JP2000323128A - 非水電解液電池 - Google Patents
非水電解液電池Info
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Abstract
得る非水電解液電池を提供すること。 【解決手段】セパレータが正極と負極との間に介在する
ように、帯状の正極、負極およびセパレータを積層し捲
回した電極を備えた非水電解液電池において、捲回した
電極の最外周に位置する負極タブおよび該負極タブを溶
接した負極集電体と、これらに対向するセパレータとを
粘着剤または接着剤にて接合した構成を有することを特
徴とする非水電解液電池。
Description
非水電解液電池に関する。さらに詳しくは、セパレータ
・負極間に特徴を有し、安全性をさらに向上させた非水
電解液二次電池に関する。
解液電池は、エネルギー密度が高く、自己放電も少ない
ため、電子機器の高性能化、小型化等を背景として利用
範囲を大きく広げてきている。このような非水電解液電
池の電極としては帯状の正極、負極、およびセパレータ
を積層し捲回して構成することにより、広い有効電極面
積を確保した渦巻状捲回型電極体が用いられている。セ
パレータは、基本的には両極の短絡を防止するととも
に、その微多孔構造によりイオンを透過させて電池反応
を可能とするものであるが、外部での誤接続等により異
常電流が発生した場合に電池内部の温度の上昇に伴いセ
パレータを構成する樹脂が熱変形してその微多孔を塞ぎ
電池反応を停止させる、いわゆるシャットダウン機能
(SD機能)を有するものが安全性向上の観点から採用
されている。
しては、例えば、ポリエチレン製微多孔膜やポリエチレ
ンとポリプロピレンとの多層構造の微多孔膜等が知られ
ている。
D機能を有する従来のセパレータを用いても帯状の正
極、負極およびセパレータを単に積層し捲回しただけの
捲回型電極体を備えた非水電解液電池では、例えば、正
極側と負極側を強制的に短絡させるような外部短絡が発
生した場合、負極タブが接着された負極集電体で瞬間的
に急激な温度上昇が起こり、その付近のセパレータの溶
融や収縮が顕著になり、結果的に破膜し、正極・負極間
の内部短絡を誘発する可能性があった。昨今では特に電
池容量の増加が望まれているため、このような外部短絡
によって生じる異常発熱に対する安全性を高めることは
大きな課題となっている。
用いたセパレータ等も提案されているが、発熱が大きい
場合には融点以下の温度でもセパレータが熱収縮等によ
り短絡を生じさせてしまうという欠点がある。
部短絡が生じても、安全性を確保し得る非水電解液電池
を提供することにある。
を達成するべく、鋭意検討した結果、外部短絡時に激し
い発熱を有する負極タブを溶接した負極集電体と対向す
るセパレータとの間に接着層を設けて、セパレータを負
極タブに接着せしめることにより、セパレータの熱収縮
を著しく抑制することを見いだし、本発明に至った。
との間に介在するように、帯状の正極、負極およびセパ
レータを積層し捲回した電極を備えた非水電解液電池に
おいて、捲回した電極の最外周に位置する負極タブおよ
び該負極タブを溶接した負極集電体と、これらに対向す
るセパレータとを粘着剤または接着剤にて接合した構成
を有することを特徴とする非水電解液電池、に関する。
に用いられる捲回型電極体の一実施態様を示す概略説明
図である。また、図2は、図1の捲回型電極体の捲回最
外周の一部を上から見た概略説明図である。図1、2に
示すように、本発明の非水電解液電池は、セパレータ3
が負極1と正極2との間に介在するように、帯状の負極
1、正極2およびセパレータ3を積層捲回した捲回型電
極体4を備えている。
カリ金属を含む化合物を含有する負極合剤を負極集電体
材料と一体化したものが用いられる。具体的には、図2
に示すように、前記負極合剤5を帯状の負極集電体6の
両面に均一に塗布し、乾燥させ、その後ローラプレス機
等により圧縮成形することで作製することができる。
ステンレス鋼製網、銅箔等が挙げられるが、銅箔が好ま
しい。負極集電体6の厚さとしては、特に限定はない
が、10〜30μmであることが好ましい。
ム、ナトリウム、カリウム等が挙げられる。アルカリ金
属を含む化合物としては、例えば、アルカリ金属とアル
ミニウム、鉛、インジウム、カリウム、カドミウム、ス
ズ、マグネシウム等との合金、さらにはアルカリ金属と
炭素材料との化合物、低電位のアルカリ金属と金属酸化
物、硫化物との化合物等が挙げられる。負極に炭素材料
を用いる場合、炭素材料としては、リチウムイオンをド
ープ、脱ドープできるものであればよく、例えば、黒
鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機
高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、
炭素繊維、活性炭等を用いることができる。
ト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン
酸化物、二酸化マンガン、五酸化バナジウム、クロム酸
化物等の金属酸化物、二硫化モリブデン等の金属窒化物
等の正極活物質に導電助剤やポリテトラフルオロエチレ
ン等の結着剤等を適宜添加した正極合剤を用いて、正極
集電体材料を芯材とする成形体に仕上げたものが用いら
れる。具体的には、図2に示すように、前記正極合剤7
を帯状の正極集電体8の両面に均一に塗布して、乾燥さ
せ、その後ローラプレス機等により圧縮成形することで
作製することができる。
ては、ステンレス鋼製網、アルミニウム箔等が挙げられ
るが、アルミニウム箔が好ましい。正極集電体8の厚さ
としては、特に限定はないが、10〜30μmであるこ
とが好ましい。
極体4の一端に正極タブ9が溶接されている。正極タブ
9としては、従来リード体として使用されているもので
あればよく、例えば、アルミニウム製のものが挙げられ
る。
れるものではなく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リブチレン等のポリオレフィン樹脂、ナイロン、セルロ
ースアセテート、ポリアクリロニトリル等を用いること
ができ、中でも、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポ
リオレフィン樹脂が好ましい。さらにポリエチレンとし
ては、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン等が好
ましく、多孔性、膜強度の観点から、高密度ポリエチレ
ンや分子量100万以上の超高分子量ポリエチレンが特
に好ましい。また、ポリプロピレンとしては、アイソタ
クチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロ
ピレン等が好ましく、中でも多孔質構造を形成しやすい
ため、結晶性の高いアイソタクチックポリプロピレンが
好ましい。
ずれの層形態であっても構わない。多層膜の場合には、
例えば、ポリエチレン層とポリプロピレン層とからなる
2層構成の膜、ポリプロピレン層の両側にポリプロピレ
ンとポリエチレンの混合物層を配置した3層構成の膜等
を用いることができる。
を含有する多孔質フィルムを調製するには、例えば、ポ
リオレフィン等の樹脂を溶媒と混合し、混練、加熱溶融
しながらシート状に成形した後、一軸方向以上に延伸
し、溶媒を抽出除去後、ヒートセット処理する方法が挙
げられる。
ン樹脂の溶解性に優れたものであれば良く、例えばノナ
ン、デカン、ウンデカン、ドデカン、デカリン、流動パ
ラフィン等の脂肪族または環式の炭化水素、あるいは沸
点がこれらに対応する鉱油留分が挙げられるが、パラフ
ィン油等の不揮発性溶媒が好ましい。溶媒の使用量とし
ては、前記ポリオレフィン樹脂および溶媒を含有する樹
脂組成物中において、50〜95重量%であることが好
ましく、50〜90重量%であることがより好ましい。
シート状に成形するには、例えば、樹脂組成物をバンバ
リーミキサー、ニーダー等を用いてバッチ式で混練り
し、次いでTダイ等を取り付けた押出機等を用いてシー
ト状成形物を得てもよい。樹脂組成物の混練りは、適当
な温度条件下であればよく、特に限定されないが、好ま
しくは100〜200℃であり、より好ましくは115
〜185℃である。
通常のテンター法、ロール法、インフレーション法また
はこれらの方法の組み合わせであってもよく、また、一
軸延伸、二軸延伸等のいずれの方法をも適用することが
できる。また、二軸延伸の場合は、縦横同時延伸または
逐次延伸のいずれでもよい。さらに、延伸処理に先立ち
シート状成形物の圧延等の処理を行ってもよい。延伸処
理の温度は、100〜140℃であることが好ましい。
溶剤で洗浄して残留する溶媒を除去することにより行う
ことができる。溶剤としては、ペンタン、ヘキサン、ヘ
プタン、デカン等の炭化水素、塩化メチレン、四塩化炭
素等の塩素炭化水素、三フッ化エタン等のフッ化炭化水
素、ジエチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類の易
揮発性溶剤が挙げられ、シート状成形物を溶剤中に浸漬
して溶媒を抽出する方法、溶媒をシート状成形物にシャ
ワーする方法等により処理を行う。
乾燥炉等に通す等の公知の方法を用いることができる。
特性として、その厚さは、二次電池の特性等を考慮する
と、10〜50μmであることが好ましく、20〜40
μmであることがより好ましい。その空孔率は、30〜
70%であることが好ましく、30〜65%であること
がより好ましい。その透気度は、10〜1000sec
/100ccであることが好ましく、100〜800s
ec/100ccであることがより好ましい。なお、空
孔率は、多孔質フィルムの厚み(t)、重量(w)、樹
脂密度(d)、面積(s)より以下の式より算出する。
じて測定することができる。
1、正極2およびセパレータ3からなる捲回型電極体4
の最外周に位置する負極集電体6には、図2に示すよう
に、その外周側に負極タブ10が溶接されている。
て使用されているものであればよく、例えば、ニッケル
製のものが挙げられる。
溶接した負極集電体6と、これらに対向するセパレータ
3との間には接着層11が構成され、負極タブ10と負
極集電体6とがセパレータ3と実質的に接合されてい
る。本発明においては、非水電解液電池がかかる接着層
11を有することにより、外部短絡による発熱時にセパ
レータの熱収縮を著しく抑制することができるという優
れた効果が発現される。
形成されていれば特に限定はないが、図2に示すよう
に、負極タブ10を溶接した負極集電体6の面を覆うよ
うに形成されていてもよい。また、接着層11とセパレ
ータ3との実質的に接着する部分は、図2に示すよう
に、負極タブ10を覆っている部分等の一部分だけでも
よく、負極タブ10を溶接した負極集電体6の全面であ
ってもよい。
としては、電解液に溶解せず、セパレータと負極集電体
間の接着を維持するものであれば特に限定されないが、
例えば、アクリル系樹脂、ゴム系樹脂、シリコーン系樹
脂等が好ましい。アクリル系樹脂としては、例えば、ア
クリル酸ブチル等のアクリル酸アルキルエステルモノマ
ーとアクリル酸等の官能基含有モノマーとの共重合体等
の単独、あるいはこれらを部分的に架橋したもの等が挙
げられる。
ープゴムにテルペン系樹脂を添加したものやポリイソブ
チレン等が挙げられる。
ジメチルシロキサン等からなるシリコーンゴムとシリコ
ーンレジンを配合し、過酸化物等により架橋したもの等
を用いることができる。
4は、電池缶(図示せず)に収納され、これに電解液を
注入し、さらに電池上下の絶縁板等の必要な部材を市販
の電池に準じて適宜配することで、非水電解液電池を構
成することができる。
れば、特に限定はない。
解液とし、これを有機溶媒に溶解した電解液が用いられ
る。有機溶媒としては、特に限定されるものではない
が、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボ
ネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、
γ−バレロラクトン、ジメチルカーボネート、プロピオ
ン酸メチル、酢酸ブチル等のエステル類、アセトニトリ
ル等のニトリル類、1,2−ジメトキシエタン、ジメト
キシメタン、2,2−ジメトキシプロパン、1,3−ジ
オキソラン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒ
ドロフラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン等のエ
ーテル類、さらにはスルフォラン等を単独、もしくは二
種以上を混合して使用することができる。
が、これらに限定されるものではない。なお、実施例1
〜3では、表1に示す配合組成を有する粘着剤または接
着剤をそれぞれ用いた。
調製〕 重量平均分子量(Mw)が2×106 の超高分子量ポリ
エチレン12重量部と5×105 の超高分子量ポリエチ
レン8重量部を流動パラフィン(11cps、30℃)
80重量部の溶媒中でスラリー状に均一混合し、160
℃の温度で小型ニーダーを用い約60分間溶解混練りし
た。その後これらの混練り物を−15℃に冷却された金
属板に挟み込み、シート状に急冷した。これらの急冷結
晶化させたシート状樹脂を、約115℃の温度でシート
厚が0.2〜0.3mmになるまでヒートプレスし、約
115℃の温度で同時に縦横4×4倍に二軸延伸し、塩
化メチレンを使用して脱溶媒処理を行った。その後、得
られた多孔質フィルムを120℃で30分間熱処理して
厚さ25μmで空孔率40%、透気度340sec/1
00ccの多孔質フィルムを得た。
調製〕 重量平均分子量(Mw)が2×106 の超高分子量ポリ
エチレン6重量部と5×105 の超高分子量ポリエチレ
ン9重量部を流動パラフィン(11cps、30℃)8
5重量部の溶媒中でスラリー状に均一混合し、160℃
の温度で小型ニーダーを用い約60分間溶解混練りし
た。その後これらの混練り物を−15℃に冷却された金
属板に挟み込みシート状に急冷した。これらの急冷結晶
化させたシート状樹脂を、約115℃の温度でシート厚
が0.3〜0.4mmになるまでヒートプレスし、約1
15℃の温度で同時に縦横4×4倍に二軸延伸し、塩化
メチレンを使用して脱溶媒処理を行った。その後、得ら
れた多孔質フィルムを120℃で30分間熱処理して厚
さ33μmで空孔率50%、透気度420sec/10
0ccの多孔質フィルムを得た。
導電助剤としてリン状黒鉛5重量部を添加混合し、該混
合物と、ポリフッ化ビニリデンをN−メチルピロリドン
に溶解させた溶液とを混合してスラリーにした。この正
極合剤スラリーを70メッシュの網を通過させて大きな
ものを取り除いた後、厚さ20μmのアルミニウム箔か
らなる正極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させ、そ
の後、ローラプレス機により圧縮成形した後、切断し、
アルミニウム製のリード体を集電体の無塗布部分に溶接
して、正極タブを設け、帯状の正極を作製した。
ッ化ビニリデンをN−メチルピロリドンに溶解させた溶
液と混合してスラリーにした。この負極合剤スラリーを
70メッシュの網を通過させて大きなものを取り除いた
後、厚さ18μmの帯状の銅箔からなる負極集電体の両
面に均一に塗布して乾燥させ、その後ローラプレス機に
より圧縮成形し切断した後、ニッケル製のリード体を負
極合剤の塗布されていない負極集電体に溶接して負極タ
ブを設け、帯状負極を作製した。
質フィルム(ポリエチレン単層膜、厚さ25μmの微多
孔性フィルム)を用いた。これらの正極、負極およびセ
パレータを両極がセパレータを介して互いに重なるよう
に、渦巻き状に捲回した。また、30μm厚のアクリル
系粘着剤をセパレータと負極銅箔(負極タブの部分を含
む)間に貼り合わせた後、巻き止めテープで捲回体の外
側を止めて捲回型電極体(直径17mm)とし、外径1
8mmの有底円筒状の電池ケース内に充填し、正極およ
び負極のリード体を電池ケースに溶接した。
が1重量部に対してメチルエチルカーボネートを2重量
部の混合溶媒中にLiPF6 を1.4モル/リットルの
割合で溶解させた電解液を調製した。これを、電池ケー
ス内に注入し、電解液がセパレータ等に十分に浸透した
後、封口し、予備充電し、エージングして、筒型の二次
電池を作製した。
と同様にして筒型の二次電池を作製した。
用いた以外は実施例1と同様にして筒型の二次電池を作
製した。
二次電池を作製した。
(ポリエチレン単層膜、厚さ33μmの微多孔性フィル
ム)を用い、粘着剤を用いない以外は、実施例1と同様
にして筒型の二次電池を作製した。
4.2Vで0.2C定電流充電を行い、この充電状態の
まま、室温下で、ホルダー上に固定し、正極・負極端子
間を外部短絡させ、発熱終了後の負極銅箔面に接するセ
パレータの収縮状態および次いで熱の影響を受けた、そ
の1周内層のセパレータの収縮状態を観察した。その収
縮面積を比較した結果を表2に示す。なお、収縮面積
は、以下の方法で測定した。
た銅箔と接したセパレータの外部短絡試験時の熱収縮の
割合を収縮面積として評価した。収縮面積(mm2 )は
収縮して破損したセパレータ部分の欠損分を含む4cm
角(1600mm2 )をイメージスキャナにて144d
piで読みとり、欠損していない4cm角のピクセル数
をブランクとして次式により収縮面積(R)を求めた。 R(mm2 )=1600×(P0 −P1 )/P0 (P0 :収縮前ピクセル数,P1 :収縮後ピクセル数)
非水電解液電池では、比較例1〜2で得られたものに比
べ、外部短絡時のセパレータの熱収縮が大幅に抑制され
ていることがわかる。
・負極端子が短絡するような外部短絡が発生した際に、
発熱によるセパレータの収縮破膜を改善し、さらに内側
の層のセパレータの収縮を抑制することにより内部での
短絡を防ぎ、電池の安全性をより向上させることができ
る。
型電極体の一実施態様であって、最外周部を捲回させる
前の状態を示す概略説明図である。
部を上から見た概略説明図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 セパレータが正極と負極との間に介在す
るように、帯状の正極、負極およびセパレータを積層し
捲回した電極を備えた非水電解液電池において、捲回し
た電極の最外周に位置する負極タブおよび該負極タブを
溶接した負極集電体と、これらに対向するセパレータと
を粘着剤または接着剤にて接合した構成を有することを
特徴とする非水電解液電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12892999A JP4260982B2 (ja) | 1999-05-10 | 1999-05-10 | 非水電解液電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12892999A JP4260982B2 (ja) | 1999-05-10 | 1999-05-10 | 非水電解液電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000323128A true JP2000323128A (ja) | 2000-11-24 |
JP4260982B2 JP4260982B2 (ja) | 2009-04-30 |
Family
ID=14996896
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12892999A Expired - Lifetime JP4260982B2 (ja) | 1999-05-10 | 1999-05-10 | 非水電解液電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP4260982B2 (ja) |
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