JP2004047161A - Secondary battery and battery pack using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】電池要素間の密着性を向上させ、ガス発生時にも電池の膨張を低減し、サイクル特性、出力の良好な外装に高分子−金属複合フィルムを用いた二次電池を提供する。
【解決手段】高分子−金属複合フィルムで電池要素を外装した二次電池であって、電池要素挟持手段を具備して成ることを特徴とする二次電池。
【選択図】 図1An object of the present invention is to provide a secondary battery using a polymer-metal composite film for an outer package which has improved adhesion between battery elements, reduces expansion of the battery even when gas is generated, and has good cycle characteristics and output.
A secondary battery having a battery element covered with a polymer-metal composite film, comprising a battery element holding means.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池に関し、特に電池要素の密着性を向上させて電池出力、サイクル特性を向上させるものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、環境保護運動の高まりを背景として、二酸化炭素排出規制が切に望まれる中、自動車業界ではガソリン車等の化石燃料を使用する自動車に替えて、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、燃料電池自動車(FCV)の導入を促進すべく、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用電池の開発が鋭意行なわれている。こうしたモータ駆動用洋電池には、長期交換が不要な点から繰り返し充電が可能な二次電池が使用される。特にEV、HEV、FCVのモータ駆動のような高出力及び高エネルギー密度が要求される場合には、複数個の電池を直列に接続して構成した組電池を使用することが一般的であった。
【0003】
この方法に好適な二次電池として、高出力、高エネルギー密度を有し、取り扱いの容易な小型電池であるリチウムイオン二次電池、特に高エネルギー密度で軽量な高分子−金属複合フィルムで電池要素を外装した薄型リチウムイオン二次電池が有望視されている。リチウムイオン二次電池は正極、セパレータ、負極の間隔がサイクル特性や、出力に重要であることはよく知られており、その解決手段として特開平11−219731号公報、特開2000−357535号公報がある。
【0004】
しかしながら、外装に高分子−金属複合フィルムを用いた二次電池では、外装材が缶と違って強度がないために、特開平11−219731号公報、特開2000−357535号公報に記載の構造と同じ構造をとることができない。また、外装に高分子−金属複合フィルムを用いた二次電池では、高温使用時に電解液が蒸発して電池要素間の距離が大きくなる、電池が膨張する等してサイクル特性や出力が低下してしまう。また外装に高分子−金属複合フィルムを用いた二次電池であればリチウムイオン二次電池に限らず、バイポーラ電池等でも電池要素を密着させて出力向上させるという点においては同様である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決するもので、電池要素間の密着性を向上させ、ガス発生時にも電池の膨張を低減し、サイクル特性、出力の良好な外装に高分子−金属複合フィルムを用いた二次電池を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
高分子−金属複合フィルムで電池要素を外装した二次電池であって、電池要素挟持手段を具備してなることを特徴とする二次電池によって上記目的は達成される。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明に用いることのできる二次電池は、高分子−金属複合フィルムで電池要素を外装した二次電池であれば特に限定されず、正極、セパレータ、負極、電解液またはゲル状電解質という構成のリチウムイオン二次電池、正極、負極、固体電解質によって構成される単電池を積層することによって構成されるバイポーラ電池でも適用可能である。
【0008】
特に望ましくはガスが発生しやすいリチウムイオン二次電池である。
【0009】
またここで電池要素とはリチウムイオン二次電池においては正極、セパレータ、負極から成る構成、バイポーラ電池においては正極、負極、固体電解質から成る構成を言うものである。
【0010】
【実施例】
以下、この発明の実施例を図面に基づき詳述する。図1〜7に本発明の二次電池を示す。主な構成は基本的に従来技術と同じである。よって以下ではこの発明に特徴的な部分を抽出して説明し、その他の部分は省略する。
【0011】
請求項2に記載したように挟持手段は、2枚以上の板材と該板材結合手段から成るものである。その実施例として、図1(a)は、2枚の板材と該板材結合手段から成る挟持手段を具備してなる電池要素の構造を示す斜視図であり、図1(b)は、2枚の板材と該板材結合手段から成る挟持手段を具備してなる電池要素の構造を示す正面図である。図1の挟持手段を具備してなる電池要素の構造については、電池要素1を挟持手段の1つである2枚の板材2を用いて挟持し、これら電池要素1と板材2に板材結合手段であるテープ3を巻きつけて結合させてあるものである。ここでは、板材結合手段にテープを用いたが、ゴム、バンド、クリップ、紐等を用いて、電池要素1と板材2を、例えば、ゴムで留める、バンドで結ぶ、クリップで挟む、紐で縛る等して結合(固定)させてもよい。
【0012】
ここで板材としては、金属が好適に用いることができる。
【0013】
板材結合手段としては、例えば、テープ、ゴム、バンド、クリップ、紐等を好適に用いることができる。その材質としては、電解液や電解質に対する耐食性を有し、また電池温度の上昇(60℃程度になる)によって板材結合手段のテープやゴム等の粘着力や伸縮力が低下し、ひいては挟持効果が低下しないように耐熱性に優れてなるものであれば、特に制限されるべきものではなく、テープ、バンド、紐の場合には、例えば、ポリ塩化ビニルなどのプラスチックを用いることができる。また、ゴムの場合には、天然ゴム、合成ゴムなど各種ゴム材を用いることができる。また、クリップの場合には、例えば、コの字形状の金属、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)などのプラスチック等の材質を用いることができる。
【0014】
挟持手段を成す板材は、各々の電極の集電体であっても良いし、端子であってもよいし、これらの組み合わせであってもよい。すなわち、挟持手段を成す2枚以上板材が、▲1▼各々正極集電体と負極集電体、▲2▼各々正極端子と負極端子(図1参照のこと)、▲3▼各々正極集電体と負極集電体と正極端子と負極端子、▲4▼各々正極集電体と負極端子、▲5▼各々負極集電体と正極端子などの組み合わせを挙げることができるが、これらに制限されるべきものではない。
【0015】
上記板材の大きさは、電極や集電体として用いる場合には、該電極や集電体に使用し得る大きさであれば良い。また、これら電極や集電体とは別に板材を使用する場合には、本発明の目的を達成することができるように、適宜その大きさを決定すればよいが、電極や集電体と略同じ大きさとするのが該板材結合手段により結合する際に便利である。
【0016】
上記板材の厚さも、電極や集電体として用いる場合には、該電極や集電体に使用し得る厚さであれば良い。また、これら電極や集電体とは別に板材を使用する場合には、本発明の目的を達成することができるように、適宜その厚さを決定すればよいが、剛性等の観点からは0.5〜1.0mmの範囲が利用しやすいものであるが、この範囲に制限されるべきものではない。
【0017】
また、該板材は、図1に示すように、平らな板材を用いることができるほか、挟持手段として、より効果を高めるには、図2(b)に一点破線で示すように、内側に湾曲している(中凹状に反った)板材を用い、結合手段によりフラットになるようにしてもよい(これにより、はじめから平らな板材を用いる場合に比して、より大きな圧縮力が加わり、電池要素間の密着性をより向上させることができる)など、本発明の目的を達成することができるように、適当な形状の板材を用いることができる。また、図4などに示すように、断面がコの字状の形状をしていてもよいし、図3に示すように、板バネ状の形状をしていてもよいなど、板材の形状については、特に制限されるべきものではない。
【0018】
また、導通して短絡するのを防ぐために板材結合手段は、絶縁体の必要がある。したがって、クリップなどのように、その材質に金属を用いる場合には、その金属表面に絶縁膜(絶縁塗膜ないし絶縁皮膜など)ないし絶縁被覆層を形成するなどして絶縁体にする必要がある。
【0019】
また、電極に均一に圧力をかけるためには、電極の直上の挟持手段を成す板材はフラットであることが望ましい。そのため、挟持手段を成す板材(圧迫材)と電極の間に、さらに挟持手段の他の1種として、1枚以上のフラットな板状のもの(スペーサ)または上記板材を挟むのが望ましい。一方、その外側の挟持手段を成す板材(圧迫材)は、上述したように、内側に湾曲している(中凹状に反った)板材を用いるのが望ましいと言える(図2(b)や図3(b)の一点破線で示す板材を参照のこと)。
【0020】
さらに電池要素側面側に高分子−金属複合フィルムの外装材との間に空間があり、そこにガスが溜まる構造となる。そのため、ガス発生時に電池の膨張を低減することができる。xこれは、電池作製段階では外装材内部は真空に引いて負圧にしているため、この空間にガスが出てくる。その結果、電池要素内にガスが溜まるのを防止でき、電池が膨張するのを抑制できるものである。
【0021】
また請求項3に記載したように挟持手段の1つである結合手段は、一方の少なくとも1つの板材が備える突起部を他方の少なくとも1つの板材が有する孔部に掛合させるものである。
【0022】
その実施例として、図2(a)は、第1の実施例の挟持手段を具備してなる電池要素の構造を示す斜視図であり、図2(b)は、図2(a)のA−A線に沿った断面図であり、図2(c)は、図2(a)の正面図、図2(d)は、図2(c)の掛合部を下から見た拡大図である。
【0023】
図2の挟持手段を具備してなる電池要素の構造については、電池要素1を挟持手段の1つである2枚の板材2を用いて挟持し、板材結合手段として一方の板材2aが4隅に備える4つの突起部4を、他方の板材2bが有する4つの孔部5に掛合させてなるものである。
【0024】
詳しくは、図2(d)に示すように、一方の板材2aが4隅に備える突起部4先端の鉤爪状(鉤型またはL字状)の掛合部4aを孔部5に挿通し、孔部5の反対側に突き出した掛合部4aを横にずらして(スライドさせて)、掛合部4aを他方の板材2bに掛合させるものである。なお、掛合後に掛合部4aがずれて孔部5から抜け出ないように、必要があれば、掛合後に孔部5を適当な充填材等で塞いでもよい。
【0025】
また、一方の板材2aに突起部4を備える際には、図2(a)に示すように、一方の板材2aの孔部に突起部4を嵌合、あるいは溶接するなどして組み立てても良いし、一体成形してもよいなど、特に制限されない。
【0026】
次に、図4(a)は、第2の実施例の挟持手段を具備してなる電池要素の構造を示す斜視図であり、図4(b)は、図4(a)のA−A線に沿った断面図であり、図4(c)は、図4(a)の掛合部の拡大図である。
【0027】
図4の挟持手段を具備してなる電池要素の構造については、電池要素1を挟持手段の1つである2枚の板材2を用いて挟持し、板材結合手段として図4(b)の断面図でみた断面コ字型の一方の板材2aが、一方の側面に備える3つの鉤型突起部4aを、同じく断面コ字型の他方の板材2bが同じ側面に有する3つの孔部5aに挿通し掛合させると共に、他方の板材2bが、反対の側面に備える3つの鉤型突起部4bを、一方の板材2aが同じ側面に有する3つの孔部5bに挿通し掛合させてなるものである。これにより、挟持される電池要素1に圧がかかるように、各鉤型突起部および孔部の位置が決められている。
【0028】
図5(a)は、第3の実施例の挟持手段を具備してなる電池要素の構造を示す斜視図であり、図5(b)は、図5(a)のA−A線に沿った断面図であり、図5(c)は、図5(a)の掛合部の拡大図である。
【0029】
図5の挟持手段を具備してなる電池要素の構造については、電池要素1を挟持手段の1つである2枚の板材2を用いて挟持し、板材結合手段として、他方の平らな(フラットな)板材2bが、図5(b)の断面図でみた両側面の先端部に備える合計6つの鉤型突起部4を、図5(b)の断面図でみた断面がコ字型の一方の板材2aが両側面に有する合計6つの孔部5bに挿通し掛合させてなるものである。これにより、挟持される電池要素1に圧がかかるように、各鉤型突起部および孔部の位置が決められている。
【0030】
図4、5では、上述したように、板材の両側面2個所で、それぞれ突起部を孔部に挿通し掛合、固定する構造になっている。
【0031】
このとき挟持手段の1つである板材は、各々の電極の集電体であっても良いし、端子であってもよいが、図2、4、5の各実施例に示すように、集電体や端子とは別に板材を用いる場合には、少なくとも板材の側面(電池要素の電極などに接する恐れのある部分;掛合部ないし掛合手段を含む)は導通して短絡するのを防ぐためにプラスチック、または絶縁被覆してある金属である必要がある。
【0032】
また、図2、4、5の各実施例に示すように、鉤型突起部の内側の板材(電極に接する場所;図2(b)や図3(b)の一点破線で示す板材を参照のこと)は、内側に湾曲していてもよい(中凹状に反っていてもよい)。また、電極に均一に圧力をかけるために、板材と電極の間に、さらに挟持手段の他の1種として、1枚以上のフラットな板状のもの(スペーサ)または上記板材を挟んでもよい(図7参照のこと)。
【0033】
さらに電池要素の側面側に高分子金属複合フィルムの外装材との間に空間があり、そこにガスが溜まる構造となる。そのため、ガス発生時に電池の膨張を低減することができる。なお、上記空間は、ガスが発生した際に、膨張して形成されるものであり、電池作製段階で外装材内部は減圧されているため、この空間部分は萎んだ状態になっている。
【0034】
また、請求項4に記載したように、挟持手段は1枚の板材を屈曲、掛合させて成るものである。その実施例として、図3(a)は、電池要素が挟持手段を具備すべく、1枚の板材を屈曲させ、掛合する直前の様子を模式的に表した斜視図であり、図3(b)は、図3(a)のA−A線に沿った断面図であり、図3(c)は、図3(a)の電池要素が挟持手段を具備した後の、1枚の板材を屈曲、掛合させてなる当該掛合部の拡大図である。
【0035】
図3の挟持手段を具備してなる電池要素の構造については、電池要素1を挟持手段の1つである1枚の板材2を無負荷状態で開く方向に弾発力が作用する板バネとなるように屈曲し(図3(b)参照のこと)、屈曲された板材2の一方の先端部に備える3つの鉤型突起部4を、該板材2の他方の先端部に有する3つの孔部5に挿通し、掛合させてなるものである。屈曲した板材2は、板バネになっていて、電池要素を挟み、圧をかける構造となっているため、電池要素間の密着性を向上させることができる。なお、本実施例では、図3(B)に示すように、無負荷状態で開く方向に弾発力が作用する板バネとなるように屈曲したが、逆に、無負荷状態で閉じる方向に弾発力が作用する板バネとなるように、板材を屈曲させたものを用いてもよい。この場合にも、同様に、電池要素1に圧をかかる構造となっているため、電池要素間の密着性を向上させることができる。
【0036】
また、図3(B)に示すように、本実施例でも、電池要素側面側に板材屈曲部(高分子−金属複合フィルムの外装材)との間に空間があり、そこにガスが溜まる構造となるため、ガス発生時にも電池の膨張を低減することもできる。
【0037】
このとき挟持手段の1つである板材は、各々の電極の集電体であっても良いし、端子であってもよいが、図3の実施例に示すように、集電体や端子とは別に板材を用いる場合には、少なくとも板材の側面(電池要素の電極などに接する恐れのある部分;掛合部ないし掛合手段を含む)は、導通して短絡するのを防ぐためにプラスチック、または絶縁被覆してある金属である必要がある。
【0038】
電極に接する場所の板材は、内側に湾曲していてもよい(中凹状に反っていてもよい;図2(b)に一点破線で示す板材を参照のこと)。また、均一に圧力を電極にかけるために、板材と電極の間にさらに挟持手段の他の1種として、1枚以上のフラットな板状のもの(スペーサ)または他の板材を挟んでもよい。さらに電池要素側面側に高分子金属複合フィルムの外装材との間に空間があり、そこにガスが溜まる構造となる。
【0039】
また請求項5に記載したように、掛合部はさらに溶着または溶接によって固定しても良い。このようにすることでより一層電池要素の密着性向上、電池の膨張防止が図れるものである。また、車両用電池のように振動を受け、係合部がはずれて電池要素の密着性が低下するなどのおそれがなく、長期的な安全性、信頼性を高めることもできる。例えば、先に説明した図2〜5の掛合部、すなわち、鉤型突起部を孔部に挿通し、鉤型突起部が孔部から突出した部分の周囲などを溶着または溶接によって固定すればよい。特に、電池要素を挟持したのちに溶着または溶接するため、できるだけ発熱量の少ない超音波溶接等が望ましいといえる。
【0040】
さらに、請求項6に記載したように、前記結合手段は、一方の少なくとも1つの板材が備える突起部と、他方の少なくとも1つの板材が備える突起部を重ね合せ、重ね合せ部分を溶着または溶接、固定してもよい。
【0041】
図6(a)は、第1の実施例の挟持手段を具備してなる電池要素の構造を示す斜視図であり、図6(b)は、図6(a)のA−A線に沿った断面図であり、図6(c)は、図6(a)の掛合部の拡大図である。
【0042】
図6の挟持手段を具備してなる電池要素の構造については、電池要素1を挟持手段の1つである2枚の板材2を用いて挟持し、板材結合手段として、一方の板材2aが備える2つの突起部4a、4bと、他方の板材2bが備える2つの突起部4c、4dをそれぞれ重ね合せ、2つの重ね合せ部分をそれぞれ溶接し、固定してなるものである。2枚の板材を溶接してなる溶接部6は、2枚の板材の重ね合せ部分全面でも良いが、図6(a)、(c)に示すように、適当な間隔で行えば、電池要素間の密着性を向上させることができ、ガス発生時の電池膨張によっても剥がれることのない接合力を奏することができるものである。
【0043】
詳しくは、板材結合手段として図6(b)の断面図でみた断面が山形状の一方の板材2aが、両側面先端の突起部4a、4bと、同じく断面が山形状の他方の板材2bが同じ両側面先端に有する突起部4c、4dをそれぞれ重ね合せ、突起部4aと4c、及び4bと4dの2つの重ね合せ部分をそれぞれ、超音波溶接などにより溶接し、固定してなるものである。すなわち、図6に示す実施例では、2個所で溶接、固定する構造になっている。
【0044】
図7(a)は、第2の実施例の挟持手段を具備してなる電池要素の構造を示す斜視図であり、図7(b)は、図7(a)のA−A線に沿った断面図であり、図7(c)は、図7(a)の掛合部の拡大図である。
【0045】
すなわち、図7の挟持手段を具備してなる電池要素の構造については、電池要素1を挟持手段の1つである2枚の板材2を用いて挟持し、板材結合手段として、一方の板材2aが備える2つの突起部4a、4bと、他方の板材2bが備える2つの突起部4c、4dをそれぞれ重ね合せ、2つの重ね合せ部分をそれぞれ溶接し、固定してなるものである。2枚の板材を溶接してなる溶接部6は、2枚の板材の重ね合せ部分全面でも良いが、図7(a)、(c)に示すように、適当な間隔で行えば、電池要素間の密着性を向上させることができ、ガス発生時の電池膨張によっても剥がれることのない接合力を奏することができるものである。
【0046】
さらに、図7については、電池に対して圧が均一にかかるように、電池要素1の電極と挟持手段の板材2a、2bとの間に、それぞれ一枚づつ平坦な板材2c、2dを挿入した構造である。
【0047】
このとき挟持手段の1種である板材は、各々の電極の集電体であっても良いし、端子であってもよいが、図6、7の各実施例に示すように、集電体や端子とは別に板材を用いる場合には、導通して短絡するのを防ぐために、少なくとも板材の側面(電池要素の電極などに接する恐れのある部分;掛合部ないし掛合手段を含む)は、プラスチック、絶縁被覆してある金属などの絶縁体である必要がある。
【0048】
また、突起部の内側の板材2a、2b(電極に接する場所;図2(b)や図3(b)の一点破線で示す板材を参照のこと)は、内側に湾曲していてもよい(中凹状に反っていてもよい)。また、均一に圧力を電極にかけるために、板材と電極の間に、さらに挟持手段の他の1種として、1枚以上のフラットな板状のもの(スペーサ)2c、2dを挟んでもよい(図7参照のこと)。
【0049】
さらに電池要素の側面側に高分子金属複合フィルムの外装材との間に空間があり、そこにガスが溜まる構造となる。そのため、ガス発生時に電池の膨張を低減することができる。なお、上記空間は、ガスが発生した際に、膨張して形成されるものであり、電池作製段階で外装材内部は減圧されているため、この空間部分は萎んだ状態になっている。
【0050】
請求項1に記載の発明、さらに詳細には請求項2〜6に記載の発明によれば、図1〜7に示したような構造となり、電池要素の密着性を向上させて出力低下を防止し、ガス発生時にも電池要素および電池の膨張を低減し、サイクル特性を向上させ、電池の劣化の促進、出力低下を防止できる。さらに電池要素側面側に電池要素挟持手段との間に空間を設けてガス溜り部とし、電池要素間にガスが滞留することを防止するものである。
【0051】
また、請求項7に記載したように挟持手段をなす板材が、各々正極集電体、負極集電体およびまたは正極端子、負極端子である。その実施例として図1の実施例について、図8(a)は、板材が端子の場合の図1(a)のA−A線に沿った断面図であり、図8(b)は、図8(a)の板材のうち正極端子側での、端子と電池要素との接触部の様子を表した拡大図であり、図8(c)は、板材が集電体の場合の図1(a)のA−A線に沿った断面図であり、図8(d)は、図8(c)の板材のうち正極集電体側での、集電体と電池要素との接触部の様子を表した拡大図である。
【0052】
図8(a)では、挟持手段をなす2枚の板材のうち、板材2aが正極端子として、板材2bが負極端子として用いられている。そのため、図8(b)に示すように、該板材である正極端子には、これと導通するように、電池要素の正極集電体が接する構造となっている。該正極集電体の下面側にのみ正極(活物質)が形成されている。電池要素1には、該板材である端子は含まれないものとする。
【0053】
一方、図8(c)では、挟持手段をなす2枚の板材のうち、板材2aが正極集電体として、板材2bが負極集電体として用いられている。そのため、図8(d)に示すように、該板材である正極集電体には、正極(活物質)が接する構造となっている。電池要素1には、該板材である集電体が含まれるものとする。ただし、本発明の請求項1で規定する電池要素挟持手段は、電池要素の一部を用いる場合もあるといえる。また、請求項2〜6の実施例の説明では、板材に集電体を用いていないため、2枚の板材を用いて電池要素を挟持するとしたが、板材に集電体を用いる場合には、2枚の板材を用いて電池要素(板材である集電体は除く)を挟持すればよいといえる。
【0054】
このような構造とすることで、電池要素挟持手段の1つである板材と正極、負極端子が共用でき、コンパクトにでき、集電部と端子部の接続が不要となり、抵抗が低減でき、高出力が得られる。
【0055】
本発明に用いる二次電池は、その外形が請求項8に記載したような構造であることが望ましい。その1例として、図9(a)は、幅の広い電極端子を、電池外装から突出させてなる電池を模式的に表わす斜視図であり、図9(b)は、図9(a)のA−A線に沿った断面図である。
【0056】
図9(a)に示すように、二次電池11は、高分子−金属複合フィルム12で電池要素1を外装した二次電池であって、電池要素挟持手段として該電池要素1を挟持し結合手段により固定させてなる2枚の板材2a、2bを具備してなり、電流取り出し用の正極16と負極17が、略角型(の二次電池)のそれぞれ異なる面(辺)に位置し、電池外装内で正極集電体及び負極集電体19に取り付けた幅の広い電流取り出し用の電極端子13、14を、直接電池外装の熱熱融着部15から突出させてなるものである。
【0057】
詳しくは、電池外装の高分子−金属複合フィルム12を、その周辺部を熱融着にて接合することにより、電池要素挟持手段を具備してなる電池要素(図示せず)を収納し封入している。正極端子13と負極端子14は、外装ラミネートフィルム12の略角型の異なる面(それぞれ異なる辺;対向する辺)の熱融着部15から取り出される構造をとる。
【0058】
そして、図9(b)に示すように、この二次電池11は、電池要素挟持手段として電池要素1を挟持し結合手段により固定させてなる2枚の板材2a、2bを具備してなり、電流取り出し用の正極16と負極17が、略角型(の二次電池)のそれぞれ異なる面(辺)に位置し、電池外装の高分子−金属複合フィルム12の内部で正極集電体(図示せず)及び負極集電体19に取り付けた幅の広い正極端子(図示せず)および負極端子14を、直接電池外装の高分子−金属複合フィルム12から突出させてなる。詳しくは、電池11は、外装にラミネートフィルム12を用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、正極16、セパレータ18および負極17を積層した電池要素1と、電池要素1を挟持し固定した板材2a、2bとを収納し密封した構成を有する。正極16及び負極18と導通される正極端子(図示せず)および負極端子14は、各電極16、18の正極集電体(図示せず)及び負極集電体17に超音波溶接、抵抗溶接等により取り付けられ、上記熱融着部15に挟まれて幅の広い電極端子13、14を、直接外装のラミネートフィルム12から外部に取り出す構造を有している。
【0059】
このような構造とすることで、電極端子を幅広くすることができ、かかる二次電池の並列接続が容易になるという効果を得られるものである。
【0060】
本発明に用いる二次電池は、その接続状態が請求項9に記載したような構造の組電池であることが望ましい。その1例を図10に示す。
【0061】
図10は、二次電池を電気的に並列接続した電池群を、さらに電気的に直列接続した組電池の内部構成を模式的に表わす平面図である。
【0062】
図10に示すように、二次電池を電気的に並列接続した電池群を、さらに電気的に直列接続したことを特徴とする組電池の構造の具体例を示す。
【0063】
図10に示すように、4個の二次電池12の正極端子13間および負極端子14間を並列接続する。こうして得られた群電池をさらに6組直列に接続して金属製の組電池ケース22に収納し、組電池21とすることができる。なお、組電池ケース22に設けられた組電池21の正極端子23および負極端子24と、各二次電池12の電極端子13、14とは、組電池21の正極および負極端子用リード線(図示せず)を用いて電気的に接続されている。また、二次電池12を4個並列接続する際には、スペーサのような適当な接続部材(図示せず)を用いて、各二次電池12の電極端子どうしを超音波溶接等により溶接ないし溶着することで電気的に接続すればよい。同様に、各電池群をさらに6組直列接続する際には、バスバーのような適当な接続部材(図示せず)を用いて、各二次電池12の電極端子13、14を超音波溶接等により溶接ないし溶着することで電気的に接続すればよい。ただし、本発明の組電池は、ここで説明したものに制限されるべきものではなく、従来公知のものを適宜採用することができる。また、該組電池には、使用用途に応じて、各種計測機器や制御機器類を設けてもよく、例えば、組電池ケース22には電池電圧を監視するために電圧計測用コネクタなどを設けてもよいなど、特に制限されるものではない。
【0064】
このような構造とすることで、組電池の直列、並列数を変えることにより、様々なバリエーションの出力に対応できるという効果を得られるものである。
【0065】
本発明に用いる二次電池は、その接続状態が請求項10に記載したような構造の複合組電池であることが望ましい。その1例を図11に示す。
【0066】
図11は、上記の組電池を少なくとも2以上直列、並列、または直列と並列に複合接続したことを特徴とする複合組電池を模式的に表わす概略斜視図である。
【0067】
図11に示すように、上記の組電池21(図10参照のこと)を6組並列に接続して複合組電池31とするには、各組電池ケース21に設けられた組電池の正極端子23および負極端子24を、外部正極端子部32、外部負極端子部33を有する組電池正極端子連結板34、組電池負極端子連結板35を用いてそれぞれ電気的に接続する。また、各組電池ケース22の両側面に設けられた各ネジ孔部(図示せず)に、該固定ネジ孔部に対応する開口部を有する連結板36を固定ネジ37で固定し、各組電池21同士を連結する。また、各組電池21の正極端子23および負極端子24は、それぞれ正極絶縁カバー38および負極絶縁カバー39により保護され、適当な色、例えば、赤色と青色に色分けすることで識別されている。
【0068】
このような構造とすることで、電気自動車やハイブリッドカーに搭載する際、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に、新たに組電池を作製することなく、比較的安価に対応することが可能になる。また、組電池モジュールを高電圧にすることにより、電気自動車やハイブリッドカーなどの車両に利用できる。
【0069】
本発明に用いる二次電池、組電池および/または複合組電池は、車両用途に好適に使用できる。その1例を図12に示す。
【0070】
図12は、上記二次電池、組電池および/または複合組電池を搭載した車両を模式的に表した概略図である。
【0071】
図12に示したように、EV、HEVあるいはFCV41の車体中央部の座席下に複合組電池31を搭載するのが、社内空間およびトランクルームを広く取れるため便利である。ただし、本発明では、これらに何ら制限されるべきものではなく、後部トランクルームの下部に搭載してもよいし、あるいはEVやFCVのようにエンジンを搭載しないのであれば、車体前方のエンジンを搭載していた部分などに搭載することもできる。なお、本発明では、複合組電池だけではなく、使用用途によっては、二次電池や組電池を搭載するようにしてもよいし、これら二次電池、組電池および/または複合組電池を適当に組み合わせて搭載するようにしてもよい。また、本発明の二次電池、組電池および/または複合組電池を搭載することのできる車両としては、上記EV、HEV、FCVが好ましいが、これらに制限されるものではない。
【0072】
請求項11記載の発明によれば、高出力な組電池モジュールを用いることにより、環境にやさしく、燃費のよい車両が提供できるという効果を得られるものである。また、このような構造とすることで、比較的安価でエネルギー密度が大きく高出力な組電池が作製でき、航続距離の長く、燃費の良いEV、HEVあるいはFCVを提供することが可能になる。また、二次電池、組電池および/または複合組電池をEV、HEV、FCV等の車両に搭載することで、搭載時の大電流放電時における電極端子リードの発熱抑制でき、寿命特性が向上し、さらに比較的長期にわたる良好なシール性を確保という前記課題を解決することができる。
【0073】
次に、本発明の構造にリチウムイオン二次電池を適用する場合には以下に記載のリチウムイオン二次電池が望ましい。
【0074】
(1)正極活物質にリチウム遷移金属酸化物、金属酸化物、金属硫化物、導電性ポリマー、有機イオウ系化合物の少なくとも一つを用いたことを特徴とするリチウムイオン二次電池である。
【0075】
(2)正極活物質にリチウムマンガン酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウム鉄酸化物、またこれらの一部の元素を他の元素で置換した酸化物の中から少なくとも一つを用いたことを特徴とするリチウムイオン二次電池である。
【0076】
(3)正極活物質の平均粒径が、30μm以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池である。車両用電池として高出力を上げるためには、かかる平均粒径の範囲であることが望ましいものである。
【0077】
(4)正極材料中の正極活物質の充填率(質量比)が、0.3〜0.7の範囲であることを特徴とするリチウムイオン二次電池である。高出力とエネルギー容量を最適化する点からかかる充填率の範囲が望ましいものである。なお、ここでいう正極材料には、正極活物質のほか、必要に応じて、バインダーおよび導電助剤が添加されるものである(ただし、集電体は含めないものとする)が、これらに制限されるべきものではなく、使用目的に応じて最適な正極材料を決定すればよいといえる。
【0078】
(5)正極活物質層の膜厚が、10〜200μmの範囲であることを特徴とするリチウムイオン二次電池である。高出力、特に自動車等の車両において要求される高出力とエネルギー容量を最適化する点から、かかる膜厚の範囲が望ましいものである。ここでいう膜厚は、正極集電体の両面に形成される正極活物質層のうち、片側の膜厚をいう。
【0079】
(6)負極活物質としてリチウムの挿入、脱離が可能な炭素材料、合金、酸化物、窒化物の少なくとも一つを用いたことを特徴とするリチウムイオン二次電池である。
【0080】
(7)負極活物質として、黒鉛化炭素繊維、非晶質炭素系の少なくとも一つを用いたことを特徴とするリチウムイオン二次電池である。
【0081】
(8)負極活物質の比表面積が、0.05〜5m2/g以下の範囲であることを特徴としたリチウムイオン二次電池である。車両用電池として高出力と容量を最適化する観点から、かかる比表面積の範囲が望ましいものである。
【0082】
(9)負極活物質物質層の膜厚が、10〜250μmの範囲であることを特徴とするリチウムイオン二次電池である。高出力とエネルギー容量を最適化する点から、かかる膜厚の範囲が望ましいものである。ここでいう膜厚は、負極集電体の両面に形成される負極活物質層のうち、片側の膜厚をいう。
【0083】
なおさらに好適な正極材料と負極材料の組み合わせとしては、正極材料にLiMn複合酸化物、LiNi複合酸化物、またはそれらの混合物を使用し、負極材料に非晶質炭素材料を使用する組み合わせが挙げられる。その理由としては以下の通りである。1個当たりの容量が小さな電池を自動車用として使用するには並列接続する必要があるが、使用中に電池間の充放電状態に差が生じて開放電圧が異なる場合がある。このとき本来は並列接続された電池どうしは開放電圧が同程度となるように自動的に放電状態(充電状態)を同程度に調整する作用が働く。しかし例えば充放電特性曲線において放電状態(充電状態)に対する開放電圧の傾きが小さいNi−H系電池を使用すると、放電状態(充電状態)が互いに異なっても開放電圧に差が現れないので上記作用が働かず、そのまま充放電を続けると過充電、過放電状態になり電池材料の劣化が促されるおそれがあるためである。
【0084】
(10)電解液として、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10等の無機酸陰イオン塩、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種類のリチウム塩を含み、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のエーテル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトニトリル等のニトリル類;プロピオン酸メチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから1種類または2種以上を混合した、非プロトン性溶媒を用いたことを特徴とするリチウムイオン二次電池である。
【0085】
(11)電池用セパレータとしては,ポリオレフィン系微多孔質セパレータ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、あるいはそれらを2層以上組み合わせた多積層体であることを特徴としたリチウムイオン二次電池である。有機溶媒に対して化学的に安定であるという性質を持つ上記ポリオレフィン系微多孔質セパレータは、電解質(電解液)との反応性を低く抑えることができるという優れた効果を有するものである。
【0086】
(12)電池用セパレータの厚みとして、単層あるいは多層で4〜60μmであることを特徴とするリチウムイオン二次電池である。セパレータの厚さが、かかる範囲にあることでセパレータに微粒が食い込むことによって発生する短絡の防止と、高出力のために電極間を狭くすることが望ましいという理由から、厚さ方向の機械的強度と高出力性の確保という効果がある。また電池を複数接続する場合には、電極面積が増大することから、電池の信頼性を高めるために上記範囲のなかでも厚形のセパレータを用いることが望ましい。
【0087】
(13)電池用セパレータの微細孔の径が最大で1μm以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池である。セパレータの微細孔の平均径が、上記範囲にあることで熱によってセパレータが溶融して微細孔が閉じる「シャットダウン現象」が速やかに起きるという理由から、異常時信頼性が上がり、その結果として耐熱性が向上するという効果がある。すなわち、過充電で電池温度が上昇していったとき(異常時)に、セパレータが溶融して微細孔が閉じる「シャットダウン現象」が速やかに起きることで、電池(電極)の正極(+)から負極(−)側にLiイオンが通れなくなり、それ以上は充電できなくなる。そのため過充電できなくなり、過充電が解消する。その結果、電池の耐熱性(安全性)が向上するほか、ガスがでて電池外装材の熱融着部(シール部)が開くのを防止できる。ここでセパレータの微細孔の平均径は、セパレータを走査電子顕微鏡等で観察し、その写真をイメージアナライザ等で統計的に処理した平均径として算出される。
【0088】
(14)電池用セパレータの空孔率が20〜50%であることを特徴とするリチウムイオン二次電池である。セパレータの空孔率が、上記範囲にあることで電解質(電解液)の抵抗による出力低下の防止と、微粒がセパレータの空孔(微細孔)を貫くことによる短絡の防止という理由から出力と信頼性の両方を確保するという効果がある。ここでセパレータの空孔率とは、原材料レジンの密度と最終製品のセパレータの密度から体積比として求められる値である。
【0089】
(15)放電状態(充電状態)に対する開放電圧の傾きが、SOC(充電量;state of charge)50%状態で2〜20mV/%の範囲であることを特徴とするリチウムイオン二次電池である。容量演算がしやすく、車両搭載用電池としてシステムの電圧変動に耐え得る特性付与の観点から、かかる開放電圧の傾きの範囲が望ましいものである。
【0090】
(16)電池形状が直方体であり、その電池の幅W、長さL、厚さHとした場合、W/L比が0.3〜1.0の範囲かつW/H比が5〜100の範囲であることを特徴としたリチウムイオン二次電池である。電池の放熱性の観点から、かかるW/L比およびW/H比の範囲が望ましいものである。ここで、リチウムイオン二次電池の幅W、長さL、厚さHは、図9(a)に示す通りである。
【0091】
(17)電池形状が直方体であり、該電池の幅Wが50〜200mmの範囲、長さLが50〜300mmの範囲、厚さHが2〜10mmの範囲であることを特徴とするリチウムイオン二次電池である。端子の放熱性に優れた幅の広い電池端子の取り出し易さおよび電池の放熱性の観点から、かかる形状および寸法が望ましいものである。
【0092】
(18)電池の外装フィルムより取り出されるそれぞれの電池端子の幅Waが、取り出される外装フィルム1辺の長さ(電池の幅W)の20〜90%であることを特徴とするリチウムイオン二次電池である。ここで、電池端子の幅Wa、取り出される外装フィルム1辺の長さ(電池の幅W)は、図9(a)に示す通りである。良好なシール性を確保し、電極端子の温度上昇量を30℃以下に抑えることができる点から、かかる端子および外装フィルム寸法が望ましいものである。なお、電極端子の温度上昇量を30℃以下に抑えることで、電池の内圧の増加により、とりわけ電極端子と接する外装フィルムの熱融着部位のシール性が損なわれるのを抑えることができるものである。さらには正極、負極が異なった面(例えば反対側など)から取り出せることによって、端子幅が広く取れるようになり自動車用などの高出力に対応できる。ここで高出力とは30C(容量1Ahの電池であったら30A)程度の電流を流すことを言う。また電極幅についても同様の理由から電池幅の20〜90%であることが好ましい。
【0093】
(19)単電池(リチウムイオン二次電池)を並列または直列接続する際に、接続方法として、超音波溶接、熱溶接、レーザー溶接、リベット、かしめ、電子ビームなどの少なくとも一つの方法を用いたことを特徴とするリチウムイオン二次電池の組電池である。
【0094】
上記(1)〜(19)のリチウムイオン二次電池およびその組電池は、以下のの効果を有する。
【0095】
・単電池(リチウムイオン二次電池)を並列接続させる場合、開放電圧の傾きが小さいと、SOCに差があっても接続でき、充放電を繰り返すと、過充電、過放電状態になる可能性がある。開放電圧の傾きがあるとそれらを防止できる。
【0096】
・放熱性がよくなり、電池要素部分に熱が溜まらず、劣化が促進されない。
【0097】
・電池幅および電池端子の幅を広くすることにより、大電流放電が可能となる。特に車両用電池としては有効になる。
【0098】
・単電池(リチウムイオン二次電池)を並列、直列に接続する際に容易にできる。
【0099】
・1つの組電池が故障した場合、その1つを交換すればよい。これは、車両に搭載する場合、組電池をさらに直列、並列、直列−並列の複合接続した複合組電池を用いるが、各組電池を交換可能な状態で接続することができるためである。
【0100】
なお各図に示した電池は、以下の仕様の電池である。
【0101】
高分子−金属複合フィルムで覆い、各電極端子を出し、真空に引きながら電解液を注入してから、電解液注入用の穴を閉じた。
【0102】
LiMn2O4系リチウムイオン二次電池を用いており、正極材料の活物質については、LiMn2O4であるが、Li欠損タイプ又はLi過剰タイプであってもよい。また、Mnの一部はMnを除く遷移金属元素及び他の金属元素の中から選ばれた少なくとも1種以上からなる金属元素で置換されていても良い。また、O欠損タイプ又はO過剰タイプでもよい。また、Oの一部をS、F、Clなどの元素の中から選ばれた少なくとも1種からなる元素で置換されていても良い。また、LiNiO2とその置換体、LiFeO2とその置換体、LiMnO2とその置換体などでも良い。
【0103】
負極としては、通常の非水電解質二次電池に用いられる材料がいずれも使用可能であり、例えば、金属リチウムやリチウム合金等のリチウム系金属、SnSiO3等の金属酸化物、LiCoN2等の金属窒化物及び炭素材料などを用いることができる。なお、本発明においては、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛及び難黒鉛化炭素などの炭素材料を好適に用いることができる。
【0104】
電解液としては、各種リチウム塩を電解質とし、これらを有機溶媒などの非水溶媒に溶解したもの使用できる。この場合、電解質としては、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF6、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2Nなど従来公知のものが挙げられる。また、有機溶媒としては、特に限定されないが、カーボネート類、ラクトン類及びエーテル類などが挙げられ、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン及びγ―ブチロラクトンなどの溶媒を単独又は2種以上を混合して用いることができる。なお、これらの非水溶媒や有機溶媒に溶解される電解質の濃度は、0.5〜2.0モル/リットルにすることが好ましい。かかる濃度範囲とすることで、電解液のイオン伝導性がよくなり、さらに高出力にできるためである。
【0105】
また、本発明のリチウム二次電池においては、上記電解液以外の他の電解媒体を用いることも可能であり、例えば、上記電解質を高分子マトリックスに均一分散させた固体若しくは粘稠体、又はこれらに非水溶媒を含浸させたものも用いることができる。この場合、高分子マトリックスとしては、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアクリロニトリル及びポリフッ化ビニリデンなどを用いることができる。
【0106】
更に、本発明のリチウム二次電池においては、正極と負極の短絡防止のためのセパレータをも設けることができる。かかるセパレータとしては、ポリエチレン及びセルロースなどの高分子材料の多孔性シートや、不織布が用いられる。
【0107】
本発明のリチウム二次電池の高分子−金属複合ラミネートフィルムとしては、特に制限されるべきものではなく、高分子フィルム間に金属フィルムを配置し全体を積層一体化してなる従来公知のものを使用することができる。具体例としては、例えば、高分子フィルムからなる外装保護層(ラミネート最外層)、金属フィルム層、高分子フィルムからなる熱融着層(ラミネート最内層)のように配置し全体を積層一体化してなるものが挙げられるが、これらに何ら制限されるべきものではない。
【0108】
【発明の効果】
本発明の二次電池では、電池要素挟持手段を具備することにより、電池要素間の密着性を向上させ、ガス発生時にも電池の膨張を低減し、良好なサイクル特性および出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は、2枚の板材と該板材結合手段から成る挟持手段を具備してなる電池要素の構造を示す斜視図であり、図1(b)は、2枚の板材と該板材結合手段から成る挟持手段を具備してなる電池要素の構造を示す正面図である。
【図2】図2(a)は、第1の実施例の挟持手段を具備してなる電池要素の構造を示す斜視図であり、図2(b)は、図2(a)のA−A線に沿った断面図であり、図2(c)は、図2(a)の正面図、図2(d)は、図2(c)の掛合部を下から見た拡大図である。
【図3】図3(a)は、電池要素が挟持手段を具備すべく、1枚の板材を屈曲させ、掛合する直前の様子を模式的に表した斜視図であり、図3(b)は、図3(a)のA−A線に沿った断面図であり、図3(c)は、図3(a)の電池要素が挟持手段を具備した後の、1枚の板材を屈曲、掛合させてなる当該掛合部の拡大図である。
【図4】図4(a)は、第2の実施例の挟持手段を具備してなる電池要素の構造を示す斜視図であり、図4(b)は、図4(a)のA−A線に沿った断面図であり、図4(c)は、図4(a)の掛合部の拡大図である。
【図5】図5(a)は、第3の実施例の挟持手段を具備してなる電池要素の構造を示す斜視図であり、図5(b)は、図5(a)のA−A線に沿った断面図であり、図5(c)は、図5(a)の掛合部の拡大図である。
【図6】図6(a)は、第1の実施例の挟持手段を具備してなる電池要素の構造を示す斜視図であり、図6(b)は、図6(a)のA−A線に沿った断面図であり、図6(c)は、図6(a)の掛合部の拡大図である。
【図7】図7(a)は、第2の実施例の挟持手段を具備してなる電池要素の構造を示す斜視図であり、図7(b)は、図7(a)のA−A線に沿った断面図であり、図7(c)は、図7(a)の掛合部の拡大図である。
【図8】図8(a)は、板材が端子の場合の図1(a)のA−A線に沿った断面図であり、図8(b)は、図8(a)の板材のうち正極端子側での、端子と電池要素との接触部の様子を表した拡大図であり、図8(c)は、板材が集電体の場合の図1(a)のA−A線に沿った断面図であり、図8(d)は、図8(c)の板材のうち正極集電体側での、集電体と電池要素との接触部の様子を表した拡大図である。
【図9】図9(a)は、幅の広い電極端子を、電池外装から突出させてなる電池を模式的に表わす斜視図であり、図9(b)は、図9(a)のA−A線に沿った断面図である。
【図10】図10は、二次電池を電気的に並列接続した電池群を、さらに電気的に直列接続した組電池の内部構成を模式的に表わす平面図である。
【図11】図11は、上記の組電池を少なくとも2以上直列、並列、または直列と並列に複合接続したことを特徴とする複合組電池を模式的に表わす概略斜視図である。
【図12】図12は、上記二次電池、組電池および/または複合組電池を搭載した車両を模式的に表した概略図である。
【符号の説明】
1…電池要素、 2、2a〜2d…板材、
3…テープ、 4…突起部、
4a…掛合部、 5、5a、5b…孔部、
6…溶接部、 11…二次電池、
12…電池外装材(高分子−金属複合ラミネートフィルム)、
13…二次電池の正極端子、 14…二次電池の負極端子、
15…熱融着部、 16…正極、
17…負極、 18…セパレータ、
19…負極集電体、 21…組電池、
22…組電池ケース、 23…組電池の正極端子、
24…組電池の負極端子、 31…複合組電池、
32…外部正極端子部、 33…外部負極端子部、
34…組電池正極端子連結板、 35…組電池負極端子連結板、
36…連結板、 37…固定ネジ、
38…正極絶縁カバー、 39…負極絶縁カバー、
41…EV、HEVあるいはFCV。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a secondary battery, and more particularly to a secondary battery in which the adhesiveness of battery elements is improved to improve battery output and cycle characteristics.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, carbon dioxide emission regulations have been urgently demanded against the background of a growing environmental protection movement. In the automotive industry, electric vehicles (EV) and hybrid vehicles (HEV) have been replaced with vehicles using fossil fuels such as gasoline vehicles. In order to promote the introduction of fuel cell vehicles (FCV), the development of motor driving batteries, which are key to their practical use, has been earnestly carried out. A secondary battery that can be repeatedly charged is used for such a motor driving western battery because long-term replacement is unnecessary. In particular, when a high output and a high energy density are required, such as motor drive of EV, HEV, and FCV, it is common to use an assembled battery constituted by connecting a plurality of batteries in series. .
[0003]
As a secondary battery suitable for this method, a lithium ion secondary battery which is a small battery having a high output and a high energy density and easy to handle, particularly a battery element made of a polymer-metal composite film having a high energy density and a light weight. Promising is a thin lithium-ion secondary battery equipped with a lithium ion battery. It is well known that the distance between the positive electrode, the separator, and the negative electrode of a lithium ion secondary battery is important for the cycle characteristics and output, and as means for solving the problem, JP-A-11-219731 and JP-A-2000-357535 disclose it. There is.
[0004]
However, in a secondary battery using a polymer-metal composite film for the exterior, the exterior material has no strength unlike a can, and thus the structure described in JP-A-11-219731 and JP-A-2000-357535 is used. Cannot have the same structure as In the case of a secondary battery using a polymer-metal composite film for the exterior, the electrolytic solution evaporates during use at high temperatures, the distance between battery elements increases, and the battery expands and the cycle characteristics and output deteriorate. Would. In addition, a secondary battery using a polymer-metal composite film for the exterior is not limited to a lithium ion secondary battery, and the same applies to a bipolar battery or the like in that the output is improved by closely attaching battery elements.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the above-mentioned problems, and improves the adhesion between battery elements, reduces the expansion of the battery even when gas is generated, and uses a polymer-metal composite film for an exterior having good cycle characteristics and output. It is an object of the present invention to provide a rechargeable battery.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by a secondary battery having a battery element packaged with a polymer-metal composite film, the secondary battery comprising a battery element holding means.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The secondary battery that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it is a secondary battery in which a battery element is packaged with a polymer-metal composite film, and has a configuration of a positive electrode, a separator, a negative electrode, an electrolytic solution or a gel electrolyte. The present invention can also be applied to a bipolar battery configured by stacking unit cells including a lithium ion secondary battery, a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte.
[0008]
Particularly desirable is a lithium ion secondary battery that easily generates gas.
[0009]
The term "battery element" used herein refers to a configuration including a positive electrode, a separator, and a negative electrode in a lithium ion secondary battery, and a configuration including a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte in a bipolar battery.
[0010]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 to 7 show a secondary battery of the present invention. The main configuration is basically the same as the prior art. Therefore, in the following, a characteristic part of the present invention is extracted and described, and other parts are omitted.
[0011]
As described in
[0012]
Here, metal can be suitably used as the plate material.
[0013]
For example, a tape, a rubber, a band, a clip, a string, or the like can be suitably used as the plate material coupling unit. As the material, it has corrosion resistance to the electrolytic solution and the electrolyte, and the adhesive force and the elasticity of the tape or rubber of the plate material joining means decrease due to the rise of the battery temperature (to about 60 ° C.), and the pinching effect is reduced. The material is not particularly limited as long as it is excellent in heat resistance so as not to decrease. In the case of a tape, a band, and a string, for example, a plastic such as polyvinyl chloride can be used. In the case of rubber, various rubber materials such as natural rubber and synthetic rubber can be used. In the case of the clip, for example, a material such as a U-shaped metal or a plastic such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE) can be used.
[0014]
The plate material forming the holding means may be a current collector of each electrode, a terminal, or a combination thereof. That is, two or more plate members constituting the holding means are: (1) a positive electrode current collector and a negative electrode current collector, respectively; (2) a positive electrode terminal and a negative electrode terminal (see FIG. 1); Body, negative electrode current collector, positive electrode terminal and negative electrode terminal, (4) each positive electrode current collector and negative electrode terminal, and (5) each negative electrode current collector and positive electrode terminal. It should not be.
[0015]
When used as an electrode or a current collector, the size of the plate material may be any size that can be used for the electrode or the current collector. When a plate material is used separately from the electrodes and the current collector, the size may be appropriately determined so that the object of the present invention can be achieved. Having the same size is convenient for joining by the plate joining means.
[0016]
When the plate is used as an electrode or a current collector, the thickness of the plate may be any thickness that can be used for the electrode or the current collector. When a plate material is used separately from these electrodes and current collectors, the thickness may be appropriately determined so that the object of the present invention can be achieved. A range of 0.5 to 1.0 mm is easy to use, but should not be limited to this range.
[0017]
Further, as shown in FIG. 1, a flat plate material can be used as the plate material, and in order to further enhance the effect as a clamping means, the plate material is curved inward as shown by a dashed line in FIG. 2 (b). It is also possible to use a flat plate material (warped in a concave shape) and to make it flat by the coupling means (in this way, a larger compressive force is applied as compared with the case where a flat plate material is used from the beginning, and the battery In order to achieve the object of the present invention, for example, the adhesion between the elements can be further improved, a plate material having an appropriate shape can be used. Further, as shown in FIG. 4 and the like, the cross-section may have a U-shape, or as shown in FIG. Is not particularly limited.
[0018]
Further, in order to prevent short circuit due to conduction, the plate material coupling means needs to be an insulator. Therefore, when a metal is used as the material such as a clip or the like, it is necessary to form an insulator by forming an insulating film (such as an insulating coating film or an insulating film) or an insulating coating layer on the metal surface. .
[0019]
Further, in order to uniformly apply pressure to the electrode, it is desirable that the plate material constituting the holding means immediately above the electrode is flat. Therefore, it is desirable that one or more flat plate-like members (spacers) or the above-mentioned plate material is further sandwiched between the plate material (compression material) and the electrode, which constitute the clamping means, as another kind of the clamping means. On the other hand, as described above, it is desirable to use an inwardly curved (curved in a concave shape) plate material (compression material) as a plate material (compression material) forming the outer holding means (FIG. 2B and FIG. 3 (b), see the plate indicated by the dashed line).
[0020]
Further, there is a space between the side of the battery element and the exterior material of the polymer-metal composite film, and the gas is stored there. Therefore, expansion of the battery at the time of gas generation can be reduced. x In this case, since the interior of the exterior material is evacuated to a negative pressure at the stage of producing the battery, gas comes out of this space. As a result, gas can be prevented from accumulating in the battery element, and expansion of the battery can be suppressed.
[0021]
In addition, as described in
[0022]
As an example, FIG. 2A is a perspective view showing a structure of a battery element including the holding means of the first embodiment, and FIG. 2B is a perspective view of A in FIG. 2A. FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line A, FIG. 2C is a front view of FIG. 2A, and FIG. 2D is an enlarged view of the hooking portion of FIG. is there.
[0023]
As for the structure of the battery element having the holding means shown in FIG. 2, the
[0024]
More specifically, as shown in FIG. 2D, the claw-shaped (hook-shaped or L-shaped) hooking
[0025]
When the
[0026]
Next, FIG. 4A is a perspective view showing the structure of a battery element provided with the holding means of the second embodiment, and FIG. 4B is a sectional view taken on line AA of FIG. FIG. 4C is a cross-sectional view taken along a line, and FIG. 4C is an enlarged view of a hooked portion in FIG.
[0027]
Regarding the structure of the battery element provided with the holding means of FIG. 4, the
[0028]
FIG. 5A is a perspective view showing the structure of a battery element including the holding means of the third embodiment, and FIG. 5B is a view taken along line AA in FIG. FIG. 5 (c) is an enlarged view of the engaging portion of FIG. 5 (a).
[0029]
With respect to the structure of the battery element having the holding means shown in FIG. 5, the
[0030]
In FIGS. 4 and 5, as described above, the protrusions are inserted into the holes at two locations on both side surfaces of the plate material, and are hooked and fixed.
[0031]
At this time, the plate material, which is one of the clamping means, may be a current collector of each electrode or a terminal, but as shown in each embodiment of FIGS. When a plate material is used separately from the electric conductors and terminals, at least the side surfaces of the plate material (portions that may come into contact with the electrodes of the battery element; including the engaging portion or the engaging means) are made of plastic to prevent short circuit due to conduction. Or a metal with an insulating coating.
[0032]
Further, as shown in each embodiment of FIGS. 2, 4, and 5, the plate material inside the hook-shaped protrusion (the place in contact with the electrode; see the plate material shown by a dashed line in FIGS. 2B and 3B). ) May be curved inward (may be curved in a concave shape). Further, in order to uniformly apply pressure to the electrode, one or more flat plate-like members (spacers) or the above-described plate material may be further sandwiched between the plate material and the electrode as another kind of clamping means ( See FIG. 7).
[0033]
Further, there is a space between the battery element and the exterior material of the polymer / metal composite film on the side of the battery element, and the gas is stored there. Therefore, expansion of the battery at the time of gas generation can be reduced. The space is formed by expansion when gas is generated. Since the inside of the exterior material is depressurized at the stage of battery production, the space is in a shrunken state.
[0034]
Further, as described in
[0035]
The structure of the battery element provided with the holding means shown in FIG. 3 includes a leaf spring which acts on one
[0036]
Further, as shown in FIG. 3B, also in this embodiment, there is a space between the side of the battery element and the bent portion of the plate material (exterior material of the polymer-metal composite film), and the gas accumulates there. Therefore, the expansion of the battery can be reduced even when gas is generated.
[0037]
At this time, the plate material, which is one of the sandwiching means, may be a current collector of each electrode or a terminal, but as shown in the embodiment of FIG. If a plate is used separately, at least the side surfaces of the plate (portions that may come in contact with the electrodes of the battery element; including the hooks or hooking means) should be made of plastic or insulating coating to prevent short circuit due to conduction. Metal must be used.
[0038]
The plate in contact with the electrodes may be curved inward (may be curved in a concave shape; see the plate indicated by the dashed line in FIG. 2 (b)). Further, in order to uniformly apply pressure to the electrode, one or more flat plate-like members (spacers) or another plate material may be further sandwiched between the plate material and the electrode as another kind of holding means. Further, there is a space on the side of the battery element between the battery and the exterior material of the polymer-metal composite film, and the gas is stored there.
[0039]
Further, as described in
[0040]
Further, as described in
[0041]
FIG. 6A is a perspective view showing a structure of a battery element including the holding means of the first embodiment, and FIG. 6B is a view taken along line AA of FIG. FIG. 6 (c) is an enlarged view of the engaging portion of FIG. 6 (a).
[0042]
As for the structure of the battery element provided with the holding means of FIG. 6, the
[0043]
More specifically, one
[0044]
FIG. 7A is a perspective view showing a structure of a battery element including the holding means of the second embodiment, and FIG. 7B is a view taken along a line AA in FIG. FIG. 7 (c) is an enlarged view of the engaging portion of FIG. 7 (a).
[0045]
That is, as for the structure of the battery element provided with the holding means of FIG. 7, the
[0046]
Further, in FIG. 7,
[0047]
At this time, the plate material, which is one type of the holding means, may be a current collector for each electrode or a terminal, but as shown in each embodiment of FIGS. If a plate material is used separately from the terminals and terminals, at least the side surfaces of the plate material (portions that may come into contact with the electrodes of the battery element; It must be an insulator such as a metal coated with insulation.
[0048]
Further, the
[0049]
Further, there is a space between the battery element and the exterior material of the polymer / metal composite film on the side of the battery element, and the gas is stored there. Therefore, expansion of the battery at the time of gas generation can be reduced. The space is formed by expansion when gas is generated. Since the inside of the exterior material is depressurized at the stage of battery production, the space is in a shrunken state.
[0050]
According to the first aspect of the present invention, and more particularly, the second aspect of the present invention has a structure as shown in FIGS. 1 to 7, thereby improving the adhesion of the battery elements and preventing the output from decreasing. In addition, even when gas is generated, the expansion of the battery element and the battery can be reduced, the cycle characteristics can be improved, the deterioration of the battery can be promoted, and the output can be prevented from lowering. Further, a space is provided on the side of the battery element between the battery element holding means and a gas reservoir to prevent gas from remaining between the battery elements.
[0051]
Further, as described in
[0052]
In FIG. 8A, the
[0053]
On the other hand, in FIG. 8C, the
[0054]
By adopting such a structure, the plate material, which is one of the battery element holding means, and the positive electrode and the negative electrode terminal can be shared, the device can be made compact, the connection between the current collector and the terminal becomes unnecessary, the resistance can be reduced, and The output is obtained.
[0055]
The outer shape of the secondary battery used in the present invention is preferably as described in claim 8. As an example, FIG. 9A is a perspective view schematically showing a battery in which a wide electrode terminal is projected from a battery exterior, and FIG. 9B is a perspective view of FIG. 9A. It is sectional drawing along the AA line.
[0056]
As shown in FIG. 9A, a
[0057]
More specifically, the polymer-
[0058]
As shown in FIG. 9 (b), this
[0059]
With such a structure, the electrode terminals can be widened, and an effect that parallel connection of such secondary batteries becomes easy can be obtained.
[0060]
It is preferable that the secondary battery used in the present invention is an assembled battery having a connection state as described in claim 9. One example is shown in FIG.
[0061]
FIG. 10 is a plan view schematically illustrating a battery group in which secondary batteries are electrically connected in parallel, and an internal configuration of a battery pack in which electrical connections are further electrically connected in series.
[0062]
As shown in FIG. 10, a specific example of the structure of an assembled battery in which a battery group in which secondary batteries are electrically connected in parallel is further electrically connected in series is shown.
[0063]
As shown in FIG. 10, between the
[0064]
By adopting such a structure, it is possible to obtain the effect of being able to cope with various variations of output by changing the number of series and parallel assembled batteries.
[0065]
The secondary battery used in the present invention is desirably a composite battery having a connection state as described in
[0066]
FIG. 11 is a schematic perspective view schematically showing a composite battery pack in which at least two or more of the above battery packs are connected in series, in parallel, or in series and in parallel.
[0067]
As shown in FIG. 11, in order to connect the six assembled batteries 21 (see FIG. 10) in parallel to form a composite assembled
[0068]
By adopting such a structure, when mounted on an electric vehicle or hybrid car, it is possible to respond to the demand for battery capacity and output for each purpose of use relatively inexpensively without making a new assembled battery become. Further, by setting the assembled battery module to a high voltage, it can be used for vehicles such as electric vehicles and hybrid cars.
[0069]
The secondary battery, the assembled battery, and / or the composite assembled battery used in the present invention can be suitably used for vehicle applications. One example is shown in FIG.
[0070]
FIG. 12 is a schematic diagram schematically showing a vehicle equipped with the secondary battery, the assembled battery, and / or the composite assembled battery.
[0071]
As shown in FIG. 12, it is convenient to mount the
[0072]
According to the eleventh aspect of the present invention, by using a high-output battery module, it is possible to obtain an effect that an eco-friendly vehicle with good fuel efficiency can be provided. In addition, with such a structure, a relatively inexpensive, high-energy-density, high-output battery pack can be manufactured, and an EV, HEV, or FCV with a long cruising distance and high fuel efficiency can be provided. In addition, by mounting the secondary battery, the assembled battery, and / or the composite assembled battery on a vehicle such as an EV, an HEV, and an FCV, it is possible to suppress heat generation of the electrode terminal leads at the time of large current discharge at the time of mounting, thereby improving the life characteristics. In addition, it is possible to solve the above-mentioned problem of securing good sealing performance over a relatively long period.
[0073]
Next, when a lithium ion secondary battery is applied to the structure of the present invention, the following lithium ion secondary batteries are desirable.
[0074]
(1) A lithium ion secondary battery using at least one of a lithium transition metal oxide, a metal oxide, a metal sulfide, a conductive polymer, and an organic sulfur compound as a positive electrode active material.
[0075]
(2) For the positive electrode active material, use at least one of lithium manganese oxide, lithium nickel oxide, lithium cobalt oxide, lithium iron oxide, and oxides obtained by substituting some of these elements with other elements. A lithium ion secondary battery characterized by being used.
[0076]
(3) A lithium ion secondary battery characterized in that the average particle size of the positive electrode active material is 30 μm or less. In order to increase the output as a vehicle battery, it is desirable that the average particle diameter is in the above range.
[0077]
(4) A lithium ion secondary battery, wherein the filling rate (mass ratio) of the positive electrode active material in the positive electrode material is in the range of 0.3 to 0.7. Such a filling ratio range is desirable in terms of optimizing high power and energy capacity. In addition, in addition to the positive electrode active material, if necessary, a binder and a conductive auxiliary agent are added to the positive electrode material here (however, the current collector is not included). It is not limited, and it can be said that an optimum cathode material may be determined according to the purpose of use.
[0078]
(5) A lithium ion secondary battery, wherein the thickness of the positive electrode active material layer is in the range of 10 to 200 μm. Such a range of the film thickness is desirable from the viewpoint of optimizing high output, particularly high output and energy capacity required for a vehicle such as an automobile. Here, the film thickness refers to the film thickness on one side of the positive electrode active material layers formed on both surfaces of the positive electrode current collector.
[0079]
(6) A lithium ion secondary battery characterized in that at least one of a carbon material, an alloy, an oxide, and a nitride capable of inserting and removing lithium is used as a negative electrode active material.
[0080]
(7) A lithium ion secondary battery using at least one of graphitized carbon fiber and amorphous carbon as a negative electrode active material.
[0081]
(8) The specific surface area of the negative electrode active material is 0.05 to 5 m 2 / G or less. From the viewpoint of optimizing high output and capacity as a battery for a vehicle, such a range of the specific surface area is desirable.
[0082]
(9) A lithium ion secondary battery, wherein the thickness of the negative electrode active material layer is in the range of 10 to 250 μm. Such a range of the film thickness is desirable from the viewpoint of optimizing the high output and the energy capacity. Here, the film thickness refers to the film thickness on one side of the negative electrode active material layers formed on both surfaces of the negative electrode current collector.
[0083]
Still more preferable combinations of the positive electrode material and the negative electrode material include a combination using a LiMn composite oxide, a LiNi composite oxide, or a mixture thereof for the positive electrode material and using an amorphous carbon material for the negative electrode material. . The reasons are as follows. In order to use a battery having a small capacity per unit for an automobile, it is necessary to connect them in parallel. However, there is a case where a difference occurs in the charge / discharge state between the batteries during use and the open-circuit voltage differs. At this time, the function of automatically adjusting the discharging state (charging state) to the same level so that the open-circuit voltages of the batteries connected in parallel originally becomes substantially the same. However, for example, when a Ni-H based battery having a small slope of the open voltage with respect to the discharge state (charge state) in the charge / discharge characteristic curve is used, no difference appears in the open voltage even if the discharge states (charge states) are different from each other. Does not work, and if charging and discharging are continued as it is, overcharging and overdischarging may occur, which may promote deterioration of the battery material.
[0084]
(10) LiPF as electrolyte 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF6, LiTaF 6 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 Cl 10 Inorganic acid anion salts such as Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 Cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate and the like containing at least one lithium salt selected from organic acid anion salts such as N; chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate and diethyl carbonate; Ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; lactones such as γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; methyl propionate and the like Amides such as dimethylformamide; and a lithium ion secondary battery using an aprotic solvent in which at least one or more selected from methyl acetate and methyl formate are mixed. It is.
[0085]
(11) The lithium ion secondary battery is characterized in that the battery separator is a polyolefin-based microporous separator, for example, polyethylene, polypropylene, or a multi-layered body obtained by combining two or more layers thereof. The polyolefin-based microporous separator having the property of being chemically stable to an organic solvent has an excellent effect that the reactivity with an electrolyte (electrolyte solution) can be suppressed to a low level.
[0086]
(12) A lithium ion secondary battery characterized in that the thickness of the battery separator is 4 to 60 μm in a single layer or a multilayer. When the thickness of the separator is within the above range, it is desirable to prevent short-circuiting caused by fine particles digging into the separator and to narrow the gap between the electrodes for high output. This has the effect of ensuring high output power. In the case where a plurality of batteries are connected, the electrode area increases, so that it is desirable to use a thick separator in the above range in order to enhance the reliability of the batteries.
[0087]
(13) A lithium ion secondary battery characterized in that the diameter of the micropores of the battery separator is at most 1 μm or less. When the average diameter of the micropores in the separator is in the above range, the separator is melted by heat and the "shutdown phenomenon" in which the micropores close rapidly occurs. There is an effect that is improved. In other words, when the battery temperature rises due to overcharging (in the event of an abnormality), the "shutdown phenomenon" in which the separator melts and the micropores close, which occurs quickly, causes the battery (electrode) to move from the positive electrode (+) Li ions cannot pass through to the negative electrode (-) side, and cannot be charged any more. Therefore, overcharging cannot be performed, and overcharging is eliminated. As a result, the heat resistance (safety) of the battery can be improved, and gas can be prevented from being opened to open the heat-sealed portion (seal portion) of the battery exterior material. Here, the average diameter of the micropores of the separator is calculated as an average diameter obtained by observing the separator with a scanning electron microscope or the like and statistically processing a photograph thereof with an image analyzer or the like.
[0088]
(14) A lithium ion secondary battery, wherein the porosity of the battery separator is 20 to 50%. When the porosity of the separator is within the above range, the output and reliability are reduced because the output is prevented from decreasing due to the resistance of the electrolyte (electrolyte solution) and the short circuit is prevented due to the fine particles penetrating through the pores (micropores). It has the effect of ensuring both sexes. Here, the porosity of the separator is a value obtained as a volume ratio from the density of the raw material resin and the density of the separator of the final product.
[0089]
(15) A lithium ion secondary battery characterized in that the slope of the open-circuit voltage with respect to the discharge state (charge state) is in the range of 2 to 20 mV /% when the SOC (state of charge) is 50%. . Such a range of the slope of the open-circuit voltage is desirable from the viewpoint of easily performing the capacity calculation and providing characteristics that can withstand the voltage fluctuation of the system as a vehicle-mounted battery.
[0090]
(16) When the battery shape is a rectangular parallelepiped and the battery has a width W, a length L, and a thickness H, the W / L ratio is in the range of 0.3 to 1.0 and the W / H ratio is 5 to 100. The lithium ion secondary battery is characterized by being within the range. From the viewpoint of the heat dissipation of the battery, the ranges of the W / L ratio and the W / H ratio are desirable. Here, the width W, length L, and thickness H of the lithium ion secondary battery are as shown in FIG.
[0091]
(17) A lithium ion, wherein the battery has a rectangular parallelepiped shape, and has a width W of 50 to 200 mm, a length L of 50 to 300 mm, and a thickness H of 2 to 10 mm. It is a secondary battery. Such a shape and dimensions are desirable from the viewpoint of ease of taking out a wide battery terminal having excellent terminal heat dissipation and the heat dissipation of the battery.
[0092]
(18) The lithium ion secondary battery, wherein the width Wa of each battery terminal taken out from the battery exterior film is 20 to 90% of the length of one side of the exterior film taken out (battery width W). Battery. Here, the width Wa of the battery terminal and the length of one side of the exterior film to be taken out (the width W of the battery) are as shown in FIG. 9A. Such terminals and exterior film dimensions are desirable in that good sealing properties can be ensured and the temperature rise of the electrode terminals can be suppressed to 30 ° C. or less. By suppressing the temperature rise of the electrode terminal to 30 ° C. or less, it is possible to suppress the deterioration of the sealing property of the heat-sealed portion of the exterior film particularly in contact with the electrode terminal due to the increase of the internal pressure of the battery. is there. Furthermore, since the positive electrode and the negative electrode can be taken out from different surfaces (for example, opposite sides), the terminal width can be widened, and high output for automobiles and the like can be handled. Here, high output means that a current of about 30 C (30 A for a battery with a capacity of 1 Ah) flows. The electrode width is preferably 20 to 90% of the battery width for the same reason.
[0093]
(19) At least one method such as ultrasonic welding, heat welding, laser welding, rivet, caulking, and electron beam is used as a connection method when connecting cells (lithium ion secondary batteries) in parallel or in series. It is a battery pack of a lithium ion secondary battery characterized by the above-mentioned.
[0094]
The lithium ion secondary batteries of the above (1) to (19) and the assembled battery thereof have the following effects.
[0095]
-When connecting single cells (lithium ion secondary batteries) in parallel, if the slope of the open circuit voltage is small, connection can be made even if there is a difference in SOC, and if charging and discharging are repeated, overcharging and overdischarging may occur. There is. If there is a slope of the open circuit voltage, they can be prevented.
[0096]
-Heat dissipation is improved, heat does not accumulate in the battery element portion, and deterioration is not promoted.
[0097]
・ By increasing the width of the battery and the width of the battery terminals, a large current discharge is possible. This is particularly effective as a vehicle battery.
[0098]
・ Easy when connecting single cells (lithium ion secondary batteries) in parallel and in series.
[0099]
-If one battery pack fails, one of the batteries may be replaced. This is because when the battery pack is mounted on a vehicle, a composite battery pack in which battery packs are further connected in series, in parallel, or in series-parallel is used, but the battery packs can be connected in a replaceable manner.
[0100]
The batteries shown in the respective drawings are batteries having the following specifications.
[0101]
After covering with a polymer-metal composite film, each electrode terminal was taken out, an electrolytic solution was injected while being evacuated, and then a hole for injecting the electrolytic solution was closed.
[0102]
LiMn 2 O 4 System lithium ion secondary battery is used, and the active material of the positive electrode material is LiMn 2 O 4 However, it may be a Li-deficient type or a Li-excess type. Further, a part of Mn may be replaced by a metal element composed of at least one selected from transition metal elements other than Mn and other metal elements. Further, it may be an O-deficient type or an O-excess type. Further, a part of O may be replaced by at least one element selected from elements such as S, F, and Cl. Also, LiNiO 2 And its substitute, LiFeO 2 And its substitute, LiMnO 2 And its substitutes.
[0103]
As the negative electrode, any of the materials used for ordinary non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used. For example, lithium-based metals such as metallic lithium and lithium alloy, SnSiO 3 Metal oxides such as LiCoN 2 Metal nitrides and carbon materials. In the present invention, carbon materials such as coke, natural graphite, artificial graphite, and non-graphitizable carbon can be suitably used.
[0104]
As the electrolytic solution, a solution prepared by dissolving various lithium salts as an electrolyte in a non-aqueous solvent such as an organic solvent can be used. In this case, LiClO is used as the electrolyte. 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 6 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 Conventionally known materials such as N are exemplified. In addition, examples of the organic solvent include, but are not particularly limited to, carbonates, lactones, and ethers, and include, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, Solvents such as 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolan, and γ-butyrolactone can be used alone or in combination of two or more. The concentration of the electrolyte dissolved in these non-aqueous solvents and organic solvents is preferably 0.5 to 2.0 mol / L. By setting the concentration in such a range, the ionic conductivity of the electrolytic solution is improved, and the output can be further increased.
[0105]
Further, in the lithium secondary battery of the present invention, it is also possible to use an electrolytic medium other than the electrolytic solution, for example, a solid or viscous body in which the electrolyte is uniformly dispersed in a polymer matrix, or Can also be used. In this case, as the polymer matrix, for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride and the like can be used.
[0106]
Furthermore, in the lithium secondary battery of the present invention, a separator for preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode can be provided. As such a separator, a porous sheet of a polymer material such as polyethylene and cellulose, or a nonwoven fabric is used.
[0107]
The polymer-metal composite laminate film of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, and a conventionally known film obtained by disposing a metal film between polymer films and laminating and integrating the whole is used. can do. As a specific example, for example, it is arranged as an exterior protective layer (outermost layer of a laminate) made of a polymer film, a metal film layer, and a heat fusion layer (innermost layer of a laminate) made of a polymer film, and the whole is laminated and integrated. But should not be limited to these.
[0108]
【The invention's effect】
In the secondary battery of the present invention, by providing the battery element holding means, the adhesion between the battery elements can be improved, the expansion of the battery can be reduced even when gas is generated, and good cycle characteristics and output can be obtained. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (a) is a perspective view showing a structure of a battery element including two plate members and a sandwiching means composed of the plate member coupling means, and FIG. 1 (b) is a perspective view showing the structure of the two battery members. It is a front view showing the structure of the battery element provided with the board material and the holding means which consists of this board material coupling means.
FIG. 2 (a) is a perspective view showing a structure of a battery element including the holding means of the first embodiment, and FIG. 2 (b) is a sectional view taken on line A- of FIG. 2 (a). FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line A, FIG. 2C is a front view of FIG. 2A, and FIG. 2D is an enlarged view of a hooked portion of FIG. .
FIG. 3 (a) is a perspective view schematically showing a state immediately before a single plate is bent and engaged with a battery element so as to include a holding means, and FIG. 3 (b). FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3A, and FIG. 3C is a diagram illustrating a state in which one sheet material is bent after the battery element of FIG. It is an enlarged view of the engaging part which is engaged.
FIG. 4 (a) is a perspective view showing a structure of a battery element provided with the holding means of the second embodiment, and FIG. 4 (b) is a sectional view taken on line A- of FIG. 4 (a). FIG. 4C is a cross-sectional view taken along a line A, and FIG. 4C is an enlarged view of a hooked portion in FIG.
FIG. 5 (a) is a perspective view showing the structure of a battery element provided with the holding means of the third embodiment, and FIG. 5 (b) is a perspective view of A- in FIG. 5 (a). FIG. 5C is a cross-sectional view taken along the line A, and FIG. 5C is an enlarged view of a hooked portion in FIG.
FIG. 6 (a) is a perspective view showing the structure of a battery element provided with the holding means of the first embodiment, and FIG. 6 (b) is a sectional view taken on line A- of FIG. 6 (a). FIG. 6C is a cross-sectional view along the line A, and FIG. 6C is an enlarged view of a hooked portion in FIG.
FIG. 7A is a perspective view showing a structure of a battery element including the holding means of the second embodiment, and FIG. 7B is a perspective view of FIG. FIG. 7C is a cross-sectional view along the line A, and FIG. 7C is an enlarged view of a hooked portion in FIG.
FIG. 8A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1A when the plate is a terminal, and FIG. 8B is a cross-sectional view of the plate of FIG. 8A. FIG. 8C is an enlarged view showing a state of a contact portion between the terminal and the battery element on the positive electrode terminal side, and FIG. 8C is a line AA in FIG. 1A when the plate material is a current collector. 8D is an enlarged view showing a state of a contact portion between the current collector and the battery element on the positive electrode current collector side of the plate member of FIG. 8C. .
FIG. 9A is a perspective view schematically showing a battery in which a wide electrode terminal is projected from a battery exterior, and FIG. 9B is a perspective view of A in FIG. 9A. It is sectional drawing along the -A line.
FIG. 10 is a plan view schematically illustrating a battery group in which secondary batteries are electrically connected in parallel, and an internal configuration of a battery pack in which electrical connections are further electrically connected in series.
FIG. 11 is a schematic perspective view schematically showing a composite battery pack characterized in that at least two or more of the above battery packs are connected in series, in parallel, or in series and in parallel.
FIG. 12 is a schematic view schematically showing a vehicle equipped with the secondary battery, the assembled battery, and / or the composite assembled battery.
[Explanation of symbols]
1:
3 tape, 4 protrusions,
4a: hook portion, 5, 5a, 5b: hole portion,
6 ... weld, 11 ... rechargeable battery,
12. Battery exterior material (polymer-metal composite laminate film),
13 ... a positive electrode terminal of a secondary battery; 14 ... a negative electrode terminal of a secondary battery;
15: heat-sealed part, 16: positive electrode,
17 ... negative electrode, 18 ... separator,
19: negative electrode current collector, 21: assembled battery,
22: assembled battery case, 23: positive terminal of assembled battery,
24 ... negative terminal of assembled
32 ... external positive
34 ... battery assembly positive
36 ... connecting plate, 37 ... fixing screw,
38: Positive insulating cover, 39: Negative insulating cover,
41: EV, HEV or FCV.
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