JP7362682B2

JP7362682B2 - 二次電池

Info

Publication number: JP7362682B2
Application number: JP2021023087A
Authority: JP
Inventors: 剛常深
Original assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Current assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Priority date: 2021-02-17
Filing date: 2021-02-17
Publication date: 2023-10-17
Anticipated expiration: 2041-02-17
Also published as: JP2022125485A

Description

本発明は、例えば、正極シート、負極シート及びセパレータを積層したものを捲回した捲回体が電池ケースに収納される二次電池に関する。

二次電池では、正極シート、負極シート及びセパレータを積層したものを捲回した捲回体を電力体としてケース内に収納するものがある。このような二次電池では、ケース内に電解液を注入し、捲回体を構成する正極シートと負極シートに塗工される活物質層（または合材層）に電解液を浸透させる。この電解液を活物質層に浸透させる技術が特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載の蓄電デバイスでは、複数の貫通孔を備える電極集電体とこれに設けられる電極合材層とを備える電極と、電極集電体に接続され、電極合材層にイオンを供給するイオン供給源とを有し、電極集電体には、所定の貫通孔開口率を備える第１領域と、前記第１領域よりも貫通孔開口率の大きな第２領域とが設けられることを特徴とする。

特開２０１０－０４０３７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の二次電池は正極シート、負極シート及びセパレータを複数積層した積層構造であり、捲回体を電力体とする二次電池にそのまま適用することができない。具体的には、捲回体では電解液の浸透経路が、捲回体の捲回方向に対して垂直となる２箇所の端部となっており、積層体に比べて侵入経路が狭くなる。また、捲回体では、電力の取り出し経路となるバスバーを溶接する際に、電解液の浸入経路となる捲回体の両端部を潰して溶接するためさらに電解液の浸透経路の大きさが制限される問題がある。つまり、電力体として捲回体を有する二次電池では、電解液の浸透経路が制限され、電解液の浸透に長い時間を要する問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、二次電池の電解液の浸透性を向上することを目的とするものである。

本発明の二次電池の一態様は、正極シート、負極シート及びセパレータを積層して捲回された捲回体と、前記正極シート及び前記負極シートのうち各シートの極性に応じた活物質が未塗工の集電箔と電気的に接続されるバスバーと、を有し、前記集電箔とバスバーは、溶接部において互いに接合され、前記集電箔には、前記捲回体の捲回方向と平行する方向を上下方向とした場合における前記溶接部の下端から少なくとも前記溶接部の上端と下端の間の高さまでの領域に選択的に複数層の前記集電箔を貫通するスリットが設けられる。

本発明の二次電池は、スリットにより溶接部により電解液の浸透が妨げられる領域に電解液を供給する経路を構成する。

本発明の二次電池によれば、二次電池の電解液の浸透性を向上させることができる。

実施の形態１にかかる二次電池の概略図である。実施の形態１にかかる二次電池における電解液の浸透経路を説明する図である。実施の形態１にかかる二次電池における注液工程を説明する図である。実施の形態２にかかる二次電池における電解液の浸透経路を説明する図である。実施の形態３にかかる二次電池における電解液の浸透経路を説明する図である。実施の形態３にかかる二次電池における電解液の浸透経路を説明する別の図である。

説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
以下では、実施の形態にかかる二次電池について、二次電池の電池セルのケース内に収納される電力体について説明するが、二次電池としてはケースに覆われている部分であることに注意が必要である。

実施の形態１
図１に実施の形態１にかかる二次電池１の概略図を示す。図１では、二次電池１のうちケースに収納されている捲回体及びバスバーのみを示した。図１に示すように、実施の形態１にかかる二次電池１は、捲回体１０、正極バスバー２１、負極バスバー２２を有する。また、捲回体１０は、正極活物質（或いは正極合材）が塗工される正極シート、負極活物質（或いは、負極合材）が塗工される負極シート、及び、セパレータを重ねた状態で捲回したものである。

そして、捲回体１０の捲回方向と直交する２つの端部には、正極集電箔１１及び負極集電箔１２が設けられる。正極集電箔１１は、正極シートのうち正極活物質が未塗工な金属箔である。負極集電箔１２は、負極シートのうち負極活物質が未塗工な金属箔である。正極バスバー２１は、正極集電箔１１と溶接により電気的に接続され、負極バスバー２２は、負極集電箔１２と溶接により電気的に接続される。このとき、二次電池１では、捲回体とした状態で重なった集電箔をひとまとめに押しつぶした状態で集電箔とバスバーを接合する。図１では、正極バスバー２１と正極集電箔１１との接合箇所を溶接部３１とした。また、負極バスバー２２と負極集電箔１２との接合箇所を溶接部３２とした。

そして、実施の形態１にかかる二次電池１では、正極集電箔１１にスリット４１を設ける。また負極集電箔１２にはスリット４２を設ける。スリット４１、４２は、捲回体１０の捲回方向と平行する方向を上下方向とした場合における溶接部３１、３２の下端から少なくとも溶接部３１、３２の上端と下端の間の高さまでの領域に選択的に複数層の集電箔を貫通する穴である。さらに、スリット４１、４２は、少なくとも、バスバーと捲回体のうち活物質が塗工された領域との間に形成される。図１に示す例では、スリット４１、４２は、縦長形状を有する複数の穴を有する。また、スリット４１、４２は、溶接部３１、３２の下端より下の位置から上端から超える高さに至る領域に形成される。

ここで、スリット４１、４２により形成される注液経路について説明する。そこで、図２に実施の形態１にかかる二次電池１における電解液の浸透経路を説明する図を示す。なお、スリットの構成は正極バスバー２１側も負極バスバー２２側も同じであるため、図２では、正極バスバー２１側の構成のみを示した。また、捲回体１０から正極バスバー２１を用いて電力を取り出す場合、正極バスバー２１と正極集電箔１１とが接合される溶接部３１において捲回された状態で同じ位置にある複数枚の正極集電箔１１がひとまとめに束ねられる。そのため、溶接部３１の部分からは電解液が捲回体１０内に浸透する注液経路が遮断される状態となる。

図２では、特に、電解液の捲回体への浸透が進むことにより電解液の水位が溶接部３１の上端ＬＵより低下した状態を示したものである。図２に示すように、実施の形態１にかかる二次電池１では、溶接部３１の下端ＬＤの下の部分から電解液が正極集電箔１１に吸収される。そして、正極集電箔１１に吸収された電解液は、スリット４１により発生する毛細管現象により上側に吸い上げられる。そして、吸い上げられた電解液が捲回体１０に吸収される。つまり、実施の形態１にかかる二次電池１では、溶接部３１により電解液の浸透経路が塞がれる部分があっても、スリット４１により電解液を溶接部３１の捲回体１０側部分を通って吸い上げることで、溶接部３１の横及び溶接部３１の上部への電解液の吸収を促進する。

続いて、実施の形態１にかかる二次電池１における注液工程について説明する。図３に実施の形態１にかかる二次電池における注液工程を説明する図を示す。図３では、比較例として、スリット４１、４２を設けない二次電池における注液工程も示した。図３に示すように、注液工程では、ステージＳＴ１において、捲回体１０を収納したケース内に電解液を注入する。このステージＳＴ１において、比較例では、溶接部３１、３２により電解液浸透経路がないため、溶接部３１、３２に対応する高さ部分の捲回体１０への電解液の浸透が他の部分より遅れる。

続いてステージＳＴ２では、さらに捲回体１０への電解液の浸透が進むとともに、ケース内の電解液の液面が低下する。このステージＳＴ２においては、ステージＳＴ１よりもさらに捲回体１０内への電解液の浸透が進むが、比較例では溶接部３１、３２の横の部分と他の部分との浸透速度の差が大きくなる。一方、実施の形態１にかかる二次電池１では、ステージＳＴ２においても捲回体１０への電解液の浸透速度は溶接部３１、３２の横部分と他の部分とで差がない。

続いて、ステージＳＴ３では、ステージＳＴ２よりもさらに捲回体１０への電解液の浸透が進むとともに、ケース内の電解液の液面が低下する。このステージＳＴ３になると、比較例では、捲回体１０の中央上部への電解液の浸透が実施の形態１にかかる二次電池１よりもかなり遅くなる。そして、ステージＳＴ３よりもさらに浸透が進むステージＳＴ４では、実施の形態１にかかる二次電池１では捲回体１０の全体に電解液が浸透しているのに対して、比較例では中央上部に電解液が未浸透な部分が残る。

上記説明より、実施の形態１にかかる二次電池１では、溶接部３１、３２の捲回体１０側の領域に電解液を吸い上げるスリット４１、４２を設ける。これにより、実施の形態１にかかる二次電池１は、溶接部３１、３２により電解液の浸入経路が阻害されることに起因する電解液の浸透速度の低下を防止し、電解液の浸透に要する時間を短縮することができる。

実施の形態２
実施の形態２では、実施の形態１にかかる二次電池１の変形例となる二次電池２について説明する。実施の形態２の説明では実施の形態１で説明した構成要素と同じ構成要素については、実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。

図４に実施の形態２にかかる二次電池２における電解液の浸透経路を説明する図を示す。図４は、図２に対応する実施の形態２にかかる二次電池２の構造を示す図である。図４に示すように、実施の形態２にかかる二次電池２では、スリットとして、上下方向に対して傾斜を持った方向に延在するように設けられる複数のスリット５１を有する。なお、この傾斜は、捲回体１０の活物質層が含まれる領域に対してスリット５１の上部が近づく方向に傾いたものである。また、スリット５１のうちの一部は、溶接部３１の下端ＬＤの下の領域から溶接部３１の上端ＬＵの上に至る長さを有する。

このように、スリット５１の上部が捲回体１０に近づく方向に傾斜させることで電解液を吸い上げるスリットの長さを実施の形態１よりも近づけることが出来るため、電解液の浸透に要する時間を実施の形態１よりも短縮することができる。

実施の形態３
実施の形態３では、実施の形態１にかかる二次電池１の変形例となる二次電池３について説明する。実施の形態３の説明では実施の形態１で説明した構成要素と同じ構成要素については、実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。

図５に実施の形態３にかかる二次電池３における電解液の浸透経路を説明する図を示す。図５は、図２に対応する実施の形態３にかかる二次電池３の構造を示す図である。図５に示すように、実施の形態３にかかる二次電池３では、スリットとして、上下方向と直交する横方向に延在する複数本のスリット６１を有する。この複数のスリット６１は、溶接部３１の下端ＬＤより下の領域から溶接部３１の上端ＬＵと下端ＬＤとの間の領域に設けられる。

また、図６に実施の形態３にかかる二次電池における電解液の浸透経路を説明する別の図を示す。図６は、捲回体１０の捲回方向と直交する方向（捲回体の側方）から捲回体１０を見た側面図である。図６に示すように、溶接部３１では正極集電箔１１が束ねられる形になり電解液の侵入経路が塞がれる。また、バスバー２１が溶接された捲回体１０では、溶接部３１で束ねられた複数の正極集電箔１１に１５０μｍ程の隙間が形成される。

実施の形態３にかかる二次電池３では、スリット６１により内部に吸い込まれた電解液は、複数の正極集電箔１１の間に形成された隙間を介して毛細管現象により上部に吸い上げられる。これにより、実施の形態３にかかる二次電池３では、実施の形態１にかかる二次電池１と同様に電解液の浸透速度を高めることができる。

また、二次電池３では、捲回体１０から正極集電箔１１を介して正極バスバー２１に電流が流れるが、この電流の流れは横方向になる。スリット６１は、横方向に長いスリットであるため、スリット６１がこの横方向の電流の流れを阻害しにくい。つまり、スリット６１は、横方向に長い溝であることから実施の形態３にかかる二次電池３では、電池全体で見たときの抵抗値を低減することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１二次電池
２二次電池
３二次電池
１０捲回体
１１正極集電箔
１２負極集電箔
２１正極バスバー
２２負極バスバー
３１溶接部
３２溶接部
４１スリット
４２スリット
５１スリット
６１スリット

Claims

正極シート、負極シート及びセパレータを積層して捲回された捲回体と、
前記正極シート及び前記負極シートのうち各シートの極性に応じた活物質が未塗工の集電箔と電気的に接続されるバスバーと、を有し、
前記集電箔とバスバーは、溶接部において互いに接合され、
前記集電箔には、前記捲回体の捲回方向と平行する方向を上下方向とした場合における前記溶接部の下端より下の位置から少なくとも前記溶接部の上端と下端の間の高さまでの領域であって、少なくとも、前記バスバーと前記捲回体のうち前記活物質が塗工された領域との間の領域に複数層の前記集電箔を貫通する線状に延在する溝を有するスリットが設けられ、
前記スリットは、前記捲回体の前記上下方向の端部を除く領域に設けられる二次電池。
前記スリットは、前記上下方向に延在するように設けられる請求項１に記載の二次電池。
前記スリットは、前記上下方向に対して傾斜を持った方向に延在するように設けられる請求項１に記載の二次電池。
前記スリットは、前記上下方向と直交する横方向に延在する複数本の溝を有する請求項１に記載の二次電池。
前記溶接部では、前記捲回体となった状態で重なった前記集電箔をひとまとめに押しつぶした状態で前記集電箔とバスバーが接合される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の二次電池。