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JP2014035858A - Secondary battery - Google Patents

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JP2014035858A
JP2014035858A JP2012175909A JP2012175909A JP2014035858A JP 2014035858 A JP2014035858 A JP 2014035858A JP 2012175909 A JP2012175909 A JP 2012175909A JP 2012175909 A JP2012175909 A JP 2012175909A JP 2014035858 A JP2014035858 A JP 2014035858A
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JP
Japan
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separator
active material
electrode active
material layer
positive electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP2012175909A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuya Hashimoto
達也 橋本
Yusuke Fukumoto
友祐 福本
Yuji Yokoyama
友嗣 横山
Keisuke Ohara
敬介 大原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2012175909A priority Critical patent/JP2014035858A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

【課題】多孔質耐熱層を有するセパレータシートを使用する場合における該セパレータシートと正負極シートとの摩擦力の低下を防止すること。
【解決手段】本発明により提供される二次電池は、正極シート(10)および負極シート(20)をセパレータシート(40A,40B)と共に捲回してなる捲回電極体(80)を備える。セパレータシートの基材(42A,42B)の少なくとも一方の表面には多孔質耐熱層(44A,44B)が形成されており、その幅方向の両端には多孔質耐熱層を有しないセパレータ基材露出部(46A,46B)であってそれぞれ対向する正極活物質層非形成部(16)または負極活物質層非形成部(26)に接触可能な位置に配置されたセパレータ基材露出部がシート長手方向に形成されている。
【選択図】図3
[PROBLEMS] To prevent a reduction in frictional force between a separator sheet and a positive and negative electrode sheet when a separator sheet having a porous heat-resistant layer is used.
A secondary battery provided by the present invention includes a wound electrode body (80) formed by winding a positive electrode sheet (10) and a negative electrode sheet (20) together with separator sheets (40A, 40B). A porous heat-resistant layer (44A, 44B) is formed on at least one surface of the base material (42A, 42B) of the separator sheet, and the separator base material that does not have a porous heat-resistant layer at both ends in the width direction is exposed. Separator substrate exposed portions arranged at positions that can contact the positive electrode active material layer non-formation portion (16) or the negative electrode active material layer non-formation portion (26) that face each other (46A, 46B). It is formed in the direction.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、二次電池に関する。詳しくは、多孔質耐熱層を有するセパレータを備えた二次電池に関する。   The present invention relates to a secondary battery. Specifically, the present invention relates to a secondary battery including a separator having a porous heat-resistant layer.

リチウム二次電池、ニッケル水素電池等の二次電池は、近年、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や車両駆動用電源として用いられている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウム二次電池は、電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両の駆動用高出力電源として好ましく用いられている。
このような二次電池の一つの典型的な構造として、長尺シート状の正極および負極を同様に長尺シート状のセパレータ(典型的には2枚のセパレータシート)と重ね合わせて捲回した捲回電極体を構築し、該構築した捲回電極体を所定の電解質(典型的には非水電解質)とともに電池ケース内に収容し、該ケースの内容物が漏れ出ないように該ケースを密閉して成る構造の二次電池(以下、かかる構造の二次電池を「密閉型二次電池」ともいう。)が挙げられる。
In recent years, secondary batteries such as lithium secondary batteries and nickel metal hydride batteries have been used as so-called portable power sources such as personal computers and portable terminals and power sources for driving vehicles. In particular, a lithium secondary battery that is lightweight and obtains a high energy density is preferably used as a high-output power source for driving vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles.
As one typical structure of such a secondary battery, a long sheet-like positive electrode and a negative electrode are similarly wound on a long sheet-like separator (typically two separator sheets). A wound electrode body is constructed, and the constructed wound electrode body is housed in a battery case together with a predetermined electrolyte (typically a non-aqueous electrolyte) so that the contents of the case do not leak out. A secondary battery having a hermetically sealed structure (hereinafter, a secondary battery having such a structure is also referred to as a “sealed secondary battery”).

この種の電池に用いられるセパレータは、正極と負極との間を電気的に絶縁する機能と、非水電解質を保持する機能とを有するものとして、通常、ポリオレフィン等の合成樹脂製の多孔質シートが使用されている。さらに、この種の電池に使用されるセパレータは、上記絶縁機能と電解質保持機能に加え、電池および該電池が搭載された機器の安全性を確保する目的で電池内が過熱されて一定の温度域(典型的には該樹脂の軟化点)に達した際に軟化し、電荷担体の伝導パスを遮断(シャットダウン)する機能を有する。
また、上記シャットダウン機能を備える一方で、セパレータには所定レベルの耐熱性が望まれる。即ち、この種の電池では、電池内が当該セパレータの軟化点以上に過熱された場合でもセパレータの溶融による内部短絡を防止する必要がある。
かかる要求に応える一つの手段として、ポリオレフィン等の合成樹脂から成るセパレータ基材の表面に多孔質耐熱層が形成されたセパレータの使用が提案されている。かかる多孔質耐熱層は、典型的には、耐熱性を有する金属酸化物その他の無機フィラーと、無機フィラー同士を結着するとともにこれをセパレータ基材に固着させるためのバインダとから構成される。例えば、特許文献1及び2には、このような多孔質耐熱層が基材表面に形成されたセパレータを備えた非水電解質二次電池が記載されている。
The separator used for this type of battery is usually a porous sheet made of a synthetic resin such as polyolefin as having a function of electrically insulating the positive electrode and the negative electrode and a function of holding a non-aqueous electrolyte. Is used. Furthermore, the separator used in this type of battery has a certain temperature range because the inside of the battery is overheated for the purpose of ensuring the safety of the battery and the device in which the battery is mounted, in addition to the insulating function and the electrolyte holding function. It softens when it reaches (typically the softening point of the resin) and has a function of shutting down (shutdown) the conduction path of the charge carrier.
Moreover, while providing the said shutdown function, a predetermined level heat resistance is desired for a separator. That is, in this type of battery, it is necessary to prevent an internal short circuit due to melting of the separator even when the inside of the battery is heated to a temperature higher than the softening point of the separator.
As one means for meeting such demands, the use of a separator in which a porous heat-resistant layer is formed on the surface of a separator substrate made of a synthetic resin such as polyolefin has been proposed. Such a porous heat-resistant layer is typically composed of a metal oxide or other inorganic filler having heat resistance, and a binder for binding the inorganic fillers together and fixing them to the separator substrate. For example, Patent Documents 1 and 2 describe a nonaqueous electrolyte secondary battery including a separator having such a porous heat-resistant layer formed on the surface of a substrate.

特開2011−253684号公報JP2011-253684A 特開2008−300362号公報JP 2008-300362 A

ところで、上記のような多孔質耐熱層を表面に備えるセパレータを使用して二次電池を構築する場合の問題点として、当該セパレータと、対向する正極或いは負極(以下、正極負極を区別する必要のない場合は「電極」と総称する。)の間の摩擦力の低下が挙げられる。具体的には、電極を構成する集電体の表面に形成されている電極活物質層(電極合材層ともいう。)と、対向するセパレータの多孔質耐熱層とは、ともに多孔質の層であるため、これらの層の両方或いは少なくとも一方が関与する接触面における摩擦力は、ポリオレフィン等の合成樹脂から成るセパレータ基材の表面と、電極を構成する集電体(例えば正極集電体を構成するアルミ箔または負極集電体を構成する銅箔)の表面とが直接的に接触する場合と比較して著しく低下することとなる。   By the way, as a problem in the case of constructing a secondary battery using a separator having a porous heat-resistant layer as described above, it is necessary to distinguish the separator from a positive electrode or a negative electrode (hereinafter, positive and negative electrodes). In the case where there is no electrode, it is generally called “electrode”). Specifically, the electrode active material layer (also referred to as an electrode mixture layer) formed on the surface of the current collector constituting the electrode and the porous heat-resistant layer of the opposing separator are both porous layers. Therefore, the frictional force at the contact surface where both or at least one of these layers is involved is caused by the surface of the separator substrate made of a synthetic resin such as polyolefin and the current collector (for example, the positive electrode current collector) constituting the electrode. Compared with the case where the surface of the aluminum foil or the copper foil that constitutes the negative electrode current collector is in direct contact with the surface, it is significantly reduced.

かかる摩擦力の低下は、特に上述のような捲回電極体を構成する場合に問題となる。即ち、かかる多孔質耐熱層付きセパレータシートを正負それぞれの活物質層付き電極シートとともに捲回して成る捲回電極体において、当該電極シートとセパレータシートとの摩擦力の低下は捲回電極体自体の形状保持性能を低下させ得る。具体的には、捲回電極体を構成するセパレートシートと各電極シートの位置関係にズレが生じたり或いは捲回電極体の一部に座屈が生じやすくなる。特に多孔質耐熱層付きのセパレータシートは、当該多孔質耐熱層の存在によって硬度が高くなっているために柔軟性が低下しており、かかるズレや座屈の発生を助長させ得る。
従って、このような摩擦力の低下は、ズレや座屈による不良品の発生頻度の上昇やケース内への電極体の挿入に慎重にならざるを得ないこと(即ち挿入性の低下)によって捲回電極体の生産効率を低下させるばかりでなく、捲回電極体の剛性を低下させるために該電極体を用いて構築された二次電池においても充放電の繰り返しによる捲回電極体の膨張収縮時に上記ズレや座屈が生じて電池性能(サイクル特性)を低下させる要因ともなり得、好ましくない。
Such a decrease in frictional force is a problem particularly when the wound electrode body as described above is configured. That is, in a wound electrode body obtained by winding such a separator sheet with a porous heat-resistant layer together with positive and negative electrode sheets with an active material layer, the reduction in frictional force between the electrode sheet and the separator sheet is caused by the wound electrode body itself. Shape retention performance can be reduced. Specifically, the positional relationship between the separate sheet and each electrode sheet constituting the wound electrode body is likely to be displaced, or a part of the wound electrode body is likely to be buckled. In particular, a separator sheet with a porous heat-resistant layer has high hardness due to the presence of the porous heat-resistant layer, and thus the flexibility is reduced, and the occurrence of such deviation and buckling can be promoted.
Therefore, such a decrease in the frictional force is caused by an increase in the frequency of occurrence of defective products due to misalignment or buckling, or by the careful insertion of the electrode body into the case (that is, a decrease in insertability). In addition to reducing the production efficiency of the wound electrode body, expansion and contraction of the wound electrode body due to repeated charge and discharge in a secondary battery constructed using the electrode body in order to reduce the rigidity of the wound electrode body Sometimes the above-mentioned deviation or buckling occurs, which may be a factor of deteriorating battery performance (cycle characteristics).

そこで本発明は、上述した摩擦力低下を解決すべき課題として創出されたものであり、その目的とするところは、多孔質耐熱層を有するセパレータシートを使用する場合であっても上記摩擦力の低下によるズレや座屈の発生の防止を実現する捲回電極体、ならびに該捲回電極体を備える二次電池を提供することである。   Therefore, the present invention was created as a problem to be solved for the above-described reduction in frictional force, and the object of the present invention is to achieve the above-mentioned frictional force even when a separator sheet having a porous heat-resistant layer is used. It is an object of the present invention to provide a wound electrode body that realizes prevention of deviation and buckling due to a decrease, and a secondary battery including the wound electrode body.

上記目的を実現するべく、ここで開示される二次電池は、長尺シート状の正極集電体および負極集電体の各表面にそれぞれ正極活物質層および負極活物質層が形成された正極および負極を長尺シート状のセパレータと共に捲回してなる捲回電極体と、該捲回電極体および電解質を収容するケースとを備える二次電池である。
また、ここで開示される二次電池は、上記捲回電極体における捲回軸方向の両端のうちの一方の端部は上記正極活物質層の形成されていない正極活物質層非形成部が負極からはみ出た状態で積層されて構成され、且つ、該両端のうちの他方の端部は上記負極活物質層の形成されていない負極活物質層非形成部が正極からはみ出た状態で積層されて構成されている。
また、ここで開示される二次電池において、上記長尺シート状セパレータは、合成樹脂製(典型的にはポリオレフィン樹脂製)のセパレータ基材と、無機フィラーを主体とする多孔質耐熱層であって該基材の少なくとも一方の表面において該セパレータのシート長手方向に形成された多孔質耐熱層とから構成されている。
そして、ここで開示される二次電池は、捲回軸方向において、上記セパレータの多孔質耐熱層が、対向する上記正極活物質層または負極活物質層の全体が該耐熱層に包含され得る幅寸法(即ち長尺シートの長手方向に直交する方向(捲回軸方向)の寸法)に形成されており、且つ、上記セパレータの捲回軸方向における両端には、上記多孔質耐熱層を有しないセパレータ基材露出部であってそれぞれ対向する上記正極活物質層非形成部または負極活物質層非形成部に接触可能な位置に配置されたセパレータ基材露出部がシート長手方向に形成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the secondary battery disclosed herein is a positive electrode in which a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer are formed on each surface of a long sheet-like positive electrode current collector and a negative electrode current collector, respectively. And a negative electrode including a wound electrode body formed by winding a negative electrode together with a long sheet-shaped separator, and a case containing the wound electrode body and an electrolyte.
Further, in the secondary battery disclosed herein, one end portion of the winding electrode body in the winding axis direction has a positive electrode active material layer non-formed portion where the positive electrode active material layer is not formed. The negative electrode active material layer non-formed portion where the negative electrode active material layer is not formed is stacked with the other end portion of the two layers being stacked in a state protruding from the negative electrode. Configured.
In the secondary battery disclosed herein, the long sheet-shaped separator is a separator base material made of synthetic resin (typically made of polyolefin resin) and a porous heat-resistant layer mainly composed of inorganic filler. And a porous heat-resistant layer formed in the sheet longitudinal direction of the separator on at least one surface of the substrate.
The secondary battery disclosed herein has a width in which the porous heat-resistant layer of the separator can include the whole of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer facing each other in the winding axis direction. It is formed in a dimension (that is, a dimension in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the long sheet (winding axis direction)), and does not have the porous heat-resistant layer at both ends in the winding axis direction of the separator. Separator substrate exposed portions, which are disposed in positions that can contact the positive electrode active material layer non-forming portion or the negative electrode active material layer non-forming portion facing each other, are formed in the sheet longitudinal direction. It is characterized by that.

上記のとおり、ここで開示される二次電池では、捲回電極体を構成する長尺シート状のセパレータに正負いずれかの活物質層と対向する多孔質耐熱層が設けられているとともに、捲回軸方向の両端部分において多孔質耐熱層を有しないセパレータ基材露出部が設けられている。そして該セパレータ基材露出部と対向する位置には、正負いずれかの活物質層非形成部(即ち電極集電体の表面)が配置されている。
かかる構成の捲回電極体では、セパレータの捲回軸方向の両端において、セパレータ基材露出部と、対向する正負いずれかの活物質層非形成部(集電体)とを直接接触させることができる。その結果、当該接触部位において高い摩擦力を発揮させ、電極(集電体)とセパレータとの間の密着性を向上させることができる。
このことから本構成の捲回電極体によると、多孔質耐熱層を設けたことにより電池内がセパレータ軟化点以上に過熱された場合等のセパレータ溶融による内部短絡を防止するとともに、当該セパレータと電極との摩擦力低下に因るズレや座屈の発生を防止し、捲回電極体の剛性を維持して生産性の低下を未然に防止することができる。
また、本構成の捲回電極体を備える二次電池によると、充放電の繰り返しによる捲回電極体の膨張収縮時に上記ズレや座屈が生じて電池性能を低下させることを未然に防止して高い電池特性(例えばサイクル特性)を維持することができる。
As described above, in the secondary battery disclosed herein, the long sheet-shaped separator constituting the wound electrode body is provided with the porous heat-resistant layer facing either the positive or negative active material layer, Separator substrate exposed portions that do not have a porous heat-resistant layer are provided at both ends in the rotational axis direction. Then, a positive or negative active material layer non-formed part (that is, the surface of the electrode current collector) is disposed at a position facing the separator base material exposed part.
In the wound electrode body having such a configuration, the separator base material exposed portion and the opposing positive or negative active material layer non-forming portion (current collector) can be brought into direct contact at both ends in the winding axis direction of the separator. it can. As a result, a high frictional force can be exhibited at the contact portion, and the adhesion between the electrode (current collector) and the separator can be improved.
Therefore, according to the wound electrode body of this configuration, the provision of the porous heat-resistant layer prevents an internal short circuit due to separator melting in the case where the inside of the battery is overheated above the separator softening point, and the separator and the electrode. It is possible to prevent the occurrence of deviation and buckling due to the lowering of the frictional force, and to maintain the rigidity of the wound electrode body, thereby preventing the productivity from being lowered.
In addition, according to the secondary battery including the wound electrode body of this configuration, the above-described misalignment and buckling at the time of expansion and contraction of the wound electrode body due to repeated charging and discharging are prevented in advance. High battery characteristics (for example, cycle characteristics) can be maintained.

ここで開示される二次電池の好ましい一つの態様では、セパレータ基材露出部は捲回軸方向の寸法が1mm以上となるようにセパレータの捲回軸方向における両端にそれぞれ形成されていることを特徴とする。
このような幅寸法でセパレータ基材露出部を多孔質耐熱層の捲回軸方向(以下、単に「幅方向」ともいう。)の両側に設けることによって、セパレータ(基材)と電極(集電体)との間の摩擦力をより向上させることができる。
In a preferred embodiment of the secondary battery disclosed herein, the separator base material exposed portions are formed on both ends of the separator in the winding axis direction so that the dimension in the winding axis direction is 1 mm or more. Features.
By providing the separator substrate exposed portions with such width dimensions on both sides of the porous heat-resistant layer in the winding axis direction (hereinafter also simply referred to as “width direction”), the separator (base material) and the electrode (current collector) are provided. The frictional force with the body) can be further improved.

また、ここで開示される二次電池の好ましい他の一態様では、上記セパレータは、捲回軸方向の両端にあるセパレータ基材露出部がそれぞれ対向する正極活物質層非形成部または負極活物質層非形成部の同方向の寸法の半分よりも活物質層寄りの部位に配置されるように形成されていることを特徴とする。
このようにセパレータ基材露出部と、対向する正負いずれかの電極活物質層非形成部との対向部位(接触部位を包含する)を当該電極活物質層非形成部における幅方向の活物質層寄りの部位に規定することによって、当該電極活物質層非形成部における外部接続用の端子の接続を妨害することなく上記摩擦力の向上を実現することができる。
Moreover, in another preferable aspect of the secondary battery disclosed herein, the separator includes a positive electrode active material layer non-formation part or a negative electrode active material in which separator base exposed parts at both ends in the winding axis direction face each other. It is formed so as to be disposed in a portion closer to the active material layer than half of the dimension in the same direction of the layer non-forming portion.
Thus, the active material layer of the width direction in the said electrode active material layer non-formation part is made into the opposing part (a contact part is included) of the separator base-material exposed part and the electrode active material layer non-formation part of either the positive or negative which opposes. By prescribing to the near part, the frictional force can be improved without obstructing the connection of the external connection terminal in the electrode active material layer non-forming part.

ここで開示される二次電池では、上記セパレータは、一方の面に多孔質耐熱層およびセパレータ基材露出部が形成されていてもよく、或いは両方の面に多孔質耐熱層およびセパレータ基材露出部が形成されていてもよい。両面に多孔質耐熱層が形成されたセパレータを採用した捲回電極体では、特に摩擦力が低下する傾向にあるが、本発明の実施によってかかる摩擦力の低下を防ぐことができる。
また本発明の適用が好ましい捲回電極体として長尺シート状の正極、負極ならびにセパレータを共に捲回し、更に扁平形状に押しつぶして形成した扁平形状捲回電極体が挙げられる。かかる形態の捲回電極体は、特にズレや座屈の発生を防止する必要があるため、本発明の適用対象として好適な形状の捲回電極体である。
In the secondary battery disclosed herein, the separator may have a porous heat-resistant layer and a separator substrate exposed portion formed on one surface, or a porous heat-resistant layer and a separator substrate exposed on both surfaces. A part may be formed. In a wound electrode body that employs a separator having a porous heat-resistant layer formed on both sides, the frictional force tends to decrease particularly. However, the implementation of the present invention can prevent the reduction of the frictional force.
Further, as a wound electrode body to which the present invention is preferably applied, a flat-shaped wound electrode body formed by winding a long sheet-like positive electrode, a negative electrode, and a separator together and further crushing them into a flat shape. Such a wound electrode body is a wound electrode body having a shape suitable as an application target of the present invention because it is particularly necessary to prevent the occurrence of displacement and buckling.

また本発明は、ここで開示されるいずれかの二次電池を単電池とし、該単電池を相互に電気的に接続して複数個備えることを特徴とする組電池を提供する。
かかる構成の組電池は、それを構成する単電池内の捲回電極体の高い剛性を維持し、サイクル特性その他の電池特性に優れるため、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両の駆動用電源として好適である。
従って、本発明はまた、ここで開示されるいずれかの二次電池または組電池を駆動用電源として備えるプラグインハイブリッド自動車(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)等の車両を提供する。
According to another aspect of the present invention, there is provided an assembled battery comprising any one of the secondary batteries disclosed herein as a unit cell, and a plurality of unit cells electrically connected to each other.
The assembled battery having such a configuration is suitable as a power source for driving a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle because it maintains high rigidity of the wound electrode body in the unit cell constituting the battery and is excellent in cycle characteristics and other battery characteristics. It is.
Therefore, the present invention also provides a vehicle such as a plug-in hybrid vehicle (PHV), a hybrid vehicle (HV), or an electric vehicle (EV) that includes any of the secondary batteries or assembled batteries disclosed herein as a driving power source. provide.

一実施形態に係る二次電池(リチウム二次電池)の外形を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the external shape of the secondary battery (lithium secondary battery) which concerns on one Embodiment. 図1の二次電池のII−II線における断面構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross-sectional structure in the II-II line of the secondary battery of FIG. 一実施形態に係る二次電池の捲回電極体の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the winding electrode body of the secondary battery which concerns on one Embodiment. 図3に示す捲回電極体の一部(要部)を拡大して示す模式図である。It is a schematic diagram which expands and shows a part (main part) of the wound electrode body shown in FIG. 一実施形態に係る二次電池(単電池)を複数組み合わせた組電池を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the assembled battery which combined multiple secondary batteries (single battery) which concern on one Embodiment. 一実施形態に係る組電池を備えた車両(自動車)を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the vehicle (automobile) provided with the assembled battery which concerns on one Embodiment.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
また、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン電池)、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子(物理電池)を包含する用語である。本明細書において「電極活物質」とは、二次電池において電荷担体となる化学種を可逆的に吸蔵および放出(典型的には挿入および脱離)可能な物質をいう。「リチウム二次電池」とは、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。一般にリチウムイオン電池(若しくはリチウムイオン二次電池)等と称される二次電池は、本明細書におけるリチウム二次電池に包含される典型例である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.
In this specification, the “secondary battery” generally refers to a rechargeable power storage device in general, a so-called storage battery such as a lithium secondary battery (typically a lithium ion battery), a nickel hydrogen battery, a nickel cadmium battery, and the like. It is a term that encompasses power storage elements (physical batteries) such as electric double layer capacitors. In the present specification, the “electrode active material” refers to a material capable of reversibly occluding and releasing (typically inserting and detaching) chemical species serving as a charge carrier in a secondary battery. The “lithium secondary battery” refers to a secondary battery that uses lithium ions as electrolyte ions and is charged and discharged by movement of charges accompanying the lithium ions between the positive and negative electrodes. A secondary battery generally called a lithium ion battery (or a lithium ion secondary battery) is a typical example included in the lithium secondary battery in this specification.

本発明の二次電池は、上述のとおり、長尺シート状の正極集電体および負極集電体の各表面にそれぞれ正極活物質層および負極活物質層が形成された正極および負極を長尺シート状のセパレータと共に捲回してなる捲回電極体と、該捲回電極体および電解質を収容するケースとを備える二次電池であり、上記の構成上の特徴、即ち多孔質耐熱層とセパレータ基材露出部とを有するセパレータの構成上の特徴を有する限りにおいて、その他の電池構成要素については、特に制限はない。
例えば、本発明によって提供され得る二次電池としては、リチウム二次電池(リチウムイオン電池等)、ニッケル水素電池、リチウムイオンキャパシタその他の電気二重層キャパシタが典型例として挙げられる。
以下、ここで開示される二次電池の一例としてリチウム二次電池(リチウムイオン電池)に関する好適な一実施形態を図面を参照しつつ説明する。特に限定することを意図したものではないが、以下では捲回電極体と非水電解質(非水電解液)とを角形(即ち直方体の箱形状)のケースに収容した形態のリチウム二次電池を例として説明する。各図における寸法(長さ、幅、厚み等)は実際の寸法関係を反映するものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化する。
As described above, the secondary battery of the present invention has a long positive electrode and a negative electrode in which a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer are formed on each surface of a long sheet-like positive electrode current collector and a negative electrode current collector, respectively. A secondary battery comprising a wound electrode body wound together with a sheet-like separator, and a case for accommodating the wound electrode body and an electrolyte, wherein the above structural features, that is, a porous heat-resistant layer and a separator base Other battery components are not particularly limited as long as they have the structural characteristics of the separator having the exposed material portion.
For example, typical secondary batteries that can be provided by the present invention include lithium secondary batteries (such as lithium ion batteries), nickel hydride batteries, lithium ion capacitors, and other electric double layer capacitors.
Hereinafter, a preferred embodiment relating to a lithium secondary battery (lithium ion battery) as an example of the secondary battery disclosed herein will be described with reference to the drawings. Although not intended to be particularly limited, a lithium secondary battery in a form in which a wound electrode body and a nonaqueous electrolyte (nonaqueous electrolyte solution) are accommodated in a rectangular (that is, a rectangular box shape) case will be described below. This will be described as an example. The dimensions (length, width, thickness, etc.) in each figure do not reflect actual dimensional relationships. Further, members / parts having the same action are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted or simplified.

図1は、本実施形態に係る密閉型の非水電解質二次電池100の外形を模式的に示す斜視図である。図2は、図1に示した密閉型二次電池のII−II線に沿う断面構造を模式的に示す図である。図3は、捲回電極体80の構成を模式的に示す一部破断の斜視図である。
図1および図2に示すように、本実施形態に係る二次電池100は、捲回電極体80と、電池ケース(外容器)50とを備える。この電池ケース50は、上端が開放された扁平な直方体形状(角形)の電池ケース本体52と、その開口部を塞ぐ蓋体54とを備える。電池ケース50の上面(即ち蓋体54)には、捲回電極体80の正極と電気的に接続する外部接続用の正極端子70および該電極体80の負極と電気的に接続する負極端子72が設けられている。また、蓋体54には、従来の非水電解質二次電池の電池ケースと同様に、電池ケース50内部で発生したガスをケース50の外部に排出するための安全弁55が備えられている。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an outer shape of a sealed nonaqueous electrolyte secondary battery 100 according to the present embodiment. FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure taken along line II-II of the sealed secondary battery shown in FIG. FIG. 3 is a partially broken perspective view schematically showing the configuration of the wound electrode body 80.
As shown in FIGS. 1 and 2, the secondary battery 100 according to this embodiment includes a wound electrode body 80 and a battery case (outer container) 50. The battery case 50 includes a flat rectangular parallelepiped (square) battery case main body 52 having an open upper end, and a lid 54 that closes the opening. On the upper surface of the battery case 50 (that is, the lid 54), a positive terminal 70 for external connection that is electrically connected to the positive electrode of the wound electrode body 80 and a negative electrode terminal 72 that is electrically connected to the negative electrode of the electrode body 80. Is provided. In addition, the lid 54 is provided with a safety valve 55 for discharging gas generated inside the battery case 50 to the outside of the case 50, similarly to the battery case of the conventional nonaqueous electrolyte secondary battery.

電池ケース50の内部には、長尺シート状の正極(正極シート)10と長尺シート状の負極(負極シート)20が2枚の長尺シート状のセパレータ40A,40Bとを介して扁平に捲回された形態の電極体(捲回電極体)80が、図示しない非水電解質とともに収容される。なお、捲回電極体80を構成する各部材の材料自体は、従来のリチウム二次電池に備えられる電極体と同様でよく、特に制限はない。
例えば、正極シート10の正極集電体12は、アルミニウム箔等の金属箔によって構成される。負極シート20の負極集電体22は、銅箔等の金属によって構成される。これら箔状集電体の厚みは特に限定されないが、電池の容量密度と集電体の強度との兼ね合いから5μm〜50μm(より好ましくは8μm〜30μm)程度のものを用いることができる。
Inside the battery case 50, a long sheet-like positive electrode (positive electrode sheet) 10 and a long sheet-like negative electrode (negative electrode sheet) 20 are flattened via two long sheet-like separators 40A and 40B. A wound electrode body (winding electrode body) 80 is accommodated together with a non-aqueous electrolyte (not shown). In addition, the material itself of each member constituting the wound electrode body 80 may be the same as the electrode body provided in the conventional lithium secondary battery, and there is no particular limitation.
For example, the positive electrode current collector 12 of the positive electrode sheet 10 is made of a metal foil such as an aluminum foil. The negative electrode current collector 22 of the negative electrode sheet 20 is made of a metal such as copper foil. Although the thickness of these foil-shaped current collectors is not particularly limited, those having a thickness of about 5 μm to 50 μm (more preferably 8 μm to 30 μm) can be used in consideration of the capacity density of the battery and the strength of the current collector.

正極活物質層14の形成に用いられる正極活物質としては、従来からリチウム二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例として、リチウムニッケル酸化物(例えばLiNiO)、リチウムコバルト酸化物(例えばLiCoO)、リチウムマンガン酸化物(例えばLiMn)等のリチウムと遷移金属元素とを構成金属元素として含む酸化物(リチウム遷移金属酸化物)や、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO)、リン酸鉄リチウム(LiFePO)等のリチウムと遷移金属元素とを構成金属元素として含むリン酸塩等が挙げられる。正極活物質層14は、粉末状の正極活物質を適当な導電材とバインダ(結着材)等とを適当な溶媒中で混合してスラリー状(ペースト状、インク状であり得る。以下同じ。)の組成物を調製し、該スラリーをシート長手方向に正極集電体12上に付与し、乾燥し、必要に応じてプレスすることにより形成することができる。特に限定するものではないが、正極活物質層14全体に占める正極活物質の割合は50質量%以上(典型的には70質量%以上100質量%未満、例えば80質量%以上99質量%以下)であることが好ましい。正極活物質層の密度は例えば2.0g/cm以上(典型的には2.5g/cm以上)であって、4.5g/cm以下(典型的には4.2g/cm以下)とすることができる。 As the positive electrode active material used for forming the positive electrode active material layer 14, one or two or more materials conventionally used in lithium secondary batteries can be used without any particular limitation. As a preferred example, an oxide containing lithium and a transition metal element as constituent metal elements such as lithium nickel oxide (for example, LiNiO 2 ), lithium cobalt oxide (for example, LiCoO 2 ), and lithium manganese oxide (for example, LiMn 2 O 4 ). And a phosphate containing lithium and a transition metal element as constituent metal elements, such as lithium oxide (lithium transition metal oxide), lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), and lithium iron phosphate (LiFePO 4 ). The positive electrode active material layer 14 may be in the form of a slurry (paste or ink) by mixing a powdery positive electrode active material with an appropriate conductive material and a binder (binder) in an appropriate solvent. )), The slurry is applied on the positive electrode current collector 12 in the longitudinal direction of the sheet, dried, and pressed as necessary. Although it does not specifically limit, the ratio of the positive electrode active material to the whole positive electrode active material layer 14 is 50 mass% or more (typically 70 mass% or more and less than 100 mass%, for example, 80 mass% or more and 99 mass% or less). It is preferable that The density of the positive electrode active material layer is, for example, 2.0 g / cm 3 or more (typically 2.5 g / cm 3 or more) and 4.5 g / cm 3 or less (typically 4.2 g / cm 3). Below).

使用される導電材としては、従来から二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。例えば、カーボンブラック(アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック等)、コークス、黒鉛(天然黒鉛およびその改質体、人造黒鉛)、炭素繊維(PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維)、ナノカーボン等の炭素材料から選択される一種または二種以上であり得る。正極活物質層14全体に占める導電材の割合は、特に限定するものではないが、例えば0.1質量%以上15質量%以下(典型的には1質量%以上10質量%以下、例えば2質量%以上6質量%以下)とすることができる。   As the conductive material used, one or more kinds of substances conventionally used for secondary batteries can be used without any particular limitation. For example, carbon black (acetylene black, furnace black, ketjen black, channel black, lamp black, thermal black, etc.), coke, graphite (natural graphite and its modified products, artificial graphite), carbon fiber (PAN-based carbon fiber, Pitch-based carbon fiber) or one or more selected from carbon materials such as nanocarbon. The proportion of the conductive material in the entire positive electrode active material layer 14 is not particularly limited, but is, for example, 0.1% by mass or more and 15% by mass or less (typically 1% by mass or more and 10% by mass or less, for example, 2% by mass). % To 6% by mass).

バインダとしては、従来から非水電解質二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。例えば、有機溶剤系のスラリー(分散媒の主成分が有機溶媒である溶剤系スラリー)を用いて正極活物質層を形成する場合には、有機溶剤に分散または溶解するポリマー材料を好ましく採用し得る。かかるポリマー材料としては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリ塩化ビニリデン(PVdC)、ポリエチレンオキサイド等が挙げられる。あるいは、水系のスラリーを用いて正極活物質層を形成する場合には、水に溶解または分散するポリマー材料を好ましく採用し得る。水に溶解する(水溶性の)ポリマー材料としては、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、酢酸フタル酸セルロース(CAP)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)等のセルロース系ポリマー;ポリビニルアルコール(PVA);ポリメタクリル酸メチル(PMMA)等のアクリル系ポリマー、ポリウレタン等のウレタン系ポリマー;等が例示される。また、水に分散する(水分散性の)ポリマー材料としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のビニル系重合体;ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリエチレンオキサイド、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のエチレン系ポリマー、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重含体(PFA)等のフッ素系樹脂;酢酸ビニル共重合体;スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス)等のゴム類等が挙げられる。特に限定するものではないが、正極活物質層14全体に占めるバインダの割合は、例えば0.1質量%以上10質量%以下(好ましくは1質量%以上5質量%以下)とすることができる。   As the binder, one kind or two or more kinds of substances conventionally used in non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used without any particular limitation. For example, when the positive electrode active material layer is formed using an organic solvent-based slurry (a solvent-based slurry in which the main component of the dispersion medium is an organic solvent), a polymer material that is dispersed or dissolved in the organic solvent can be preferably used. . Examples of such a polymer material include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinylidene chloride (PVdC), and polyethylene oxide. Alternatively, when the positive electrode active material layer is formed using an aqueous slurry, a polymer material that is dissolved or dispersed in water can be preferably used. Examples of water-soluble (water-soluble) polymer materials include cellulose polymers such as carboxymethyl cellulose (CMC), methyl cellulose (MC), cellulose acetate phthalate (CAP), and hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC); polyvinyl alcohol (PVA) ); Acrylic polymers such as polymethyl methacrylate (PMMA), urethane polymers such as polyurethane; and the like. Examples of the polymer material that is dispersed in water (water dispersible) include vinyl polymers such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); polyethylene oxide (PEO), polyethylene oxide, polytetrafluoroethylene (PTFE), and the like. Fluoropolymers such as ethylene polymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA); vinyl acetate copolymer; styrene butadiene rubber ( SBR) and rubbers such as acrylic acid-modified SBR resin (SBR latex). Although it does not specifically limit, the ratio of the binder to the whole positive electrode active material layer 14 can be 0.1 mass% or more and 10 mass% or less (preferably 1 mass% or more and 5 mass% or less), for example.

また、上記スラリーを調製するのに使用される溶媒としては、水系と有機溶剤に大別され、有機溶媒としては、例えば、アミド、アルコール、ケトン、エステル、アミン、エーテル、ニトリル、環状エーテル、芳香族炭化水素等が挙げられる。より具体的には、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、2−プロパノール、エタノール、メタノール、アセトン、メチルエチルケトン、プロペン酸メチル、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、アセトニトリル、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレンジメチルスルホキシド、ジクロロメタン、トリクロロメタン、ジクロロエタン等が挙げられ、典型的にはNMPを用いることができる。また、水系溶媒としては、水または水を主体とする混合溶媒であることが好ましい。該混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶剤(低級アルコール、低級ケトン等)の一種または二種以上を適宜選択して用いることができる。
正極活物質層形成用スラリーの固形分濃度(NV)は50質量%〜80質量%(例えば55質量%〜70質量%)程度とすることができる。
The solvents used for preparing the slurry are roughly classified into aqueous and organic solvents. Examples of organic solvents include amides, alcohols, ketones, esters, amines, ethers, nitriles, cyclic ethers, aromatics. Group hydrocarbons and the like. More specifically, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, 2-propanol, ethanol, methanol, acetone, methyl ethyl ketone, methyl propenoate, cyclohexanone, acetic acid Methyl, ethyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, acetonitrile, ethylene oxide, tetrahydrofuran, dioxane, benzene, toluene, ethylbenzene, xylene dimethyl sulfoxide, dichloromethane, trichloromethane, dichloroethane, etc. Typically, NMP can be used. In addition, the aqueous solvent is preferably water or a mixed solvent mainly composed of water. As the solvent other than water constituting the mixed solvent, one or more organic solvents (lower alcohol, lower ketone, etc.) that can be uniformly mixed with water can be appropriately selected and used.
The solid content concentration (NV) of the positive electrode active material layer forming slurry can be about 50% by mass to 80% by mass (for example, 55% by mass to 70% by mass).

一方、負極活物質層24の形成に用いられる負極活物質としては、従来からリチウム二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属窒化物等が挙げられる。負極活物質層24は、粉末状の負極活物質と適当なバインダ等を上記したような適当な溶媒中で混合してスラリー状組成物を調製し、該スラリーをシート長手方向に負極集電体22上に付与し、乾燥し、必要に応じてプレスすることによって正極活物質層14と同様に形成することができる。特に限定するものではないが、負極活物質層24全体に占める負極活物質の割合は通常は凡そ50質量%以上とすることが適当であり、好ましくは凡そ90質量%〜99質量%(例えば凡そ95質量%〜99質量%)である。負極活物質層24の密度は、例えば1.0g/cm以上(典型的には1.2g/cm以上、例えば1.3g/cm以上)であって、1.5g/cm以下とすることができる。 On the other hand, as the negative electrode active material used for forming the negative electrode active material layer 24, one or more kinds of materials conventionally used in lithium secondary batteries can be used without particular limitation. Preferable examples include carbon-based materials such as graphite carbon and amorphous carbon, lithium transition metal oxides, lithium transition metal nitrides, and the like. The negative electrode active material layer 24 is prepared by mixing a powdered negative electrode active material and a suitable binder in a suitable solvent as described above to prepare a slurry-like composition. It can be formed in the same manner as the positive electrode active material layer 14 by being applied onto 22, dried, and pressed as necessary. Although not particularly limited, the proportion of the negative electrode active material in the entire negative electrode active material layer 24 is usually about 50% by mass or more, preferably about 90% by mass to 99% by mass (for example, about 95 mass% to 99 mass%). The density of the negative electrode active material layer 24 is, for example, 1.0 g / cm 3 or more (typically 1.2 g / cm 3 or more, for example, 1.3 g / cm 3 or more), and 1.5 g / cm 3 or less. It can be.

バインダとしては、上記の正極活物質層形成用のバインダとして例示したポリマー材料から適当なものを選択することができる。例えば、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等が例示される。負極活物質層24全体に占めるバインダの割合は、特に限定されないが、例えば1質量%〜10質量%(好ましくは2質量%〜5質量%)とすることができる。   As the binder, an appropriate material can be selected from the polymer materials exemplified as the binder for forming the positive electrode active material layer. For example, styrene butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE) and the like are exemplified. The proportion of the binder in the entire negative electrode active material layer 24 is not particularly limited, but may be, for example, 1% by mass to 10% by mass (preferably 2% by mass to 5% by mass).

また、セパレータシート40A,40Bの基材42A,42Bとしては、従来から二次電池に用いられるものと同様の各種の合成樹脂製多孔質シートを用いることができる。例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の合成樹脂から成る多孔質樹脂シート(フィルム)が挙げられる。特に、ポリオレフィン系多孔質樹脂シートが好ましい。セパレータシート40A,40B(基材42A,42B)は、単層構造であってもよく、二層以上の多層構造(例えば、厚み方向にポリエチレン層の両面にポリプロピレン層が積層されたPP−PE−PP三層構造)であってもよい。本実施形態に係るセパレータシート40A,40Bの構成の詳細については後述する。   Moreover, as the base materials 42A and 42B of the separator sheets 40A and 40B, various synthetic resin porous sheets similar to those conventionally used for secondary batteries can be used. For example, a porous resin sheet (film) made of a synthetic resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, cellulose, polyamide and the like can be mentioned. In particular, a polyolefin-based porous resin sheet is preferable. Separator sheets 40A and 40B (base materials 42A and 42B) may have a single-layer structure, or a multilayer structure of two or more layers (for example, PP-PE- in which polypropylene layers are laminated on both sides of a polyethylene layer in the thickness direction). PP three-layer structure). Details of the configuration of the separator sheets 40A and 40B according to the present embodiment will be described later.

図示されるように、正極シート10は、捲回軸方向(幅方向)の両端のうちの一方の端部において、正極活物質層(正極合材層)14が形成されていない正極活物質非形成部16がシート長手方向に形成されている。即ち、正極活物質非形成部16は、正極集電体12が表面に露出するように形成されている。
同様に、負極シート20は、捲回軸方向(幅方向)の両端のうちの他方の端部において、負極活物質層(負極合材層)24が形成されていない負極活物質非形成部26がシート長手方向に形成されている。即ち、負極活物質非形成部26は、負極集電体22が表面に露出するように形成されている。
そして、正極活物質層非形成部16が負極シート20からはみ出た状態、且つ、負極活物質層非形成部26が正極シート10からはみ出た状態となるように、これら正極シート10、負極シート20、セパレータシート40A,40Bを重ね合わせつつ扁平形状に捲回することによって、本実施形態に係る捲回電極体80が形成される。
電池ケース50に収容された捲回電極体80には、正極集電体12の正極活物質層非形成部16に正極集電板74が、負極集電体22の負極活物質層非形成部26に負極集電板76がそれぞれ付設され、上記正極端子70および上記負極端子72とそれぞれ電気的に接続されている。
As shown in the figure, the positive electrode sheet 10 has a positive electrode active material layer in which a positive electrode active material layer (positive electrode mixture layer) 14 is not formed at one end of both ends in the winding axis direction (width direction). A forming portion 16 is formed in the longitudinal direction of the sheet. That is, the positive electrode active material non-forming portion 16 is formed so that the positive electrode current collector 12 is exposed on the surface.
Similarly, in the negative electrode sheet 20, the negative electrode active material non-formation part 26 in which the negative electrode active material layer (negative electrode mixture layer) 24 is not formed at the other end of both ends in the winding axis direction (width direction). Are formed in the longitudinal direction of the sheet. That is, the negative electrode active material non-forming portion 26 is formed so that the negative electrode current collector 22 is exposed on the surface.
The positive electrode sheet 10 and the negative electrode sheet 20 are formed so that the positive electrode active material layer non-forming portion 16 protrudes from the negative electrode sheet 20 and the negative electrode active material layer non-forming portion 26 protrudes from the positive electrode sheet 10. The wound electrode body 80 according to the present embodiment is formed by winding the separator sheets 40A and 40B into a flat shape while overlapping them.
In the wound electrode body 80 accommodated in the battery case 50, the positive electrode current collector plate 74 is formed on the positive electrode active material layer non-formation part 16 of the positive electrode current collector 12, and the negative electrode active material layer non-formation part of the negative electrode current collector 22 is formed. 26 are respectively attached to the negative electrode current collector plates 76 and are electrically connected to the positive electrode terminal 70 and the negative electrode terminal 72, respectively.

電池ケース50の内部には、電池ケースの内圧上昇により作動する電流遮断機構30が設けられている。電流遮断機構30は、電池ケース50の内圧が上昇した場合に少なくとも一方の電極端子から電極体80に至る導電経路(例えば、充電経路)を切断するように構成されていればよく、特定の形状に限定されない。例えば図2に示す実施形態では、電流遮断機構30は蓋体54に固定した正極端子70と電極体80との間に設けられ、電池ケース50の内圧が上昇した場合に正極端子70から電極体80に至る導電経路を切断するように構成されている。
具体的には、上記電流遮断機構30は、例えば第一部材32と第二部材34とを含み得る。そして、電池ケース50の内圧が上昇した場合に第一部材32および第二部材34の少なくとも一方が変形して他方から離隔することにより上記導電経路を切断するように構成されている。この実施形態では、第一部材32は変形金属板であり、第二部材34は上記変形金属板32に接合された接続金属板である。変形金属板(第一部材)32は、中央部分が下方へ湾曲したアーチ形状を有し、その周縁部分が集電リード端子35を介して正極端子70の下面と接続されている。また、変形金属板32の湾曲部分33の先端が接続金属板34の上面と接合されている。接続金属板34の下面(裏面)には正極集電板74が接合され、かかる正極集電板74が電極体80の正極10に接続されている。このようにして、正極端子70から電極体80に至る導電経路が形成されている。
Inside the battery case 50, a current interrupting mechanism 30 that is activated by an increase in the internal pressure of the battery case is provided. The current interruption mechanism 30 only needs to be configured to cut a conductive path (for example, a charging path) from at least one electrode terminal to the electrode body 80 when the internal pressure of the battery case 50 increases, and has a specific shape. It is not limited to. For example, in the embodiment shown in FIG. 2, the current interruption mechanism 30 is provided between the positive electrode terminal 70 fixed to the lid body 54 and the electrode body 80, and when the internal pressure of the battery case 50 rises, the electrode body from the positive electrode terminal 70. The conductive path reaching 80 is cut.
Specifically, the current interrupt mechanism 30 can include, for example, a first member 32 and a second member 34. When the internal pressure of the battery case 50 rises, at least one of the first member 32 and the second member 34 is deformed and separated from the other, thereby cutting the conductive path. In this embodiment, the first member 32 is a deformed metal plate, and the second member 34 is a connection metal plate joined to the deformed metal plate 32. The deformed metal plate (first member) 32 has an arch shape in which a central portion is curved downward, and a peripheral portion thereof is connected to the lower surface of the positive electrode terminal 70 via a current collecting lead terminal 35. Further, the tip of the curved portion 33 of the deformed metal plate 32 is joined to the upper surface of the connection metal plate 34. A positive current collector plate 74 is joined to the lower surface (back surface) of the connection metal plate 34, and the positive current collector plate 74 is connected to the positive electrode 10 of the electrode body 80. In this way, a conductive path from the positive electrode terminal 70 to the electrode body 80 is formed.

また、電流遮断機構30は、プラスチック等により形成された絶縁ケース38を備えている。該絶縁ケース38は、変形金属板32を囲むように設けられ、変形金属板32の上面を気密に密閉している。この気密に密閉された湾曲部分33の上面には、電池ケース50の内圧が作用しない。また、絶縁ケース38は、変形金属板32の湾曲部分33を嵌入する開口部を有しており、該開口部から湾曲部分33の下面を電池ケース50の内部に露出している。この電池ケース50の内部に露出した湾曲部分33の下面には、電池ケース50の内圧が作用する。かかる構成の電流遮断機構30において、電池ケース50の内圧が高まると、該内圧が変形金属板32の湾曲部分33の下面に作用し、下方へ湾曲した湾曲部分33が上方へ押し上げられる。この湾曲部分33の上方への押し上げは、電池ケース50の内圧が上昇するに従い増大する。そして、電池ケース50の内圧が設定圧力を超えると、湾曲部分33が上下反転し上方へ湾曲するように変形する。かかる湾曲部分33の変形によって、変形金属板32と接続金属板34との接合点36が切断される。このことにより、正極端子70から電極体80に至る導電経路が切断され、過充電電流が遮断されるようになっている。
なお、電流遮断機構30は正極端子70側に限らず、負極端子72側に設けてもよい。また、電流遮断機構30は、上述した変形金属板32の変形を伴う機械的な切断に限定されず、例えば、電池ケース50の内圧をセンサで検知し、該センサで検知した内圧が設定圧力を超えると充電電流を遮断するような外部回路を電流遮断機構として設けることもできる。
The current interrupt mechanism 30 includes an insulating case 38 made of plastic or the like. The insulating case 38 is provided so as to surround the deformed metal plate 32 and hermetically seals the upper surface of the deformed metal plate 32. The internal pressure of the battery case 50 does not act on the upper surface of the hermetically sealed curved portion 33. The insulating case 38 has an opening into which the curved portion 33 of the deformed metal plate 32 is fitted, and the lower surface of the curved portion 33 is exposed from the opening to the inside of the battery case 50. The internal pressure of the battery case 50 acts on the lower surface of the curved portion 33 exposed inside the battery case 50. In the current interrupt mechanism 30 having such a configuration, when the internal pressure of the battery case 50 increases, the internal pressure acts on the lower surface of the curved portion 33 of the deformed metal plate 32, and the curved portion 33 curved downward is pushed upward. The upward push of the curved portion 33 increases as the internal pressure of the battery case 50 increases. When the internal pressure of the battery case 50 exceeds the set pressure, the curved portion 33 is inverted so as to be bent up and down. Due to the deformation of the curved portion 33, the joint point 36 between the deformed metal plate 32 and the connection metal plate 34 is cut. As a result, the conductive path from the positive electrode terminal 70 to the electrode body 80 is cut, and the overcharge current is cut off.
The current interrupt mechanism 30 is not limited to the positive terminal 70 side, and may be provided on the negative terminal 72 side. Further, the current interrupt mechanism 30 is not limited to the mechanical cutting accompanied by the deformation of the deformed metal plate 32 described above. For example, the internal pressure of the battery case 50 is detected by a sensor, and the internal pressure detected by the sensor sets the set pressure. An external circuit that cuts off the charging current when exceeded can be provided as a current cut-off mechanism.

使用される電解質(電解液)としては、従来からリチウム二次電池に用いられるものと同様の一種または二種以上のものを特に限定なく使用することができる。かかる電解質は、典型的には、適当な非水溶媒に支持塩(典型的には、リチウム塩)を含有させた組成を有するが、液状の電解質にポリマーが添加され固体状(典型的には、いわゆるゲル状)となったものでもよい。
該非水溶媒としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の非プロトン性溶媒を用いることができる。例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、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、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ジエチレングリコール、ジメチルエーテル、エチレングリコール、ジメチルエーテル、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。なかでも比誘電率の高いECや、標準酸化電位が高い(即ち、電位窓の広い)DMCおよびEMC等のカーボネート類を好ましく用いることができる。例えば、非水溶媒として一種または二種以上のカーボネート類を含み、それらカーボネート類の合計体積が非水溶媒全体の体積の60体積%以上(より好ましくは75体積%以上、さらに好ましくは90体積%以上であり、実質的に100体積%であってもよい。)を占める非水溶媒を好ましく用いることができる。
As the electrolyte (electrolyte solution) used, one kind or two or more kinds similar to those conventionally used for lithium secondary batteries can be used without any particular limitation. Such an electrolyte typically has a composition in which a supporting salt (typically a lithium salt) is contained in a suitable non-aqueous solvent, but a polymer is added to the liquid electrolyte to form a solid (typically It may be a so-called gel.
As the non-aqueous solvent, aprotic solvents such as carbonates, esters, ethers, nitriles, sulfones, and lactones can be used. For example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, Examples include 2-methyltetrahydrofuran, dioxane, 1,3-dioxolane, diethylene glycol, dimethyl ether, ethylene glycol, dimethyl ether, acetonitrile, propionitrile, nitromethane, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, and γ-butyrolactone. Among them, ECs having a high relative dielectric constant and carbonates such as DMC and EMC having a high standard oxidation potential (that is, having a wide potential window) can be preferably used. For example, the nonaqueous solvent contains one or more carbonates, and the total volume of these carbonates is 60% by volume or more (more preferably 75% by volume or more, and further preferably 90% by volume) of the total volume of the nonaqueous solvent. That is, it may be substantially 100% by volume.) A non-aqueous solvent can be preferably used.

支持塩としては、二次電池の支持電解質として機能し得ることが知られている各種の材料を適宜採用することができる。例えばLiPF、LiBF、LiClO、LiN(SOCF、LiN(SO、LiCFSO、LiCSO、LiC(SOCF、LiClO等のリチウム二次電池の支持電解質として機能し得ることが知られている各種のリチウム塩から選択される一種または二種以上を用いることができ、なかでもLiPFを好ましく用いることができる。支持塩の濃度は特に制限されないが、極端に低すぎると電解質に含まれるリチウムイオンの量が不足しイオン伝導性が低下する傾向がある。またかかる濃度が極端に高すぎると電解質の粘度が高くなりすぎてイオン伝導性が低下する傾向がある。このため、該支持塩の濃度は例えば、凡そ0.1mol/L〜2mol/L(好ましくは、凡そ0.8mol/L〜1.5mol/L)程度で含有させることが好ましい。 As the supporting salt, various materials known to function as a supporting electrolyte for the secondary battery can be appropriately employed. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 One or two or more selected from various lithium salts known to be capable of functioning as a supporting electrolyte for lithium secondary batteries such as LiClO 4 can be used, and LiPF 6 is preferably used among them. it can. The concentration of the supporting salt is not particularly limited, but if it is too low, the amount of lithium ions contained in the electrolyte is insufficient and the ionic conductivity tends to be lowered. On the other hand, if the concentration is extremely high, the viscosity of the electrolyte becomes too high, and the ionic conductivity tends to decrease. Therefore, the concentration of the supporting salt is preferably about 0.1 mol / L to 2 mol / L (preferably about 0.8 mol / L to 1.5 mol / L).

電解質には、各種の添加剤を含有させることができる。例えば、過充電防止剤として、酸化電位がリチウム二次電池の稼動電圧以上(例えば、4.2Vで満充電となるリチウム二次電池の場合は、4.2V以上)であって、酸化されると大量のガスを発生するような化合物を特に限定なく用いることができる。例えば、4.2Vで満充電状態となるリチウム二次電池においては、酸化反応電位が4.6V以上4.9V以下の範囲のものが好ましく用いられる。例えば、ビフェニル化合物、シクロアルキルベンゼン化合物、アルキルベンゼン化合物、有機リン化合物、フッ素原子置換芳香族化合物、カーボネート化合物、環状カルバメート化合物、脂環式炭化水素等が挙げられる。より具体的には、ビフェニル(BP)、アルキルビフェニル、ターフェニル、2−フルオロビフェニル、3−フルオロビフェニル、4−フルオロビフェニル、4、4’−ジフルオロビフェニル、シクロヘキシルベンゼン(CHB)、trans−ブチルシクロヘキシルベンゼン、シクロペンチルベンゼン、t−ブチルベンゼン、t−アミノベンゼン、o−シクロヘキシルフルオロベンゼン、p−シクロヘキシルフルオロベンゼン、トリス−(t−ブチルフェニル)ホスフェート、フェニルフルオライド、4−フルオロフェニルアセテート、ジフェニルカーボネート、メチルフェニルカーボネート、ビスターシャリーブチルフェニルカーボネート、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン、等が挙げられる。特に、シクロヘキシルベンゼン(CHB)およびシクロヘキシルベンゼン誘導体が好ましく用いられる。使用する電解液100質量%に対する過充電防止剤の使用量は、例えば凡そ0.01〜10質量%、好ましくは0.1〜5質量%程度とすることができる。
さらに、電解質中には、各種添加剤(例えば電池の性能を向上させ得る添加剤。具体的には、ビニレンカーボネート(VC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)等)を適宜添加することもできる。
Various additives can be contained in the electrolyte. For example, as an overcharge preventive agent, the oxidation potential is higher than the operating voltage of the lithium secondary battery (for example, 4.2 V or higher in the case of a lithium secondary battery that is fully charged at 4.2 V) and is oxidized. A compound that generates a large amount of gas can be used without particular limitation. For example, a lithium secondary battery that is fully charged at 4.2 V preferably has an oxidation reaction potential in the range of 4.6 V to 4.9 V. For example, a biphenyl compound, a cycloalkylbenzene compound, an alkylbenzene compound, an organic phosphorus compound, a fluorine atom-substituted aromatic compound, a carbonate compound, a cyclic carbamate compound, an alicyclic hydrocarbon, and the like can be given. More specifically, biphenyl (BP), alkylbiphenyl, terphenyl, 2-fluorobiphenyl, 3-fluorobiphenyl, 4-fluorobiphenyl, 4,4′-difluorobiphenyl, cyclohexylbenzene (CHB), trans-butylcyclohexyl Benzene, cyclopentylbenzene, t-butylbenzene, t-aminobenzene, o-cyclohexylfluorobenzene, p-cyclohexylfluorobenzene, tris- (t-butylphenyl) phosphate, phenyl fluoride, 4-fluorophenyl acetate, diphenyl carbonate, Examples thereof include methyl phenyl carbonate, bicterary butyl phenyl carbonate, diphenyl ether, dibenzofuran, and the like. In particular, cyclohexylbenzene (CHB) and a cyclohexylbenzene derivative are preferably used. The amount of the overcharge inhibitor used relative to 100% by mass of the electrolytic solution used is, for example, about 0.01 to 10% by mass, preferably about 0.1 to 5% by mass.
Furthermore, various additives (for example, additives that can improve battery performance. Specifically, vinylene carbonate (VC), fluoroethylene carbonate (FEC), and the like) can be appropriately added to the electrolyte.

以下、本実施形態に係る捲回電極体80を構成するセパレータシート40A,40Bについて、より詳細に説明する。
図3および図4に示すように、本実施形態に係る二次電池100の捲回電極体80には、2枚の長尺シート状セパレータ(セパレータシート)40A,40Bが使用されている。上述のとおり、これらセパレータシート40A,40Bの基材42A,42Bは、ポリオレフィン系の合成樹脂(例えばPP−PE−PPの三層構造体)から成る。
そして、ここで開示される二次電池100では、セパレータシート40A,40Bの基材42A,42Bの一方の表面において、捲回軸方向(幅方向)に所定の幅で無機フィラーを含む多孔質耐熱層(Heat Resistance Layer:即ち「HRL」ともいう。)44A,44Bが形成されている。具体的には、図3に示すように、本実施形態に係るセパレータシート40A,40Bでは、捲回中心に向く側(即ち捲回した際に内面となる側)の表面に多孔質耐熱層44A,44Bが形成されている。
Hereinafter, the separator sheets 40A and 40B constituting the wound electrode body 80 according to the present embodiment will be described in more detail.
As shown in FIGS. 3 and 4, two long sheet separators (separator sheets) 40 </ b> A and 40 </ b> B are used for the wound electrode body 80 of the secondary battery 100 according to the present embodiment. As described above, the base materials 42A and 42B of the separator sheets 40A and 40B are made of a polyolefin-based synthetic resin (for example, a three-layer structure of PP-PE-PP).
In the secondary battery 100 disclosed herein, the porous heat-resistant material including the inorganic filler with a predetermined width in the winding axis direction (width direction) on one surface of the base materials 42A and 42B of the separator sheets 40A and 40B. Layers (Heat Resistance Layer: also referred to as “HRL”) 44A and 44B are formed. Specifically, as shown in FIG. 3, in the separator sheets 40A and 40B according to the present embodiment, the porous heat-resistant layer 44A is formed on the surface facing the winding center (that is, the inner surface when wound). , 44B are formed.

かかる多孔質耐熱層44A,44Bを形成する方法は、従来と同様でよく本発明の実施にあたって特別な処理を要しない。例えば無機フィラーとバインダ等とを適当な溶媒中で混合してなるスラリー状組成物を、基材42A,42B上に塗布する方法を採用することができる。
無機フィラーとしては、種々の無機化合物の粒子を採用することができる。例えば、金属元素または非金属元素の酸化物、炭化物、珪化物、窒化物等から選択される一種または二種以上であり得る。より具体的には、酸化アルミニウム(アルミナ:Al)、二酸化ジルコニウム(ジルコニア:ZrO)、酸化マグネシウム(マグネシア:MgO)、酸化ケイ素(シリカ:SiO)、酸化チタン(チタニア:TiO)、酸化セリウム(セリア:CeO)、酸化イットリウム(イットリア:Y)、チタン酸バリウム(BaTiO)等の酸化物系材料;コーディエライト(2MgO・2Al・5SiO)、ムライト(3Al・2SiO)、フォルステライト(2MgO・SiO)、ステアタイト(MgO・SiO)、サイアロン(Si・Al)、ジルコン(ZrO・SiO)、フェライト(MO・Fe)等の複合酸化物系材料;窒化ケイ素(シリコンナイトライド:Si)、窒化アルミニウム(アルミナイトライド:AlN)等の窒化物系材料;炭化ケイ素(シリコンカーバイド:SiC)等の炭化物系材料;ハイドロキシアパタイト等の水酸化物系材料;炭素(C)、ケイ素(Si)、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)等の元素系材料;もしくはこれらを一種以上含む複合材料が挙げられる。なかでもアルミナ、マグネシア、ジルコニア、シリカ、ベーマイト、チタニアのうち少なくとも1種を含んでいることが好ましい。上記化合物は、融点が高く、耐熱性や化学的安定性に優れる。また比較的安価なため、原料コストを抑えることができる。無機フィラーのD50粒径は、例えば0.1μm以上15μm以下(典型的には0.2μm以上1.5μm以下)であり得る。多孔質耐熱層に含まれる無機フィラー割合は、特に限定されないが、50質量%以上(典型的には85質量%以上、例えば90質量%以上)であって、99.9質量%以下(例えば99質量%以下)とすることができる。
The method of forming the porous heat-resistant layers 44A and 44B may be the same as the conventional method, and no special treatment is required for the implementation of the present invention. For example, a method of applying a slurry composition obtained by mixing an inorganic filler and a binder in an appropriate solvent onto the base materials 42A and 42B can be employed.
As the inorganic filler, particles of various inorganic compounds can be employed. For example, it may be one or more selected from oxides, carbides, silicides, nitrides, and the like of metal elements or nonmetal elements. More specifically, aluminum oxide (alumina: Al 2 O 3 ), zirconium dioxide (zirconia: ZrO 2 ), magnesium oxide (magnesia: MgO), silicon oxide (silica: SiO 2 ), titanium oxide (titania: TiO 2). ), Cerium oxide (ceria: CeO 2 ), yttrium oxide (yttria: Y 2 O 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ) and other oxide materials; cordierite (2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 ) , mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ), forsterite (2MgO · SiO 2), steatite (MgO · SiO 2), sialon (Si 3 N 4 · Al 2 O 3), zirconium (ZrO 2 · SiO 2 ), complex oxide material such as ferrite (M 2 O · Fe 2 O 3); silicon nitride (Silicon nitride: Si 3 N 4), aluminum nitride hydroxide-based material hydroxyapatite and the like;::; (SiC silicon carbide) carbide-based material such as (aluminum nitride AlN) nitride material such as silicon carbide Elemental materials such as carbon (C), silicon (Si), aluminum (Al), and iron (Fe); or a composite material containing one or more of these materials. Among these, it is preferable that at least one of alumina, magnesia, zirconia, silica, boehmite, and titania is included. The above compound has a high melting point and is excellent in heat resistance and chemical stability. Moreover, since it is comparatively cheap, raw material cost can be suppressed. The D 50 particle size of the inorganic filler can be, for example, from 0.1 μm to 15 μm (typically from 0.2 μm to 1.5 μm). The ratio of the inorganic filler contained in the porous heat-resistant layer is not particularly limited, but is 50% by mass or more (typically 85% by mass or more, for example, 90% by mass or more), and 99.9% by mass or less (for example, 99% Mass% or less).

多孔質耐熱層44A,44Bは、典型的には、無機フィラーの他にバインダ(ポリマー成分)を含む。バインダとしては、例えば、上述した電極活物質層形成用スラリーに配合され得るバインダや、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム(NBR)、アクリロニトリル−イソプレン共重合体ゴム(NIR)、アクリロニトリル−ブタジエン−イソプレン共重合体ゴム(NBIR)等の共重合成分としてアクリロニトリルを含むゴム類;アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステル(例えばアルキルエステル)を主な共重合成分とするアクリル系ポリマー等から適宜選択し使用することができる。これらのポリマーの中でも、アクリル樹脂をベースとするアクリル系ポリマーは強結着力を有するとともに電気化学的にも安定であり、好ましく用いることができる。なお、かかるアクリル系ポリマーは、1種類のホモポリマー(例えば、ポリメタクリル酸メチル)からなるものであっても、2種以上のメタクリル酸やアクリル酸の共重合体(例えば、メチルメタクリレート−ブチルアクリレートコポリマー)、あるいはメタクリル酸やアクリル酸とその他のモノマーの共重合体(例えば、メチルアクリレート−エチレンコポリマー)からなるものであっても、複数種のホモポリマーやコポリマーの混合物からなるものであってもよい。   The porous heat-resistant layers 44A and 44B typically include a binder (polymer component) in addition to the inorganic filler. Examples of the binder include a binder that can be blended in the above-described slurry for forming an electrode active material layer, acrylonitrile-butadiene copolymer rubber (NBR), acrylonitrile-isoprene copolymer rubber (NIR), and acrylonitrile-butadiene-isoprene copolymer. Rubbers containing acrylonitrile as a copolymerization component such as polymer rubber (NBIR); suitably from acrylic polymers having acrylic acid, methacrylic acid, acrylic acid ester or methacrylic acid ester (eg alkyl ester) as the main copolymerization component Can be selected and used. Among these polymers, an acrylic polymer based on an acrylic resin has a strong binding force and is electrochemically stable, and can be preferably used. In addition, even if this acrylic polymer consists of one type of homopolymer (for example, polymethyl methacrylate), it is a copolymer of two or more types of methacrylic acid or acrylic acid (for example, methyl methacrylate-butyl acrylate). Copolymer), or a copolymer of methacrylic acid or acrylic acid and other monomers (for example, methyl acrylate-ethylene copolymer), or a mixture of a plurality of homopolymers or copolymers. Good.

セパレータシート40A,40Bの総厚み(基材42A,42Bと多孔質耐熱層44A,44Bとの合計の厚み)は特に限定されないが、例えば10μm以上50μm以下(典型的には10μm以上40μm以下)とすることができる。また、多孔質耐熱層44A,44Bの厚みは、例えば2μm以上20μm以下(典型的には3μm以上15μm以下)とすることができる。また、セパレータシート40A,40B全体の気孔率(空隙率)は特に限定されないが、例えば20体積%以上90体積%以下(典型的には30体積%以上80体積%以下、例えば35体積%以上70体積%以下)程度とすることができる。   The total thickness of the separator sheets 40A and 40B (total thickness of the base materials 42A and 42B and the porous heat-resistant layers 44A and 44B) is not particularly limited, but is, for example, 10 μm to 50 μm (typically 10 μm to 40 μm). can do. The thickness of the porous heat-resistant layers 44A and 44B can be set to, for example, 2 μm to 20 μm (typically 3 μm to 15 μm). Further, the porosity (porosity) of the separator sheets 40A and 40B as a whole is not particularly limited. For example, 20% to 90% by volume (typically 30% to 80% by volume, for example, 35% to 70% by volume). Volume% or less).

図3,図4(説明の便宜上、外側のセパレータ40Bは図示していない。)に示すように、本実施形態に係るセパレータシート40A,40Bは、捲回軸方向(幅方向)の両端において、多孔質耐熱層44A,44Bが形成されていないセパレータ基材露出部46A,46Bがシート長手方向に形成されている。
具体的には、捲回軸方向において、対向する正極活物質層14または負極活物質層24の全体を包含し得る幅寸法に多孔質耐熱層44A,44Bが形成されているとともに、その両端には所定の幅寸法(L)にてセパレータ基材露出部46A,46Bがシート長手方向に形成されている。
ここでセパレータ基材露出部46A,46Bは、正極活物質層14や負極活物質層24とは重ならず、常に正極活物質層非形成部16および負極活物質層非形成部26のうちの何れか一方と対向する位置に形成される。換言すれば、セパレータシート40A,40B全体の幅寸法は、幅方向の両端(即ちセパレータ基材露出部46A,46Bのエッジ部)が正極活物質層非形成部16または負極活物質層非形成部26に接触可能に規定される。このようにセパレータシート40A,40Bの幅寸法を規定し且つセパレータ基材露出部46A,46Bを両端に設けることによって、捲回電極体80において当該セパレータ基材露出部46A,46Bと対向する正負いずれかの活物質層非形成部16,26(即ち集電体12,22)とを直接接触させて該接触部位において高い摩擦力を発揮させることができる。これにより、捲回電極体80の構築時或いは電池使用後において捲回電極体80にズレや座屈が発生するのを抑制することができる。
As shown in FIGS. 3 and 4 (for convenience of explanation, the outer separator 40B is not shown), the separator sheets 40A and 40B according to the present embodiment are arranged at both ends in the winding axis direction (width direction). Separator substrate exposed portions 46A and 46B in which the porous heat-resistant layers 44A and 44B are not formed are formed in the sheet longitudinal direction.
Specifically, in the winding axis direction, the porous heat-resistant layers 44A and 44B are formed in a width dimension that can include the entire positive electrode active material layer 14 or the negative electrode active material layer 24 facing each other, and both ends thereof are formed. The separator substrate exposed portions 46A and 46B are formed in the sheet longitudinal direction with a predetermined width dimension (L).
Here, the separator base material exposed portions 46A and 46B do not overlap the positive electrode active material layer 14 and the negative electrode active material layer 24, and are always out of the positive electrode active material layer non-formation portion 16 and the negative electrode active material layer non-formation portion 26. It is formed at a position facing either one. In other words, the width dimension of the separator sheets 40A and 40B as a whole is such that both ends in the width direction (that is, the edge portions of the separator base material exposed portions 46A and 46B) are the positive electrode active material layer non-forming portion 16 or the negative electrode active material layer non-forming portion. 26 can be contacted. Thus, by defining the width dimension of separator sheet 40A, 40B and providing separator base-material exposed part 46A, 46B at both ends, either positive or negative facing the separator base-material exposed part 46A, 46B in the wound electrode body 80 The active material layer non-forming portions 16 and 26 (that is, the current collectors 12 and 22) can be brought into direct contact so that a high frictional force can be exerted at the contact portion. Thereby, it is possible to prevent the winding electrode body 80 from being displaced or buckled when the wound electrode body 80 is constructed or after the battery is used.

好ましくは、図示されるように、セパレータ基材露出部46A,46Bは、対向する正極活物質層非形成部16または負極活物質層非形成部26の幅寸法の半分よりも活物質層14,24寄りの部位に配置されるように形成される。活物質層非形成部16,26の比較的中央寄り(即ち活物質層14,24寄り)の部位に接触可能にセパレータ基材露出部46A,46Bを配置させることにより、当該活物質層非形成部16,26における外部接続用の端子70,72(具体的には該端子に連なる集電板74,76)の接続を妨害することなく上記摩擦力の向上を実現することができる。   Preferably, as shown in the drawing, the separator base material exposed portions 46A and 46B are formed so that the active material layer 14 and the positive electrode active material layer non-formed portion 16 or the negative electrode active material layer non-formed portion 26 are more than half of the width dimension. It is formed so as to be arranged at a position close to 24. By disposing the separator substrate exposed portions 46A and 46B so as to be able to come into contact with a relatively central portion (ie, close to the active material layers 14 and 24) of the active material layer non-forming portions 16 and 26, the active material layer non-forming is formed. The frictional force can be improved without obstructing the connection of the external connection terminals 70 and 72 (specifically, current collector plates 74 and 76 connected to the terminals) in the portions 16 and 26.

捲回電極体80のサイズにもよるので特に限定はしないが、セパレータ基材露出部46A,46Bの幅寸法(L)は、1mm以上(例えば1〜3mm程度)が好ましい。このような寸法でセパレータ基材露出部46A,46Bをセパレータシート40A,40Bの両端に設けることによって、セパレータシート40A,40Bと電極シート10,20との間の摩擦力をより高めることができる。また、セパレータ基材露出部46A,46Bの幅寸法(L)は、対向する電極活物質層非形成部16,26の幅寸法の2分の1以下(より好ましくは3分の1以下、特には4分の1以下)程度にすることが好ましい。あまり幅寸法(L)が大きいと、対向する電極活物質層非形成部16,26における外部接続用端子70,72(具体的には該端子に連なる集電板74,76)の接続に支障を来すため好ましくない。   Although it does not specifically limit because it depends on the size of the wound electrode body 80, the width dimension (L) of the separator base material exposed portions 46A and 46B is preferably 1 mm or more (for example, about 1 to 3 mm). By providing the separator base material exposed portions 46A and 46B at both ends of the separator sheets 40A and 40B with such dimensions, the frictional force between the separator sheets 40A and 40B and the electrode sheets 10 and 20 can be further increased. In addition, the width dimension (L) of the separator base material exposed portions 46A and 46B is less than or equal to half the width dimension of the opposed electrode active material layer non-forming portions 16 and 26 (more preferably one third or less, particularly Is preferably about 1/4 or less). If the width dimension (L) is too large, the connection of the external connection terminals 70 and 72 (specifically, current collector plates 74 and 76 connected to the terminals) in the opposing electrode active material layer non-forming portions 16 and 26 is hindered. This is not preferable.

なお、本実施形態に係るセパレータシート40A,40Bでは、幅方向の両端にほぼ同じ幅寸法のセパレータ基材露出部46A,46Bが形成されているが、上記摩擦力の向上が実現され得る限り、両端のセパレータ基材露出部46A,46Bが同じ幅寸法である必要はなく、相互に異なる幅寸法であってもよい。
また、本実施形態に係るセパレータシート40A,40Bは、一方の表面(捲回内面側)に多孔質耐熱層44A,44Bが形成されているが、両面に多孔質耐熱層44A,44Bが形成されているものであってもよい。
In the separator sheets 40A and 40B according to the present embodiment, separator base material exposed portions 46A and 46B having substantially the same width dimension are formed at both ends in the width direction, but as long as the above-described improvement in frictional force can be realized, The separator substrate exposed portions 46A and 46B at both ends need not have the same width dimension, and may have different width dimensions.
Further, the separator sheets 40A and 40B according to the present embodiment have the porous heat-resistant layers 44A and 44B formed on one surface (the wound inner surface side), but the porous heat-resistant layers 44A and 44B are formed on both surfaces. It may be.

上述したように、ここで開示される二次電池100は、捲回電極体80の構築時或いは電池使用後において捲回電極体80にズレや座屈が発生するのを防止し、捲回電極体80の高い剛性を維持し、サイクル特性その他の電池特性に優れるため、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両1(図6)の駆動用電源として好適である。
図5は、かかる二次電池(単電池)100が直列および/または並列に接続されてなる車両1(図6)の駆動用電源として用いられ得る組電池200の一例である。ここで開示される二次電池(典型的には密閉型の非水電解質二次電池)100は、該電池(単電池)を直列および/または並列に複数個接続してなる組電池として好適に使用し得る。図5に示す形態では、組電池200は複数個(典型的には10個以上、好ましくは10〜30個程度、例えば20個)の二次電池(単電池)100を、それぞれの正極端子70および負極端子72が交互に配置されるように一つずつ反転させつつ、電池ケース50の幅広な面が対向する方向(積層方向)に配列されている。そして、当該配列された単電池100の間には所定形状の冷却板110が挟み込まれている。この冷却板110は、使用時に各単電池100内で発生する熱を効率よく放散させるための放熱部材として機能するものであって、好ましくは単電池100の間に冷却用流体(典型的には空気)を導入可能な形状(例えば、長方形状の冷却板の一辺から垂直に延びて対向する辺に至る複数の平行な溝が表面に設けられた形状)を有する。熱伝導性の良い金属製もしくは軽量で硬質なポリプロピレンその他の合成樹脂製の冷却板が好適である。
As described above, the secondary battery 100 disclosed herein prevents the winding electrode body 80 from being displaced or buckled when the wound electrode body 80 is constructed or after the battery is used. Since the body 80 maintains high rigidity and is excellent in cycle characteristics and other battery characteristics, it is suitable as a driving power source for the vehicle 1 (FIG. 6) such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
FIG. 5 is an example of an assembled battery 200 that can be used as a power source for driving a vehicle 1 (FIG. 6) in which such secondary batteries (unit cells) 100 are connected in series and / or in parallel. A secondary battery (typically a sealed nonaqueous electrolyte secondary battery) 100 disclosed herein is suitable as an assembled battery in which a plurality of the batteries (single cells) are connected in series and / or in parallel. Can be used. In the form shown in FIG. 5, the assembled battery 200 includes a plurality of (typically 10 or more, preferably about 10 to 30, for example, 20) secondary batteries (unit cells) 100, each positive terminal 70. In addition, the wide surfaces of the battery case 50 are arranged in the facing direction (stacking direction) while being inverted one by one so that the negative terminals 72 are alternately arranged. A cooling plate 110 having a predetermined shape is sandwiched between the arranged unit cells 100. The cooling plate 110 functions as a heat dissipating member for efficiently dissipating heat generated in each unit cell 100 during use, and preferably a cooling fluid (typically between the unit cells 100). Air) (for example, a shape in which a plurality of parallel grooves extending vertically from one side of the rectangular cooling plate to the opposite side are provided on the surface). A cooling plate made of metal having good thermal conductivity or lightweight and hard polypropylene or other synthetic resin is suitable.

上記配列させた単電池100および冷却板110の両端には、一対のエンドプレート(拘束板)120が配置されている。また、上記冷却板110とエンドプレート120との間には、長さ調整手段としてのシート状スペーサ部材150を一枚又は複数枚挟み込んでいてもよい。上記配列された単電池100、冷却板110およびスペーサ部材150は、両エンドプレートの間を架橋するように取り付けられた締め付け用の拘束バンド130によって、該積層方向に所定の拘束圧が加わるように拘束されている。より詳しくは、拘束バンド130の端部をビス155によりエンドプレート120に締付且つ固定することによって、上記単電池等は、その配列方向に所定の拘束圧が加わるように拘束されている。これにより、各単電池100の電池ケース50の内部に収容されている捲回電極体80にも拘束圧がかかる。そして、隣接する単電池100間において、一方の正極端子70と他方の負極端子72とが、接続部材(バスバー)140によって電気的に接続されている。このように各単電池100を直列に接続することにより、所望する電圧の組電池200が構築される。   A pair of end plates (restraint plates) 120 are arranged at both ends of the unit cells 100 and the cooling plate 110 arranged as described above. One or a plurality of sheet-like spacer members 150 as length adjusting means may be sandwiched between the cooling plate 110 and the end plate 120. The unit cell 100, the cooling plate 110, and the spacer member 150 arranged in the above manner are applied with a predetermined restraining pressure in the stacking direction by a fastening restraint band 130 attached so as to bridge between both end plates. It is restrained. More specifically, by tightening and fixing the end portion of the restraining band 130 to the end plate 120 with screws 155, the unit cells and the like are restrained so that a predetermined restraining pressure is applied in the arrangement direction. Thereby, restraint pressure is also applied to the wound electrode body 80 housed in the battery case 50 of each unit cell 100. Then, between the adjacent unit cells 100, one positive terminal 70 and the other negative terminal 72 are electrically connected by a connecting member (bus bar) 140. Thus, the assembled battery 200 of the desired voltage is constructed | assembled by connecting each cell 100 in series.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not intended to be limited to those shown in the specific examples.

評価試験用リチウム二次電池として、上述した図1、図2に示すような角形の電池ケースに捲回電極体が収容された構造の密閉型リチウム二次電池(リチウムイオン電池)を作製した。
<セパレータ>
先ず、セパレータにおける多孔質耐熱層を形成するための耐熱層形成用スラリーを調製した。具体的には、無機フィラーとしてのアルミナ(D50:0.9μm、BET比表面積:18m/g)と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、増粘材としてのカルボキシメチルセルロースCMCとを、これら材料の質量比が、アルミナ:バインダ:増粘材として、97:2:1となるようにイオン交換水と混合することにより耐熱層形成用スラリーを調製した。かかるスラリーの調製には、超音波分散機(Mテクニック社製、クレアミックス)を用い、予備分散として15000rpmで5分間、本分散として20000rpmで15分間の条件で混合、混練を行った。
As a lithium secondary battery for evaluation tests, a sealed lithium secondary battery (lithium ion battery) having a structure in which a wound electrode body was housed in a rectangular battery case as shown in FIGS.
<Separator>
First, a heat-resistant layer forming slurry for forming a porous heat-resistant layer in the separator was prepared. Specifically, alumina (D 50 : 0.9 μm, BET specific surface area: 18 m 2 / g) as an inorganic filler, styrene butadiene rubber (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose CMC as a thickener. The slurry for heat-resistant layer formation was prepared by mixing with ion exchange water so that mass ratio of these materials might be 97: 2: 1 as an alumina: binder: thickening material. For the preparation of such a slurry, mixing and kneading were carried out using an ultrasonic disperser (manufactured by M Technique, CLEARMIX) under conditions of 15,000 rpm for 5 minutes as preliminary dispersion and 15 minutes at 20000 rpm as main dispersion.

セパレータ基材としては、ポリプロピレン(PP)とポリエチレン(PE)からなるPP/PE/PPの三層構造の多孔質シートを用いた。この基材の幅方向の寸法は112mm、シート長は約5000mm、厚みは20μmであり、シャットダウン温度(PE層の軟化点)は128℃であった。
そしてセパレータ基材の片面に上記耐熱層形成用スラリーを一般的なグラビア塗工法により塗工した。塗工条件としては、線数:♯100本/inch、インキ保有量:19.5ml/cmのグラビアロールを用い、塗工速度を3m/分、グラビアロール速度を3.8m/分、グラビア速度/塗工速度比を1.27の条件で塗工した。次いで、塗工後のセパレータを乾燥させることで、基材の片面に多孔質耐熱層を形成した。なお、基材と多孔質耐熱層とを合わせたセパレータ全体の厚みは約25μmであった。
而して、上記塗工法により、種々の幅寸法の多孔質耐熱層をセパレータ基材の片面にシート長手方向に形成した。ここでは試験用として、以下の構成のセパレータを作製した。
(実施例1)多孔質耐熱層の幅寸法:106mm
両端のセパレータ基材露出部の幅寸法(L):各3.0mm
(実施例2)多孔質耐熱層の幅寸法:107mm
両端のセパレータ基材露出部の幅寸法(L):各2.5mm
(実施例3)多孔質耐熱層の幅寸法:108mm
両端のセパレータ基材露出部の幅寸法(L):各2.0mm
(実施例4)多孔質耐熱層の幅寸法:109mm
両端のセパレータ基材露出部の幅寸法(L):各1.5mm
(実施例5)多孔質耐熱層の幅寸法:110mm
両端のセパレータ基材露出部の幅寸法(L):各1.0mm
(比較例1)多孔質耐熱層の幅寸法:112mm
即ち基材全面に多孔質耐熱層を形成した(露出部なし)
(比較例2)多孔質耐熱層の幅寸法:104mm
両端のセパレータ基材露出部の幅寸法(L):各4.0mm
(比較例3)多孔質耐熱層の幅寸法:112mm
即ち基材全面に多孔質耐熱層を形成した(露出部なし)
As the separator substrate, a porous sheet having a three-layer structure of PP / PE / PP made of polypropylene (PP) and polyethylene (PE) was used. The substrate had a width-wise dimension of 112 mm, a sheet length of about 5000 mm, a thickness of 20 μm, and a shutdown temperature (PE layer softening point) of 128 ° C.
And the said slurry for heat-resistant layer formation was apply | coated to the single side | surface of a separator base material with the general gravure coating method. As coating conditions, a gravure roll having a line number: # 100 lines / inch and an ink holding amount: 19.5 ml / cm 2 was used, the coating speed was 3 m / min, the gravure roll speed was 3.8 m / min, and the gravure The coating was performed under the condition of a speed / coating speed ratio of 1.27. Then, the porous heat-resistant layer was formed in the single side | surface of a base material by drying the separator after coating. In addition, the thickness of the whole separator which combined the base material and the porous heat-resistant layer was about 25 μm.
Thus, a porous heat-resistant layer having various width dimensions was formed on one side of the separator substrate in the longitudinal direction of the sheet by the coating method. Here, a separator having the following configuration was prepared for testing.
(Example 1) Width dimension of porous heat-resistant layer: 106 mm
Width dimension (L) of the separator substrate exposed part at both ends: 3.0 mm each
(Example 2) Width dimension of porous heat-resistant layer: 107 mm
Width dimension (L) of separator substrate exposed part at both ends: 2.5 mm each
(Example 3) Width dimension of porous heat-resistant layer: 108 mm
Width dimension (L) of the separator substrate exposed part at both ends: 2.0 mm each
(Example 4) Width dimension of porous heat-resistant layer: 109 mm
Width dimension (L) of separator substrate exposed part at both ends: 1.5 mm each
(Example 5) Width dimension of porous heat-resistant layer: 110 mm
The width dimension (L) of the separator substrate exposed part at both ends: 1.0 mm each
(Comparative example 1) The width dimension of a porous heat-resistant layer: 112 mm
That is, a porous heat-resistant layer was formed on the entire surface of the substrate (no exposed part)
(Comparative example 2) The width dimension of a porous heat-resistant layer: 104 mm
Width dimension (L) of separator substrate exposed portions at both ends: 4.0 mm each
(Comparative example 3) The width dimension of a porous heat-resistant layer: 112 mm
That is, a porous heat-resistant layer was formed on the entire surface of the substrate (no exposed part)

<負極>
黒鉛(負極活物質)と、結着材としてのスチレンブタジエンブロック共重合体(SBR)と、増粘材としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、これら材料の質量比が100:1:1となるようにイオン交換水と混合することにより、負極活物質層形成用スラリーを調製した。また、負極集電体として、幅方向の寸法119mm、シート長4700mm、厚み14μmの銅箔を用意した。
而して、上記スラリーを、銅箔の一端に沿って未塗工部分(即ち負極活物質層非形成部)を残しつつ、単位面積あたりの負極活物質の被覆量(目付量)が両面で7.3mg/cmとなるように両面塗布し乾燥させた。乾燥後、圧延プレス機にて、負極活物質層の密度がおよそ1.0〜1.2g/cm、負極シートの厚みが150μmとなるように圧延を行った。これにより、負極活物質層の幅寸法が106mmであって負極活物質層非形成部の幅寸法が13mmである負極シートを作製した。
<Negative electrode>
Graphite (negative electrode active material), styrene butadiene block copolymer (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener have a mass ratio of 100: 1: 1. Thus, the slurry for negative electrode active material layer formation was prepared by mixing with ion-exchange water. In addition, a copper foil having a width-direction dimension of 119 mm, a sheet length of 4700 mm, and a thickness of 14 μm was prepared as the negative electrode current collector.
Thus, the slurry has a negative electrode active material coverage (unit weight) on both sides while leaving an uncoated part (that is, a negative electrode active material layer non-formed part) along one end of the copper foil. Both sides were applied and dried so as to be 7.3 mg / cm 2 . After drying, rolling was performed with a rolling press so that the density of the negative electrode active material layer was approximately 1.0 to 1.2 g / cm 3 and the thickness of the negative electrode sheet was 150 μm. As a result, a negative electrode sheet in which the width dimension of the negative electrode active material layer was 106 mm and the width dimension of the negative electrode active material layer non-forming portion was 13 mm was produced.

<正極>
一般式Li1.14Ni0.34Co0.33Mn0.33で表わされる組成を有するリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として使用し、該正極活物質と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、これら材料の質量比が90:8:2となるようにNMP(溶媒)と混合することにより正極活物質層形成用スラリーを調製した。また、正極集電体として、幅方向の寸法116mm、シート長4500mm、厚み15μmのアルミニウム箔を用意した。
而して、上記スラリーを、アルミニウム箔の一端に沿って未塗工部分(即ち正極活物質層非形成部)を残しつつ、単位面積あたりの正極活物質の被覆量(目付量)が両面で11.2mg/cmとなるように両面塗布し乾燥させた。乾燥後、圧延プレス機にて、正極活物質層の密度がおよそ1.9〜2.3g/cm、正極シートの厚みが170μmとなるように圧延を行った。これにより、正極活物質層の幅寸法が100mmであって正極活物質層非形成部の幅寸法が16mmである正極シートを作製した。
<Positive electrode>
A lithium transition metal composite oxide having a composition represented by the general formula Li 1.14 Ni 0.34 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 is used as a positive electrode active material, and the positive electrode active material and a conductive material Formation of positive electrode active material layer by mixing acetylene black (AB) and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder with NMP (solvent) so that the mass ratio of these materials is 90: 8: 2. A slurry was prepared. Further, an aluminum foil having a width-direction dimension of 116 mm, a sheet length of 4500 mm, and a thickness of 15 μm was prepared as a positive electrode current collector.
Thus, the coating amount (weight per unit area) of the positive electrode active material per unit area is kept on both sides while leaving the uncoated part (that is, the positive electrode active material layer non-formed part) along one end of the aluminum foil. Both surfaces were applied and dried so as to be 11.2 mg / cm 2 . After drying, rolling was performed with a rolling press so that the density of the positive electrode active material layer was approximately 1.9 to 2.3 g / cm 3 and the thickness of the positive electrode sheet was 170 μm. Thus, a positive electrode sheet in which the positive electrode active material layer had a width dimension of 100 mm and the positive electrode active material layer non-formed portion had a width dimension of 16 mm was produced.

<評価試験用電池の構築>
上記実施例1〜5および比較例1〜3のうちの何れかのセパレータシート2枚と上記正極シートおよび負極シートを1枚ずつ使用し、評価試験用のリチウム二次電池を構築した。
即ち、図3に示すようにセパレータを間に介して、正極と負極とを、互いの活物質層非形成部が反対側に位置するように、且つ、負極活物質層が正極活物質層を幅方向で覆うように積層し更にセパレータの幅方向の両端が負極活物質層および正極活物質層にかからないようにして楕円体形状に捲回し、次いで比較例3のセパレータを使用した場合を除いて室温(25℃)下にて平板等を用いて4kN/cmの圧力にて2分程度の加圧を行って扁平形状に拉げさせることで捲回型電極体を作製した。
一方、比較例3のセパレータ(即ちセパレータ基材露出部を有しないセパレータ)を使用したものについては、捲回電極体の形状維持のために80℃に捲回電極体を加熱した状態で扁平形状に拉げさせた。
<Construction of evaluation test battery>
A lithium secondary battery for an evaluation test was constructed by using two separator sheets of any one of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, and one positive electrode sheet and one negative electrode sheet.
That is, as shown in FIG. 3, the positive electrode and the negative electrode are arranged with the separator interposed therebetween, so that the active material layer non-forming portion is located on the opposite side, and the negative electrode active material layer is the positive electrode active material layer. Except when laminated in a width direction and wound into an ellipsoidal shape so that both ends of the separator in the width direction do not cover the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer, and then the separator of Comparative Example 3 was used. A wound electrode body was produced by applying a pressure of about 4 minutes at a pressure of 4 kN / cm 2 using a flat plate or the like at room temperature (25 ° C.) and causing it to be flattened.
On the other hand, in the case of using the separator of Comparative Example 3 (i.e., the separator having no separator substrate exposed portion), the flat shape is obtained by heating the wound electrode body to 80 ° C. in order to maintain the shape of the wound electrode body. I was kidnapped.

上記のようにして形成した捲回電極体を非水電解液とともにアルミニウム製の角型電池ケースに収容し、封口して評価試験用リチウム二次電池を構築した。
非水電解液は、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)とを3:3:4(体積比)で混合した混合溶媒に、リチウム塩としてLiPFを1mol/Lとなるように添加し、さらにCHBおよびBPを各1質量%となるように添加することにより調製した。かかる電解液をケースに約125g注入した。かかる評価用のリチウム二次電池の電池容量は約24.0Ahであった。
なお、以下の評価試験では、使用したセパレータの種類(実施例1〜5、比較例1〜3)にそのまま対応させて、実施例1〜5或いは比較例1〜3の電池と呼称する。
The wound electrode body formed as described above was accommodated in an aluminum prismatic battery case together with a non-aqueous electrolyte and sealed to construct a lithium secondary battery for evaluation test.
The nonaqueous electrolytic solution was prepared by mixing 1 mol / liter of LiPF 6 as a lithium salt in a mixed solvent obtained by mixing ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) at 3: 3: 4 (volume ratio). It added so that it might become L, and also added CHB and BP so that it might become 1 mass% of each. About 125 g of this electrolyte was injected into the case. The battery capacity of the evaluation lithium secondary battery was about 24.0 Ah.
In the following evaluation tests, the type of separator used (Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3) is directly referred to as the battery of Examples 1 to 5 or Comparative Examples 1 to 3.

<評価試験1:電池抵抗の測定>
上記電池容量の測定後、各電池の電池抵抗(内部抵抗:IV抵抗値)を測定した。具体的には、25℃の温度条件下において各電池を3.0Vまで定電流放電した後、定電流定電圧で充電を行ってSOC(state of charge)60%に調整した。その後、25℃にて1Cで10秒間の放電パルス電流を印加し、10秒目の電圧V1を測定した。その後、再びSOC60%に調整した電池に対し、パルス電流を2C、5C、10Cの順に階段状に増加させて放電と充電を交互に行い、各放電の開始から10秒後の電圧を測定し、各電池のI−V特性グラフを作成した。このI−V特性グラフの傾きから25℃におけるIV抵抗値(mΩ)を算出した。サンプル数(N)10個で測定し、その平均値を求めた。結果を表1の該当欄に示した。
<Evaluation Test 1: Measurement of Battery Resistance>
After measuring the battery capacity, the battery resistance (internal resistance: IV resistance value) of each battery was measured. Specifically, each battery was discharged at a constant current to 3.0 V under a temperature condition of 25 ° C., and then charged at a constant current and a constant voltage to adjust to SOC (state of charge) 60%. Thereafter, a discharge pulse current of 10 seconds was applied at 25 ° C. and 1 C, and the voltage V1 at the 10 seconds was measured. Then, for the battery adjusted to SOC 60% again, the pulse current is increased stepwise in the order of 2C, 5C, and 10C to alternately discharge and charge, and measure the voltage 10 seconds after the start of each discharge. An IV characteristic graph of each battery was prepared. The IV resistance value (mΩ) at 25 ° C. was calculated from the slope of this IV characteristic graph. Measurement was performed with 10 samples (N), and the average value was obtained. The results are shown in the corresponding column of Table 1.

<評価試験2:電池容量の確認およびサイクル容量維持率の測定>
各実施例および比較例の電池の電池容量を測定した。即ち、先ず、室温(25℃)の温度条件下において、定電流−定電圧(CCCV)方式により1C相当の電流密度で4.1Vまで充電を行い5分休止した。その後、同じ電流密度で3.0Vまで定電流放電し5分休止した。その後、CCCV充電(4.1Vまで、レートは1C、0.1Cカット)とCCCV放電(3.0Vまで、レートは1C、0.1Cカット)とを行うことで初期容量を確認した。
初期容量確認後、50℃の恒温槽中で2CのCCサイクル充放電を1000サイクル行った後、容量確認を行った。而して、1000サイクル後容量/初期容量によりサイクル容量維持率を求めた。サンプル数(N)5個で実施し、その平均値を求めた。結果を表1の該当欄に示した。
<Evaluation Test 2: Confirmation of Battery Capacity and Measurement of Cycle Capacity Maintenance Ratio>
The battery capacity of each example and comparative example was measured. That is, first, under a temperature condition of room temperature (25 ° C.), the battery was charged to 4.1 V at a current density equivalent to 1 C by a constant current-constant voltage (CCCV) method and rested for 5 minutes. Thereafter, the battery was discharged at a constant current to 3.0 V at the same current density and rested for 5 minutes. Thereafter, the initial capacity was confirmed by performing CCCV charging (up to 4.1 V, rate is 1 C, 0.1 C cut) and CCCV discharge (up to 3.0 V, rate is 1 C, 0.1 C cut).
After confirming the initial capacity, 1000 cycles of 2C CC cycle charge / discharge were performed in a constant temperature bath at 50 ° C., and then the capacity was confirmed. Thus, the cycle capacity retention rate was determined from the capacity after 1000 cycles / initial capacity. The number of samples (N) was 5, and the average value was obtained. The results are shown in the corresponding column of Table 1.

<評価試験3:保存耐久試験>
各実施例および比較例の電池を室温(25℃)の温度条件下でSOC100%に調整し、60℃の条件下で100日間保存した。
その後、上述した評価試験2と同様の電池容量の確認およびサイクル容量維持率測定を行った。サンプル数(N)50個で実施し、その平均値を求めた。結果を表1の該当欄に示した。
<Evaluation Test 3: Storage Durability Test>
The batteries of each Example and Comparative Example were adjusted to SOC 100% under a room temperature (25 ° C.) temperature condition and stored for 100 days under a 60 ° C. condition.
Thereafter, the battery capacity was confirmed and the cycle capacity retention rate was measured in the same manner as in the evaluation test 2 described above. The number of samples (N) was 50, and the average value was obtained. The results are shown in the corresponding column of Table 1.

Figure 2014035858
Figure 2014035858

表1に示すように、両端のセパレータ基材露出部がそれぞれ1〜3mmであるものは、いずれも電池抵抗(内部抵抗)が比較的低く、且つ、良好なサイクル容量維持率、保存後容量維持率を示した。
その一方、セパレータ基材露出部を有しない比較例1の電池では、サイクル中の膨張収縮によって捲回電極体内でズレ或いは座屈が生じ、結果、電極体内において未反応部分が増加して容量維持率の低下が認められた。また、上記のとおり、80℃の加熱処理を施しつつ捲回電極体を構築した比較例3の電池では、サイクル中の膨張収縮によるズレ或いは座屈は生じなかったものの上記加熱処理によってセパレータ中の多孔率が低下(即ち目詰まり)が認められ、電池抵抗の上昇、ひいてはハイレート特性の低下が認められた。
また、両端のセパレータ基材露出部がそれぞれ4mmである比較例2の電池では、捲回電極体の形状は維持されるものの、セパレータ基材露出部の一部が負極活物質層に対向してしまう、即ち負極活物質層の対向部分に多孔質耐熱層が存在しない部分が生じ、結果、正負極間が狭くなるとともに幅方向の端部において好ましくない部分が生じ、容量低下を招く。
As shown in Table 1, when the separator substrate exposed portions at both ends are 1 to 3 mm, the battery resistance (internal resistance) is relatively low, and the cycle capacity retention rate is good and the capacity is maintained after storage. Showed the rate.
On the other hand, in the battery of Comparative Example 1 that does not have the separator substrate exposed portion, displacement or buckling occurs in the wound electrode body due to expansion and contraction during the cycle, and as a result, the unreacted portion increases in the electrode body and the capacity is maintained. A decrease in rate was observed. In addition, as described above, in the battery of Comparative Example 3 in which the wound electrode body was constructed while performing the heat treatment at 80 ° C., although the deviation or buckling due to expansion / contraction during the cycle did not occur, A decrease in porosity (that is, clogging) was observed, an increase in battery resistance, and a decrease in high-rate characteristics was observed.
Further, in the battery of Comparative Example 2 in which the separator base exposed portions at both ends are each 4 mm, although the shape of the wound electrode body is maintained, a part of the separator base exposed portion faces the negative electrode active material layer. In other words, a portion where the porous heat-resistant layer does not exist is formed in the facing portion of the negative electrode active material layer. As a result, the space between the positive and negative electrodes is narrowed and an undesirable portion is formed at the end in the width direction, leading to a decrease in capacity.

以上の実施例から明らかなように、ここで開示される二次電池(捲回電極体)によると、多孔質耐熱層を設けたことにより電池内がセパレータ軟化点以上に過熱された場合等のセパレータ溶融による内部短絡を防止するとともに、当該セパレータと電極との摩擦力低下に因るズレや座屈の発生を防止することができる。また、充放電の繰り返しによる捲回電極体の膨張収縮時にズレや座屈が生じて電池性能を低下させることを未然に防止して高い電池特性(例えばサイクル特性)を維持することができる。   As is clear from the above examples, according to the secondary battery (rolled electrode body) disclosed herein, when the inside of the battery is overheated to the separator softening point or more due to the provision of the porous heat-resistant layer, etc. In addition to preventing an internal short circuit due to the melting of the separator, it is possible to prevent the occurrence of displacement and buckling due to a decrease in the frictional force between the separator and the electrode. In addition, it is possible to prevent the battery performance from being deteriorated due to deviation or buckling during expansion and contraction of the wound electrode body due to repeated charge and discharge, and to maintain high battery characteristics (for example, cycle characteristics).

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

1 車両
10 正極シート
12 正極集電体
14 正極活物質層
16 正極活物質層非形成部
20 負極シート
22 負極集電体
24 負極活物質層
26 負極活物質層非形成部
40A,40B セパレータシート
42A,42B 基材
44A,44B 多孔質耐熱層(HRL)
46A,46B セパレータ基材露出部
50 電池ケース
52 ケース本体
70 正極端子
72 負極端子
74 正極集電板
76 負極集電板
80 捲回電極体
100 二次電池(リチウム二次電池)
200 組電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle 10 Positive electrode sheet 12 Positive electrode collector 14 Positive electrode active material layer 16 Positive electrode active material layer non-formation part 20 Negative electrode sheet 22 Negative electrode collector 24 Negative electrode active material layer 26 Negative electrode active material layer non-formation part 40A, 40B Separator sheet 42A , 42B Base material 44A, 44B Porous heat resistant layer (HRL)
46A, 46B Separator substrate exposed portion 50 Battery case 52 Case body 70 Positive electrode terminal 72 Negative electrode terminal 74 Positive electrode current collector plate 76 Negative electrode current collector plate 80 Winding electrode body 100 Secondary battery (lithium secondary battery)
200 batteries

Claims (5)

長尺シート状の正極集電体および負極集電体の各表面にそれぞれ正極活物質層および負極活物質層が形成された正極および負極を長尺シート状のセパレータと共に捲回してなる捲回電極体と、
該捲回電極体および電解質を収容するケースと、
を備える二次電池であって、
前記捲回電極体における捲回軸方向の両端のうちの一方の端部は前記正極活物質層の形成されていない正極活物質層非形成部が負極からはみ出た状態で積層されて構成され、且つ、該両端のうちの他方の端部は前記負極活物質層の形成されていない負極活物質層非形成部が正極からはみ出た状態で積層されて構成されており、
前記長尺シート状セパレータは、合成樹脂製のセパレータ基材と、無機フィラーを主体とする多孔質耐熱層であって該基材の少なくとも一方の表面において該セパレータのシート長手方向に形成された多孔質耐熱層と、から構成されており、
ここで前記セパレータの多孔質耐熱層は、捲回軸方向において、対向する前記正極活物質層または負極活物質層の全体が該耐熱層に包含され得る幅寸法に形成されており、且つ、
前記セパレータの捲回軸方向における両端には、前記多孔質耐熱層を有しないセパレータ基材露出部であってそれぞれ対向する前記正極活物質層非形成部または負極活物質層非形成部に接触可能な位置に配置されたセパレータ基材露出部がシート長手方向に形成されている、二次電池。
A wound electrode obtained by winding a positive electrode and a negative electrode each having a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer formed on each surface of a long sheet-like positive electrode current collector and a negative electrode current collector together with a long sheet-like separator. Body,
A case for accommodating the wound electrode body and the electrolyte;
A secondary battery comprising:
One end of both ends in the winding axis direction of the wound electrode body is configured by being laminated in a state where the positive electrode active material layer non-formed portion where the positive electrode active material layer is not formed protrudes from the negative electrode, In addition, the other end of the both ends is configured by being laminated in a state where the negative electrode active material layer non-formed portion where the negative electrode active material layer is not formed protrudes from the positive electrode,
The long sheet separator is a separator base material made of a synthetic resin and a porous heat-resistant layer mainly composed of an inorganic filler, and is formed on at least one surface of the base material in the longitudinal direction of the separator sheet. A heat-resistant layer, and
Here, the porous heat-resistant layer of the separator is formed in a width dimension in which the whole of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer facing each other in the winding axis direction can be included in the heat-resistant layer, and
At both ends in the winding axis direction of the separator, the separator base material exposed portion that does not have the porous heat-resistant layer, and can be in contact with the opposing positive electrode active material layer non-forming portion or negative electrode active material layer non-forming portion. The secondary battery in which the separator base material exposed part arranged at various positions is formed in the sheet longitudinal direction.
前記セパレータ基材露出部は、捲回軸方向の寸法が1mm以上となるように前記セパレータの捲回軸方向における両端にそれぞれ形成されている、請求項1に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the separator base material exposed portions are respectively formed at both ends of the separator in the winding axis direction so that a dimension in the winding axis direction is 1 mm or more. 前記セパレータは、捲回軸方向の両端にある前記セパレータ基材露出部がそれぞれ対向する前記正極活物質層非形成部または負極活物質層非形成部の同方向の寸法の半分よりも前記活物質層寄りの部位に配置されるように形成されている、請求項1または2に記載の二次電池。   In the separator, the active material is more than half the dimension in the same direction of the positive electrode active material layer non-formed part or negative electrode active material layer non-formed part facing the separator base material exposed parts at both ends in the winding axis direction. The secondary battery according to claim 1, wherein the secondary battery is formed so as to be disposed at a portion closer to the layer. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の二次電池を単電池とし、該単電池を相互に電気的に接続して複数個備えることを特徴とする、組電池。   A secondary battery according to any one of claims 1 to 3 is a single battery, and a plurality of the single batteries are electrically connected to each other to provide a battery pack. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の二次電池または請求項4に記載の組電池を駆動用電源として備える車両。   A vehicle comprising the secondary battery according to any one of claims 1 to 3 or the assembled battery according to claim 4 as a driving power source.
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