KR101306809B1 - Cylinderical nonaqueous electrolyte primary battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 장기 신뢰성이 우수한 통형 비수전해액 일차 전지를 제공하는 것이다.The present invention provides a cylindrical nonaqueous electrolyte primary battery having excellent long-term reliability.
양극, 리튬 또는 리튬 합금을 함유하는 음극, 세퍼레이터, 및 비수전해액을 통형의 외장캔과 상기 외장캔의 개구부를 밀봉하기 위한 전지덮개로 형성된 공간 내에 가지는 통형의 비수전해액 일차 전지에 있어서, 적어도 상기 전지덮개 내면의 금속노출부 중 음극의 전위를 가지는 부분에 절연피막 또는 리튬이온을 흡장 가능한 피막을 가지는 것을 특징으로 하는 통형 비수전해액 일차 전지이다.A cylindrical nonaqueous electrolyte primary battery having a positive electrode, a negative electrode containing lithium or a lithium alloy, a separator, and a nonaqueous electrolyte in a space formed by a cylindrical outer can and a battery cover for sealing an opening of the outer can. A cylindrical non-aqueous electrolyte primary battery, characterized by having an insulating film or a film that can occlude lithium ions in a portion of the metal exposed portion of the inner surface of the lid having a potential of the negative electrode.
Description
도 1은 본 발명의 통형 비수전해액 일차 전지의 일례를 나타내는 종단측면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a longitudinal side view which shows an example of the cylindrical nonaqueous electrolyte primary battery of this invention.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명[Description of Drawings]
1 : 통형 비수전해액 일차 전지 2 : 외장캔1: cylindrical non-aqueous electrolyte primary battery 2: outer can
3 : 권회(卷回)구조의 전극체 4 : 띠형상 양극3: wound electrode structure 4: strip-shaped anode
5 : 띠형상 음극 6 : 세퍼레이터5: strip-shaped cathode 6: separator
7 : 전지덮개 8 : 덮개판7: battery cover 8: cover plate
9 : 절연패킹 10 : 단자체9: Insulation packing 10: Terminal body
17 : 절연피막 또는 리튬이온을 흡장 가능한 피막17: Insulation film or the film which can occlude lithium ion
본 발명은 통형 비수전해액 일차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 장기 신뢰성이 우수한 통형 비수전해액 일차 전지에 관한 것이다. 또한, 본 발명에는 원통형인 것 이외의 통형(예를 들면, 각진 통형)도 포함되나, 본 명세서에서는 본 발 명의 전지의 대표적인 형태인 원통형을 중심으로 설명한다.The present invention relates to a cylindrical nonaqueous electrolyte primary battery, and more particularly, to a cylindrical nonaqueous electrolyte primary battery having excellent long-term reliability. In addition, the present invention also includes a tubular shape (eg, an angular tubular shape) other than the cylindrical one, but the description will be mainly focused on the cylindrical shape which is a typical form of the battery of the present invention.
일반적으로, 통형 비수전해액 일차 전지는 리튬 등을 활성물질로 하는 음극과 양극을 세퍼레이터를 사이에 두고 적층하거나, 다시 이것을 권회하거나 하여 형성된 전극체를 외장캔에 삽입하고, 전지덮개에 의하여 외장캔의 개구부를 밀봉함으로써 구성되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1).In general, a cylindrical non-aqueous electrolyte primary battery has an electrode body formed by stacking a negative electrode and a positive electrode including lithium as an active material between separators, or winding it again, and inserting an electrode body into an outer can, and a battery cover is used to It is comprised by sealing an opening part (for example, patent document 1).
이 종류의 전지는 음극 활성물질에 리튬 등을 사용하고 있기 때문에, 예를 들면 알칼리 전해액을 가지는 전지에 비하여 높은 에너지 밀도이고, 또한 장기간의 사용에 적용할 수도 있어, 여러 용도에 사용되고 있다.Since this type of battery uses lithium or the like for the negative electrode active material, it has a higher energy density than the battery having, for example, an alkaline electrolyte solution, and can be applied to long-term use, and thus is used in various applications.
이러한 통형 비수전해액 일차 전지의 용도의 하나로 메모리 백업용 전원 용도가 있다. 이는 메모리 백업기능을 가지는 기기에 있어서, 그 주된 구동전원이 아니라 메모리 백업만의 전원으로서 통형 비수전해액 일차 전지를 적용하는 것이다.One of the applications of the cylindrical nonaqueous electrolyte primary battery is the use of a power supply for memory backup. In a device having a memory backup function, a cylindrical non-aqueous electrolyte primary battery is applied as a power source for memory backup only, not a main driving power source.
[특허문헌 1][Patent Document 1]
일본국 특개평3-122970호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-122970
그런데, 상기와 같은 메모리 백업기능을 가지는 기기에 있어서 메모리 백업용 전원에 통형 비수전해액 일차 전지를 사용한 경우에는, 상기 기기의 구동전원으로부터의 누설전류 등에 의하여 통형 비수전해액 일차 전지가 충전되어 버리는 일이 있다. 그리고, 메모리 백업용 전원으로서의 사용이 장기에 걸친 경우, 상기 충전에 의하여 통형 비수전해액 일차 전지의 전압 저하가 생기는 경우가 있는 것이 본 발명자들의 검토에 의하여 분명해졌다.By the way, when a cylindrical nonaqueous electrolyte primary battery is used as a memory backup power supply in a device having the memory backup function as described above, the cylindrical nonaqueous electrolyte primary battery may be charged by a leakage current from the driving power supply of the device. . And when it used for a long time as a memory backup power supply, it became clear by the present inventors that the said voltage may generate | occur | produce the voltage of a cylindrical non-aqueous electrolyte primary battery by the said charge.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 장기 신뢰성이 우수한 통형 비수전해액 일차 전지를 제공하는 것에 있다.This invention is made | formed in view of the said situation, and the objective is to provide the cylindrical nonaqueous electrolyte primary battery excellent in long-term reliability.
상기 목적을 달성하여 얻은 본 발명의 통형 비수전해액 일차 전지는 양극, 리튬 또는 리튬 합금을 함유하는 음극, 세퍼레이터, 및 비수전해액을 통형의 외장캔과 상기 외장캔의 개구부를 밀봉하기 위한 전지덮개로 형성된 공간 내에 가지고 있고, 적어도 상기 전지덮개 내면의 금속노출부 중 음극의 전위를 가지는 부분에 절연피막 또는 리튬이온을 흡장 가능한 피막을 가지는 것을 특징으로 하는 것이다.The cylindrical non-aqueous electrolyte primary battery of the present invention obtained by achieving the above object is formed of a positive electrode, a negative electrode containing lithium or a lithium alloy, a separator, and a non-aqueous electrolyte with a cylindrical outer can and a battery cover for sealing the opening of the outer can. It has a space and has a film which can occlude an insulation film or lithium ion in the part which has the potential of a negative electrode among the metal exposure parts of the inner surface of said battery cover.
본 발명자들은 통형 비수전해액 일차 전지에 있어서, 예를 들면 메모리 백업 용도 등에 장기간 적용한 경우에 생기는 전압 저하의 메카니즘에 대하여 검토한 결과, 전지가 충전됨으로써 주로 전지덮개 내면의 금속노출부 중 음극의 전위를 가지는 부분에서 리튬이 석출하고, 이것이 전지덮개의 양극의 전위를 가지는 부분에 접촉함으로써 미단락이 생겨, 전지의 전압저하를 일으키고 있는 것을 찾아내였다.The inventors of the present invention have studied the mechanism of voltage drop in a cylindrical nonaqueous electrolyte primary battery, for example, when the battery is used for a long time in memory backup applications. As a result of charging the battery, the potential of the negative electrode in the metal exposed portion of the inner surface of the battery cover is mainly determined. Lithium precipitated in the branch portion, and it was found that a short circuit occurred by contacting the portion having the potential of the positive electrode of the battery cover, causing a voltage drop in the battery.
따라서, 본 발명에서는 상기 미단락의 원인이 되고 있는 리튬이 석출할 수 있는 부분, 즉 전지덮개 내면의 금속노출부 중 음극의 전위를 가지는 부분에 절연피막 또는 리튬이온을 흡장 가능한 피막을 설치하였다. 상기 절연피막을 설치함으로써 상기 부분에서는 도전성이 손실되었다. 또, 상기 리튬이온을 흡장 가능한 피막을 설치함으로써, 상기 부분에서는 리튬 석출의 근원이 되는 리튬이온이 흡장된다. 이에 의하여, 전지가 충전된 경우에도 비수전해액 중에 용해되어 있는 리튬이온의 상기 부분에서의 석출을 방지할 수 있으므로, 상기 미단락에 의한 전압저하의 발생을 억제하여, 전지의 장기 신뢰성의 향상을 가능하게 하였다.Therefore, in the present invention, an insulating film or a film that can occlude lithium ions is provided in a portion where lithium which is the cause of the short circuit can be deposited, that is, a portion of the metal exposed portion of the inner surface of the battery cover having the potential of the negative electrode. By providing the insulating film, conductivity was lost in the portion. Moreover, by providing the film which can occlude the said lithium ion, the lithium ion which becomes a source of lithium precipitation is occluded in the said part. As a result, even when the battery is charged, precipitation of the lithium ions dissolved in the nonaqueous electrolyte can be prevented, thereby suppressing occurrence of voltage drop due to the short circuit and improving the long-term reliability of the battery. It was made.
도 1에 본 발명의 전지의 일 실시형태를 표시하는 종단측면도를 나타낸다. 도 1에 나타내는 통형 비수전해액 전지(1)는 위쪽 개구부를 가지는 바닥이 있는 원통형상의 외장캔(2)과, 외장캔(2) 내에 장전된 띠형상 양극(4)과 띠형상 음극(5)을 세퍼레이터(6)를 사이에 두고 권회하여 이루어지는 전극 권회체(3)와, 비수전해액(이하, 단지 「전해액」이라고 하는 경우가 있다)과, 외장캔(2)의 위쪽 개구부를 밀봉하는 봉구(封口)구조를 가지고 있다. 바꾸어 말하면, 도 1의 비수전해액 일차 전지(1)는 외장캔(2)과 외장캔(2)의 위쪽 개구부를 밀봉하는 봉구구조로 둘러싸여지는 공간 내에, 띠형상 양극(4)과 띠형상 음극(5)을 세퍼레이터(6)를 사이에 두고 권회하여 이루어지는 권회구조의 전극체(3)나 전해액이라는 발전요소를 가지는 것이다.The longitudinal side view which shows one Embodiment of the battery of this invention in FIG. The cylindrical nonaqueous electrolyte battery 1 shown in FIG. 1 includes a bottomed cylindrical
또한, 도 1의 전지에 관한 띠형상 양극(4)은 양극 활성물질, 도전조제 및 바인더 등을 함유하는 2개의 양극합제층(20, 21)이 양극 집전체(22)의 양면에 설치된 구조를 가지고 있다. 또, 띠형상 음극(5)은 금속 리튬박(23)이 음극 집전체(24)의 한쪽 면에 맞붙여진 구조를 가지고 있다. 상기 외장캔(2)은 철이나 스테인레스강 등을 소재로 하고 있다.In addition, the strip-shaped positive electrode 4 of the battery of FIG. 1 has a structure in which two positive
봉구구조는 외장캔(2)의 위쪽 개구부의 내주 가장자리에 고정된 전지덮개(7)에 의하여 구성되어 있다. 전지덮개(7)는 금속(철, 스테인레스강 등)제의 덮개판(8)과, 덮개판(8)의 중앙부에 뚫린 개구에 폴리프로필렌 등을 소재로 하는 절연패킹(9)을 사이에 두고 장착된 금속(철, 스테인레스강 등)제의 단자체(10)를 가지 고 있다. 그리고, 전지덮개(7)의 덮개판(8)의 하부에는 절연판(11)이 배치되어 있다. 절연판(11)은 원반형상의 베이스부(12)의 둘레 가장자리에 고리형상의 측벽(13)을 세워서 설치한 윗방향으로 개구하는 둥근 접시형상으로 형성되어 있고, 베이스부(12)의 중앙에는 가스통구(14)가 뚫어져 있다. 전지덮개(7)의 덮개판(8)은 측벽(13)의 상단부에 받아들여진 상태에서 외장캔(2)의 위쪽 개구부의 내주 가장자리에 레이저 용접으로 고정하거나, 또는 패킹을 거친 클림프 시일로 고정되어 있다. 전지내압이 급격하게 상승하였을 때의 대책으로서, 덮개판(8) 또는 외장캔(2)의 캔 바닥(2a)에는 박육부(薄肉部)(벤트)를 설치할 수 있다. 양극(4)과 단자체(10)의 하면은 양극 리드체(15)로 접속되어 있다. 또, 음극(5)에 설치된 음극 리드체(16)는 외장캔(2)의 상부 내면에 용접되어 있다.The sealing structure is constituted by the battery cover 7 fixed to the inner circumferential edge of the upper opening of the
즉, 도 1에 나타내는 전지에서는 음극(5)에 설치된 음극 리드체(16)가 용접되어 있는 외장캔(2)이 음극의 전위를 가지고 있고, 또한 외장캔(2)에 용접되어 있는 전지덮개(7) 내면의 금속노출부 중 덮개판(8)도 음극의 전위를 가지고 있다. 한편, 전지덮개(7) 내면의 금속노출부 중 양극(4)에 설치된 양극 리드체(15)와 접속되어 있는 단자체(10)가 양극의 전위를 가지고 있다.That is, in the battery shown in FIG. 1, the
통형 비수전해액 일차 전지가 장기에 걸쳐 사용되고, 그 사이에 충전되어 버리면, 전해액 중에 용해되어 있는 리튬이온이 전지덮개(7) 내면의 금속노출부 중 음극의 전위를 가지고 있는 덮개판(8)의 표면에 리튬으로서 석출하고, 이 리튬이 전지덮개 내면의 금속노출부 중 양극의 전위를 가지고 있는 단자체(10)의 표면과 접촉하면, 미단락이 생겨 전지의 전압저하가 일어난다. 도 1에 나타내는 전지에서 는 전지덮개(7) 내면의 금속노출부 중 음극의 전위를 가지고 있는 덮개판(8)의 표면에 절연피막 또는 리튬이온을 흡장 가능한 피막(17)을 설치하여, 덮개판(8)의 표면에서의 리튬의 석출을 방지함으로써 상기 미단락에 의한 전압저하의 발생을 억제하고 있다.When the cylindrical non-aqueous electrolyte primary battery is used for a long period of time and is charged therebetween, the surface of the cover plate 8 in which lithium ions dissolved in the electrolyte have a potential of the negative electrode in the metal exposed portion of the battery cover 7 inner surface. Precipitates as lithium, and when lithium comes into contact with the surface of the terminal body 10 having the potential of the positive electrode among the metal exposed portions on the inner surface of the battery cover, an unshorted circuit occurs, causing a voltage drop of the battery. In the battery shown in Fig. 1, an insulation film or a film 17 capable of absorbing lithium ions is provided on the surface of the cover plate 8 having the potential of the negative electrode among the metal exposed portions on the inner surface of the battery cover 7. By preventing the precipitation of lithium on the surface of (8), occurrence of voltage drop due to the above short circuit is suppressed.
또한, 도 1에서는 권회구조의 전극체(3)를 가지는 형태의 전지를 나타내었으나, 본 발명의 전지에서는 전극체가 양극과 음극을 세퍼레이터를 사이에 두고 적층한 적층구조를 가지는 것이어도 좋다. 또, 권회구조의 전극체를 가지는 전지이어도, 양극이나 음극의 구조는 도 1에 나타내는 것에 한정되지 않고, 예를 들면 양극은 양극 집전체의 한쪽 면에만 양극합제층을 설치한 것이어도 좋고, 음극은 음극 집전체의 양면에 금속리튬박이나 리튬합금박 등으로 구성되는 음극제층을 가지는 것이어도 상관없다.In addition, although the battery of the form which has the electrode body 3 of a wound structure was shown in FIG. 1, in the battery of this invention, an electrode body may have a laminated structure which laminated | stacked the positive electrode and the negative electrode through the separator. Moreover, even if it is a battery which has an electrode body of a wound structure, the structure of a positive electrode or a negative electrode is not limited to what is shown in FIG. 1, For example, the positive electrode may be what provided the positive electrode mixture layer only in one surface of the positive electrode collector, The silver negative electrode collector may have a negative electrode layer composed of a metal lithium foil, a lithium alloy foil, or the like on both sides of the current collector.
또한, 도 1의 전지에서는 전지덮개(7) 내면의 금속노출부 중 덮개판(8)이 음극의 전위를 가지고 있고, 단자체(10)가 양극의 전위를 가지고 있는 형태를 나타내고 있으나, 본 발명의 전지는 덮개판(8)이 양극의 전위를 가지고, 단자체(10)가 음극의 전위를 가지는 형태인 것이어도 좋고, 이러한 형태의 경우는 단자체(10)의 내면에 절연피막 또는 리튬이온을 흡장 가능한 피막을 설치하면 좋다.In addition, in the battery of FIG. 1, the cover plate 8 has the potential of the negative electrode and the terminal body 10 has the potential of the positive electrode among the metal exposed portions of the inner surface of the battery cover 7. Battery may be in the form where the cover plate 8 has the potential of the positive electrode and the terminal body 10 has the potential of the negative electrode. In such a case, the insulating film or the lithium ion may be formed on the inner surface of the terminal body 10. What is necessary is just to provide the film | membrane which can occlude | disconnect.
또, 도 1에서는 나타내고 있지 않으나, 외장캔 내면의 금속노출부가 음극의 전위를 가지는 전지의 경우에는 외장캔 내면의 금속노출부에도 절연피막 또는 리튬이온을 흡장 가능한 피막을 설치하는 것도 바람직하다. 이와 같은 형태의 전지의 경우에는, 장기간에 걸친 사용시에 충전이 됨으로써 외장캔 내면의 금속노출부에도 리튬이 석출할 염려가 있는데, 이 외장캔 내면의 금속노출부에 절연피막 또는 리튬이온을 흡장 가능한 피막을 설치함으로써 이러한 리튬의 석출을 억제할 수 있으므로, 상기 미단락의 발생을 보다 고도로 방지할 수 있다.Although not shown in Fig. 1, in the case of a battery in which the metal exposed portion of the inner surface of the outer can has the potential of the negative electrode, it is also preferable to provide an insulating film or a film capable of absorbing lithium ions in the metal exposed portion of the outer can. In the case of the battery of this type, lithium may be deposited on the metal exposed portion of the inner surface of the outer can by being charged during prolonged use, and the insulating film or lithium ion may be stored in the metal exposed portion of the inner surface of the outer can. Precipitation of such lithium can be suppressed by providing a coating, whereby the occurrence of the short circuit can be prevented more highly.
본 발명의 전지에 있어서, 상기 절연피막으로서는 절연피막을 설치하는 부분의 도전성을 손실시킬 수 있고, 또한 전해액에 용해되지 않고, 전지특성에 악영향을 미치지 않는 소재로 구성되는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는 폴리불화비닐리덴(PVDF), 고무계 재료[부틸고무, 폴리이소부티렌고무 또는 그 혼합물 등], 물유리(규산나트륨수용액) 등에 의하여 형성된 피막이 바람직하다.In the battery of the present invention, the insulating film is not particularly limited as long as the insulating film is made of a material which can lose the conductivity of the portion on which the insulating film is provided and which is not dissolved in the electrolyte and does not adversely affect the battery characteristics. Specifically, a film formed of polyvinylidene fluoride (PVDF), a rubber material (butyl rubber, polyisobutyrene rubber or a mixture thereof, or the like), water glass (sodium silicate aqueous solution), or the like is preferable.
또, 본 발명의 전지에 있어서, 상기 리튬이온을 흡장 가능한 피막으로서는 리튬이온을 흡장 가능하고 또한 전해액에 용해되지 않고, 전지특성에 악영향을 미치지 않는 소재로 구성되는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는 WO2, MoO2. Fe2O3, TiS2 등의 무기화합물; 그라파이트, 유기물을 소성하여 얻어지는 탄소질재료 등의 탄소질 재료; 등의 재료를 들 수 있다. 이들 재료는 그 결정구조 또는 비정질 구조 중에 리튬이온을 흡장할 수 있다. 또한, 상기 예시의 리튬이온을 흡장 가능한 재료 중에서도 보다 입수가 용이한 점에서 그라파이트나 유기물을 소성하여 얻어지는 탄소질 재료가 특히 바람직하다.In the battery of the present invention, the film that can occlude lithium ions is not particularly limited as long as it is made of a material that can occlude lithium ions and is not dissolved in the electrolyte and does not adversely affect battery characteristics. Specifically WO 2 , MoO 2 . Fe 2 O 3 , TiS 2 Inorganic compounds such as these; Carbonaceous materials such as graphite and carbonaceous materials obtained by firing organic materials; Materials, such as these, are mentioned. These materials can occlude lithium ions in the crystal structure or the amorphous structure. Moreover, the carbonaceous material obtained by baking graphite and an organic substance is especially preferable at the point which is more easily available among the material which can occlude lithium ion of the said example.
리튬이온을 흡장 가능한 피막은 피막 형성능을 가지는 재료를 사용하는 경우에는 그 재료만으로 형성하여도 좋으나, 피막 형성능이 없는 재료를 사용하는 경우에는 바인더를 병용하여 형성하는 것이 바람직하다. 바인더로서는, 예를 들면 폴리 불화비닐리덴(PVDF), 고무계 재료[부틸고무, 폴리이소부티렌고무 또는 그 혼합물 등], 물유리(규산나트륨수용액), 이미드계 재료 등을 사용할 수 있다. 바인더를 병용하여 리튬이온을 흡장 가능한 피막을 형성하는 경우에는 피막 중에 있어서의 리튬이온을 흡장 가능한 재료의 비율을, 예를 들면 5 내지 70 질량%로 하는 것이 바람직하다.The film that can occlude lithium ions may be formed of only that material when using a material having a film forming ability. However, when a material having no film forming ability is used, a coating is preferably used in combination. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), rubber-based materials (butyl rubber, polyisobutyrene rubber or mixture thereof), water glass (sodium silicate aqueous solution), imide-based materials and the like can be used. When using a binder together and forming the film which can occlude lithium ion, it is preferable to make the ratio of the material which can occlude lithium ion in a film into 5 to 70 mass%, for example.
절연피막 또는 리튬이온을 흡장 가능한 피막을 가지는 전지덮개나 외장캔의 제작에 있어서는, 전지덮개 또는 외장캔을 구성하기 위한 재료(강판 등의 금속판 등)에 대하여 전지덮개나 외장캔의 형상으로 가공하기 전에 미리 절연피막을 형성하여 두는 것이 바람직하다. 이와 같은 형성방법을 채용함으로써 피막형성이 보다 용이해지기 때문이다. 구체적으로는 한쪽 면에 절연피막 또는 리튬이온을 흡장 가능한 피막을 형성하여 둔 강판 등의 금속판을 사용하여 절연피막 또는 리튬이온을 흡장 가능한 피막의 형성면이 전지 내측이 되도록 전지덮개나 외장캔을 제작하면 좋다.In manufacturing a battery cover or an outer can having an insulating film or a film that can occlude lithium ions, processing the battery cover or an outer can into the shape of the battery cover or the outer can with respect to a material (metal plate such as steel sheet, etc.) constituting the battery cover or the outer can. It is preferable to form an insulating film beforehand. This is because the film formation becomes easier by adopting such a formation method. Specifically, a battery cover or an outer can is manufactured so that the forming surface of the insulating film or the lithium ion-containing film is inside the battery using a metal plate such as a steel plate having an insulating film or a lithium-ion-containing film formed on one surface thereof. Do it.
전지덮개나 외장캔, 또는 이들 재료가 되는 금속판에 절연피막 또는 리튬이온을 흡장 가능한 피막을 형성하는 방법에 대해서도 특별히 한정은 없고, 예를 들면 PVDF나 상기 고무계 재료로 절연피막 또는 리튬이온을 흡장 가능한 피막을 형성하는 경우에는, 이들의 유기용매용액을 절연피막 형성 예정 부분에 도포하고, 건조하여 용매를 제거하는 방법을, 또 물유리로 절연피막 또는 리튬이온을 흡장 가능한 피막을 형성하는 경우에는, 물유리를 절연피막 또는 리튬이온을 흡장 가능한 피막 형성 예정 부분에 도포하고, 건조하여 물을 제거하는 방법을 채용할 수 있다. 또 한, PVDF의 유기용매용액에 사용하는 유기용매로서는, 예를 들면 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 등이 적합하고, 또 상기 고무계 재료의 유기용매용액에 사용하는 유기용매로서는, 예를 들면 톨루엔 등이 적합하다. 그 외 리튬이온을 흡장 가능한 재료로서 탄소질 재료를 사용하는 경우에는 도전성 페이스트로서 시판되고 있는 공지의 카본 페이스트를 사용하여 피막을 형성하여도 좋다.There is no particular limitation on the method of forming an insulating film or a lithium ion-containing film on a battery cover, an outer can, or a metal plate made of these materials. For example, the insulating film or lithium ion may be occluded with PVDF or the rubber-based material. In the case of forming a film, a method in which these organic solvent solutions are applied to an insulating film forming scheduled portion, dried to remove a solvent, and water glass is used to form an insulating film or a film that can occlude lithium ions. May be applied to an insulating film or a film forming scheduled portion capable of storing lithium ions, and dried to remove water. Moreover, as an organic solvent used for the organic solvent solution of PVDF, N-methyl- 2-pyrrolidone (NMP) etc. are suitable, for example, As an organic solvent used for the organic solvent solution of the said rubber type material, For example, toluene and the like are suitable. In addition, when using a carbonaceous material as a material which can occlude lithium ion, you may form a film using the well-known carbon paste marketed as an electrically conductive paste.
절연피막의 두께에 대해서는 리튬 덴드라이트의 석출을 억제할 수 있으면 특별히 제한은 없으나, 예를 들면 3 내지 100 ㎛인 것이 바람직하다. 절연피막이 너무 얇으면 리튬 덴드라이트 석출의 억제작용이 작아지는 일이 있고, 너무 두꺼우면 절연피막에 의한 전지 내 점유체적이 커져 다른 구성요소(전지나 전해액 등)를 수용할 수 있는 체적이 작아지는 일이 있고, 또 절연피막을 형성하기 어려워진다.The thickness of the insulating film is not particularly limited as long as the deposition of lithium dendrites can be suppressed, but is preferably 3 to 100 µm. If the insulating film is too thin, the suppression effect of lithium dendrite deposition may be reduced. If the insulating film is too thick, the volume of the battery occupied by the insulating film is increased, and the volume to accommodate other components (battery or electrolyte, etc.) may be reduced. In addition, it becomes difficult to form an insulating film.
리튬이온을 흡장 가능한 피막의 두께에 대해서는 리튬의 석출을 억제할 수 있으면 특별히 제한은 없으나, 예를 들면 5 내지 100 ㎛인 것이 바람직하다. 리튬이온을 흡장 가능한 피막이 너무 얇으면 리튬 석출의 억제작용이 작아지는 일이 있고, 너무 두꺼우면 리튬이온을 흡장 가능한 피막에 의한 전지 내 점유체적이 커지고, 다른 구성요소(전극이나 전해액 등)를 수용할 수 있는 체적이 작아지는 일이 있고, 또 리튬이온을 흡장 가능한 피막을 형성하기 어려워진다.There is no restriction | limiting in particular about the thickness of the film which can occlude lithium ion, if lithium can be suppressed, but it is preferable that it is 5-100 micrometers, for example. If the film that can occlude lithium ions is too thin, the inhibitory effect of lithium deposition may be reduced. If too thick, the occupied volume of the battery due to the film that can occlude lithium ions increases and accommodates other components (such as electrodes and electrolytes). The volume which can be made may become small, and it becomes difficult to form the film which can occlude lithium ion.
본 발명의 통형 비수전해액 일차 전지에서는 상기 절연피막 또는 리튬이온을 흡장 가능한 피막을 가지는 것 외는 그 구성요소에 대해서 특별히 한정은 없고, 종래 공지의 각종 구성요소를 채용할 수 있다.In the cylindrical non-aqueous electrolyte primary battery of the present invention, there is no particular limitation on the components except for the insulating film or the film that can occlude lithium ions, and various conventionally known components can be employed.
양극으로서는, 예를 들면 양극 활성물질, 도전조제 및 바인더 등을 배합하여 이루어지는 양극합제로 구성되는 양극합제층을 양극 집전체의 한쪽 면 또는 양면에 형성한 구조인 것을 들 수 있다.Examples of the positive electrode include a structure in which a positive electrode mixture layer composed of a positive electrode mixture comprising a positive electrode active material, a conductive aid, a binder, and the like is formed on one or both surfaces of a positive electrode current collector.
양극 활성물질로서는, 예를 들면 이산화망간, 불화카본, 리튬코발트 복합 산화물, 스피넬형 리튬망간 복합 산화물 등을 들 수 있다. 또, 도전조제로서는, 예를 들면 흑연, 카본블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙 등을 들 수 있고, 이것을 1종 단독으로 사용하는 외 2종 이상을 혼합하여 사용하여도 좋다. 바인더로서는 PVDF, 고무계 재료(상기 절연피막을 형성하기 위한 고무계 재료로서 예시한 것 등) 등을 사용할 수 있다. 또한, PVDF의 경우 디스퍼전(dispersion) 타입인 것도 좋고, 분말형상인 것도 좋으나, 디스퍼전 타입인 것이 특히 적합하다.Examples of the positive electrode active material include manganese dioxide, carbon fluoride, lithium cobalt composite oxide, spinel type lithium manganese composite oxide, and the like. Moreover, as a conductive support agent, graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, etc. are mentioned, for example, You may mix and
양극합제층으로서는, 예를 들면 양극 활성물질에 도전조제나 바인더를 배합하고, 필요에 따라 물 등을 첨가하여 이루어지는 양극합제(슬러리)를 롤 등을 사용하여 압연하는 등 하여 예비 시트화하고, 이것을 건조·분쇄한 것을 다시 롤 압연 등 하여 층형상(시트형상)으로 성형한 것을 사용할 수 있다. 양극합제층의 두께로서는, 예를 들면 0.5 내지 1.0 mm 인 것이 바람직하다.As the positive electrode mixture layer, for example, a positive electrode active material is mixed with a conductive aid and a binder, and a positive electrode mixture (slurry) formed by adding water or the like, if necessary, is preliminarily formed by rolling using a roll or the like. What dried and pulverized what was shape | molded in layer form (sheet form) by roll rolling etc. can be used. As thickness of a positive mix layer, it is preferable that it is 0.5-1.0 mm, for example.
양극에 사용하는 집전체로서는, 예를 들면 SUS316, SUS430, SUS444 등의 스테인레스강을 소재로 하는 것을 들 수 있고, 그 형태로서는 평직금망, 엑스팬드 메탈, 라스망, 펀칭메탈, 박(판) 등을 예시할 수 있다. 집전체의 두께로서는 예를 들면 0.1 내지 0.4 mm인 것이 바람직하다.Examples of the current collector used for the positive electrode include those made of stainless steel such as SUS316, SUS430, and SUS444, and examples thereof include plain weave gold mesh, expanded metal, lath mesh, punching metal, foil (plate), and the like. Can be illustrated. As thickness of an electrical power collector, it is preferable that it is 0.1-0.4 mm, for example.
또한, 양극 집전체의 표면에는 페이스트형상의 도전재를 도포하여 두는 것이 바람직하다. 양극 집전체로서 입체구조를 가지는 그물형상인 것을 사용한 경우도, 금속박이나 펀칭메탈 등의 본질적으로 평판으로 이루어지는 재료를 사용한 경우와 마찬가지로 도전재의 도포에 의하여 집전효과의 현저한 개선이 인정된다. 이는 그물형상의 집전체의 금속부분이 양극합제층과 직접적으로 접촉하는 경로 뿐 아니라, 그물코 내에 충전된 도전재를 거친 경로가 유효하게 이용되고 있는 것에 의한 것으로 추정된다.In addition, it is preferable to apply a paste-like conductive material to the surface of the positive electrode current collector. Even when a net-like thing having a three-dimensional structure is used as the positive electrode current collector, remarkable improvement in current collector effect is recognized by application of a conductive material as in the case of using a material consisting essentially of a flat plate such as metal foil or punching metal. This is presumably due to the fact that not only the path where the metal part of the mesh current collector is in direct contact with the positive electrode mixture layer, but also the path through the conductive material filled in the mesh is effectively used.
도전재로서는, 예를 들면 은 페이스트나 카본 페이스트 등을 사용할 수 있다. 특히, 카본 페이스트는 은 페이스트에 비하여 재료비가 싸고, 게다가 은 페이스트와 대략 동등한 접촉효과가 얻어지기 때문에, 비수전해액 전지의 제조비용의 저감화를 도모하는 데 적합하다. 도전재의 바인더로서는 물유리나 이미드계의 바인더 등의 내열성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 양극합제층 중의 수분을 제거할 때에 200℃를 초과하는 고온에서 건조 처리하기 때문이다.As a conductive material, silver paste, carbon paste, etc. can be used, for example. In particular, since the carbon paste has a lower material cost than the silver paste and a substantially equivalent contact effect with the silver paste, the carbon paste is suitable for reducing the manufacturing cost of the nonaqueous electrolyte battery. As a binder of a electrically conductive material, it is preferable to use heat resistant materials, such as water glass and an imide binder. This is because the drying treatment is performed at a high temperature exceeding 200 ° C. when removing the moisture in the positive electrode mixture layer.
음극으로서는, 예를 들면 음극 활성물질인 리튬 또는 리튬합금(리튬-알루미늄 합금 등)으로 구성되는 음극제층과 음극 집전체인 금속박으로 구성된 것을 들 수 있다. 음극제층은, 예를 들면 리튬(금속리튬)박, 리튬합금박 등을 사용할 수 있다. 음극제층으로 하기 위한 리튬박이나 리튬합금박의 두께로서는, 예를 들면 0.15 내지 0.4 mm인 것이 바람직하다.As a negative electrode, the thing comprised by the negative electrode layer which consists of lithium or lithium alloy (lithium-aluminum alloy etc.) which are negative electrode active materials, and the metal foil which is a negative electrode electrical power collector is mentioned, for example. As the negative electrode layer, for example, lithium (metal lithium) foil, lithium alloy foil, or the like can be used. As thickness of the lithium foil and lithium alloy foil for using as a negative electrode layer, it is preferable that it is 0.15-0.4 mm, for example.
음극 집전체의 소재로서는 구리, 니켈, 철, 스테인레스 등을 들 수 있다. 음극 집전체의 두께분만큼 외장캔의 내부 체적이 감소하기 때문에, 음극 집전체의 두께 치수는 가급적으로 작은 것이 바람직하고, 구체적으로는 예를 들면 0.1 mm 이하로 하는 것이 추천된다. 즉, 음극 집전체가 너무 두꺼우면 음극 활성물질인 리튬박 이나 리튬합금박 등을 둘러싸는 양을 적게 할 수 밖에 없어 전지용량의 저하를 초래할 염려가 있다. 또, 음극 집전체가 너무 얇으면 깨지기 쉬워지므로, 음극 집전체의 두께는 0.005 mm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 음극 집전체는 그 폭이 리튬박이나 리튬합금박의 폭과 동일하거나 그보다 넓은 것이 바람직하고, 또 그 면적이 한쪽 면에 배치되는 리튬박 또는 리튬합금박의 면적의 100 내지 130%인 것이 바람직하다. 음극 집전체의 면적을 상기와 같이 함으로써, 음극 집전체의 폭이 리튬박 또는 리튬합금박의 폭과 동일하거나 또는 넓고, 길이가 길어지기 때문에, 음극 집전체의 주위를 따라 리튬박 또는 리튬합금박이 끊어져 전기적 접속이 차단되는 것을 방지할 수 있다.Copper, nickel, iron, stainless, etc. are mentioned as a raw material of a negative electrode electrical power collector. Since the internal volume of the outer can can be reduced by the thickness of the negative electrode current collector, it is preferable that the thickness of the negative electrode current collector is as small as possible, specifically, it is recommended to be 0.1 mm or less, for example. In other words, if the negative electrode current collector is too thick, the amount surrounding the lithium foil or the lithium alloy foil, which is the negative electrode active material, may be reduced, leading to a decrease in battery capacity. In addition, if the negative electrode current collector is too thin, it is easily broken, so the thickness of the negative electrode current collector is preferably 0.005 mm or more. In addition, it is preferable that the width of the negative electrode current collector is equal to or wider than that of the lithium foil or the lithium alloy foil, and the area is 100 to 130% of the area of the lithium foil or the lithium alloy foil disposed on one side. desirable. By making the area of the negative electrode current collector as described above, the width of the negative electrode current collector is equal to or wider than that of the lithium foil or the lithium alloy foil, and the length becomes longer, so that the lithium foil or the lithium alloy foil is formed around the negative electrode current collector. It is possible to prevent the electrical connection from being cut off by breaking.
세퍼레이터로서는 종래 공지의 비수전해액 일차 전지에 채용되고 있는 미공성 필름제의 세퍼레이터나 부직포제의 세퍼레이터를 적용할 수 있다.As the separator, a separator made of a microporous film and a separator made of a nonwoven fabric which are conventionally used in a known nonaqueous electrolyte primary battery can be used.
세퍼레이터가 되는 미공성 필름을 구성하는 수지로서는, 예를 들면 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀; 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부티렌테레프탈레이트(PBT) 등의 폴리에스테르; 폴리페닐렌술피드(PPS); 등을 들 수 있다. 이와 같은 미공성 필름의 시판품으로서는, 예를 들면 아사히 가세이 가부시키가이샤제「하이포아」(상품명), 토넨 가가쿠사제「세티라」(상품명) 등을 들 수 있다.As resin which comprises the microporous film used as a separator, For example, Polyolefin, such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); Polyesters such as polyethylene terephthalate (PET) and polybutyrene terephthalate (PBT); Polyphenylene sulfide (PPS); And the like. As a commercial item of such a microporous film, "Hypoa" (brand name) by Asahi Kasei Co., Ltd. (brand name), "Setira" (trade name) by Tonen Kagaku Co., Ltd. are mentioned, for example.
또, 세퍼레이터가 되는 부직포로서는, 예를 들면 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀; 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부티렌테레프탈레이트(PBT) 등의 폴리에스테르; 폴리페닐렌술피드(PPS); 등을 소재로 하고, 공지의 각종 제법으로 제조된 것을 사용할 수 있다Moreover, as a nonwoven fabric used as a separator, For example, Polyolefin, such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); Polyesters such as polyethylene terephthalate (PET) and polybutyrene terephthalate (PBT); Polyphenylene sulfide (PPS); It is possible to use, for example, materials manufactured by various known manufacturing methods.
또한, 상기 미공성 필름과 상기 부직포를 적층한 구조의 세퍼레이터를 사용하여도 좋다.Moreover, you may use the separator of the structure which laminated | stacked the said microporous film and the said nonwoven fabric.
세퍼레이터의 두께는, 예를 들면 15 내지 50 ㎛인 것이 바람직하다.It is preferable that the thickness of a separator is 15-50 micrometers, for example.
전지를 구성함에 있어서는, 예를 들면 양극과 음극을 세퍼레이터를 사이에 두고 적층하여 적층구조의 전극체로 하거나, 띠형상 양극과 띠형상 음극을 세퍼레이터를 개재시킨 상태에서 권회하여 권회구조의 전극체로서 사용하는 것이 바람직하다.In constructing a battery, for example, a positive electrode and a negative electrode are laminated with a separator interposed therebetween to form a laminated electrode body, or a band-shaped positive electrode and a band-shaped negative electrode are wound in a state where a separator is interposed and used as an electrode body of a wound structure. It is desirable to.
전해액으로서는 유기용매 등의 비수계 용매에 전해질로서 LiPF6, LiClO4, LiCF3SO3 등을 용해하여 조제한 것을 들 수 있다. 그 용매로서는 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트 등의 고리형상 에스테르에 디메톡시에탄 등의 사슬형상 에테르, 디메틸카보네이트 등의 사슬형상 에스테르를 혼합한 것을 예시할 수 있다. 전해액 중의 전해질의 농도로서는 0.3 내지 1.5 mol/l이 바람직하다.Examples of the electrolyte include those prepared by dissolving LiPF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , or the like as an electrolyte in a non-aqueous solvent such as an organic solvent. As this solvent, what mixed cyclic ester, such as ethylene carbonate and a propylene carbonate, with chain ester, such as chain ether, such as dimethoxyethane, and dimethyl carbonate, can be illustrated. As concentration of electrolyte in electrolyte solution, 0.3-1.5 mol / l is preferable.
본 발명의 통형 비수전해액 일차 전지는 장기간에 걸쳐 사용되고, 그 사이에 충전되어 버리는 용도에 사용하여도 전압저하의 발생이 억제되어 있고, 장기 신뢰성이 우수하다. 따라서, 본 발명의 전지는 이와 같은 특성을 활용하여 메모리 백업용 전원 용도 등의 각종 용도에 적합하게 사용할 수 있다.The cylindrical non-aqueous electrolyte primary battery of the present invention is used for a long time, and even when used for applications that are charged therebetween, occurrence of voltage drop is suppressed, and excellent long-term reliability. Therefore, the battery of the present invention can be suitably used for various applications such as a power supply for memory backup by utilizing such characteristics.
[실시예][Example]
이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 제한하는 것이 아니고, 상기 및 뒤에서 설명하는 취지를 일탈하지 않는 범위에서 변경 실시를 하는 것은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 이 실시예에 있어서는 비수전해액 일차 전지로서 외경 : 17 mm, 높이 : 45 mm의 원통형 비수전해액 일차 전지를 예로 설명한다. 또한, 본 실시예에서 사용하는 「%」는 특별히 양해를 구하지 않는 한 질량기준(질량%)이다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail based on an Example. However, the following Examples do not limit the present invention, and all modifications are made within the technical scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention. In this embodiment, a cylindrical nonaqueous electrolyte primary battery having an outer diameter of 17 mm and a height of 45 mm will be described as an example of the nonaqueous electrolyte primary battery. In addition, "%" used by a present Example is a mass reference | standard (mass%) unless there is particular understanding.
실시예 1Example 1
실시예 1의 비수전해액 일차 전지에 대하여 [양극의 제작], [음극의 제작], [전극권회체의 제작], [전지조립], [후처리(예비 방전, 에이징)]의 순서로 설명한다.The nonaqueous electrolyte primary battery of Example 1 will be described in the order of [production of positive electrode], [production of negative electrode], [production of electrode winding body], [cell assembly], and [post-processing (preliminary discharge, aging)]. .
[양극의 제작][Production of anode]
먼저, 이하의 순서로 양극합제(질량비로, 고형분:수분 = 100:30인 것)를 조제하였다. 카본블랙 : 3%와 이산화망간(도소사제) : 92%를 플라네터리 믹서를 사용하여 건식으로 5분간 혼합한 후, 물을 고형분의 20%(질량비)가 되도록 첨가하여 5분간 혼합하였다. PVDF 디스퍼전(다이킨 고교사제「D-1」)을 고형분이 양극합제의 고형분으로 5%에 해당하는 양만큼 준비하고, 이것을 남은 물로 희석하여, 상기 혼합물에 첨가하고, 5분간 혼합하여 양극합제를 얻었다.First, a positive electrode mixture (solid content: water = 100: 30 in mass ratio) was prepared in the following procedures. Carbon black: 3% and manganese dioxide (manufactured by Tosoh Corporation): 92% were mixed by dryness using a planetary mixer for 5 minutes, and water was added so as to be 20% (mass ratio) of solids and mixed for 5 minutes. Prepare PVDF dispersion ("D-1" manufactured by Daikin Industries Co., Ltd.) in an amount corresponding to 5% of the solid content of the solid mixture of the positive electrode mixture, dilute it with the remaining water, add it to the mixture, and mix for 5 minutes to mix the positive electrode mixture. Got.
상기 양극합제를 직경 : 250 mm의 2개 롤을 사용하여 롤 온도를 125±5℃로 조정하고, 프레스압 : 7톤/㎝, 롤 간격 : 0.4 mm, 회전속도 : 10 rpm의 조건에서 롤 압연하여 시트화하였다. 롤을 통과한 양극합제(예비 시트)를 105±5℃에서 남은 수분이 2% 이하가 될 때까지 전조하였다. 다음에, 건조 후의 예비시트를 분쇄기를 사용하여 분쇄하였다. 이 때, 상기 예비 시트가 원래의 겉보기 체적의 2배 이상이 될 때까지 분쇄하였다. 분쇄 후의 입자지름은 대부분이 1 mm 이하이고, 바인더로서 첨가한 PVDF도 1 mm 이하의 길이의 섬유형상으로 절단되어 있었다. 분쇄 후의 재료에 대하여 다시 롤에 의한 시트화를 행하였다. 롤의 간격은 0.6±0.05 mm으로 조정하고, 롤 온도 : 125±10℃, 프레스압 : 7 톤/㎝, 회전속도 : 10 rpm의 조건에서 시트화하여 양극합제층으로 하기 위한 양극합제 시트를 얻었다. 얻어진 양극합제 시트는 두께가 1.0 mm이고, 외장캔 내경의 5.9%에 상당한다. 또, 양극합제 시트의 밀도는 2.5 g/㎤ 이고, 상기 수법에 의하여 구한 공극율은 42%이었다. 이 양극합제 시트를 재단하여 폭 : 37 mm, 길이 : 51 mm의 내주용 양극합제 시트와, 폭 : 37 mm, 길이 62 mm의 외주용 양극합제 시트를 얻었다.The cathode mixture was adjusted to a roll temperature of 125 ± 5 ° C. using two rolls having a diameter of 250 mm, roll pressure under conditions of a press pressure of 7 tons / cm, a roll interval of 0.4 mm, and a rotational speed of 10 rpm. To form a sheet. The positive electrode mixture (preliminary sheet) that passed through the roll was rolled at 105 ± 5 ° C until the remaining water became 2% or less. Next, the preliminary sheet after drying was pulverized using a grinder. At this time, the preliminary sheet was pulverized until it became at least twice the original apparent volume. Most of the particle diameter after grinding | pulverization was 1 mm or less, and PVDF added as a binder was also cut | disconnected to the fiber shape of length 1 mm or less. The material after grinding | pulverization was made into the sheet | seat by the roll again. The space | interval of rolls was adjusted to 0.6 +/- 0.05 mm, it sheeted on the conditions of roll temperature: 125 +/- 10 degreeC, press pressure: 7 ton / cm, and rotational speed: 10 rpm, and obtained the positive electrode mixture sheet for making a positive electrode mixture layer. . The obtained positive electrode mixture sheet had a thickness of 1.0 mm and corresponds to 5.9% of the outer can inner diameter. Moreover, the density of the positive mix sheet was 2.5 g / cm <3>, and the porosity calculated by the said method was 42%. The positive electrode mixture sheet was cut to obtain an inner positive electrode mixture sheet having a width of 37 mm and a length of 51 mm, and an outer positive electrode mixture sheet having a width of 37 mm and a length of 62 mm.
양극 집전체에는 스레인레스강(SUS316)제의 엑스팬드 메탈을 사용하였다. 이 엑스팬드 메탈을 폭 : 34 mm, 길이 : 56 mm로 절단하고, 길이방향의 중앙부에 두께 : 0.1 mm, 폭 : 3 mm의 스테인레스강제의 리본을 양극 리드체로 하여 저항용접에 의하여 설치하였다. 다시 이 엑스팬드 메탈에 카본페이스트(니혼 코쿠엔사제)를 그물코를 변형시키지 않을 정도로 도포한 후, 105±5℃의 온도에서 건조하여 양극 집전체로 하였다. 또한, 카본 페이스트의 도포량은 건조 후의 도포량으로 5 mg/㎠가 되도록 하였다.As the positive electrode current collector, an expanded metal made of stainless steel (SUS316) was used. The expanded metal was cut into a width of 34 mm and a length of 56 mm, and a stainless steel ribbon having a thickness of 0.1 mm and a width of 3 mm was provided by resistance welding in a central portion in the longitudinal direction as an anode lead body. Carbon paste (manufactured by Nippon Kokuen Co., Ltd.) was applied to the expanded metal so as not to deform the mesh, and dried at a temperature of 105 ± 5 ° C. to obtain a positive electrode current collector. In addition, the coating amount of the carbon paste was 5 mg /
다음에, 내주용 양극합제 시트와 외주용 양극합제 시트 사이에 양극 집전체를 개재시킨 상태에서, 길이방향의 한쪽 끝부만을 고정하여 삼자를 일체화하였다. 구체적으로는 내주용 양극합제 시트와 외주용 양극합제 시트를 길이방향의 한쪽 끝 을 맞춤과 동시에, 양극 집전체의 끝부가 2매의 양극합제 시트의 양자를 맞춘 한쪽 끝부로부터 비어져 나오지 않게 세트하고, 그 상태에서 2매의 양극합제 시트의 양자를 맞춘 한쪽 끝부로부터 5 mm의 부분을 프레스에 의하여 압착함으로써 삼자를 일체화하였다. 그 후, 2매의 양극합제 시트와 양극 집전체를 일체화한 것을 250±10℃에서 6시간 열풍 건조하여, 폭이 37 mm의 띠형상 양극을 얻었다.Next, in the state where the positive electrode current collector was interposed between the inner circumferential positive electrode mixture sheet and the outer circumferential positive electrode mixture sheet, only one end portion in the longitudinal direction was fixed to integrate the three characters. Specifically, the inner circumferential positive electrode mixture sheet and the outer circumferential positive electrode mixture sheet are aligned with one end in the longitudinal direction, and the end of the positive electrode current collector is set so as not to protrude from one end where the two positive electrode mixture sheets are aligned. In this state, a three-millimeter portion was integrated by pressing a portion of 5 mm from one end where the two positive electrode mixture sheets were aligned. Thereafter, the two positive electrode mixture sheets and the positive electrode current collector were integrally hot-air dried at 250 ± 10 ° C. for 6 hours to obtain a band-shaped positive electrode having a width of 37 mm.
[음극의 제작][Production of negative electrode]
음극은 폭 : 39 mm, 길이 : 170 mm, 두께 : 10 ㎛의 구리박(음극 집전체) 상에, 폭 : 37 mm, 길이 : 87 mm, 두께 : 0.30 mm의 금속 리튬박과, 폭 : 37 mm, 길이 : 50 mm, 두께 : 0.30 mm의 금속 리튬박을 배치하여 구성하였다. 먼저, 길이가 50 mm인 쪽의 금속 리튬박에 폭 : 3 mm, 길이 : 20 mm, 두께 : 0.1 mm의 니켈제의 음극 리드체를 압착하였다. 그 후, 상기 2매의 금속 리튬박을 이간시킨 상태에서 상기 구리박 상에 배치하고, 띠형상 음극을 제작하였다.The cathode is a metal lithium foil having a width of 39 mm, a length of 170 mm, a thickness of 10 μm, and a thickness of 37 mm, a length of 87 mm, a thickness of 0.30 mm, and a width of 37. A metallic lithium foil of mm, length: 50 mm, and thickness: 0.30 mm was disposed and configured. First, a negative electrode lead body made of nickel having a width of 3 mm, a length of 20 mm, and a thickness of 0.1 mm was pressed on a metal lithium foil having a length of 50 mm. Then, it arrange | positioned on the said copper foil in the state which separated said two metal lithium foils, and produced the strip-shaped negative electrode.
[권회구조의 전극체의 제작][Production of wound electrode body]
세퍼레이터로서 폭 : 44 mm, 길이 : 170 mm, 두께 : 25 ㎛의 미공성 폴리에틸렌 필름[아사히 가세이사제「하이포아」(상품명)]을 준비하였다.As a separator, a microporous polyethylene film ("Hypoa" (trade name) manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) having a width of 44 mm, a length of 170 mm, and a thickness of 25 μm was prepared.
시트형상 음극의 구리박 상에 접착 테이프를 붙이고, 이 접착 테이프에 세퍼레이터를 열용착에 의하여 붙였다. 다음에, 세퍼레이터의 상기 열 용착부분을 2개로 나눈 직경 : 3.5 mm의 권회코어에 끼우고, 1 바퀴 감았다. 다음에, 음극을 세퍼레이트와 함께 1 바퀴 감은 후, 띠형상 양극의 고정한 측을 권회코어측에 탑재하여 권회하였다. 권회 종료 후는 구리박이 최외주를 덮는 형이 되었다. 이상에 의하여 권회구조의 전극체를 얻었다.An adhesive tape was stuck on the copper foil of a sheet-shaped negative electrode, and the separator was stuck to this adhesive tape by heat welding. Next, the heat-welded portion of the separator was inserted into a winding core having a diameter of 3.5 mm divided into two, and wound around one round. Next, after winding the negative electrode with the separator one round, the fixed side of the strip-shaped positive electrode was mounted on the wound core side and wound. After the winding was finished, copper foil became the type covering the outermost circumference. The electrode body of the wound structure was obtained by the above.
[전지조립][Battery Assembly]
비수전해액 전지의 조립공정을 도 1을 참조하여 설명한다. 니켈 도금한 철캔으로 이루어지는 바닥이 있는 원통형의 외장캔(2)의 내저부(2a)에 두께 : 0.2 mm의 폴리프로필렌제의 절연판을 삽입하고, 그 위에 전극체(3)를 양극 리드체(15)가 위쪽을 향하는 자세로 삽입하였다. 전극체(3)의 음극 리드체(16)를 외장캔(2)의 내면에 저항용접하고, 양극 리드체(15)는 절연판(11)을 삽입한 후에, 전지덮개(7)의 단자판(10)의 하면에 저항용접하였다. 이 시점에서 절연저항을 측정하고, 단락이 없는 것을 확인하였다.An assembling process of the nonaqueous electrolyte battery will be described with reference to FIG. 1. An insulating plate made of polypropylene having a thickness of 0.2 mm was inserted into the
또한, 전지덮개(7)에는 두께가 10 ㎛의 PVDF제 절연피막을 설치한 강판을 피막형성면이 전지 내측이 되도록 가공한 덮개판(8)을 사용한 것을 사용하였다. 이 절연피막은 쿠레하 가가쿠사제「KF폴리머 #1120(상품명)」를 NMP에 용해시킨 용액(농도 12%)을 강판의 한쪽 면에 도포하고 건조함으로써 형성하였다.As the battery cover 7, a steel plate provided with a PVDF insulating film having a thickness of 10 µm was used, which was formed using a cover plate 8 processed such that the film forming surface was inside the battery. This insulating film was formed by applying a solution (concentration 12%) obtained by dissolving "KF Polymer # 1120 (trade name) made by Kureha Chemical Co., Ltd. in NMP on one side of a steel sheet and drying.
전해액에는 프로필렌 카보네이트와 디메톡시에탄과의 혼합용매(체적비로 1:2)에 LiClO4를 0.5 mol/l의 농도로 용해시킨 비수계의 용액을 준비하고, 이것을 외장캔(2) 내에 3.5 ml 주입하였다. 주입은 3회로 나누어, 최종공정에서 감압하면서 전체 양을 주입하였다. 전해액의 주입 후 전지덮개(7)를 외장캔(2)의 위쪽 개구부에 끼워 맞추고, 레이저 용접에 의하여 외장캔(2)의 개구단부의 내주부와 전지덮개(7)의 덮개판(8)의 외주부를 용접하여 외장캔(2)의 개구부를 봉구하였다.The electrolyte was prepared with a non-aqueous solution in which LiClO 4 was dissolved at a concentration of 0.5 mol / l in a mixed solvent of propylene carbonate and dimethoxyethane (1: 2 by volume), and 3.5 ml of the solution was injected into the outer can (2). It was. Injection was divided into three times and the whole quantity was injected, decompressing in a final process. After the injection of the electrolyte, the battery cover 7 is fitted into the upper opening of the
[후처리(예비 방전, 에이징)][Post-processing (Preliminary Discharge, Aging)]
봉구한 전지를 1Ω의 저항에서 30초간 예비 방전하고, 70℃에서 6시간 보관한 후, 1Ω의 정저항에서 1분간 2차 예비 방전을 행하였다. 예비 방전 후의 전지를 실온에서 7일간 에이징하고, 개로전압을 측정하여 안정전압이 얻어져 있는 것을 확인하고, 외경 : 17.0 mm, 총 높이 : 45.0 mm의 비수전해액 일차 전지를 얻었다. 이 비수전해액 일차 전지의 음극 용량과 양극 용량의 비는 1.00이었다.The sealed battery was preliminarily discharged for 30 seconds at a resistance of 1 mA, and stored at 70 ° C. for 6 hours, followed by secondary preliminary discharge for 1 minute at a constant resistance of 1 mA. The battery after preliminary discharge was aged at room temperature for 7 days, and the open circuit voltage was measured to confirm that a stable voltage was obtained. A nonaqueous electrolyte primary battery having an outer diameter of 17.0 mm and a total height of 45.0 mm was obtained. The ratio of the negative electrode capacity and the positive electrode capacity of this nonaqueous electrolyte primary battery was 1.00.
실시예 2Example 2
전지덮개(7)로서 두께가 10 ㎛의 절연피막을 설치한 강판을 피막형성면이 전지 내측이 되도록 가공한 덮개판(8)을 사용한 것을 사용한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 비수전해액 일차 전지를 제작하였다. 이 절연피막은 닛토 신코사제「에렙코트 LSS-810(상품명)」를 톨루엔엔 용해시킨 용액(농도 10%)을 강판의 한쪽 면에 도포하고 건조함으로써 형성하였다.A nonaqueous electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that the battery cover 7 was formed of a steel plate provided with an insulating coating having a thickness of 10 μm, using a cover plate 8 processed so that the film forming surface was inside the battery. Primary batteries were fabricated. This insulating film was formed by applying a solution (concentration 10%) obtained by Nitto Shinko Co., Ltd. "Elept Coat LSS-810 (trade name)" to toluene and dissolving it on one side of the steel sheet and drying it.
실시예 3Example 3
전지덮개(7)로서 두께가 20 ㎛의 탄소질 재료를 함유하는 피막(리튬이온을 흡장 가능한 피막)을 설치한 강판을 피막형성면이 전지 내측이 되도록 가공한 덮개판(8)을 사용한 것을 사용한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 비수전해액 일차 전지를 제작하였다. 이 피막은 니혼 코쿠엔사제「바니하이트 IV-174(상품명)」를 강판의 한쪽 면에 도포하고 건조함으로써 형성하였다.As the battery cover 7, a steel plate provided with a film containing a carbonaceous material having a thickness of 20 μm (a film capable of absorbing lithium ions) was used using a cover plate 8 in which the film-forming surface was processed to be inside the battery. A nonaqueous electrolyte primary battery was produced in the same manner as in Example 1 except for the above. This film was formed by applying "Bani Height IV-174 (trade name)" manufactured by Nihon Kokuen Co., Ltd. to one side of the steel sheet and drying.
실시예 4Example 4
전지덮개(7)로서 하기의 방법에 의하여 형성된 두께가 20 ㎛의 탄소질 재료 를 함유하는 피막(리튬이온을 흡장 가능한 피막)을 가지는 강판을 피막형성면이 전지 내측이 되도록 가공한 덮개판(8)을 사용한 것을 사용한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 비수전해액 일차 전지를 제작하였다. 이 피막은 흑연(론저사제「KS15」)과 PVDF를 97:3(질량비)으로 함유하도록 조제한 NMP를 용매로 하는 액상 조성물을 강판의 한쪽 면에 도포하고 건조함으로써 형성하였다.The cover plate 8 which processed the steel plate which has the film (film | membrane which can occlude lithium ion) formed with the thickness of 20 micrometers carbonaceous material formed by the following method as the battery cover 7 so that a film forming surface may be inside a battery. A non-aqueous electrolyte primary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the same was used. This film was formed by applying to a surface of a steel sheet a liquid composition containing NMP prepared as graphite ("KS15" manufactured by Lonzer Corporation) and PVDF at 97: 3 (mass ratio) as a solvent, followed by drying.
비교예 1Comparative Example 1
전지덮개(7)로서 덮개판(8)의 내면에 절연피막 또는 리튬이온을 흡장 가능한 피막을 설치하고 있지 않은 것을 사용한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 비수전해액 일차 전지를 제작하였다.A nonaqueous electrolyte primary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the battery cover 7 was not provided with an insulating film or a film capable of storing lithium ions on the inner surface of the cover plate 8.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 전지에 대하여 하기의 장기 신뢰성 시험을 행하였다. 상기 예비 방전, 에이징을 거쳐 안정전압이 얻어져 있는 각 전지에 대하여 개로전압을 측정하였다(이것을 초기전압으로 한다). 이들 전지를 10 ㎂의 전류값으로 충전하면서 60℃에서 50일간 보관한 후, 다시 개로전압을 측정하고, 상기 전압이 초기전압보다도 20 mV 이상 저하하고 있는 것을 미단락 발생하고 있는 소프트 쇼트품으로 판정하였다. 각 전지의 시료수는 20개로 하고, 그 중 소프트 쇼트품의 개수를 조사하였다. 즉, 소프트 쇼트품의 개수가 적을수록 장기 신뢰성이 양호한 것을 의미하고 있다. 결과를 표 1에 나타낸다.The following long-term reliability test was done about the battery of Examples 1-4 and Comparative Example 1. The open-circuit voltage was measured for each battery whose stable voltage was obtained through the above preliminary discharge and aging (this is referred to as initial voltage). After storing these batteries for 50 days at 60 DEG C while charging at a current of 10 mA, the open-circuit voltage was measured again, and it was determined that the short-circuit was a short-circuit soft short product that the voltage was lowered by 20 mV or more from the initial voltage. It was. The number of samples of each battery was made into 20 pieces, and the number of the soft short goods was investigated among them. That is, the smaller the number of soft short products, the better the long-term reliability. The results are shown in Table 1.
(발생수/전체 시료수)Soft short
(Number of occurrence / total number of samples)
표 1에서부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 비수전해액 일차 전지에서는 충전하면서 고온에서 장기간에 걸쳐 보관하여도 소프트 쇼트의 발생이 없고, 장기 신뢰성이 우수하였다. 이들 비수전해액 일차 전지에 대하여 장기 신뢰성 시험 후에 분해하여도, 덮개판(8)의 내면에 리튬의 석출은 보이지 않았다.As can be seen from Table 1, in the nonaqueous electrolyte primary batteries of Examples 1 to 4, even if stored for a long time at a high temperature while charging, there was no soft short occurred and excellent long-term reliability. Even if these non-aqueous electrolyte primary batteries were decomposed after a long-term reliability test, no deposition of lithium was observed on the inner surface of the cover plate 8.
이에 대하여 상기 장기 신뢰성 시험에 의하여 소프트 쇼트품이라고 판정된 비교예 1의 전지에 대하여 시험 후에 분해하여 보면, 덮개판(8)의 내면에 리튬이 석출되었고, 이것이 단자체(10)와 접촉함으로써 미단락이 발생한 것으로 생각할 수 있다.On the other hand, when the battery of Comparative Example 1, which was determined to be a soft short product by the long-term reliability test, was disassembled after the test, lithium was deposited on the inner surface of the cover plate 8, which was not brought into contact with the terminal body 10. A short circuit can be thought of as occurring.
본 발명에 의하면, 장기 신뢰성이 우수한 통형 비수전해액 일차 전지를 제공할 수 있다.ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cylindrical nonaqueous electrolyte primary battery excellent in long-term reliability can be provided.
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