JP2009104849A - Negative electrode collector, secondary battery, battery pack, and vehicle mounting them - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode current collector capable of cutting off current by devising a current path of the negative electrode current collector, and by partly fusing a short circuit point of the negative electrode current collector. <P>SOLUTION: The negative electrode current collector 13 is composed of an insulating layer 13a having electric insulating characteristics, and a conductive part 13b formed on a surface of the insulating layer 13a.A plurality of metal parts extended in a battery terminal direction are independent from each other and arranged in a comb-shaped state in the conductive part 13b. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、負極集電体、これを用いた二次電池、これを用いた組電池およびこれらを搭載した車両に関する。   The present invention relates to a negative electrode current collector, a secondary battery using the same, a battery pack using the same, and a vehicle equipped with these.

二次電池は、充電を行うことにより電気を蓄えて電池として繰り返し使用することができる化学電池である。二次電池は、デジタルカメラ、携帯電話などの小型機器、および電気自動車、電動自転車などの車両機器の分野において需要が高まってきている。特に、電気自動車などの車両機器に用いられるモータ駆動用の二次電池としては、非水電解質電池(非水系溶媒型二次電池とも称される)、中でも全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。   A secondary battery is a chemical battery that can be repeatedly used as a battery by storing electricity by charging. The demand for secondary batteries is increasing in the fields of small devices such as digital cameras and mobile phones, and vehicle devices such as electric cars and electric bicycles. In particular, as a secondary battery for driving a motor used in vehicle equipment such as an electric vehicle, a non-aqueous electrolyte battery (also referred to as a non-aqueous solvent-type secondary battery), among them, the highest theoretical energy among all batteries. Lithium-ion secondary batteries having a high profile are attracting attention and are currently being developed rapidly.

リチウムイオン二次電池を例にとると、リチウムイオン二次電池は、一般的には、接着剤(バインダー)を用いて正極活物質などを正極集電体の両面に塗布した正極、リチウムイオンの移動を許容する電解質層、およびバインダーを用いて負極活物質などを負極集電体の両面に塗布した負極が積層した積層体(電池要素)を有する。   Taking a lithium ion secondary battery as an example, a lithium ion secondary battery generally includes a positive electrode in which a positive electrode active material or the like is applied to both surfaces of a positive electrode current collector using an adhesive (binder), and a lithium ion secondary battery. An electrolyte layer that allows movement, and a laminate (battery element) in which negative electrodes obtained by applying a negative electrode active material or the like to both surfaces of a negative electrode current collector using a binder are laminated.

正極集電体、および/または負極集電体に金属箔を用いたリチウムイオン二次電池は、電池の内部短絡により放電し、充電しても電圧が維持できなくなり、使用できなくなるおそれがあった。このため、集電体において、内部短絡による放電を防ぐことは、リチウムイオン二次電池が、長期信頼性を確保して作動する上で重要な課題となっている。   Lithium ion secondary batteries using metal foil for the positive electrode current collector and / or the negative electrode current collector are discharged due to an internal short circuit of the battery, and the voltage cannot be maintained even when charged, and there is a possibility that it cannot be used. . For this reason, in a current collector, preventing discharge due to an internal short circuit is an important issue in operating a lithium ion secondary battery with long-term reliability.

したがって、内部短絡による放電を防ぐ技術として、例えば、下記特許文献1に記載されているように、集電体に貫通孔を格子状に配列形成させることで、短絡部の接触抵抗を上げて短絡電流を小さくし電流を抑制することができるリチウム二次電池が提案されている(下記特許文献1参照)。
特許第3696790号明細書
Therefore, as a technique for preventing discharge due to an internal short circuit, for example, as described in Patent Document 1 below, by forming through holes in a grid in the current collector, the contact resistance of the short circuit part is increased and short circuited. A lithium secondary battery that can reduce the current and suppress the current has been proposed (see Patent Document 1 below).
Japanese Patent No. 3696790

しかしながら、この従来技術は、携帯電話用の小容量バッテリーを例に挙げ、異常時に流れる電流も少ないことが前提であって、自動車用などの大容量バッテリーのように、大きな電流が流れることを利用し、集電体の短絡箇所を溶融させて、短絡箇所を遮断するという発想そのものがなかった。   However, this conventional technology uses a small-capacity battery for mobile phones as an example, and it is premised on that a small amount of current flows in the event of an abnormality, and utilizes the fact that a large current flows like a large-capacity battery for automobiles etc. However, there was no idea of melting the short-circuit portion of the current collector and blocking the short-circuit portion.

さらに、大容量バッテリーを想定し、集電体の短絡箇所を溶融させる場合であっても、一般に、正極集電体の材質に用いられるアルミニウムなど融点が低い金属は、正極集電体の形状または厚さにかかわらず、溶融させることは比較的容易であるが、負極集電体の材質に用いられる銅など融点が高い金属を溶融させることは困難であるという問題があった。   Furthermore, assuming a large-capacity battery, even when the short-circuited portion of the current collector is melted, generally, a metal having a low melting point such as aluminum used for the material of the positive electrode current collector is in the shape of the positive electrode current collector or It is relatively easy to melt regardless of the thickness, but there is a problem that it is difficult to melt a metal having a high melting point such as copper used for the material of the negative electrode current collector.

したがって、本発明は、上記問題点を解決し、電気自動車などの大容量バッテリーにおいて、負極集電体の電流経路を工夫し、負極集電体の短絡箇所を部分的に溶融させて電流を遮断させることができ、かつ、二次電池全体の電圧バランスに与える影響を抑えることができる負極集電体およびそれを備えた二次電池の提供を目的とする。   Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems, devise the current path of the negative electrode current collector in a large capacity battery such as an electric vehicle, and partially melts the short-circuit portion of the negative electrode current collector to cut off the current It is an object of the present invention to provide a negative electrode current collector that can be reduced and that can suppress the influence on the voltage balance of the entire secondary battery, and a secondary battery including the same.

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。   The above object of the present invention is achieved by the following means.

本発明の負極集電体は電気絶縁性を有する絶縁層および当該絶縁層の表面に形成される導電部からなる負極集電体であって、前記導電部は、電池端子方向に延在する複数の金属部が互いに独立して櫛型状に配列されたことを特徴とする。   The negative electrode current collector of the present invention is a negative electrode current collector comprising an insulating layer having electrical insulation and a conductive part formed on the surface of the insulating layer, wherein the conductive part is a plurality extending in the battery terminal direction. The metal parts are arranged in a comb shape independently of each other.

本発明の二次電池は、上記負極集電体上に負極活物質層を有する負極と、正極活物質層を有する正極とが、電解質層を介して積層されてなる二次電池であって、前記負極集電体上に櫛型状に配列された隣接する金属部の所定の間隔は、前記負極活物質層と前記電解質層と前記正極活物質層とを積層した厚みの100倍以下の間隔であることを特徴とする。   The secondary battery of the present invention is a secondary battery in which a negative electrode having a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector and a positive electrode having a positive electrode active material layer are laminated via an electrolyte layer, The predetermined interval between adjacent metal parts arranged in a comb shape on the negative electrode current collector is an interval of 100 times or less the thickness of the stacked negative electrode active material layer, the electrolyte layer, and the positive electrode active material layer. It is characterized by being.

本発明の組電池は、前記二次電池を直並列に接続して構成することを特徴とする。   The assembled battery of the present invention is configured by connecting the secondary batteries in series and parallel.

本発明の車両は、前記組電池を搭載することを特徴とする。   The vehicle according to the present invention includes the assembled battery.

本発明によれば、負極集電体の電流経路を工夫することで、短絡時に、負極集電体の短絡箇所を部分的に溶融させて電流を遮断し、短絡箇所を電気的に分離し、短絡による二次電池全体の電圧バランスに与える影響を抑えることができる。   According to the present invention, by devising the current path of the negative electrode current collector, at the time of a short circuit, the short circuit part of the negative electrode current collector is partially melted to interrupt the current, and the short circuit part is electrically separated, The influence which it has on the voltage balance of the whole secondary battery by a short circuit can be suppressed.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面では、説明の明確化のために各構成要素を誇張して表現している。また、図中、同様の部材には同一の符号を用いた。さらに、本発明のそれぞれの実施形態では、リチウムイオン二次電池を例にとって説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, each component is exaggerated for clarity of explanation. Moreover, the same code | symbol was used for the same member in the figure. Furthermore, in each embodiment of the present invention, a lithium ion secondary battery will be described as an example.

(第1の実施の形態)
図1は、本実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の外観図である。図2は、図1に示すリチウムイオン二次電池100を電池端子(タブ)方向に切断した断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is an external view of a lithium ion secondary battery according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the lithium ion secondary battery 100 shown in FIG. 1 cut in the battery terminal (tab) direction.

本実施の形態のリチウムイオン二次電池100は、概説すれば、絶縁層および当該絶縁層の表面に形成される導電部からなる負極集電体を含み、導電部は、電池端子方向に延在する複数の金属部が互いに独立して櫛型状に配列されるものである。   In summary, lithium ion secondary battery 100 of the present embodiment includes a negative electrode current collector composed of an insulating layer and a conductive portion formed on the surface of the insulating layer, and the conductive portion extends in the direction of the battery terminal. The plurality of metal parts are arranged in a comb shape independently of each other.

リチウムイオン二次電池100は、たとえば、図1に示すように長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ30A、負極タブ30Bが引き出されている。電池要素10は、リチウムイオン二次電池100の外装材(たとえば、ラミネートフィルム)20によって包まれ、その周囲は熱融着されており、正極タブ30Aおよび負極タブ30Bを引き出した状態で密封されている。   The lithium ion secondary battery 100 has, for example, a rectangular flat shape as shown in FIG. 1, and a positive electrode tab 30 </ b> A and a negative electrode tab 30 </ b> B for taking out electric power are drawn out from both sides thereof. . The battery element 10 is wrapped with an exterior material (for example, a laminate film) 20 of the lithium ion secondary battery 100, the periphery thereof is heat-sealed, and the battery element 10 is sealed with the positive electrode tab 30A and the negative electrode tab 30B pulled out. Yes.

電池要素10は、物質の化学反応などを利用して電気を発生させるためのものである。電池要素10は、図2に示すように、正極集電体11および正極集電体11の両面に形成された正極活物質層12からなる正極と、負極集電体13および負極集電体13の両面に形成された負極活物質層14からなる負極とを有する。電池要素10は、正極および負極が電解質層15を介して複数積層されて形成される。正極集電タブ部40Aは、電池要素10の複数の正極集電体11の端部が延長され接続されたものであり、電気を取り出すための正極タブ30Aと接続する。また、負極集電タブ部40Bは、電池要素10の複数の負極集電体13の端部から延長されたものであり、電気を取り出すための負極タブ30Bと接続する。なお、本実施の形態では、電池要素10の最外層に位置する正極集電体11および負極集電体13には、片面のみに、正極活物質層12および負極活物質層14が形成されている。また、本実施の形態では、正極タブ30Aが、下側の正極集電タブ部40Aの負極集電体13と接触して短絡することを防止するために、正極タブ30Aと負極集電体13との間には絶縁層35が設けられる。同様に、負極タブ30Bが、上側の負極集電タブ部40Bの正極集電体11と接触して短絡することを防止するために、負極30Bと正極集電体11との間には絶縁層35が設けられる。絶縁層35は、たとえば、カプトンテープのような電気絶縁テープまたは絶縁紙などからなる。さらに、正極、負極、および電解質層の積層数は、図2に示す形態に限定されるものではない。   The battery element 10 is for generating electricity using a chemical reaction of a substance. As shown in FIG. 2, the battery element 10 includes a positive electrode made of a positive electrode current collector 11 and a positive electrode active material layer 12 formed on both surfaces of the positive electrode current collector 11, a negative electrode current collector 13, and a negative electrode current collector 13. And a negative electrode composed of the negative electrode active material layer 14 formed on both surfaces of the negative electrode. The battery element 10 is formed by stacking a plurality of positive electrodes and negative electrodes with an electrolyte layer 15 interposed therebetween. The positive electrode current collecting tab portion 40A is formed by extending and connecting the ends of the plurality of positive electrode current collectors 11 of the battery element 10, and is connected to the positive electrode tab 30A for taking out electricity. Moreover, the negative electrode current collection tab part 40B is extended from the edge part of the some negative electrode collector 13 of the battery element 10, and is connected with the negative electrode tab 30B for taking out electricity. In the present embodiment, positive electrode active material layer 12 and negative electrode active material layer 14 are formed only on one side of positive electrode current collector 11 and negative electrode current collector 13 located in the outermost layer of battery element 10. Yes. In the present embodiment, the positive electrode tab 30A and the negative electrode current collector 13 are prevented in order to prevent the positive electrode tab 30A from coming into contact with the negative electrode current collector 13 of the lower positive electrode current collector tab portion 40A. An insulating layer 35 is provided between the two. Similarly, in order to prevent the negative electrode tab 30B from coming into contact with the positive electrode current collector 11 of the upper negative electrode current collection tab portion 40B and short-circuiting, an insulating layer is provided between the negative electrode 30B and the positive electrode current collector 11. 35 is provided. The insulating layer 35 is made of, for example, an electric insulating tape such as Kapton tape or insulating paper. Furthermore, the number of stacked positive electrodes, negative electrodes, and electrolyte layers is not limited to the form shown in FIG.

以下、電池要素10を構成する正極集電体、正極活物質層、電解質層、負極活物質層、および負極集電体について詳細に説明する。   Hereinafter, the positive electrode current collector, the positive electrode active material layer, the electrolyte layer, the negative electrode active material layer, and the negative electrode current collector that constitute the battery element 10 will be described in detail.

[正極集電体]
正極集電体11は、絶縁層11aおよび絶縁層11aの両表面に形成される導電部11bからなる。絶縁層11aは、高い絶縁性を有する樹脂材料であるポリイミドから形成される。なお、本実施の形態と異なり、絶縁層11aは、ポリエチレンテレフタレート(PET)、フェノール樹脂、およびエポキシなどの熱硬化性樹脂、または、ゴム、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ABS樹脂、ポリエチレン、およびポリプロピレンなどの伸展性樹脂からなることができる。あるいは、絶縁層11aは、たとえば、上記材料からなる薄膜が2つ以上組み合わされた多層構造に形成されることもできる。導電部11bは、好適にアルミニウムが用いられる。なお、導電部11bは、アルミニウムに限られず、ニッケル、銅などの金属を用いることもできる。
[Positive electrode current collector]
The positive electrode current collector 11 includes a conductive portion 11b formed on both surfaces of the insulating layer 11a and the insulating layer 11a. The insulating layer 11a is formed from polyimide, which is a resin material having high insulating properties. Unlike the present embodiment, the insulating layer 11a is made of a thermosetting resin such as polyethylene terephthalate (PET), phenol resin, and epoxy, or rubber, vinyl chloride resin, polystyrene, ABS resin, polyethylene, polypropylene, and the like. It can be made of an extensible resin. Alternatively, the insulating layer 11a can be formed in a multilayer structure in which two or more thin films made of the above materials are combined, for example. Aluminum is preferably used for the conductive part 11b. The conductive portion 11b is not limited to aluminum, and a metal such as nickel or copper can also be used.

[正極活物質層]
正極活物質層12は、リチウムイオン二次電池100の充放電反応の中心を担う正極活物質を含む層である。正極活物質としては、リチウム―遷移金属酸化物が好適に用いられる。なお、正極活物質として、リチウム―遷移金属酸化物以外にも、リチウム―遷移金属リン酸化合物、またはリチウム―遷移金属酸化化合物を用いることもできる。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer 12 is a layer containing a positive electrode active material that plays a central role in the charge / discharge reaction of the lithium ion secondary battery 100. As the positive electrode active material, a lithium-transition metal oxide is preferably used. In addition to the lithium-transition metal oxide, a lithium-transition metal phosphate compound or a lithium-transition metal oxide compound can also be used as the positive electrode active material.

正極活物質層12は、正極活物質の他、結着剤(バインダー)、導電助剤などの添加物を含む。バインダーとしては、たとえば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)である。導電助剤は、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物であって、好適には炭素繊維である。   In addition to the positive electrode active material, the positive electrode active material layer 12 includes additives such as a binder (binder) and a conductive additive. An example of the binder is polyvinylidene fluoride (PVdF). The conductive assistant is an additive blended to improve the conductivity of the active material layer, and is preferably carbon fiber.

[電解質層]
電解質層15は、たとえば、電解液を含浸させたセパレータで構成される。セパレータを含浸させることのできる電解質としては、LiPF、LiBFなどのリチウム塩があげられる。セパレータは、たとえば、電解質を吸収保持するポリマーからなる多孔性シートを用いることができる。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer 15 is composed of, for example, a separator impregnated with an electrolytic solution. Examples of the electrolyte that can be impregnated with the separator include lithium salts such as LiPF 6 and LiBF 4 . As the separator, for example, a porous sheet made of a polymer that absorbs and holds an electrolyte can be used.

[負極活物質層]
負極活物質層14は、リチウムイオン二次電池100の充放電反応の中心を担う負極活物質を含む層である。負極活物質としては、炭素材料が好適に用いられる。また、負極の充填効率や、導電性の確保のために、大きさの異なる炭素材料を用いることが望ましい。炭素材料としては、たとえば、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛系炭素材料、カーボンブラック、活性炭が挙げられる。なお、負極活物質は、炭素材料に限られず、たとえば、Si系材料、Sn系材料などの材料を用いてもよい。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer 14 is a layer containing a negative electrode active material that plays a central role in the charge / discharge reaction of the lithium ion secondary battery 100. A carbon material is preferably used as the negative electrode active material. In addition, it is desirable to use carbon materials having different sizes in order to ensure negative electrode filling efficiency and conductivity. Examples of the carbon material include graphite-based carbon materials such as natural graphite and artificial graphite, carbon black, and activated carbon. The negative electrode active material is not limited to a carbon material, and for example, a material such as a Si-based material or a Sn-based material may be used.

負極活物質層14は、負極活物質の他、バインダー、導電助剤などの添加物を含む。バインダーとしては、官能基を導入したフッ素系樹脂が用いられ、たとえば、ポリフッ化ビニリデンである。導電助剤としては、正極活物質層12と同様に、好適には炭素繊維が用いられる。   The negative electrode active material layer 14 includes additives such as a binder and a conductive additive in addition to the negative electrode active material. As the binder, a fluorine resin into which a functional group is introduced is used, for example, polyvinylidene fluoride. As the conductive assistant, carbon fiber is preferably used as in the positive electrode active material layer 12.

ここで、負極活物質層14に含まれる負極活物質、接着剤、および導電助剤に対する接着剤の重量比率は6%以下であることが望ましい。負極活物質層14内のバインダーを、負極集電体13の基材となる絶縁物(絶縁層13a)との接着性の良い樹脂を用いることで、バインダーの添加量を少なくしても結着性を保つことができる。したがって、負極集電体13を覆い、反応を阻害するバインダーを6%以下にすることで、負極の出力を向上させることができ、負極活物質の含有量を増やせることから、エネルギー密度も増加させることができる。   Here, the weight ratio of the adhesive to the negative electrode active material, the adhesive, and the conductive additive contained in the negative electrode active material layer 14 is preferably 6% or less. The binder in the negative electrode active material layer 14 can be bound even if the amount of the binder added is reduced by using a resin having good adhesiveness to the insulator (insulating layer 13a) serving as the base material of the negative electrode current collector 13. Can keep sex. Therefore, by covering the negative electrode current collector 13 and setting the binder that inhibits the reaction to 6% or less, the output of the negative electrode can be improved and the content of the negative electrode active material can be increased, so that the energy density is also increased. be able to.

[負極集電体]
負極集電体13は、絶縁層13aおよび絶縁層13aの両表面に形成される導電部13bからなる。具体的には、負極集電体13は、絶縁層13aの両表面上に、導電部13bが電池端子方向(タブ30B方向)に延在する複数の金属部が互いに独立して櫛型状に配列されるものである。したがって、負極集電体13は、電池端子方向の導電率が、電池端子方向と垂直方向の導電率より高くなる。前記櫛型状に配列された隣接する金属部の所定の間隔は、負極活物質層14と電解質層15と正極活物質層12とを積層した厚みの100倍以下の間隔である。なお、導電部13bの詳細な説明は後述する。
[Negative electrode current collector]
The negative electrode current collector 13 includes a conductive portion 13b formed on both surfaces of the insulating layer 13a and the insulating layer 13a. Specifically, the negative electrode current collector 13 has a plurality of metal parts in which the conductive parts 13b extend in the battery terminal direction (in the tab 30B direction) on both surfaces of the insulating layer 13a independently of each other in a comb shape. To be arranged. Therefore, the negative electrode current collector 13 has a higher conductivity in the battery terminal direction than in the direction perpendicular to the battery terminal direction. The predetermined interval between adjacent metal parts arranged in a comb shape is an interval of 100 times or less the thickness of the stacked negative electrode active material layer 14, electrolyte layer 15, and positive electrode active material layer 12. A detailed description of the conductive portion 13b will be described later.

絶縁層13aは、高い絶縁性を有する樹脂材料であるポリイミドから形成される。なお、本実施の形態と異なり、絶縁層13aは、ポリエチレンテレフタレート(PET)、フェノール樹脂、およびエポキシなどの熱硬化性樹脂、または、ゴム、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ABS樹脂、ポリエチレン、およびポリプロピレンなどの伸展性樹脂からなることができる。あるいは、絶縁層13aは、たとえば、上記材料からなる薄膜が2つ以上組み合わされた多層構造に形成されることもできる。絶縁層13aの厚みは、3〜30μmであることが望ましい。絶縁層13aの厚みが3μm以下であると、絶縁層13aの表面に集電箔を塗布する塗布工程で、塗布装置によって印加されるテンションに耐えるための十分な厚みが確保できない。また、絶縁層13bの厚みが30μm以上であると、負極集電体13の重量増加を最小限に抑える観点から好ましくない。   The insulating layer 13a is formed from polyimide, which is a resin material having high insulating properties. Unlike this embodiment, the insulating layer 13a is made of a thermosetting resin such as polyethylene terephthalate (PET), phenol resin, and epoxy, or rubber, vinyl chloride resin, polystyrene, ABS resin, polyethylene, polypropylene, and the like. It can be made of an extensible resin. Alternatively, the insulating layer 13a can be formed in a multilayer structure in which two or more thin films made of the above materials are combined, for example. The thickness of the insulating layer 13a is desirably 3 to 30 μm. If the thickness of the insulating layer 13a is 3 μm or less, it is not possible to ensure a sufficient thickness to withstand the tension applied by the coating device in the coating step of coating the current collector foil on the surface of the insulating layer 13a. Further, if the thickness of the insulating layer 13b is 30 μm or more, it is not preferable from the viewpoint of minimizing the weight increase of the negative electrode current collector 13.

導体部13bは、リチウムと合金化しない銅からなり、蒸着法などによって絶縁層13aと一体的に形成されている。なお、導電部13bは、銅に限られず、たとえば、ニッケルなどリチウムと合金化しない金属を用いることもできる。絶縁層13aの表面積上全体における銅の平均厚み(表面積上で銅が形成されていない部分は厚みを0とする)は、0.1〜5μmであることが望ましい。すなわち、集電箔としての銅の平均厚みは、定格電流を十分に流すことができる厚みを確保する必要がある。外部端子である電池端子に近いほど集電箔を流れる電流は大きくなり、集電箔面内で、外部端子と垂直方向の寸法や外部端子の形状によっても確保すべき厚みは異なる。集電箔の縦横比率が1:5〜10:1の間では、0.1μm〜5μmの厚みが必要となる。   The conductor portion 13b is made of copper that is not alloyed with lithium, and is formed integrally with the insulating layer 13a by vapor deposition or the like. The conductive portion 13b is not limited to copper, and for example, a metal that does not alloy with lithium, such as nickel, can be used. It is desirable that the average thickness of copper on the entire surface area of the insulating layer 13a (the thickness where the copper is not formed on the surface area is 0) is 0.1 to 5 μm. That is, the average thickness of copper as the current collector foil needs to ensure a thickness that allows a rated current to flow sufficiently. The closer to the battery terminal that is the external terminal, the larger the current flowing through the current collector foil, and the thickness to be secured differs depending on the dimension of the external terminal in the vertical direction and the shape of the external terminal. When the aspect ratio of the current collector foil is between 1: 5 and 10: 1, a thickness of 0.1 μm to 5 μm is required.

ここで、従来の負極集電体は、一般に、金属のみで形成され、その厚みは10μmのものが用いられていたが、電流を流す目的を満たすためには十分すぎる厚みを持っている。しかしながら、この厚みを決めているのは、集電箔である銅箔の圧延精度や、塗布時に箔を引っ張る引っ張り強度などである。したがって、本実施の形態のリチウムイオン二次電池100では、絶縁層(樹脂)13aに銅などのリチウムと合金化しない金属の薄膜を付けることで、十分な電気伝導性を確保し、銅が保っていた引っ張り強度を絶縁層(樹脂)に持たせることで重量を低減することができる。すなわち、導電部13bの材質に銅、および絶縁層13aの材質にポリイミドを用いた場合、それぞれの密度は、おおよそ、銅が9g/cc、ポリイミドの密度が0.8〜1.5g/ccであるので、絶縁層13aの膜厚は、削減した銅の6倍以下にすることが望ましい。   Here, the conventional negative electrode current collector is generally formed of only a metal and has a thickness of 10 μm. However, the negative electrode current collector has a thickness that is sufficient to satisfy the purpose of flowing current. However, this thickness is determined by the rolling accuracy of the copper foil as the current collector foil, the tensile strength at which the foil is pulled during application, and the like. Therefore, in the lithium ion secondary battery 100 of the present embodiment, sufficient electrical conductivity is secured and copper is maintained by attaching a metal thin film that does not alloy with lithium, such as copper, to the insulating layer (resin) 13a. The weight can be reduced by giving the insulating layer (resin) the tensile strength that has been achieved. That is, when copper is used as the material of the conductive portion 13b and polyimide is used as the material of the insulating layer 13a, the respective densities are approximately 9 g / cc for copper and 0.8 to 1.5 g / cc for polyimide. Therefore, it is desirable that the thickness of the insulating layer 13a be 6 times or less that of the reduced copper.

以下、本実施の形態のリチウムイオン二次電池100の特徴である負極集電体13の絶縁層13aおよび導電部13bの構造について詳述する。   Hereinafter, the structure of the insulating layer 13a and the conductive portion 13b of the negative electrode current collector 13 which is a feature of the lithium ion secondary battery 100 of the present embodiment will be described in detail.

図3は、本実施の形態のリチウムイオン二次電池100の負極集電体13の導電部13bの形状を表す図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating the shape of the conductive portion 13b of the negative electrode current collector 13 of the lithium ion secondary battery 100 of the present embodiment.

負極集電体13の導電部13bは、図3(a)に示すように、電池端子方向(タブ120B方向)に延在する銅が所定の間隔をおいて櫛型のパターン状に複数形成される。すなわち、導電部13bは、絶縁層13aの表面に位置する線状の複数の銅でなる金属部50aで構成される。また、本実施の形態のリチウムイオン二次電池100は、複数の金属部50aを接合し、負極タブ30Bと接続する金属部50bを有する。なお、金属部50bは、負極集電タブ部40Bにもなり、負極タブ30Bに複数の金属部50aを接合させる。   As shown in FIG. 3A, a plurality of conductive portions 13b of the negative electrode current collector 13 are formed in a comb-like pattern with copper extending in the battery terminal direction (in the tab 120B direction) at a predetermined interval. The That is, the conductive portion 13b is composed of a metal portion 50a made of a plurality of linear coppers located on the surface of the insulating layer 13a. Moreover, the lithium ion secondary battery 100 of this Embodiment has the metal part 50b which joins the some metal part 50a and connects with the negative electrode tab 30B. The metal part 50b also becomes the negative electrode current collecting tab part 40B, and a plurality of metal parts 50a are joined to the negative electrode tab 30B.

導電部13bをこのような櫛型のパターン状に形成することによって、通常は、図3(a)に示すような電流経路にそって、負極集電体13の電流を流す目的は果たすことができる。また、リチウムイオン二次電池100に、短絡電流が生じたとしても、図3(b)に示すように、ショート部分周辺の電流集中により導電部13bの一部を蒸散させ、ショート部分のみを不活性化させることができる。なお、参考として、従来のリチウムイオン二次電池における導電部が平坦である場合を例にとると、通常時は、図4(a)に示すような電流経路にそって電流は流れるが、短絡時は、図4(b)に示すように、二次電池全体の出力に与える影響が大きかった。   By forming the conductive portion 13b in such a comb-shaped pattern, the purpose of flowing the current of the negative electrode current collector 13 along the current path as shown in FIG. it can. Further, even if a short-circuit current occurs in the lithium ion secondary battery 100, as shown in FIG. 3B, a part of the conductive portion 13b is evaporated due to the current concentration around the short portion, and only the short portion is not allowed. Can be activated. For reference, taking the case where the conductive portion of a conventional lithium ion secondary battery is flat as an example, the current flows along the current path as shown in FIG. At time, as shown in FIG. 4B, the influence on the output of the entire secondary battery was large.

次に、導電部13bの櫛型状に配列された金属部50a同士が隣接する間隔L1(以下、「パターン間隔」と称する)について述べる。   Next, an interval L1 (hereinafter referred to as “pattern interval”) between adjacent metal portions 50a arranged in a comb shape of the conductive portion 13b will be described.

図5は、パターン間隔を説明するために電池要素10の一部の断面を例示した概略図であって、負極集電体13上に、負極活物質層14、電解質層15、および正極活物質層12が積層されている様子を示している。図6は、パターン間隔L1と、内部抵抗との関係を示す図である。なお、内部抵抗とは、リチウムイオンが電解質を伝達する際の抵抗と、電子が負極活物質を伝達する際の抵抗との和をあらわすものとする。   FIG. 5 is a schematic view illustrating a cross section of a part of the battery element 10 for explaining the pattern interval. On the negative electrode current collector 13, the negative electrode active material layer 14, the electrolyte layer 15, and the positive electrode active material are illustrated. A state in which the layer 12 is laminated is shown. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the pattern interval L1 and the internal resistance. The internal resistance represents the sum of the resistance when lithium ions transmit the electrolyte and the resistance when electrons transmit the negative electrode active material.

図5に示すように、各層の厚みはそれぞれ、たとえば、正極集電体11は15μm、正極活物質層12は80μm、電解質層(セパレータ)15は20μm、負極活物質層14は80μm(電解質層15から絶縁層13aまでの距離)、金属部50a(導電部13b)は25μm、および絶縁層13aは25μmとする。また、負極の負極活物質を介しての電子の移動経路(以下、「導電ネットワーク」と称する。)の抵抗率R1は、一般に、電解質の抵抗率R2の1/1000ほどである。また、パターン間隔L1を設けているので、パターン間隔の内に位置する電子は、導電ネットワークを介して隣接する導電部13bまで移動する。   As shown in FIG. 5, the thickness of each layer is, for example, 15 μm for the positive electrode current collector 11, 80 μm for the positive electrode active material layer 12, 20 μm for the electrolyte layer (separator) 15, and 80 μm for the negative electrode active material layer 14 (electrolyte layer). 15 to the insulating layer 13a), the metal portion 50a (conductive portion 13b) is 25 μm, and the insulating layer 13a is 25 μm. Further, the resistivity R1 of the electron movement path (hereinafter referred to as “conductive network”) through the negative electrode active material of the negative electrode is generally about 1/1000 of the resistivity R2 of the electrolyte. Further, since the pattern interval L1 is provided, electrons located within the pattern interval move to the adjacent conductive portion 13b via the conductive network.

ここで、内部抵抗の最大値について考慮してみると、内部抵抗が最大になるのは、図5に示すように、電解質中のリチウムが、正極活物質層12の上部(正極集電体11に接近している部分)から負極活物質層14の下部(負極集電体13に接近している部分)まで移動し、かつ、電子がパターン間隔L1の中央で発生した場合である。すなわち、電解質中のリチウムの最大の移動距離は、正極活物質層12および負極活物質層14中の電解質を含めて、正極活物質層12、電解質層15、および負極活物質層14を合わせた距離L2(180μm)である。したがって、リチウムが正極活物質層12の上部から絶縁層13aまで移動した場合の最大の抵抗は、L2×R2で表すことができる。また、電子がパターン間隔L1の中央で発生した場合、電子が導電ネットワークを介して隣接する導電部13bまで移動する距離はL1/2であるので、その抵抗は、L1/2×R1で表すことができる。以上より、内部抵抗の最大値は、(L2×R2)+(L1/2×R1)で略表すことができる。   Here, when the maximum value of the internal resistance is considered, the internal resistance is maximized because the lithium in the electrolyte is located above the positive electrode active material layer 12 (the positive electrode current collector 11 as shown in FIG. 5). This is a case in which electrons move from the portion approaching to the lower part of the negative electrode active material layer 14 (part approaching the negative electrode current collector 13) and electrons are generated at the center of the pattern interval L1. That is, the maximum movement distance of lithium in the electrolyte includes the positive electrode active material layer 12, the electrolyte layer 15, and the negative electrode active material layer 14 including the electrolyte in the positive electrode active material layer 12 and the negative electrode active material layer 14. The distance is L2 (180 μm). Therefore, the maximum resistance when lithium moves from the upper part of the positive electrode active material layer 12 to the insulating layer 13a can be expressed by L2 × R2. Further, when electrons are generated at the center of the pattern interval L1, the distance that the electrons move through the conductive network to the adjacent conductive portion 13b is L1 / 2. Therefore, the resistance is expressed by L1 / 2 × R1. Can do. From the above, the maximum value of the internal resistance can be represented approximately by (L2 × R2) + (L1 / 2 × R1).

したがって、たとえば、パターン間隔L1を距離L2の100倍にした場合(L1=L2×100)、抵抗率R1とR2との関係は、R1×1000=R2であることから、最大の内部抵抗は、1.05×L2×R2と表すことができる。したがって、パターン間隔L1が無い場合、すなわち、導電体13bが絶縁層13aの表面全体に均一に形成されている場合、内部抵抗の最大はL2×R2であるので、パターン間隔L1をL2の100倍以下にすれば、内部抵抗の上昇を10%以下に抑えることができる。パターン間隔L1を大きくすれば、図6に示すように、その内部抵抗が急激に上昇するため、電池の性能低下が著しくなるので、パターン間隔L1は、負極活物質層14と電解質層15と正極活物質層12とを積層した厚みの100倍以下の間隔とすることが望ましい。   Therefore, for example, when the pattern interval L1 is 100 times the distance L2 (L1 = L2 × 100), the relationship between the resistivity R1 and R2 is R1 × 1000 = R2, and thus the maximum internal resistance is It can be expressed as 1.05 × L2 × R2. Therefore, when there is no pattern interval L1, that is, when the conductor 13b is uniformly formed on the entire surface of the insulating layer 13a, the maximum internal resistance is L2 × R2, so the pattern interval L1 is 100 times L2. If it is set below, the increase in internal resistance can be suppressed to 10% or less. If the pattern interval L1 is increased, the internal resistance rapidly increases as shown in FIG. 6, and the performance of the battery is significantly deteriorated. Therefore, the pattern interval L1 is set to the negative electrode active material layer 14, the electrolyte layer 15, and the positive electrode. It is desirable that the distance is 100 times or less the thickness of the laminated active material layer 12.

また、パターン間隔L1の最小の間隔としては、図7に示すように、結着力を十分に確保するため、負極活物質と同程度が望ましい。   Further, as shown in FIG. 7, the minimum interval of the pattern interval L1 is preferably about the same as that of the negative electrode active material in order to ensure a sufficient binding force.

以上のように、本実施の形態のリチウムイオン二次電池100によれば、以下の効果を奏する。   As described above, the lithium ion secondary battery 100 of the present embodiment has the following effects.

(a)短絡箇所付近の電池端子方向に延在する金属に電流が流れることにより、短絡箇所周辺の金属のみを溶融して遮断し、短絡箇所を電気的に分離し、短絡による二次電池の性能低下を抑えることができる。   (A) When a current flows through the metal extending in the direction of the battery terminal near the short-circuited location, only the metal around the short-circuited location is melted and cut off, the short-circuited location is electrically separated, Performance degradation can be suppressed.

(b)隣接する電池端子方向に延在する隣接する金属部の間隔を、負極活物質層と電解質層と正極活物質層とを積層した厚みの100倍以下の間隔にすることで、電解質の抵抗の1/10以下の抵抗上昇に抑えて十分な出力電流を流すことができ、一定の間隔を設けても電池の性能低下を抑えることができる。   (B) The interval between adjacent metal parts extending in the direction of adjacent battery terminals is set to an interval of 100 times or less the thickness obtained by laminating the negative electrode active material layer, the electrolyte layer, and the positive electrode active material layer. Sufficient output current can be flowed by suppressing the resistance increase to 1/10 or less of the resistance, and deterioration of the battery performance can be suppressed even if a certain interval is provided.

(c)負極集電体の絶縁層の厚みを3〜30μmにすることで、銅などの集電箔を塗布する塗布工程で印加されるテンションに耐えることができ、歩留まりを確保することができる。さらに、銅が保っていた引っ張り強度を絶縁層に持たせることで、銅の量を減らすことができ、リチウムイオン二次電池全体の重量が低減し、重量エネルギー密度の高い電池を供給することができる。   (C) By setting the thickness of the insulating layer of the negative electrode current collector to 3 to 30 μm, it is possible to withstand the tension applied in the application step of applying a current collector foil such as copper, and to ensure the yield. . Furthermore, by giving the insulating layer the tensile strength that copper has maintained, the amount of copper can be reduced, the overall weight of the lithium ion secondary battery can be reduced, and a battery with a high weight energy density can be supplied. it can.

(d)金属の平均厚みを0.1〜5μmにすることで、出力電流(定格電流)を十分に流すことができ、短時間、定格電流を流した場合の集電箔による発熱を抑えて、初期不良時には、ショート部分を蒸散させることができる。   (D) By setting the average thickness of the metal to 0.1 to 5 μm, the output current (rated current) can flow sufficiently, and the heat generation by the current collector foil when the rated current is passed for a short time is suppressed. In the case of initial failure, the short part can be evaporated.

(e)電池端子方向の導電率が、前記電池端子方向と垂直方向の導電率より高くすることで、定格電流の通電方向には、均一な電流分布と良好な導電性を確保しつつ、短時間、定格電流を流した場合の集電箔による発熱を抑えて、初期不良時には、ショート部分を蒸散させることができる。   (E) By making the conductivity in the battery terminal direction higher than the conductivity in the direction perpendicular to the battery terminal direction, it is possible to ensure a uniform current distribution and good conductivity in the energization direction of the rated current while maintaining a short current. It is possible to suppress heat generation by the current collector foil when a rated current is passed for a time and to evaporate a short portion at the time of initial failure.

(f)負極活物質層に含まれる負極活物質、接着剤、および導電助剤に対する接着剤の重量比率を6%以下とすることで、炭素の表面をバインダーが覆う割合を低減し、電解質と炭素の接触した反応面を増加させることができるので、電池のエネルギー密度を増大させることができる。また、負極活物質である炭素材料と炭素材料との間の空間に占める電解質の割合が増加し、イオン伝導の障害物が減るので、イオン抵抗が減少して、電池のパワー密度を増大させることができる。   (F) By reducing the weight ratio of the adhesive to the negative electrode active material, the adhesive, and the conductive additive contained in the negative electrode active material layer to 6% or less, the ratio of the binder covering the carbon surface is reduced, and the electrolyte and Since the reaction surface in contact with carbon can be increased, the energy density of the battery can be increased. In addition, the proportion of the electrolyte in the space between the carbon material, which is the negative electrode active material, increases, and the obstacle of ion conduction decreases, so the ionic resistance decreases and the power density of the battery increases. Can do.

(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態のリチウムイオン二次電池について詳細に説明する。
(Second Embodiment)
Next, the lithium ion secondary battery according to the second embodiment of the present invention will be described in detail.

第2の実施の形態のリチウムイオン二次電池は、負極集電体13の導電部13bを構成する金属部50aの形状が、第1実施形態とは異なる。   In the lithium ion secondary battery of the second embodiment, the shape of the metal part 50a constituting the conductive part 13b of the negative electrode current collector 13 is different from that of the first embodiment.

第2の実施の形態のリチウムイオン二次電池における負極集電体の導電部13bは、図8に示すように、電池端子方向に延在する金属部50aが抵抗値の異なる第1金属部501と第2金属部502とが繰り返し接続されて配置されている。なお、第1実施形態と同様の構成については、上記第1実施形態の説明を参照するものとし、以下では説明を省略する。   As shown in FIG. 8, the conductive part 13b of the negative electrode current collector in the lithium ion secondary battery of the second embodiment has a first metal part 501 having a resistance value different from that of the metal part 50a extending in the battery terminal direction. And the second metal portion 502 are repeatedly connected. In addition, about the structure similar to 1st Embodiment, the description of the said 1st Embodiment shall be referred and description is abbreviate | omitted below.

負極集電体13の導電部13bは、定格電流の通電方向には直線的な導電経路とし、短絡などの不良時には電流がショート部へ遠回りし、細い導電経路に電流が集中するパターンとする。したがって、図8に示すような形状を有する導電部13bは、電池端子方向に第1金属部501と第2金属部502とを介して電流が流れ、短絡時は、第1金属部501より抵抗が大きい第2金属部502に電流が集中し、第2金属部502が溶融して電流が遮断されやすくなる。   The conductive portion 13b of the negative electrode current collector 13 has a linear conductive path in the direction in which the rated current is applied, and has a pattern in which the current detours to the short portion in the event of a short circuit or the like, and the current concentrates on a thin conductive path. Therefore, in the conductive part 13b having a shape as shown in FIG. 8, a current flows through the first metal part 501 and the second metal part 502 in the battery terminal direction, and in the case of a short circuit, the conductive part 13b is more resistant than the first metal part 501. The current concentrates on the second metal part 502 having a large current, and the second metal part 502 is melted and the current is easily interrupted.

なお、導電部13bは、図8(a)の形状に限られず、絶縁層13aまたは負極活物質層14との接着力を上げるために、図8(b)の形状のように、様々な形状にすることができる。   Note that the conductive portion 13b is not limited to the shape of FIG. 8A, but has various shapes such as the shape of FIG. 8B in order to increase the adhesive strength with the insulating layer 13a or the negative electrode active material layer. Can be.

以上のとおり、説明した本実施の形態は、第1の実施の形態の効果(a)〜(f)に加えて、以下の効果を奏する。   As described above, the described embodiment has the following effects in addition to the effects (a) to (f) of the first embodiment.

(g)定格電流の通電方向には、均一な電流分布と良好な導電性を確保し、短絡時などの不良時には短絡部周辺の電流密度が上がるようなパターンを形成することにより、不良時に、より短時間で、蒸散しやすい特性を得ることができる。   (G) In the energizing direction of the rated current, a uniform current distribution and good conductivity are ensured, and when a defect such as a short circuit occurs, a pattern is formed so that the current density around the short circuit part increases. It is possible to obtain characteristics that are easy to evaporate in a shorter time.

(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態のリチウムイオン二次電池について詳細に説明する。第3実施形態のリチウムイオン二次電池は、負極集電体の導電部13bを構成する金属部50aの形状が、第1〜第2実施形態とは異なる。すなわち、電池端子方向に延在する金属部50aの配列を、図9に示すように、複数の第3金属部503をパターン状に配列する。この際、それぞれの第3金属部503同士が接触する部分を小さくすることで、その接触部分における抵抗が、金属部503自体の抵抗よりも大きくなる。なお、第1の実施の形態と同様の構成については、上記第1の実施の形態の説明を参照するものとし、以下では説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a lithium ion secondary battery according to a third embodiment of the present invention will be described in detail. In the lithium ion secondary battery of the third embodiment, the shape of the metal part 50a constituting the conductive part 13b of the negative electrode current collector is different from those of the first and second embodiments. That is, as shown in FIG. 9, the arrangement | sequence of the metal part 50a extended in a battery terminal direction arranges the some 3rd metal part 503 in a pattern form. At this time, by reducing the portion where the third metal portions 503 come into contact with each other, the resistance at the contact portion becomes larger than the resistance of the metal portion 503 itself. For the same configuration as the first embodiment, the description of the first embodiment is referred to, and the description is omitted below.

図9に示すような形状を有する導電部13bは、電池端子方向に複数の第3金属部503を介して電流が流れ、短絡時は、第3金属部503同士が接触する部分に電流が集中し、その接触部分が溶融して電流が遮断されやすくなる。   In the conductive portion 13b having the shape as shown in FIG. 9, current flows through the plurality of third metal portions 503 in the battery terminal direction, and current is concentrated at a portion where the third metal portions 503 are in contact with each other at the time of short circuit. However, the contact portion melts and the current is easily interrupted.

なお、導電部13bは、図9(a)に示すように、接触する部分が隣接する二つの第3金属部503に接触する形状であってもよいし、図9(b)に示すように、接触する部分が隣接する一つの第3金属部503に接触する形状であってもよい。   In addition, as shown to Fig.9 (a), as for the electroconductive part 13b, the shape which a contact part may contact the 2nd 3rd metal part 503 which adjoins may be sufficient, as shown in FIG.9 (b). Further, the contact portion may be in contact with one adjacent third metal portion 503.

以上のとおり、説明した本実施の形態は、第1〜第2の実施の形態の効果(a)〜(g)に加えて、以下の効果を奏する。   As described above, the present embodiment described has the following effects in addition to the effects (a) to (g) of the first and second embodiments.

(h)電池端子方向に延在する複数の各金属部を、複数の同じ第3金属部で接触させる構造とすることで、抵抗値が異なる第1金属部および第2金属部で形成するよりも、製造時における工程を簡略することができる。   (H) By forming each of the plurality of metal portions extending in the battery terminal direction with a plurality of the same third metal portions, the first metal portion and the second metal portion having different resistance values are formed. In addition, the manufacturing process can be simplified.

(第4の実施の形態)
次に、本発明の第4の実施の形態のリチウムイオン二次電池について詳細に説明する。第3実施形態のリチウムイオン二次電池は、負極集電体の導電部13bを構成する金属部50aの形状が、第1〜第3実施形態とは異なる。
(Fourth embodiment)
Next, a lithium ion secondary battery according to a fourth embodiment of the present invention will be described in detail. In the lithium ion secondary battery of the third embodiment, the shape of the metal part 50a constituting the conductive part 13b of the negative electrode current collector is different from that of the first to third embodiments.

第4の実施の形態のリチウムイオン二次電池における負極集電体の導電部13bは、図10に示すように、電池端子方向に延在する金属部50aは、抵抗値が異なる第4金属部504と第5金属部505とが繰り返し接続されて配置されている。また、隣接する複数の第4金属部504同士を、第4金属部504より抵抗が大きい第5金属部505で接続する。なお、第1の実施の形態と同様の構成については、上記第1の実施の形態の説明を参照するものとし、以下では説明を省略する。   As shown in FIG. 10, the conductive part 13b of the negative electrode current collector in the lithium ion secondary battery of the fourth embodiment is a fourth metal part having a resistance value different from that of the metal part 50a extending in the battery terminal direction. 504 and the fifth metal portion 505 are repeatedly connected. A plurality of adjacent fourth metal parts 504 are connected by a fifth metal part 505 having a resistance higher than that of the fourth metal part 504. For the same configuration as the first embodiment, the description of the first embodiment is referred to, and the description is omitted below.

図10に示すような形状を有する導電部13bは、電池端子方向に第4金属部504と第5金属部505とを介して電流が流れ、短絡時は、第4金属部504より抵抗が大きい第5金属部505に電流が集中し、第5金属部505が溶融して電流が遮断されやすくなる。   In the conductive part 13b having a shape as shown in FIG. 10, a current flows through the fourth metal part 504 and the fifth metal part 505 in the battery terminal direction, and the resistance is larger than that of the fourth metal part 504 at the time of a short circuit. The current concentrates on the fifth metal part 505, the fifth metal part 505 is melted, and the current is easily interrupted.

なお、導電部13bは、図10(a)、(b)に示す形状に限られず、様々な形状にすることができる。   The conductive portion 13b is not limited to the shape shown in FIGS. 10A and 10B, and can have various shapes.

以上のとおり、説明した本実施の形態は、第1〜第2の実施の形態の効果(a)〜(g)に加えて、以下の効果を奏する。   As described above, the present embodiment described has the following effects in addition to the effects (a) to (g) of the first and second embodiments.

(i)電池端子方向に延在する複数の金属部を、絶縁層を覆う表面積が大きい金属部と、それらを接続する金属部とで構成することによって、金属からなる集電箔と活物質層との間の接着強度の方向依存性を小さくし、寿命の長い電池を供給することができる。   (I) A current collector foil and an active material layer made of metal by constituting a plurality of metal parts extending in the battery terminal direction with a metal part having a large surface area covering the insulating layer and a metal part connecting them. Thus, it is possible to supply a battery having a long service life.

(第5の実施の形態)
本実施の形態の組電池は、第1〜第4の実施の形態で説明したリチウムイオン二次電池を直並列に接続して構成したものである。リチウムイオン二次電池を直列、または並列に接続して構成することで、組電池の容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
(Fifth embodiment)
The assembled battery of the present embodiment is configured by connecting the lithium ion secondary batteries described in the first to fourth embodiments in series and parallel. By connecting lithium ion secondary batteries in series or in parallel, the capacity and voltage of the assembled battery can be freely adjusted.

図11は、本実施の形態の組電池の一例を示す外観図であって、図11Aは、組電池の平面図であり、図11Bは、組電池の平面図であり、図11Cは、組電池の側面図である。   FIG. 11 is an external view showing an example of the assembled battery according to the present embodiment. FIG. 11A is a plan view of the assembled battery, FIG. 11B is a plan view of the assembled battery, and FIG. 11C is an assembled battery. It is a side view of a battery.

本実施の形態の組電池300は、たとえば、図11に示すように、装脱着可能な複数の小型の電池モジュール250を、接続治具310を用いて接続して構成される。電池モジュール250は、上記実施の形態のリチウムイオン二次電池が複数、直列または並列に複数接続されて形成することができる。接続治具310は、電気的な接続手段であって、複数の電池モジュール250を相互に接続するものである。   For example, as shown in FIG. 11, the assembled battery 300 of the present embodiment is configured by connecting a plurality of small battery modules 250 that can be attached and detached using a connecting jig 310. The battery module 250 can be formed by connecting a plurality of the lithium ion secondary batteries of the above embodiments, in series or in parallel. The connection jig 310 is an electrical connection means and connects the plurality of battery modules 250 to each other.

以上のとおり、説明した本実施の形態は、第1〜第3の実施の形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。   As described above, the described embodiment has the following effects in addition to the effects of the first to third embodiments.

(j)本実施の形態の組電池は、第1〜第4の実施の形態に示すリチウムイオン二次電池を直列または並列に接続して構成している。したがって、耐久性に優れた二次電池が用いられるため、電池の電圧バランス不均衡による長期信頼性を向上することができる。また、負極集電体に用いる銅の量を減らし、密度の小さい絶縁層を用いた二次電池で構成することで、より軽量な組電池を提供することができる。   (J) The assembled battery of this embodiment is configured by connecting the lithium ion secondary batteries shown in the first to fourth embodiments in series or in parallel. Therefore, since a secondary battery with excellent durability is used, long-term reliability due to battery voltage imbalance can be improved. In addition, a lighter assembled battery can be provided by reducing the amount of copper used for the negative electrode current collector and using a secondary battery using an insulating layer having a low density.

(第6の実施の形態)
本実施の形態の車両は、第1〜第4の実施の形態で説明したリチウムイオン二次電池または第5の実施の形態で説明した組電池を搭載したものである。このようなリチウムイオン二次電池、電池モジュール、および/または組電池を自動車および電車などの車両に搭載し、モータなどの電気機器の駆動用電源に使用することができる。
(Sixth embodiment)
The vehicle according to the present embodiment is mounted with the lithium ion secondary battery described in the first to fourth embodiments or the assembled battery described in the fifth embodiment. Such lithium ion secondary batteries, battery modules, and / or assembled batteries can be mounted on vehicles such as automobiles and trains, and used as power sources for driving electric devices such as motors.

図12は、本発明の第6の実施の形態である車両として自動車を示す概略構成図である。   FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing an automobile as a vehicle according to the sixth embodiment of the present invention.

組電池300を、電気自動車400に搭載するには、図12に示すとおり、電気自動車400の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができる。なお、組電池300を搭載する場所は、座席下に限定されず、後部トランクルームの下部もしくは車両前方のエンジンルームでもよい。以上のような組電池300を用いた電気自動車400は、高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、プラグイン・ハイブリッド自動車(PHEV)を提供できる。また、このような車両用電源として使用するために、リチウムイオン二次電池の内部抵抗は1〜5mΩ程度であることが好ましい。   In order to mount the assembled battery 300 on the electric vehicle 400, the battery pack 300 is mounted under the seat in the center of the vehicle body of the electric vehicle 400 as shown in FIG. If it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. In addition, the place where the assembled battery 300 is mounted is not limited to under the seat, and may be a lower part of the rear trunk room or an engine room in front of the vehicle. The electric vehicle 400 using the assembled battery 300 as described above has high durability and can provide sufficient output even when used for a long period of time. Furthermore, it is possible to provide an electric vehicle and a plug-in hybrid vehicle (PHEV) excellent in fuel consumption and driving performance. Moreover, in order to use as such a power supply for vehicles, it is preferable that the internal resistance of a lithium ion secondary battery is about 1-5 m (ohm).

なお、本発明では、組電池300だけではなく、使用用途によっては、電池モジュール250のみを搭載するようにしてもよいし、これらの組電池300と電池モジュール250とを組み合わせて搭載してもよい。   In the present invention, not only the assembled battery 300 but also only the battery module 250 may be mounted depending on the intended use, or the assembled battery 300 and the battery module 250 may be mounted in combination. .

以上のとおり、説明した本実施の形態は、第1〜第5の実施の形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。   As described above, the described embodiment has the following effects in addition to the effects of the first to fifth embodiments.

(k)本実施の形態の電気自動車は、第1〜第5の実施の形態に示すリチウムイオン二次電池または組電池を駆動用電源として搭載している。したがって、耐久性に優れた二次電池が用いられるため、電気自動車の信頼性を向上することができる。また、負極集電体に用いる銅の量を減らし、密度の小さい絶縁層を用いた二次電池で構成することで、低重量で燃費の良いハイブリット車、電気自動車、燃料電池自動車などの車両を提供することができる。   (K) The electric vehicle of the present embodiment is mounted with the lithium ion secondary battery or the assembled battery shown in the first to fifth embodiments as a driving power source. Therefore, since the secondary battery excellent in durability is used, the reliability of the electric vehicle can be improved. In addition, by reducing the amount of copper used for the negative electrode current collector and using a secondary battery using an insulating layer with a low density, vehicles such as hybrid cars, electric cars, and fuel cell cars that are low in weight and good in fuel efficiency can be used. Can be provided.

以上のように本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるべきものではなく、特許請求の範囲に表現された思想および範囲を逸脱することなく、種々の変形、追加、および省略が当業者によって可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention should not be limited to the above embodiments, and does not depart from the spirit and scope expressed in the claims. Various modifications, additions, and omissions are possible by those skilled in the art.

たとえば、本実施の形態では、負極集電体を例にとって説明したが、同様の思想で、正極集電体を同じ構成とすることができることはもちろんである。   For example, in the present embodiment, the negative electrode current collector has been described as an example, but it is needless to say that the positive electrode current collector can have the same configuration with the same idea.

本発明の第1の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の外観図である。1 is an external view of a lithium ion secondary battery according to a first embodiment of the present invention. 図1に示すリチウムイオン二次電池を電池端子(タブ)方向に切断した断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected the lithium ion secondary battery shown in FIG. 1 in the battery terminal (tab) direction. 本発明の第1の実施の形態のリチウムイオン二次電池の負極集電体の導電部の形状を表す図である。It is a figure showing the shape of the electroconductive part of the negative electrode collector of the lithium ion secondary battery of the 1st Embodiment of this invention. 従来のリチウムイオン二次電池の負極集電体の導電部の形状を表す図である。It is a figure showing the shape of the electroconductive part of the negative electrode collector of the conventional lithium ion secondary battery. 本発明の第1の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池のパターン間隔を説明するために電池要素の一部の断面を例示した概略図である。It is the schematic which illustrated the cross section of a part of battery element in order to demonstrate the pattern space | interval of the lithium ion secondary battery which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池のパターン間隔と内部抵抗との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the pattern space | interval and internal resistance of the lithium ion secondary battery which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池のパターン間隔を説明するために電池要素の一部の断面を例示した概略図である。It is the schematic which illustrated the cross section of a part of battery element in order to demonstrate the pattern space | interval of the lithium ion secondary battery which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態のリチウムイオン二次電池の負極集電体の導電部の形状を表す図である。It is a figure showing the shape of the electroconductive part of the negative electrode collector of the lithium ion secondary battery of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態のリチウムイオン二次電池の負極集電体の導電部の形状を表す図である。It is a figure showing the shape of the electroconductive part of the negative electrode collector of the lithium ion secondary battery of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態のリチウムイオン二次電池の負極集電体の導電部の形状を表す図である。It is a figure showing the shape of the electroconductive part of the negative electrode collector of the lithium ion secondary battery of the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態である組電池を示す図である。It is a figure which shows the assembled battery which is the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態である車両を示す図である。It is a figure which shows the vehicle which is the 6th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 正極集電体、
12 正極活物質層、
13 負極集電体、
13a 絶縁層、
13b 導電部、
14 負極活物質層、
15 電解質層。
11 positive electrode current collector,
12 positive electrode active material layer,
13 negative electrode current collector,
13a insulating layer,
13b conductive part,
14 negative electrode active material layer,
15 Electrolyte layer.

Claims (9)

電気絶縁性を有する絶縁層および当該絶縁層の表面に形成される導電部からなる負極集電体であって、
前記導電部は、電池端子方向に延在する複数の金属部が互いに独立して櫛型状に配列されたことを特徴とする負極集電体。
A negative electrode current collector comprising an insulating layer having electrical insulation and a conductive portion formed on the surface of the insulating layer,
The negative electrode current collector, wherein the conductive portion includes a plurality of metal portions extending in a battery terminal direction and arranged in a comb shape independently of each other.
請求項1に記載の負極集電体上に負極活物質層を有する負極と、正極活物質層を有する正極とが、電解質層を介して積層されてなる二次電池であって、
前記負極集電体上に櫛型状に配列された隣接する金属部の所定の間隔は、前記負極活物質層と前記電解質層と前記正極活物質層とを積層した厚みの100倍以下の間隔であることを特徴とする二次電池。
A secondary battery in which a negative electrode having a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector according to claim 1 and a positive electrode having a positive electrode active material layer are laminated via an electrolyte layer,
The predetermined interval between adjacent metal parts arranged in a comb shape on the negative electrode current collector is an interval of 100 times or less the thickness of the stacked negative electrode active material layer, the electrolyte layer, and the positive electrode active material layer. A secondary battery characterized by the above.
前記絶縁層の厚みは、3〜30μmであることを特徴とする請求項2に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 2, wherein the insulating layer has a thickness of 3 to 30 μm. 前記絶縁層の表面積上全体における前記金属部の平均厚みは、0.1〜5μmであることを特徴とする請求項2に記載の二次電池。   3. The secondary battery according to claim 2, wherein an average thickness of the metal portion over the entire surface area of the insulating layer is 0.1 to 5 μm. 電池端子方向の導電率が、前記電池端子方向と垂直方向の導電率より高いことを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の二次電池。   The secondary battery according to any one of claims 2 to 4, wherein conductivity in a battery terminal direction is higher than conductivity in a direction perpendicular to the battery terminal direction. 前記電池端子方向に延在する各金属部は、抵抗値が異なる第1金属部と第2金属部とが繰り返し接続されて配置されていることを特徴とする請求項5に記載の二次電池。   6. The secondary battery according to claim 5, wherein each metal portion extending in the battery terminal direction is arranged by repeatedly connecting a first metal portion and a second metal portion having different resistance values. . 負極活物質、接着剤、および導電助剤を含み、前記負極活物質、前記接着剤、および前記導電助剤に対する前記接着剤の重量比率は6%以下であることを特徴とする請求項2〜6のいずれかに記載の二次電池。   3. A negative electrode active material, an adhesive, and a conductive assistant, wherein the weight ratio of the adhesive to the negative active material, the adhesive, and the conductive assistant is 6% or less. The secondary battery according to any one of 6. 請求項7に記載の二次電池を直並列に接続して構成した組電池。   An assembled battery comprising the secondary batteries according to claim 7 connected in series and parallel. 請求項8に記載の組電池を適用した車両。   A vehicle to which the assembled battery according to claim 8 is applied.
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