JP2004103554A - Nonaqueous electrolyte liquid secondary battery - Google Patents

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Masashi Shoji
庄司 昌史
Emiko Igaki
井垣 恵美子
Masakazu Tanahashi
棚橋 正和
Riichi Nakamura
中村 利一
Mikiya Shimada
嶋田 幹也
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte liquid secondary battery equipped with a battery case hard to be corroded even at time of over discharge. <P>SOLUTION: The battery is provided with a battery case 11 functioning as a negative electrode terminal, and a positive electrode, a negative electrode, a separator and a nonaqueous electrolyte liquid housed in the battery case 11. The positive electrode and the negative electrode have an active material reversibly absorbing and releasing lithium. The battery case 11 includes a case 11a formed of a metal plate with iron as a main ingredient, and a metal layer 11b formed at least at a part of the inner face of the case 11a. The metal layer 11b contains a metal element M dissolved in the nonaqueous electrolyte liquid, of which the potential is lower than that of iron and higher than that of lithium. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【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、特にたとえばリチウム二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器の発達に伴い、小型・軽量でエネルギー密度が高く、繰り返し充放電が可能な二次電池の開発が要望されている。このような電池として非水電解液二次電池、特に、コバルト酸リチウムなどの複合酸化物を含む正極と、炭素材料を含む負極とを用いたリチウム二次電池の研究が活発に行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
非水電解液二次電池では、負極端子を兼ねる電池ケースは、一般的にニッケルメッキされた鉄板で形成されている。この電池ケースは、負極と電気的に接続されており、負極の電位と同じ電位となっている。負極の電位は、炭素材料がリチウムをインターカレーション/ディインターカレーション(intercalation/deintercalation)する電位であり、炭素材料の物性、特に層状構造の発達の度合い(層間距離、c軸方向の層の重なり、a軸方向の層の広がり)によって異なるが、リチウムの溶解電位に対して約1.5V以下である。この負極の電位は、電池ケースの材料として用いられている金属の腐食電位より低い電位であるため、通常の状態では電池ケースが腐食されることはない。
【0004】
しかし、この電池が過放電されると、負極の電位がリチウムの溶解電位に対して約3.2V以上にまで上昇して正極の電位と等しくなる。この電位は鉄が溶解する電位であるため、電池ケースが鉄を含む金属板で形成されている場合には、電池ケースの鉄が腐食される。たとえば、電池ケースがニッケルメッキ鉄板で形成されている場合には、ニッケルよりも鉄が腐食されやすいため、ニッケルメッキのピンホール部やニッケルメッキの破損部などにおいて鉄が腐食する。このような不完全なニッケルメッキは、ケースのくびれ部分などに発生しやすい。電池ケースの腐食がひどいと、電池ケースに穴が開いて非水電解液が漏れる可能性がある。
【0005】
このような課題を解決するため、腐食に対して強い耐性を持つオーステナイト系ステンレス鋼を用いて形成された電池ケースが提案されている(たとえば特許文献1参照)。しかしながら、このようなステンレス鋼は、形成する工程が複雑であり、高価であった。
【0006】
このような状況に鑑み、本発明は、過放電時でも腐食されにくい電池ケースを備える非水電解液二次電池を提供することを目的とする。
【0007】
【特許文献1】
特開平6−111849号公報
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の非水電解液二次電池は、負極端子として機能する電池ケースと、前記電池ケースに収納された正極、負極、セパレータおよび非水電解液とを備える非水電解液二次電池であって、前記正極および前記負極は、それぞれ、リチウムを可逆的に吸蔵および放出する活物質を含み、前記電池ケースは、鉄を主成分とする金属板によって形成されたケースと、前記ケースの内面の少なくとも一部に形成された金属層とを含み、前記金属層が、前記非水電解液に溶解する電位が鉄よりも低くリチウムよりも高い金属元素Mを含むことを特徴とする。この明細書において主成分とは、95重量%以上の含有率で含まれる成分を意味する。また、この明細書において「鉄板」とは、炭素などの元素が微量(たとえば5重量%以下)添加された一般的な鋼板を含む。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の非水電解液二次電池は、負極端子として機能する電池ケースと、前記電池ケースに収納された正極、負極、セパレータおよび非水電解液とを備える。正極および前記負極は、それぞれ、リチウムを可逆的に吸蔵および放出する活物質を含む。電池ケースは、鉄を主成分とする金属板によって形成されたケースと、そのケースの内面の少なくとも一部に形成された金属層とを含み、その金属層が、非水電解液に溶解する電位が鉄よりも低くリチウムよりも高い金属元素Mを含む。この非水電解液二次電池では、過放電状態において電池ケースの電位が鉄が溶解する電位以上に上昇した場合でも、金属元素Mが優先的に溶解するため、鉄が溶解することを防止できる。そのため、本発明によれば、電池ケースの腐食による漏液の発生を防止できる。
【0010】
上記金属層はメッキによって形成された層であってもよい。
【0011】
また、上記電池ケースは、ケースの内面に形成されたニッケル層を含み、上記金属層が上記ニッケル層上に形成されていてもよい。
【0012】
また、上記電池ケースは、上記金属層となる板と上記金属板とを圧着させることによって得られるクラッド材で形成されていてもよい。
【0013】
上記金属層は、上記ケースの内面のうち少なくとも底部の角部に形成されていてもよい。電池ケースの腐食は、電池ケースの屈曲部分で特に発生しやすい。金属層をケースの底部の角部に形成することによって、底部の屈曲部分における腐食を防止できる。
【0014】
また、本発明の二次電池は、上記電池ケースを封口する封口板を備え、上記電池ケースには、上記封口板を固定するためのくびれが形成されており、上記くびれの部分に上記金属層が形成されていてもよい。屈曲しているくびれ部分は腐食されやすいが、その部分に金属層を形成することによって、くびれ部分の腐食を防止できる。
【0015】
また、上記正極、上記負極および上記セパレータがコイル状に捲回されて極板群を形成しており、上記金属層は上記極板群の端部の近傍に形成されていてもよい。正極の近傍では特に電池ケースが腐食しやすいため、極板群の端部の近傍に金属層を形成することが好ましい。
【0016】
また、上記金属層に含まれる金属元素Mのすべてを金属イオンとして溶解させるために必要な電気量が、電池容量の4%以上であることが好ましい。この構成によれば、上記金属板で形成された上記ケースの腐食を特に防止できる。なお、この明細書において「電池容量」とは、電池電圧が4.2Vに達するまで充電を行った電池を、電池電圧が3.0Vになるまで放電を行ったときの電池容量を意味する。
【0017】
また、上記金属元素Mが亜鉛であることが好ましい。この構成によれば、金属元素Mによる電池特性の低下を抑制できる。
【0018】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。本発明の非水電解液二次電池の一例として、非水電解液二次電池10の一部分解側面図を図1に示す。
【0019】
非水電解液二次電池10は、負極端子として機能する電池ケース11(ハッチングは省略する)と、電池ケース11を封口する封口体12と、電池ケース11に収納された正極13、負極14、セパレータ15および非水電解液(図示せず)とを備える。正極13および負極14は、それぞれ、可逆的にリチウムを吸蔵および放出する活物質を含む。正極13と負極14とは、セパレータ15を挟んでスパイラル状に捲回され、極板群16を構成している。極板群16の上部と下部とには、短絡を防止するための絶縁板17および18が配置されている。
【0020】
本発明の非水電解液二次電池では、電池ケース11を除く部材には、リチウム二次電池に一般的に使用される部材を用いることができる。以下、具体的に説明する。
【0021】
封口体12は、正極蓋12aと正極蓋12aの周囲に配置された絶縁ガスケット12bとを備える。封口体12は、電池ケース11に形成されたくびれ11cの部分で支持および固定されている。
【0022】
正極13は、集電体と、集電体上に形成された活物質層とを含む。集電体には、たとえばアルミニウム箔を用いることができる。活物質層に含まれる活物質には、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物を用いることができ、たとえばコバルト酸リチウム(LiCoO)を用いることができる。正極13は、正極リード19によって正極蓋12aに電気的に接続されている。
【0023】
負極14は、集電体と、集電体上に形成された活物質層とを含む。集電体には、たとえば銅箔を用いることができる。活物質層に含まれる活物質には、リチウムを可逆的に吸蔵および放出する炭素材料を用いることができる。セパレータ15には、たとえばポリエチレン樹脂からなる微多孔性フィルムを用いることができる。負極14は、負極リード20によって電池ケース11に電気的に接続されている。なお、非水電解液については後述する。
【0024】
以下、電池ケース11について説明する。電池ケース11の断面図を図2に示す。電池ケース11は、鉄を主成分(含有率が95質量%以上)とする金属板によって形成されたケース11aと、ケース11aの内面の少なくとも一部に形成された金属層11bとを含む。図2では、ケース11aの内面の全面に金属層11bが形成されている電池ケース11を示している。
【0025】
ケース11aを形成する金属板には、鉄からなる板や、鉄に炭素などの元素が添加された金属からなる一般的な鋼板を用いることができる。金属層11bは、非水電解液二次電池10に用いられる非水電解液に溶解する電位が鉄よりも低くリチウムよりも高い金属元素M(2種類以上の元素でもよい)を含む。金属元素Mには、亜鉛を用いることができる。金属層11bとして亜鉛層を用いることによって、金属層11bに起因する電池特性の低下を抑制できる。また、金属元素Mには、マグネシウム、チタン、バナジウム、インジウムといった元素を用いることも可能であると予測される。金属層11bに含まれる金属元素Mの量は、金属元素Mのすべてを溶解させるために必要な電気量が、非水電解液二次電池10の電池容量の4%以上となる量であることが好ましい。
【0026】
以下、亜鉛および鉄の溶解電位を測定した一例について説明する。非水電解液として、LiPFが1.25Mの濃度で溶解された非水溶媒を用いた。溶媒には、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとジメチルカーボネートとを、2:3:3の体積比で混合した溶媒を用いた。そして、この非水電解液中での亜鉛の溶解電位を測定したところ、リチウムの溶解電位に対して約+2.8(V)であった。一方、鉄の溶解電位を測定したところ、リチウムの溶解電位に対して約+3.0(V)であった。
【0027】
金属層11bは、たとえばメッキ法で形成できる。メッキ法の種類については特に限定がなく、たとえば電解メッキ法を用いることができる。この場合、メッキ法で金属層11bが形成された金属板を成形することによってケース11aを形成してもよい。また、ケース11aにメッキ法で金属層11bを形成してもよい。また、金属層11bとなる板と、ケース11aとなる金属板とを圧着させることによって得られるクラッド材を用いて電池ケース11を形成してもよい。
【0028】
なお、図2には、金属層11bがケース11aの内側の全面に形成されている場合を示しているが、金属層11bは、ケース11aの一部に形成されていてもよい。金属層11bは、ケース11aが特に腐食されやすい部分に少なくとも形成される。ケース11aのうち、特に腐食されやすい部分は、ケース11aが屈曲している部分(たとえば、くびれ部および底部)、および極板群16の両端の近傍に位置する部分である。したがって、金属層11bは、少なくともこれらの部分に形成されることが好ましい。
【0029】
また、図3に示すように、ケース11aの内面にニッケル層21が形成されており、金属層11bがニッケル層21上に形成されている電池ケースを用いてもよい。この場合、ニッケルメッキされた金属板を用いてニッケル層21を備えるケース11aを形成できる。また、金属板で形成されたケース11aにニッケルメッキを行ってニッケル層21を形成してもよい。この場合、電解メッキ法や無電解メッキ法を用いてニッケル層21を形成できる。図3の電池ケースにおいても、上述した方法、たとえばメッキ法で金属層11b(たとえば亜鉛層)を形成できる。また、ニッケル層21を備えるケース11aを用いる場合には、ケース11aのくびれ11cの部分でニッケルメッキ層に欠陥が生じやすいため、少なくともくびれ11cの部分に金属層11bを形成することが好ましい。
【0030】
以下に、本発明の非水電解液二次電池の製造方法の一例を説明する。まず、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って得られる炭素材料(負極活物質)とゴム系結着剤(たとえばSBR)とを溶剤に加えて混練することによって負極用のペーストを作製する。そして、このペーストを集電体に塗布して負極シートを形成し、これを乾燥したのち圧延する。このようにして、表面に活物質層が形成された負極14を得る。
【0031】
一方、正極13は、活物質としてLiCoOを用い、結着剤としてフッ素系結着剤(たとえばPVDF)を用いること以外は負極14と同様の方法で作製する。
【0032】
次に、正極13と負極14との間にセパレータ15が配置されるようにこれらを捲回して渦巻き状の極板群16を作製する。次に、正極13と正極蓋12aとを正極リード19で接続し、負極14と電池ケース11とを負極リード20で接続する。このとき、極板群16の両端には、絶縁板17および18を配置する。次に、電池ケース11に非水電解液を注入する。次に、封口体12によって電池ケース11を封口する。次に、この電池を所定の電圧で初回充電する。このようにして、本発明の非水電解液二次電池を製造できる。
【0033】
なお、負極14の集電体には、銅箔の他に、ラス加工を施した金属箔、またはエッチング加工を施した金属箔を使用できる。負極14の集電体の厚さは10〜50μmの範囲が好ましい。
【0034】
負極の活物質には、上述した炭素材料の他に、コークスやピッチを焼成することによって得られる炭素材料、人造グラファイト、天然グラファイトを用いてもよい。負極の活物質の形状は、球状、リン片状または塊状が好ましい。結着剤には、フッ素系結着剤、アクリルゴム、変性アクリルゴム、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、アクリル系重合体、およびビニル系重合体からなる群から選ばれる少なくとも一種を用いることができる。フッ素系結着剤としては、たとえば、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンと六フッ化プロピレンとの共重合体、またはポリテトラフルオロエチレン樹脂を用いることができる。これらの結着剤は、水または有機溶剤にディスパージョンさせて用いられる。
【0035】
負極用のペーストは、必要に応じて導電助剤や増粘剤を含んでもよい。導電助剤には、アセチレンブラック、グラファイトおよび炭素繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種を使用できる。増粘剤には、エチレン−ビニルアルコール共重合体、カルボキシメチルセルロースおよびメチルセルロースからなる群から選ばれる少なくとも一種を使用できる。
【0036】
負極用のペーストを形成するための溶剤には、結着剤を分散できる液体を使用できる。たとえば、有機溶剤に分散可能な結着剤を用いる場合は、溶剤として、N−メチル−2−ピロリドン、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、アセトンおよびメチルエチルケトンからなる群から選ばれる少なくとも一種の有機溶剤を使用できる。一方、水に分散可能な結着剤を用いる場合は、溶剤として水を用いることができる。
【0037】
負極用のペーストの混錬には、たとえば、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。また、これらを複数組み合わせてペーストを混錬してもよい。なお、混練時に、ペーストに、分散剤、界面活性剤や安定剤などを添加してもよい。
【0038】
負極集電体へのペーストの塗布は、たとえば、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、グラビアコーターまたはディップコーターを用いて行うことができる。塗布後の乾燥は自然乾燥に近い状態で乾燥するのが好ましいが、加熱して乾燥することによって生産性を高めることができる。加熱の条件は、70〜300℃の温度で1分間〜5時間の範囲が好ましい。
【0039】
負極シートは、目標の厚さとなるまでロールプレス機を用いて圧延される。圧延は、一定の線圧で数回行われてもよいし、線圧を変えて数回行われてもよい。いずれの場合でも、線圧は、9800〜19600N/cm(1000〜2000kgf/cm)の範囲であることが好ましい。
【0040】
正極13の集電体には、アルミニウム箔の他に、ラス加工を施した金属箔、またはエッチング加工を施した金属箔を使用できる。この集電体の厚さは10〜60μmの範囲が好ましい。
【0041】
正極活物質には、LiCoOの他に、リチウムイオンをゲストとして受け入れた、遷移金属化合物が使用できる。具体的には、活物質として、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なる群から選ばれる少なくとも一種の元素とリチウムとを含む複合酸化物を用いることができる。たとえば、LiCoO、LiMnO、LiNiO、LiCoNi(1−x)(0<x<1)、LiCrO、αLiFeOおよびLiVOを用いることができる。
【0042】
なお、正極用のペーストには、必要に応じて、導電助剤、増粘剤、分散剤、界面活性剤および安定剤などを添加してもよい。これらには、負極14について説明したものと同様のものを使用できる。さらに、正極用のペーストの集電体への塗布、乾燥および圧延は、負極14の作製方法と同様の方法で行うことができる。
【0043】
セパレータ15には、ポリエチレン樹脂からなる微多孔性フィルムの他、ポリプロピレン樹脂などのポリオレフイン系樹脂からなる微多孔性フィルムを使用できる。セパレータ15の厚さは、15〜30μmの範囲が好ましい。
【0044】
非水電解液には、非水溶媒にリチウム塩を溶解することによって得られる非水電解液を用いることができる。非水溶媒には、たとえば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジクロロエタン、1,3−ジメトキシプロパン、4−メチル−2−ペンタノン、1,4−ジオキサン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、スルホラン、3−メチル−スルホラン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、リン酸トリメチル、またはリン酸トリエチルを使用することができる。なお、これらの非水溶媒を二種類以上混合して使用してもよい。
【0045】
リチウム塩としては、電子吸引性の大きいリチウム塩を使用する。たとえば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO、LiN(SOCF、LiN(SO、LiC(SOCFを用いることができる。これらの電解液を二種類以上組み合わせて使用してもよい。これらの電解液は、非水溶媒に対して0.5〜1.5mol/リットルの範囲の濃度となるように溶解させるのがよい。
【0046】
【実施例】
以下、実施例を用いて、本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例では、電池ケースが異なる8種類の電池を、それぞれ50個ずつ作製した。各電池は、JIS C8711記載のICR17500サイズ(直径17mm、高さ50mm)であり、電池容量が800mAhとなるように作製した。そして、作製した電池について、過放電時に漏液が生じるか否かを試験した。
【0047】
試験は以下のように行った。組み立てた電池について仕上げ充放電をしたのち、温度45℃で2週間エージングを行い、さらに室温20℃で1週間放置した。その後、電池電圧が4.2Vに達するまで800mA(1CmA)の定電流充電を行ったのち、電池電圧が3.0Vに達するまで800mA(1CmA)の定電流放電を行った。その後、電池に1kΩの定抵抗を接続した状態で温度60℃の環境中に30日間放置して、電池を過放電状態にした。その後、漏液した電池の個数を数えた。以下に、各電池の作製方法について説明する。
【0048】
(電池A)
負極活物質であるリン片状黒鉛100質量部と、スチレンブタジエンゴム(結着剤)4質量部の水分散液と、カルボキシメチルセルロース(増粘剤)0.8質量部の水溶液との混合物を、プラネタリーミキサーによって混練してペーストを作製した。次に、このペーストを帯状の銅箔(厚さ14μm)にスリットダイコーターで塗布して乾燥し、表面に活物質層が形成されたシート(厚さ300μm)を作製した。次いで、このシートをロールプレス機を用いて線圧1080N/cm(110kgf/cm)で3回圧延して、厚さ196μmの負極板を得た。
【0049】
正極活物質であるコバルト酸リチウム100質量部と、アセチレンブラックの炭素粉末(導電剤)3質量部と、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(結着剤)4質量部の水分散液と、カルボキシメチルセルロース(増粘剤)0.8質量部の水溶液との混合物を、プラネタリーミキサーによって混練してペーストを作製した。次に、このペーストを、帯状のアルミニウム箔(厚さ20μm)にスリットダイコーターで塗着して乾燥し、表面に活物質層が形成されたシート(厚さ290μm)を作製した。
【0050】
次いで、このシートをロールプレス機を用いて線圧9800N/cm(1000kgf/cm)で3回圧延して、厚さ180μmの正極板を得た。続いて、この正極板の集電体(アルミニウム箔)が露出した部分に正極リード19をスポット溶接した後、250℃で10時間乾燥した。次に、この正極13と負極14とでポリプロピレン製セパレータ(厚さ20μm)を挟み、渦巻き状に捲回して極板群を形成した。この極板群を、絶縁板を底部に配置した電池ケース内に収納した。電池Aでは、電池ケースとして、内面に亜鉛メッキ層が形成された鉄板製のケースを用いた。この電池ケースは、片面に亜鉛がメッキされた鉄板をケースの形状に成形することによって作製した。
【0051】
次に、正極リードを正極蓋に接続し、負極リードを電池ケースの底部に接続した。そして、極板群の上部に絶縁板を配置した。続いて、電池ケースに所定量の電解液を注入した。電解液には、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを混合した溶媒に、電解液であるヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を1.25mol/リットルの割合で溶かした電解液を用いた。次に、正極蓋とポリプロピレン樹脂製のガスケットとを用いて電池ケースを封口した。次いで、この電池を所定の電圧で初回充電して、JIS C8711記載のICR17500サイズ、電池容量800mAhの電池Aを作製した。この電池A50個を上述した条件で過放電状態にして漏液が発生するかどうかを観察した。
【0052】
電池Aでは、電池ケースの内面に形成された亜鉛メッキ層中の亜鉛の量は約39mgであった。この亜鉛層の亜鉛のすべてを亜鉛イオンとして電気化学的に溶解させるときに必要な電気量は約32mAhであり、電池容量の約4%に相当する量であった。過放電によって漏液した電池Aは50個中0個であって、良好な結果が得られた。
【0053】
(電池B)
電池ケース以外は電池Aと同様にして電池Bを作製した。電池Bの電池ケースには、ニッケルメッキされた鉄板を用いて形成された電池ケースを用いた。過放電によって漏液した電池Bは、50個中9個であった。
【0054】
(電池C)
電池ケースの内面に形成する亜鉛層の亜鉛の量を約20mgとしたことを除いて電池Aと同様にして電池Cを作製した。この亜鉛層の亜鉛のすべてを亜鉛イオンとして電気化学的に溶解させるときに必要な電気量は約16mAhであり、電池容量の約2%に相当する量であった。過放電によって漏液した電池Cは、50個中3個であった。
【0055】
(電池D)
電池ケースを除いて電池Aと同様にして電池Dを作製した。電池Dの電池ケースには、ニッケルメッキされた鉄板で形成されたケースの内面に、メッキによって亜鉛層を形成したケースを用いた。この亜鉛層の亜鉛の量は約39mgであった。この亜鉛層の亜鉛のすべてを亜鉛イオンとして電気化学的に溶解させるときに必要な電気量は約32mAhであり、電池容量の約4%に相当する量であった。過放電によって漏液した電池Dは、50個中0個であって、良好な結果が得られた。
【0056】
(電池E)
電池ケースを除いて電池Aと同様にして電池Eを作製した。電池Eの電池ケースには、ニッケルメッキされた鉄板で形成されたケースの内面の上部くびれ部分およびその周辺に、メッキによって亜鉛層を形成したケースを用いた。この亜鉛層の亜鉛量は、約42mgであった。この亜鉛層の亜鉛のすべてを亜鉛イオンとして電気化学的に溶解させるときに必要な電気量は約34mAhであり、電池容量の約4%に相当する量であった。過放電によって漏液した電池Eの個数は50個中0個であって、良好な結果が得られた。
【0057】
(電池F)
電池ケースを除いて電池Aと同様にして電池Fを作製した。電池Fの電池ケースには、ニッケルメッキされた鉄板で形成されたケースの内面の底部およびその周辺に、メッキによって亜鉛層を形成したケースを用いた。この亜鉛層の亜鉛量は、約40mgであった。この亜鉛層の亜鉛のすべてを亜鉛イオンとして電気化学的に溶解させるときに必要な電気量は約33mAhであり、電池容量の約4%に相当する量であった。過放電によって漏液した電池Fの個数は50個中0個であって、良好な結果が得られた。
【0058】
(電池G)
電池ケースを除いて電池Aと同様にして電池Gを作製した。電池Gの電池ケースには、ニッケルメッキされた鉄板で形成されたケースの内面の、上部くびれ部分およびその周辺ならびに底部およびその周辺に、メッキによって亜鉛層を形成したケースを用いた。2つの亜鉛層の亜鉛量の合計は、約40mgであった。この亜鉛層の亜鉛のすべてを亜鉛イオンとして電気化学的に溶解させるときに必要な電気量は約33mAhであり、電池容量の約4%に相当する量であった。過放電によって漏液した電池Gの個数は50個中0個であって、良好な結果が得られた。
【0059】
(電池H)
電池ケースを除いて電池Aと同様にして電池Hを作製した。電池Hの電池ケースには、亜鉛板を圧着させた鉄板(クラッド材)を成形することによって形成されたケースを用いた。亜鉛板がケースの内側になるようにクラッド材を成形して電池ケースを作製した。電池ケースの内側の亜鉛層(亜鉛板)の亜鉛量は、約50mgであった。この亜鉛層の亜鉛のすべてを亜鉛イオンとして電気化学的に溶解させるときに必要な電気量は約41mAhであり、電池容量の約5%に相当する量であった。過放電によって漏液した電池Hの個数は50個中0個であって、良好な結果が得られた。
【0060】
以上の結果から明らかなように、電池ケース内面に亜鉛層を形成した電池A、C〜Hは、電池Bに比べて漏液の発生率が低かった。電池ケース内面の亜鉛層の亜鉛量を、その亜鉛を亜鉛イオンに溶解するために必要な電気量が電池容量の4%以上となるようにすることによって、漏液の発生率を特に低くできた。
【0061】
なお、図1では円筒形の電池について説明したが、本発明は円筒形の電池に限定されず、角形など他の形状の電池にも適用できる。
【0062】
【発明の効果】
以上のように本発明の非水電解液二次電池では、鉄より溶解電位の低い金属元素Mを含む金属層を電池ケース内面に形成しているため、過放電時に、電池ケースを構成する鉄が腐食されることを防止できる。そのため、本発明によれば、過放電時でも漏液の可能性が少ない非水電解液二次電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の非水電解液二次電池について一例を示す一部分解側面図。
【図2】本発明の非水電解液二次電池に用いられる電池ケースの一例を示す断面図である。
【図3】本発明の非水電解液二次電池に用いられる電池ケースの他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
10 非水電解質二次電池
11 電池ケース
11a ケース
11b 金属層
11c くびれ
12 封口体
12a 正極蓋
12b 絶縁ガスケット
13 正極
14 負極
15 セパレータ
16 極板群
17、18 絶縁板
19 正極リード
20 負極リード
21 ニッケル層
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and particularly to, for example, a lithium secondary battery.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of electronic devices, there has been a demand for the development of a secondary battery that is small and lightweight, has a high energy density, and can be repeatedly charged and discharged. As such batteries, nonaqueous electrolyte secondary batteries, particularly lithium secondary batteries using a positive electrode containing a composite oxide such as lithium cobalt oxide and a negative electrode containing a carbon material, are being actively researched. .
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In a non-aqueous electrolyte secondary battery, a battery case also serving as a negative electrode terminal is generally formed of a nickel-plated iron plate. This battery case is electrically connected to the negative electrode and has the same potential as the negative electrode. The potential of the negative electrode is a potential at which the carbon material intercalates / deintercalates lithium, and is a physical property of the carbon material, particularly the degree of development of the layered structure (interlayer distance, c-axis direction of the layer). It is about 1.5 V or less with respect to the dissolution potential of lithium, though it depends on the overlap and the spread of the layer in the a-axis direction). Since the potential of the negative electrode is lower than the corrosion potential of the metal used as the material of the battery case, the battery case is not corroded in a normal state.
[0004]
However, when the battery is over-discharged, the potential of the negative electrode rises to about 3.2 V or more with respect to the dissolution potential of lithium and becomes equal to the potential of the positive electrode. Since this potential is a potential at which iron dissolves, if the battery case is formed of a metal plate containing iron, the iron of the battery case is corroded. For example, when the battery case is formed of a nickel-plated iron plate, iron is more easily corroded than nickel, so that iron is corroded at a nickel-plated pinhole portion or a nickel-plated damaged portion. Such imperfect nickel plating is likely to occur in the constricted part of the case. If the battery case is severely corroded, a hole may be opened in the battery case and the non-aqueous electrolyte may leak.
[0005]
In order to solve such a problem, a battery case formed using austenitic stainless steel having high resistance to corrosion has been proposed (for example, see Patent Document 1). However, such a stainless steel has a complicated forming process and is expensive.
[0006]
In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery including a battery case that is hardly corroded even during overdischarge.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-6-11849
[0008]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a battery case that functions as a negative electrode terminal, and a non-aqueous electrolyte including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte contained in the battery case. An electrolyte secondary battery, wherein the positive electrode and the negative electrode each include an active material that reversibly stores and releases lithium, and the battery case is formed of a metal plate containing iron as a main component. And a metal layer formed on at least a part of the inner surface of the case, wherein the metal layer contains a metal element M whose potential dissolved in the non-aqueous electrolyte is lower than iron and higher than lithium. Features. In this specification, the main component means a component contained at a content of 95% by weight or more. Further, in this specification, the “iron plate” includes a general steel plate to which an element such as carbon is added in a small amount (for example, 5% by weight or less).
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a battery case that functions as a negative electrode terminal, and a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte stored in the battery case. The positive electrode and the negative electrode each include an active material that reversibly stores and releases lithium. The battery case includes a case formed of a metal plate containing iron as a main component, and a metal layer formed on at least a part of an inner surface of the case, and the potential at which the metal layer dissolves in the nonaqueous electrolyte. Contains a metal element M lower than iron and higher than lithium. In this non-aqueous electrolyte secondary battery, even when the potential of the battery case rises above the potential at which iron dissolves in the overdischarge state, the metal element M is preferentially dissolved, so that iron can be prevented from dissolving. . Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of liquid leakage due to corrosion of the battery case.
[0010]
The metal layer may be a layer formed by plating.
[0011]
Further, the battery case may include a nickel layer formed on an inner surface of the case, and the metal layer may be formed on the nickel layer.
[0012]
Further, the battery case may be formed of a clad material obtained by pressing the metal plate and the metal layer plate.
[0013]
The metal layer may be formed on at least a bottom corner of the inner surface of the case. Corrosion of the battery case is particularly likely to occur at the bent portion of the battery case. By forming the metal layer at the corner of the bottom of the case, corrosion at the bent portion of the bottom can be prevented.
[0014]
Further, the secondary battery of the present invention includes a sealing plate for sealing the battery case, wherein the battery case is formed with a constriction for fixing the sealing plate, and the metal layer is formed on the constricted portion. May be formed. The bent constricted portion is easily corroded, but by forming a metal layer on that portion, corrosion of the constricted portion can be prevented.
[0015]
The positive electrode, the negative electrode, and the separator may be wound in a coil shape to form an electrode group, and the metal layer may be formed near an end of the electrode group. Since the battery case is particularly susceptible to corrosion near the positive electrode, it is preferable to form a metal layer near the end of the electrode plate group.
[0016]
Further, it is preferable that the amount of electricity necessary for dissolving all of the metal elements M contained in the metal layer as metal ions is 4% or more of the battery capacity. According to this configuration, corrosion of the case formed of the metal plate can be particularly prevented. In this specification, the “battery capacity” means the battery capacity when the battery charged until the battery voltage reaches 4.2 V is discharged until the battery voltage reaches 3.0 V.
[0017]
Preferably, the metal element M is zinc. According to this configuration, it is possible to suppress deterioration of battery characteristics due to the metal element M.
[0018]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. As an example of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a partially exploded side view of a non-aqueous electrolyte secondary battery 10 is shown in FIG.
[0019]
The non-aqueous electrolyte secondary battery 10 includes a battery case 11 functioning as a negative electrode terminal (hatching is omitted), a sealing body 12 for sealing the battery case 11, a positive electrode 13, a negative electrode 14, housed in the battery case 11, A separator 15 and a non-aqueous electrolyte (not shown) are provided. The positive electrode 13 and the negative electrode 14 each include an active material that reversibly stores and releases lithium. The positive electrode 13 and the negative electrode 14 are spirally wound with a separator 15 interposed therebetween to form an electrode plate group 16. Insulating plates 17 and 18 for preventing a short circuit are arranged on the upper and lower portions of the electrode plate group 16.
[0020]
In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, members generally used for a lithium secondary battery can be used as members other than the battery case 11. Hereinafter, a specific description will be given.
[0021]
The sealing body 12 includes a positive electrode lid 12a and an insulating gasket 12b arranged around the positive electrode lid 12a. The sealing body 12 is supported and fixed by a constriction 11 c formed in the battery case 11.
[0022]
Positive electrode 13 includes a current collector and an active material layer formed on the current collector. As the current collector, for example, an aluminum foil can be used. As the active material included in the active material layer, a composite oxide containing lithium and a transition metal element can be used. For example, lithium cobaltate (LiCoO 2 2 ) Can be used. The positive electrode 13 is electrically connected to the positive electrode lid 12a by a positive electrode lead 19.
[0023]
The negative electrode 14 includes a current collector and an active material layer formed on the current collector. For the current collector, for example, a copper foil can be used. As the active material included in the active material layer, a carbon material that reversibly stores and releases lithium can be used. As the separator 15, for example, a microporous film made of a polyethylene resin can be used. The negative electrode 14 is electrically connected to the battery case 11 by a negative electrode lead 20. The non-aqueous electrolyte will be described later.
[0024]
Hereinafter, the battery case 11 will be described. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the battery case 11. Battery case 11 includes a case 11a formed of a metal plate containing iron as a main component (having a content of 95% by mass or more), and a metal layer 11b formed on at least a part of the inner surface of case 11a. FIG. 2 shows a battery case 11 in which a metal layer 11b is formed on the entire inner surface of the case 11a.
[0025]
As the metal plate forming the case 11a, a plate made of iron or a general steel plate made of a metal obtained by adding an element such as carbon to iron can be used. The metal layer 11b contains a metal element M (which may be two or more elements) whose potential dissolved in the nonaqueous electrolyte used in the nonaqueous electrolyte secondary battery 10 is lower than iron and higher than lithium. As the metal element M, zinc can be used. By using a zinc layer as the metal layer 11b, it is possible to suppress a decrease in battery characteristics caused by the metal layer 11b. Further, it is expected that elements such as magnesium, titanium, vanadium, and indium can be used as the metal element M. The amount of the metal element M contained in the metal layer 11b is such that the amount of electricity required to dissolve all of the metal element M is at least 4% of the battery capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery 10. Is preferred.
[0026]
Hereinafter, an example of measuring the dissolution potential of zinc and iron will be described. LiPF as non-aqueous electrolyte 6 Was used at a concentration of 1.25M. As the solvent, a solvent in which ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, and dimethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 2: 3: 3 was used. When the dissolution potential of zinc in the non-aqueous electrolyte was measured, it was about +2.8 (V) with respect to the dissolution potential of lithium. On the other hand, when the dissolution potential of iron was measured, it was about +3.0 (V) with respect to the dissolution potential of lithium.
[0027]
The metal layer 11b can be formed by, for example, a plating method. The type of plating method is not particularly limited, and for example, an electrolytic plating method can be used. In this case, the case 11a may be formed by molding a metal plate on which the metal layer 11b is formed by a plating method. Further, the metal layer 11b may be formed on the case 11a by a plating method. Further, the battery case 11 may be formed by using a clad material obtained by pressing a plate serving as the metal layer 11b and a metal plate serving as the case 11a.
[0028]
Although FIG. 2 shows a case where the metal layer 11b is formed on the entire inner surface of the case 11a, the metal layer 11b may be formed on a part of the case 11a. The metal layer 11b is formed at least in a portion where the case 11a is particularly susceptible to corrosion. Of the case 11a, particularly easily corroded portions are portions where the case 11a is bent (for example, a constricted portion and a bottom portion) and portions located near both ends of the electrode plate group 16. Therefore, it is preferable that the metal layer 11b is formed at least in these portions.
[0029]
Further, as shown in FIG. 3, a battery case in which a nickel layer 21 is formed on the inner surface of a case 11a and a metal layer 11b is formed on the nickel layer 21 may be used. In this case, the case 11a including the nickel layer 21 can be formed using a nickel-plated metal plate. Alternatively, the nickel layer 21 may be formed by performing nickel plating on the case 11a formed of a metal plate. In this case, the nickel layer 21 can be formed using an electrolytic plating method or an electroless plating method. Also in the battery case of FIG. 3, the metal layer 11b (for example, a zinc layer) can be formed by the method described above, for example, the plating method. When the case 11a including the nickel layer 21 is used, a defect is easily generated in the nickel plating layer at the constriction 11c of the case 11a. Therefore, it is preferable to form the metal layer 11b at least on the constriction 11c.
[0030]
Hereinafter, an example of the method for manufacturing the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described. First, a carbon material (negative electrode active material) obtained by calcining an organic polymer compound (phenol resin, polyacrylonitrile, cellulose, etc.) and a rubber binder (for example, SBR) are added to a solvent and kneaded. A paste for a negative electrode is prepared. Then, this paste is applied to a current collector to form a negative electrode sheet, which is dried and then rolled. Thus, the negative electrode 14 having the active material layer formed on the surface is obtained.
[0031]
On the other hand, the positive electrode 13 has LiCoO as an active material. 2 And using a fluorine-based binder (for example, PVDF) as the binder, in the same manner as the anode 14.
[0032]
Next, these are wound so that the separator 15 is disposed between the positive electrode 13 and the negative electrode 14, thereby producing a spiral electrode group 16. Next, the positive electrode 13 and the positive electrode lid 12 a are connected by the positive electrode lead 19, and the negative electrode 14 and the battery case 11 are connected by the negative electrode lead 20. At this time, insulating plates 17 and 18 are arranged at both ends of the electrode group 16. Next, a non-aqueous electrolyte is injected into the battery case 11. Next, the battery case 11 is sealed by the sealing body 12. Next, the battery is initially charged at a predetermined voltage. Thus, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be manufactured.
[0033]
The current collector of the negative electrode 14 may be a metal foil subjected to lath processing or a metal foil subjected to etching processing, in addition to the copper foil. The thickness of the current collector of the negative electrode 14 is preferably in the range of 10 to 50 μm.
[0034]
As the active material of the negative electrode, in addition to the above-described carbon material, a carbon material obtained by firing coke or pitch, artificial graphite, or natural graphite may be used. The shape of the negative electrode active material is preferably spherical, scaly, or massive. As the binder, at least one selected from the group consisting of a fluorine-based binder, acrylic rubber, modified acrylic rubber, styrene-butadiene rubber (SBR), an acrylic polymer, and a vinyl polymer can be used. . As the fluorine-based binder, for example, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and propylene hexafluoride, or polytetrafluoroethylene resin can be used. These binders are used after being dispersed in water or an organic solvent.
[0035]
The paste for the negative electrode may include a conductive aid and a thickener as necessary. As the conductive additive, at least one selected from the group consisting of acetylene black, graphite, and carbon fiber can be used. As the thickener, at least one selected from the group consisting of ethylene-vinyl alcohol copolymer, carboxymethyl cellulose, and methyl cellulose can be used.
[0036]
As a solvent for forming the paste for the negative electrode, a liquid capable of dispersing a binder can be used. For example, when using a binder dispersible in an organic solvent, the solvent may be N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, tetrahydrofuran, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, hexamethylsulfamide, tetramethyl At least one organic solvent selected from the group consisting of urea, acetone and methyl ethyl ketone can be used. On the other hand, when a binder dispersible in water is used, water can be used as a solvent.
[0037]
For kneading the paste for the negative electrode, for example, a planetary mixer, a homomixer, a pin mixer, a kneader, a homogenizer and the like can be used. Further, the paste may be kneaded by combining a plurality of them. At the time of kneading, a dispersant, a surfactant, a stabilizer and the like may be added to the paste.
[0038]
The paste can be applied to the negative electrode current collector using, for example, a slit die coater, a reverse roll coater, a lip coater, a blade coater, a knife coater, a gravure coater, or a dip coater. Drying after application is preferably performed in a state close to natural drying. However, productivity can be increased by heating and drying. Heating conditions are preferably in the range of 70 to 300 ° C. for 1 minute to 5 hours.
[0039]
The negative electrode sheet is rolled using a roll press until it reaches a target thickness. Rolling may be performed several times at a constant linear pressure, or may be performed several times while changing the linear pressure. In any case, the linear pressure is preferably in the range of 9800 to 19600 N / cm (1000 to 2000 kgf / cm).
[0040]
As the current collector of the positive electrode 13, a metal foil subjected to lath processing or a metal foil subjected to etching processing can be used in addition to the aluminum foil. The thickness of the current collector is preferably in the range of 10 to 60 μm.
[0041]
LiCoO is used as the positive electrode active material. 2 Alternatively, a transition metal compound that accepts lithium ions as a guest can be used. Specifically, a composite oxide containing at least one element selected from the group consisting of cobalt, manganese, nickel, chromium, iron, and vanadium and lithium as the active material can be used. For example, LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiCo x Ni (1-x) O 2 (0 <x <1), LiCrO 2 , ΑLiFeO 2 And LiVO 2 Can be used.
[0042]
Note that a conductive assistant, a thickener, a dispersant, a surfactant, a stabilizer, and the like may be added to the positive electrode paste as needed. As these, those similar to those described for the negative electrode 14 can be used. Further, the application of the paste for the positive electrode to the current collector, drying, and rolling can be performed in the same manner as the method for manufacturing the negative electrode 14.
[0043]
As the separator 15, a microporous film made of a polyolefin resin such as a polypropylene resin can be used in addition to a microporous film made of a polyethylene resin. The thickness of the separator 15 is preferably in the range of 15 to 30 μm.
[0044]
As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium salt in a non-aqueous solvent can be used. Non-aqueous solvents include, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dichloroethane, 1,3-dimethoxypropane, 4-methyl -2-pentanone, 1,4-dioxane, acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, benzonitrile, sulfolane, 3-methyl-sulfolane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, trimethyl phosphate, Or triethyl phosphate can be used. In addition, you may use these non-aqueous solvents in mixture of 2 or more types.
[0045]
As the lithium salt, a lithium salt having a high electron-withdrawing property is used. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 Can be used. You may use these electrolyte solutions in combination of 2 or more types. These electrolytes are preferably dissolved in the non-aqueous solvent so as to have a concentration in the range of 0.5 to 1.5 mol / liter.
[0046]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. In the following examples, eighty kinds of batteries having different battery cases were produced, each of which was 50 pieces. Each battery had an ICR17500 size (17 mm in diameter and 50 mm in height) described in JIS C8711, and was manufactured so as to have a battery capacity of 800 mAh. Then, it was tested whether or not liquid leakage occurred at the time of overdischarge for the produced battery.
[0047]
The test was performed as follows. After finishing charging and discharging the assembled battery, it was aged at a temperature of 45 ° C. for 2 weeks and further left at a room temperature of 20 ° C. for 1 week. After that, constant current charging of 800 mA (1 CmA) was performed until the battery voltage reached 4.2 V, and then constant current discharging of 800 mA (1 CmA) was performed until the battery voltage reached 3.0 V. Thereafter, the battery was left in an environment at a temperature of 60 ° C. for 30 days in a state where a constant resistance of 1 kΩ was connected to the battery, so that the battery was overdischarged. Thereafter, the number of leaked batteries was counted. Hereinafter, a method for manufacturing each battery will be described.
[0048]
(Battery A)
A mixture of 100 parts by mass of flaky graphite as a negative electrode active material, 4 parts by mass of a styrene butadiene rubber (binder), and an aqueous solution of 0.8 parts by mass of carboxymethyl cellulose (thickener) A paste was prepared by kneading with a planetary mixer. Next, this paste was applied to a strip-shaped copper foil (thickness: 14 μm) using a slit die coater and dried to prepare a sheet (thickness: 300 μm) having an active material layer formed on the surface. Next, this sheet was rolled three times at a linear pressure of 1080 N / cm (110 kgf / cm) using a roll press to obtain a negative electrode plate having a thickness of 196 μm.
[0049]
An aqueous dispersion of 100 parts by mass of lithium cobalt oxide as a positive electrode active material, 3 parts by mass of acetylene black carbon powder (conductive agent), 4 parts by mass of polytetrafluoroethylene resin (binder), and carboxymethyl cellulose A mixture with 0.8 parts by mass of an aqueous solution was kneaded with a planetary mixer to prepare a paste. Next, this paste was applied to a strip-shaped aluminum foil (thickness: 20 μm) using a slit die coater and dried to prepare a sheet (290 μm thick) having an active material layer formed on the surface.
[0050]
Next, this sheet was rolled three times using a roll press at a linear pressure of 9800 N / cm (1000 kgf / cm) to obtain a positive electrode plate having a thickness of 180 μm. Subsequently, the positive electrode lead 19 was spot-welded to a portion of the positive electrode plate where the current collector (aluminum foil) was exposed, and then dried at 250 ° C. for 10 hours. Next, a polypropylene separator (thickness: 20 μm) was sandwiched between the positive electrode 13 and the negative electrode 14 and spirally wound to form an electrode group. This electrode plate group was housed in a battery case in which an insulating plate was arranged at the bottom. In the battery A, an iron plate case having a galvanized layer formed on the inner surface was used as the battery case. This battery case was manufactured by molding an iron plate having zinc plated on one side into the shape of the case.
[0051]
Next, the positive electrode lead was connected to the positive electrode cover, and the negative electrode lead was connected to the bottom of the battery case. Then, an insulating plate was arranged above the electrode plate group. Subsequently, a predetermined amount of electrolyte was injected into the battery case. As the electrolyte, a solvent obtained by mixing ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate is added to lithium hexafluorophosphate (LiPF) as the electrolyte. 6 ) Was dissolved at a rate of 1.25 mol / liter. Next, the battery case was sealed using a positive electrode lid and a gasket made of polypropylene resin. Next, the battery was initially charged at a predetermined voltage to prepare a battery A having an ICR17500 size and a battery capacity of 800 mAh described in JIS C8711. The 50 batteries A were placed in an overdischarged state under the above-described conditions, and whether or not liquid leakage occurred was observed.
[0052]
In the battery A, the amount of zinc in the galvanized layer formed on the inner surface of the battery case was about 39 mg. The amount of electricity required to electrochemically dissolve all of the zinc in the zinc layer as zinc ions was about 32 mAh, an amount corresponding to about 4% of the battery capacity. The number of batteries A that leaked due to overdischarge was 0 out of 50, and good results were obtained.
[0053]
(Battery B)
Battery B was produced in the same manner as Battery A except for the battery case. As the battery case of the battery B, a battery case formed using a nickel-plated iron plate was used. 9 out of 50 batteries B leaked due to overdischarge.
[0054]
(Battery C)
Battery C was fabricated in the same manner as Battery A, except that the amount of zinc in the zinc layer formed on the inner surface of the battery case was about 20 mg. The amount of electricity required to electrochemically dissolve all of the zinc in the zinc layer as zinc ions was about 16 mAh, an amount corresponding to about 2% of the battery capacity. The number of batteries C that leaked due to overdischarge was 3 out of 50.
[0055]
(Battery D)
Battery D was produced in the same manner as Battery A except for the battery case. As a battery case of the battery D, a case in which a zinc layer was formed by plating on the inner surface of a case formed of a nickel-plated iron plate was used. The amount of zinc in this zinc layer was about 39 mg. The amount of electricity required to electrochemically dissolve all of the zinc in the zinc layer as zinc ions was about 32 mAh, an amount corresponding to about 4% of the battery capacity. The number of batteries D that leaked due to overdischarge was 0 out of 50, and good results were obtained.
[0056]
(Battery E)
Battery E was produced in the same manner as Battery A except for the battery case. As the battery case of the battery E, a case was used in which a zinc layer was formed by plating around an upper constricted portion on the inner surface of the case formed of a nickel-plated iron plate and its periphery. The zinc content of this zinc layer was about 42 mg. The amount of electricity required to electrochemically dissolve all of the zinc in the zinc layer as zinc ions was about 34 mAh, an amount corresponding to about 4% of the battery capacity. The number of batteries E that leaked due to overdischarge was 0 out of 50, and good results were obtained.
[0057]
(Battery F)
Battery F was fabricated in the same manner as Battery A except for the battery case. As the battery case of the battery F, a case was used in which a zinc layer was formed by plating on the inner bottom surface and the periphery of the case formed of a nickel-plated iron plate. The zinc content of this zinc layer was about 40 mg. The amount of electricity required for electrochemically dissolving all of the zinc in the zinc layer as zinc ions was about 33 mAh, which was about 4% of the battery capacity. The number of batteries F that leaked due to overdischarge was 0 out of 50, and good results were obtained.
[0058]
(Battery G)
Battery G was produced in the same manner as Battery A except for the battery case. As the battery case of the battery G, a case was used in which a zinc layer was formed by plating on the upper constricted portion and its periphery and on the bottom and its periphery of the inner surface of the case formed of a nickel-plated iron plate. The total amount of zinc in the two zinc layers was about 40 mg. The amount of electricity required for electrochemically dissolving all of the zinc in the zinc layer as zinc ions was about 33 mAh, which was about 4% of the battery capacity. The number of batteries G that leaked due to overdischarge was 0 out of 50, and good results were obtained.
[0059]
(Battery H)
Battery H was fabricated in the same manner as Battery A except for the battery case. As a battery case of the battery H, a case formed by molding an iron plate (cladding material) obtained by pressing a zinc plate was used. A battery case was produced by molding a clad material such that the zinc plate was inside the case. The amount of zinc in the zinc layer (zinc plate) inside the battery case was about 50 mg. The amount of electricity required to electrochemically dissolve all of the zinc in the zinc layer as zinc ions was about 41 mAh, an amount corresponding to about 5% of the battery capacity. The number of batteries H that leaked due to overdischarge was 0 out of 50, and good results were obtained.
[0060]
As is clear from the above results, the batteries A and C to H in each of which the zinc layer was formed on the inner surface of the battery case had a lower rate of liquid leakage than the battery B. By setting the amount of zinc in the zinc layer on the inner surface of the battery case such that the amount of electricity required to dissolve the zinc into zinc ions is 4% or more of the battery capacity, the rate of occurrence of liquid leakage was particularly reduced. .
[0061]
Although FIG. 1 illustrates a cylindrical battery, the present invention is not limited to a cylindrical battery, and can be applied to batteries having other shapes such as a square battery.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the metal layer containing the metal element M having a lower dissolution potential than iron is formed on the inner surface of the battery case. Can be prevented from being corroded. Therefore, according to the present invention, a non-aqueous electrolyte secondary battery with a low possibility of liquid leakage even during overdischarge can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially exploded side view showing an example of a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a battery case used for the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing another example of the battery case used for the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Non-aqueous electrolyte secondary battery
11 Battery case
11a case
11b metal layer
11c Constriction
12 Sealing body
12a Positive electrode lid
12b insulating gasket
13 Positive electrode
14 Negative electrode
15 Separator
16 Electrode group
17, 18 Insulating board
19 Positive electrode lead
20 Negative electrode lead
21 Nickel layer

Claims (9)

負極端子として機能する電池ケースと、前記電池ケースに収納された正極、負極、セパレータおよび非水電解液とを備える非水電解液二次電池であって、
前記正極および前記負極は、それぞれ、リチウムを可逆的に吸蔵および放出する活物質を含み、
前記電池ケースは、鉄を主成分とする金属板によって形成されたケースと、前記ケースの内面の少なくとも一部に形成された金属層とを含み、
前記金属層が、前記非水電解液に溶解する電位が鉄よりも低くリチウムよりも高い金属元素Mを含むことを特徴とする非水電解液二次電池。
A battery case functioning as a negative electrode terminal, a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte contained in the battery case,
The positive electrode and the negative electrode each include an active material that reversibly stores and releases lithium,
The battery case includes a case formed of a metal plate containing iron as a main component, and a metal layer formed on at least a part of an inner surface of the case,
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the metal layer includes a metal element M having a lower potential than the iron to dissolve in the non-aqueous electrolyte.
前記金属層がメッキによって形成された層である請求項1に記載の非水電解液二次電池。The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the metal layer is a layer formed by plating. 前記電池ケースは、前記ケースの内面に形成されたニッケル層を含み、前記金属層が前記ニッケル層上に形成されている請求項1に記載の非水電解液二次電池。The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the battery case includes a nickel layer formed on an inner surface of the case, and the metal layer is formed on the nickel layer. 前記電池ケースは、前記金属層となる板と前記金属板とを圧着させることによって得られるクラッド材で形成されている請求項1に記載の非水電解液二次電池。2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the battery case is formed of a clad material obtained by pressing a plate to be the metal layer and the metal plate. 3. 前記金属層は、前記ケースの内面のうち少なくとも底部の角部に形成されている請求項1に記載の非水電解液二次電池。2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the metal layer is formed on at least a bottom corner of the inner surface of the case. 3. 前記電池ケースを封口する封口板を備え、前記電池ケースには、前記封口板を固定するためのくびれが形成されており、前記くびれの部分に前記金属層が形成されている請求項1に記載の非水電解液二次電池。2. The battery case according to claim 1, further comprising a sealing plate that seals the battery case, wherein the battery case is formed with a constriction for fixing the sealing plate, and the constriction is formed with the metal layer. 3. Non-aqueous electrolyte secondary battery. 前記正極、前記負極および前記セパレータがスパイラル状に捲回されて極板群を形成しており、前記金属層は前記極板群の端部の近傍に形成されている請求項1に記載の非水電解液二次電池。The non-electrode according to claim 1, wherein the positive electrode, the negative electrode, and the separator are spirally wound to form an electrode group, and the metal layer is formed near an end of the electrode group. Water electrolyte secondary battery. 前記金属層に含まれる金属元素Mのすべてを金属イオンとして溶解させるために必要な電気量が、電池容量の4%以上である請求項1に記載の非水電解液二次電池。2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the amount of electricity required to dissolve all of the metal elements M contained in the metal layer as metal ions is 4% or more of the battery capacity. 3. 前記金属元素Mが亜鉛である請求項1ないし8のいずれかに記載の非水電解液二次電池。9. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the metal element M is zinc.
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