JP2004030938A - 非水電解液二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】負極板の最外周と、正極板の正極合剤層とが対向する領域Aでは電池ケースと正極板との間、及び正極板の正極合剤層が無く正極集電体とが対向する領域Bでは負極板と正極集電体との間に、少なくとも前記負極板の上端部より突出した絶縁部材5a,5bを配設する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水電解液二次電池に関し、特に安全性に優れた非水電解液二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、AV機器、ノート型パソコン、或いは携帯型通信機器などの駆動用電源として、ニッケルカドミウム蓄電池やニッケル水素蓄電池が主に用いられていたが、近年では、電子機器のポータブル化やコードレス化が進展して定着するに従って、駆動用電源となる二次電池の高エネルギー密度化や小型軽量化の要望が、ますます強くなっている。このような要望に応える電池として、小型・軽量でありながら急速充電が可能で、高エネルギー密度を有するという極めて顕著な特徴を有するリチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池が、開発され主流になっている。
【0003】
この非水電解液二次電池は、図3(a)に示すように、アルミニウム製の集電体にリチウム含有遷移金属化合物、例えばLiCoO2を正極活物質とする正極合剤層を形成した正極板11と、銅製の集電体に炭素材料を負極活物質とする負極合剤層を形成した負極板12とをセパレータ13を介して絶縁した状態で捲回してなる極板群、非水電解液、ならびに前記極板群と非水電解液とを電池ケース14に収納し、リチウムイオンの挿入、離脱を利用した電池であり、効率充放電を可能にするため、正極板11と負極板12とを電池ケース14内において化学反応に寄与する電極板の面積を可及的に大きくする工夫がなされている。
【0004】
しかしながら、電子機器の高機能化等に伴う消費電力の増加に伴い、さらなる高容量化、高エネルギー密度化が強く要望されており、容量に寄与しないセパレータや集電体を薄くし、極板の充填密度を上げているため正負極間の距離が狭くなり、電池内の空間体積も減少している。また、電子機器の小型化に伴い各構成要素が高密度で実装されていることから、発熱が大きく電池が使用される使用環境は60℃程度の過酷な条件になることがある。このような現状において、ファンヒーター、ストーブ等の暖房器具、ホットプレート等の発熱器具の上や近傍に置かれ高温加熱状態に陥った場合の電池の安全性を確保することが重要になっている。
【0005】
高温加熱時の安全性を向上させることを目的として、セパレータのシャットダウン機能を用いる方法があり、高温加熱状態が進んでセパレータが所定の温度に達すると、セパレータが溶融して微孔を閉塞する。これによって電池内部の異常反応を抑制し、電池の急速な温度上昇を防ぎ、安全性を確保するものである。
【0006】
円筒形電池ケースを用いた場合、高温加熱時の温度上昇による電池内圧は均等にかかり、変形しにくい上、通常電池ケースにはステンレス鋼鈑を用い負極板と同電位になる為、負極板より幅寸法が短い正極板と電池ケースが短絡する可能性が低い。
【0007】
ところが、長辺と短辺を有する角形や扁平形の電池ケース、特にアルミニウム合金製等を用い、正極と同電位となる場合、図3(b)に示すように、電池ケース14の長辺側の側面が膨れやすく、負極板12と正極板11および電池ケース14とを絶縁しているセパレータ13がシャットダウンする前にセパレータが収縮し、内部短絡が発生し、正極板11から放出されるリチウムイオンの受け入れ性を良くする為に、幅方向(捲回方向と垂直)の寸法が正極板11の寸法より、数mm程度大きくなるように設定されている負極板12の上端部と電池ケース14との短絡を招き電池の発火に至る場合があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題点を解決するために、例えば、特開平8−87995号公報、特開平8−250097号公報、特開平11−144697号公報には、シャットダウン機能を有する低融点のポリオレフィン樹脂製のセパレータの片側または両側に耐熱性のあるポリフェニレンサルファイド樹脂、高融点のポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂等を積層したセパレータを用いる提案や、特開2000−251866号公報には、外装缶と発電要素の間にセパレータよりも耐熱温度の高い絶縁部材を介挿し、セパレータが熱収縮しても内部短絡の発生を抑制する方法が提案されているが、最外周の負極板と正極合剤層が無く正極集電体とが対抗している領域では、負極板と正極集電体が短絡し、電池の発火に至る場合があった。
【0009】
本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、高温加熱状態に陥り、セパレータが熱収縮しても、正極板と負極板とが内部短絡するのを防止し、電池の安全性を確保することが可能な非水電解液二次電池を提供することを主たる目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するための本発明は、正極板と負極板とをセパレータを介して絶縁した状態で捲回してなる極板群、非水電解液、ならびに前記極板群と非水電解液とを収納する電池ケースからなる非水電解液二次電池であって、前記負極板の最外周と、前記正極板の正極合剤層とが対向する領域では前記電池ケースと正極板との間、及び前記正極板の正極合剤層が無く正極集電体とが対向する領域では負極板と正極集電体との間に、少なくとも前記負極板の上端部より突出した絶縁部材が配設されていることを特徴とする非水電解液二次電池であり、前記絶縁部材は前記セパレータよりも耐熱温度が高い基材と糊剤からなる絶縁テープが好ましい。
【0011】
この絶縁テープを正極板と電池ケースとの間に配設する場合は、正極板に貼着し、負極板と正極集電体との間に配設する場合は、正極集電体またはセパレータに貼着するのが好ましい。
【0012】
絶縁テープをこれらに貼着する位置は、上端部から5〜10mmの範囲に貼着し、その幅は負極上端部からの突出量が0.5〜5mmになる長さで、貼着部分以外には絶縁テープの糊剤がないものが作業性の観点から好ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0014】
図1に角形の非水電解液二次電池の主要構成を示す概略構成図、図2(a)、(b)、(c)にその一部縦断面図を示す。正極板1と負極板2とがセパレータ3を介して絶縁された状態で捲回してなる極板群と非水電解液(図示せず)とが電池ケース4に収納されている。
【0015】
正極板1は、アルミニウム製の箔やラス加工やエッチング処理された箔からなる集電体の片側または両面に正極活物質、結着剤、導電剤、必要に応じて増粘剤を溶剤に混練分散させたペースト状の正極合剤を塗布、乾燥、圧延して正極合剤層を形成することができ、その厚みは100μm〜200μmの厚みで、柔軟性があることが好ましい。
【0016】
正極活物質としては、例えば、リチウムイオンをゲストとして受け入れ得るリチウム含有遷移金属化合物が使用される。例えば、コバルト、マンガン、ニッケル、クロム、鉄およびバナジウムから選ばれる少なくとも一種類の金属とリチウムとの複合金属酸化物、LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2、LiCoxNi(1−x)O2(0<x<1)、LiCrO2、αLiFeO2、LiVO2等が好ましい。
【0017】
結着剤としては、使用する溶剤や電解液に対して安定な材料であれば、特に限定されないが、例えば、フッ素系結着材やアクリルゴム、変性アクリルゴム、スチレンーブタジエンゴム(SBR)、イソプロピレンゴム、ブタジエンゴム、アクリル系重合体、ビニル系重合体等を単独、或いは二種類以上の混合物または共重合体として用いることができる。フッ素系結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ化ビニリデン(VDF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)の共重合体(P(VDF−HFP))やポリテトラフルオロエチレン樹脂のディスパージョン等が好ましい。
【0018】
増粘剤としては、カルボシキメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、ガゼイン等が好ましい。
【0019】
導電剤としては、アセチレンブラック、グラファイト、黒鉛、炭素繊維等を単独、或いは二種類以上の混合物が好ましい。
【0020】
溶剤としては、結着剤が溶解可能な溶剤が適切で、有機系結着剤の場合は、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルスルホルアミド、テトラメチル尿素、アセトン、メチルエチルケトン等の有機溶剤を単独またはこれらを混合した混合溶剤が好ましく、水系結着剤の場合は水や温水が好ましい。
【0021】
また、負極板2は、集電体の片側または両面に負極活物質と結着剤、必要に応じて増粘剤、導電助剤を溶剤に混練分散させたペースト状の負極合剤を塗布、乾燥、圧延して負極合剤層を形成することができ、その厚みは100μm〜210μmの厚みで、柔軟性があることが好ましい。
【0022】
負極活物質としては、特に限定されるものではないが、例えば、有機高分子化合物(フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース等)を焼成することにより得られる炭素材料、コークスやピッチを焼成することにより得られる炭素材料、或いは人造グラファイト、天然グラファイト等が好ましく、その形状としては、球状、鱗片状、塊状のものを用いることができる。
【0023】
負極集電体として用いる銅または銅合金は、特に限定されるものではなく、圧延箔、電解箔などが挙げられ、その形状も箔、孔開き箔、エキスパンド材、ラス材等であっても構わないが、その厚みは引張り強度が強いほど好ましいが、厚くなると電池内部の空隙体積が少なくなり、エネルギー密度が低下するので20μm以下が好ましく、8〜15μmの範囲がより好ましい。
【0024】
結着剤、溶剤および必要に応じて加えることができる導電助剤は正極の導電剤と同様のものを使用することができる。
【0025】
ところで、正極および負極の活物質、結着剤、必要に応じて加える導電剤、導電助剤を溶剤に混練分散させてペースト状合剤を作製する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、プラネタリーミキサー、ホモミキサー、ピンミキサー、ニーダー、ホモジナイザー等を用いることができる。これらを単独、或いは組み合わせて使用することも可能である。
【0026】
また、上記ペースト状合剤の混練分散時に、各種分散剤、界面活性剤、安定剤等を必要に応じて添加することも可能である。
【0027】
塗着乾燥は、特に限定されるものではなく、上記のように混錬分散させたペースト状の合剤を、例えば、スリットダイコーター、リバースロールコーター、リップコーター、ブレードコーター、ナイフコーター、グラビアコーター、ディップコーター等を用いて、容易に塗着することができ、自然乾燥に近い乾燥が好ましいが、生産性を考慮すると70℃〜200℃の温度で乾燥させるのが好ましい。
【0028】
圧延は、ロールプレス機によって所定の厚みになるまで、線圧1000〜2000kg/cmで数回圧延を行うか、線圧を変えて圧延するのが好ましい。
【0029】
セパレータ3としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などのポリオレフィン樹脂の微多孔膜や不織布からなる単層または多層構造で構成されており、ポリエチレン樹脂とポリプロピレン樹脂の2層または両端がポリプロピレン樹脂で中間層がポリエチレン樹脂の3層構造でシャットダウン機能を有するセパレータが好ましく、セパレータの厚みは10〜30μmの範囲が好ましい。
【0030】
このようにして得られる正極1と負極2とをセパレータ3を介して絶縁された状態で捲回して作製する極板群の最外周に絶縁部材を配設する位置が重要である。
【0031】
すなわち、図1に示す負極板2の最外周と正極板1の正極合剤層とが対向する領域Aでは、図2(a)に示す電池ケース4と正極板1との間に少なくとも負極板2の上端部より突出した絶縁部材5aを配設することにより、セパレータ3が熱収縮しても負極板2が正極板1と同電位である電池ケース4と短絡することを防止できる。図1に示す負極板2の最外周と正極板1の正極合剤層が無く正極集電体とが対向する領域Bでは、図2(b)に示す負極板2と正極集電体との間に少なくとも負極板2の上端部より突出した絶縁部材5bを配設することにより、セパレータ3が熱収縮しても負極板2が正極集電体と短絡することを防止できる。
【0032】
ここで、負極板2の最外周と正極板1の正極合剤層が無く正極集電体とが対向する領域Bでは、負極板2と正極集電体との間に少なくとも負極板2の上端部より突出した絶縁部材5を配設することが重要であり、電池ケース4と正極板1との間に配設した場合には、負極板2と正極集電体とが短絡し、電池の発火に至ることがある。
【0033】
この理由は、負極板2と正極板1とが短絡した場合の短絡電流と、負極板2と正極集電体または正極板1と同電位である電池ケース4が短絡した場合の短絡電流は、正極集電体または正極板1と同電位である電池ケース4の抵抗が非常に低い為に、はるかに大きな短絡電流が流れ、ジュール熱による温度上昇により、電池の発火に至る為である。
【0034】
なお、図1に示す最外周の負極板2がなく、正極板1と対向しない領域、すなわち、負極板2の捲回が終わり、正極合剤層が無く正極集電体とセパレータ3または正極集電体のみの領域cでは、隣接する極板が同極の正極板の為、セパレータが熱収縮しても短絡の危険性は低いが、この領域に絶縁テープで被覆された正極リードが溶接されており、図2(c)に示す正極集電体とセパレータ3の間に図2(b)と同じ絶縁部材5bを配設することにより、正極リード6と負極板との短絡をより防止することができる。
【0035】
絶縁部材としては、セパレータよりも耐熱温度が高い基材と糊剤からなる絶縁テープを用いる。ここでいうセパレータよりも耐熱温度が高いとは、セパレータより軟化点の高い材料だけでなく、同様の軟化点の材料であっても、微多孔性を付与する為に延伸しているセパレータが熱収縮しても、緻密構造の材料は熱収縮しないので用いることができる。
【0036】
基材の厚みとしては、20μm〜60μmの範囲、糊剤の厚みとしては20μm〜80μmの範囲が、絶縁性、貼着性、作業性の観点から好ましい。
【0037】
そして、基材の材質としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などのポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂などを挙げることができ、これらを単独またはブレンドした樹脂、変性した樹脂を用いることができる。そして、ガラス繊維、タルク、シリカなどの充填材を添加しても良い。
【0038】
糊剤としては、天然ゴム、イソブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム、アクリル樹脂などを挙げることができる。これらを単独や積層したものや、変性したものを用いることができる。
【0039】
ところで、正負極板と一体化されていないセパレータが熱収縮した場合、高温加熱下でガス発生し、これによる内圧上昇によって電池ケースに膨れが生じるが、この膨れは電池ケースの端部程小さく、中央部が最も大きくなる。一方、極板群は、リードが接続されている方を上側にした場合、電池ケースに対し下側に寄った状態で収納されているので、極板群の下側の方が電池ケースの膨れは小さく、内圧が極板群にかかっている為、セパレータの収縮は抑制される。従って、極板群の下端部は従来から用いられている極板群の最外周に保護テープを貼着する方法を採用しても良いが、この保護テープも上記の本発明による領域毎に保護部材を配設する位置を変える方法を用いることにより、さらに安全性の高い電池を得ることができる。この保護テープも上記絶縁部材と同様の基材と糊剤を用いることができる。
【0040】
電池ケース4としては、上部が開放している有底の円筒形や角形および長円状のものを挙げることができるが、高温加熱時の温度上昇によりガス発生しても、電池内圧が均等にかからない為に膨れやすい角形や扁平形の電池ケースで、正極板から放出されるリチウムイオンの受け入れ性を良くする為に、幅方向の寸法が正極板の寸法より、数mm程度大きくなるように設定されている負極板と電池ケースとの極性が異なるアルミニウム合金製の場合に、本発明は顕著な効果を発揮することができる。
【0041】
非水電解液としては、非水溶媒と電解質からなり、非水溶媒としては、主成分として環状カーボネートおよび鎖状カーボネートが含有される。前記環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、およびブチレンカーボネート(BC)から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。また、前記鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、およびエチルメチルカーボネート(EMC)等から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
【0042】
電解質としては、例えば、電子吸引性の強いリチウム塩を使用し、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)3等が挙げられる。これらの電解質は、一種類で使用しても良く、二種類以上組み合わせて使用しても良い。これらの電解質は、前記非水溶媒に対して0.5〜1.5Mの濃度で溶解させることが好ましい。
【0043】
【実施例】
以下、実施例および比較例を用いて詳細に説明するが、これらは、本発明を何ら限定するものではない。
【0044】
(実施例1)
正極板1は、正極活物質としてコバルト酸リチウムを100重量部、導電剤としてアセチレンブラックの炭素粉末を3重量部、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂ディスパージョンを固形分で4重量部、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース水溶液を固形分で0.8重量部を混練分散させてペースト状合剤を作製した。このペースト状合剤を、厚さ20μmの帯状のアルミニウム箔からなる正極集電体に連続的に間欠塗着を行い乾燥して、厚み290μmの正極板1を作製し、線圧1000Kg/cmで3回圧延を行うことにより、正極板厚みを180μmに圧延した。この正極板1の最外周で正極合剤層が無く正極集電体が露出している部分に正極リード6をスポット溶接して取り付けた後、120℃で15分間の正極板乾燥を行った。
【0045】
次に、負極板は負極活物質としてリチウム箔を吸蔵、放出可能な鱗片状黒鉛100重量部、結着剤としてスチレンブタジエンゴム(SBR)の水溶性ディスパージョンを固形分として4重量部、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース水溶液を0.8重量部を混練分散させて、ペースト状合剤を作製した。このペースト状合剤を厚さ14μmの帯状の銅箔からなる負極集電体に連続的に間欠塗着を行い乾燥して、厚さ300μmの負極板2を作製し、線圧110Kg/cmで3回圧延を行うことにより、負極板厚みを196μmに圧延した。この負極板3の最内周で負極合剤層が無く負極集電体が露出している部分にスポット溶接して負極リード7を取り付けた後、110℃で10分間の負極板乾燥を行った。
【0046】
このようにして得られた正極板1と負極板2とを耐熱温度が138℃で、厚さ20μmのポリプロピレン製セパレータ3を介して絶縁した状態で長円状に捲回してなる極板群を作製した。
【0047】
この極板群の図1に示す負極板2の最外周と正極板1の正極合剤層とが対向する領域Aでは、図2(a)に示す電池ケース4と正極板1との間に少なくとも負極板2の上端部より5mm突出するように絶縁部材5aを正極板の上端部10mmの範囲で貼着して配設した。図1に示す負極板2の最外周と正極板1の正極合剤層が無く正極集電体とが対向する領域Bでは、図2(b)に示す負極板2と正極集電体との間に少なくとも負極板2の上端部より5mm突出するように絶縁部材5bを正極集電体の上端部10mmの範囲で貼着して配設した。図1に示す負極板がなく、正極板と対向しない領域、すなわち、負極板2の捲回が終わり、正極合剤層が無く正極集電体とセパレータ3または正極集電体のみの領域cでは、図2(c)に示す正極集電体とセパレータ3の間に少なくとも負極板2の上端部より5mm突出するように絶縁部材5bを正極集電体の上端部10mmの範囲で貼着して配設した。
【0048】
なお、この絶縁部材5aは耐熱温度が200℃で厚さ40μmのポリフェニレンサルファイド樹脂の基材と厚さ20μmのウレタン樹脂の糊剤からなる絶縁テープを用い、絶縁部材5bは厚さ40μmのポリエチレンテレフタレート樹脂の基材と厚さ20μmのシリコーン樹脂の糊剤からなる絶縁テープを用い、貼着部分以外には糊剤がないものを用い、領域Aと領域B及び領域Aと領域Cの境界では隙間が生じないようにオーバーラップさせた。
【0049】
また、この極板群の下端部も同様に耐熱温度が140℃で厚さ35μmのポリポロピレン樹脂の基材と厚さ20μmのスチレンブタジエンゴムの糊剤からなる保護テープを配設した。図1に示す領域Aでは、図2(d)に示す電池ケース4と正極板1との間に少なくとも負極板2の下端部より3mm突出するように保護テープ8aを正極板の下端部5mmの範囲で貼着して配設した。図1に示す領域Bでは、図2(e)に示す負極板2と正極集電体との間に少なくとも負極板2の下端部より3mm突出するように保護テープ8bを正極集電体の下端部5mmの範囲で貼着して配設した。図1に示す領域cでは、図2(f)に示す正極集電体とセパレータ3の間に少なくとも負極板2の下端部より8mm突出するように保護テープ8bを正極集電体の下端部5mmの範囲で貼着して配設した。
【0050】
この極板群の長辺側を0.4MPaの圧力条件で1.5秒間熱プレスして扁平形にした後、厚みが0.20mmでマンガン、銅を微量含有する合金No.3000系のアルミニウム合金からなる角形電池ケース4内に収容し、正極板1に接続された正極リード6の他端部を防爆機構を有する封口板に接続し、負極板2に接続された負極リード7の他端部を、封口板の負極端子に接続した後、封口板と電池ケース4とをレーザー溶接した。
【0051】
さらに、封口板の注液孔から電池ケース4内に、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネートの混合溶媒中に、電解質としてヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を1.25モル/l溶かした電解液を所定量注液した後、この注液孔に封栓を挿入し、封栓の周囲と封口板とをレーザー溶接することによって、幅10.5mm、長さ34mm、総高50mmで、電池容量1800mAhの角形リチウムイオン二次電池を作製した。
【0052】
(実施例2)
実施例1と同様にして作製した極板群の図1に示す領域Aでは、図2(a)に示す電池ケース4と正極板1との間に少なくとも負極板2の上端部より5mm突出するように絶縁部材5aを正極板の上端部5mmの範囲で貼着して配設した。領域Bでは、図2(b)に示す負極板2と正極集電体との間に少なくとも負極板2の上端部より0.5mm突出するように絶縁部材5bをセパレータ3の上端部10mmの範囲で貼着して配設した。領域cでは、図2(c)に示す正極集電体とセパレータ3の間に少なくとも負極板2の上端部より5mm突出するように絶縁部材5bをセパレータ3の上端部5mmの範囲で貼着して配設した。
【0053】
なお、絶縁部材5aは耐熱温度が200℃で厚さ40μmのポリフェニレンサルファイド樹脂の基材と厚さ20μmのウレタン樹脂の糊剤からなる絶縁テープを用い、絶縁部材5bは厚さ40μmのポリエチレンテレフタレート樹脂の基材と厚さ20μmのシリコーン樹脂の糊剤からなる絶縁テープを用い、貼着部分以外には糊剤がないものを用い、領域Aと領域B及び領域Aと領域Cの境界では隙間が生じないようにオーバーラップさせた。
【0054】
極板群の下端部には、極板群の最外周である正極板に耐熱温度が200℃で厚さ20μmのポリイミド樹脂の基材と厚さ40μmのイソブチルゴムの糊剤からなる保護テープを貼着した。
【0055】
これ以外は実施例1と同様にして幅10.5mm、長さ34mm、総高50mmで、電池容量1800mAhの角形リチウムイオン二次電池を作製した。
【0056】
(比較例1)
実施例1と同様にして作製した極板群の図1に示す領域A、領域B、領域Cの全周に渡って、図2(a)に示す電池ケース4と正極板1との間に少なくとも負極板2の上端部より5mm突出するように絶縁部材5aを正極板の上端部5mmの範囲で貼着して配設した。なお、絶縁部材5aは耐熱温度が180℃で厚さ30μmのフッ素樹脂の基材と厚さ25μmのシリコンゴムの糊剤からなる絶縁テープを用い、貼着部分以外には糊剤がないものを用い、領域Aと領域Cの境界では隙間が生じないようにオーバーラップさせた。
【0057】
これ以外は実施例2と同様にして幅10.5mm、長さ34mm、総高50mmで、電池容量1800mAhの角形リチウムイオン二次電池を作製した。
【0058】
(比較例2)
実施例1と同様にして作製した極板群の上端部には何も絶縁部材を貼着せず、極板群の下端部のみに実施例2と同様の保護テープを貼着した以外は、実施例2と同様にして幅10.5mm、長さ34mm、総高50mmで、電池容量1800mAhの角形リチウムイオン二次電池を作製した。
【0059】
このようにして得られた実施例1〜実施例2、比較例1〜比較例2の電池各20個について、高温加熱試験を行い、評価した結果を表1に示す。
【0060】
高温加熱試験は、20℃の環境下で3.0Vの終止電圧まで1800mA(1.0ItA)の定電流で残存放電した後、電池電圧が4.2Vに達するまで1260mA(0.7ItA)の定電流充電を行なった満充電状態の電池を、5℃/minの昇温速度で150℃まで昇温させ、150℃で30分間保持させた場合、電池が発火する発生率を調べた。
【0061】
【表1】
【0062】
表1より、実施例の電池は、負極板2の最外周と正極板1の正極合剤層とが対向する領域Aでは、電池ケース4と正極板1との間に少なくとも負極板2の上端部より突出した絶縁部材5aを配設することにより、セパレータ3が熱収縮しても負極板2が正極板1と同電位である電池ケース4と短絡することを防止でき、負極板2の最外周と正極板1の正極合剤層が無く正極集電体とが対向する領域Bでは、負極板2と正極集電体との間に少なくとも負極板2の上端部より突出した絶縁部材5bを配設することにより、セパレータ3が熱収縮しても負極板2が正極集電体と短絡することを防止できるので、発火することのない安全性に優れた電池が得られることがわかった。
【0063】
これに対して、負極板2の最外周と正極板1の正極合剤層が無く正極集電体とが対向する領域Bにおいて、電池ケース4と正極板1との間に配設した比較例1の場合には、負極板2と正極集電体とが短絡し、電池の発火に至る場合があることがわかった。
【0064】
そして、極板群の上端部には何も絶縁部材を貼着せず、極板群の下端部のみに実施例2と同様の保護テープを貼着した比較例2の場合には、極板群の上端部で短絡し、電池の発火に至る割合が非常に高いことがわかった。
【0065】
【発明の効果】
以上の説明から明らかのように、本発明によれば、極板群の最外周に絶縁部材を配設する位置を最適化することにより、高温加熱状態に陥った場合でも非水電解液二次電池の信頼性を大幅に向上させることができ、その工業的価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る主要構成を示す概略構成図
【図2】本発明の極板群に係る一部縦断面図
(a)電池ケースと正極板との間に絶縁部材を配設した極板群上端部の一部縦断面図
(b)負極板と正極集電体との間に絶縁部材を配設した極板群上端部の一部縦断面図
(c)セパレータと正極集電体との間に絶縁部材を配設した極板群上端部の一部縦断面図
(d)電池ケースと正極板との間に絶縁部材を配設した極板群下端部の一部縦断面図
(e)負極板と正極集電体との間に絶縁部材を配設した極板群下端部の一部縦断面図
(f)セパレータと正極集電体との間に絶縁部材を配設した極板群下端部の一部縦断面図
【図3】従来の極板群に係る一部縦断面図
(a)高温加熱試験前の極板群の一部縦断面図
(b)高温加熱試験後の極板群の一部縦断面図
【符号の説明】
1,11 正極板
2,12 負極板
3,13 セパレータ
4,14 電池ケース
5a 電池ケースと正極板との間に配設した絶縁部材
5b 正極集電体と負極板およびセパレータとの間に配設した絶縁部材
A 負極板と正極板の正極合剤層とが対向する領域
B 負極板と正極板の正極集電体とが対向する領域
C 負極板がなく、正極板と対向しない領域
Claims (7)
- 正極板と負極板とをセパレータを介して絶縁した状態で捲回してなる極板群、非水電解液、ならびに前記極板群と非水電解液とを収納する電池ケースからなる非水電解液二次電池であって、
前記負極板の最外周と、前記正極板の正極合剤層とが対向する領域では前記電池ケースと正極板との間、及び前記正極板の正極合剤層が無く正極集電体とが対向する領域では負極板と正極集電体との間に、少なくとも前記負極板の上端部より突出した絶縁部材が配設されていることを特徴とする非水電解液二次電池。 - 前記絶縁部材は、前記セパレータよりも耐熱温度が高い請求項1に記載の非水電解液二次電池。
- 前記電池ケースと正極板との間に配設されている絶縁部材が正極板に貼着されている請求項1または請求項2のいずれかに記載の非水電解液二次電池。
- 前記負極板と正極集電体との間に配設されている絶縁部材が正極集電体に貼着されている請求項1または請求項2のいずれかに記載の非水電解液二次電池。
- 前記負極板と正極集電体との間に配設されている絶縁部材が前記セパレータに貼着されている請求項1または請求項2のいずれかに記載の非水電解液二次電池。
- 前記絶縁部材は基材と糊剤からなる絶縁テープであり、貼着部分以外には糊剤がない絶縁テープである請求項1〜請求項5のいずれかに記載の非水電解液二次電池。
- 前記電池ケースが角形または扁平形の電池ケースである請求項1または請求項3のいずれかに記載の非水電解液二次電池。
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