JP2000306607A - Nonaqueous electrolyte battery - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、大型の非水電解質
電池の構造に関する。The present invention relates to the structure of a large non-aqueous electrolyte battery.
【0002】[0002]
【従来の技術】リチウム二次電池に代表される非水電解
質電池では、電解質の抵抗が大きいため水系電解液を用
いた電池に比べ大電流を取り出すことが難しい。このた
め、極板面積をできるだけ大きくするとともに極板の活
物質層の厚さをできるだけ薄くし、これらをセパレータ
を介して巻き取ることによって内部抵抗が小さく、大電
流の取り出しが可能な電池を実現している。このため、
極板としては活物質層の厚さが片側100μm未満のも
のが用いられ、セパレータとしては厚さが40μm以下
のものが用いられるのが通常である。特にセパレータに
ついては、電解質イオン透過性が良く電気抵抗が低いこ
と、高容量化のために電池容器に高密度に充填できるこ
と、といった性能が要求されることから、その薄さが重
要となっている。そして、このようにして作製される巻
回式のリチウム二次電池は、例えばノート型パソコンや
携帯電話等の電源として用いられており、大きいもので
電池本体外容積が35cc程度で3Ah程度の容量を有
しており、また、内部抵抗を小さくすることで2C程度
の電流取り出しが可能とされている。2. Description of the Related Art In non-aqueous electrolyte batteries represented by lithium secondary batteries, it is difficult to obtain a large current compared to batteries using an aqueous electrolyte because of the high resistance of the electrolyte. For this reason, the electrode area is made as large as possible and the thickness of the active material layer of the electrode plate is made as thin as possible. By winding these through a separator, a battery with low internal resistance and capable of extracting a large current is realized. are doing. For this reason,
An electrode plate having an active material layer thickness of less than 100 μm on one side is used, and a separator having a thickness of 40 μm or less is usually used. In particular, the separator is required to have high performance such as good electrolyte ion permeability and low electric resistance, and high density filling in a battery container for high capacity. . The wound lithium secondary battery manufactured in this manner is used as a power source for, for example, a notebook computer or a mobile phone, and has a large external capacity of about 35 cc and a capacity of about 3 Ah. In addition, a current extraction of about 2 C is possible by reducing the internal resistance.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】これまでリチウム二次
電池については、小型のものが実用化されているが、電
気自動車や夜間電力を貯えてロードレベリングに用いら
れるような大型のものについては未だ本格的な実用化に
至っておらず、現在、精力的な開発が進められている。Although small lithium secondary batteries have been put to practical use, electric vehicles and large batteries that store nighttime electric power and are used for load leveling have not been developed yet. It has not yet been fully commercialized and is currently being vigorously developed.
【0004】電池を大型化するためには、電池容器を大
きくしその中に充填される正極活物質、負極活物質の量
を多くし、できるだけエネルギー密度を高めるために、
集電体やセパレータといった電気化学的エネルギーの蓄
積に直接関与しない活物質以外の電池要素部材はできる
だけ薄くするのが良い。一方、電池を大型化することに
よって、電極単位面積当りの電流密度をそれほど大きく
せずとも電池全体としては大きな電流を取り出すことが
可能となるため、電池の用途によっては、従来の小型の
電池とは異なり、活物質層の厚さはできるだけ厚くする
のが良い場合もある。In order to increase the size of the battery, the size of the battery container is increased, the amount of the positive electrode active material and the amount of the negative electrode active material filled therein are increased, and the energy density is increased as much as possible.
Battery element members other than active materials that are not directly involved in the accumulation of electrochemical energy, such as current collectors and separators, should be as thin as possible. On the other hand, by increasing the size of the battery, it is possible to take out a large current as the whole battery without increasing the current density per unit area of the electrode so much. In some cases, the thickness of the active material layer should be as large as possible.
【0005】そして、本発明者は100Ah以上の電池
容量を有する非水電解質電池を実用化するために種々の
検討を行った結果、電池の安全性、エネルギー密度の観
点から、正極活物質層の厚さは従来のものよりある程度
厚くするのが好ましいことがわかり、これに伴い負極活
物質層の厚さも正極活物質の量に合わせて厚くする必要
があるため、両極とも活物質の厚さをある程度厚くする
必要があることを見出した。しかしながら、活物質層を
厚くした場合、電極面積が小さい場合には特に問題には
ならなかった新しい問題が生じることが分かった。すな
わち、電池容量が100Ah以上と大きな電池になった
場合、塗布厚には上限があるため極板全体の面積も従来
より大きくする必要が生じるのであるが、電極面積が大
きくなることによって電池の不良品発生率が大きくなる
という問題が生じるのである。The inventor of the present invention has conducted various studies to put a non-aqueous electrolyte battery having a battery capacity of 100 Ah or more into practical use. As a result, from the viewpoint of battery safety and energy density, the positive electrode active material layer It has been found that it is preferable that the thickness be somewhat thicker than the conventional one, and accordingly, the thickness of the negative electrode active material layer also needs to be increased in accordance with the amount of the positive electrode active material. I found that it was necessary to make it somewhat thick. However, it was found that when the active material layer was thickened, a new problem which did not become a problem when the electrode area was small occurred. That is, when the battery has a large battery capacity of 100 Ah or more, there is an upper limit to the coating thickness, so that the area of the entire electrode plate needs to be larger than in the past. This causes a problem that the yield rate of non-defective products increases.
【0006】本発明は、100Ah以上の電池容量を有
する非水電解質電池の製造に際する上記不良品の発生を
低減することを目的とする。[0006] It is an object of the present invention to reduce the occurrence of defective products in the production of a non-aqueous electrolyte battery having a battery capacity of 100 Ah or more.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の非水電解質電池
は、100Ah以上の電池容量を有し、厚さが50μm
以上のセパレータを備えていることを特徴とする。The non-aqueous electrolyte battery of the present invention has a battery capacity of 100 Ah or more and a thickness of 50 μm.
It is characterized by having the above separator.
【0008】100Ah以上の電池容量を有する非水電
解質電池の構造には種々のものがあるが、充・放電電流
の総量が多くなるという共通の特徴を有するこのような
電池では、セパレータの厚さを50μm以上とすること
によって、製造時のみならず使用中の不良品の発生も大
幅に低減できるようになる。Although there are various types of non-aqueous electrolyte batteries having a battery capacity of 100 Ah or more, such batteries having a common feature that the total amount of charge / discharge current is large, the thickness of the separator is large. Is set to 50 μm or more, the occurrence of defective products not only during manufacturing but also during use can be significantly reduced.
【0009】上記セパレータとしては、より好ましく
は、90μm以上の厚さを有するものを用いるのが好ま
しい。また、その材質、構造としては、種々のものを使
用することが出来るが、少なくとも微多孔膜を含む2種
以上のセパレータが重ねられてなり、前記微多孔膜の厚
さが40μm以上であるようなセパレータを用いるのが
好ましい。It is more preferable to use a separator having a thickness of 90 μm or more. Further, as its material and structure, various materials can be used, but at least two or more kinds of separators including a microporous membrane are laminated, and the thickness of the microporous membrane is 40 μm or more. It is preferable to use a suitable separator.
【0010】また、上記本発明の非水電解質電池は、種
々の構造の非水電解質電池に適用されるものであるが、
リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出する炭素材料を活
物質とする負極と、リチウム含有金属酸化物を活物質と
する正極と、非水電解液とを備えてなる非水電解質電池
に好適に適用することができ、この場合、正極の活物質
層の面積当たりの塗布量は3g/100cm2 以上とす
るのが好ましい。また、金属箔集電体に正極活物質層を
形成する場合には、片面の活物質層の厚さを100μm
以上、好ましくは150μm以上とするのが良く、さら
に、面積当たりの塗布量を3g/100cm2 以上とす
るのが良い。The non-aqueous electrolyte battery of the present invention is applicable to non-aqueous electrolyte batteries having various structures.
Applicable to non-aqueous electrolyte batteries comprising a negative electrode using a carbon material that reversibly absorbs and releases lithium ions as an active material, a positive electrode using a lithium-containing metal oxide as an active material, and a non-aqueous electrolyte. In this case, the coating amount per area of the active material layer of the positive electrode is preferably 3 g / 100 cm 2 or more. When the positive electrode active material layer is formed on the metal foil current collector, the thickness of the active material layer on one side should be 100 μm.
As described above, the thickness is preferably 150 μm or more, and the coating amount per area is preferably 3 g / 100 cm 2 or more.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明しながら、本発明について詳しく説明する。本発明
の非水電解質電池は、100Ah以上の容量を有する電
池であるが、このように大きな容量を有する電池の場
合、活物質層を厚くしたとしてもその塗布厚には限界が
あるため極板の面積が従来のものと比べてかなり大きく
なる。これは内部抵抗が一層低下するということであ
り、より大きな密度の電流を流すことができるようにな
るということであって、非常に好都合な事である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail while describing embodiments of the present invention. The non-aqueous electrolyte battery of the present invention is a battery having a capacity of 100 Ah or more. However, in the case of a battery having such a large capacity, even if the active material layer is thickened, there is a limit in the coating thickness thereof, so that the electrode plate is limited. Is considerably larger than the conventional one. This means that the internal resistance is further reduced, and that a current having a higher density can be flown, which is very convenient.
【0012】しかしながら一方において、電池の容量を
大きくするために電池の体積を大きくしていくにつれ
て、電池内部で発生する熱の放散が悪くなり、特に、電
池が外部短絡した場合には、電池内部において過大な電
流が流れて電池外表面からは放熱しきれない熱が発生
し、電池が異常な発熱を引き起こすという問題があるこ
とが分かった。これは、電池が大きくなるに従って体積
当りの表面積が小さくなり、放熱効率が低下する一方
で、電池の内部抵抗は小さくなって発熱量が急激に増加
するためである。However, on the other hand, as the volume of the battery is increased in order to increase the capacity of the battery, the dissipation of heat generated inside the battery becomes worse. It has been found that there is a problem that excessive current flows and heat that cannot be completely dissipated from the outer surface of the battery occurs, causing the battery to generate abnormal heat. This is because as the size of the battery increases, the surface area per volume decreases and the heat radiation efficiency decreases, while the internal resistance of the battery decreases and the heat generation increases rapidly.
【0013】このような問題を検討する中で、本発明者
は、電池の容量を大きくする場合には電池の内部抵抗が
低下するのをある程度抑制する必要があることを見出し
た。そこで、このような観点から電池構造について検討
した結果、電池の内部抵抗に影響を及ぼしやすい正極活
物質層の抵抗値をある程度大きくするのが良いことがわ
かり、その層厚を従来よりも厚くするのが良いという結
論に達した。また、電池のエネルギー密度を大きくする
という観点からも、活物質層を厚くすることは好まし
い。In consideration of such problems, the present inventor has found that when increasing the capacity of the battery, it is necessary to suppress the internal resistance of the battery from decreasing to some extent. Therefore, as a result of examining the battery structure from such a viewpoint, it was found that it is better to increase the resistance value of the positive electrode active material layer, which easily affects the internal resistance of the battery, to some extent, and to make the layer thickness thicker than before. Came to the conclusion that it was better. Also, from the viewpoint of increasing the energy density of the battery, it is preferable to increase the thickness of the active material layer.
【0014】しかしながら、活物質層を厚くすると、電
極面内において場所による厚さの違いも大きくなり、従
来用いられていたセパレータでは製造時に局所的な短絡
が生じる確立が高くなるという問題が有り、また、電池
の容量が大きくなると、多くの電流が流れるせいか電極
反応の不均一性がより顕著に現れるようになり、従来の
セパレータでは、繰り返し使用時に局所的な短絡が生じ
る確立が高くなってしまうという問題があることがわか
った。However, when the thickness of the active material layer is increased, the difference in thickness between locations within the electrode surface also increases, and there is a problem that the conventionally used separator is more likely to cause a local short circuit during manufacturing. In addition, as the capacity of the battery increases, the non-uniformity of the electrode reaction becomes more prominent due to the flow of a large amount of current, and in the conventional separator, the probability of occurrence of a local short circuit during repeated use increases. It turned out that there was a problem of getting it.
【0015】このような問題は100Ah以上の大容量
電池の実用化を進める上で明らかになってきた問題であ
るが、これらの問題に対し、厚さが50μm以上のセパ
レータを用いることが有効に作用するのである。特に、
この厚さを90μm以上とすれば、なお一層確実に上記
問題を解決できる。[0015] Such a problem has been clarified in promoting the practical use of a large capacity battery of 100 Ah or more. To solve these problems, it is effective to use a separator having a thickness of 50 µm or more. It works. In particular,
If the thickness is 90 μm or more, the above problem can be solved even more reliably.
【0016】セパレータの構造としては、単層のもので
も積層のものでも良いが、厚い単層セパレータは製造し
にくいため、積層したものを用いる方が製造が容易であ
る。また、積層する場合には、2種以上のものを用いる
のが好ましく、これにより各層に別々の機能を分担させ
ることが可能となり高性能のセパレータが実現できる。
さらに、微多孔膜を含めて2種以上のセパレータを用
い、これらを重ねることによってセパレータを構成し、
微多孔膜の厚さを40μm以上としたものを用いるのが
好ましい。これは、透気度を微多孔膜で主として制御
し、これを40μm以上とすることによってある程度大
きな抵抗を有するセパレータとすることが出来るからで
ある。なお、抵抗を大きくするのは100Ah以上の容
量を有する電池では、意図的に内部抵抗を大きくする必
要があるからであって、正極活物質層の制御のみでは十
分な抵抗の制御が難しいからである。The structure of the separator may be a single-layer structure or a laminated structure. However, since it is difficult to produce a thick single-layer separator, it is easier to produce a laminated structure. In the case of laminating, it is preferable to use two or more types, whereby each layer can be assigned a different function, and a high-performance separator can be realized.
Furthermore, using two or more types of separators including a microporous membrane, and forming a separator by stacking these,
It is preferable to use a microporous membrane having a thickness of 40 μm or more. This is because the air permeability is mainly controlled by a microporous membrane, and by setting the air permeability to 40 μm or more, a separator having a somewhat large resistance can be obtained. The reason why the resistance is increased is that in a battery having a capacity of 100 Ah or more, it is necessary to intentionally increase the internal resistance, and it is difficult to sufficiently control the resistance only by controlling the positive electrode active material layer. is there.
【0017】この内部抵抗値に関しては、電池本体外容
積が1000cc以上となるような電池の場合には、そ
の値が0.5mΩ以上となるようにするのが良いのであ
るが、このような小さな値とすることが出来ない場合に
は、抵抗部材を設ける等して電池の抵抗値を0.5mΩ
以上とするのが良い。なお、100Ah以上の電池の場
合、通常は電池本体外容積は1000cc以上となる。With respect to the internal resistance value, in the case of a battery having an external volume of 1000 cc or more, it is preferable that the internal resistance value be 0.5 mΩ or more. If it cannot be set to a value, the resistance value of the battery is set to 0.5 mΩ by providing a resistance member or the like.
It is better to do above. In the case of a battery of 100 Ah or more, the external volume of the battery body is usually 1000 cc or more.
【0018】2種以上のセパレータを重ねてセパレータ
を構成する場合には、例えば、ポリエチレン製膜とポリ
プロピレン製膜とを用いるのが好ましく、この場合、ポ
リエチレン製膜が主として膜抵抗の調整とシャットダウ
ンの機能を果たし、ポリプロピレン製膜は強度とシャッ
トダウン時の形状保持機能を果たす。そしてこの場合、
ポリエチレン膜は40μm以上とするのが良く、特に全
体の厚さが90μm以上の場合には40μm以上とする
のが特に好ましい。これは、主として、抵抗を大きくす
るということと、シャットダウンをうまく機能させると
いう理由からである。When two or more separators are stacked to form a separator, for example, it is preferable to use a polyethylene film and a polypropylene film. Performs the function, and the polypropylene film performs the function of maintaining strength and shape during shutdown. And in this case,
The polyethylene film preferably has a thickness of 40 μm or more, and particularly preferably has a thickness of 40 μm or more when the total thickness is 90 μm or more. This is mainly due to the increased resistance and the good functioning of the shutdown.
【0019】また、この場合であって、ポリエチレン製
膜とポリプロピレン製膜とを組み合わせる場合には、ポ
リエチレン製微多孔膜の厚さがポリプロピレン製不織布
の厚さより大きくなるようにするのが良い。これは、ポ
リエチレン製微多孔膜により厚さを制御した方が厚さの
バラツキを少なく出来、電池の信頼性が高く、寿命性能
も良くなるからであり、ポリエチレン製微多孔膜を厚く
することで膜抵抗を大きく出来るからである。In this case, when the polyethylene film and the polypropylene film are combined, it is preferable that the thickness of the polyethylene microporous film is larger than the thickness of the polypropylene nonwoven fabric. This is because controlling the thickness with a polyethylene microporous membrane can reduce the variation in thickness, increasing the reliability of the battery and improving the life performance, and increasing the thickness of the polyethylene microporous membrane. This is because the film resistance can be increased.
【0020】さらに、ポリエチレン製膜とポリプロピレ
ン製膜とを組み合わせる場合には、電池不良品の発生低
減という観点からは、ポリエチレン製微多孔膜とポリプ
ロピレン製微多孔膜とを組み合わせるのが良い。これ
は、ポリプロピレン製微多孔膜の方がポリプロピレン製
不織布よりも膜厚のバラツキが少ないからである。例え
ば、40μm厚のポリエチレン製微多孔膜と50〜80
μm厚のポリプロピレン製不織布との積層膜の場合、膜
厚のバラツキが±20〜30μmあるのに対し、40μ
m厚のポリエチレン製微多孔膜と50μm厚のポリプロ
ピレン製微多孔膜との積層膜の場合、膜厚のバラツキは
±3μmに納まる。Further, when a polyethylene film and a polypropylene film are combined, it is preferable to combine a polyethylene microporous film and a polypropylene microporous film from the viewpoint of reducing the occurrence of defective batteries. This is because the variation in the film thickness of the polypropylene microporous membrane is smaller than that of the polypropylene nonwoven fabric. For example, a polyethylene microporous membrane having a thickness of 40 μm and 50-80
In the case of a laminated film with a non-woven fabric made of polypropylene having a thickness of μm, while the variation in the film thickness is ± 20 to 30 μm,
In the case of a laminated film of an m-thick polyethylene microporous film and a 50 μm-thick polypropylene microporous film, the variation in film thickness falls within ± 3 μm.
【0021】このように、100Ah以上の容量を有す
る非水電解質電池において、セパレータに50μm以上
の厚さを持たせることによって、局所的な短絡を防止す
ることが出来るのであるが、単にセパレータの厚さのみ
を厚くしたのでは容量密度が低下してしまうので、これ
を防止するため活物質層も適宜厚くしたものを用いるの
が好ましく、このことは容量の大きな電池において活物
質層の厚さを厚くした方が良いとの要請とも合致する。As described above, in a non-aqueous electrolyte battery having a capacity of 100 Ah or more, by providing a separator with a thickness of 50 μm or more, a local short circuit can be prevented. Since increasing the thickness alone decreases the capacity density, it is preferable to use an appropriately thick active material layer in order to prevent this, and this means that in a battery having a large capacity, the thickness of the active material layer is reduced. This is consistent with the requirement that the thickness be better.
【0022】また、本発明は、リチウムイオンを可逆的
に吸蔵・放出する炭素材料を活物質とする負極と、リチ
ウム含有金属酸化物を活物質とする正極と、非水電解液
とを備えてなる非水電解質電池に好適に適用することが
できるもので、この場合正極活物質層を厚くするとの要
請から、正極の活物質層の面積当たりの塗布量は3g/
100cm2 以上とするのが好ましく、金属箔集電体に
正極活物質層を形成する場合には、片面の活物質層の厚
さを100μm以上、好ましくは150μm以上とする
のが良く、さらに、面積当たりの塗布量を3g/100
cm2 以上とするのが良い。正極活物質層に対するこの
ような限定は、正極の活物質層が内部抵抗に対して大き
な影響を与え、また、内部での発熱は均一に行われるよ
うにするのが良いことから、内部抵抗を調整する場合に
は、正極の活物質層を調整するのが効果的であるからで
ある。The present invention also includes a negative electrode using a carbon material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions as an active material, a positive electrode using a lithium-containing metal oxide as an active material, and a non-aqueous electrolyte. In this case, the coating amount per area of the active material layer of the positive electrode is 3 g / kg because of a request to increase the thickness of the positive electrode active material layer.
May preferably be 100 cm 2 or more, in the case of forming the positive electrode active material layer on a metal foil current collector, or 100μm thickness of one side of the active material layer, preferably better to the above 150 [mu] m, further, 3 g / 100 application amount per area
cm 2 or more. Such a limitation on the positive electrode active material layer has a large effect on the internal resistance of the positive electrode active material layer, and the internal heat should be uniformly generated. This is because, when adjusting, it is effective to adjust the active material layer of the positive electrode.
【0023】そして、正極活物質層をこのようにする場
合、電極が厚くなると巻くのが難しくなるため、電極構
造は巻き式よりも積層式の方が好ましい。この場合、5
0枚以上の正極板と50枚以上の負極板がセパレータを
介して積層された大がかりな構造の電池で本発明はより
効果的であり、例えば、このような積層式の電池は、そ
れほど高い率の放電特性が必要とされない電池、例え
ば、最大でも1Cの放電しか行わないような電池に特に
適したものとなる。そして、このような積層式の電池の
場合、電池外形状は方形であるのが好ましく、このよう
な形状とすることでエネルギー密度をより大きくするこ
とができる。In the case where the positive electrode active material layer is formed in this manner, it is difficult to wind the electrode when the electrode is thick. Therefore, the electrode structure is preferably a stacked type rather than a wound type. In this case, 5
The present invention is more effective for a battery having a large structure in which zero or more positive plates and 50 or more negative plates are stacked with a separator interposed therebetween. For example, such a stacked battery has a very high rate. This is particularly suitable for a battery that does not require the above discharge characteristics, for example, a battery that only discharges at a maximum of 1C. In the case of such a stacked battery, it is preferable that the outer shape of the battery is rectangular, and by adopting such a shape, the energy density can be further increased.
【0024】また、上記構成の電池の中でも、特に、L
iCoO2 、LiMn2 O4 で示されるようなコバルト
酸リチウム、マンガン酸リチウムを正極活物質として用
いる電池や電解液として炭酸エステル系の有機溶媒を用
いたものに本発明を適用するのが効果的である。[0024] Of the batteries having the above-described structure, L
It is effective to apply the present invention to a battery using lithium cobaltate or lithium manganate as a positive electrode active material such as iCoO 2 or LiMn 2 O 4 or a battery using a carbonate-based organic solvent as an electrolyte. It is.
【0025】さらに、本発明は、電池本体外容積が10
00cc以上であって、電池の抵抗値が0.5mΩ以上
の電池に適用することによってさらにその真価が発揮さ
れるものであり、特に3V以上の開放端子電圧、より良
くは3.9V以上の開放端子電圧を有する非水電解質電
池に適した構造であって、これらの構造とすることによ
って、製造時の不良品発生が少なく、外部短絡時にも異
常な温度上昇を引き起こすことのない安全性に優れた電
池となる。尚、電池の抵抗とは、電池の正極端子と負極
端子間の抵抗を意味し、1KHZ、25℃でのインピ−
ダンス測定法による抵抗値である。Further, according to the present invention, the outer volume of the battery body is 10
The true value is further exhibited by applying the present invention to a battery having a battery resistance value of not less than 00 cc and a battery resistance value of not less than 0.5 mΩ. This structure is suitable for non-aqueous electrolyte batteries with terminal voltage.By adopting these structures, there is little occurrence of defective products during manufacturing and excellent safety that does not cause abnormal temperature rise even when external short circuit occurs. Battery. The resistance of the battery means the resistance between the positive terminal and the negative terminal of the battery, and is the impedance at 1 KHZ and 25 ° C.
It is a resistance value by a dance measurement method.
【0026】リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出する
炭素材料を活物質とする負極と、リチウム含有金属酸化
物を活物質とする正極と、非水電解液とを備えてなる非
水電解質電池を作製する場合には、例えば積層式の場
合、正極板と負極板とをセパレータを介しながらこの順
に必要枚数重ねたものを電池容器に収納し、これに電解
液を注入した後封口することによって行う事が出来る。
そして、各部材は例えば以下のようにして作製すること
が出来る。A non-aqueous electrolyte battery comprising a negative electrode using a carbon material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions as an active material, a positive electrode using a lithium-containing metal oxide as an active material, and a non-aqueous electrolyte solution. In the case of manufacturing, for example, in the case of a lamination type, the required number of positive electrode plates and negative electrode plates are stacked in this order with a separator interposed therebetween, which is stored in a battery container, filled with an electrolytic solution, and sealed. I can do things.
Each member can be manufactured, for example, as follows.
【0027】正極板は、LiCoO2 、LiMn2 O4
等のリチウム含有金属酸化物粒子を活物質とし、これに
アセチレンブラックやグラファイト等の導電剤とポリフ
ッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等の結着
剤を混合して活物質合剤とし、これをペースト状にして
アルミニウム箔等の電極基体に塗布、乾燥させることに
よって作製できる。The positive electrode plate is made of LiCoO 2 , LiMn 2 O 4
An active material mixture is prepared by mixing lithium-containing metal oxide particles such as acetylene black or graphite with a conductive agent such as acetylene black or graphite and a binder such as polyvinylidene fluoride or polytetrafluoroethylene. It can be prepared by applying the composition to an electrode substrate such as an aluminum foil and drying.
【0028】負極板は、活物質として金属リチウムやリ
チウム合金、リチウムの吸蔵・放出が可能な黒鉛、人造
黒鉛、低結晶性炭素材料、または金属酸化物など種々の
ものを用いることができるが、例えば、黒鉛粉末を上記
正極同様、結着剤を用いて銅箔等の電極基体に塗布、乾
燥させることによって作製できる。As the negative electrode plate, various materials such as metallic lithium, lithium alloy, graphite capable of inserting and extracting lithium, artificial graphite, low-crystalline carbon material, and metal oxide can be used as the active material. For example, it can be produced by applying and drying a graphite powder on an electrode substrate such as a copper foil using a binder similarly to the above positive electrode.
【0029】非水電解質としては、固体状、液体状いず
れのものも用いることができ、ゲル状のものでもよい
が、非水電解液の場合、溶媒としては例えば、プロピレ
ンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラ
クトン、ジメチルスルホキシドなどの高誘電率溶媒にジ
メトキシエタン、ジメチルカーボネート、エチルメチル
カーボネート、ジエチルカーボネートなどの低粘度溶媒
を混合したものを用い、電解質塩として、LiCl
O4 、LiBF4 、LiPF6 、LiCF3 SO3 、L
iN(CF3 SO2 )2 、LiN(Cn F2n+1SO2 )
2 (ただし、nは各独立して1、2、3または4)など
のリチウム塩を溶解させることに作製できる。特に、L
iPF6 およびLiN(CF3 SO2 )2 は、安全性が
高くかつ溶解させた電解質のイオン導電率が高いという
点で、特に好ましい。As the non-aqueous electrolyte, either a solid or liquid electrolyte may be used, and a gel may be used. In the case of the non-aqueous electrolyte, the solvent may be, for example, propylene carbonate, ethylene carbonate, γ -Butyrolactone, a mixture of a high-viscosity solvent such as dimethyl sulfoxide and a low-viscosity solvent such as dimethoxyethane, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate, and LiCl as an electrolyte salt.
O 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , L
iN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (Cn F 2n + 1 SO 2 )
2 (where n is 1, 2, 3 or 4 each independently). In particular, L
iPF 6 and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 are particularly preferred in that they are highly safe and the ionic conductivity of the dissolved electrolyte is high.
【0030】セパレータについては、上記説明した通り
である。The separator is as described above.
【0031】[0031]
【実施例】以下、実施例を用いて本発明についてさらに
詳細に説明する。 (実施例1)図1は本発明の実施例であるリチウムイオ
ン二次電池の外観形状を示す斜視図である。本電池は長
方形箱型形状を有しており、ステンレス鋼板製の筒状の
電池本体容器8にステンレス鋼板製の蓋板9が溶接接合
されたものである。そして、相対する面からそれぞれ2
本の正極端子1と負極端子2が引き出された構造をして
いる。なお、電池本体外容積は、約4000ccであ
る。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. Embodiment 1 FIG. 1 is a perspective view showing an external shape of a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. This battery has a rectangular box shape, and is formed by welding a stainless steel plate lid plate 9 to a cylindrical battery body container 8 made of stainless steel plate by welding. And 2 from the opposite surface
It has a structure in which a positive electrode terminal 1 and a negative electrode terminal 2 are drawn out. The external volume of the battery body is about 4000 cc.
【0032】図2は、本実施例電池内部の発電要素の積
層構造を示す断面模式図、図3はこの電池の集電構造を
示す断面模式図である。本実施例の電池は、正極板4と
負極板3とがセパレータ5を介して交互に積層されてな
る積層構造電池であって、電極板は共に長方形板状で、
端部一辺で活物質層が形成されずに集電体金属が露出す
るようにされており、この集電体金属が露出した集電部
で同極性電極板同士重ねられ、両側から固定板6でこの
部分を挟み込んだ後、溶接し、さらにリベット7でかし
めて強固に固定された集電構造を有している。このよう
な構造とすることによって、本電池では、振動・衝撃性
能が向上したものとなっている。なお、正極端子1と負
極端子2は、それぞれ予め蓋板9の開口孔に上端部が挿
入され、封止材を介してナット(図1では省略されてい
る。)でネジ止めされることによって絶縁封止されるよ
うになっている。FIG. 2 is a schematic sectional view showing a laminated structure of power generating elements inside the battery of this embodiment, and FIG. 3 is a schematic sectional view showing a current collecting structure of the battery. The battery of the present embodiment is a laminated structure battery in which a positive electrode plate 4 and a negative electrode plate 3 are alternately laminated with a separator 5 interposed therebetween, and the electrode plates are both rectangular plates.
The current collector metal is exposed without forming an active material layer on one side of the end, and the same polarity electrode plates are overlapped with each other at the current collector where the current collector metal is exposed. After that, this portion is sandwiched, then welded, and further caulked with rivets 7 to have a current collecting structure firmly fixed. With such a structure, the present battery has improved vibration / shock performance. The upper ends of the positive electrode terminal 1 and the negative electrode terminal 2 are inserted in advance into opening holes of the cover plate 9 and screwed with nuts (omitted in FIG. 1) via a sealing material. It is designed to be insulated and sealed.
【0033】電池内部には、図2に示されるような発電
要素が2個収納されており、一つの発電要素で、正極板
4が60枚、負極板3が61枚積層されており、正極板
と負極板との間にセパレータが介されている。本実施例
の電池は、このようなスタック型の発電要素を方形箱型
の電池容器に収納しているので、隙間を少なくすること
ができ、電池のエネルギー密度を大きくすることができ
るという利点を有するものである。In the battery, two power generating elements as shown in FIG. 2 are housed. In one power generating element, 60 positive electrode plates 4 and 61 negative electrode plates 3 are laminated. A separator is interposed between the plate and the negative electrode plate. The battery of this embodiment has the advantage that such a stack-type power generation element is housed in a rectangular box-shaped battery container, so that the gap can be reduced and the energy density of the battery can be increased. Have
【0034】次に内部の構造についてさらに説明する。
正極板4は、LiCoO2 粒子94重量部、ケッチェン
ブラック1重量部とポリフッ化ビニリデン(PVdF)
5重量部とを混合し、溶媒としてN−メチル−2−ピロ
リドン(NMP)を添加して活物質合材ペーストとし、
これを厚さ40μmのアルミニウム箔に均一に塗布し、
乾燥させた後にロールプレスすることによって作製され
ており、正極板の活物質層の形成された部分の大きさ
は、117mm×380mmで、活物質層の厚さは35
0μm、活物質合剤の塗布重量は4g/100cm2 で
ある。Next, the internal structure will be further described.
The positive electrode plate 4 is composed of 94 parts by weight of LiCoO 2 particles, 1 part by weight of Ketjen black, and polyvinylidene fluoride (PVdF).
5 parts by weight, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added as a solvent to obtain an active material mixture paste.
This is uniformly applied to an aluminum foil having a thickness of 40 μm,
It is manufactured by roll pressing after drying. The size of the active material layer formed on the positive electrode plate is 117 mm × 380 mm, and the thickness of the active material layer is 35 mm.
0 μm, and the applied weight of the active material mixture was 4 g / 100 cm 2 .
【0035】なお、本実施例のように、コバルト酸リチ
ウムを正極活物質とし、以下に示すような黒鉛系炭素材
料を負極活物質とし、電池の容量が100Ah以上あ
り、通常の使用時の放電レートが1C以下であるような
電池の場合、活物質合剤の塗布重量を3g/100cm
2 〜5g/100cm2 とするのが、エネルギー密度を
大きくする上で好ましく、特に3.5g/100cm2
〜4.5g/100cm 2 、中でも4g/100cm2
とするのが製造時の歩留まりを上げるという観点からも
好ましい。さらに、このような活物質合剤の塗布重量と
する場合には、アルミニウム箔の厚さは35μm以上、
より好ましくは40μm以上とするのが良い。これは、
アルミニウム箔が薄いと電極板が切れてしまうからであ
る。ただ、アルミニウム箔はエネルギー密度を向上させ
るという観点から、上記範囲でできるだけ薄い方が良
い。It should be noted that, as in the present embodiment, lithium cobalt oxide
Graphite-based carbon material as shown below
When the battery capacity is 100 Ah or more,
The discharge rate during normal use is 1C or less.
In the case of a battery, the applied weight of the active material mixture is 3 g / 100 cm.
Two~ 5g / 100cmTwoIs to change the energy density
Preferred for increasing the size, especially 3.5 g / 100 cmTwo
~ 4.5g / 100cm TwoEspecially 4g / 100cmTwo
From the viewpoint of increasing the production yield.
preferable. Furthermore, the application weight of such an active material mixture and
If so, the thickness of the aluminum foil is 35 μm or more,
More preferably, the thickness is 40 μm or more. this is,
If the aluminum foil is thin, the electrode plate will break.
You. However, aluminum foil improves energy density
From the viewpoint that
No.
【0036】負極板3は、鱗片状人造黒鉛粒子94重量
部とPVdF6重量重量部とを混合し、溶媒としてN−
メチル−2−ピロリドン(NMP)を添加して活物質合
剤ペーストとし、これを厚さ40μmの銅箔に均一に塗
布し、乾燥させた後にロールプレスすることによって作
製されており、負極板の活物質層の形成された部分の大
きさは117mm×380mmで、活物質層の厚さは3
50μm、活物質合材の塗布重量は2g/100cm2
である。The negative electrode plate 3 was prepared by mixing 94 parts by weight of flaky artificial graphite particles and 6 parts by weight of PVdF, and using N-
Methyl-2-pyrrolidone (NMP) is added to form an active material mixture paste, which is uniformly applied to a copper foil having a thickness of 40 μm, dried, and roll-pressed to produce a negative electrode plate. The size of the portion where the active material layer is formed is 117 mm × 380 mm, and the thickness of the active material layer is 3 mm.
50 μm, application weight of active material mixture is 2 g / 100 cm 2
It is.
【0037】セパレータ5は、40μm厚のポリエチレ
ン製微多孔膜2枚で15μm厚のポリプロピレン製不織
布を挟み込んでなる積層体からなる。非水電解液は、エ
チレンカーボネートとジエチルカーボネートとの体積比
1:1の混合溶媒に、LiPF6 を1モル/l溶かした
ものである。The separator 5 is composed of a laminate in which a 15 μm-thick polypropylene nonwoven fabric is sandwiched between two 40 μm-thick polyethylene microporous membranes. The non-aqueous electrolyte is obtained by dissolving 1 mol / l of LiPF 6 in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate at a volume ratio of 1: 1.
【0038】以上のような構造を有する本実施例の電池
の容量は400Ahであり、内部抵抗をインピーダンス
測定法(1kHz、温度25℃)により測定したとこ
ろ、その値は0.8mΩであった。尚、内部抵抗の測定
は2本の正極端子1と2 本の負極端子2をそれぞれ一つ
の端子となるように接続した後、この端子間を測定する
ことにより行った。The capacity of the battery of this embodiment having the above-mentioned structure was 400 Ah, and the internal resistance was measured by an impedance measuring method (1 kHz, temperature 25 ° C.) and found to be 0.8 mΩ. The internal resistance was measured by connecting two positive terminals 1 and two negative terminals 2 so as to be one terminal each, and then measuring the distance between these terminals.
【0039】この電池を用いて外部短絡試験を行った。
試験は、25℃の温度条件で、200A定電流/4.1
V定電圧×4hの定電流定電圧充電と200Aでの定電
流放電(3V終止電圧)を繰り返した後、満充電状態に
おいて行った。この結果、電池温度は110℃以下であ
り、安全弁の開放も無かった。また、上記充電と200
Aでの定電流放電とを繰り返したDOD50%でのサイ
クル寿命は、800回以上であった。また、この電池の
製造時の歩留まりは、5分の5であった。An external short circuit test was performed using this battery.
The test was performed at a temperature of 25 ° C. and a constant current of 200 A / 4.1.
After repeating constant-current constant-voltage charging of V constant voltage × 4 h and constant-current discharging at 200 A (3 V end voltage), the test was performed in a fully charged state. As a result, the battery temperature was 110 ° C. or lower, and the safety valve was not opened. In addition, the above charging and 200
The cycle life at a DOD of 50% obtained by repeating the constant current discharge at A was 800 times or more. The production yield of this battery was 5/5.
【0040】(実施例2、比較例1、2)セパレータ5
を、50μm厚のポリエチレン製微多孔膜とした以外
は、上記実施例1と同様にして積層構造電池Aを作製し
た。セパレータ5を、25μm厚のポリエチレン製微多
孔膜とした以外は、上記実施例1と同様にして積層構造
電池Bを作製した。セパレータ5を、40μm厚のポリ
エチレン製微多孔膜とした以外は、上記実施例1と同様
にして積層構造電池Cを作製した。これらの電池につい
て、実施例1と同じ条件で外部短絡試験と寿命試験を行
った。この結果を、表1に示す。なお、電池温度は短絡
後10分での温度であり、電池内部にサーミスタを挿入す
ることによって測定した。(Example 2, Comparative Examples 1 and 2) Separator 5
Was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a microporous polyethylene membrane having a thickness of 50 μm was prepared. A laminated battery B was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator 5 was a 25 μm-thick polyethylene microporous film. A laminated battery C was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator 5 was a polyethylene microporous film having a thickness of 40 μm. These batteries were subjected to an external short-circuit test and a life test under the same conditions as in Example 1. Table 1 shows the results. The battery temperature is a temperature 10 minutes after the short circuit, and was measured by inserting a thermistor inside the battery.
【0041】[0041]
【表1】 また、積層構造電池Cの歩留まりは2分の1、積層構造
電池Aの歩留まりは2分の2であった。[Table 1] Further, the yield of the stacked battery C was 1/2, and the yield of the stacked battery A was 1/2.
【0042】(実施例3、4、5、比較例3)セパレー
タ5として40μm厚のポリエチレン製微多孔膜と48
μm厚のポリプロピレン製不織布との積層膜を用いた以
外は、上記実施例1と同様にして作製した積層構造電池
をD、セパレータ5として40μm厚のポリエチレン製
微多孔膜と58μm厚のポリプロピレン製不織布との積
層膜を用いた以外は、上記実施例1と同様にして作製し
た積層構造電池をE、セパレータ5として40μm厚の
ポリエチレン製微多孔膜と98μm厚のポリプロピレン
製不織布との積層膜を用いた以外は、上記実施例1と同
様にして作製した積層構造電池をF、セパレータ5とし
て25μm厚のポリエチレン製微多孔膜と13μm厚の
ポリプロピレン製不織布との積層膜を用いた以外は、上
記実施例1と同様にして作製した積層構造電池をGとす
る。これらの電池について、実施例1と同じ条件で外部
短絡試験と寿命試験を行った。この結果を、表2に示
す。なお、電池温度は短絡後10分での温度であり、電池
内部にサーミスタを挿入することによって測定した。(Examples 3, 4, 5 and Comparative Example 3) A polyethylene microporous membrane having a thickness of 40 μm
A laminated structure battery prepared in the same manner as in Example 1 except that a laminated film of a non-woven fabric made of polypropylene and a non-woven fabric of polypropylene having a thickness of 40 μm and a non-woven fabric made of polypropylene having a thickness of 58 μm was used. A laminated battery prepared in the same manner as in Example 1 except that a laminated film was used as E, and a laminated film of a microporous polyethylene film of 40 μm thickness and a nonwoven fabric of polypropylene of 98 μm thickness was used as the separator 5. Except for the difference, the laminated battery prepared in the same manner as in Example 1 was used in Example F, except that a laminated film of a 25 μm-thick polyethylene microporous film and a 13 μm-thick polypropylene nonwoven fabric was used as the separator 5. G is a laminated battery manufactured in the same manner as in Example 1. These batteries were subjected to an external short-circuit test and a life test under the same conditions as in Example 1. Table 2 shows the results. The battery temperature is a temperature 10 minutes after the short circuit, and was measured by inserting a thermistor inside the battery.
【0043】[0043]
【表2】 [Table 2]
【0044】なお、以上の実施例からも示されるよう
に、本発明の電池は、電解液として炭酸エステル系の有
機溶媒が用いられ、正極活物質としてコバルト酸リチウ
ムが用いられた方形箱型のリチウムイオン二次電池に特
に適している。As shown in the above examples, the battery of the present invention has a rectangular box type in which a carbonate-based organic solvent is used as an electrolyte and lithium cobaltate is used as a positive electrode active material. Particularly suitable for lithium ion secondary batteries.
【0045】[0045]
【発明の効果】本発明によれば、製造に際する不良品の
発生の少ない100Ah以上の電池が実現される。According to the present invention, a battery of 100 Ah or more with less occurrence of defective products during manufacturing can be realized.
【図1】この発明の実施例のリチウムイオン二次電池の
外観形状を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an external shape of a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.
【図2】この発明の実施例の電池内部の発電要素の積層
構造を示す断面模式図である。FIG. 2 is a schematic sectional view showing a laminated structure of a power generating element inside a battery according to an embodiment of the present invention.
【図3】この発明の実施例の電池の集電構造を示す断面
模式図である。FIG. 3 is a schematic sectional view showing a current collecting structure of a battery according to an embodiment of the present invention.
1 正極端子 2 負極端子 3 負極板 4 正極板 5 セパレータ Reference Signs List 1 positive electrode terminal 2 negative electrode terminal 3 negative electrode plate 4 positive electrode plate 5 separator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H029 AJ14 AK03 AL02 AL06 AL07 AL12 AM00 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ12 CJ22 DJ04 DJ13 EJ12 HJ00 HJ04 HJ07 HJ19 HJ20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5H029 AJ14 AK03 AL02 AL06 AL07 AL12 AM00 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ12 CJ22 DJ04 DJ13 EJ12 HJ00 HJ04 HJ07 HJ19 HJ20
Claims (6)
が50μm以上のセパレータを備えていることを特徴と
する非水電解質電池。1. A non-aqueous electrolyte battery having a battery capacity of 100 Ah or more and a separator having a thickness of 50 μm or more.
を含む2種以上のセパレータが重ねられてなるものであ
って、前記微多孔膜の厚さが40μm以上であることを
特徴とする請求項1記載の非水電解質電池。2. The separator according to claim 1, wherein at least two types of separators including at least a microporous membrane are stacked, and the thickness of the microporous membrane is 40 μm or more. The nonaqueous electrolyte battery according to any one of the preceding claims.
リプロピレン製膜との積層膜であることを特徴とする請
求項2記載の非水電解質電池。3. The non-aqueous electrolyte battery according to claim 2, wherein the separator is a laminated film of a polyethylene film and a polypropylene film.
る炭素材料を活物質とする負極と、リチウム含有金属酸
化物を活物質とする正極と、非水電解液とを備えてな
り、正極の活物質層の面積当たりの塗布量が3g/10
0cm2 以上であることを特徴とする請求項1または2
記載の非水電解質電池。4. A positive electrode comprising a negative electrode using a carbon material that reversibly stores and releases lithium ions as an active material, a positive electrode using a lithium-containing metal oxide as an active material, and a non-aqueous electrolyte. The coating amount per area of the active material layer is 3 g / 10
3. The device according to claim 1, wherein the size is 0 cm 2 or more.
The nonaqueous electrolyte battery according to any one of the preceding claims.
板がセパレータを介して積層されてなることを特徴とす
る請求項1、2または3記載の非水電解質電池。5. The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein 50 or more positive plates and 50 or more negative plates are laminated with a separator interposed therebetween.
って、電池の抵抗値が0.5mΩ以上であることを特徴
とする請求項1、2、3または4記載の非水電解質電
池。6. The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the external volume of the battery body is 1000 cc or more, and the resistance value of the battery is 0.5 mΩ or more.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11111021A JP2000306607A (en) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | Nonaqueous electrolyte battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP11111021A JP2000306607A (en) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | Nonaqueous electrolyte battery |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000306607A true JP2000306607A (en) | 2000-11-02 |
Family
ID=14550391
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JP11111021A Pending JP2000306607A (en) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | Nonaqueous electrolyte battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000306607A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2007157459A (en) * | 2005-12-02 | 2007-06-21 | Sony Corp | Nonaqueous electrolytic solution battery |
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JPWO2014050114A1 (en) * | 2012-09-28 | 2016-08-22 | 三洋電機株式会社 | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
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US11682766B2 (en) | 2017-01-27 | 2023-06-20 | Nec Corporation | Silicone ball containing electrode and lithium ion battery including the same |
-
1999
- 1999-04-19 JP JP11111021A patent/JP2000306607A/en active Pending
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