JP5337418B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は非水電解液二次電池に係り、特に、集電体表面にそれぞれ活物質合剤の塗着部と、集電体の長寸方向に沿う一側に活物質合剤の未塗着部とを有する正極板および負極板がセパレータを介して捲回された電極群と、電極群を浸潤する非水電解液と、電極群および非水電解液を収容する電池容器とを備えた非水電解液二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and in particular, an active material mixture is applied to the current collector surface, and an active material mixture is not applied to one side along the longitudinal direction of the current collector. An electrode group in which a positive electrode plate and a negative electrode plate each having a contact portion are wound through a separator, a non-aqueous electrolyte infiltrating the electrode group, and a battery container that accommodates the electrode group and the non-aqueous electrolyte The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
非水電解液二次電池の中でもリチウム二次電池は、VTRカメラやノート型パソコン、携帯電話などのポータブル機器等の電源に広く使用されている。一方、リチウム二次電池は、高エネルギー密度であることから、電気自動車(EV)やハイブリッド車(HEV)の車載電源としても開発が進められており、一部は実用化されている。これらの用途では、単独の大型リチウム二次電池が使用される場合や、複数の大型リチウム二次電池が組み込まれた電池システム等として使用される場合がある。 Among non-aqueous electrolyte secondary batteries, lithium secondary batteries are widely used as power sources for portable devices such as VTR cameras, notebook computers, and mobile phones. On the other hand, since lithium secondary batteries have high energy density, they are being developed as in-vehicle power sources for electric vehicles (EV) and hybrid vehicles (HEV), and some of them are put into practical use. In these applications, a single large lithium secondary battery may be used, or a battery system in which a plurality of large lithium secondary batteries are incorporated may be used.
通常、リチウム二次電池では、以下のような捲回式の内部構造を有している。すなわち、集電体である金属箔にそれぞれ活物質合剤の塗着部が形成された帯状の正負極板がセパレータを介して直接接触しないように断面渦巻状に捲回された電極群が形成されている。正負極板の捲回時には、捲きズレを防止するためにテンションをかけながら捲回される。この電極群が非水電解液に浸潤され電池容器に収容され密封されている。EVやHEV用電源等の高入出力特性を要求されるリチウム二次電池では、内部抵抗を低減するために、集電体の長寸方向に沿う一側に活物質合剤の未塗着部を有しており、未塗着部から集電体の長寸方向に亘り均一に電位を集める構造になっている。 Usually, a lithium secondary battery has the following wound internal structure. That is, a group of electrodes wound in a spiral shape is formed so that the strip-like positive and negative electrode plates each having the active material mixture coated portion formed on the metal foil as the current collector are not in direct contact with each other through the separator. Has been. When the positive and negative electrode plates are wound, they are wound while applying tension to prevent twisting. This electrode group is infiltrated with a non-aqueous electrolyte solution and accommodated in a battery container and sealed. In lithium secondary batteries that require high input / output characteristics such as EV and HEV power supplies, in order to reduce internal resistance, the active material mixture is not coated on one side along the longitudinal direction of the current collector. And has a structure in which the potential is evenly collected from the uncoated portion to the longitudinal direction of the current collector.
ところが、二次電池の体積エネルギー密度を向上させるために活物質合剤の塗着部がプレスされると、図4に示すように、合剤塗着部30Aでは集電体が圧迫され伸びを生じる。これに対して、合剤未塗着部30Bは圧迫されないため、集電体に伸びが生じない。このため、極板30の集電体に歪みが生じて湾曲してしまう、という問題があった。この問題を解決するとともに、上述した内部抵抗を低減するために、図5に示すように、極板40の合剤未塗着部40Bを櫛歯状に切り欠いて、切り欠き残部で複数のリード片40Cを形成する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。この技術では、プレス時に合剤塗着部40Aで集電体に伸びが生じても、隣りあうリード片40C同士に間隔が形成されているため、極板40の集電体の歪みを低減して湾曲を抑制することができる。
However, when the applied portion of the active material mixture is pressed in order to improve the volumetric energy density of the secondary battery, as shown in FIG. Arise. On the other hand, since the mixture uncoated
しかしながら、特許文献1の技術では、合剤未塗着部40Bが櫛歯状に切り欠かれているため、極板40の捲回時にリード片40Cの端部が電極群の内周や外周に巻き込まれる可能性がある、換言すれば、一方の極板の合剤未塗着部が他方の極板の合剤塗着部とセパレータとの間に咬み込まれ短絡を引き起こすおそれがある。
However, in the technique of
本発明は上記事案に鑑み、集電体の湾曲を抑制するとともに、合剤未塗着部の咬み込みによる短絡を防止することができる非水電解液二次電池を提供することを課題とする。 This invention makes it a subject to provide the non-aqueous-electrolyte secondary battery which can prevent the short circuit by the biting of a mixture uncoated part while suppressing the curvature of an electrical power collector in view of the said case. .
上記課題を解決するために、本発明は、集電体表面にそれぞれ活物質合剤の塗着部と、前記集電体の長寸方向に沿う一側に前記活物質合剤の未塗着部とを有する正極板および負極板がセパレータを介して捲回された電極群と、前記電極群を浸潤する非水電解液と、前記電極群および非水電解液を収容する電池容器とを備え、前記正負極板の少なくとも一方の前記未塗着部における前記集電体には、長寸方向に沿う外側縁部を除く部分に複数の開孔が形成されており、前記開孔は、前記集電体の長寸方向と交差する方向のいずれの縁も曲面であるとともに、前記未塗着部には、前記塗着部側に前記集電体の破断を防止するための保護材が前記開孔を部分的に覆うように前記集電体の長寸方向に亘り貼付されていることを特徴とする非水電解液二次電池である。 In order to solve the above problems, the present invention provides an active material mixture coated portion on the surface of the current collector, and the active material mixture is not coated on one side along the longitudinal direction of the current collector. A positive electrode plate having a portion and a negative electrode plate wound through a separator, a non-aqueous electrolyte infiltrating the electrode group, and a battery container containing the electrode group and the non-aqueous electrolyte , wherein the said collector in at least one of the non-application portion of the positive and negative electrode plates, a plurality of apertures is formed at a portion except the outer edge along the elongate direction, said apertures, said Any edge in the direction intersecting the longitudinal direction of the current collector is a curved surface, and the uncoated portion has a protective material for preventing breakage of the current collector on the coated portion side. aqueous electrolyte secondary, characterized in that it is affixed over the elongate direction of the current collector of the opening so as to partially cover It is a battery.
本発明では、合剤未塗着部の集電体に集電体の歪みを低減できる複数の開孔が形成されているので、プレス時に集電体の湾曲を抑制することができ、開孔における集電体の長寸方向と交差する方向のいずれの縁も曲面であり、合剤未塗着部における塗着部側に保護材が開孔を部分的に覆うように集電体の長寸方向に亘り貼付されているので、開孔が形成された未塗着部の集電体が保護され塗着部の破断を防止することができるとともに、いずれの開孔も集電体の長寸方向に沿う外側縁部を除く部分に形成されているので、捲回時に合剤未塗着部が立設状態で捲回され、合剤未塗着部が合剤塗着部とセパレータとで咬み込まれず短絡を防止することができる。 In the present invention, since a plurality of openings capable of reducing the distortion of the current collector to the current collector of the electrode mixture non-application portion is formed, it is possible to suppress the bending of the current collector at the time of press, aperture The length of the current collector is such that any edge in the direction intersecting the longitudinal direction of the current collector is a curved surface, and the protective material partially covers the opening on the coated portion side of the mixture uncoated portion. since affixed over the dimension direction, the current collector of non-application portion which apertures are formed is protected it is possible to prevent breakage of the coating portion Rutotomoni, any apertures also of the collector Since it is formed on the portion excluding the outer edge along the longitudinal direction, the uncoated part is wound in a standing state when winding, and the uncoated part is mixed with the mixed part and separator It is possible to prevent a short circuit without being bitten.
この場合において、開孔は、形状が楕円形状であり、長軸が集電体の長寸方向に形成されていてもよい。開孔は、それぞれが、2つの円形状の開孔で構成され、該2つの開孔間に切れ込みが形成されていてもよい。また、保護材が正負極板の少なくとも一方の片面または両面に貼付されていてもよい。さらに、保護材は絶縁性を有していることが好ましく、厚さが合剤塗着部の厚さ以下であることがさらに好ましい。 In this case, the opening may have an elliptical shape, and the long axis may be formed in the longitudinal direction of the current collector . Each of the openings may be constituted by two circular openings, and a notch may be formed between the two openings. Further, it may be affixed to at least one of the one or both sides of the coercive Mamoruzai positive negative electrode plate. Furthermore, it is preferable that the protective material has an insulating property, and it is more preferable that the thickness is equal to or less than the thickness of the mixture coating portion.
本発明では、合剤未塗着部の集電体に集電体の歪みを低減できる複数の開孔が形成されているので、プレス時に集電体の湾曲を抑制することができ、開孔における集電体の長寸方向と交差する方向のいずれの縁も曲面であり、合剤未塗着部における塗着部側に保護材が開孔を部分的に覆うように集電体の長寸方向に亘り貼付されているので、開孔が形成された未塗着部の集電体が保護され塗着部の破断を防止することができるとともに、いずれの開孔も集電体の長寸方向に沿う外側縁部を除く部分に形成されているので、捲回時に合剤未塗着部が立設状態で捲回され、合剤未塗着部が合剤塗着部とセパレータとで咬み込まれず短絡を防止することができる、という効果を得ることができる。 In the present invention, since a plurality of openings capable of reducing the distortion of the current collector to the current collector of the electrode mixture non-application portion is formed, it is possible to suppress the bending of the current collector at the time of press, aperture The length of the current collector is such that any edge in the direction intersecting the longitudinal direction of the current collector is a curved surface, and the protective material partially covers the opening on the coated portion side of the mixture uncoated portion. since affixed over the dimension direction, the current collector of non-application portion which apertures are formed is protected it is possible to prevent breakage of the coating portion Rutotomoni, any apertures also of the collector Since it is formed on the portion excluding the outer edge along the longitudinal direction, the uncoated part is wound in a standing state when winding, and the uncoated part is mixed with the mixed part and separator It is possible to obtain an effect that it is possible to prevent a short circuit without being bitten.
以下、図面を参照して、本発明を適用したハイブリッド電気自動車用の円柱状非水電解液二次電池について説明する。 Hereinafter, a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery for a hybrid electric vehicle to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
(構成)
図1に示すように、本実施形態の円柱状非水電解液二次電池20は、ニッケルメッキを施された鉄製で円筒状の電池容器8を有している。電池容器8には、帯状の正極板1および負極板5が直接接触しないようにポリエチレン製セパレータを介して断面渦巻状に捲回された電極群4が収容されている。電極群4の捲回軸方向両側には、正極板1の合剤未塗着部1Bおよび負極板5の合剤未塗着部5Bが互いに反対側にそれぞれ配設されている。このとき、合剤未塗着部1Bおよび合剤未塗着部5Bは、電極群4の両端面に対してそれぞれ立設状態で捲回されている。電極群4の外周面全周には、絶縁被覆(不図示)が施されている。
(Constitution)
As shown in FIG. 1, the columnar nonaqueous electrolyte
電極群4の捲回軸のほぼ延長線上には、正極板1からの電位を集電し電池蓋を兼ねるアルミニウム製で円盤状の正極集電板2および負極板5からの電位を集電し電池蓋を兼ねる銅製で円盤状の負極集電板6がそれぞれ電極群4の両端面に対向配置されている。正極集電板2の電極群4と対向している一面には、正極板1の合剤未塗着部1Bの端部、すなわち、正極板1の合剤未塗着部1Bの長寸方向に沿う外側縁部がレーザ溶接により接合されており、他面には外部端子となるアルミニウム製で円柱状の正極端子3が接合されている。同様に、負極集電板6の電極群4と対向している一面には、負極板5の合剤未塗着部5Bの端部、すなわち、負極板5の合剤未塗着部5Bの長寸方向に沿う外側縁部がレーザ溶接により接合されており、他面には外部端子となる銅製で円柱状の負極端子7が接合されている。
On substantially the extension line of the winding axis of the
正極集電板2および負極集電板6は、それぞれインシュレータ9を介して電池容器8の両端に固定されている。このため、非水電解液二次電池20の内部は密封されている。また、電池容器8内には、図示を省略した非水電解液が注液されており、電極群4は非水電解液で浸潤されている。非水電解液には、炭酸エチレン、炭酸ジメチルおよび炭酸ジエチルが体積比30:50:20の割合で混合された混合溶媒中に、6フッ化リン酸リチウム(LiPF6)が1モル/リットル溶解されたものが用いられている。
The positive electrode
(正極板)
図2に示すように、正極板1は、厚さ20μmで帯状の集電体としてのアルミニウム箔を有している。アルミニウム箔の両面には、正極活物質を含む合剤(活物質合剤)が略均一に塗着されている。合剤には、正極活物質のマンガン酸リチウムの粉末の100重量部と、導電材の鱗片状黒鉛の10重量部と、結着剤のポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFと略記する。)の5重量部とが混合されている。合剤を塗布する際には、溶媒であるN−メチルピロリドン(以下、NMPと略記する。)に略均一に分散させて合剤スラリが作製される。合剤スラリをアルミニウム箔の両面に長寸方向に沿う一側を残して塗布し、乾燥させる。集電体の両面にそれぞれ合剤塗着部1Aおよび合剤未塗着部1Bが形成されている。合剤塗着部1Aをプレスする際にアルミニウム箔が湾曲しないように、合剤未塗着部1Bにおけるアルミニウム箔には、アルミニウム箔の長寸方向に沿う外側縁部を除く部分に、楕円形状で長軸がアルミニウム箔の長寸方向と交差する方向(以下、幅方向という。)の開孔10が複数形成されている。すなわち、開孔10のアルミニウム箔の幅方向のいずれの縁(合剤塗着部1A側の縁およびアルミニウム箔の外側縁側の縁)も曲面である。また、各開孔10が形成された位置では、合剤未塗着部1Bにおけるアルミニウム箔の外側縁部が長寸方向の全体に亘り切断されずに残されている。開孔10の形成後、合剤塗着部1Aが所望の密度および厚さになるようにプレスされ、正極板1が作製される。
(Positive electrode plate)
As shown in FIG. 2, the
また、正極板1両面の合剤未塗着部1Bには、合剤塗着部1A側に帯状の保護材としてのテープ13が貼付されている。テープ13は、アルミニウム箔の破断を防止する役割を果たしている。また、テープ13は、絶縁性を有しており、アルミニウム箔の長寸方向全長に亘り貼付されている。テープ13の厚さは、正極板1をプレスした後の片面あたりの合剤塗着部1Aの厚さ以下に設定されている。本例では、テープ13には、ポリイミド製の基材の片面にヘキサメタアクリレートの粘着剤が塗布された粘着テープが用いられている。
Moreover, the
(負極板)
負極板5は、厚さ10μmで帯状の集電体としての圧延銅箔を有している。圧延銅箔の両面には、負極活物質を含む合剤(活物質合剤)が略均一に塗着されている。合剤には、負極活物質の非晶質炭素の粉末の90重量部と、結着剤のPVDFの10重量部とが混合されている。合剤を塗布する際には、溶媒であるNMPに略均一に分散させて合剤スラリが作製される。正極板1と同様に、合剤スラリを圧延銅箔の両面に長寸方向に沿う一側を残して塗布し、乾燥させる。集電体の両面にそれぞれ合剤塗着部5Aおよび合剤未塗着部5Bが形成されている。また、正極板1と同様に、合剤未塗着部5Bにはそれぞれ複数の開孔10が形成されている。開孔10の形成後、合剤塗着部5Aが所望の密度および厚さになるようにプレスされ、負極板5が作製される。さらに、正極板1と同様に、負極板5両面の合剤未塗着部5Bには、合剤塗着部5A側にテープ13が貼付されている。テープ13の厚さは、負極板5をプレスした後の片面あたりの合剤塗着部5Aの厚さ以下に設定されている。本例では、負極板5の厚さは、負極の放電容量と正極の放電容量との比(−/+容量比)が1.0で一定になるように調整されている。
(Negative electrode plate)
The
(作用等)
次に、本実施形態の非水電解液二次電池20の作用等について説明する。なお、合剤未塗着部1B、5Bおよび開孔10は、正極板1および負極板5にそれぞれ形成されているが、いずれも同様の作用を示すため、以下、正極板1のみについて説明する。
(Action etc.)
Next, the operation and the like of the nonaqueous electrolyte
一般に、図4に示すように、体積エネルギー密度を向上させるために集電体の金属箔に合剤塗着部30Aと合剤未塗着部30Bとが形成された極板30を略均一にプレスすると、合剤塗着部30Aでは集電体が圧迫され伸びを生じる。一方、合剤未塗着部30Bでは圧迫されないため伸びを生じない。このため、極板30の集電体に歪みが生じて湾曲してしまう。この問題を解決するために、従来の非水電解液二次電池では、図5に示すように、極板40の合剤未塗着部40Bを櫛歯状に切り欠いて、切り欠き残部で複数のリード片40Cが形成されている。プレス時に合剤塗着部40Aで集電体に伸びが生じても、隣りあうリード片40C同士に間隔が形成されているため、極板40の集電体の歪みを低減し湾曲を抑制することができる。しかしながら、極板40の捲回時には、リード片40Cの端部が電極群の内周や外周に巻き込まれる可能性がある。すなわち、一方の極板の合剤未塗着部が他方の極板の合剤塗着部とセパレータとの間に咬み込まれ、電池使用時に短絡を引き起こすおそれがある。本実施形態は、これらの問題を解決することができる非水電解液二次電池である。
In general, as shown in FIG. 4, in order to improve the volume energy density, the
本実施形態の非水電解液二次電池20では、合剤未塗着部1Bの集電体に複数の開孔10が形成されている。このため、合剤塗着部1Aのプレス時に集電体の長寸方向に伸びが生じた場合でも、開孔10が短径方向に拡径されることで伸びによる集電体の歪みを低減することができる。これにより、集電体の湾曲を抑制することができる。また、開孔10は集電体の長寸方向に沿う外側縁部を除く部分に形成されている。このため、合剤未塗着部1Bの外側縁が切れていないので、捲回時に合剤未塗着部1Bを立設状態のまま捲回することができる。これにより、捲回時に、上述したリード片40Cのように咬み込まれることがないので、正負極板間の短絡を防止することができる。
In the non-aqueous electrolyte
また、本実施形態の非水電解液二次電池20の合剤未塗着部1Bは、開孔10の部分のみが切り欠かれている。すなわち、合剤未塗着部1Bでは、櫛歯状に外側縁まで切り欠かれた合剤未塗着部40Bに比べて切り欠かれた分の容積が少ない。このため、正極集電板2と接続されている合剤未塗着部1Bの断面積が大きくなり内部抵抗を低減できる。また、合剤未塗着部1Bの断面積が大きくなることで、正極集電板2との接合強度を向上させることができ、耐振動性を向上させることができる。
Moreover, only the part of the
さらに、本実施形態の非水電解液二次電池20の開孔10は、いずれも楕円形状で長軸が集電体の幅方向に形成されている。このため、開孔10は集電体の長寸方向と交差する方向のいずれの縁も曲面で形成されている。これにより、角状の面で形成される場合に比べて、開孔10の合剤塗着部1A側および開孔10の集電体の外側縁側で縁部の損傷ないし破断を防止することができる。
Furthermore, the
またさらに、本実施形態の非水電解液二次電池20では、正極板1両面の合剤未塗着部1Bの合剤塗着部1A側にそれぞれテープ13が正極板1の全長に亘り貼付されている。このため、開孔10が形成されたアルミニウム箔が保護されるので集電体の損傷、ひいては、合剤塗着部1Aの破断を防止することができる。また、テープ13は絶縁性を有しているので、テープ13による短絡を防止することができる。さらに、テープ13の厚さが正極板1の片面あたりに形成された合剤塗着部1Aの厚さ以下に設定されている。このため、テープ貼付部分が突出することなく合剤塗着部1Aと合剤塗着部1Bとをセパレータを介して適度に密着させて捲回することができる。
Furthermore, in the non-aqueous electrolyte
なお、本実施形態では、正極板1および負極板5の合剤未塗着部1B、5Bにそれぞれ、楕円形状で長軸が集電体の幅方向の複数の開孔10が形成されている例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。開孔10の形状としては、開孔10の集電体の幅方向の縁が角状になっていると、開孔10の縁部が破断してしまう可能性があるため、集電体の幅方向のいずれの縁も曲面で形成されていることが好ましい。本実施形態以外の開孔10としては、例えば、円形状に形成されていてもよく、図3(A)に示すように、楕円形状で長軸が集電体の長寸方向に形成されていてもよい。開孔10を長軸が集電体の長寸方向の楕円形状とした場合において、プレス時に集電体に生じる湾曲を抑制することを考慮すると、開孔10が合剤塗着部側に形成されていることが好ましい。また、図3(B)に示すように、2つの円形状の開孔10が形成され開孔10間に切れ込み11が形成されていてもよい。さらに、正極板1および負極板5に開孔10がそれぞれ形成されている例を示したが、正極板1および負極板5のどちらか一方のみに開孔10が形成されていてもかまわない。一般に、負極集電体が正極集電体より薄いので、少なくとも負極板5の合剤未塗着部5Bには開孔10が形成されていることが好ましい。
In the present embodiment, each of the
また、本実施形態では、正極板1および負極板5の両面の合剤未塗着部1B、5Bに、テープ13が貼付されている例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。正極板1および負極板5の片面のみに貼付してもよい。また、テープ13の材質にも特に制限されるものではないが、非水電解液に耐性があり、テープ13が短絡の原因になることを避けるために絶縁性を有していることが好ましい。さらに、本実施形態では、テープ13が集電体の長寸方向全長に亘り貼付されている例を示したが、短冊状の複数のテープ13を連続的に貼付することも可能である。また、テープ13に代えて、集電体の破断を防止することができる保護機能を有する別の部材を用いることができることは論を俟たない。
Moreover, in this embodiment, although the example in which the
さらに、本実施形態では、テープ13の厚さが正極板1、負極板5の片面あたりの合剤塗着部1A、5Aの厚さ以下に設定されている例を示したが、本発明はこれに制限されるものではないが、テープ13貼付部分が突出することで、合剤塗着部1A、5Aとセパレータとの間に隙間が形成され、合剤塗着部1Aおよび5Aをセパレータを介して適度に密着させて捲回できなくなる。これを避けるため、テープ13の厚さが合剤塗着部1A、5Aの片面あたりの厚さ以下に設定されていることが望ましい。
Furthermore, in this embodiment, although the thickness of the
またさらに、本実施形態では、正極活物質にマンガン酸リチウム、負極活物質に非晶質炭素をそれぞれ例示したが、本発明はこれらに限定されるものではない。正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウムに代表されるリチウムコバルト複酸化物、ニッケル酸リチウムに代表されるリチウムニッケル複酸化物等のリチウム遷移金属複酸化物を用いることができる。また、結晶中のリチウムや遷移金属元素の一部をFe、Co、Ni、Cr、Al、Mg等の他の遷移金属元素で置換またはドープしたリチウム遷移金属複酸化物を用いてもよい。更に、結晶構造についても特に制限はなく、スピネル型、層状型、オリビン型のいずれの結晶構造を有していてもよい。一方、負極活物質としては、非水電解液二次電池に通常用いられる炭素材を用いることができる。本実施形態以外の負極活物質としては、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛の各種黒鉛材やコークス等を挙げることができ、その粒子形状においても、層状、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。HEV用の電源としては、層状の結晶構造を有する黒鉛系炭素材は極低温環境下で結晶構造の収縮を引き起こすのに対して、非晶質炭素材は極低温環境下でも結晶構造が安定しているので非晶質炭素材を用いることが好ましい。さらに、導電材やバインダ等についても特に制限はなく、通常、非水電解液二次電池に使用される材料を用いてもよい。また、集電体についても特に制限はなく、通常、非水電解液二次電池に使用される導電性を有した材料(膜、穿孔板等)を用いてもよい。 Furthermore, in the present embodiment, lithium manganate is exemplified as the positive electrode active material and amorphous carbon is exemplified as the negative electrode active material, but the present invention is not limited to these. As the positive electrode active material, for example, lithium transition metal double oxides such as lithium cobalt double oxide typified by lithium cobaltate and lithium nickel double oxide typified by lithium nickelate can be used. Alternatively, a lithium transition metal double oxide in which a part of lithium or a transition metal element in a crystal is substituted or doped with another transition metal element such as Fe, Co, Ni, Cr, Al, or Mg may be used. Further, there is no particular limitation on the crystal structure, and the crystal structure may be any of spinel type, layered type, and olivine type. On the other hand, as a negative electrode active material, the carbon material normally used for a nonaqueous electrolyte secondary battery can be used. Examples of the negative electrode active material other than the present embodiment can include various graphite materials such as natural graphite and artificial graphite, coke and the like, and also in the particle shape, layered, scaly, spherical, fibrous, massive, etc. There is no particular limitation. As a power source for HEV, a graphite carbon material having a layered crystal structure causes shrinkage of the crystal structure in an extremely low temperature environment, whereas an amorphous carbon material has a stable crystal structure even in an extremely low temperature environment. Therefore, it is preferable to use an amorphous carbon material. Furthermore, there are no particular limitations on the conductive material, binder, and the like, and materials that are normally used for non-aqueous electrolyte secondary batteries may be used. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about an electrical power collector, You may use the material (a film | membrane, a perforated board, etc.) which has the electroconductivity normally used for a nonaqueous electrolyte secondary battery.
さらにまた、本実施形態では、非水電解液に、エチレンカーボネート等の混合溶媒に6フッ化リン酸リチウムを1モル/リットル程度溶解させたものを例示したが、本発明で用いることのできる非水電解液には特に制限はない。有機溶媒としては、通常非水電解液二次電池に使用されるものであればよく、例えば、カーボネート系、スルホラン系、エーテル系、ラクトン系等の有機溶剤を単体または混合して用いてもよい。リチウム塩としても、通常非水電解液二次電池に使用されるものであればよく、例えば、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiB(C6H5)4、CH3SO3Li、CF3SO3Li等やこれらの混合物を用いることができる。また、有機溶媒の混合比やリチウム塩の含有量にも特に制限されるものではない。 Furthermore, in the present embodiment, the nonaqueous electrolyte solution in which about 6 moles / liter of lithium hexafluorophosphate is dissolved in a mixed solvent such as ethylene carbonate is exemplified, but the nonaqueous electrolyte solution can be used in the present invention. There is no particular limitation on the water electrolyte. The organic solvent is not particularly limited as long as it is usually used for non-aqueous electrolyte secondary batteries. For example, organic solvents such as carbonates, sulfolanes, ethers, and lactones may be used alone or in combination. . Even lithium salt, as long as it is used in conventional non-aqueous electrolyte secondary battery, for example, LiClO 4, LiAsF 6, LiBF 4, LiB (C 6 H 5) 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li or the like or a mixture thereof can be used. Further, the mixing ratio of the organic solvent and the content of the lithium salt are not particularly limited.
また、本実施形態では、正極活物質にマンガン酸リチウム、負極活物質に非晶質炭素を用いたリチウムイオン系の非水電解液二次電池を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の非水電解液二次電池にも適用可能である。さらに、本実施形態では、円筒状の電池容器8の両端が外部端子を兼ねる電池蓋で封口された円柱状非水電解液二次電池20を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、角型、多角形状としてもよく、有底の電池容器に電極群が挿入され、電池容器の上部で電池蓋がカシメ固定された電池でもよい。また、電池容量、サイズ等についても特に制限されるものではないが、HEV用電源としては電池容量が概ね3Ah以上の電池に好適に使用することができる。
In the present embodiment, a lithium ion non-aqueous electrolyte secondary battery using lithium manganate as the positive electrode active material and amorphous carbon as the negative electrode active material is exemplified, but the present invention is limited to this. However, the present invention can be applied to other nonaqueous electrolyte secondary batteries. Furthermore, in this embodiment, the cylindrical non-aqueous electrolyte
次に、本実施形態に従い作製した非水電解液二次電池20の実施例について説明する。なお、比較のために作製した比較例の非水電解液二次電池についても併記する。
Next, examples of the nonaqueous electrolyte
(実施例)
実施例の非水電解液二次電池20は、集電体の合剤未塗着部1B、5Bに楕円状の開孔10を複数形成した正極板1および負極板5を用いて作製した(図2参照)。
(Example)
The nonaqueous electrolyte
(比較例)
比較例の非水電解液二次電池は、図4に示すように、極板40の合剤未塗着部40Bを櫛歯状に切り欠いて、切り欠き残部で複数のリード片40Cを形成し、リード片40Cを超音波接合により集電部品に接合した正極板および負極板を用いること以外は実施例と同様に作製した。
(Comparative example)
As shown in FIG. 4, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the comparative example is formed by cutting the mixture
(評価1)
評価1では、実施例および比較例の非水電解液二次電池それぞれ200個ずつについて、咬み込みによる短絡発生率を評価した。各電池を充電し、高率放電を行った際に容量の低下等の電池異常が認められた電池を解体して咬み込みによる短絡の有無を調べた。下表1に示すように、短絡発生率の評価結果から、比較例に比べて実施例では捲回時の咬み込みによる短絡は発生せず、咬み込みを防止できることが明らかになった。
(Evaluation 1)
In
(評価2)
評価2では、実施例および比較例の非水電解液二次電池をそれぞれ1個ずつについて、放電レートに対する放電容量比を評価した。各電池を充電してから、放電レート1C、3C、5Cおよび10Cでそれぞれ放電したときの放電容量を測定し、実施例および比較例の非水電解液二次電池の放電レート1Cの放電容量に対する3C、5Cおよび10Cの放電容量の割合を容量比として求めた。
(Evaluation 2)
In
図6に示すように、放電容量比の評価結果から、比較例に比べて実施例では放電レートの上昇に伴う放電容量の低下が小さいことが明らかになった。これは、実施例の合剤未塗着部の断面積が比較例より大きいため、内部抵抗が低減したためと考えられる。 As shown in FIG. 6, from the evaluation results of the discharge capacity ratio, it has been clarified that the decrease in the discharge capacity accompanying the increase in the discharge rate is smaller in the example than in the comparative example. This is probably because the internal resistance was reduced because the cross-sectional area of the uncoated part of the example was larger than that of the comparative example.
(評価3)
評価3では、実施例および比較例の非水電解液二次電池のそれぞれ10個ずつについて、耐振動性を評価した。実施例および比較例の非水電解液二次電池をそれぞれ3次元の方向に周波数5〜50Hzで振動試験を行った。振動試験後に各電池を解体し、正負極集電体と正負極集電板との接合状態、すなわち、実施例の正負極板の合剤未塗着部1B、5Bおよび比較例の集電リードについて、切れ(切断には至らない損傷)および切断の有無を調べた。下表2に示すように、比較例に比べて実施例の電池では振動による切れおよび切断箇所は見あたらなかった。従って、比較例の電池より耐振動性が向上したことが判明した。
(Evaluation 3)
In Evaluation 3, vibration resistance was evaluated for 10 nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples and Comparative Examples. The nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples and Comparative Examples were each subjected to a vibration test in a three-dimensional direction at a frequency of 5 to 50 Hz. Each battery was disassembled after the vibration test, and the joined state between the positive and negative current collectors and the positive and negative current collectors, that is, the
本発明は、集電体の湾曲を抑制するとともに、合剤未塗着部の咬み込みによる短絡を防止することができる非水電解液二次電池を提供するものであるため、非水電解液二次電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。 The present invention provides a non-aqueous electrolyte secondary battery that can suppress the curving of the current collector and prevent a short circuit due to biting of the uncoated part of the mixture. Since it contributes to the manufacture and sale of secondary batteries, it has industrial applicability.
1 正極板
1A 合剤塗着部(塗着部)
1B 合剤未塗着部(未塗着部)
4 電極群
5 負極板
5A 合剤塗着部(塗着部)
5B 合剤未塗着部(未塗着部)
8 電池容器
10 開孔
13 テープ(保護材)
20 円柱状非水電解液二次電池(非水電解液二次電池)
1
1B Mixture uncoated part (uncoated part)
4
5B mixture uncoated part (uncoated part)
8
13 tapes (protective material)
20 Cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery (non-aqueous electrolyte secondary battery)
Claims (6)
前記電極群を浸潤する非水電解液と、
前記電極群および非水電解液を収容する電池容器と、
を備え、
前記正負極板の少なくとも一方の前記未塗着部における前記集電体には、長寸方向に沿う外側縁部を除く部分に複数の開孔が形成されており、前記開孔は、前記集電体の長寸方向と交差する方向のいずれの縁も曲面であるとともに、
前記未塗着部には、前記塗着部側に前記集電体の破断を防止するための保護材が前記開孔を部分的に覆うように前記集電体の長寸方向に亘り貼付されていることを特徴とする非水電解液二次電池。 A positive electrode plate and a negative electrode plate each having a coated portion of the active material mixture on the surface of the current collector and an uncoated portion of the active material mixture on one side along the longitudinal direction of the current collector are separators. An electrode group wound through,
A non-aqueous electrolyte infiltrating the electrode group;
A battery container containing the electrode group and the non-aqueous electrolyte;
With
Wherein the said collector in at least one of the non-application portion of the positive and negative electrode plates, a plurality of apertures is formed at a portion except the outer edge along the elongate direction, said apertures, said current Both edges in the direction intersecting the longitudinal direction of the electric body are curved surfaces,
On the uncoated portion, a protective material for preventing the current collector from being broken is stuck on the coated portion side so as to partially cover the opening. non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized by that.
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