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JP2004152619A - Nonaqueous electrolyte cell - Google Patents

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JP2004152619A
JP2004152619A JP2002316466A JP2002316466A JP2004152619A JP 2004152619 A JP2004152619 A JP 2004152619A JP 2002316466 A JP2002316466 A JP 2002316466A JP 2002316466 A JP2002316466 A JP 2002316466A JP 2004152619 A JP2004152619 A JP 2004152619A
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JP
Japan
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battery
negative electrode
positive electrode
weight
gas
Prior art date
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Application number
JP2002316466A
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Japanese (ja)
Inventor
Yusuke Fujishige
祐介 藤重
Gen Fukushima
弦 福嶋
Tokuo Komaru
篤雄 小丸
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain swelling of an exterior material when it is stored under a high temperature. <P>SOLUTION: The nonaqueous electrolyte cell is equipped with a positive electrode 5 having a positive electrode mixture layer 10, a negative electrode 6 having a negative electrode combined agent layer 13, a solid electrolyte 7, a gas absorbing board 3 having one or more lithium-containing oxides expressed in formulas; Li<SB>x</SB>Si<SB>y</SB>O<SB>z</SB>( In the formula, x, y and z are greater than 0) and Li<SB>x</SB>Zr<SB>y</SB>O<SB>z</SB>( In the formula, x, y and z are greater than 0), and an outer package material 4 sealing the positive electrode 5, the negative electrode 6, the solid electrolyte 7 and the gas absorbing board 3 together. Since the gas absorbing board 3 absorbs generated gas inside by high temperature preservation, and prevents gas from accumulating inside, the swelling of the outer package material by the accumulated gas inside can be prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極、負極、非水電解質を一括して封入する外装材の変形を抑制することで電池特性が大幅に改良された非水電解質電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年においては、例えばノート型携帯用コンピューター、情報端末装置(PDA:Personal Digital Assistants)、携帯型電話機、カメラ一体型VTR(Video Tape Recorder)等の携帯用電子機器の電源として、軽量で高エネルギー密度な二次電池の開発が進められている。この高いエネルギー密度を有する二次電池としては、例えば鉛電池やニッケルカドミウム電池等よりも大きなエネルギー密度を有し、電池の充放電反応がリチウムイオンを正極と負極との間で移動させることで行われるリチウムイオン二次電池が知られている。
【0003】
このリチウムイオン二次電池おいては、例えば金属製容器等の代わりにフィルム状の外装材を用いることで、更なる薄型化、軽量化を行うことが可能となる。具体的に、リチウムイオン二次電池においては、フィルム状の外装材として、例えば熱融着が可能な高分子フィルムと金属箔とが積層されたラミネートフィルム等を用いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したリチウムイオン二次電池おいて、外装材に用いたラミネートフィルム等からなるフィルムは、金属製容器等といった外装材比べて剛性が低い。このため、リチウムイオン二次電池では、例えば電子機器の操作を誤った操作により過充電や過放電が行われたり、高温保存されたりした場合、電池内において非水電解液等が分解されて炭酸ガス等が発生し、剛性の低いフィルム状の外装材を変形させてしまう。具体的には、電池内で発生したガスによりフィルム状の外装材が風船のように膨らんでしまうといった問題がある。
【0005】
そこで、本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、過充電、過放電、高温保存等により発生したガスが電池内部に貯留されることを防いで外装材の変形が抑制された非水電解質電池を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る非水電解質電池は、正極活物質を含有する正極合剤層を備える正極と、負極活物質を含有する負極合剤層を備える負極と、非水溶媒と電解質塩とを含有する非水電解質と、化学式LiSi(式中x、y、zは0より大である。)や、LiZr(式中x、y、zは0より大である。)で示されるリチウム含有酸化物のうち、何れか一種以上からなるガス吸収剤と、正極、負極、非水電解質、及びガス吸収剤を一括して封入する外装材とを有していることを特徴としている。
【0007】
この非水電解質電池では、外装材に電極等と一緒に封入されたガス吸収剤が、電池内部に発生したガスを吸収して電池内部にガスが貯留することを防ぐことから、電池内部に貯留したガスにより外装材が変形してしまうことを抑制させる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した非水電解質電池について説明する。そして、この非水電解質電池としてリチウムイオン二次電池(以下、電池と記す。)の一構成例を図1に示す。この電池1は、発電要素となる電池素子2と、電池素子2の外周部に備わるガス吸収板3と、電池素子2及びガス吸収板3を一括して封入するフィルム状の外装材4とを有している。
【0009】
電池素子2は、図2に示すように、帯状の正極5と、帯状の負極6との間に有機高分子や電解質塩を含有させた固体電解質7とセパレータ8とを介在させた状態で、帯状の電極の長手方向に捲回することで発電素子として機能する。
【0010】
正極5は、正極活物質と結着剤とを含有する正極合剤塗液を正極集電体9上に塗布、乾燥、加圧することにより、正極集電体9上に正極合剤層10が圧縮形成された構造となっている。正極5には、正極端子11が正極集電体9の所定の位置に、正極集電体9の幅方向に突出するように接続されている。この正極端子11には、例えばアルミニウム等の導電性金属からなる短冊状金属片等を用いる。
【0011】
正極活物質には、比較的に電池容量を大きくできる例えばLiMO(式中MはCo、Ni、Mn、Fe、Al、V、Ti等による一種以上の遷移金属を表し、xは0.5以上、1.10以下の範囲である。)で示されるリチウム複合酸化物等を使用する。このリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Mとしては、Co、Ni、Mn等が好ましい。このようなリチウム複合酸化物の具体例としては、LiCoO、LiNiO、LiNiCo1−y(式中、0<y<1である。)、LiMn等を挙げることができる。また、正極活物質としては、安価で結晶構造が安定している例えばLiPO(式中MはFe、Mn、Cr、Co、Cu、Ni、V、Mo、Ti、Zn、Al、Ga、Mg、B、Nb、SnCa、Srのうち何れか一種以上であり、0.5≦x≦1.1であり、0.5≦y≦1である。)で示される化合物等が挙げられ、具体的にLiFePO等を用いる。さらに、正極活物質としては、例えばTiS、MoS、NbSe、V等の金属硫化物あるいは酸化物も使用することができる。
【0012】
正極5では、正極合剤層10の結着剤として、非水電解質電池の正極合剤に用いられる例えばポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピリジンやポリテトラフルオロエチレン等といった結着剤を用いることができる他に、正極合剤層10に例えば導電材として炭素質材料等を添加したり、公知の添加剤等を添加したりすることができる。正極5では、正極集電体9に、例えばアルミニウム等の導電性金属からなる箔状金属や網状金属等を用いる。
【0013】
負極6は、負極活物質と結着剤とを含有する負極合剤塗液を負極集電体12上に塗布、乾燥、加圧することにより、負極集電体12上に負極合剤層13が圧縮形成された構造となっている。負極6には、負極端子14が負極集電体12の所定の位置に、負極集電体12の幅方向に突出するように接続されている。この負極端子14には、例えばニッケルや銅等の導電性金属からなる短冊状金属片等を用いる。
【0014】
負極活物質には、リチウム対して2V以下の電位を有し、リチウムをドープ・脱ドープする材料を用いる。具体的には、例えばリチウム、リチウム合金、又はリチウムイオンをドープ・脱ドープできる炭素質材料等が用いられる。リチウムイオンをドープ・脱ドープできる炭素質材料としては、例えば2000℃以下の比較的低い温度で焼成して得られる低結晶性炭素材料、結晶化しやすい原材料を3000℃付近の高温で焼成した人造黒鉛等の高結晶性炭素材料等を用いることが可能である。具体的には、熱分解炭素類、コークス類、黒鉛類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭等の炭素質材料を用いることが可能である。コークス類としては、例えばピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等がある。なお、有機高分子化合物焼成体とは、フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し、炭素化したものである。
【0015】
また、負極活物質としては、上述した炭素質材料の他に、例えばリチウムと化合可能な元素又はこの元素の化合物等を用いることもできる。具体的には、例えば化学式DLi(Dはリチウムと化合可能な金属元素及び/又は半導体元素の一種以上であり、Eはリチウム及びD以外の金属元素及び/又は半導体元素の一種以上であり、sは0より大きく、t及びuは0以上である。)等化学式で示される化合物としてSiB、SiB、MgSi、MgSn、NiSi、TiSi、MoSi、CoSi、NiSi、CaSi、CrSi、CuSi、FeSi、MnSi、NbSi、TaSi、VSi、WSi、ZnSi等が挙げられ、これらのうち何れか一種以上を用いる。そして、これらの化合物は、上述した炭素質材料に一種以上を混合させて用いることもでき、この場合、炭素質材料が導電材として機能することになる。
【0016】
また、上述した炭素質材料や化合物の他に、負極活物質として、例えばポリアセチレン、ポリピロール等の高分子や酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズ等といった比較的電位が卑であり、リチウムのドープ・脱ドープが可能な酸化物や、これら酸化物の酸素を窒素で置換した窒化物等を使用することもできる。
【0017】
負極6では、負極合剤層11の結着剤として、非水電解質電池の負極合剤に用いられる例えばポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピリジンやポリテトラフルオロエチレン等といった結着剤を用いることができる。負極6では、負極集電体12に、例えば銅等の導電性金属からなる箔状金属や網状金属等を用いる。
【0018】
固体電解質7は、正極5と負極6との間で例えばリチウムイオン等の授受を行うものである。このため、この固体電解質7には、リチウムイオン導電性を有する有機固体電解質を用いる。この有機固体電解質としては、電解質塩とそれを含有させる有機高分子とによって構成される高分子固体電解質や、非水電解液を高分子マトリックスに含有させたゲル状電解質等を用いることができる。そして、固体電解質7は、正極5及び負極6の表面に、有機固体電解質を含有する電解質溶液を塗布し、固化することで電解質層として形成される。
【0019】
固体電解質7においては、通常、非水電解質電池に用いられる電解質塩を使用することができる。具体的には、LiPF、LiBF、LiAsF、LiClO、LiB(C、CHSOLi、CFSOLi、LiCSO、LiN(SOCF、LiN(SO、LiC(SOCF、LiAlCl、LiSiF、LiCl、LiBr等が挙げられ、これらのうちの一種又は複数種を混合して用いる。特に、電解質塩としては、酸化安定性の点で優れているLiPF、LiBFを用いる。
【0020】
そして、固体電解質7では、高分子固体電解質の電解質塩を含有させる有機高分子として例えばポリ(エチレンオキサイト)や同架橋体等のエーテル系高分子、ポリ(メタクリレート)エステル系高分子、アクリレート系高分子等を単独又は分子中に供重合、混合して用いることができる。
【0021】
固体電解質7においては、ゲル状電解質の場合、上述した電解質塩を溶解させて非水電解液にさせる非水溶媒には比較的誘電率が高い溶媒を用いる。この場合、非水電解液は可塑剤として機能することになる。具体的に、非水溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1、3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステル等が挙げられ、これらのうちの一種又は複数種を混合して用いる。
【0022】
そして、固体電解質7では、ゲル状電解質の非水電解液を含有させる高分子マトリックスとしては非水電解液を吸収してゲル化するものであれば種々の高分子が利用できる。具体的には、例えばポリ(ビニリデンフルオロライド)や、ポリ(ビニリデンフルオロライド−co−ヘキサフルオロプロピレン)等のフッ素系高分子、ポリ(エチレンオキサイド)や、これの架橋体等のエーテル系高分子、ポリ(アクリロニトリル)等が挙げられ、これらのうち何れか一種又は複数種を混合して用いる。
【0023】
セパレータ8は、正極5と負極6とを離間させるものであり、この種の非水電解質電池の絶縁性多孔質膜として通常用いられている公知の材料を用いることができる。具体的には、例えばポリプロピレン、ポリエチレン等の高分子フィルムが用いられる。また、リチウムイオン伝導度とエネルギー密度との関係から、セパレータ8の厚みはできるだけ薄い方が好ましく、その厚みを30μm以下の厚みにして用いる。これにより、電池1では、正極5と負極6との間のリチウムイオン電導度を良好にでき、高いエネルギー密度が得られる。
【0024】
以上のような構成の電池素子2の外周部に備わるガス吸収板3は、ガス吸収剤を含有するガス吸収剤塗液を基板15上に塗布、乾燥、加圧することにより、基板15上にガス吸収剤層16が圧縮形成された構造となっている。
【0025】
ガス吸収板3において、ガス吸収剤としては、例えば化学式LiSi(式中x、y、zは0より大である。)や、LiZr(式中x、y、zは0より大である。)で示されるリチウム含有酸化物等が挙げられ、具体的にLiSiO、LiSiO、LiZrO等のうちの何れか一種以上を用いる。ガス吸収板3において、基板15としては、電池素子2と絶縁状態にあることから例えば金属箔や有機樹脂フィルム等、様々なシート状の材料を用いることが可能である。また、ガス吸収板3においては、ガス吸収剤が含有されるガス吸収層16を基板15上に形成させる結着剤としては、上述した正極5、負極6に用いた結着剤等を用いることが可能である。
【0026】
このような構成のガス吸収板3は、電池素子2と共に外装材4内に封入されることで、例えば電池1が過充電状態、過放電状態に陥ったり、高温環境下に曝されたりした際に、固体電解質7等の分解により生じる炭酸ガス等を吸収する。これにより、ガス吸収板3は、電池内部に固体電解質7等の分解により発生したガスが貯留することを防ぎ、電池内部に発生したガスによる外装材4の変形を抑制させるように作用する。
【0027】
これらの電池素子2やガス吸収板3を一括して封入する外装材4は、例えば樹脂層と金属層とがラミネート加工等で貼り合わされて二層以上に複合化されたラミネートフィルムであり、電池素子2と対向する面が樹脂層になるようにされている。樹脂層としては、正極端子11及び負極端子14に対して接着性を示すものであれば材料は特に限定されないが、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン及びこれらの共重合体、ポリオレフィン樹脂等といった有機樹脂材料が透過性を低くできて気密に優れることから用いられる。金属層としては、例えば箔状、板状等に成形されているアルミニウム、ステンレス、ニッケル、鉄等が用いられる。また、外装材4においては、電池1の外周層となる層に例えばナイロン等からなる樹脂層を備えることにより、破れや突き刺し等に対する強度を向上させることができる。
【0028】
このような構成の電池1は次のようにして製造する。先ず、正極5を作製する。正極5を作製する際は、上述した正極活物質と導電材と結着剤とを含有する正極合剤塗液を調製し、この正極合剤塗液を例えばアルミニウム箔等からなる正極集電体9上に未塗工部を設けるように均一に塗布、乾燥、加圧することで正極合剤層10を圧縮形成し、所定の寸法に裁断する。次に、正極集電体9が露出する未塗工部に正極端子11を例えば超音波溶接や、スポット溶接等により接続する。このようにして、帯状の正極5が作製される。
【0029】
次に、負極6を作製する。負極6を作製する際は、上述した負極活物質と結着剤とを含有する負極合剤塗液を調製し、この負極合剤塗液を例えば銅箔等からなる負極集電体12上に未塗工部を設けるように均一に塗布、乾燥、加圧することで負極合剤層13を圧縮形成し、所定の寸法に裁断する。次に、負極集電体12が露出する未塗工部に負極端子14を例えば超音波溶接や、スポット溶接等により接続する。このようにして、帯状の負極6が作製される。
【0030】
次に、以上のように作製された正極5の正極合剤層10の主面、及び負極6の負極合剤層13の主面に固体電解質7をそれぞれ層状に形成する。固体電解質7を形成する際は、電解質塩を非水溶媒に溶解させて非水電解液を調製する。次に、この非水電解液と、有機高分子又はマトリックス高分子と、必要に応じて希釈溶剤としての非水溶媒とを混合撹拌してゾル状態の電解質溶液を作製し、この電解質溶液を正極5の正極合剤層10の主面、及び負極6の負極合剤層13の主面にそれぞれ塗布して高分子固体電解質層を形成する。希釈溶剤を用いた場合は、その非水溶媒を揮発させてゲル電解質層を形成する。このようにして正極5上及び負極6上に固体電解質7を電解質層としてそれぞれ形成させる。
【0031】
次に、以上のように固体電解質7が主面上に形成された正極5及び負極6を電解質層が対向するように、セパレータ8を介して長尺方向に多数回、扁平状に捲回して電池素子2を作製する。また、電池素子2においては、捲回軸方向の一方端面から正極端子11及び負極端子14を突出させる。
【0032】
次に、ガス吸収板3を作製する。ガス吸収板3を作製する際は、上述したガス吸収剤と結着剤とを含有するガス吸収剤塗液を調製し、このガス吸収剤塗液を例えばフィルム状の基板15上に均一に塗布、乾燥、加圧することでガス吸収剤層16を圧縮形成し、所定の寸法に裁断する。このようにして、シート状のガス吸収板3が作製される。
【0033】
次に、電池素子2に備わる正極端子11と負極端子14とを外部に導出しつつ、外装材4の内部に電池素子3とガス吸収板3とを一括して収納した。このとき、電池素子2は、正極端子11及び負極端子14と、外装材4との間に接着性を示すプロピレン等からなる樹脂片17をあてがうようにして、外装材4に収納させる。これにより、電池1では、正極端子11及び負極端子14と外装材4における金属層とが短絡することや、気密性が低下すること等が防止される。
【0034】
次に、電池素子2とガス吸収板3を内部に収納した外装材4の周縁部を例えばヒートシール等で張り合わせることにより、電池素子2が外装材4に封入される。このようにして、ガス吸収板3を備えた電池1が製造される。
【0035】
以上のようにして製造される電池1では、外装材4に電池素子2と一緒に封入されたガス吸収板3が、電池内部に発生したガスを吸収して電池内部にガスが貯留することを防ぐことができる。
【0036】
したがって、この電池1では、内部に発生するガスをガス吸収板3に含有されるガス吸収剤が吸収することから、従来のような過充電、過放電及び高温保存された際に、例えば非水電解質等が分解して発生した炭酸ガス等が外装材を風船のように膨らませる不具合を防止できる。
【0037】
また、この電池1では、電池内部に備わるガス吸収剤が、積層された正極5と負極6との間や合剤層内部に貯留するガス等も吸収することから、例えば正極5と負極6との間や合剤層内部に貯留したガスが集電体より合剤層を剥がしてしまうことを防止できる。
【0038】
以上の例では、ガス吸収剤を含有するガス吸収板3を備えた電池1について説明したが、必ずしも基板15上にガス吸収剤を含有するガス吸収剤層16を形成させたガス吸収板3を用いることに限定されることはなく、例えば粉末状のガス吸収剤を押し固めたものや、粉末状のガス吸収剤をそのまま電池素子2と一緒に外装材に封入させた場合でも、上述したガス吸収剤の作用効果を得ることができる。
【0039】
また、電池1では、例えばガス吸収剤を分散させた正極合剤塗液を用いて正極合剤層10を形成させることで、正極5の正極合剤層10にガス吸収剤を含有させることも可能である。これにより、電池1では、ガス吸収板3が不要となり、薄型化を図ることができる。
【0040】
この場合、ガス吸収剤は、正極合剤層10中に、0.1重量%以上、8重量%以下の範囲で含有させるようにする。正極合剤層10中に含有されるガス吸収剤が0.1重量%より少ない場合、ガス吸収剤が少なすぎることから電池内部に発生した炭酸ガス等を吸収することが困難となる。一方、正極合剤層10中に含有されるガス吸収剤が8重量%より多い場合、正極合剤層10に含有されるガス吸収剤が多すぎて、正極活物質が正極合剤層10に含まれる割合が少なくなることから、電池容量が低下してしまう。
【0041】
したがって、電池1においては、正極合剤層10にガス吸収剤を含有させる場合に、正極合剤層10中に、ガス吸収剤を0.1重量%以上、8重量%以下の範囲で含有させることで、内部に発生した炭酸ガス等による膨れや、電池容量の低下を抑制できる。
【0042】
さらに、電池1では、例えばガス吸収剤を分散させた負極合剤塗液を用いて負極合剤層13を形成させることで、負極6の負極合剤層13にガス吸収剤を含有させることも可能である。この電池1でも、正極合剤層10にガス吸収剤を含有させた場合と同様に、薄型化を図ることができる。
【0043】
この場合、ガス吸収剤は、負極合剤層13中に、0.2重量%以上、10重量%以下の範囲で含有させるようにする。負極合剤層13中に含有されるガス吸収剤が0.2重量%より少ない場合、ガス吸収剤が少なすぎることから電池1内部に発生した炭酸ガス等を吸収することが困難となる。一方、負極合剤層13中に含有されるガス吸収剤が10重量%より多い場合、負極合剤層13に含有されるガス吸収剤が多すぎて、負極活物質が負極合剤層13に含まれる割合が少なくなることから、電池容量が低下してしまう。
【0044】
したがって、電池1においては、負極合剤層13にガス吸収剤を含有させる場合に、負極合剤層13中に、ガス吸収剤を0.2重量%以上、10重量%以下の範囲で含有させることで、内部に発生した炭酸ガス等による膨れや、電池容量の低下を抑制できる。
【0045】
さらにまた、電池1では、例えばガス吸収剤を分散させた電解質溶液を用いて固体電解質7を形成させることで、固体電解質7にガス吸収剤を含有させることも可能である。この電池1でも、正極合剤層10にガス吸収剤を含有させた場合と同様に、薄型化を図ることができる。
【0046】
この場合、ガス吸収剤は、固体電解質7中に、ガス吸収剤を0.3重量%以上、15重量%以下の範囲で含有させるようにする。固体電解質7中に含有されるガス吸収剤が0.3重量%より少ない場合、ガス吸収剤が少なすぎることから電池1内部に発生した炭酸ガス等を吸収することが困難となる。一方、固体電解質7中に含有されるガス吸収剤が15重量%より多い場合、充放電に寄与する固体電解質7が少なくなることから、電池容量が低下してしまう。
【0047】
したがって、電池1においては、固体電解質7にガス吸収剤を含有させる場合に、固体電解質7中に、ガス吸収剤を0.3重量%以上、15重量%以下の範囲で含有させることで、内部に発生した炭酸ガス等による膨れや、電池容量の低下を抑制できる。
【0048】
なお、以上では、非水電解質として高分子固体電解質層又はゲル電解質層からなる固体電解質7を用いているが、このことに限定されることはなく、例えば非水電解質として電解質塩を非水溶媒に溶解させた非水電解液を用いた場合も適用可能である。また、上述した実施の形態においては、薄型の電池1を例に挙げて説明しているが、このことに限定されることはなく、例えば円筒形、コイン型、角型、ボタン型等、外装材に金属製容器等を用いた電池等、種々の形状や大きさした非水電解質電池にも適用可能である。
【0049】
【実施例】
以下、本発明を適用した非水電解質電池としてリチウムイオン二次電池を実際に作製したサンプルについて説明する。
【0050】
〈サンプル1〉
サンプル1では、先ず、正極を作製した。正極を作製する際は、正極活物質となるLiCoOを91重量部と、導電材としてグラファイトを6重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(以下、PVdFと記す。)を3重量部と、溶剤としてN−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと記す。)とを加えて、プラネタリーミキサーによって混練して分散を行い、正極合剤塗液を調製した。次に、塗工装置としてダイコータを用いて正極集電体となる厚み20μmの帯状アルミニウム箔の両面に未塗工部を設けるように均一に塗布し、100℃、減圧状態で24時間乾燥させた後に、ロールプレス機で圧縮成形することで正極合剤層を形成し、所定の寸法に裁断した。次に、正極集電体が露出する未塗工部に、直径50μmのアルミニウム線を75μm間隔で編み込んだ金属網を所定の寸法に裁断した正極端子を抵抗溶接により接続した。このようにして、長尺状の正極を作製した。
【0051】
次に、負極を作製した。負極を作製する際は、負極活物質となる黒鉛粉末を90重量部と、結着剤としてPVdFを10重量部と、溶剤にNMPとを加えて、プラネタリーミキサーによって混練して分散を行い、負極合剤塗液を調製した。次に、この負極合剤塗液を塗工装置としてダイコータを用いて負極集電体となる厚み10μmの帯状銅箔の両面に未塗工部を設けるように均一に塗布し、120℃、減圧状態で24時間乾燥させた後に、ロールプレス機で圧縮成形することで負極合剤層を形成し、所定の寸法に裁断した。次に、負極集電体が露出する未塗工部に、直径50μmのニッケル線を75μm間隔で編み込んだ金属網を所定の寸法に裁断した負極端子を抵抗溶接により接続した。このようにして、長尺状の負極を作製した。
【0052】
次に、以上のように作製された正極及び負極の両主面にゲル状電解質を電解質層として形成した。ゲル状電解質からなる電解質層を形成する際は、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)とを同重量比で混合させた非水溶媒に対してLiPFを1mol/リットル溶解させた非水電解液を調製した。次に、この非水電解液を30重量部と、高分子マトリックスとしてポリ(ビニリデンフルオロライド−co−ヘキサフルオロプロピレン)を10重量部と、ジエチルカーボネートを60重量部とを混合撹拌してゾル状態のゲル状電解質溶液を調製した。次に、このゲル状電解質溶液を正極及び負極の両主面上にそれぞれ塗布し、正極合剤層及び負極合剤層に含浸させた後に、常温で8時間静置させてジエチルカーボネートを揮発させた。このようにして正極及び負極の両主面上にゲル状電解質からなる電解質層を形成させた。
【0053】
次に、以上のように電解質層が主面上に形成された正極及び負極をゲル状電解質が対向するように微多孔質ポリプロピレンフィルムからなる15μmのセパレータを介して貼り合わせ、正極の長尺方向に扁平捲回して電池素子を作製した。次に、ガス吸収板を作製した。ガス吸収板を作製する際は、上述したガス吸収剤と結着剤とを含有するガス吸収剤塗液を調製し、このガス吸収剤塗液を例えばフィルム状の基板上に均一に塗布、乾燥、加圧することでガス吸収剤層を圧縮形成し、所定の寸法に裁断する。このようにして、シート状のガス吸収板3が作製される。
【0054】
次に、この電池素子を、厚み50μmのアルミニウム箔からなる金属層を厚み30μmのポリオレフィンフィルムからなる樹脂層で挟んだ三層構造のラミネートフィルムからなる外装材の内部に、ガス吸収剤であるLiSiO粉末0.5gと一緒に収納した。このとき、正極端子と負極端子とが外部に導出するようにし、外部に導出した正極端子及び負極端子と外装材との間に接着性を示すプロピレン樹脂片をあてがうようにして、電池素子を外装材に収納させた。
【0055】
次に、電池素子とガス吸収剤とを内部に収納した外装材の周縁部を樹脂層同士が相対するように貼り合わせ、貼り合わせた部分の樹脂層同士を200℃でホットシールすることにより、電池素子とガス吸収剤とを外装材に封入した。以上のようにして、薄型のリチウムイオン二次電池を製造した。なお、以下の説明では、便宜上、リチウムイオン二次電池のことを単に電池と称する。
【0056】
〈サンプル2〉
サンプル2では、LiSiO粉末の代わりにガス吸収剤としてLiSiO粉末を用い、このLiSiO粉末を電池素子と一緒に外装材に封入させたこと以外は、サンプル1と同様にして電池を作製した。
【0057】
〈サンプル3〉
サンプル3では、LiSiO粉末の代わりにガス吸収剤としてLiZrO粉末を用い、このLiZrO粉末を電池素子と一緒に外装材に封入させたこと以外は、サンプル1と同様にして電池を作製した。
【0058】
〈サンプル4〉
サンプル4では、ガス吸収剤を用いずに、電池素子だけを外装材に封入させたこと以外は、サンプル1と同様にして電池を製造した。
【0059】
そして、以上のように製造したサンプル1〜サンプル4の電池について、高温保存による膨れ量を測定した。
【0060】
以下、各サンプルにおける、高温保存による膨れ量の評価結果を表1に示す。
【0061】
【表1】

Figure 2004152619
【0062】
なお、高温保存による膨れ量は次のようにして測定した。各サンプルに対し、充電電流0.2Cで4.2V迄の定電流定電圧で充電した後に、充電電流0.5Cで4.35迄の定電流定電圧で充電する過充電を行った。次に、過充電された各サンプルの厚みを測定した後に、100℃雰囲気下で100時間保存した。次に、高温保存後、室温まで冷却した各サンプルの厚みを再び測定した。このようにして、高温保存による膨れ量を測定した。そして、各サンプルにおける高温保存による膨れ量は、高温保存前後の電池厚みの差である。
【0063】
表1に示す評価結果から、外装材に電池素子と一緒にガス吸収剤が封入されたサンプル1〜サンプル3では、外装材にガス吸収剤を封入させなかったサンプル4に比べ、高温保存による膨れ量が大幅に小さくなっていることがわかる。
【0064】
サンプル4では、電池内部にガス吸収剤が無く電池内に発生したガスが吸収されないことから、過充電や高温保存によりゲル状電解質等が分解して生じた炭酸ガスが電池内部に貯留し、フィルム状の外装材を風船のように膨らませてしまい電池厚みが大幅に厚くなる。
【0065】
これに対し、サンプル1〜サンプル3では、電池内部に電池素子と一緒にガス吸収剤が封入されており、ガス吸収剤が電池内で発生したガスを吸収することから、過充電や高温保存によりゲル状電解質等が分解して生じた炭酸ガスが電池内部に貯留することを防ぎ、過充電や高温保存により電池厚みが厚くなることを抑制する。したがって、サンプル1〜サンプル3では、サンプル4に比べて高温保存による膨れ量が大幅に小さくなる。
【0066】
以上のことから、電池を製造する際に、電池素子と一緒にガス吸収剤を電池内部に封入させることは、高温保存による膨れ量が抑制されている優れた電池を製造する上で大変有効であることがわかる。
【0067】
次に、上述したサンプル1〜サンプル3とは、ガス吸収剤の含有される場所を正極合剤層に変えて製造したサンプル5〜サンプル9について説明する。
【0068】
〈サンプル5〉
サンプル5では、正極を作製する際に、LiCoOを90.9重量部と、ガス吸収剤としてLiSiOを0.1重量部と、導電材としてグラファイトを6重量部と、結着剤としてPVdFを3重量部と、溶剤としてNMPとを加えて分散して正極合剤塗液を調製し、この正極合剤塗液を用いること以外は、サンプル1と同様にして正極合剤層にガス吸収剤が0.1重量%含有された正極を作製した。そして、この正極を用いたこと以外は、サンプル4と同様にして電池を製造した。
【0069】
〈サンプル6〉
サンプル6では、正極を作製する際に、LiCoOを86重量部と、ガス吸収剤としてLiSiOを5重量部と、導電材としてグラファイトを6重量部と、結着剤としてPVdFを3重量部と、溶剤としてNMPとを加えて分散して正極合剤塗液を調製し、この正極合剤塗液を用いること以外は、サンプル1と同様にして正極合剤層にガス吸収剤が5重量%含有された正極を作製した。そして、この正極を用いたこと以外は、サンプル4と同様にして電池を製造した。
【0070】
〈サンプル7〉
サンプル7では、正極を作製する際に、LiCoOを83重量部と、ガス吸収剤としてLiSiOを8重量部と、導電材としてグラファイトを6重量部と、結着剤としてPVdFを3重量部と、溶剤としてNMPとを加えて分散して正極合剤塗液を調製し、この正極合剤塗液を用いること以外は、サンプル1と同様にして正極合剤層にガス吸収剤が8重量%含有された正極を作製した。そして、この正極を用いたこと以外は、サンプル4と同様にして電池を製造した。
【0071】
〈サンプル8〉
サンプル8では、正極を作製する際に、LiCoOを90.95重量部と、ガス吸収剤としてLiSiOを0.05重量部と、導電材としてグラファイトを6重量部と、結着剤としてPVdFを3重量部と、溶剤としてNMPとを加えて分散して正極合剤塗液を調製し、この正極合剤塗液を用いること以外は、サンプル1と同様にして正極合剤層にガス吸収剤が0.05重量%含有された正極を作製した。そして、この正極を用いたこと以外は、サンプル4と同様にして電池を製造した。
【0072】
〈サンプル9〉
サンプル9では、正極を作製する際に、LiCoOを82重量部と、ガス吸収剤としてLiSiOを9重量部と、導電材としてグラファイトを6重量部と、結着剤としてPVdFを3重量部と、溶剤としてNMPとを加えて分散して正極合剤塗液を調製し、この正極合剤塗液を用いること以外は、サンプル1と同様にして正極合剤層にガス吸収剤が9重量%含有された正極を作製した。そして、この正極を用いたこと以外は、サンプル4と同様にして電池を製造した。
【0073】
そして、以上のように製造したサンプル5〜サンプル9の電池について、高温保存による膨れ量、放電容量、高温保存後の放電容量維持率を測定した。
【0074】
以下、各サンプルにおける、高温保存による膨れ量、放電容量、高温保存後の放電容量維持率の評価結果を表2に示す。
【0075】
【表2】
Figure 2004152619
【0076】
なお、各サンプルおいて、高温保存による膨れ量は、上述したサンプル1〜サンプル4と同様にして測定した。また、放電容量及び高温保存後の放電容量維持率は、次のようにして測地した。各サンプルに対し、充電電流を1A、充電電圧を4.2V、充電時間を3時間する定電流定電圧で充電し、放電電流を0.2A、放電終止電圧を2.5Vとする定電流で放電する充放電条件で充放電を行い、初回放電容量を測定した。次に、初回充電と同様の条件で充電した各サンプルを、55℃雰囲気下で500時間保存し、保存後に初回放電と同様の条件で放電した。次に、高温保存後に放電した各サンプルに対し、初回の充放電条件で充放電を行い、高温保存後の放電容量を測定した。そして、放電容量は、以上のようにして測定した初回放電容量であり、高温保存後の放電容量維持率は、初回放電容量に対する高温保存後の放電容量維持率の比率である。
【0077】
表2に示す評価結果から、正極合剤層にガス吸収剤を0.1重量%以上、8重量%以下の範囲で含有させたサンプル5〜サンプル7では、正極合剤層にガス吸収剤を0.05重量%含有させたサンプル8に比べ、高温保存による膨れ量が小さく、高温保存後の放電容量維持率が大きくなっていることがわかる。
【0078】
サンプル8では、正極合剤層に含有されるガス吸収剤が少なすぎることから、高温保存により電池内部に発生した炭酸ガス等を適切に吸収させることが困難であり、外装材が風船のように膨れて電池厚みが厚くなる。また、サンプル8では、高温保存により正極合剤層及び負極合剤層の内部にも炭酸ガス等が発生し、この合剤層内のガスが集電体より合剤層を剥がしてしまうことから、高温保存後の電池容量が小さくなる。
【0079】
また、表2に示す評価結果から、サンプル5〜サンプル7では、正極合剤層にガス吸収剤を9重量%含有させたサンプル9に比べ、電池容量が大きくなっていることがわかる。
【0080】
サンプル9では、正極合剤層に含有されるガス吸収剤が多すぎて、正極合剤層に含有される正極活物質の割合を少なくすることから、電池容量が小さくなる。
【0081】
サンプル8及びサンプル9に対し、サンプル5〜サンプル7では、正極合剤層に含有されるガス吸収剤が0.1重量%以上、8重量%以下の範囲であり、適切な量含有されていることから、電池内部に発生した炭酸ガス等を吸収して電池内にガスが貯留することを防ぎ、正極活物質も適宜な量含有されている。したがって、サンプル5〜サンプル7では、放電容量の低下と高温保存による電池特性の低下とが抑制される。
【0082】
次に、上述したサンプル1〜サンプル3とは、ガス吸収剤の含有される場所を負極合剤層に変えて製造したサンプル10〜サンプル14について説明する。
【0083】
〈サンプル10〉
サンプル10では、負極を作製する際に、黒鉛粉末を89.8重量部と、ガス吸収剤としてLiSiOを0.2重量部と、結着剤としてPVdFを10重量部と、溶剤としてNMPとを加えて分散して負極合剤塗液を調製し、この負極合剤塗液を用いること以外は、サンプル1と同様にして負極合剤層にガス吸収剤が0.2重量%含有された負極を作製した。そして、この負極を用いたこと以外は、サンプル4と同様にして電池を製造した。
【0084】
〈サンプル11〉
サンプル11では、負極を作製する際に、黒鉛粉末を84重量部と、ガス吸収剤としてLiSiOを6重量部と、結着剤としてPVdFを10重量部と、溶剤としてNMPとを加えて分散して負極合剤塗液を調製し、この負極合剤塗液を用いること以外は、サンプル1と同様にして負極合剤層にガス吸収剤が6重量%含有された負極を作製した。そして、この負極を用いたこと以外は、サンプル4と同様にして電池を製造した。
【0085】
〈サンプル12〉
サンプル12では、負極を作製する際に、黒鉛粉末を80重量部と、ガス吸収剤としてLiSiOを10重量部と、結着剤としてPVdFを10重量部と、溶剤としてNMPとを加えて分散して負極合剤塗液を調製し、この負極合剤塗液を用いること以外は、サンプル1と同様にして負極合剤層にガス吸収剤が10重量%含有された負極を作製した。そして、この負極を用いたこと以外は、サンプル4と同様にして電池を製造した。
【0086】
〈サンプル13〉
サンプル13では、負極を作製する際に、黒鉛粉末を89.9重量部と、ガス吸収剤としてLiSiOを0.1重量部と、結着剤としてPVdFを10重量部と、溶剤としてNMPとを加えて分散して負極合剤塗液を調製し、この負極合剤塗液を用いること以外は、サンプル1と同様にして負極合剤層にガス吸収剤が0.1重量%含有された負極を作製した。そして、この負極を用いたこと以外は、サンプル4と同様にして電池を製造した。
【0087】
〈サンプル14〉
サンプル14では、負極を作製する際に、黒鉛粉末を79重量部と、ガス吸収剤としてLiSiOを11重量部と、結着剤としてPVdFを10重量部と、溶剤としてNMPとを加えて分散して負極合剤塗液を調製し、この負極合剤塗液を用いること以外は、サンプル1と同様にして負極合剤層にガス吸収剤が11重量%含有された負極を作製した。そして、この負極を用いたこと以外は、サンプル4と同様にして電池を製造した。
【0088】
そして、以上のように製造したサンプル10〜サンプル14の電池について、高温保存による膨れ量、放電容量、高温保存後の放電容量維持率を測定した。
【0089】
以下、各サンプルにおける、高温保存による膨れ量、放電容量、高温保存後の放電容量維持率の評価結果を表3に示す。
【0090】
【表3】
Figure 2004152619
【0091】
なお、各サンプルおいて、高温保存による膨れ量は、上述したサンプル1〜サンプル4と同様にして測定した。また、放電容量及び高温保存後の放電容量維持率は、上述したサンプル5〜サンプル9と同様にして測定した。
【0092】
表3に示す評価結果から、負極合剤層にガス吸収剤を0.2重量%以上、10重量%以下の範囲で含有させたサンプル10〜サンプル12では、負極合剤層にガス吸収剤を0.1重量%含有させたサンプル13に比べ、高温保存による膨れ量が小さく、高温保存後の放電容量維持率が大きくなっていることがわかる。
【0093】
サンプル13では、負極合剤層に含有されるガス吸収剤が少なすぎることから、サンプル8と同様に、高温保存により電池内部に発生した炭酸ガス等を適切に吸収させることが困難であり、外装材が風船のように膨れて電池厚みが厚くなる。また、サンプル13では、高温保存により正極合剤層及び負極合剤層の内部にも炭酸ガス等が発生し、この合剤層内のガスが集電体より合剤層を剥がしてしまうことから、高温保存後の電池容量が小さくなる。
【0094】
また、表3に示す評価結果から、サンプル10〜サンプル12では、負極合剤層にガス吸収剤を11重量%含有させたサンプル14に比べ、電池容量が大きくなっていることがわかる。
【0095】
サンプル14では、サンプル9と同様に、合剤層に含有されるガス吸収剤が多すぎて負極合剤層に含有される負極活物質の割合を少なくすることから、電池容量が小さくなる。
【0096】
サンプル13及びサンプル14に対し、サンプル10〜サンプル12では、負極合剤層に含有されるガス吸収剤が0.2重量%以上、10重量%以下の範囲であり、適切な量含有されていることから、電池内部に発生した炭酸ガス等を吸収して電池内にガスが貯留することを防ぎ、負極活物質も適宜な量含有されている。したがって、サンプル10〜サンプル12では、放電容量の低下と高温保存による電池特性の低下とが抑制される。
【0097】
次に、上述したサンプル1〜サンプル3とは、ガス吸収剤の含有される場所をゲル状電解質に変えて製造したサンプル15〜サンプル19について説明する。
【0098】
〈サンプル15〉
サンプル15では、ゲル状電解質を形成する際に、ECとPCとを同重量比で混合させた非水溶媒に対してLiPFを1mol/リットル溶解させた非水電解液99.6重量部に、ガス吸収剤としてLiSiO粉末を0.4重量部分散させ、このLiSiO粉末が分散された非水電解液を30重量部と、高分子マトリックスとしてポリ(ビニリデンフルオロライド−co−ヘキサフルオロプロピレン)を10重量部と、ジエチルカーボネートを60重量部とを混合してゾル状態のゲル状電解質溶液を調製し、このゲル状電解質溶液を用いること以外は、サンプル1と同様にしてガス吸収剤が0.3重量%含有されたゲル状電解質を電極の合剤層上に形成した。そして、このゲル状電解質が形成された電極を用いたこと以外は、サンプル4と同様にして電池を製造した。
【0099】
〈サンプル16〉
サンプル16では、ゲル状電解質を形成する際に、ECとPCとを同重量比で混合させた非水溶媒に対してLiPFを1mol/リットル溶解させた非水電解液90重量部に、ガス吸収剤としてLiSiO粉末を10重量部分散させ、このLiSiO粉末が分散された非水電解液を30重量部と、高分子マトリックスとしてポリ(ビニリデンフルオロライド−co−ヘキサフルオロプロピレン)を10重量部と、ジエチルカーボネートを60重量部とを混合してゾル状態のゲル状電解質溶液を調製し、このゲル状電解質溶液を用いること以外は、サンプル1と同様にしてガス吸収剤が7.5重量%含有されたゲル状電解質を電極の合剤層上に形成した。そして、このゲル状電解質が形成された電極を用いたこと以外は、サンプル4と同様にして電池を製造した。
【0100】
〈サンプル17〉
サンプル17では、ゲル状電解質を形成する際に、ECとPCとを同重量比で混合させた非水溶媒に対してLiPFを1mol/リットル溶解させた非水電解液80重量部に、ガス吸収剤としてLiSiO粉末を20重量部分散させ、このLiSiO粉末が分散された非水電解液を30重量部と、高分子マトリックスとしてポリ(ビニリデンフルオロライド−co−ヘキサフルオロプロピレン)を10重量部と、ジエチルカーボネートを60重量部とを混合してゾル状態のゲル状電解質溶液を調製し、このゲル状電解質溶液を用いること以外は、サンプル1と同様にしてガス吸収剤が15重量%含有されたゲル状電解質を電極の合剤層上に形成した。そして、このゲル状電解質が形成された電極を用いたこと以外は、サンプル4と同様にして電池を製造した。
【0101】
〈サンプル18〉
サンプル18では、ゲル状電解質を形成する際に、ECとPCとを同重量比で混合させた非水溶媒に対してLiPFを1mol/リットル溶解させた非水電解液99.8重量部に、ガス吸収剤としてLiSiO粉末を0.2重量部分散させ、このLiSiO粉末が分散された非水電解液を30重量部と、高分子マトリックスとしてポリ(ビニリデンフルオロライド−co−ヘキサフルオロプロピレン)を10重量部と、ジエチルカーボネートを60重量部とを混合してゾル状態のゲル状電解質溶液を調製し、このゲル状電解質溶液を用いること以外は、サンプル1と同様にしてガス吸収剤が0.15重量%含有されたゲル状電解質を電極の合剤層上に形成した。そして、このゲル状電解質が形成された電極を用いたこと以外は、サンプル4と同様にして電池を製造した。
【0102】
〈サンプル19〉
サンプル19では、ゲル状電解質を形成する際に、ECとPCとを同重量比で混合させた非水溶媒に対してLiPFを1mol/リットル溶解させた非水電解液78.6重量部に、ガス吸収剤としてLiSiO粉末を21.4重量部分散させ、このLiSiO粉末が分散された非水電解液を30重量部と、高分子マトリックスとしてポリ(ビニリデンフルオロライド−co−ヘキサフルオロプロピレン)を10重量部と、ジエチルカーボネートを60重量部とを混合してゾル状態のゲル状電解質溶液を調製し、このゲル状電解質溶液を用いること以外は、サンプル1と同様にしてガス吸収剤が16重量%含有されたゲル状電解質を電極の合剤層上に形成した。そして、このゲル状電解質が形成された電極を用いたこと以外は、サンプル4と同様にして電池を製造した。
【0103】
そして、以上のように製造したサンプル15〜サンプル19の電池について、高温保存による膨れ量、放電容量、高温保存後の放電容量維持率を測定した。
【0104】
以下、各サンプルにおける、高温保存による膨れ量、放電容量、高温保存後の放電容量維持率の評価結果を表4に示す。
【0105】
【表4】
Figure 2004152619
【0106】
なお、各サンプルおいて、高温保存による膨れ量は、上述したサンプル1〜サンプル4と同様にして測定した。また、放電容量及び高温保存後の放電容量維持率は、上述したサンプル5〜サンプル9と同様にして測定した。
【0107】
表4に示す評価結果から、ゲル状電解質にガス吸収剤を0.3重量%以上、15重量%以下の範囲で含有させたサンプル15〜サンプル17では、ゲル状電解質にガス吸収剤を0.15重量%含有させたサンプル18に比べ、高温保存による膨れ量が小さく、高温保存後の放電容量維持率が大きくなっていることがわかる。
【0108】
サンプル18では、ゲル状電解質に含有されるガス吸収剤が少なすぎることから、サンプル8と同様に、高温保存により電池内部に発生した炭酸ガス等を適切に吸収させることが困難であり、外装材が風船のように膨れて電池厚みが厚くなる。また、サンプル18では、高温保存により正極合剤層及び負極合剤層の内部にも炭酸ガス等が発生し、この合剤層内のガスが集電体より合剤層を剥がしてしまうことから、高温保存後の電池容量が小さくなる。
【0109】
また、表4に示す評価結果から、サンプル15〜サンプル17では、ゲル状電解質にガス吸収剤を16重量%含有させたサンプル19に比べ、電池容量が大きくなっていることがわかる。
【0110】
サンプル19では、サンプル9と同様に、ゲル状電解質に含有されるガス吸収剤が多すぎてゲル状電解質に含有されるLiPFの割合を少なくなり、LiPFより解離するリチウムイオンが少ないことから、電池容量が小さくなる。
【0111】
サンプル18及びサンプル19に対し、サンプル15〜サンプル17では、ゲル状電解質に含有されるガス吸収剤が0.3重量%以上、15重量%以下の範囲であり、適切な量含有されていることから、電池内部に発生した炭酸ガス等を吸収して電池内にガスが貯留することを防ぎ、ゲル状電解質中にLiPFも適宜な量含有されている。したがって、サンプル15〜サンプル19では、放電容量の低下と高温保存による電池特性の低下とが抑制される。
【0112】
以上のことから、電池を製造する際に、ガス吸収剤を正極、負極、及びゲル状電解質に適切な量含有させることは、放電容量特性と高温保存特性とが両立されている優れた電池を製造する上で大変有効であることがわかる。
【0113】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る非水電解質電池では、外装材に正極、負極及び非水電解質と一緒に封入されたガス吸収剤が、電池内部に発生したガスを吸収して電池内部にガスが貯留することを防止する。したがって、この非水電解質電池では、ガス吸収剤が内部に発生したガスを吸収することから、従来のような過充電、過放電及び高温保存された際に電池内に発生したガスが外装材を風船のように膨らませるといった不具合を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るリチウムイオン二次電池を示す透視斜視図である。
【図2】同リチウムイオン二次電池の内部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1 リチウムイオン二次電池、2 電池素子、3 ガス吸収板、4 外装材、5 正極、6 負極、7 固体電解質、8 セパレータ、9 正極集電体、10正極合剤層、11 正極端子、12 負極集電体、13 負極合剤層、14 負極端子、15 基板、16 ガス吸収剤層、17 樹脂片[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a nonaqueous electrolyte battery in which battery characteristics are significantly improved by suppressing deformation of an exterior material that collectively encapsulates a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as a power source of a portable electronic device such as a notebook portable computer, an information terminal device (PDA: Personal Digital Assistants), a portable telephone, and a camera-integrated VTR (Video Tape Recorder), a light and high energy density is used. Development of secondary batteries is underway. A secondary battery having a high energy density has a higher energy density than, for example, a lead battery or a nickel cadmium battery, and the charge / discharge reaction of the battery is performed by moving lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. Such lithium ion secondary batteries are known.
[0003]
In this lithium ion secondary battery, for example, by using a film-like exterior material instead of a metal container or the like, it is possible to further reduce the thickness and weight. Specifically, in a lithium ion secondary battery, for example, a laminated film in which a heat-fusible polymer film and a metal foil are laminated is used as a film-shaped exterior material.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described lithium ion secondary battery, a film made of a laminate film or the like used as an exterior material has lower rigidity than an exterior material such as a metal container. For this reason, in a lithium ion secondary battery, for example, when overcharging or overdischarging is performed due to erroneous operation of an electronic device, or when the battery is stored at a high temperature, a non-aqueous electrolyte solution or the like is decomposed in the battery and carbonated. Gas and the like are generated, and deform the film-like exterior material having low rigidity. Specifically, there is a problem that the film-shaped exterior material expands like a balloon due to gas generated in the battery.
[0005]
Therefore, the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and prevents the gas generated by overcharge, overdischarge, high-temperature storage, and the like from being stored inside the battery, and deforms the exterior material. It is an object of the present invention to provide a non-aqueous electrolyte battery in which is suppressed.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The nonaqueous electrolyte battery according to the present invention includes a positive electrode including a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material, and a nonaqueous solvent and an electrolyte salt. Non-aqueous electrolyte and chemical formula Li x Si y O z (Where x, y, and z are greater than 0) and Li x Zr y O z (Where x, y, and z are greater than 0), a gas absorbent comprising any one or more of the lithium-containing oxides, a positive electrode, a negative electrode, a nonaqueous electrolyte, and a gas absorbent. And an exterior material to be enclosed in a lump.
[0007]
In this non-aqueous electrolyte battery, the gas absorbent enclosed in the exterior material together with the electrodes etc. absorbs the gas generated inside the battery and prevents the gas from being stored inside the battery. The exterior material is prevented from being deformed by the generated gas.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a non-aqueous electrolyte battery to which the present invention is applied will be described. FIG. 1 shows a configuration example of a lithium ion secondary battery (hereinafter, referred to as a battery) as the nonaqueous electrolyte battery. The battery 1 includes a battery element 2 serving as a power generation element, a gas absorbing plate 3 provided on an outer peripheral portion of the battery element 2, and a film-shaped exterior material 4 enclosing the battery element 2 and the gas absorbing plate 3 collectively. Have.
[0009]
As shown in FIG. 2, the battery element 2 has a band-shaped positive electrode 5 and a band-shaped negative electrode 6 with a solid electrolyte 7 containing an organic polymer or an electrolyte salt and a separator 8 interposed therebetween. It functions as a power generating element by being wound in the longitudinal direction of the strip-shaped electrode.
[0010]
The positive electrode 5 is coated with a positive electrode mixture coating solution containing a positive electrode active material and a binder on the positive electrode current collector 9, dried, and pressed to form a positive electrode mixture layer 10 on the positive electrode current collector 9. It has a structure formed by compression. A positive electrode terminal 11 is connected to the positive electrode 5 at a predetermined position of the positive electrode current collector 9 so as to protrude in the width direction of the positive electrode current collector 9. For the positive electrode terminal 11, for example, a strip-shaped metal piece made of a conductive metal such as aluminum is used.
[0011]
For the positive electrode active material, for example, Li which can relatively increase the battery capacity is used. x MO 2 (Where M represents one or more transition metals such as Co, Ni, Mn, Fe, Al, V, and Ti, and x is in the range of 0.5 to 1.10). Use an oxide or the like. As the transition metal M constituting the lithium composite oxide, Co, Ni, Mn, or the like is preferable. As a specific example of such a lithium composite oxide, Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x Ni y Co 1-y O 2 (Where 0 <y <1), LiMn 2 O 4 And the like. In addition, as the positive electrode active material, for example, Li which is inexpensive and has a stable crystal structure is used. x M y PO 4 (Where M is at least one of Fe, Mn, Cr, Co, Cu, Ni, V, Mo, Ti, Zn, Al, Ga, Mg, B, Nb, SnCa, and Sr; .Ltoreq.x.ltoreq.1.1 and 0.5.ltoreq.y.ltoreq.1). 4 And so on. Further, as the positive electrode active material, for example, TiS 2 , MoS 2 , NbSe 2 , V 2 O 5 And other metal sulfides or oxides.
[0012]
In the positive electrode 5, as a binder of the positive electrode mixture layer 10, for example, a binder such as polyvinylidene fluoride, polyvinylpyridine, polytetrafluoroethylene, or the like used in the positive electrode mixture of the nonaqueous electrolyte battery can be used. For example, a carbonaceous material or the like as a conductive material or a known additive or the like can be added to the positive electrode mixture layer 10. In the positive electrode 5, for the positive electrode current collector 9, for example, a foil-like metal or a net-like metal made of a conductive metal such as aluminum is used.
[0013]
The negative electrode 6 forms a negative electrode mixture layer 13 on the negative electrode current collector 12 by applying a negative electrode mixture coating liquid containing a negative electrode active material and a binder on the negative electrode current collector 12, drying, and pressing. It has a structure formed by compression. A negative electrode terminal 14 is connected to the negative electrode 6 at a predetermined position on the negative electrode current collector 12 so as to protrude in the width direction of the negative electrode current collector 12. For the negative electrode terminal 14, a strip-shaped metal piece made of a conductive metal such as nickel or copper is used.
[0014]
As the negative electrode active material, a material having a potential of 2 V or less with respect to lithium and doping / dedoping lithium is used. Specifically, for example, lithium, a lithium alloy, or a carbonaceous material capable of doping / dedoping lithium ions is used. Examples of the carbonaceous material that can be doped / undoped with lithium ions include a low-crystalline carbon material obtained by firing at a relatively low temperature of 2000 ° C. or less, and artificial graphite obtained by firing a raw material that easily crystallizes at a high temperature of about 3000 ° C. It is possible to use a highly crystalline carbon material or the like. Specifically, carbonaceous materials such as pyrolytic carbons, cokes, graphites, glassy carbon fibers, organic polymer compound fired bodies, carbon fibers, and activated carbon can be used. Examples of cokes include pitch coke, needle coke, petroleum coke, and the like. The organic polymer compound fired body is obtained by firing a phenol resin, a furan resin, or the like at an appropriate temperature and carbonizing the same.
[0015]
In addition, as the negative electrode active material, for example, an element that can be combined with lithium, a compound of this element, or the like can be used in addition to the above-described carbonaceous material. Specifically, for example, the chemical formula D s E t Li u (D is one or more of a metal element and / or a semiconductor element which can be combined with lithium, E is one or more of a metal element and / or a semiconductor element other than lithium and D, s is larger than 0, t and u Is 0 or more.) As a compound represented by the chemical formula, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Mg 2 Sn, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2 , CrSi 2 , Cu 5 Si, FeSi 2 , MnSi 2 , NbSi 2 , TaSi 2 , VSi 2 , WSi 2 , ZnSi 2 And any one or more of these. These compounds can be used as a mixture of one or more of the above-described carbonaceous materials. In this case, the carbonaceous material functions as a conductive material.
[0016]
In addition to the above-mentioned carbonaceous materials and compounds, as the negative electrode active material, for example, a polymer such as polyacetylene or polypyrrole, or a relatively potential such as iron oxide, ruthenium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, titanium oxide, tin oxide, or the like is used. It is also possible to use an oxide that is base and capable of doping and undoping lithium, a nitride obtained by replacing oxygen of these oxides with nitrogen, and the like.
[0017]
In the negative electrode 6, as the binder of the negative electrode mixture layer 11, for example, a binder such as polyvinylidene fluoride, polyvinylpyridine, polytetrafluoroethylene, or the like used in the negative electrode mixture of the nonaqueous electrolyte battery can be used. In the negative electrode 6, for the negative electrode current collector 12, for example, a foil-like metal or a net-like metal made of a conductive metal such as copper is used.
[0018]
The solid electrolyte 7 exchanges, for example, lithium ions between the positive electrode 5 and the negative electrode 6. Therefore, an organic solid electrolyte having lithium ion conductivity is used as the solid electrolyte 7. As the organic solid electrolyte, a polymer solid electrolyte composed of an electrolyte salt and an organic polymer containing the same, a gel electrolyte in which a non-aqueous electrolyte is contained in a polymer matrix, and the like can be used. The solid electrolyte 7 is formed as an electrolyte layer by applying and solidifying an electrolyte solution containing an organic solid electrolyte on the surfaces of the positive electrode 5 and the negative electrode 6.
[0019]
In the solid electrolyte 7, an electrolyte salt usually used for a non-aqueous electrolyte battery can be used. Specifically, LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiAlCl 4 , LiSiF 6 , LiCl, LiBr and the like, and one or more of these are used as a mixture. In particular, as an electrolyte salt, LiPF which is excellent in oxidation stability is used. 6 , LiBF 4 Is used.
[0020]
In the solid electrolyte 7, as an organic polymer containing an electrolyte salt of a polymer solid electrolyte, for example, an ether polymer such as poly (ethylene oxide) or the same crosslinked product, a poly (methacrylate) ester polymer, and an acrylate polymer A polymer or the like can be used alone or in the form of a mixture in a molecule.
[0021]
In the case of the gel electrolyte, in the solid electrolyte 7, a solvent having a relatively high dielectric constant is used as a non-aqueous solvent for dissolving the above-mentioned electrolyte salt to form a non-aqueous electrolyte. In this case, the non-aqueous electrolyte functions as a plasticizer. Specifically, as the non-aqueous solvent, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyl lactone, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methylsulfolane, acetonitrile, propionitrile, acetate, butyrate, propionate, and the like. Mix and use a plurality of types.
[0022]
In the solid electrolyte 7, various polymers can be used as the polymer matrix containing the non-aqueous electrolyte of the gel electrolyte as long as it absorbs the non-aqueous electrolyte and gels. Specifically, for example, fluoropolymers such as poly (vinylidenefluoride) and poly (vinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene), and ether polymers such as poly (ethylene oxide) and cross-linked products thereof , Poly (acrylonitrile) and the like, and any one or a mixture of these may be used.
[0023]
The separator 8 separates the positive electrode 5 and the negative electrode 6 from each other, and a known material that is generally used as an insulating porous film of this type of nonaqueous electrolyte battery can be used. Specifically, for example, a polymer film such as polypropylene or polyethylene is used. Further, from the relationship between the lithium ion conductivity and the energy density, it is preferable that the thickness of the separator 8 is as thin as possible, and the separator 8 is used with a thickness of 30 μm or less. Thereby, in the battery 1, the lithium ion conductivity between the positive electrode 5 and the negative electrode 6 can be improved, and a high energy density can be obtained.
[0024]
The gas absorbing plate 3 provided on the outer peripheral portion of the battery element 2 having the above-described configuration applies a gas absorbent coating solution containing a gas absorbent onto the substrate 15, drying and pressurizing the gas absorbent. The absorbent layer 16 has a structure formed by compression.
[0025]
In the gas absorbing plate 3, as the gas absorbing agent, for example, the chemical formula Li x Si y O z (Where x, y, and z are greater than 0) and Li x Zr y O z (Where x, y, and z are greater than 0), and the like. 4 SiO 4 , Li 2 SiO 3 , Li 2 ZrO 3 And the like. In the gas absorbing plate 3, since the substrate 15 is insulated from the battery element 2, various sheet-like materials such as a metal foil and an organic resin film can be used. In the gas absorbing plate 3, as the binder for forming the gas absorbing layer 16 containing the gas absorbent on the substrate 15, the above-described binder used for the positive electrode 5 and the negative electrode 6 may be used. Is possible.
[0026]
The gas absorbing plate 3 having such a configuration is sealed in the exterior material 4 together with the battery element 2 so that, for example, when the battery 1 falls into an overcharged state, an overdischarged state, or is exposed to a high-temperature environment. Then, carbon dioxide and the like generated by decomposition of the solid electrolyte 7 and the like are absorbed. Thereby, the gas absorbing plate 3 acts to prevent the gas generated by the decomposition of the solid electrolyte 7 and the like from being stored inside the battery, and to suppress the deformation of the exterior material 4 due to the gas generated inside the battery.
[0027]
The exterior material 4 that encloses the battery element 2 and the gas absorbing plate 3 in a lump is a laminated film in which a resin layer and a metal layer are bonded together by lamination or the like to be composited into two or more layers. The surface facing the element 2 is made to be a resin layer. The material of the resin layer is not particularly limited as long as it has an adhesive property to the positive electrode terminal 11 and the negative electrode terminal 14. For example, polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, modified polypropylene and copolymers thereof, polyolefin resin and the like Such an organic resin material can be used because of its low permeability and excellent airtightness. As the metal layer, for example, aluminum, stainless steel, nickel, iron, or the like formed into a foil shape, a plate shape, or the like is used. In addition, in the case 4, by providing a resin layer made of, for example, nylon or the like on the layer serving as the outer peripheral layer of the battery 1, it is possible to improve the strength against breakage or piercing.
[0028]
The battery 1 having such a configuration is manufactured as follows. First, the positive electrode 5 is manufactured. When producing the positive electrode 5, a positive electrode mixture coating solution containing the above-described positive electrode active material, conductive material, and binder is prepared, and the positive electrode mixture coating solution is made of, for example, a positive electrode current collector made of aluminum foil or the like. The positive electrode mixture layer 10 is compressed and formed by uniformly applying, drying, and pressing so as to provide an uncoated portion on 9 and cut into a predetermined size. Next, the positive electrode terminal 11 is connected to the uncoated portion where the positive electrode current collector 9 is exposed, for example, by ultrasonic welding or spot welding. Thus, the belt-shaped positive electrode 5 is manufactured.
[0029]
Next, the negative electrode 6 is manufactured. When preparing the negative electrode 6, a negative electrode mixture coating solution containing the above-described negative electrode active material and a binder is prepared, and the negative electrode mixture coating solution is placed on a negative electrode current collector 12 made of, for example, copper foil or the like. The negative electrode mixture layer 13 is compression-formed by uniformly applying, drying, and pressing so as to provide an uncoated portion, and cut into predetermined dimensions. Next, the negative electrode terminal 14 is connected to the uncoated portion where the negative electrode current collector 12 is exposed, for example, by ultrasonic welding or spot welding. Thus, the strip-shaped negative electrode 6 is manufactured.
[0030]
Next, the solid electrolytes 7 are formed in layers on the main surface of the positive electrode mixture layer 10 of the positive electrode 5 and the main surface of the negative electrode mixture layer 13 of the negative electrode 6 manufactured as described above. When forming the solid electrolyte 7, an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent to prepare a non-aqueous electrolyte. Next, this non-aqueous electrolyte, an organic polymer or a matrix polymer, and a non-aqueous solvent as a diluting solvent are mixed and stirred as necessary to prepare an electrolyte solution in a sol state. 5 and the main surface of the negative electrode mixture layer 13 of the negative electrode 6 to form a polymer solid electrolyte layer. When a diluting solvent is used, the non-aqueous solvent is volatilized to form a gel electrolyte layer. Thus, the solid electrolyte 7 is formed on the positive electrode 5 and the negative electrode 6 as an electrolyte layer.
[0031]
Next, the positive electrode 5 and the negative electrode 6 having the solid electrolyte 7 formed on the main surface as described above are wound many times in the longitudinal direction via the separator 8 so as to face the electrolyte layers, and are flatly wound. The battery element 2 is manufactured. In the battery element 2, the positive electrode terminal 11 and the negative electrode terminal 14 are protruded from one end face in the winding axis direction.
[0032]
Next, the gas absorbing plate 3 is manufactured. When producing the gas absorbing plate 3, a gas absorbent coating liquid containing the above-described gas absorbent and the binder is prepared, and the gas absorbent coating liquid is uniformly applied to, for example, a film-like substrate 15. By drying, pressurizing, the gas absorbent layer 16 is compression-formed and cut into predetermined dimensions. Thus, the sheet-shaped gas absorbing plate 3 is manufactured.
[0033]
Next, the battery element 3 and the gas absorbing plate 3 were collectively housed inside the exterior member 4 while the positive electrode terminal 11 and the negative electrode terminal 14 provided in the battery element 2 were led out. At this time, the battery element 2 is housed in the package 4 so that a resin piece 17 made of propylene or the like having adhesiveness is applied between the positive electrode terminal 11 and the negative electrode terminal 14 and the package 4. As a result, in the battery 1, a short circuit between the positive electrode terminal 11 and the negative electrode terminal 14 and the metal layer of the exterior material 4, a reduction in airtightness, and the like are prevented.
[0034]
Next, the battery element 2 is sealed in the exterior material 4 by bonding the peripheral edges of the exterior material 4 in which the battery element 2 and the gas absorbing plate 3 are housed by, for example, heat sealing or the like. Thus, the battery 1 including the gas absorbing plate 3 is manufactured.
[0035]
In the battery 1 manufactured as described above, the gas absorbing plate 3 sealed together with the battery element 2 in the outer package 4 absorbs the gas generated inside the battery and stores the gas inside the battery. Can be prevented.
[0036]
Therefore, in the battery 1, since the gas generated inside the battery 1 is absorbed by the gas absorbent contained in the gas absorbing plate 3, when the battery 1 is overcharged, overdischarged and stored at a high temperature, for example, non-aqueous It is possible to prevent a problem that carbon dioxide gas or the like generated by decomposition of the electrolyte or the like causes the exterior material to expand like a balloon.
[0037]
Further, in the battery 1, since the gas absorbent provided in the battery also absorbs the gas and the like stored between the stacked positive electrode 5 and the negative electrode 6 and the inside of the mixture layer, for example, the positive electrode 5 and the negative electrode 6 It is possible to prevent gas stored in the gap or inside the mixture layer from peeling the mixture layer from the current collector.
[0038]
In the above example, the battery 1 including the gas absorbing plate 3 containing the gas absorbing agent has been described. However, the gas absorbing plate 3 in which the gas absorbing agent-containing gas absorbing layer 16 is formed on the substrate 15 is not necessarily required. It is not limited to use. For example, the above-described gas can be used even when a powdery gas absorbent is compacted or when the powdery gas absorbent is directly encapsulated in an exterior material together with the battery element 2. The effect of the absorbent can be obtained.
[0039]
In the battery 1, for example, by forming the positive electrode mixture layer 10 using a positive electrode mixture coating liquid in which a gas absorbent is dispersed, the gas absorbent may be contained in the positive electrode mixture layer 10 of the positive electrode 5. It is possible. Thereby, in the battery 1, the gas absorbing plate 3 becomes unnecessary, and the thickness can be reduced.
[0040]
In this case, the gas absorbent is contained in the positive electrode mixture layer 10 in a range of 0.1% by weight or more and 8% by weight or less. When the amount of the gas absorbent contained in the positive electrode mixture layer 10 is less than 0.1% by weight, it is difficult to absorb carbon dioxide gas and the like generated inside the battery because the amount of the gas absorbent is too small. On the other hand, when the amount of the gas absorbent contained in the positive electrode mixture layer 10 is more than 8% by weight, the amount of the gas absorbent contained in the positive electrode mixture layer 10 is too large, and the positive electrode active material is contained in the positive electrode mixture layer 10. Since the included ratio decreases, the battery capacity decreases.
[0041]
Therefore, in the battery 1, when the positive electrode mixture layer 10 contains a gas absorbent, the positive electrode mixture layer 10 contains the gas absorbent in a range of 0.1% by weight or more and 8% by weight or less. This can suppress swelling due to carbon dioxide gas or the like generated inside and a decrease in battery capacity.
[0042]
Further, in the battery 1, for example, by forming the negative electrode mixture layer 13 using a negative electrode mixture coating liquid in which a gas absorbent is dispersed, the gas absorbent may be contained in the negative electrode mixture layer 13 of the negative electrode 6. It is possible. This battery 1 can also be made thinner, similarly to the case where the positive electrode mixture layer 10 contains a gas absorbent.
[0043]
In this case, the gas absorbent is contained in the negative electrode mixture layer 13 in a range of 0.2% by weight or more and 10% by weight or less. When the amount of the gas absorbent contained in the negative electrode mixture layer 13 is less than 0.2% by weight, it is difficult to absorb carbon dioxide gas and the like generated inside the battery 1 because the amount of the gas absorbent is too small. On the other hand, when the amount of the gas absorbent contained in the negative electrode mixture layer 13 is more than 10% by weight, the amount of the gas absorbent contained in the negative electrode mixture layer 13 is too large, and the negative electrode active material is contained in the negative electrode mixture layer 13. Since the included ratio decreases, the battery capacity decreases.
[0044]
Therefore, in the battery 1, when the negative electrode mixture layer 13 contains a gas absorbent, the negative electrode mixture layer 13 contains the gas absorbent in a range of 0.2% by weight or more and 10% by weight or less. This can suppress swelling due to carbon dioxide gas or the like generated inside and a decrease in battery capacity.
[0045]
Furthermore, in the battery 1, for example, the solid electrolyte 7 can be made to contain a gas absorbent by forming the solid electrolyte 7 using an electrolyte solution in which a gas absorbent is dispersed. This battery 1 can also be made thinner, similarly to the case where the positive electrode mixture layer 10 contains a gas absorbent.
[0046]
In this case, the gas absorbent is contained in the solid electrolyte 7 in a range of 0.3% by weight or more and 15% by weight or less. When the amount of the gas absorbent contained in the solid electrolyte 7 is less than 0.3% by weight, it is difficult to absorb carbon dioxide and the like generated inside the battery 1 because the amount of the gas absorbent is too small. On the other hand, when the amount of the gas absorbent contained in the solid electrolyte 7 is more than 15% by weight, the amount of the solid electrolyte 7 that contributes to charge and discharge decreases, and the battery capacity decreases.
[0047]
Therefore, in the battery 1, when the solid electrolyte 7 contains a gas absorbent, the solid electrolyte 7 contains the gas absorbent in a range of 0.3% by weight or more and 15% by weight or less, so that the internal Swelling due to carbon dioxide gas or the like, and a decrease in battery capacity can be suppressed.
[0048]
In the above description, the solid electrolyte 7 composed of a polymer solid electrolyte layer or a gel electrolyte layer is used as the non-aqueous electrolyte. However, the present invention is not limited to this. For example, an electrolyte salt may be used as the non-aqueous electrolyte. The present invention is also applicable to a case where a non-aqueous electrolyte dissolved in water is used. In the above-described embodiment, the thin battery 1 is described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the battery may be a cylindrical shape, a coin shape, a square shape, a button shape, or the like. The present invention is also applicable to nonaqueous electrolyte batteries of various shapes and sizes, such as batteries using a metal container or the like as a material.
[0049]
【Example】
Hereinafter, a sample in which a lithium ion secondary battery is actually manufactured as a nonaqueous electrolyte battery to which the present invention is applied will be described.
[0050]
<Sample 1>
In sample 1, first, a positive electrode was manufactured. When producing a positive electrode, LiCoO as a positive electrode active material 2 , 91 parts by weight of graphite, 6 parts by weight of graphite as a conductive material, 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride (hereinafter, referred to as PVdF) as a binder, and N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter, NMP) as a solvent. ) And kneaded with a planetary mixer for dispersion to prepare a positive electrode mixture coating liquid. Next, using a die coater as a coating device, a 20 μm-thick strip-shaped aluminum foil serving as a positive electrode current collector was uniformly coated so as to provide uncoated portions on both sides, and dried at 100 ° C. under reduced pressure for 24 hours. Thereafter, the positive electrode mixture layer was formed by compression molding with a roll press machine, and cut into predetermined dimensions. Next, a positive electrode terminal obtained by cutting a metal net formed by knitting aluminum wires having a diameter of 50 μm at intervals of 75 μm to a predetermined size was connected to an uncoated portion where the positive electrode current collector was exposed by resistance welding. Thus, a long positive electrode was produced.
[0051]
Next, a negative electrode was manufactured. When preparing the negative electrode, 90 parts by weight of graphite powder serving as a negative electrode active material, 10 parts by weight of PVdF as a binder, and NMP to a solvent, kneading and dispersing by a planetary mixer, A negative electrode mixture coating liquid was prepared. Next, this negative electrode mixture coating liquid was uniformly applied using a die coater as a coating device so as to provide uncoated portions on both sides of a 10 μm-thick strip-shaped copper foil serving as a negative electrode current collector. After being dried in this state for 24 hours, the negative electrode mixture layer was formed by compression molding with a roll press machine and cut into predetermined dimensions. Next, to the uncoated portion where the negative electrode current collector was exposed, a negative electrode terminal obtained by cutting a metal net formed by knitting nickel wires having a diameter of 50 μm at intervals of 75 μm into predetermined dimensions was connected by resistance welding. Thus, a long negative electrode was produced.
[0052]
Next, a gel electrolyte was formed as an electrolyte layer on both main surfaces of the positive electrode and the negative electrode manufactured as described above. When forming an electrolyte layer made of a gel electrolyte, LiPF is mixed with a non-aqueous solvent obtained by mixing ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) at the same weight ratio. 6 Was dissolved at 1 mol / liter to prepare a non-aqueous electrolyte solution. Next, 30 parts by weight of this non-aqueous electrolyte, 10 parts by weight of poly (vinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene) as a polymer matrix, and 60 parts by weight of diethyl carbonate are mixed and stirred to form a sol. Was prepared. Next, this gel electrolyte solution was applied on both main surfaces of the positive electrode and the negative electrode, respectively, and impregnated into the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer, and then allowed to stand at room temperature for 8 hours to volatilize diethyl carbonate. Was. Thus, an electrolyte layer composed of a gel electrolyte was formed on both the main surfaces of the positive electrode and the negative electrode.
[0053]
Next, the positive electrode and the negative electrode each having the electrolyte layer formed on the main surface as described above are attached to each other via a 15 μm separator made of a microporous polypropylene film so that the gel electrolyte faces each other. To form a battery element. Next, a gas absorbing plate was manufactured. When producing a gas absorbing plate, a gas absorbent coating liquid containing the above-described gas absorbent and a binder is prepared, and the gas absorbent coating liquid is uniformly applied to, for example, a film-like substrate, and dried. By pressurizing, the gas absorbent layer is compression-formed and cut into predetermined dimensions. Thus, the sheet-shaped gas absorbing plate 3 is manufactured.
[0054]
Next, Li as a gas absorbing agent was placed inside the exterior material made of a three-layer laminated film in which this battery element was sandwiched between a metal layer made of an aluminum foil having a thickness of 50 μm and a resin layer made of a polyolefin film having a thickness of 30 μm. 4 SiO 4 Stored with 0.5 g of powder. At this time, the battery element is packaged so that the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are led out to the outside, and a propylene resin piece having adhesiveness is applied between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal led out and the package material. It was stored in the material.
[0055]
Next, the battery element and the gas absorbent are housed inside and the peripheral parts of the exterior material are bonded together so that the resin layers face each other, and the bonded resin layers are hot-sealed at 200 ° C. The battery element and the gas absorbent were sealed in an exterior material. As described above, a thin lithium ion secondary battery was manufactured. In the following description, a lithium ion secondary battery is simply referred to as a battery for convenience.
[0056]
<Sample 2>
In sample 2, Li 4 SiO 4 Li as a gas absorbent instead of powder 2 SiO 3 Using this powder, this Li 2 SiO 3 A battery was fabricated in the same manner as in Sample 1, except that the powder was sealed in an exterior material together with the battery element.
[0057]
<Sample 3>
In sample 3, Li 4 SiO 4 Li as a gas absorbent instead of powder 2 ZrO 3 Using this powder, this Li 2 ZrO 3 A battery was fabricated in the same manner as in Sample 1, except that the powder was sealed in an exterior material together with the battery element.
[0058]
<Sample 4>
In sample 4, a battery was manufactured in the same manner as in sample 1, except that only the battery element was sealed in the package without using a gas absorbent.
[0059]
Then, for the batteries of Samples 1 to 4 manufactured as described above, the swollen amount due to high-temperature storage was measured.
[0060]
Table 1 below shows the results of evaluation of the amount of swelling due to high-temperature storage in each sample.
[0061]
[Table 1]
Figure 2004152619
[0062]
The amount of swelling due to high-temperature storage was measured as follows. Each sample was charged at a constant current and constant voltage of up to 4.2 V at a charging current of 0.2 C, and then overcharged at a constant current and constant voltage of up to 4.35 at a charging current of 0.5 C. Next, after measuring the thickness of each overcharged sample, it was stored in a 100 ° C. atmosphere for 100 hours. Next, after storing at a high temperature, the thickness of each sample cooled to room temperature was measured again. Thus, the swelling amount due to high-temperature storage was measured. The amount of swelling of each sample due to high-temperature storage is the difference in battery thickness before and after high-temperature storage.
[0063]
From the evaluation results shown in Table 1, the swelling caused by high-temperature storage was higher in Samples 1 to 3 in which the gas absorbing agent was sealed in the outer package together with the battery element than in Sample 4 in which the gas absorbing agent was not sealed in the outer packaging. It can be seen that the amount has been significantly reduced.
[0064]
In sample 4, since there is no gas absorbent inside the battery and the gas generated inside the battery is not absorbed, the carbon dioxide gas generated by the decomposition of the gel electrolyte and the like due to overcharging or high-temperature storage is stored inside the battery, and the film is removed. The battery-like exterior material is inflated like a balloon, and the battery thickness is greatly increased.
[0065]
On the other hand, in Samples 1 to 3, the gas absorbent is enclosed together with the battery element inside the battery, and the gas absorbent absorbs the gas generated in the battery, so that the battery is overcharged or stored at a high temperature. The carbon dioxide gas generated by the decomposition of the gel electrolyte or the like is prevented from being stored inside the battery, and the thickness of the battery is prevented from being increased due to overcharge or high-temperature storage. Therefore, in Samples 1 to 3, the amount of swelling due to high-temperature storage is significantly smaller than in Sample 4.
[0066]
From the above, when manufacturing a battery, encapsulating the gas absorbent together with the battery element inside the battery is very effective in manufacturing an excellent battery in which the amount of swelling due to high-temperature storage is suppressed. You can see that there is.
[0067]
Next, the above-mentioned samples 1 to 3 will be described as samples 5 to 9 manufactured by changing the place where the gas absorbent is contained to the positive electrode mixture layer.
[0068]
<Sample 5>
In sample 5, when producing a positive electrode, LiCoO 2 90.9 parts by weight and Li as a gas absorbent 4 SiO 4 , 0.1 part by weight of graphite, 6 parts by weight of graphite as a conductive material, 3 parts by weight of PVdF as a binder, and NMP as a solvent to prepare a positive electrode mixture coating solution, and then disperse the mixture. A positive electrode was prepared in the same manner as in Sample 1, except that the mixture coating liquid was used, in which the positive electrode mixture layer contained 0.1% by weight of the gas absorbent. Then, a battery was manufactured in the same manner as in Sample 4, except that this positive electrode was used.
[0069]
<Sample 6>
In Sample 6, when producing the positive electrode, LiCoO 2 86 parts by weight and Li as a gas absorbent 4 SiO 4 , 5 parts by weight of graphite, 6 parts by weight of graphite as a conductive material, 3 parts by weight of PVdF as a binder, and NMP as a solvent to prepare a positive electrode mixture coating solution. A positive electrode was prepared in the same manner as in Sample 1, except that the coating liquid was used, in which the positive electrode mixture layer contained 5% by weight of a gas absorbent. Then, a battery was manufactured in the same manner as in Sample 4, except that this positive electrode was used.
[0070]
<Sample 7>
In sample 7, when producing a positive electrode, LiCoO 2 83 parts by weight and Li as a gas absorbent 4 SiO 4 , 8 parts by weight of graphite, 6 parts by weight of graphite as a conductive material, 3 parts by weight of PVdF as a binder, and NMP as a solvent to prepare a positive electrode mixture coating solution, which is then dispersed. A positive electrode was prepared in the same manner as in Sample 1 except that the coating solution was used, in which the positive electrode mixture layer contained a gas absorbent at 8% by weight. Then, a battery was manufactured in the same manner as in Sample 4, except that this positive electrode was used.
[0071]
<Sample 8>
In sample 8, when producing the positive electrode, LiCoO 2 90.95 parts by weight and Li as a gas absorbent 4 SiO 4 , 0.05 parts by weight of graphite, 6 parts by weight of graphite as a conductive material, 3 parts by weight of PVdF as a binder, and NMP as a solvent to prepare a positive electrode mixture coating solution. A positive electrode was prepared in the same manner as in Sample 1, except that the mixture coating liquid was used, in which the positive electrode mixture layer contained 0.05% by weight of the gas absorbent. Then, a battery was manufactured in the same manner as in Sample 4, except that this positive electrode was used.
[0072]
<Sample 9>
In sample 9, when producing the positive electrode, LiCoO 2 82 parts by weight and Li as a gas absorbent 4 SiO 4 , 9 parts by weight of graphite, 6 parts by weight of graphite as a conductive material, 3 parts by weight of PVdF as a binder, and NMP as a solvent to prepare a positive electrode mixture coating solution. A positive electrode was prepared in the same manner as in Sample 1, except that the coating liquid was used, and the positive electrode mixture layer contained 9% by weight of a gas absorbent. Then, a battery was manufactured in the same manner as in Sample 4, except that this positive electrode was used.
[0073]
Then, for the batteries of Samples 5 to 9 manufactured as described above, the swelling amount at high temperature storage, the discharge capacity, and the discharge capacity retention rate after high temperature storage were measured.
[0074]
Table 2 below shows the evaluation results of the swelling amount, discharge capacity, and discharge capacity retention rate after high-temperature storage in each sample.
[0075]
[Table 2]
Figure 2004152619
[0076]
In each sample, the amount of swelling due to high-temperature storage was measured in the same manner as in Samples 1 to 4 described above. In addition, the discharge capacity and the discharge capacity retention rate after high-temperature storage were measured as follows. Each sample was charged with a constant current of 1 A, a charging voltage of 4.2 V, and a constant current and constant voltage of 3 hours, and a constant current of 0.2 A and a discharge end voltage of 2.5 V. Charging and discharging were performed under the discharging and charging conditions, and the initial discharge capacity was measured. Next, each sample charged under the same conditions as the first charge was stored in a 55 ° C. atmosphere for 500 hours, and after storage, was discharged under the same conditions as the first discharge. Next, each sample discharged after the high-temperature storage was charged and discharged under the initial charging and discharging conditions, and the discharge capacity after the high-temperature storage was measured. The discharge capacity is the initial discharge capacity measured as described above, and the discharge capacity retention rate after high-temperature storage is the ratio of the discharge capacity retention rate after high-temperature storage to the initial discharge capacity.
[0077]
From the evaluation results shown in Table 2, in Samples 5 to 7, in which the positive electrode mixture layer contained the gas absorbent in the range of 0.1% by weight or more and 8% by weight or less, the gaseous absorbent was contained in the positive electrode mixture layer. It can be seen that the swollen amount by high-temperature storage is smaller and the discharge capacity retention rate after high-temperature storage is larger than that of Sample 8 containing 0.05% by weight.
[0078]
In sample 8, since the amount of the gas absorbent contained in the positive electrode mixture layer was too small, it was difficult to properly absorb carbon dioxide gas and the like generated inside the battery due to high-temperature storage, and the exterior material was like a balloon. The battery swells and the battery thickness increases. In sample 8, carbon dioxide gas is also generated inside the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer due to high temperature storage, and the gas in the mixture layer peels off the mixture layer from the current collector. And the battery capacity after high-temperature storage is reduced.
[0079]
Further, from the evaluation results shown in Table 2, it is understood that the battery capacities of Samples 5 to 7 are larger than those of Sample 9 in which the positive electrode mixture layer contains 9% by weight of the gas absorbent.
[0080]
In sample 9, since the amount of the gas absorbent contained in the positive electrode mixture layer was too large and the proportion of the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture layer was reduced, the battery capacity was reduced.
[0081]
In Samples 5 to 7, as compared to Samples 8 and 9, the gas absorbent contained in the positive electrode mixture layer is in the range of 0.1% by weight or more and 8% by weight or less, and is contained in an appropriate amount. For this reason, carbon dioxide or the like generated inside the battery is absorbed to prevent the gas from being stored in the battery, and the cathode active material is also contained in an appropriate amount. Therefore, in Samples 5 to 7, a decrease in discharge capacity and a decrease in battery characteristics due to high-temperature storage are suppressed.
[0082]
Next, the above-mentioned samples 1 to 3 will be described as samples 10 to 14 manufactured by changing the place where the gas absorbent is contained to the negative electrode mixture layer.
[0083]
<Sample 10>
In sample 10, when preparing the negative electrode, 89.8 parts by weight of graphite powder and Li as a gas absorbent were used. 4 SiO 4 , 0.2 parts by weight, 10 parts by weight of PVdF as a binder, and NMP as a solvent were added and dispersed to prepare a negative electrode mixture coating liquid, except that this negative electrode mixture coating liquid was used. In the same manner as in Sample 1, a negative electrode in which the negative electrode mixture layer contained 0.2% by weight of the gas absorbent was produced. Then, a battery was manufactured in the same manner as in Sample 4, except that this negative electrode was used.
[0084]
<Sample 11>
In sample 11, when preparing the negative electrode, 84 parts by weight of graphite powder and Li as a gas absorbent were used. 4 SiO 4 , 6 parts by weight of PVdF, 10 parts by weight of PVdF as a binder, and NMP as a solvent to prepare a negative electrode mixture coating liquid, and then use this negative electrode mixture coating liquid. In the same manner as in the above, a negative electrode in which a gas absorbent was contained in the negative electrode mixture layer at 6% by weight was produced. Then, a battery was manufactured in the same manner as in Sample 4, except that this negative electrode was used.
[0085]
<Sample 12>
In Sample 12, when preparing the negative electrode, 80 parts by weight of graphite powder and Li as a gas absorbent were used. 4 SiO 4 10 parts by weight, 10 parts by weight of PVdF as a binder, and NMP as a solvent to prepare a negative electrode mixture coating liquid, and then use the negative electrode mixture coating liquid. In the same manner as in the above, a negative electrode in which a gas absorbent was contained at 10% by weight in the negative electrode mixture layer was produced. Then, a battery was manufactured in the same manner as in Sample 4, except that this negative electrode was used.
[0086]
<Sample 13>
In sample 13, when preparing the negative electrode, 89.9 parts by weight of graphite powder and Li as a gas absorbent were used. 4 SiO 4 0.1 part by weight, 10 parts by weight of PVdF as a binder, and NMP as a solvent were added and dispersed to prepare a negative electrode mixture coating liquid, except that this negative electrode mixture coating liquid was used. In the same manner as in Sample 1, a negative electrode in which the negative electrode mixture layer contained 0.1% by weight of the gas absorbent was produced. Then, a battery was manufactured in the same manner as in Sample 4, except that this negative electrode was used.
[0087]
<Sample 14>
In Sample 14, when preparing the negative electrode, 79 parts by weight of graphite powder and Li as a gas absorbent were used. 4 SiO 4 , 11 parts by weight of PVdF, 10 parts by weight of PVdF as a binder, and NMP as a solvent to prepare a negative electrode mixture coating liquid, and then use the negative electrode mixture coating liquid. In the same manner as in the above, a negative electrode in which a gas absorbent was contained at 11% by weight in the negative electrode mixture layer was produced. Then, a battery was manufactured in the same manner as in Sample 4, except that this negative electrode was used.
[0088]
Then, for the batteries of Samples 10 to 14 manufactured as described above, the swelling amount due to high-temperature storage, the discharge capacity, and the discharge capacity retention rate after high-temperature storage were measured.
[0089]
Table 3 below shows the evaluation results of the swelling amount, discharge capacity, and discharge capacity retention rate after high-temperature storage in each sample.
[0090]
[Table 3]
Figure 2004152619
[0091]
In each sample, the amount of swelling due to high-temperature storage was measured in the same manner as in Samples 1 to 4 described above. The discharge capacity and the discharge capacity retention rate after high-temperature storage were measured in the same manner as in Samples 5 to 9 described above.
[0092]
From the evaluation results shown in Table 3, in Samples 10 to 12, in which the gas mixture was contained in the negative electrode mixture layer in a range of 0.2% by weight or more and 10% by weight or less, the gas mixture was contained in the negative electrode mixture layer. It can be seen that the amount of swelling due to high-temperature storage is smaller than that of Sample 13 containing 0.1% by weight, and the discharge capacity retention rate after high-temperature storage is large.
[0093]
In sample 13, since the amount of the gas absorbent contained in the negative electrode mixture layer is too small, it is difficult to appropriately absorb carbon dioxide and the like generated inside the battery due to high-temperature storage, as in sample 8, The material swells like a balloon and the battery thickness increases. In sample 13, carbon dioxide gas and the like are also generated inside the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer due to high temperature storage, and the gas in this mixture layer peels off the mixture layer from the current collector. And the battery capacity after high-temperature storage is reduced.
[0094]
Further, from the evaluation results shown in Table 3, it can be seen that the battery capacity of Samples 10 to 12 is larger than that of Sample 14 in which the negative electrode mixture layer contains 11% by weight of the gas absorbent.
[0095]
In sample 14, similarly to sample 9, the battery capacity is reduced because the amount of the gas absorbent contained in the mixture layer is too large and the proportion of the negative electrode active material contained in the negative electrode mixture layer is reduced.
[0096]
In Samples 10 to 12, as compared to Samples 13 and 14, the gas absorbent contained in the negative electrode mixture layer is in a range of 0.2% by weight or more and 10% by weight or less, and is contained in an appropriate amount. For this reason, carbon dioxide and the like generated inside the battery are absorbed to prevent the gas from being stored in the battery, and the anode active material is contained in an appropriate amount. Therefore, in Samples 10 to 12, a decrease in discharge capacity and a decrease in battery characteristics due to high-temperature storage are suppressed.
[0097]
Next, the above-mentioned samples 1 to 3 will be described as samples 15 to 19 manufactured by changing the place where the gas absorbent is contained to a gel electrolyte.
[0098]
<Sample 15>
In Sample 15, when a gel electrolyte was formed, LiPF was mixed with a non-aqueous solvent in which EC and PC were mixed at the same weight ratio. 6 Was dissolved in 99.6 parts by weight of a non-aqueous electrolyte in which 1 mol / liter of 4 SiO 4 0.4 parts by weight of the powder is dispersed, and this Li 4 SiO 4 30 parts by weight of the non-aqueous electrolyte in which the powder is dispersed, 10 parts by weight of poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) as a polymer matrix, and 60 parts by weight of diethyl carbonate are mixed to form a sol state. A gel electrolyte containing 0.3% by weight of a gas absorbent was formed on the mixture layer of the electrode in the same manner as in Sample 1 except that a gel electrolyte solution was prepared and the gel electrolyte solution was used. did. Then, a battery was manufactured in the same manner as in Sample 4, except that the electrode on which the gel electrolyte was formed was used.
[0099]
<Sample 16>
In Sample 16, when a gel electrolyte was formed, LiPF was mixed with a non-aqueous solvent in which EC and PC were mixed at the same weight ratio. 6 Is dissolved as a gas absorbent in 90 parts by weight of a non-aqueous electrolyte in which 1 mol / liter is dissolved. 4 SiO 4 10 parts by weight of the powder is dispersed, and this Li 4 SiO 4 30 parts by weight of the non-aqueous electrolyte in which the powder is dispersed, 10 parts by weight of poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) as a polymer matrix, and 60 parts by weight of diethyl carbonate are mixed to form a sol state. A gel electrolyte containing 7.5% by weight of a gas absorbent was formed on the mixture layer of the electrode in the same manner as in Sample 1, except that a gel electrolyte solution was prepared. did. Then, a battery was manufactured in the same manner as in Sample 4, except that the electrode on which the gel electrolyte was formed was used.
[0100]
<Sample 17>
In Sample 17, when a gel electrolyte was formed, LiPF was mixed with a non-aqueous solvent in which EC and PC were mixed at the same weight ratio. 6 Was dissolved as a gas absorbent in 80 parts by weight of a non-aqueous electrolyte in which 4 SiO 4 20 parts by weight of the powder is dispersed, and this Li 4 SiO 4 30 parts by weight of the non-aqueous electrolyte in which the powder is dispersed, 10 parts by weight of poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) as a polymer matrix, and 60 parts by weight of diethyl carbonate are mixed to form a sol state. Was prepared, and a gel electrolyte containing 15% by weight of a gas absorbent was formed on the mixture layer of the electrode in the same manner as in Sample 1 except that this gel electrolyte solution was used. Then, a battery was manufactured in the same manner as in Sample 4, except that the electrode on which the gel electrolyte was formed was used.
[0101]
<Sample 18>
In Sample 18, when a gel electrolyte was formed, LiPF was mixed with a non-aqueous solvent in which EC and PC were mixed at the same weight ratio. 6 Was dissolved in 99.8 parts by weight of a non-aqueous electrolyte having 1 mol / liter dissolved therein as a gas absorbent. 4 SiO 4 0.2 parts by weight of the powder is dispersed, and this Li 4 SiO 4 30 parts by weight of the non-aqueous electrolyte in which the powder is dispersed, 10 parts by weight of poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) as a polymer matrix, and 60 parts by weight of diethyl carbonate are mixed to form a sol state. A gel electrolyte containing a gas absorbent of 0.15% by weight was formed on the mixture layer of the electrode in the same manner as in Sample 1, except that a gel electrolyte solution was prepared and the gel electrolyte solution was used. did. Then, a battery was manufactured in the same manner as in Sample 4, except that the electrode on which the gel electrolyte was formed was used.
[0102]
<Sample 19>
In Sample 19, when a gel electrolyte was formed, LiPF was mixed with a non-aqueous solvent in which EC and PC were mixed at the same weight ratio. 6 Was added as a gas absorbent to 78.6 parts by weight of a non-aqueous electrolyte in which 4 SiO 4 The powder was dispersed in 21.4 parts by weight, and this Li 4 SiO 4 30 parts by weight of the non-aqueous electrolyte in which the powder is dispersed, 10 parts by weight of poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) as a polymer matrix, and 60 parts by weight of diethyl carbonate are mixed to form a sol state. Was prepared in the same manner as in Sample 1 except that this gel electrolyte solution was used, and a gel electrolyte containing 16% by weight of the gas absorbent was formed on the mixture layer of the electrode. Then, a battery was manufactured in the same manner as in Sample 4, except that the electrode on which the gel electrolyte was formed was used.
[0103]
For the batteries of Samples 15 to 19 manufactured as described above, the swelling amount due to high-temperature storage, the discharge capacity, and the discharge capacity retention rate after high-temperature storage were measured.
[0104]
Table 4 shows the evaluation results of the swelling amount, discharge capacity, and discharge capacity retention rate after high-temperature storage in each sample.
[0105]
[Table 4]
Figure 2004152619
[0106]
In each sample, the amount of swelling due to high-temperature storage was measured in the same manner as in Samples 1 to 4 described above. The discharge capacity and the discharge capacity retention rate after high-temperature storage were measured in the same manner as in Samples 5 to 9 described above.
[0107]
From the evaluation results shown in Table 4, in Samples 15 to 17 in which the gel electrolyte contained the gas absorbent in the range of 0.3% by weight or more and 15% by weight or less, the gel electrolyte contained the gas absorbent in the amount of 0.1% by weight. It can be seen that the swollen amount by high-temperature storage is smaller and the discharge capacity retention rate after high-temperature storage is larger than that of Sample 18 containing 15% by weight.
[0108]
In sample 18, since the amount of the gas absorbent contained in the gel electrolyte is too small, it is difficult to appropriately absorb carbon dioxide and the like generated inside the battery by high-temperature storage, similarly to sample 8, Expands like a balloon and the battery thickness increases. In sample 18, carbon dioxide gas and the like are also generated inside the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer due to high temperature storage, and the gas in the mixture layer peels off the mixture layer from the current collector. And the battery capacity after high-temperature storage is reduced.
[0109]
Also, from the evaluation results shown in Table 4, it can be seen that the battery capacity of Samples 15 to 17 is larger than that of Sample 19 in which the gel electrolyte contains 16% by weight of the gas absorbent.
[0110]
In sample 19, as in sample 9, the amount of gas absorbent contained in the gel electrolyte was too large and the amount of LiPF contained in the gel electrolyte was too large. 6 Of LiPF 6 Since less lithium ions are dissociated, the battery capacity is reduced.
[0111]
In contrast to Samples 18 and 19, in Samples 15 to 17, the gas absorbent contained in the gel electrolyte is in the range of 0.3% by weight or more and 15% by weight or less, and is contained in an appropriate amount. To absorb carbon dioxide and the like generated inside the battery to prevent the gas from being stored in the battery. 6 Is also contained in an appropriate amount. Therefore, in Samples 15 to 19, a decrease in discharge capacity and a decrease in battery characteristics due to high-temperature storage are suppressed.
[0112]
From the above, when manufacturing a battery, including an appropriate amount of a gas absorbent in the positive electrode, the negative electrode, and the gel electrolyte can provide an excellent battery in which discharge capacity characteristics and high-temperature storage characteristics are compatible. It turns out that it is very effective in manufacturing.
[0113]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, in the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention, the gas absorbent sealed together with the positive electrode, the negative electrode, and the nonaqueous electrolyte in the exterior material absorbs the gas generated inside the battery. Prevents gas from accumulating inside the battery. Therefore, in this non-aqueous electrolyte battery, the gas absorbent absorbs the gas generated inside, and the gas generated in the battery during conventional overcharge, overdischarge and high-temperature storage acts as an exterior material. The problem of inflating like a balloon can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a lithium ion secondary battery according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing an internal structure of the lithium ion secondary battery.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 lithium ion secondary battery, 2 battery element, 3 gas absorbing plate, 4 exterior material, 5 positive electrode, 6 negative electrode, 7 solid electrolyte, 8 separator, 9 positive electrode current collector, 10 positive electrode mixture layer, 11 positive electrode terminal, 12 Negative electrode current collector, 13 Negative electrode mixture layer, 14 Negative electrode terminal, 15 Substrate, 16 Gas absorbent layer, 17 Resin piece

Claims (5)

正極活物質を含有する正極合剤層を備える正極と、
負極活物質を含有する負極合剤層を備える負極と、
非水溶媒と電解質塩とを含有する非水電解質と、
化学式LiSi(式中x、y、zは0より大である。)や、LiZr(式中x、y、zは0より大である。)で示されるリチウム含有酸化物のうち、何れか一種以上からなるガス吸収剤と、
上記正極、上記負極、上記非水電解質、及び上記ガス吸収剤を一括して封入する外装材とを有していることを特徴とする非水電解質電池。
A positive electrode including a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material,
A negative electrode including a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material,
A non-aqueous electrolyte containing a non-aqueous solvent and an electrolyte salt,
(During wherein x, y, z is greater than 0.) Chemical formula Li x Si y O z or, Li x Zr y O z (wherein x, y, z is greater than 0.) Represented by Among lithium-containing oxides, a gas absorbent consisting of any one or more,
A non-aqueous electrolyte battery comprising: the positive electrode, the negative electrode, the non-aqueous electrolyte, and a packaging material that collectively encapsulates the gas absorbent.
上記ガス吸収剤は、LiSiO、LiSiO、LiZrOのうちの何れか一種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。The gas absorbent, Li 4 SiO 4, Li 2 SiO 3, non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein a is any one or more of Li 2 ZrO 3. 上記ガス吸収剤は、上記正極合剤層中に、0.1重量%以上、8重量%以下の範囲で含有されてい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 nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the gas absorbent is contained in the positive electrode mixture layer in a range from 0.1% by weight to 8% by weight. 3. 上記ガス吸収剤は、上記負極合剤層中に、0.2重量%以上、10重量%以下の範囲で含有されてい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 non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the gas absorbent is contained in the negative electrode mixture layer in a range of 0.2% by weight or more and 10% by weight or less. 上記ガス吸収剤は、上記非水電解質中に、0.3重量%以上、15重畳%以下の範囲で含有されてい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 non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the gas absorbent is contained in the non-aqueous electrolyte in a range of 0.3% by weight or more and 15% by weight or less.
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