、又はポリエーテルイミドからなる耐電解液層であるので、セルケース内部から電解液層が漏出することをより確実に防止することができる。 According to the cell case of the secondary battery according to the fourth invention, since the inner layer is an electrolyte-resistant layer made of polyolefin, polyimide, polyamideimide, or polyetherimide, the electrolyte layer leaks from the inside of the cell case. This can be prevented more reliably.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る二次電池のセルケースの詳細を説明する。 Hereinafter, the details of the cell case of the secondary battery according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1ないし図4を用いて本発明に係る二次電池のセルケースの一実施例を説明する。
図1及び図2に示すように、本実施例に係る二次電池のセル(以下、電池セルという)1は、電極束2をセルケース3に入れ、電解液4とともに密閉して構成されている。電池セル1の上部両端には、正極から伸びた正極端子5及び負極から伸びた負極端子6がそれぞれ設けられている。
An embodiment of a cell case of a secondary battery according to the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, a cell (hereinafter referred to as a battery cell) 1 of a secondary battery according to the present embodiment is configured by putting an
図3に示すように、電極束2は、薄膜状の正極21、負極22及びこれら正極21と負極22とを絶縁するように正極21と負極22との間で挟持されたセパレータ23を重ねあわせたものを巻きまわしてなるものである。正極21は正極集電体21a及びこの正極集電体21aの両面に塗布された正極活物質21bから構成され、負極22は負極集電体22a及びこの負極集電体22aの両面に塗布された負極活物質22bから構成されている。
As shown in FIG. 3, the
そして、図4に示すように、セルケース3は該セルケース3の外面側を構成する外層としての第一層31、第一層31の内側に位置する空気含有層としての第二層32、および第二層32の内側に位置しセルケース3の内面側を構成する内層としての第三層33からなる三層構造を有している。換言すると、セルケース3の外面側に設けられた第一層31と、セルケース3の内面側に設けられた第三層33との間に第二層32を設けた構成となっている。
As shown in FIG. 4, the
第一層31は、樹脂製であって例えば水分を透過しないようにポリオレフィンから構成された水分透過防止層となっている。第二層32は、例えば樹脂製であって第一層31と同様、水分を透過しないようにポリオレフィンから構成され、且つ層内に多数の中空部32aを有している。中空部32aは、例えば層内に多数のマイクロカプセルを分散させることにより気泡を形成する等により構成することができる。第三層33は、樹脂製であって例えば耐電解液性を有するようにポリスチレンから構成された耐電解液層となっている。
The
なお、本実施例においては便宜上、正極端子5、負極端子6が設けられている側を上として説明を行ったが、実際に使用する場合にどちらを上側として位置するかは任意である。
In the present embodiment, for the sake of convenience, the description has been given with the side on which the
上述した本実施例に係る二次電池によれば、セルケース3の外面側を構成する第一層31と、セルケース3の内面側を構成する第三層33との間に多数の中空部32aを有する第二層32を設けたことにより、セルケース3外部からの水分の透過および外気温の影響を第二層32において遮断することができるとともに、中空部32aにより内部圧力を吸収して圧力の局在化を防止することができる。
According to the secondary battery according to the above-described embodiment, a large number of hollow portions are formed between the
さらに、第一層31及び第二層32を水分を透過しないポリオレフィンから構成し、第三層33を耐電解液性を有するポリスチレンから構成すれば、セルケース3外部からの水分の透過をより確実に防止するとともに、セルケース3内部から電解液が漏出することを確実に防止することができる。また、第一層31及び第三層33を樹脂により構成することにより金属製のケースを用いる場合に比較して電池セル1の重量を軽量化することが可能となる。
Furthermore, if the
なお、図4では中空部32aを第二層32内に均一に分散させる例を示したが、中空部32aの配分は図4に示した例に限定されるものではなく、例えば、セルケース3の剛性が比較的低い部分に中空部32aを多く分散させて圧力の影響をより効率よく低減してもよい。また、電極束の中央部は温度が上昇しやすいことが周知となっているので、図5に示すように、温度上昇領域にあたる電極束2の中央部に対応するセルケース3の側面中央部(図5の一点鎖線で囲んだ部分)に中空部32aを多く分散させて外気温の影響を効率よく低減してもよい。このように、中空部32aは目的に応じて分散密度を変えることが可能である。
4 shows an example in which the
また、上述した実施例では第二層32を樹脂から構成する例を示したが、第二層32を構成する材質は樹脂に限定されるものではなく、例えば、箔状の金属を波形に形成する等により段ボール紙のように中空部を付与する、又は空気を含有する木材や軽石のような天然素材を用いるなど、第一層31と第三層33の間に中空部を有する第二層32を設けることができる材質であればよく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
Moreover, although the example which comprises the
また、第一層31の材料としてポリオレフィンを用いる例を示したが、第一層31の材料としてはポリオレフィンに限らず、例えば、アクリル、ポリカーボネート、メタクリル、ポリスチレン、塩化ビニル、エポキシ、ポリエステル、アモルファスポリオレフィン等であってもよい。なお、第一層31の材料としては、水分を透過しにくい材料を用いればより好適である。
Moreover, although the example which uses polyolefin as the material of the
また、第三層33の材料としてポリスチレンを用いる例を示したが、第三層33の材料としてはポリスチレンに限らず、例えば、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミドイミド、およびポリエーテルイミド等であってもよい。なお、第三層33の材料としては、耐電解液性を有する材料を用いればより好適である。
Moreover, although the example which uses a polystyrene as a material of the
本発明は、二次電池のセルケースに適用して好適なものである。 The present invention is suitable for application to a cell case of a secondary battery.
1 電池セル
2 電極束
3 セルケース
4 電解液
5 正極端子
6 負極端子
21 正極
21a 正極集電体
21b 正極活物質
22 負極
22a 負極集電体
22b 負極活物質
23セパレータ
31 第一層(外層)
32 第二層(空気含有層)
32a 中空部
33 第三層(内層)
DESCRIPTION OF
32 Second layer (air-containing layer)
Claims (4)
樹脂からなり内面側を構成する内層と、
前記外層と前記内層との間に設けられ中空部を有する空気含有層と
を備え、
前記中空部は、電池の温度上昇領域に応じて前記空気含有層内で分散密度が異なる
ことを特徴とする二次電池のセルケース。 An outer layer made of resin and constituting the outer surface side;
An inner layer made of resin and constituting the inner surface side;
An air-containing layer provided between the outer layer and the inner layer and having a hollow portion ;
The hollow portion, the cell case of a secondary battery dispersion density in the air-containing layer in accordance with the temperature rise region of the battery is characterized by different of Rukoto.
ことを特徴とする請求項1記載の二次電池のセルケース。 The cell case of the secondary battery according to claim 1, wherein the air-containing layer is made of resin or metal.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の二次電池のセルケース。 The secondary battery according to claim 1 or 2 , wherein the outer layer is a moisture permeation preventive layer made of polystyrene, polyolefin, acrylic, polycarbonate, methacryl, vinyl chloride, epoxy, polyester, or amorphous polyolefin. Cell case.
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の二次電池のセルケース。 The cell case of the secondary battery according to any one of claims 1 to 3 , wherein the inner layer is an electrolyte solution layer made of polyolefin, polyimide, polyamideimide, or polyetherimide.
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