JP2018186069A - Separator and secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セパレータ及びこのセパレータを備えた二次電池に関する。 The present invention relates to a separator and a secondary battery including the separator.
アルカリ蓄電池やリチウムイオン二次電池等の二次電池は、例えばフォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の車両のバッテリーに用いられている。この種の二次電池は、正極と負極とがセパレータを挟んで巻かれた電極捲回体、または、複数の正極と負極とがセパレータを介して積層された電極組立体を有している。また、セパレータとしては不織布や微多孔膜等の多孔質材料が使用されており、セパレータの孔内には電解液が保持されている。セパレータは、その内部に保持された電解液を迅速に電極に供給することができるように、電極に密着して配置されている(例えば、特許文献1、特許文献2)。
Secondary batteries such as alkaline storage batteries and lithium ion secondary batteries are used in batteries for vehicles such as forklifts, hybrid cars, and electric cars. This type of secondary battery has an electrode winding body in which a positive electrode and a negative electrode are wound with a separator interposed therebetween, or an electrode assembly in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes are stacked with a separator interposed therebetween. Moreover, porous materials, such as a nonwoven fabric and a microporous film, are used as a separator, and electrolyte solution is hold | maintained in the hole of a separator. The separator is disposed in close contact with the electrode so that the electrolytic solution held therein can be quickly supplied to the electrode (for example,
アルカリ蓄電池やリチウムイオン二次電池等の二次電池においては、充電中に正極が収縮し、負極が膨張する。このときの正極の収縮量は負極の膨張量と厳密に同一ではないため、電極組立体の積層方向における電極間の距離は、充電率に応じて変動する。また、放電中には、充電中とは逆に、正極が膨張し、負極が収縮する。このときの正極の膨張量も負極の収縮量と厳密に同一ではないため、充電時と同様に、電極組立体の積層方向における電極間の距離は、充電率に応じて変動する。 In secondary batteries such as alkaline storage batteries and lithium ion secondary batteries, the positive electrode contracts and the negative electrode expands during charging. Since the amount of contraction of the positive electrode at this time is not exactly the same as the amount of expansion of the negative electrode, the distance between the electrodes in the stacking direction of the electrode assembly varies depending on the charging rate. In addition, during discharging, the positive electrode expands and the negative electrode contracts, contrary to charging. Since the amount of expansion of the positive electrode at this time is not exactly the same as the amount of contraction of the negative electrode, the distance between the electrodes in the stacking direction of the electrode assembly varies according to the charging rate, as in charging.
充放電中に電極間距離が狭くなった場合は、電極同士の間に配置されたセパレータが圧縮される。このとき、セパレータ内に保持された電解液は、セパレータにおける、電極から離隔している外周縁部を介して電極組立体の外部へ押し出される。一方、電極間距離が広くなった場合は、電極同士の距離の増大に伴ってセパレータの厚みが復元される。そして、セパレータの厚みの復元に伴って、セパレータから押し出された電解液がセパレータ内に吸収される。 When the distance between electrodes becomes narrow during charging / discharging, the separator arrange | positioned between electrodes is compressed. At this time, the electrolytic solution held in the separator is pushed out of the electrode assembly via the outer peripheral edge of the separator that is separated from the electrode. On the other hand, when the distance between the electrodes is increased, the thickness of the separator is restored as the distance between the electrodes increases. And with the restoration | restoration of the thickness of a separator, the electrolyte solution extruded from the separator is absorbed in a separator.
このとき、セパレータ外に存在する電解液は、セパレータの外周縁部から吸収され、セパレータの孔内を通ってセパレータの内側へ移動する。そのため、セパレータ内における外周縁部からの距離が比較的大きい部位は、当該距離が比較的小さい部位に比べて、電解液が到達するまでに長い時間を要する。また、場合によっては、セパレータ内に局所的に電解液の存在しない部分が生じ、内部抵抗の増大を招くおそれもある。 At this time, the electrolytic solution present outside the separator is absorbed from the outer peripheral edge of the separator and moves to the inside of the separator through the hole of the separator. For this reason, a portion having a relatively large distance from the outer peripheral edge in the separator requires a longer time for the electrolytic solution to reach than a portion having a relatively small distance. Moreover, depending on the case, the part which does not have electrolyte solution arises locally in a separator, and there exists a possibility of causing the increase in internal resistance.
また、二次電池の充放電の際には、電極からガスが発生することがある。このガスが電極とセパレータとの間に滞留すると、セパレータ内に局所的に電解液の存在しない部分が生じ、内部抵抗の増加を招くおそれがある。 Further, when the secondary battery is charged and discharged, gas may be generated from the electrode. When this gas stays between the electrode and the separator, a portion where the electrolyte does not exist locally is generated in the separator, which may increase the internal resistance.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、充放電の際に電極への電解液の供給を円滑に行うとともに、電極組立体の外部へのガスの放出を促進することができるセパレータ及びこのセパレータを備えた二次電池を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and can smoothly supply an electrolytic solution to an electrode during charging and discharging, and can promote the release of gas to the outside of the electrode assembly. And a secondary battery including the separator.
本発明の一態様は、二次電池における、正極と負極との間に介在するセパレータであって、
その側周面に開口した外周開口部と、上記正極側の面に開口した正極側開口部と、上記負極側の面に開口した負極側開口部と、上記開口部同士を連通させる接続流路部とを備えた電解液流路を有しており、
上記正極側開口部、上記負極側開口部及び上記接続流路部は、上記正極が配置される側から視た平面視において、上記セパレータを貫通した貫通穴が形成されないように配置されている、セパレータにある。
One aspect of the present invention is a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode in a secondary battery,
An outer peripheral opening that opens on the side peripheral surface, a positive electrode opening that opens on the positive electrode surface, a negative electrode opening that opens on the negative electrode surface, and a connection channel that connects the openings to each other An electrolyte flow path with a portion,
The positive electrode side opening, the negative electrode side opening, and the connection channel portion are arranged so that a through hole penetrating the separator is not formed in a plan view as viewed from the side where the positive electrode is arranged. In the separator.
本発明の他の態様は、上記の態様のセパレータを備えた二次電池であって、
正極と、
上記正極上に積層された上記セパレータと、
上記セパレータ上に積層された負極と、
上記正極と上記負極との間に介在する電解液とを備えた1つ以上の単セルを有し、
上記セパレータの上記外周開口部が上記正極及び上記負極から離隔して配置されている、二次電池にある。
Another aspect of the present invention is a secondary battery comprising the separator according to the above aspect,
A positive electrode;
The separator laminated on the positive electrode;
A negative electrode laminated on the separator;
Having one or more single cells provided with an electrolytic solution interposed between the positive electrode and the negative electrode;
In the secondary battery, the outer peripheral opening of the separator is spaced apart from the positive electrode and the negative electrode.
上記セパレータは、外周開口部と、正極側開口部と、負極側開口部とを備えた電解液流路を有している。また、これらの開口部同士は、接続流路部を介して連通状態にある。二次電池における正極と負極との間に上記セパレータを介在させることにより、充放電の際に電解液流路内の電解液を円滑に移動させるとともに、充放電時に電極から発生したガスを電解液流路内に流通させ、電極組立体の内部から外部へのガスの放出を促進することができる。 The separator has an electrolyte flow path including an outer peripheral opening, a positive electrode side opening, and a negative electrode side opening. Moreover, these opening parts are in a communication state via a connection flow-path part. By interposing the separator between the positive electrode and the negative electrode in the secondary battery, the electrolyte in the electrolyte channel is smoothly moved during charging / discharging, and the gas generated from the electrode during charging / discharging is dissolved in the electrolyte. The gas can be circulated in the flow path to facilitate the release of gas from the inside of the electrode assembly to the outside.
即ち、充放電時にセパレータが圧縮された際には、従来のセパレータと同様に、セパレータ内に存在する余剰の電解液がセパレータの外周縁部からセパレータの外部へ押し出される。更に、上記セパレータは、電解液流路内の電解液を、接続流路部を介してセパレータの外周開口部へ向けて移動させることができる。その結果、セパレータの外周縁部と、外周開口部との両方からセパレータの外部に電解液を押し出すことができる。 That is, when the separator is compressed during charging and discharging, excess electrolytic solution present in the separator is pushed out from the outer peripheral edge of the separator to the outside like the conventional separator. Furthermore, the separator can move the electrolyte in the electrolyte channel toward the outer peripheral opening of the separator via the connection channel. As a result, the electrolytic solution can be pushed out of the separator from both the outer peripheral edge of the separator and the outer peripheral opening.
また、セパレータの厚みが復元する際には、従来のセパレータと同様に、セパレータの外部に存在する電解液がセパレータの外周縁部からセパレータの内部へ吸収される。更に、上記セパレータは、外周開口部から電解液流路内に電解液を吸い込むことができる。そして、電解液流路内の電解液を、接続流路部を介して正極側開口部や負極側開口部へ向けて移動させ、正極及び負極に供給することができる。その結果、セパレータの外周縁部と、外周開口部との両方から電解液を吸収し、正極及び負極に電解液を供給することができる。 Further, when the thickness of the separator is restored, the electrolyte present outside the separator is absorbed from the outer peripheral edge of the separator into the separator, as in the case of the conventional separator. Furthermore, the separator can suck the electrolyte into the electrolyte flow path from the outer peripheral opening. And the electrolyte solution in an electrolyte flow path can be moved toward a positive electrode side opening part or a negative electrode side opening part via a connection flow path part, and can be supplied to a positive electrode and a negative electrode. As a result, the electrolytic solution can be absorbed from both the outer peripheral edge of the separator and the outer peripheral opening, and the electrolytic solution can be supplied to the positive electrode and the negative electrode.
このように、正極と負極との間に上記電解液流路を備えたセパレータを設けることにより、セパレータの外部から内部への電解液の移動や、セパレータの内部から外部への電解液の移動を円滑に行うことができる。 Thus, by providing the separator having the electrolyte flow path between the positive electrode and the negative electrode, the electrolyte can be moved from the outside of the separator to the inside, and the electrolyte can be moved from the inside of the separator to the outside. It can be done smoothly.
また、正極側開口部、負極側開口部及び接続流路部は、正極が配置される側から視た平面視において、上記セパレータを貫通した貫通穴が形成されないように配置されている。即ち、上記セパレータは、正極と負極との間に配置した際に、正極と負極との間の全面にセパレータが存在しており、貫通穴を介して正極と負極とが直接対面しないように構成されている。それ故、上記セパレータは、正極と負極との電気的な絶縁を確保しつつ、電解液の移動を円滑に行うことができる。 In addition, the positive electrode side opening, the negative electrode side opening, and the connection flow path are arranged so that a through hole penetrating the separator is not formed in a plan view as viewed from the side where the positive electrode is arranged. That is, when the separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode, the separator exists on the entire surface between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode do not directly face each other through the through hole. Has been. Therefore, the separator can smoothly move the electrolytic solution while ensuring electrical insulation between the positive electrode and the negative electrode.
更に、正極側開口部においては、正極の表面とセパレータの表面との間に比較的大きな隙間が形成されている。同様に、負極側開口部においては、負極の表面とセパレータとの間に比較的大きな隙間が形成されている。そのため、充放電時に正極または負極から発生したガスを、正極側開口部及び負極側開口部を介して電解液流路内に流通させることができる。そして、外周開口部から電極組立体の外部へガスを放出することができる。 Furthermore, in the positive electrode side opening, a relatively large gap is formed between the surface of the positive electrode and the surface of the separator. Similarly, in the negative electrode side opening, a relatively large gap is formed between the surface of the negative electrode and the separator. Therefore, the gas generated from the positive electrode or the negative electrode at the time of charging / discharging can be circulated in the electrolyte channel through the positive electrode side opening and the negative electrode side opening. And gas can be discharge | released to the exterior of an electrode assembly from an outer peripheral opening part.
以上のように、上記セパレータは、充放電の際に電極への電解液の供給を円滑に行うとともに、充放電時に正極や負極から発生したガスを電解液流路内に流通させ、電極組立体の内部から外部へのガスの放出を促進することができる。 As described above, the separator smoothly supplies the electrolytic solution to the electrode during charging and discharging, and distributes the gas generated from the positive electrode and the negative electrode during charging and discharging into the electrolytic solution flow path, thereby providing an electrode assembly. The release of gas from the inside to the outside can be promoted.
上記二次電池は、正極と、上記の態様のセパレータと、負極とが順次積層された単セルを1つ以上有している。これにより、充放電時にセパレータが圧縮された際に、セパレータの外周縁部と、外周開口部との両方からセパレータの外部に電解液を押し出すことができる。また、セパレータの厚みが復元する際に、セパレータの外周縁部と、外周開口部との両方から電解液を吸収することができる。これらの結果、上記二次電池は、電解液の供給の遅れによる内部抵抗の増大を抑制することができる。 The secondary battery includes one or more single cells in which the positive electrode, the separator of the above-described aspect, and the negative electrode are sequentially stacked. Thereby, when a separator is compressed at the time of charging / discharging, electrolyte solution can be extruded to the exterior of a separator from both the outer periphery part of a separator, and an outer peripheral opening part. Further, when the thickness of the separator is restored, the electrolytic solution can be absorbed from both the outer peripheral edge portion of the separator and the outer peripheral opening portion. As a result, the secondary battery can suppress an increase in internal resistance due to a delay in the supply of the electrolytic solution.
上記セパレータは、二次電池における正極と負極との間に介在している。セパレータは、公知のセパレータから二次電池の構成に応じて適宜選択することができる。例えば、二次電池がアルカリ蓄電池として構成されている場合には、親水性官能基を有する不織布等の、アルカリ蓄電池用として公知のセパレータを使用することができる。この不織布を構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン系樹脂を採用することができる。また、二次電池がリチウムイオン二次電池として構成されている場合には、ポリオレフィン系樹脂の微多孔膜等の、リチウムイオン二次電池用として公知のセパレータを使用することができる。 The separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode in the secondary battery. The separator can be appropriately selected from known separators according to the configuration of the secondary battery. For example, when the secondary battery is configured as an alkaline storage battery, a known separator for an alkaline storage battery, such as a nonwoven fabric having a hydrophilic functional group, can be used. As resin which comprises this nonwoven fabric, polyolefin resin, such as polyethylene, a polypropylene, an ethylene propylene copolymer, can be employ | adopted, for example. In addition, when the secondary battery is configured as a lithium ion secondary battery, a known separator for a lithium ion secondary battery such as a microporous film of a polyolefin resin can be used.
セパレータに設けられた電解液流路は、セパレータの側周面に開口した外周開口部と、正極側の面に開口した正極側開口部と、負極側の面に開口した負極側開口部とを有しており、これらの開口部は接続流路部を介して互いに連通している。電解液流路の配置や形状は、種々の態様を採り得る。例えば、セパレータは、外周開口部、正極側開口部及び負極側開口部を備えた1つの電解液流路を有していてもよいし、2つ以上の電解液流路を有していてもよい。 The electrolyte flow path provided in the separator includes an outer peripheral opening that opens on the side peripheral surface of the separator, a positive electrode opening that opens on the positive electrode surface, and a negative electrode opening that opens on the negative electrode surface. These openings are in communication with each other via a connection channel. The arrangement and shape of the electrolyte channel can take various forms. For example, the separator may have one electrolyte flow path provided with an outer peripheral opening, a positive electrode side opening, and a negative electrode side opening, or may have two or more electrolyte flow paths. Good.
正極側開口部、負極側開口部及び接続流路部は、正極が配置される側から視た平面視において、セパレータを貫通した貫通穴が形成されないように配置されている。正極が配置される側から視た平面視において、セパレータに貫通穴が形成されている場合には、貫通穴を介して正極と負極とが直接対面する事態を招く。 The positive electrode side opening, the negative electrode side opening, and the connection channel portion are arranged so that a through hole penetrating the separator is not formed in a plan view as viewed from the side where the positive electrode is arranged. When the through hole is formed in the separator in a plan view as viewed from the side where the positive electrode is disposed, the positive electrode and the negative electrode directly face each other through the through hole.
このような事態を回避するためには、例えば、正極が配置される側から視た平面視において、正極側開口部を、負極側開口部とは異なる位置に配置すればよい。この場合には、セパレータへの貫通穴の形成をより容易に回避することができる。また、接続流路部の配置の自由度をより高めることができる。 In order to avoid such a situation, for example, the positive electrode side opening may be arranged at a position different from the negative electrode side opening in a plan view as viewed from the side where the positive electrode is arranged. In this case, formation of the through hole in the separator can be avoided more easily. Moreover, the freedom degree of arrangement | positioning of a connection flow-path part can be raised more.
正極側開口部は、正極が配置される側から視た平面視において、細長いスリット状、正方形状、円状等の種々の形状を採り得る。1本の電解液流路に設けられた正極側開口部の数は、1か所であってもよいし、2か所以上であってもよい。負極側開口部も、正極側開口部と同様に、負極が配置される側から視た平面視において、細長いスリット状、正方形状、円状等の種々の形状を採り得る。また、1本の電解液流路に設けられた負極側開口部の数は、1か所であってもよいし、2か所以上であってもよい。 The opening on the positive electrode side can take various shapes such as an elongated slit shape, a square shape, and a circular shape in a plan view as viewed from the side where the positive electrode is disposed. The number of positive electrode side openings provided in one electrolyte channel may be one, or two or more. Similarly to the positive electrode side opening, the negative electrode side opening can take various shapes such as an elongated slit shape, a square shape, and a circular shape when viewed from the side where the negative electrode is disposed. Further, the number of the negative electrode side openings provided in one electrolyte flow path may be one, or two or more.
接続流路部は、正極が配置される側から視た平面視において、開口部同士を結ぶ直線状を呈していてもよいし、Y字状、H字状及びX字状等の、分岐を有する形状を呈していてもよい。また、接続流路部の断面形状は、四角形状、円状等の種々の形状を採り得る。 The connection flow path portion may have a straight line shape that connects the openings in a plan view as viewed from the side where the positive electrode is disposed, or branches such as a Y shape, an H shape, and an X shape. The shape which it has may be exhibited. Moreover, the cross-sectional shape of the connection flow path portion can take various shapes such as a square shape and a circular shape.
セパレータは、1枚の不織布や微多孔膜からなる単層構造であってもよいし、2枚以上の不織布や微多孔膜が積層された多層構造であってもよい。セパレータを単層構造とすることにより、多層構造のセパレータに比べて、セパレータの素材となる不織布や微多孔膜の使用面積の増大を抑制することができる。その結果、セパレータの材料コストの増大を抑制することができる。 The separator may have a single layer structure composed of a single nonwoven fabric or microporous film, or may have a multilayer structure in which two or more nonwoven fabrics or microporous films are laminated. By making a separator into a single layer structure, the increase in the use area of the nonwoven fabric used as a raw material of a separator or a microporous film can be suppressed compared with the separator of a multilayer structure. As a result, an increase in the material cost of the separator can be suppressed.
多層構造のセパレータは、単層構造のセパレータに比べて素材の使用面積が多くなるが、単層構造のセパレータと同等の機能を実現することができる。例えば、セパレータは、正極側開口部を備えた正極側層と、負極側開口部を備えた負極側層と、接続流路部を備え、正極側層と負極側層との間に介在する1層以上の中間層とを備えた多層構造を有しており、多層構造を構成する層のうち少なくとも1つの層が外周開口部を有していてもよい。この場合には、正極側層、中間層及び負極側層を別々に準備した後、これらを積層するという単純な作業により、外周開口部、正極側開口部及び負極側開口部を連通させ、電解液流路を容易に形成することができる。 A separator having a multilayer structure uses a larger area of material than a separator having a single layer structure, but can achieve the same function as a separator having a single layer structure. For example, the separator includes a positive electrode side layer having a positive electrode side opening, a negative electrode side layer having a negative electrode side opening, and a connection flow path portion, and is interposed between the positive electrode side layer and the negative electrode side layer. It has a multilayer structure including an intermediate layer equal to or more than one layer, and at least one of the layers constituting the multilayer structure may have an outer peripheral opening. In this case, after preparing the positive electrode side layer, the intermediate layer, and the negative electrode side layer separately, the outer peripheral opening, the positive electrode side opening, and the negative electrode side opening are communicated with each other by a simple operation of laminating them. A liquid flow path can be formed easily.
セパレータが多層構造を有する場合には、多層構造を構成する各層が連なっていることが好ましい。この場合には、セパレータを展開した状態において電解液流路を一括して形成した後、セパレータを折り畳んで正極側層、中間層及び負極側層を順次積層することにより、電解液流路を容易に形成することができる。 When a separator has a multilayer structure, it is preferable that each layer which comprises a multilayer structure is continued. In this case, the electrolyte channel is formed in a state where the separator is expanded, and then the separator is folded and the positive electrode side layer, the intermediate layer, and the negative electrode side layer are sequentially laminated to facilitate the electrolyte channel. Can be formed.
上記セパレータは、二次電池における、正極と負極との間に配置されている。二次電池は、正極と、正極上に積層されたセパレータと、セパレータ上に積層された負極とを備えた1つ以上の単セルを有している。正極としては、例えば、集電体としての金属箔の片面または両面上に正極活物質層が配置された箔電極や、集電体としての金属多孔質体に正極活物質が保持された多孔質電極等を採用することができる。また、負極としては、集電体としての金属箔の片面または両面上に負極活物質層が配置された箔電極や、集電体としての金属多孔質体に負極活物質が保持された多孔質電極等を採用することができる。 The separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode in the secondary battery. The secondary battery has one or more single cells each including a positive electrode, a separator laminated on the positive electrode, and a negative electrode laminated on the separator. As the positive electrode, for example, a foil electrode in which a positive electrode active material layer is disposed on one or both sides of a metal foil as a current collector, or a porous material in which a positive electrode active material is held in a metal porous body as a current collector An electrode or the like can be employed. Moreover, as a negative electrode, the porous electrode by which the negative electrode active material was hold | maintained in the foil electrode by which the negative electrode active material layer was arrange | positioned on the one or both surfaces of the metal foil as a collector, or the metal porous body as a collector An electrode or the like can be employed.
また、電極として、集電体としての金属箔と、金属箔の表側面上に配置された正極活物質層と、裏側面上に配置された負極活物質層とを有するバイポーラ電極を使用することもできる。この場合には、バイポーラ電極とセパレータとを交互に積層し、正極としての正極活物質層と、負極としての負極活物質層とをセパレータを介して対面させることにより、金属箔同士の間に単セルを構成することができる。 In addition, a bipolar electrode having a metal foil as a current collector, a positive electrode active material layer disposed on the front side surface of the metal foil, and a negative electrode active material layer disposed on the back side surface is used as the electrode. You can also. In this case, bipolar electrodes and separators are alternately stacked, and a positive electrode active material layer as a positive electrode and a negative electrode active material layer as a negative electrode face each other with a separator interposed therebetween, so that a single foil is provided between metal foils. A cell can be configured.
バイポーラ電極を使用する場合には、上述したように、バイポーラ電極とセパレータとを交互に積層するという単純な構成により、複数の単セルを直列に接続することができる。その結果、二次電池の起電力をより高くすることができる。 When bipolar electrodes are used, as described above, a plurality of single cells can be connected in series with a simple configuration in which bipolar electrodes and separators are alternately stacked. As a result, the electromotive force of the secondary battery can be further increased.
また、バイポーラ電極を用いる場合には、単極性の電極を用いる場合に比べて、電極の総数に対する単セルの数を増やすことができる。それ故、電極の総数が同じ場合には、単極性の電極を用いる場合に比べて単セルの数を多くすることができる。また、単セルの数が同じ場合には、単極性の電極を用いる場合に比べて電極の総数を少なくし、積層方向における二次電池の寸法をより小さくすることができる。 In addition, when bipolar electrodes are used, the number of single cells can be increased with respect to the total number of electrodes, compared with the case where unipolar electrodes are used. Therefore, when the total number of electrodes is the same, the number of single cells can be increased as compared with the case where unipolar electrodes are used. Further, when the number of single cells is the same, the total number of electrodes can be reduced and the size of the secondary battery in the stacking direction can be further reduced as compared with the case where unipolar electrodes are used.
正極及び負極のうち少なくとも一方の電極は、セパレータの電解液流路に連通し、電極の側周面に開口した溝部を有してもよい。この場合には、充放電時に、電解液を電解液流路から溝部へ移動させたり、溝部から電解液流路へ移動させたりすることができる。その結果、セパレータや電極の各部へより迅速かつ円滑に電解液を供給することができる。 At least one of the positive electrode and the negative electrode may have a groove portion that communicates with the electrolyte flow path of the separator and that is open on the side peripheral surface of the electrode. In this case, at the time of charging / discharging, the electrolytic solution can be moved from the electrolytic solution flow channel to the groove portion, or can be moved from the groove portion to the electrolytic solution flow channel. As a result, the electrolyte solution can be supplied to each part of the separator and the electrode more quickly and smoothly.
溝部の本数や幅、深さ、断面形状、電極の厚み方向から視た平面視における配置等は、所望する特性に合わせて種々の態様とすることができる。例えば、溝部の本数は1本であってもよいし、2本以上であってもよい。溝部の幅は、全長に亘って一定であってもよいし、溝部の位置によって幅が変化していてもよい。溝部の深さは、電極の厚みよりも浅ければよい。例えば箔電極を使用する場合には、溝部の底が金属箔まで到達していてもよいし、溝部の底が活物質層内にとどまっていてもよい。 The number of grooves, width, depth, cross-sectional shape, arrangement in a plan view when viewed from the thickness direction of the electrodes, and the like can be set in various modes according to desired characteristics. For example, the number of grooves may be one, or may be two or more. The width of the groove portion may be constant over the entire length, or the width may vary depending on the position of the groove portion. The depth of the groove may be shallower than the thickness of the electrode. For example, when a foil electrode is used, the bottom of the groove may reach the metal foil, or the bottom of the groove may remain in the active material layer.
溝部の断面形状は、正方形状、長方形状、V字状、U字状、半円状等の種々の態様とすることができる。また、溝部は、電極の厚み方向から視た平面視において直線状に延びていてもよいし、曲線状を呈していてもよい。2本以上の溝部を有する場合には、溝部同士を互いに交差させることもできる。 The cross-sectional shape of the groove portion can be various forms such as a square shape, a rectangular shape, a V shape, a U shape, and a semicircular shape. Further, the groove portion may extend linearly in a plan view viewed from the thickness direction of the electrode, or may have a curved shape. In the case of having two or more groove portions, the groove portions can be crossed with each other.
上記二次電池は、正極とセパレータと負極とを収容するケースと、ケースを貫通しケース内に電解液を注入するための注液口と、を有し、セパレータにおける外周開口部は、注液口と対面する位置に配置されていてもよい。上記二次電池の組み立て作業においては、通常、正極、負極及びセパレータをケース内に配置した後に、注液口からケース内に電解液を注入し、電解液をセパレータに含浸させる。この際、外周開口部を注液口と対面する位置に配置することにより、注液口から注入された電解液がセパレータの電解液流路内に流入しやすくなる。そして、電解液を電解液流路内に流入させることにより、セパレータに速やかに電解液を含浸させるとともに、電解液が含浸されていない部分の発生をより効果的に抑制することができる。 The secondary battery includes a case that accommodates a positive electrode, a separator, and a negative electrode, and a liquid injection port that penetrates the case and injects an electrolytic solution into the case. It may be arranged at a position facing the mouth. In the assembly operation of the secondary battery, usually, after arranging the positive electrode, the negative electrode, and the separator in the case, the electrolytic solution is injected into the case from the liquid inlet, and the separator is impregnated with the electrolytic solution. At this time, by disposing the outer peripheral opening at a position facing the liquid injection port, the electrolyte injected from the liquid injection port can easily flow into the electrolyte flow path of the separator. And by making electrolyte solution flow in into an electrolyte solution flow path, while making a separator impregnate electrolyte solution rapidly, generation | occurrence | production of the part which is not impregnated with electrolyte solution can be suppressed more effectively.
また、上記二次電池は、正極とセパレータと負極とを収容するケースと、ケース上に配置されケース内からケースの外部へガスを放出するための圧力開放弁と、を有し、セパレータにおける外周開口部は、圧力開放弁と対面する位置に配置されていてもよい。圧力開放弁は、通常使用時は閉鎖されており、ケース内の圧力が過度に高くなった場合に開放されるように構成されている。 Further, the secondary battery includes a case that accommodates the positive electrode, the separator, and the negative electrode, and a pressure release valve that is disposed on the case and discharges gas from the inside of the case to the outside of the case. The opening may be arranged at a position facing the pressure release valve. The pressure release valve is closed during normal use, and is configured to be opened when the pressure in the case becomes excessively high.
外周開口部を圧力開放弁と対面する位置に配置する場合には、充放電時に電極から発生したガスが電解液流路内を移動して圧力開放弁の正面に到達しやすくなる。そのため、ガスの量が多くなるにつれて、圧力開放弁の周囲から電解液を排除することができる。その結果、ケース内の圧力が過度に高くなり、圧力開放弁が開放された際に、圧力開放弁から放出される電解液の量をより低減することができる。 When the outer peripheral opening is disposed at a position facing the pressure release valve, the gas generated from the electrode during charge / discharge easily moves in the electrolyte flow path and reaches the front of the pressure release valve. Therefore, as the amount of gas increases, the electrolyte can be removed from around the pressure release valve. As a result, when the pressure in the case becomes excessively high and the pressure release valve is opened, the amount of the electrolyte discharged from the pressure release valve can be further reduced.
上記二次電池は、ニッケル水素蓄電池として構成されていてもよい。ニッケル水素蓄電池の各電極における充電時の反応は次の半反応式(1)〜(2)で表される。なお、下記式(1)〜(2)におけるMは、負極活物質としての水素吸蔵合金である。
正極:Ni(OH)2+OH- → NiOOH+H2O+e- ・・・(1)
負極:M+H2O+e- → MH+OH- ・・・(2)
The secondary battery may be configured as a nickel hydride storage battery. The reaction at the time of charge in each electrode of the nickel metal hydride storage battery is represented by the following half reaction formulas (1) to (2). In the following formulas (1) to (2), M is a hydrogen storage alloy as a negative electrode active material.
Positive electrode: Ni (OH) 2 + OH − → NiOOH + H 2 O + e − (1)
Negative electrode: M + H 2 O + e − → MH + OH − (2)
また、ニッケル水素蓄電池の各電極における放電時の反応は次の半反応式(3)〜(4)で表される。
正極:NiOOH+H2O+e- → Ni(OH)2+OH- ・・・(3)
負極:MH+OH- → M+H2O+e- ・・・(4)
Moreover, the reaction at the time of discharge in each electrode of a nickel metal hydride storage battery is represented by the following half reaction formulas (3) to (4).
Positive electrode: NiOOH + H 2 O + e − → Ni (OH) 2 + OH − (3)
Negative electrode: MH + OH − → M + H 2 O + e − (4)
このように、ニッケル水素蓄電池は、充電時及び放電時のいずれにおいても、電極反応に水(H2O)や水酸化物イオン(OH-)を必要とする。そのため、各電極への電解液の供給の遅れ等が生じると、ニッケル水素蓄電池の内部抵抗が増大しやすい。これに対し、上記セパレータによれば、各電極に電解液を円滑に供給することができるため、ニッケル水素蓄電池の内部抵抗の増大を効果的に抑制することができる。それ故、上記セパレータは、ニッケル水素蓄電池用として好適である。 Thus, the nickel-metal hydride storage battery requires water (H 2 O) or hydroxide ions (OH − ) for electrode reaction both during charging and during discharging. Therefore, if a delay in the supply of the electrolyte to each electrode occurs, the internal resistance of the nickel-metal hydride storage battery tends to increase. On the other hand, according to the said separator, since electrolyte solution can be smoothly supplied to each electrode, the increase in the internal resistance of a nickel hydride storage battery can be suppressed effectively. Therefore, the separator is suitable for a nickel metal hydride storage battery.
また、上記二次電池は、リチウムイオン二次電池として構成されていてもよい。例えば、正極活物質としてLiCoO2、負極活物質としてグラファイトを使用した場合のリチウムイオン二次電池の各電極における充電時の反応は、次の半反応式(5)〜(6)で表される。なお、下記式(5)〜(6)におけるxの値は0より大きく1以下である。
正極:LiCoO2 → Li(1-x)CoO2+xLi++xe- ・・・(5)
負極:C+xLi++xe- → CLix ・・・(6)
The secondary battery may be configured as a lithium ion secondary battery. For example, the reaction at the time of charging in each electrode of a lithium ion secondary battery when LiCoO 2 is used as the positive electrode active material and graphite is used as the negative electrode active material is expressed by the following half reaction formulas (5) to (6). . In addition, the value of x in the following formulas (5) to (6) is greater than 0 and equal to or less than 1.
Positive electrode: LiCoO 2 → Li (1-x) CoO 2 + xLi + + xe − (5)
Negative electrode: C + xLi + + xe − → CL x (6)
また、リチウムイオン二次電池の各電極における放電時の反応は次の半反応式(7)〜(8)で表される。
正極:Li(1-x)CoO2+xLi++xe- → LiCoO2 ・・・(7)
負極:CLix → C+xLi++xe- ・・・(8)
Moreover, the reaction at the time of discharge in each electrode of a lithium ion secondary battery is represented by the following half reaction formulas (7) to (8).
Positive electrode: Li (1-x) CoO 2 + xLi + + xe − → LiCoO 2 (7)
Negative electrode: CLi x → C + xLi + + xe − (8)
リチウムイオン二次電池においては、充電時及び放電時のいずれにおいても、電解液中のLi+が、電解液中の充放電反応に直接寄与しない溶媒分子と溶媒和した状態で正負極間を移動するため、電解液中のLi+と溶媒を必要とする。そのため、各電極への電解液の供給の遅れ等が生じると、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が増大しやすい。これに対し、上記セパレータによれば、各電極に電解液を円滑に供給することができるため、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の増大を効果的に抑制することができる。それ故、上記セパレータは、リチウムイオン二次電池用として好適である。 In lithium ion secondary batteries, Li + in the electrolyte moves between the positive and negative electrodes in a solvated state with solvent molecules that do not directly contribute to the charge / discharge reaction in the electrolyte, both during charging and discharging. Therefore, Li + and a solvent in the electrolytic solution are required. Therefore, when a delay in the supply of the electrolyte to each electrode occurs, the internal resistance of the lithium ion secondary battery tends to increase. On the other hand, according to the said separator, since electrolyte solution can be smoothly supplied to each electrode, the increase in the internal resistance of a lithium ion secondary battery can be suppressed effectively. Therefore, the separator is suitable for a lithium ion secondary battery.
(実施例1)
上記セパレータ及びセパレータを備えた二次電池の実施例を、図を用いて説明する。図1に示すように、本例の二次電池1は、正極Pと、正極P上に積層されたセパレータ2と、セパレータ2上に積層された負極Nと、正極Pと負極Nとの間に介在する電解液(図示略)とを備えた1つ以上の単セルCを有している。図2〜図4に示すように、セパレータ2は、その側周面に開口した外周開口部211と、正極P側の面に開口した正極側開口部212と、負極N側の面に開口した負極側開口部214と、開口部212、214同士を連通させる接続流路部213とを備えた電解液流路21を有している。
(Example 1)
Examples of the separator and a secondary battery including the separator will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
また、図2に示すように、正極Pが配置される側から視た平面視において、正極側開口部212、負極側開口部214及び接続流路部213は、セパレータ2を貫通した貫通穴を形成しないように配置されている。なお、図1においては、便宜上、セパレータ2の構造を簡略化して記載した。
In addition, as shown in FIG. 2, in a plan view as viewed from the side where the positive electrode P is disposed, the positive
本例の二次電池1は、図1に示すように、複数の電極31、32がセパレータ2を介して積層された電極組立体11と、電極組立体11の積層方向における端部にそれぞれ当接し、電極組立体11を拘束する拘束部材12と、電極組立体11の側周面を覆うシール材13とを有している。電極組立体11は、積層方向の両端に配置された終端電極31と、終端電極31同士との間に配置された複数のバイポーラ電極32とを有している。セパレータ2は、隣り合う電極31、32の間に配置されている。
In the
バイポーラ電極32は、長方形状を呈する金属箔33と、金属箔33の表側面に設けられた正極活物質層34pと、裏側面に設けられた負極活物質層34nとを有している。正極活物質層34pは、金属箔33の表側面における、金属箔33の周縁部331よりも内側の領域に設けられている。負極活物質層34nは、正極活物質層34pと同様に、金属箔33の裏側面における、金属箔33の周縁部331よりも内側の領域に設けられている。
The
2つの終端電極31(31p、31n)のうち、積層方向の一端に配置された第1の終端電極31pは、負極活物質層34nを有しない以外は、バイポーラ電極32と同様の構成を有している。また、積層方向の他端に配置された第2の終端電極31nは、正極活物質層34pを有しない以外は、バイポーラ電極32と同様の構成を有している。
Of the two termination electrodes 31 (31p, 31n), the
これらの電極31、32は、正極Pとしての正極活物質層34pと負極Nとしての負極活物質層34nとが積層方向において交互に並ぶように配置されている。また、正極活物質層34pと負極活物質層34nとの間には、セパレータ2が介在している。これにより、金属箔33同士の間に、正極活物質層34pと負極活物質層34nとがセパレータ2を介して対面した単セルCが構成されている。また、本例の電極組立体11においては、複数の単セルCが金属箔33を介して電気的に直列に接続されている。
These
電極組立体11の積層方向における両端には、金属製の拘束部材12が配置されている。拘束部材12は、図示しない保持板により、終端電極31の金属箔33に当接した状態で保持されている。本例の電極組立体11は、拘束部材12を介して外部回路と電気的に接続することができる。
電極組立体11の側周面は、シール材13により覆われている。また、シール材13には、各電極31、32における金属箔33の周縁部331、即ち活物質層34p、34nが設けられていない部分が保持されている。
A side peripheral surface of the
図2に示すように、本例のセパレータ2は、平面視において負極活物質層34nよりも大きな長方形状を呈しており、セパレータ2の外周縁部が正極活物質層34p及び負極活物質層34nよりも外方まで延出している。また、セパレータ2は、その短辺と平行な方向に延びる1本の電解液流路21を有している。電解液流路21は、セパレータ2を2等分するように配置されている。
As shown in FIG. 2, the
図3及び図4に示すように、本例のセパレータ2は、正極側開口部212を備えた正極側層22と、負極側開口部214を備えた負極側層24と、接続流路部213を備え、正極側層22と負極側層24との間に介在する1層の中間層23とを備えた3層構造を有している。図2〜図4に示すように、正極側開口部212は、電解液流路21の一方の端部に配置されており、セパレータ2の短辺と平行な方向に延びる細長いスリット状を呈している。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
また、正極側開口部212は、セパレータ2の側周面まで延設されている。そして、本例の正極側開口部212は、セパレータ2の側周面にも開口しており、外周開口部211を兼ねている。さらに、正極側開口部212における、正極活物質層34pよりも外方に延出した部分は、単セルCの余剰空間、即ち、シール材13と電極組立体11との間に形成される空間に開口しており、外周開口部211と同様の機能を有している。
The positive
図2〜図4に示すように、負極側開口部214は、電解液流路21の他方の端部に配置されており、セパレータ2の短辺と平行な方向に延びる細長いスリット状を呈している。また、負極側開口部214は、セパレータ2の側周面まで延設されている。そして、本例の負極側開口部214は、セパレータ2の側周面にも開口しており、外周開口部211を兼ねている。さらに、負極側開口部214における、負極活物質層34nよりも外方に延出した部分は、単セルCの余剰空間に開口しており、外周開口部211と同様の機能を有している。また、本例のセパレータ2は、3層構造のうち、正極側層22及び負極側層24に外周開口部211を有している。
As shown in FIGS. 2 to 4, the negative
また、図3に示すように、接続流路部213は、セパレータ2の短辺と平行な方向に延設されている。接続流路部213は、その長手方向の一端において正極側開口部212に連通しており、他端において負極側開口部214に連通している。このように、本例の正極側開口部212は、負極側開口部214とは異なる位置において接続流路部213に連通している。それ故、セパレータ2は、正極Pが配置される側から視た平面視において、セパレータ2を貫通した貫通穴を有していない。
Further, as shown in FIG. 3, the connection
本例の作用効果を説明する。セパレータ2は、外周開口部211を兼ねた正極側開口部212と、外周開口部211を兼ねた負極側開口部214とを備えており、開口部212、214同士が接続流路部213を介して連通している。
The effect of this example is demonstrated. The
そのため、充放電時にセパレータ2が圧縮された際には、従来のセパレータと同様に、セパレータ2内に存在する余剰の電解液がセパレータ2の外周縁部からセパレータ2の外部へ押し出される。更に、セパレータ2は、電解液流路21内の電解液を、接続流路部213を介してセパレータ2の外周開口部211へ向けて移動させることができる。その結果、セパレータ2の外周縁部と、外周開口部211との両方からセパレータ2の外部に電解液を押し出すことができる。
Therefore, when the
また、セパレータ2の厚みが復元する際には、従来のセパレータと同様に、セパレータ2の外部に存在する電解液がセパレータ2の外周縁部からセパレータの内部へ吸収される。更に、セパレータ2は、外周開口部211から電解液流路21内に電解液を吸い込むことができる。そして、電解液流路21内の電解液を、接続流路部213を介して正極側開口部212や負極側開口部214へ向けて移動させ、正極活物質層34p及び負極活物質層34nに供給することができる。その結果、セパレータ2の外周縁部と、外周開口部211との両方から電解液を吸収し、正極活物質層34p及び負極活物質層34nに電解液を供給することができる。
Further, when the thickness of the
このように、正極活物質層34pと負極活物質層34nとの間に電解液流路21を備えたセパレータ2を設けることにより、充放電時に電解液流路21内に電解液を流通させ、セパレータ2の外部から内部への電解液の移動や、セパレータ2の内部から外部への電解液の移動を円滑に行うことができる。
Thus, by providing the
更に、正極側開口部212及び負極側開口部214においては、セパレータ2と集電体としての金属箔33との間に比較的大きな隙間が形成されている。そのため、充放電時に正極活物質層34pまたは負極活物質層34nから発生したガスを、正極側開口部212及び負極側開口部214を介して電解液流路21内に流通させることができる。そして、外周開口部211から電極組立体11の外部へガスを放出することができる。
Furthermore, in the positive
また、正極側開口部212、負極側開口部214及び接続流路部213は、正極Pが配置される側から視た平面視において、セパレータ2を貫通した貫通穴を形成しないように配置されている。それ故、貫通穴を介して正極Pと負極Nとが直接対面することを防止できる。その結果、セパレータ2は、正極Pと負極Nとの電気的な絶縁を確保しつつ、電解液の移動を円滑に行うことができる。
Moreover, the positive
以上のように、セパレータ2は、充放電の際に、正極Pや負極Nへの電解液の供給を円滑に行うとともに、充放電時に正極Pや負極Nから発生したガスを電解液流路21内に流通させ、電極組立体11の内部から外部へのガスの放出を促進することができる。
As described above, the
本例の二次電池1は、正極Pと、セパレータ2と、負極Nとが順次積層された単セルCを1つ以上有している。また、セパレータ2は、外周開口部211が正極P及び負極Nから離隔するようにして配置されている。これにより、充放電時にセパレータ2が圧縮された際に、セパレータ2の外周縁部と、外周開口部211との両方からセパレータ2の外部に電解液を押し出すことができる。また、セパレータ2の厚みが復元する際に、セパレータ2の外周縁部と、外周開口部211との両方から電解液を吸収することができる。これらの結果、二次電池1は、電解液の供給の遅れによる内部抵抗の増大を抑制することができる。
The
本例のセパレータ2の正極側開口部212は、正極Pが配置される側から視た平面視において、負極側開口部214とは異なる位置に配置されている。それ故、本例のセパレータ2は接続流路部213の配置の自由度をより高めることができる。
The positive
また、本例のセパレータ2は、正極側開口部212を備えた正極側層22と、負極側開口部214を備えた負極側層24と、接続流路部213を備え、正極側層22と負極側層24との間に介在する1層以上の中間層23とを備えた多層構造を有しており、多層構造を構成する層のうち少なくとも1つの層が外周開口部211を有している。そのため、正極側層22、中間層23及び負極側層24を別々に準備した後、これらを積層するという単純な作業により、外周開口部211、正極側開口部212及び負極側開口部214を連通させ、電解液流路21を容易に形成することができる。
Further, the
また、正極側開口部212は、正極Pとしての正極活物質層34pよりも外方に延出している。同様に、負極側開口部214は、負極Nとしての負極活物質層34nよりも外方に延出している。正極側開口部212における正極活物質層34pよりも外方に延出した部分及び負極側開口部214における負極活物質層34nよりも外方に延出した部分は、単セルCの余剰空間に開口しているため、外周開口部211と同様の機能を有している。
Moreover, the positive
即ち、充放電時にセパレータ2が圧縮された際には、セパレータ2の外周縁部及び外周開口部211に加えて、正極側開口部212及び負極側開口部214における、単セルCの余剰空間に開口した部分からも電解液を押し出すことができる。また、充放電時にセパレータ2の厚みが復元する際には、セパレータ2の外周縁部及び外周開口部211に加えて、正極側開口部212及び負極側開口部214における、単セルCの余剰空間に開口した部分からも電解液を吸収することができる。それ故、本例の二次電池1は、電解液の供給の遅れによる内部抵抗の増大をより効果的に抑制することができる。
That is, when the
(実施例2)
本例は、多層構造を構成する各層22、23、24が連なっているセパレータ202の例である。なお、本実施例以降において用いる符号のうち、既出の実施例において用いた符号と同一のものは、特に説明のない限り、既出の実施例における構成要素等と同様の構成要素等を表す。
(Example 2)
This example is an example of the
図5及び図6に示すように、本例のセパレータ202は、正極側層22と、中間層23と、負極側層24とを備えた3層構造を有しており、正極が配置される側から視た平面視において長方形状を呈している。正極側層22は、平面視におけるセパレータ202の一方の長辺に沿って形成された折り返し部202aを介して中間層23に連なっている。また、中間層23は、平面視におけるセパレータ202の他方の長辺に沿って形成された折り返し部202bを介して負極側層24に連なっている。このように、本例の正極側層22、中間層23及び負極側層24は、折り返し部202a、202bを介して積層順に連なっている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
図7に示すように、本例のセパレータ202は、展開された状態において、正極側層22、中間層23及び負極側層24がこの順に連なった長方形状を呈している。また、セパレータ202は、展開された状態での対角線に沿って、正極側層22から負極側層24まで延設された電解液流路25を有している。
As shown in FIG. 7, the
このセパレータ202を折り返し部202a、202bで折り畳み、正極側層22、中間層23及び負極側層24を積層すると、電解液流路25のうち正極側層22に設けられた部分が正極側開口部252となる。図5に示すように、正極側開口部252は、折り返し部202aから、セパレータ202の短辺に対して斜め方向に延設されている。また、電解液流路25のうち負極側層24に設けられた部分は負極側開口部254となる。負極側開口部254は、折り返し部202bからセパレータ202の短辺に対して斜め方向に延設されている。
When the
電解液流路25のうち中間層23に設けられた部分は接続流路部253となる。接続流路部253は、正極側開口部252における折り返し部202a側の端部と、負極側開口部254における折り返し部202b側の端部とを結ぶ直線状を呈している。また、接続流路部253は、その長手方向の一端において正極側開口部252に連通しており、他端において負極側開口部254に連通している。それ故、セパレータ202は、正極Pが配置される側から視た平面視において、セパレータ202を貫通した貫通穴を有していない。
A portion of the
また、図6に示すように、正極側層22と中間層23との折り返し部202aには、正極側層22と中間層23との両方に亘って開口した外周開口部251が形成される。同様に、中間層23と負極側層24との折り返し部202bには、負極側層24と中間層23との両方に亘って開口した外周開口部251が形成される。その他は実施例1と同様である。
Further, as shown in FIG. 6, an outer
本例のセパレータ202は3層構造を有しており、3層構造を構成する各層が、その積層順に連なっている。そのため、セパレータ202を展開した状態において電解液流路25を一括して形成した後、セパレータ202を折り畳んで正極側層22、中間層23及び負極側層24を積層することにより、電解液流路25を容易に形成することができる。その他、本例のセパレータ202は、実施例1と同様の作用効果を奏することができる。
The
(実施例3)
本例は、外周開口部261、正極側開口部262、負極側開口部264を複数備えた電解液流路26を有するセパレータ203の例である。図8に示すように、本例のセパレータ203は、正極側層22と、中間層23と、負極側層24との3層構造を有している。図11に示すように、正極側層22、中間層23及び負極側層24は、折り返し部203a、203bを介して積層順に連なっている。
Example 3
This example is an example of the
図8に示すように、正極側層22は、セパレータ203の一方の長辺203cから延設された3か所の正極側開口部262aと、セパレータ203の一方の短辺203eから延設された2か所の正極側開口部262bとを有している。これらの正極側開口部262a、262bは、いずれも細長いスリット状を呈している。また、正極側開口部262a、262bは、セパレータ203の側周面にも開口しており、外周開口部261を兼ねている。
As shown in FIG. 8, the positive
中間層23には、正極側開口部262と負極側開口部264とを連通させる接続流路部263が設けられている。接続流路部263は、正極Pが配置される側から視た平面視においてH字状を呈している。図8及び図9に示すように、接続流路部263の一方の縦棒部分263aは、正極側開口部262のうち、セパレータ203の長辺203cから延設された3か所の正極側開口部262aに交差している。また、図8及び図10に示すように、接続流路部263の横棒部分263bは、正極側開口部262のうち、セパレータ203の短辺203eから延設された2か所の正極側開口部262bに交差している。このように、本例の接続流路部263は、5か所の正極側開口部262と連通している。
The
図8及び図11に示すように、負極側層24は、平面視におけるセパレータ203の他方の長辺203dから延設された3か所の負極側開口部264aと、他方の短辺203fから延設された2か所の負極側開口部264bとを有している。これらの負極側開口部264a、264bは、いずれも細長いスリット状を呈している。また、負極側開口部264a、264bは、セパレータ203の側周面にも開口しており、外周開口部261を兼ねている。
As shown in FIGS. 8 and 11, the negative
負極側開口部264のうちセパレータ203の長辺203dから延設された3か所の負極側開口部264aは、図8及び図9に示すように、接続流路部263の他方の縦棒部分263cに交差している。また、図8に示すように、セパレータ203の短辺203fから延びる2か所の負極側開口部264bは、正極側開口部262bよりも内側において接続流路部263の横棒部分263bに交差している。このように、本例の接続流路部263は、5か所の負極側開口部264と連通している。
The three negative
また、図8に示すように、正極Pが配置される側から視た平面視において、正極側開口部262は、負極側開口部264とは異なる位置において接続流路部263に連通している。それ故、セパレータ203は、正極Pが配置される側から視た平面視において、セパレータ203を貫通した貫通穴を有していない。その他は実施例2と同様である。
In addition, as shown in FIG. 8, the
本例のように、外周開口部261を複数設けることにより、セパレータ203の外部から内部への電解液の流入や、セパレータ203の内部から外部への電解液の流出をより円滑に行うことができる。また、正極側開口部262や負極側開口部264を複数設けることにより、これらの開口部の面積を増加させることができる。これらの結果、電解液流路26を通じて正極P及び負極Nに電解液をより迅速かつ円滑に供給することができる。その他、本例のセパレータ203は、実施例2と同様の作用効果を奏することができる。
By providing a plurality of outer
(実験例)
本例は、電解液流路26により奏される、内部抵抗の低減効果の評価を行った例である。本例において使用した試験体の構成を以下に説明する。
(Experimental example)
This example is an example in which the effect of reducing the internal resistance produced by the
<試験体1>
図12に示すように、試験体1は、第1電極301pと、第2電極301nと、これらの間に介在するセパレータ204とを備えた単セルを有している。第1電極301pは、金属箔35と、正極Pとしての正極活物質層36pとを有している。金属箔35は、長方形状を呈する集電体部351と、集電体部351の角部から延出したタブ部352とを有している。正極活物質層36pは、集電体部351の片面上に設けられている。第1電極301pのより詳細な構成は以下の通りである。
<
As shown in FIG. 12, the
・集電体部351の寸法 29mm×24mm
・正極活物質層36pの組成 β型水酸化ニッケル 90質量%
コバルト粉末 3質量%
バインダ 5質量%
酸化イットリウム 1質量%
増粘剤 1質量%
・目付 26mg/cm2
・密度 2.9g/cm3
・金属箔35 ニッケル箔(厚み20μm)
・ Dimension of
・ Composition of positive electrode
Cobalt powder 3% by mass
Binder 5% by mass
・ Weight per unit 26mg / cm 2
Density 2.9 g / cm 3
-
第2電極301nは、第1電極301pと同様に、金属箔35と、負極Nとしての負極活物質層36nとを有している。負極活物質層36nは、金属箔35の集電体部351の片面に設けられている。第2電極301nのより詳細な構成は以下の通りである。
Similar to the
・寸法 31mm×26mm
・負極活物質層36nの組成 A2B7型水素吸蔵合金 97質量%
バインダ 2質量%
増粘剤 1質量%
・目付 35mg/cm2
・密度 5.0g/cm3
・金属箔35 ニッケル箔(厚み20μm)
・ Dimensions 31mm × 26mm
-Composition of negative electrode
・ Weight per unit 35mg / cm 2
・ Density 5.0 g / cm 3
-
正極活物質層36pと負極活物質層36nとの間には、セパレータ204が配置されている。本例のセパレータ204は、実施例3と同様の形状を呈する電解液流路26を有している。セパレータ204のより詳細な構成は以下の通りである。
A
・材質 ポリオレフィン系不織布
・寸法 36mm×30mm
・厚み 90μm
・空隙率 50%
・電解液流路26の幅 1mm
・ Material Polyolefin nonwoven fabric ・ Dimensions 36mm × 30mm
・ Thickness 90μm
・ Porosity 50%
・ The width of the
第2電極301n、セパレータ204及び第1電極301pをこの順に積層して単セルを構成した後、単セルをケース内に収容し、厚みが70μmとなるようにセパレータを積層方向に圧縮した(図示略)。その後、ケース内にKOH、NaOH、LiOHの混合水溶液(合計濃度7M)からなる電解液を注入した。以上により、試験体1を作製した。
After the
<試験体2>
試験体2は、試験体1の第1電極301p及び第2電極301nに替えて、溝部361(361a〜361d)が形成された第1電極302p(図13参照)及び第2電極302n(図14参照)を有している。図13に示すように、第1電極302pの正極活物質層36pには、集電体部351の短辺に沿って延設された2本の溝部361aと、これらの溝部361aに交差し、集電体部351の長辺に沿って延設された1本の溝部361bとが形成されている。溝部361a、361bは、セパレータ204の正極側開口部262a、262bと交差しない位置に配置されている。また、溝部361a、361bの幅は0.5mmである。
<
The
図14に示すように、第2電極302nの負極活物質層36nには、集電体部351の短辺に沿って延設された2本の溝部361cと、これらの溝部361cに交差し、集電体部351の長辺に沿って延設された1本の溝部361dとが形成されている(図14参照)。溝部361c、361dは、セパレータ204の負極側開口部264a、264bと交差しない位置に配置されている。また、溝部361c、361dの幅は0.5mmである。
As shown in FIG. 14, in the negative electrode
このように、試験体2における溝部361は、セパレータ204の電解液流路26に連通していない。試験体2は、上述したように第1電極302p及び第2電極302nに溝部361を設けた以外は、試験体1と同様の構成を有している。
Thus, the groove part 361 in the
<試験体3>
試験体3は、試験体2の第1電極302p及び第2電極302nに替えて、溝部362(362a〜362d)と電解液流路26とが連通している第1電極303p(図15参照)及び第2電極303n(図16参照)を有している。図15に示すように、第1電極303pの正極活物質層36pには、集電体部351の短辺方向に平行な方向に延設された2本の溝部362aと、これらの溝部362aに交差し、集電体部351の長辺に沿って延設された1本の溝部362bとが形成されている。
<Test body 3>
The test body 3 is replaced with the
溝部362aは、セパレータ204の正極側開口部262のうち、一方の短辺204cから延設された2か所の正極側開口部262bに交差する位置に配置されている。また、溝部362bは、セパレータ204の正極側開口部262のうち、セパレータの一方の長辺204aから延設された3か所の正極側開口部262aに交差する位置に配置されている。これらの溝部362a、362bの幅は0.5mmである。
The
図16に示すように、第2電極303nの負極活物質層36nには、集電体部351の短辺方向に平行な方向に延設された2本の溝部362cと、これらの溝部362cに交差し、集電体部351の長辺に沿って延設された1本の溝部362dとが形成されている。
As shown in FIG. 16, the negative electrode
溝部362cは、セパレータ204の負極側開口部264のうち、他方の短辺204dから延設された2か所の負極側開口部264bに交差する位置に配置されている。また、溝部362dは、セパレータ204の負極側開口部264のうち、セパレータの他方の長辺204bから延設された3か所の負極側開口部264aに交差する位置に配置されている。これらの溝部362c、362dの幅は0.5mmである。
The
このように、試験体3における溝部362は、正極側開口部262、負極側開口部264を介してセパレータ204の電解液流路26に連通している。試験体3は、上述したように溝部362の配置を変更した以外は、試験体2と同様の構成を有している。
As described above, the groove portion 362 in the test body 3 communicates with the
<試験体4>
試験体4は、セパレータに電解液流路26を設けない以外は、試験体1と同様の構成を有している(図示略)。
<Test body 4>
The test body 4 has the same configuration as the
これらの試験体1〜4を用い、以下の方法により内部抵抗の測定を行った。まず、試験体を0℃の温度において満充電状態の60%の容量まで充電した。この状態から1Cの放電レートで10秒間放電させ、放電による電圧降下を測定した。そして、この電圧降下の値を電流値に換算した放電レートの値で除することにより、10秒抵抗の値を算出した。
Using these
表1に、各試験体の10秒抵抗の値を正極活物質層の体積で規格化した値を示す。なお、この値が大きい場合には内部抵抗が高く、値が小さい場合には内部抵抗が小さいことを示す。 Table 1 shows values obtained by normalizing the 10-second resistance values of the test specimens with the volume of the positive electrode active material layer. When this value is large, the internal resistance is high, and when the value is small, the internal resistance is small.
表1に示したように、セパレータ204に電解液流路26を設けた試験体1〜3は、電解液流路26を有しない試験体4に比べて低い内部抵抗を示した。これらの結果から、セパレータ204に電解液流路26を設けることにより、正極P、負極N及びセパレータ204への電解液の供給を円滑に行い、二次電池の内部抵抗を低減できることが理解できる。
As shown in Table 1, the
また、試験体1〜3の中でも、セパレータ204の電解液流路26と電極303p、303nの溝部362とが連通している試験体3は、溝部を有さない試験体1や、電解液流路26と溝部361とが連通していない試験体2に比べてさらに低い内部抵抗を示した。このように、セパレータ204に電解液流路26を設けるだけではなく、電極303p、303nにも溝部362を設け、溝部362と電解液流路26とを連通させることにより、正極P、負極N及びセパレータ204への電解液の供給を更に円滑にし、二次電池の内部抵抗を更に低減できることが理解できる。
Further, among the
(実施例4)
本例は、外周縁部に近いほど電解液流路27の幅が広くなっているセパレータ205の例である。図には示さないが、本例のセパレータ205は、実施例3のセパレータ203と同様に、正極側層22と、中間層と、負極側層との3層構造を有している。正極側層22、中間層及び負極側層は、実施例3のセパレータと同様に積層順に連なっており、2か所の折り返し部において折り返されている。
(Example 4)
This example is an example of the
図17に示すように、正極側層22は、セパレータ205の一方の長辺205cから延設された3か所の正極側開口部272aと、セパレータ205の一方の短辺205eから延設された2か所の正極側開口部272bとを有している。これらの正極側開口部272a、272bは細長いスリット状を呈しており、セパレータ205の外周縁部に近いほど幅が広くなっている。また、正極側開口部272a、272bは、セパレータ205の側周面にも開口しており、外周開口部271を兼ねている。
As shown in FIG. 17, the positive
負極側層は、平面視におけるセパレータ205の他方の長辺205dから延設された3か所の負極側開口部274aと、他方の短辺205fから延設された2か所の負極側開口部274bとを有している。これらの負極側開口部274a、274bは細長いスリット状を呈しており、セパレータ205の外周縁部に近いほど幅が広くなっている。また、負極側開口部274a、274bは、セパレータ205の側周面にも開口しており、外周開口部271を兼ねている。
The negative electrode side layer has three negative
中間層は、正極Pが配置される側から視た平面視においてH字状を呈する接続流路部263を有している。接続流路部263の一方の縦棒部分263aは、正極側開口部272のうち、セパレータ205の長辺205cから延設された3か所の正極側開口部272aに交差している。また、接続流路部263の横棒部分263bは、セパレータ205の短辺205eから延設された2か所の正極側開口部272bと、短辺205fから延設された2か所の負極側開口部274bとに交差している。
The intermediate layer has a
接続流路部263の他方の縦棒部分263cは、負極側開口部274のうち、セパレータ205の長辺205dから延設された3か所の負極側開口部274aに交差している。その他は実施例3と同様である。
The other
本例のように、外周開口部271に近づくほど電解液流路27の幅を広くすることにより、電極組立体11の外部の電解液が電解液流路27内に吸い込まれやすくなる。また、この場合には、電解液流路27内の電解液やガスを、電極組立体11の外部へ排出しやすくすることができる。それ故、本例のセパレータ205によれば、充放電の際に電極31、32への電解液の供給をより円滑に行うとともに、電極組立体11の内部から外部へのガスの放出をより促進することができる。
As in this example, the width of the
(実施例5)
本例は、セパレータ205の外周開口部271が注液口142または圧力開放弁143に対面する位置に配置された二次電池102の例である。本例の二次電池102は、図18に示すように、略直方体状を呈し、頂面及び底面が開口したケース14と、ケース14内に収容された電極組立体112と、を有している。ケース14の頂面及び底面には、電極組立体112における終端電極37の金属箔38が露出している。なお、図には示さないが、金属箔38には、電極組立体112を積層方向に拘束する拘束部材が当接している。
(Example 5)
This example is an example of the
ケース14の側壁141には、ケース14内に電解液を注入するための注液口142と、ケース14内からケース14の外部へガスを放出するための圧力開放弁143とが設けられている。図18に示すように、注液口142は、電解液の液漏れを防止するための栓144によって閉鎖されている。
The
図20に示すように、本例の電極組立体112は、終端電極37、バイポーラ電極32及びセパレータ205を有している。これらの電極37、32は、セパレータ205を介して互いに積層されている。また、終端電極37は、電極組立体112の積層方向における端部に配置されている。なお、本例の終端電極37における金属箔38の厚みは、バイポーラ電極32の金属箔33よりも厚くなっている。
As shown in FIG. 20, the
図20に示すように、バイポーラ電極32における金属箔33の周縁部331、及び、終端電極37における金属箔38の周縁部381は、シール材15によって覆われている。これらのシール材15は、ケース14によって覆われている。また、電極組立体112の積層方向において隣り合うシール材15は、互いに接着されている。
As shown in FIG. 20, the
図19〜図21に示すように、シール材15における注液口142に対面する位置には、シール材15を貫通する貫通穴151が形成されている。図20及び図21に示すように、貫通穴151の正面には、セパレータ205の短辺205fから延設された2か所の負極側開口部274bが配置されている。
As shown in FIGS. 19 to 21, a through
また、図21に示すように、シール材15における圧力開放弁143に対面する位置にも、シール材15を貫通する貫通穴152が形成されている。貫通穴152の正面には、セパレータ205の長辺205dから延設された3か所の負極側開口部274aのうち、中央の負極側開口部274aが配置されている。その他は実施例1と同様である。
Further, as shown in FIG. 21, a through
本例の二次電池102は、正極P及び負極Nとしての電極37、32とセパレータ205とを収容するケース14と、ケース14を貫通しケース14内に電解液を注入するための注液口142と、を有している。また、セパレータ205における外周開口部271は、図21に示すように、注液口142と対面する位置に配置されている。
The
そのため、セパレータ205に電解液を含浸させる作業において、注液口142から注入された電解液がセパレータ205の電解液流路27内に流入しやすくなる。そして、電解液を電解液流路27内に流入させることにより、セパレータ205に速やかに電解液を含浸させるとともに、電解液が含浸されていない部分の発生をより効果的に抑制することができる。
Therefore, in the operation of impregnating the
また、二次電池102は、正極P及び負極Nとしての電極37、32とセパレータ205とを収容するケース14と、ケース14上に配置されケース14内からケース14の外部へガスを放出するための圧力開放弁143と、を有している。そして、セパレータ205における外周開口部271は、図21に示すように、圧力開放弁143と対面する位置に配置されている。
Further, the
本例のように、外周開口部271を圧力開放弁143に対面する位置に配置することにより、充放電時に電極から発生したガスが電解液流路27内を移動して圧力開放弁143の正面に到達しやすくなる。そのため、ガスの量が多くなるにつれて、圧力開放弁143の周囲から電解液を排除することができる。その結果、ケース14内の圧力が過度に高くなり、圧力開放弁143が開放された際に、圧力開放弁143から放出される電解液の量をより低減することができる。その他、本例の二次電池102は、実施例1及び実施例4と同様の作用効果を奏することができる。
As in this example, by arranging the outer
本発明に係るセパレータ及び二次電池の態様は、上述した実施例及び実験例の態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲において適宜構成を変更することができる。例えば、実施例及び実験例には、多層構造を有するセパレータの例を示したが、単層構造のセパレータとしても同等の機能を実現することができる。単層構造のセパレータは、上述したように、多層構造のセパレータに比べて素材の使用面積を低減することができ、ひいてはセパレータの材料コストを低減することができる。 The aspects of the separator and the secondary battery according to the present invention are not limited to the aspects of the above-described examples and experimental examples, and the configuration can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, although examples of separators having a multilayer structure are shown in the examples and experimental examples, an equivalent function can be realized as a separator having a single layer structure. As described above, the separator having a single layer structure can reduce the use area of the material as compared with the separator having a multilayer structure, and thus can reduce the material cost of the separator.
また、実施例及び実験例には、正極側開口部212、252、262及び負極側開口部214、254、264が外周開口部211、251、261を兼ねているセパレータの例を示したが、正極側開口部や負極側開口部とは別の開口部として外周開口部を設けることもできる。例えば、接続流路部の一部をセパレータの側周面まで延設し、セパレータの側周面に開口させることにより、外周開口部を形成してもよい。
In the examples and experimental examples, the positive
また、実施例5においては、注液口142と圧力開放弁143とが別々に設けられた二次電池102の例を示したが、注液口142から電解液を注入した後に、注液口142に圧力開放弁143を取り付けてもよい。注液口142に対面して配置される外周開口部271の数は、1か所であってもよいし、実施例5のように2か所以上であってもよい。また、圧力開放弁143に対面して配置される外周開口部271の数も、実施例5のように1か所であってもよいし、2か所以上であってもよい。
Further, in the fifth embodiment, the example of the
1、102 二次電池
2、202、203、204、205 セパレータ
21、25、26、27 電解液流路
211、251、261、271 外周開口部
212、252、262、272 正極側開口部
213、253、263 接続流路部
214、254、264、274 負極側開口部
P 正極
N 負極
C 単セル
1, 102
Claims (10)
その側周面に開口した外周開口部と、上記正極側の面に開口した正極側開口部と、上記負極側の面に開口した負極側開口部と、上記開口部同士を連通させる接続流路部とを備えた電解液流路を有しており、
上記正極側開口部、上記負極側開口部及び上記接続流路部は、上記正極が配置される側から視た平面視において、上記セパレータを貫通した貫通穴が形成されないように配置されている、セパレータ。 A separator interposed between a positive electrode and a negative electrode in a secondary battery,
An outer peripheral opening that opens on the side peripheral surface, a positive electrode opening that opens on the positive electrode surface, a negative electrode opening that opens on the negative electrode surface, and a connection channel that connects the openings to each other An electrolyte flow path with a portion,
The positive electrode side opening, the negative electrode side opening, and the connection channel portion are arranged so that a through hole penetrating the separator is not formed in a plan view as viewed from the side where the positive electrode is arranged. Separator.
正極と、
上記正極上に積層された上記セパレータと、
上記セパレータ上に積層された負極と、
上記正極と上記負極との間に介在する電解液とを備えた1つ以上の単セルを有している、二次電池。 A secondary battery comprising the separator according to any one of claims 1 to 4,
A positive electrode;
The separator laminated on the positive electrode;
A negative electrode laminated on the separator;
A secondary battery having one or more single cells provided with an electrolytic solution interposed between the positive electrode and the negative electrode.
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-
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