特開 2023-147003 電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023147003

(43)【公開日】2023-10-12

(54)【発明の名称】電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20231004BHJP

   H01M 10/0587 20100101ALI20231004BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20231004BHJP

   H01M 10/0566 20100101ALI20231004BHJP

【ＦＩ】

H01M10/04 W

H01M10/0587

H01M10/052

H01M10/0566

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022054501

(22)【出願日】2022-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(72)【発明者】

【氏名】筧 真一朗

【テーマコード（参考）】

5H028

5H029

【Ｆターム（参考）】

5H028AA05

5H028BB08

5H028CC07

5H028CC08

5H028CC13

5H029AJ05

5H029CJ07

5H029DJ14

5H029HJ12

(57)【要約】

【課題】サイクル特性の向上が図られた電池を提供する。
【解決手段】 電池１においては、巻回芯２２の表面に形成された複数のヘアライン２５により、電解液１３中に存在する気泡や不純物に対して接触する比表面積の縮小が図られている。そのため、気泡や不純物が巻回芯２２の表面に付着しにくく留まりづらくなっており、充放電時に劣化しにくいため、高いサイクル特性を実現することができる。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

巻回芯と、該巻回芯の外周面に取り付けられるとともに前記巻回芯に巻回されたセパレータと、該セパレータを介して重なるとともに前記巻回芯に巻回された正極板および負極板とを有する電極体と、
前記電極体を収容する外装体と、
前記外装体内に充填された電解液と
を備え、
前記電極体の巻回芯の表面の少なくとも一部に、同一方向に延びる複数のヘアラインが形成されている、電池。

【請求項2】

前記巻回芯が円筒状であり、前記複数のヘアラインが前記巻回芯の外周面および内周面の少なくとも一方に形成されている、請求項１に記載の電池。

【請求項3】

前記複数のヘアラインが、前記巻回芯の延在方向に対して平行に延びている、請求項１または２に記載の電池。

【請求項4】

前記複数のヘアラインが、前記巻回芯の延在方向に対して交差する方向に延びている、請求項１または２に記載の電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、設置型の蓄電池が多数提案されている。蓄電池が一般家庭に普及することで、電力需給の安定化が期待される。蓄電池の一種として、コストに有利な金属缶を用いたリチウム二次電池が知られている。リチウム二次電池では、量産性の観点から、円筒状の外装体を用いられるのが一般的である。外装体の内部には、セパレータを介して正極板と負極板とが巻回芯に巻回された電極体が収容される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１－２８３６０６号公報

【特許文献2】特開平９－９２３３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したリチウム二次電池においては、外装体の内部に電解液を注入する際に生じた気泡や電解液に含まれている不純物が、巻回芯の表面に付着して留まることがある。この場合、充放電時において電池の劣化が進み、十分なサイクル特性が得られなくなる。

【0005】

本発明の一側面は、サイクル特性の向上が図られた電池を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面に係る電池は、巻回芯と、該巻回芯の外周面に取り付けられるとともに巻回芯に巻回されたセパレータと、該セパレータを介して重なるとともに巻回芯に巻回された正極板および負極板とを有する電極体と、電極体を収容する外装体と、外装体内に充填された電解液とを備え、電極体の巻回芯の表面の少なくとも一部に、同一方向に延びる複数のヘアラインが形成されている。

【0007】

上記電池においては、巻回芯の表面に形成された複数のヘアラインにより、電解液中の気泡や不純物が付着しにくく留まりづらくなっているため、充放電時に劣化しにくい。それにより、高いサイクル特性を実現することができる。

【0008】

他の側面に係る電池では、巻回芯が円筒状であり、複数のヘアラインが巻回芯の外周面および内周面の少なくとも一方に形成されている。

【0009】

他の側面に係る電池では、複数のヘアラインが、巻回芯の延在方向に対して平行に延びている。

【0010】

他の側面に係る電池では、複数のヘアラインが、巻回芯の延在方向に対して交差する方向に延びている。

【発明の効果】

【0011】

本発明の種々の側面によれば、サイクル特性の向上が図られた電池が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態に係る電池を示す概略断面図である。

【図2】図１に示した電池の電極体を示した斜視図である。

【図3】巻回芯に正極板および負極板が巻回される様子を示した図である。

【図4】巻回芯を構成する樹脂シートを示した図である。

【図5】図４に示した樹脂シートに形成されたヘアラインの一形態を示した図である。

【図6】図４に示した樹脂シートに形成されたヘアラインの一形態を示した図である。

【図7】図４に示した樹脂シートに形成されたヘアラインの一形態を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための形態を説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

【0014】

一実施形態に係る電池１について、図１を参照しつつ説明する。電池１は、蓄電池の一種であるリチウム二次電池である。電池１は、外装体１０と、外装体１０内に収容された電極体２０とを備えて構成されている。

【0015】

外装体１０は、両端部の開口が塞がれた円筒状の形状を有し、その外形は略円柱状である。外装体１０は、より詳しくは、円筒部１１と封口板１２とを備えて構成されている。円筒部１１は、金属で構成されており、有底円筒状の形状を有する。封口板１２は、金属で構成されており、略円板状の形状を有する。封口板１２は、外装体１０内が密閉されるように円筒部１１の端部開口を塞いでいる。円筒部１１と封口板１２とによって密閉された外装体１０の内部には電解液１３が充填されている。

【0016】

電極体２０は、略円柱状の外形を有し、外装体１０の延在方向に沿うようにして外装体１０内に収容されている。図２、３に示すように、電極体２０は、巻回芯２２とセパレータ２４と正極板２６と負極板２８とを備えて構成されている。

【0017】

巻回芯２２は、中空材で構成されている。巻回芯２２は絶縁材料で構成されており、たとえば樹脂で構成することができる。本実施形態において、巻回芯２２は円環状の断面を有する。巻回芯２２の両端部には、巻回芯２２の径より大径のフランジを設けてもよい。

【0018】

図３に示すように、巻回芯２２の外周面には２枚のセパレータ２４が取り付けられている。２枚のセパレータ２４は、いずれも矩形シート状を呈し、互いに重なるようにして巻回芯２２に巻回されている。２枚のセパレータ２４のそれぞれの端部は巻回芯２２の外周面に接しており、接着材によって巻回芯２２に接着されていてもよく、巻回芯２２に接着されていなくてもよい。２枚のセパレータ２４は、一方のセパレータ２４上には正極板２６が配置されるとともに他方のセパレータ２４上には負極板２８が配置された状態で、巻回芯２２に巻回されている。そのため、正極板２６と負極板２８とは、セパレータ２４を介して重なるようにして巻回芯２２に巻回されている。

【0019】

図１に示すように、電極体２０の上側には円板状の絶縁板３０Ａが配置されており、正極板２６の正極リード２７は絶縁板３０Ａの上方まで引き延ばされて、正極端子として機能する封口板１２と電気的に接続されている。電極体２０の下側にも円板状の絶縁板３０Ｂが配置されており、負極板２８の負極リード２９は絶縁板３０Ｂの下方まで引き延ばされて、負極端子として機能する円筒部１１の底面に電気的に接続されている。

【0020】

封口板１２には、図１に示すようにガス弁４０が設けられている。ガス弁４０は、外装体１０の内圧に開閉するように構成されている。具体的には、ガス弁４０は、規定の内圧より低いときは閉じたままであり、その規定の内圧を超えたときには開いてガスを外部に排出する。

【0021】

ここで、巻回芯２２の構造について、図４～７を参照しつつ説明する。巻回芯２２は、図４に示すような長方形状の樹脂シート２３が円筒状に丸められて形成されている。樹脂シート２３の厚さは一例として３０μｍである。図４のように展開された樹脂シート２３では、上面２３ａが巻回芯２２の内周面に相当し、下面２３ｂが巻回芯２２の外周面に相当する。樹脂シート２３の上面２３ａおよび下面２３ｂの少なくとも一方には、図５～７で示されたような複数のヘアライン２５が形成されている。複数のヘアライン２５は、同一方向に沿って延びる擦り傷状の凹部である。各ヘアライン２５の深さは、樹脂シート２３の厚さ（すなわち、巻回芯２２の厚さ）に対して０．０１～７０％（一例として、０．０７％）であり、０．０２μｍ以上に設計することができる。各ヘアライン２５の深さを樹脂シート２３の厚さに対して７０％以下とすることで、樹脂シート２３の強度を高く保つことができる。複数のヘアライン２５の間において、深さが同じであってもよく、深さが異なっていてもよい。ヘアライン２５は、公知のヘアライン加工により形成することができ、たとえば樹脂シート２３より硬い材料（たとえば金属材料）を樹脂シート２３の上面２３ａや下面２３ｂに擦りつけることで形成することができる。

【0022】

複数のヘアライン２５の延在方向は、図５に示すように樹脂シート２３の長辺方向（巻回芯２２の延在方向に対して平行な方向）であってもよく、図６に示すように樹脂シート２３の短辺方向（巻回芯２２の延在方向に対して直交する方向）であってもよく、図７に示すように樹脂シート２３の長辺および短辺に対して交差する方向（巻回芯２２の延在方向から逸れた方向）であってもよい。図７に示したヘアライン２５は、巻回芯２２の延在方向に沿って螺旋状に延在する。

【0023】

複数のヘアライン２５は、樹脂シート２３の上面２３ａおよび下面２３ｂの両面に形成されていてもよく、いずれか一方に形成されていてもよい。複数のヘアライン２５が樹脂シート２３の両面に形成されている場合、上面２３ａに形成された複数のヘアライン２５の延在方向と、下面２３ｂに形成された複数のヘアライン２５の延在方向とは同じであってもよく、異なっていてもよい。複数のヘアライン２５は、樹脂シート２３の上面２３ａおよび下面２３ｂの全域に形成されていてもよく、一部の領域に形成されていてもよい。樹脂シート２３には、複数のヘアライン２５とは異なる方向に延びるヘアラインが形成されていてもよい。

【0024】

上述した電池１においては、巻回芯２２の表面に形成された複数のヘアライン２５により、電解液１３中に存在する気泡や不純物に対して接触する比表面積の縮小が図られている。そのため、気泡や不純物が巻回芯２２の表面に付着しにくく留まりづらくなっている。そのため、たとえば電解液１３の注液時に、外装体１０内を電解液１３がスムーズに流れて電極体２０の浸漬が促進されることで、電解液１３の染みこみ不足がなくなる。その結果、充放電時における電池１の劣化が抑制され、高いサイクル特性を実現することができる。

【0025】

特に、図５に示すように複数のヘアライン２５が巻回芯２２の延在方向に対して直交する方向に延びる場合には、セパレータ２４を巻回芯２２に巻く巻回工程中に、巻回芯２２と巻回芯２２に挿入されて巻回工程の回転中心となる治具（マンドレル）との間、または、巻回芯２２とセパレータ２４との間における巻回芯２２の延在方向に関する滑りを抑制する効果がある。

【0026】

各ヘアライン２５の深さは、巻回芯２２の厚さに対して０．０１～７０％であり、この範囲の厚さとすることで、気泡や不純物が巻回芯２２の表面により付着しにくくなる。加えて、各ヘアライン２５の厚さが、巻回芯２２の厚さに対して７０％より厚い場合には巻回芯２２の強度を十分に保つのが難しくなり、電解液１３中のガス（気泡）をガス弁まで導きづらい。

【0027】

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。巻回芯の形状は、円筒状に限らず、たとえば角筒状や楕円筒状であってもよい。巻回芯は、中空形状であっても中実形状であってもよく、中実形状の場合はたとえば円柱状、角柱状、平板状であってもよい。また、電極体は、円柱状の外形を有するものに限らず、角柱状の外形を有するものであってもよい。この場合、外装体も角柱状の外形を有していてもよい。

【符号の説明】

【0028】

１…電池、１０…外装体、１３…電解液、２０…電極体、２２…巻回芯、２３…樹脂シート、２４…セパレータ、２５…ヘアライン、２６…正極板、２８…負極板。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】