JP2005259567A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
【課題】 従来以上により高度の安全性を備えた非水電解液二次電池を提供する。
【解決手段】 リチウムと電気化学的に充放電反応し得る材料を活物質とする負極と、リチウム複合酸化物を活物質とする正極と、非水電解液と、厚みが20μm以下のセパレータを具備してなる捲回型の非水電解液二次電池において、電池温度が70〜150℃になった場合に、巻き芯部から外周部に圧力がかかる機能を持たせることによって、過充電中に、挫屈が起こらず、内部短絡が発生しない安全性の高い電池を得ることができる。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having higher safety than before.
SOLUTION: A negative electrode using as active material a material capable of electrochemical charge / discharge reaction with lithium, a positive electrode using lithium composite oxide as an active material, a non-aqueous electrolyte, and a separator having a thickness of 20 μm or less. In the case of the wound non-aqueous electrolyte secondary battery, when the battery temperature reaches 70 to 150 ° C., by giving a function of applying pressure from the winding core part to the outer peripheral part, during overcharging It is possible to obtain a highly safe battery that does not buckle and does not cause an internal short circuit.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、非水電解質二次電池に関し、特に安全性の改良に関するものである。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly to improvement of safety.
リチウムイオン電池やポリマーリチウムイオン二次電池に代表される非水二次電池は、高電圧、高エネルギー密度であることからその需要がますます増える傾向にある。 Non-aqueous secondary batteries represented by lithium ion batteries and polymer lithium ion secondary batteries have a high voltage and high energy density, and thus the demand thereof is increasing.
これらの電池系の円筒型電池、角型電池などは正・負極板の間にセパレ−タを介在させて捲回した極板群構成を採っている。一般的に、これらの電池の極板には金属箔を基板として用いており、例えば、負極の基板に銅箔、正極の基板にアルミニウム箔を用いている。これらの基板上に活物質と導電材及び結着剤からなる合剤層を塗着固定して極板の本体部を構成している。この他に、金属のエキスパンドメタルやメッシュなどの多孔性の基板を用いる場合もある。これらの極板の本体部分に金属性の集電片を接続して極板を構成し、集電片の他端を電池容器に接続して電池端子への導通を果たしている。 These battery-type cylindrical batteries, prismatic batteries, and the like employ an electrode plate group configuration in which a separator is interposed between positive and negative electrode plates. In general, a metal foil is used as a substrate for an electrode plate of these batteries. For example, a copper foil is used for a negative electrode substrate and an aluminum foil is used for a positive electrode substrate. The body portion of the electrode plate is configured by applying and fixing a mixture layer composed of an active material, a conductive material, and a binder on these substrates. In addition, a porous substrate such as a metal expanded metal or mesh may be used. A metal current collecting piece is connected to the main body portion of these electrode plates to form an electrode plate, and the other end of the current collecting piece is connected to the battery container to conduct to the battery terminal.
一般的に、非水電解液二次電池は通常の使用条件では取扱い時には十分な安全性を確保すべく電池設計がなされている。しかし、極めて高度な安全性を評価する方法として、断熱状態で、例えば1/4時間で設計容量に達する電流(4C)等の高レートで満充電状態からさらに充電するという苛酷な試験が行われる場合がある。 In general, non-aqueous electrolyte secondary batteries are designed to ensure sufficient safety when handled under normal use conditions. However, as a method for evaluating extremely high safety, a severe test is performed in which the battery is further charged from a fully charged state at a high rate such as a current (4C) that reaches the design capacity in a quarter of an hour in an adiabatic state There is a case.
このような試験を行った場合、上記の非水二次電解質電池は、過充電状態が長く続き、正極・負極活物質の理論容量近くになると、電池IRが上昇し、ジュール熱が発生する。そして、理論容量近くでは正極・負極活物質の熱安定性が悪くなっており、その発生した熱で、活物質の自己分解発熱、および、電解液の酸化発熱反応が誘起され、異常発熱が起こる。 When such a test is performed, the above-described non-aqueous secondary electrolyte battery continues to be overcharged for a long time, and when it approaches the theoretical capacity of the positive electrode / negative electrode active material, the battery IR rises and Joule heat is generated. And near the theoretical capacity, the thermal stability of the positive and negative electrode active materials has deteriorated, and the generated heat induces self-decomposing heat generation of the active material and oxidation heat generation reaction of the electrolyte, resulting in abnormal heat generation. .
この問題を解決するため、現在、市販されている非水二次電解質電池には、異常発熱直前の電池の内圧上昇を利用して、機械的に電流を遮断する機構や、大電流が流れ、電池自体が高温になるとPTC素子により電流を遮断させる機構、低融点の多孔質ポリオレフィンをセパレータに用い、電池内温度上昇によるセパレータのシャットダウンによって電流をカットする機構が付帯されている。 In order to solve this problem, a commercially available non-aqueous secondary electrolyte battery utilizes a rise in internal pressure of the battery immediately before abnormal heat generation, a mechanism for mechanically interrupting current, and a large current flows. A mechanism that cuts off the current by the PTC element when the battery itself becomes high temperature, a mechanism that cuts off the current by shutting down the separator due to an increase in the temperature inside the battery, and a mechanism that uses a low-melting point porous polyolefin as the separator are attached.
また可燃性である有機電解液の注入量を減らし、電池の安全性能を向上させるために電池内部の隙間部に充填物を配することが提案されている。(特許文献1参照)
近年、更なる非水二次電池の高容量化の要望に伴い、電極の活物質の改良による高性能化の他、起電反応に寄与しない部材の容積を削減し、限られた電池容器内に充填される実質的な活物質の量を多くする必要に迫られている。その一つの方法として、セパレータの厚みを薄くする方法が考えられる。
しかしながら、セパレータの厚みを20μm以下にし、過充電(断熱状態で4CmAレート)を行ったところ、前記安全機構が付帯しているにもかかわらず、過充電時に、70〜150℃で、電池捲回群が挫屈して内部短絡が起こり、異常発熱が起こった。この捲回群の挫屈による短絡現象は、20μm以上のセパレータでは起こらず、20μm以下にして初めて生じるものであった。
ここで、過充電時に挫屈がおこる原因としては、過充電に伴う正負極板の膨張と電解液の分解によるガス発生が挙げられる。
In recent years, with the demand for higher capacity of non-aqueous secondary batteries, in addition to improving performance by improving the active material of the electrode, the volume of members that do not contribute to the electromotive reaction has been reduced, and in limited battery containers There is an urgent need to increase the amount of the substantial active material to be filled. One possible method is to reduce the thickness of the separator.
However, when the thickness of the separator was set to 20 μm or less and overcharge (4 CmA rate in a heat insulation state) was performed, the battery was wound at 70 to 150 ° C. at the time of overcharge even though the safety mechanism was attached. The group cramped and an internal short circuit occurred, causing abnormal heat generation. The short-circuit phenomenon due to the winding of the winding group does not occur in the separator of 20 μm or more, but occurs for the first time when it is 20 μm or less.
Here, the cause of buckling at the time of overcharging includes expansion of positive and negative electrode plates accompanying overcharging and gas generation due to decomposition of the electrolyte.
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、20μm以下の薄型セパレータを用いた場合においても、従来と同等以上により高度の安全性を備えた非水電解液二次電池を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having a higher level of safety than the conventional one even when a thin separator of 20 μm or less is used. Is to provide.
本発明は、正極と負極とこれら正負極間に存在するセパレータを捲回されてなる電極体の構造をもつ非水二次電池において、前記セパレータの厚みが20μm以下であり、巻き芯部に、作動温度が70〜150℃である外周部方向への加圧手段をもつものである。 The present invention provides a nonaqueous secondary battery having a structure of an electrode body formed by winding a positive electrode, a negative electrode, and a separator existing between these positive and negative electrodes, the separator has a thickness of 20 μm or less, It has a pressurizing means in the direction of the outer periphery where the operating temperature is 70 to 150 ° C.
このような構成とすることにより、過充電中に、正負極板の膨張や電解液の分解によるガス発生が発生したとしても、挫屈が起こらず、内部短絡が発生しない安全性の高い電池を得ることができる。 By adopting such a configuration, even if gas generation occurs due to expansion of the positive and negative electrode plates or decomposition of the electrolyte during overcharge, a highly safe battery that does not buckle and does not cause an internal short circuit. Can be obtained.
さらに、この加圧手段は、巻き芯空間部に、形状記憶合金からなるセンターピンまたは熱可塑性樹脂とバネ状金属からなるセンターピンを配置したものであるのが好ましい。また、発泡剤・マイクロカプセルを配置したものであるのも好ましい。 Furthermore, it is preferable that this pressurizing means is arranged such that a center pin made of a shape memory alloy or a center pin made of a thermoplastic resin and a spring-like metal is arranged in the winding core space. It is also preferable that a foaming agent / microcapsule is disposed.
以上述べたように、本発明により、過充電時に起こる内部短絡を防止し、信頼性が高く、安全性 が確保できる非水電解液二次電池を得ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery that prevents internal short circuit that occurs during overcharging, has high reliability, and can ensure safety.
本発明の本旨は、巻き芯部に、作動温度が70〜150℃である外周部方向への加圧手段をもつことである。 The gist of the present invention is to have a pressurizing means in the direction of the outer peripheral portion in which the operating temperature is 70 to 150 ° C. in the winding core portion.
ここで、巻き芯部から外周部に圧力がかかる電池温度を、70〜150℃とした理由を述べる。70℃以上で圧力がかかることとした理由は、70℃未満の通常使用温度で巻き芯部から外周部に圧力をかけた場合、間欠サイクル時に、極板の膨張収縮による電池群の変形に余裕度がなくなり、サイクル中に極間が狭まることによって、極間に存在する電解液の量が少なくなり、サイクル特性が低下するという現象がある。 Here, the reason why the battery temperature at which pressure is applied from the winding core portion to the outer peripheral portion is set to 70 to 150 ° C. will be described. The reason why the pressure is applied at 70 ° C. or higher is that when pressure is applied from the winding core to the outer periphery at a normal use temperature of less than 70 ° C., there is a margin for deformation of the battery group due to expansion and contraction of the electrode plate during intermittent cycles. There is a phenomenon that the degree of the cycle is reduced and the amount of the electrolytic solution existing between the electrodes is reduced by reducing the distance between the electrodes during the cycle, and the cycle characteristics are deteriorated.
また、150℃以上で巻き芯部から外周部に圧力がかかるようにした場合、セパレータは150℃付近から軟化し、薄膜化が進行することから、電池群が形状変化を起こし易くなり、外周に向かって圧力をかけ続けないと、過充電時において、座屈してしまう。 In addition, when pressure is applied from the winding core to the outer periphery at 150 ° C. or higher, the separator softens from around 150 ° C. and thinning proceeds, so that the battery group easily undergoes shape change, and the outer periphery If pressure is not continuously applied, buckling occurs during overcharge.
以上のことから、電池温度が70〜150℃になった場合に、巻き芯部から外周部に圧力がかかる機能をもたせた。 From the above, when the battery temperature reached 70 to 150 ° C., the function of applying pressure from the winding core portion to the outer peripheral portion was provided.
巻き芯部から外周部に圧力をかける手段としては、巻き芯空間部に、所定温度で体積変化を起こす、形状記憶合金、バネを配置する手段が挙げられる。 Examples of means for applying pressure from the core part to the outer peripheral part include means for arranging a shape memory alloy and a spring that cause a volume change at a predetermined temperature in the core space part.
形状記憶合金とは、高温時の結晶相であるオーステナイト相で所定の形状に加工、その後急冷して低温時のマルテンサイト相となった状態で異なる形状に変形して再び加熱すると、ある形状変化温度を越えたときに逆変態が起こるとともにオーステナイト相で加工した形状にまで回復することができる形状記憶効果をもつ合金のことをいう。 Shape memory alloy is a shape change when it is processed into a predetermined shape in the austenite phase, which is a crystalline phase at high temperature, and then rapidly cooled and transformed into a different shape in the state of martensite phase at low temperature, and then heated again. This refers to an alloy having a shape memory effect that can be restored to a shape processed in the austenite phase while reverse transformation occurs when the temperature is exceeded.
形状記憶合金として、具体的には、微妙な温度差を感知して作動する形状記憶特性を有
するチタン/ニッケル合金が有用であり、その中でもニッケル存在比が55重量%以下であるニッケル−チタン合金は60℃以上の形状変化温度を有するため、過充電時の電極体の温度上昇に対して有効に機能することが出来る。
As a shape memory alloy, specifically, a titanium / nickel alloy having a shape memory characteristic that operates by sensing a subtle temperature difference is useful. Among them, a nickel-titanium alloy having a nickel abundance ratio of 55% by weight or less. Since it has a shape change temperature of 60 ° C. or higher, it can function effectively against the temperature rise of the electrode body during overcharge.
このような形状記憶合金をセンターピンの材料として用いることで、過充電時の高温環境下で形状変化を起こし、電池捲回群の巻き芯部から外周部に圧力をかけることが出来る。 By using such a shape memory alloy as a material for the center pin, it is possible to cause a shape change under a high temperature environment during overcharge and to apply pressure from the core portion of the battery winding group to the outer peripheral portion.
センターピンの形状は、電池捲回群の巻き芯部から外周部に圧力をかけることが出来る形状であればいかなるものでも良いが、例えば、中心軸に平行方向にスリット部を有し、そのスリット端が、センターピンの断面の直径が小さくなるように中心軸方向に折り曲げられた形状を持つセンターピンであり、温度が上昇した際に、その断面積が広がるように、スリット端が外周方向へ持ち上げられる構成をとるものが例示できる。 The shape of the center pin may be any shape as long as pressure can be applied from the core portion of the battery winding group to the outer peripheral portion. For example, the center pin has a slit portion parallel to the central axis, and the slit The center pin has a shape that is bent in the direction of the central axis so that the diameter of the cross-section of the center pin is small. When the temperature rises, the slit end extends in the outer circumferential direction so that the cross-sectional area increases. The thing of the structure taken up can be illustrated.
図1(a)および(b)にこの加圧手段の作動前断面図(a)と作動後形状断面図(b)を示す。図1においてセンターピン9にスリット部10があり、(a)と(b)を比較すればわかるように径が大きくなることにより、外周部に圧力をかけることができる。 FIGS. 1A and 1B are a sectional view (a) before operation and a sectional view (b) after operation of the pressurizing means. In FIG. 1, the center pin 9 has a slit portion 10, and as can be understood by comparing (a) and (b), pressure can be applied to the outer peripheral portion by increasing the diameter.
本発明におけるセンターピンは、バネ状の金属を中心軸方向に圧縮し、熱可塑性樹脂で固めた構造を有するものであり、温度上昇によって熱可塑性樹脂がある一定温度で軟化し、金属が元の形状に形状変化させることが出来るものである。 The center pin in the present invention has a structure in which a spring-like metal is compressed in the direction of the central axis and hardened with a thermoplastic resin, and the thermoplastic resin is softened at a certain temperature by a temperature rise, and the metal is original. The shape can be changed to a shape.
図2(a)および(b)にこの加圧手段の作動前断面図(a)と作動後形状断面図(b)を示す。図2においてセンターピン9は、バネ状金属11と熱可塑性樹脂12からなっており、(a)と(b)を比較すればわかるように径が大きくなることにより、外周部に圧力をかけることができる。 2 (a) and 2 (b) show a sectional view (a) before operation and a sectional view (b) after operation of the pressurizing means. In FIG. 2, the center pin 9 is made of a spring-like metal 11 and a thermoplastic resin 12, and as shown in a comparison between (a) and (b), the diameter increases to apply pressure to the outer peripheral portion. Can do.
使用材料は形状変化温度が70℃以上150℃以下であればどのような材料でもよいが、例えば、熱可塑性樹脂として、ポリエチレン・ポリプロピレン・フッ素系樹脂・ポリウレタン樹脂等が例示できる。また、金属として、銅、ニッケル、銅−亜鉛合金、ニッケル−銅合金、ニッケル−マンガン−鉄合金、ニッケル−クロム−鉄合金などが用いられる。このように本発明のバネをセンターピン材として用いることにより、過充電時の高温環境下において有効に形状変化を起こすことが出来る。 The material used may be any material as long as the shape change temperature is not lower than 70 ° C. and not higher than 150 ° C. Examples of the thermoplastic resin include polyethylene, polypropylene, fluorine-based resin, and polyurethane resin. Moreover, copper, nickel, a copper-zinc alloy, a nickel-copper alloy, a nickel-manganese-iron alloy, a nickel-chromium-iron alloy, or the like is used as the metal. As described above, by using the spring of the present invention as the center pin material, it is possible to effectively change the shape in a high temperature environment during overcharge.
また別の方法として、巻き芯空間部に、所定温度で体積膨張する、発泡剤・マイクロカプセルを配置しても良い。 As another method, a foaming agent / microcapsule that expands in volume at a predetermined temperature may be disposed in the winding core space.
具体的には、発泡剤には、発泡性ウレタン、アゾ化合物、ニトロソ化合物、ヒドラジン誘導体、イソシアネート化合物、重炭酸塩・炭酸塩、亜硝酸塩等が例示できる。
マイクロカプセルには、ガスを隔壁シェルで覆ったものを使用できる。隔壁シェルには、電池内に残存しても電池反応に影響を与えない材料を用いることが好適であり、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリフッ化ビニリデン、メラミン樹脂、尿素樹脂などを用いることができる。内包するガスとしては、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ジクロルエタン、ジクロルメタン等を用いることができる。
Specifically, examples of the foaming agent include foamable urethane, azo compound, nitroso compound, hydrazine derivative, isocyanate compound, bicarbonate / carbonate, nitrite and the like.
As the microcapsules, gas covered with a partition shell can be used. For the partition shell, it is preferable to use a material that does not affect the battery reaction even if it remains in the battery. Specifically, polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene, polyurethane resin, polyvinylidene fluoride, melamine resin Urea resin can be used. As the encapsulated gas, butane, pentane, hexane, dichloroethane, dichloromethane or the like can be used.
ここで、前記した所定温度としては70〜150℃の間であることが安全性確保の観点からは好ましい。 Here, the above-mentioned predetermined temperature is preferably between 70 and 150 ° C. from the viewpoint of ensuring safety.
なお、本発明の負極活物質または正極活物質などのその他の部材は、従来公知のものが
使える。
In addition, a conventionally well-known thing can be used for other members, such as a negative electrode active material or a positive electrode active material of this invention.
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
(実施例1)
以下に円筒型電池の製造方法を示す。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(Example 1)
A method for manufacturing a cylindrical battery will be described below.
図3に本発明における円筒型電池の縦断面図を示す。図3において、リチウムイオン二次電池1は、正極2と負極3とセパレータ4が、巻回されて電極体をなしており、電極体中心部に空間部8を有しており、ケース5内に非水溶媒に電解質塩を溶解した電解液(図示せず)とともに内蔵され、封口板6で密閉されている。 FIG. 3 shows a longitudinal sectional view of a cylindrical battery according to the present invention. In FIG. 3, a lithium ion secondary battery 1 has a positive electrode 2, a negative electrode 3, and a separator 4 wound to form an electrode body, and has a space 8 at the center of the electrode body. And an electrolyte solution (not shown) in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent, and is sealed with a sealing plate 6.
封口板には、一般の市販電池においては、安全弁やPTC素子などの安全素子が組み込まれているが、実施例の電池においては安全性試験のために、封口板6には一切の安全機構は組み込まれていない。 In a general commercial battery, a safety element such as a safety valve or a PTC element is incorporated in the sealing plate. However, in the battery of the embodiment, for the safety test, the sealing plate 6 has no safety mechanism. Not incorporated.
そして、電極体中心空間部8に、ニッケル存在比54.5重量%であるニッケル−チタン合金をセンターピン9として配置したのち、電解液を注入し、封口板を用いて電池缶を形成した。 And after arrange | positioning the nickel-titanium alloy which is 54.5 weight% of nickel as the center pin 9 in the electrode body center space part 8, electrolyte solution was inject | poured and the battery can was formed using the sealing board.
このニッケル存在比54.5重量%であるニッケル−チタン合金を用いたセンターピンは、図1に示した形状に加工されており、また、形状回復温度は85℃であった。この体積膨張率は、100℃で約2倍である。 The center pin using the nickel-titanium alloy having a nickel abundance ratio of 54.5% by weight was processed into the shape shown in FIG. 1, and the shape recovery temperature was 85 ° C. This volume expansion coefficient is about twice at 100 ° C.
この場合の形状回復温度はセンターピンをオーブン内に設置、2℃/分にて昇温させ目視にて形状変化が確認された温度より測定した。 In this case, the shape recovery temperature was measured from the temperature at which the center pin was placed in the oven, the temperature was raised at 2 ° C./min, and the shape change was visually confirmed.
以下に負極・正極板の作製方法を示す。 A method for producing a negative electrode / positive electrode plate is described below.
活物質が黒鉛の粉末95重量%と、スチレンブタジエンゴムの水分散物(結着剤)4重量%、カルボキシメチルセルロース1重量%(増粘剤)とを混合し、水を媒体として混練して作製した負極スラリーを塗布し、乾燥後、圧延したものを負極とした。また活物質がリチウム合金のときは、その85重量%、スチレンブタジエンゴム(結着剤)の水分散物を14重量%、カルボキシメチルセルロース1重量%(増粘剤)を混合し、水を媒体として混練して作製した負極スラリーを塗布し、乾燥後、圧延したものを負極とした。 本実施例では、黒鉛材料の結果について述べるが、その他のリチウムアルミニウム合金、リチウムケイ素合金、リチウムスズ合金、リチウム亜鉛合金、リチウムマグネシウム合金などの場合でも発明の効果は同様であった。 Prepared by mixing 95% by weight of graphite powder, 4% by weight of styrene butadiene rubber aqueous dispersion (binder) and 1% by weight of carboxymethylcellulose (thickener), and kneading with water as a medium. The negative electrode slurry was applied, dried and rolled to obtain a negative electrode. When the active material is a lithium alloy, 85% by weight thereof, 14% by weight of an aqueous dispersion of styrene butadiene rubber (binder) and 1% by weight of carboxymethylcellulose (thickener) are mixed, and water is used as a medium. A negative electrode slurry prepared by kneading was applied, dried and rolled to obtain a negative electrode. In this example, the results of the graphite material will be described, but the effects of the invention were the same in the case of other lithium aluminum alloys, lithium silicon alloys, lithium tin alloys, lithium zinc alloys, lithium magnesium alloys and the like.
正極板は、LiCoO2粉末85重量%に対し、導電材の炭素粉末10重量%と結着剤のポリフッ化ビニリデン樹脂5重量%を混合し、これらを脱水N−メチルピロリジノンを媒体として混練して作製したスラリーをアルミ箔からなる正極集電体上に塗布し、乾燥後、圧延して作製した。本実施例では、簡略のためにリチウム含有遷移金属酸化物、中でもLiCoO2の結果について述べるが、その他の遷移金属酸化物、遷移金属カルコゲン化物、バナジウム酸化物などの場合でも発明の効果は同様であった。
また、有機電解液には、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートの体積比1:1の混合溶媒に、LiPF6を1.5モル/リットル溶解したものを使用した。
以上のようにして、電池1を作製した。
(実施例2)
電極体中心空間部8に、バネ状金属と熱可塑性樹脂からなるセンターピンを充填したの
ち、電解液を注入し、封口板を用いて電池缶を形成した。
The positive electrode plate was prepared by mixing 10% by weight of carbon powder as a conductive material and 5% by weight of polyvinylidene fluoride resin as a binder with 85% by weight of LiCoO 2 powder, and kneading them using dehydrated N-methylpyrrolidinone as a medium. The produced slurry was applied onto a positive electrode current collector made of aluminum foil, dried and rolled. In this example, for the sake of brevity, the results of lithium-containing transition metal oxides, especially LiCoO 2 , will be described, but the effects of the invention are the same in the case of other transition metal oxides, transition metal chalcogenides, vanadium oxides, etc. there were.
As the organic electrolyte, a solution obtained by dissolving 1.5 mol / liter of LiPF 6 in a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate in a volume ratio of 1: 1 was used.
The battery 1 was produced as described above.
(Example 2)
The electrode body central space 8 was filled with a center pin made of a spring-like metal and a thermoplastic resin, and then an electrolyte solution was injected to form a battery can using a sealing plate.
本実施例で使用したセンターピンは、バネ状にした厚さ500μmのニッケル−クロム−鉄合金を中心軸方向に圧縮した状態で、熱キシレンに溶解したポリエチレン中に浸漬し、急冷したものを使用した。この体積膨張は、120℃で約2倍である。
電極体中心空間部8に、上記センターピンをセンターピン9としたこと以外は、実施例1と同様にして電池2を作製した。
(実施例3)
電極体中心空間部8に、発泡剤を充填したのち、電解液を注入し、封口板を用いて電池缶を形成した。
The center pin used in this example is a spring-like nickel-chromium-iron alloy with a thickness of 500 μm, compressed in the direction of the central axis, immersed in polyethylene dissolved in hot xylene, and rapidly cooled. did. This volume expansion is about double at 120 ° C.
A battery 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the center pin was replaced with the center pin 9 in the electrode body central space 8.
(Example 3)
After filling the electrode body central space 8 with a foaming agent, an electrolyte was injected, and a battery can was formed using a sealing plate.
本実施例で使用した発泡剤は、p−トルエンスルホニルヒドラジドを20g使用した。電極体中心空間部8に、発泡剤を充填したこと以外は、実施例1と同様にして電池3を作製した。
(実施例4)
電極体中心空間部8に、熱膨張マイクロカプセルを充填したのち、電解液を注入し、封口板を用いて電池缶を形成した。
The foaming agent used in this example used 20 g of p-toluenesulfonyl hydrazide. A battery 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode body central space 8 was filled with a foaming agent.
Example 4
After filling the electrode body center space part 8 with a thermal expansion microcapsule, electrolyte solution was inject | poured and the battery can was formed using the sealing board.
本実施例で使用した熱膨張マイクロカプセルは、約90℃以上で数十倍に体積膨張を起こす大日精化工業株式会社製L320を20g使用した。
電極体中心空間部8に、熱膨張マイクロカプセルを充填したこと以外は、実施例1と同様にして電池4を作製した。
(比較例1)
電極体中心空間部8に、熱膨張しないセンターピン9を充填したのち、電解液を注入し、封口板を用いて電池缶を形成した。
The thermal expansion microcapsule used in the present example used 20 g of L320 manufactured by Dainichi Seika Kogyo Co., Ltd., which causes volume expansion several tens of times at about 90 ° C. or more.
A battery 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode body central space 8 was filled with thermally expanded microcapsules.
(Comparative Example 1)
After filling the electrode body center space part 8 with the center pin 9 which does not thermally expand, electrolyte solution was inject | poured and the battery can was formed using the sealing board.
具体的には、ステンレス(SUS304)からなり、図4に示す構造を持つセンターピン9を配置したこと以外は、正極、負極、電解液等の構成は電池1と同様にして、比較電池5を作製した。
(比較例2)
電極体中心空間部8に、銅−亜鉛−アルミニウム(亜鉛26重量%、アルミニウム4重量%)合金をセンターピン9として配置したのち、電解液を注入し、封口板を用いて電池缶を形成した。
Specifically, except for the center pin 9 made of stainless steel (SUS304) and having the structure shown in FIG. Produced.
(Comparative Example 2)
After placing a copper-zinc-aluminum (zinc 26 wt%, aluminum 4 wt%) alloy as the center pin 9 in the electrode body central space 8, an electrolyte was injected and a battery can was formed using a sealing plate. .
この銅−亜鉛−アルミニウム(亜鉛26重量%、アルミニウム4重量%)合金を用いたセンターピンは、図2に示した回復前(a)、回復後(b)の形状に加工されており、また、形状回復温度は25℃であった。この体積膨張率は、25℃で約2倍である。
電極体中心空間部8に、銅−亜鉛−アルミニウム(亜鉛26重量%、アルミニウム4重量%)合金からなるセンターピン9を配置したこと以外は、実施例1と同様にして電池6を作製した。
The center pin using this copper-zinc-aluminum (26% by weight zinc, 4% by weight aluminum) alloy is processed into the shape before recovery (a) and after recovery (b) shown in FIG. The shape recovery temperature was 25 ° C. This volume expansion coefficient is about twice at 25 ° C.
A battery 6 was produced in the same manner as in Example 1 except that a center pin 9 made of a copper-zinc-aluminum (26 wt% zinc, 4 wt% aluminum) alloy was disposed in the electrode body central space 8.
なお、上記で作製した円筒型電池は直径18mm、高さ65mmである。 The cylindrical battery produced above has a diameter of 18 mm and a height of 65 mm.
以上のようにして、前述の実施電池1〜4、および、比較電池5、6の円筒型電池を製造して、その安全性評価に供した。
実施例1〜4までの電池の構成は、電池容量、正極の放電利用率、負極の放電利用率が比較例の電池5、6と等しくなるように正・負極板の厚みや長さをすべて同じにした。以下にその寸法を示した。
As described above, the above-described implementation batteries 1 to 4 and the cylindrical batteries of the comparative batteries 5 and 6 were manufactured and subjected to safety evaluation.
The configurations of the batteries in Examples 1 to 4 are all the thicknesses and lengths of the positive and negative electrode plates so that the battery capacity, the positive electrode discharge utilization factor, and the negative electrode discharge utilization factor are equal to the batteries 5 and 6 of the comparative example. Made the same. The dimensions are shown below.
実施例1〜4、および比較例5、6の正極板本体部の寸法は幅37mm、長さ380m
m、厚み0.150mm、負極板本体部の寸法は幅39mm、長さ415.0mm、厚み0.150mmであった。表1に実施例の電池1〜5および比較例の電池6の充放電試験で得られた2サイクル目の放電容量と安全性試験の結果を示した。放電容量の確認は、4.2Vの定電圧充電を2時間行い、0.2CmAで3.0Vまで放電することにより、行った。
The dimensions of the positive electrode plate body of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 5 and 6 are 37 mm wide and 380 m long.
m, thickness 0.150 mm, the dimensions of the negative electrode plate main body were 39 mm wide, 415.0 mm long, and 0.150 mm thick. Table 1 shows the discharge capacity and safety test results of the second cycle obtained in the charge / discharge tests of the batteries 1 to 5 of the example and the battery 6 of the comparative example. The discharge capacity was confirmed by performing constant voltage charging at 4.2 V for 2 hours and discharging to 3.0 V at 0.2 CmA.
(表1)からわかるように本発明の電池1〜4、および、電池6は比較例に示した従来のセンターピンを用いた電池5と同等の電池容量を有することがわかる。 As can be seen from Table 1, it can be seen that the batteries 1 to 4 and the battery 6 of the present invention have the same battery capacity as the battery 5 using the conventional center pin shown in the comparative example.
(表1)からわかるように本発明の電池6は、電池1〜4、および、従来のセンターピンを用いた電池5と比較して、45℃の間欠サイクル(1C充放電、24時間充電休止)特性が、非常に劣っていることがわかる。
この電池6に使用したセンターピンは銅−亜鉛−アルミニウム(亜鉛26重量%、アルミニウム4重量%)合金で、形状回復温度は25℃であることから、上記したように、45℃ 間欠サイクル中に巻き芯部から外周部に圧力がかかることによって特性が劣化したと考えられる。
As can be seen from (Table 1), the battery 6 of the present invention has an intermittent cycle of 45 ° C. (1 C charge / discharge, 24 hour charge suspension), as compared with the batteries 1 to 4 and the battery 5 using the conventional center pin. It can be seen that the characteristics are very inferior.
The center pin used in this battery 6 is a copper-zinc-aluminum (26% by weight zinc, 4% by weight aluminum) alloy, and its shape recovery temperature is 25 ° C. As described above, during the 45 ° C. intermittent cycle, It is considered that the characteristics deteriorated when pressure is applied from the winding core portion to the outer peripheral portion.
実施例の電池1〜4と比較例の電池5、6の各10個を2CmAで4時間過充電した時の電池の最大発熱温度を群挫屈の有無とともに(表1)に示した。ここで、群挫屈の有無は、試験後の電池をX線CT画像解析によって確認した。 Table 10 shows the maximum heat generation temperature of each of the batteries 1 to 4 of the example and the batteries 5 and 6 of the comparative example when overcharged at 2 CmA for 4 hours together with the presence or absence of group buckling. Here, the presence or absence of group buckling was confirmed by X-ray CT image analysis of the battery after the test.
(表1)から本発明の電池1〜4、または、電池6は過充電試験時の群挫屈によって引き起こされる内部短絡による異常発熱がないことがわかり、比較例に示した従来のセンターピン用いた電池5より安全性が向上していることがわかる。 From Table 1, it can be seen that the batteries 1 to 4 or the battery 6 of the present invention have no abnormal heat generation due to an internal short circuit caused by group buckling during an overcharge test, and for the conventional center pin shown in the comparative example. It can be seen that the safety is improved as compared with the battery 5.
本発明の非水電解液二次電池は、携帯情報端末、携帯電子機器等に用いる電源として有用である。 The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is useful as a power source for use in portable information terminals, portable electronic devices, and the like.
1 非水電解液二次電池
2 正極
3 負極
4 セパレータ
5 ケース
6 封孔口
7 電極体
8 空間部
9 センターピン
10 スリット部
11 バネ状金属
12 熱可塑性樹脂
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nonaqueous electrolyte secondary battery 2 Positive electrode 3 Negative electrode 4 Separator 5 Case 6 Sealing port 7 Electrode body 8 Space part 9 Center pin 10 Slit part 11 Spring-like metal 12 Thermoplastic resin
Claims (3)
前記セパレータの厚みが20μm以下であり、巻き芯部に、作動温度が70〜150℃である外周部方向への加圧手段をもつことを特徴とする非水電解液二次電池。 In a non-aqueous secondary battery having a structure of an electrode body formed by winding a positive electrode, a negative electrode, and a separator present between these positive and negative electrodes,
A non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the separator has a thickness of 20 μm or less, and has a means for pressurizing the winding core in the direction of the outer periphery with an operating temperature of 70 to 150 ° C.
2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the pressurizing unit includes a foaming agent / microcapsule disposed in a winding core space.
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006128104A (en) * | 2004-10-28 | 2006-05-18 | Samsung Sdi Co Ltd | Cylindrical lithium ion battery and manufacturing method thereof |
JP2007066528A (en) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Hitachi Vehicle Energy Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
KR101080125B1 (en) * | 2006-10-23 | 2011-11-04 | 주식회사 엘지화학 | Cylindrical Secondary Battery Containing Center Pin of Noble Structure |
KR20140020725A (en) * | 2012-08-08 | 2014-02-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | Rechargeable battery |
CN109728359A (en) * | 2018-12-31 | 2019-05-07 | 谷新运 | A mirror winding needle for producing paired bare cells for a lithium battery winding machine |
JP2020057504A (en) * | 2018-10-01 | 2020-04-09 | 株式会社Soken | Rechargeable battery |
WO2022114792A1 (en) * | 2020-11-24 | 2022-06-02 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Cylindrical secondary battery |
WO2024143219A1 (en) * | 2022-12-27 | 2024-07-04 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Lithium secondary battery |
-
2004
- 2004-03-12 JP JP2004070443A patent/JP2005259567A/en active Pending
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006128104A (en) * | 2004-10-28 | 2006-05-18 | Samsung Sdi Co Ltd | Cylindrical lithium ion battery and manufacturing method thereof |
JP2007066528A (en) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Hitachi Vehicle Energy Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
KR101080125B1 (en) * | 2006-10-23 | 2011-11-04 | 주식회사 엘지화학 | Cylindrical Secondary Battery Containing Center Pin of Noble Structure |
KR102029406B1 (en) * | 2012-08-08 | 2019-10-07 | 삼성에스디아이 주식회사 | Rechargeable battery |
JP2014036020A (en) * | 2012-08-08 | 2014-02-24 | Samsung Sdi Co Ltd | Secondary battery |
KR20140020725A (en) * | 2012-08-08 | 2014-02-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | Rechargeable battery |
JP2020057504A (en) * | 2018-10-01 | 2020-04-09 | 株式会社Soken | Rechargeable battery |
JP7168405B2 (en) | 2018-10-01 | 2022-11-09 | 株式会社Soken | secondary battery |
CN109728359A (en) * | 2018-12-31 | 2019-05-07 | 谷新运 | A mirror winding needle for producing paired bare cells for a lithium battery winding machine |
CN109728359B (en) * | 2018-12-31 | 2021-10-22 | 叶豪 | A lithium battery winding machine |
WO2022114792A1 (en) * | 2020-11-24 | 2022-06-02 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Cylindrical secondary battery |
JP2023529394A (en) * | 2020-11-24 | 2023-07-10 | エルジー エナジー ソリューション リミテッド | Cylindrical secondary battery |
JP7626315B2 (en) | 2020-11-24 | 2025-02-04 | エルジー エナジー ソリューション リミテッド | Cylindrical secondary battery |
WO2024143219A1 (en) * | 2022-12-27 | 2024-07-04 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Lithium secondary battery |
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