JP2005174779A - Lithium ion secondary cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。例えば、リチウムイオン二次電池の発電要素の構造に関する。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery. For example, the present invention relates to the structure of a power generation element of a lithium ion secondary battery.
従来のリチウムイオン二次電池には、負極の始終端部がはみ出して内部短絡を生じることのないようにセパレータの端部を固着しているものがあった(例えば、特許文献1参照)。図5は、特許文献1に提示されているリチウムイオン二次電池の発電要素1の斜視図を示しており、図6は、その始端部と終端部を含む長手方向の断面図を示している。
In some conventional lithium ion secondary batteries, the end of the separator is fixed so that the start / end of the negative electrode does not protrude and cause an internal short circuit (see, for example, Patent Document 1). FIG. 5 shows a perspective view of the
図5および図6で、発電要素1は正極1aと負極1bとセパレータ1c、1dで構成されている。2枚のセパレータ1cと1dは、始端部Aと終端部Bで互いに固着されている。
5 and 6, the power generating
充放電時の発熱によって正極1aと負極1bは長手方向に伸縮するが、このように2枚のセパレータ1cと1dの始端部Aおよび終端部Bを固着していることで、負極1bが始端部Aまたは終端部Bにおいて正極1aと短絡することを防止している。
しかしながら、上記の特許文献1に示される構成では、正極1aと負極1bとの短絡は生じないが、図6に示すようにセパレータ1c、1dと負極1bは密着していないので、充放電の繰り返しによってセパレータ1c、1dと負極1bの間隙に金属リチウムが析出してしまう。これによって、リチウムイオン二次電池の寿命特性および信頼性に影響を与えるという課題を有していた。
However, although the short circuit between the
また、図6に示す発電要素1は、2枚のセパレータ1cと1dの始終端部が固着されている構成であるが、2枚のセパレータ1cと1dの始終端部が固着されていない構成であっても、セパレータ1c、1dと負極1bは密着していないので、セパレータ1c、1dと負極1bの間隙に金属リチウムが析出するという、同様の課題が生じる。
Further, the power generating
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、寿命特性および信頼性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery having excellent life characteristics and reliability.
上述した課題を解決するために、第1の本発明は、
第1の集電体の両面に第1の合材層が形成された帯状の負極と、第2の集電体の両面に第2の合材層が形成された帯状の正極と、前記負極の両面または前記正極の両面に前記正極と前記負極が接触しないように配置される帯状のセパレータとで発電要素を形成しており、一の前記発電要素が捲回された構成、または、複数の前記発電要素が積層された構成を有するリチウムイオン二次電池において、
前記第1の集電体の両面の2つの前記第1の合材層または前記第2の集電体の両面の2つの前記第2の合材層は、その一方の端部から他方の端部に至るまで前記セパレータで覆われており、さらに、いずれも、前記一方の端部から前記他方の端部に至るまで前記セパレータと接着している、リチウムイオン二次電池である。
In order to solve the above-described problem, the first aspect of the present invention provides:
A strip-shaped negative electrode in which a first composite material layer is formed on both surfaces of a first current collector, a strip-shaped positive electrode in which a second composite material layer is formed on both surfaces of a second current collector, and the negative electrode A power generation element is formed by a strip-shaped separator disposed so that the positive electrode and the negative electrode do not contact each other on both surfaces of the positive electrode or the positive electrode, and a configuration in which one power generation element is wound, or a plurality of In a lithium ion secondary battery having a configuration in which the power generation elements are stacked,
The two first composite layers on both sides of the first current collector or the two second composite layers on both sides of the second current collector are arranged from one end to the other end. The lithium-ion secondary battery is covered with the separator until reaching the portion, and both are bonded to the separator from the one end to the other end.
第2の本発明は、
前記第1の合材層または前記第2の合材層と接着している部分の前記セパレータの厚さは実質上均一である、第1の本発明のリチウムイオン二次電池である。
The second aspect of the present invention
In the lithium ion secondary battery according to the first aspect of the present invention, the thickness of the separator in the portion bonded to the first composite material layer or the second composite material layer is substantially uniform.
第3の本発明は、
前記セパレータは無機酸化物を含有している、第1または第2の本発明のリチウムイオン二次電池である。
The third aspect of the present invention provides
The separator is the lithium ion secondary battery according to the first or second aspect of the present invention, which contains an inorganic oxide.
第4の本発明は、
前記セパレータの前記無機酸化物の含有量は90重量%以上である、第3の本発明のリチウムイオン二次電池である。
The fourth invention relates to
The content of the inorganic oxide in the separator is 90% by weight or more, and the lithium ion secondary battery according to the third aspect of the present invention.
第5の本発明は、
前記負極の帯状の両辺部または前記正極の帯状の両辺部は、前記正極と前記負極が接触しないように、前記セパレータで覆われている、第1乃至第4のいずれかの本発明のリチウムイオン二次電池である。
The fifth aspect of the present invention relates to
Either of the strip-shaped side portions of the negative electrode or the strip-shaped side portions of the positive electrode is covered with the separator so that the positive electrode and the negative electrode are not in contact with each other. It is a secondary battery.
第6の本発明は、
前記第1の集電体は、前記帯状の負極の両辺に対する断面形状が湾曲しておらず、かつ、前記第2の集電体は、前記帯状の正極の両辺に対する断面形状が湾曲していない、第1乃至第5のいずれかの本発明のリチウムイオン二次電池である。
The sixth invention relates to
The first current collector is not curved in cross-sectional shape with respect to both sides of the strip-shaped negative electrode, and the second current collector is not curved in cross-sectional shape with respect to both sides of the strip-shaped positive electrode. The lithium ion secondary battery according to any one of the first to fifth aspects of the present invention.
本発明により、寿命特性および信頼性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a lithium ion secondary battery having excellent life characteristics and reliability.
以下に、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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるリチウムイオン二次電池の発電要素1の始端Aおよび終端Bを含む方向の断面図である。つまり、従来技術の図5の長手方向の断面、すなわち、従来技術の図6に相当する断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view in a direction including the start end A and the end B of the
図1において、発電要素1は、正極1aと負極1bの間にセパレータ1cを介した構造であり、帯状の形状をしている。リチウムイオン二次電池としては、この発電要素1を円筒形または長円筒形(図5に示すような形状)に捲回したもの、または、複数のこの発電要素1を上下に積層したものを用いる。
In FIG. 1, the
正極1aは、例えば、アルミニウム箔等の集電体10の両面に、コバルト酸リチウム等の活物質と、導電剤、バインダ等の混合物からなる合剤層11を形成したものである。
In the
負極1bは、例えば、銅箔等の集電体20の両面に、黒鉛等の活物質と、バインダ等の混合物からなる合剤層21を形成したものである。
In the
なお、正極1aの集電体10、合剤層11は、それぞれ、本発明の第2の集電体、第2の合剤層の一例である。また、負極1bの集電体11、合剤層21は、それぞれ、本発明の第1の集電体、第1の合剤層の一例である。
The
セパレータ1cは、多孔体であり、熱による膨張・収縮量の小さい無機酸化物を含有することが好ましい。さらに、他に含有されている有機物等の熱による膨張・収縮によりセパレータ1c全体としての変形量が大きくなることを防止するために、無機酸化物の含有量をセパレータ1cの90重量%以上とすることが望ましい。
The
そして、図1に示すように、セパレータ1cは負極1bの始端部および終端部を被覆しているとともに、負極1bの始端部から終端部に至るまで負極合剤層21表面とセパレータ1cが密着している。そして、負極1bの始端部から終端部に至るまでの間の負極合剤層21表面に接している部分のセパレータ1cの厚さが均一であることが好ましい。つまり、図1に示すセパレータ1cの各部の厚さ、t1、t2、t3、t4が等しいことが好ましい。
As shown in FIG. 1, the
なお、負極1bの始端部および終端部は、それぞれ、本発明の、一方の端部および他方の端部のいずれかの一例である。
In addition, the start part and termination | terminus part of the
次に、本実施の形態1の発電素子1の作製方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the
セパレータ1cは、例えば、フィラー、バインダ等のセパレータ1cを構成する材料を溶媒と混合した塗料を作製し、負極1bの表面に、この塗料を塗布、乾燥させることによって形成できる。
The
このセパレータ1cを形成させる塗料の作製には、例えば、プラネタリミキサ、ビーズミル、三本ロールミル、高速回転による遠心力を利用した分散機等を用いることができるが、特に限定されるものではない。
For producing the coating material for forming the
また、この塗料を負極1bの表面に塗布する方法としては、例えば、スロットダイ、ブレード、フォワードロール、リバースロール、グラビア、スプレー等の塗布方法および装置を用いることができるが、特に限定されるものではない。
Moreover, as a method of applying this paint to the surface of the
また、負極合剤層21の断面が図1に示すような形状の場合、例えば、スロットダイを用いて、始端部の直前の部分(t1、t2の部分)のみ、塗布膜厚が負極合剤層21の厚みとセパレータ層1cの厚みを加えた厚みとなるように塗布量を変化させることで、図1に示したような厚さが均一なセパレータ1cを形成させることができる。
Further, when the cross section of the negative
このような本実施の形態1の構成の発電要素1によれば、セパレータ1cが、負極1bの始端部および終端部を被覆しているとともに、負極1bの始端部から終端部に至るまで負極合剤層21表面とセパレータ1cが密着していることにより、充放電の繰り返しによる金属リチウムの析出がなく、寿命特性および信頼性に優れたリチウムイオン二次電池を実現することができる。
According to the power generating
さらに、始端部から終端部に至るまでの間の負極合剤層21表面に接している部分のセパレータ1cの厚みを均一にすることで、特に始端部および終端部の近傍において、セパレータ1cには露出の危険のある薄肉部や割れやすい厚肉部がなくなり、内部短絡の発生を飛躍的に抑制することができる。
Furthermore, by making the thickness of the
また、セパレータ1cに無機酸化物を含有し、好ましくは、無機酸化物の含有量をセパレータ1cの90重量%以上とすることで、高温時のセパレータ1cの収縮が抑制でき、高温時の短絡が生じなくなることから、高温安全性が向上する。
Further, the
本実施の形態1において、負極合剤層21の断面形状は図1の形状に限定されるものではなく、これ以外の形状であってもよい。
In the first embodiment, the cross-sectional shape of the negative
なお、上記の本実施の形態1の説明では、図1に示すように、負極1bの両面をセパレータ1cで被覆する構成としたが、セパレータが、負極1bではなく正極1aを被覆する構成であってもよい。
In the above description of the first embodiment, as shown in FIG. 1, the both surfaces of the
図2は、正極1aをセパレータ1dで被覆した場合の、本実施の形態1におけるリチウムイオン二次電池の発電要素1の始端Aおよび終端Bを含む方向の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view in a direction including the start end A and the end B of the
セパレータ1dは、図1に示すセパレータ1cと同じ材料で形成されている。
図2に示すように、セパレータ1dは正極1aの始端部および終端部を被覆しているとともに、正極1aの始端部から終端部に至るまで正極合剤層11表面とセパレータ1dが密着している。そして、正極1aの始端部から終端部に至るまでの間の正極合剤層11表面に接している部分のセパレータ1dの厚さが均一であることが好ましい。
As shown in FIG. 2, the
また、図2に示す発電要素1の作製方法は、図1で負極1bの両面にセパレータ1cを形成させたのと同じ方法にて、正極1aの両面にセパレータ1dを形成させて作製する。
The
このような図2の構成の発電要素1によれば、セパレータ1dが、正極1aの始端部および終端部を被覆しているとともに、正極1aの始端部から終端部に至るまで正極合剤層11表面とセパレータ1dが密着していることにより、充放電の繰り返しによる金属リチウムの析出がなく、図1の場合と同様に、寿命特性および信頼性に優れたリチウムイオン二次電池を実現することができる。
According to the
(実施の形態2)
図3および図4は、本発明の実施の形態2のリチウムイオン二次電池の発電要素1の側端を含む方向、つまり図1とは垂直な方向の断面図である。つまり、従来技術の図5の始端Aおよび終端Bを含まない、短い側に相当する断面図である。なお、始端Aおよび終端Bを含む方向の断面図は、実施の形態1と同様で、図1の通りである。
(Embodiment 2)
3 and 4 are cross-sectional views in the direction including the side end of the
図3において、発電要素1は、正極1aと両面をセパレータ1cで被覆された負極1bが重なった構造であり、帯状の形状をしている。リチウムイオン二次電池としては、この発電要素1を円筒形または長円筒形(図5に示すような形状)に捲回したもの、または、この発電要素1を上下に積層したものを用いる。
In FIG. 3, the
正極1aは、例えば、アルミニウム箔等の集電体10の両面に、コバルト酸リチウム等の活物質と、導電剤、バインダ等の混合物からなる合剤層11を形成したものである。
In the
負極1bは、例えば、銅箔等の集電体20の両面に、黒鉛等の活物質と、バインダ等の混合物からなる合剤層21を形成したものである。
In the
そして、セパレータ1cは、多孔体であり、図3に示すように、負極1bの側端部を被覆している。
And the
図4は、図3とは異なる、発電要素1の構成例である。
FIG. 4 is a configuration example of the
図4において、発電要素1は、正極1aと負極1bの間にセパレータ1cを介した構造であり、帯状の形状をしている。リチウムイオン二次電池としては、この発電要素1を円筒形または長円筒形(図5に示すような形状)に捲回したもの、または、この発電要素1を上下に積層したものを用いる。
In FIG. 4, the
正極1aは、例えば、アルミニウム箔等の集電体10の両面に、コバルト酸リチウム等の活物質と、導電剤、バインダ等の混合物からなる合剤層11を形成したものである。
In the
負極1bは、例えば、銅箔等の集電体20の両面に、黒鉛等の活物質と、バインダ等の混合物からなる合剤層21を形成したものである。
In the
そして、セパレータ1cは、多孔体であり、図4に示すように、正極1aと負極1bの間に配置されている。
And the
なお、正極1aの集電体10、合剤層11は、それぞれ、本発明の第2の集電体、第2の合剤層の一例である。また、負極1bの集電体11、合剤層21は、それぞれ、本発明の第1の集電体、第1の合剤層の一例である。
The
なお、本発明の負極の帯状の両辺に対する断面形状とは、本実施の形態2で示した図3、図4で示した断面の形状のことである。 In addition, the cross-sectional shape with respect to both strip-like sides of the negative electrode of the present invention is the cross-sectional shape shown in FIGS. 3 and 4 shown in the second embodiment.
一般に、リチウムイオン二次電池の発電要素1は、広幅で作製された正極および負極を電池の高さの寸法に合わせてスリットして用いられる。しかし、このスリットの方法および条件によって、集電体の側端は隣接するいずれかの合剤層側に反ってしまい、発電要素1の側端を含む方向の断面は、例えば図7に示すような形状になってしまう。このため、側端部において、正極1aと負極1bの短絡が生じやすくなる。なお、図7において、図1と同じ構成要素については同じ符号を用いる。
In general, the
本実施の形態2の発電要素1では、図3に示すように負極1bの側端部をセパレータ1cで被覆する、あるいは、適切なスリット方法および条件によって図4に示すような断面形状として、集電体20が隣接するいずれかの合剤層21側に反らないようにしている。なお、負極1bの側端部は、本発明の、負極の帯状の両辺部の一例である。
In the
例えば、発電要素1を図4に示すような集電体20が反っていない断面形状とするためには、適切なスリットの刃の形状を選定する、または、図7のような断面形状になった負極1bを曲げ加工により反りを無くすといった方法がある。発電要素1を図3または図4に示すような、湾曲していない断面形状とするための方法については、特に限定されるものではない。
For example, in order to make the
このような本実施の形態2の発電要素1の構成によれば、寿命特性および信頼性に優れたリチウムイオン二次電池を実現するとともに、側端部において正極1aと負極1bが接触することがなく、側端部における内部短絡も生じなくなる。
According to such a configuration of the
なお、図3に示した本実施の形態2の発電要素1の構成は、負極1bの側端部をセパレータ1cで被覆する構成としたが、セパレータが、負極1bではなく正極1aの側端部を被覆する構成であってもよい。
In addition, although the structure of the electric
この場合にも、図3、図4で説明した方法により、正極1aの断面形状が湾曲しないようにすることで、寿命特性および信頼性に優れたリチウムイオン二次電池を実現するとともに、側端部において正極1aと負極1bが接触することがなく、側端部における内部短絡も生じさせないようにできる。
Also in this case, by making the cross-sectional shape of the
本発明のリチウムイオン二次電池は、優れた寿命特性および信頼性を有し、固体電解質リチウム二次電池、ニッケル水素電池等のエネルギ貯蔵素子の用途にも適用できる。 The lithium ion secondary battery of the present invention has excellent life characteristics and reliability, and can be applied to uses of energy storage elements such as solid electrolyte lithium secondary batteries and nickel metal hydride batteries.
1 発電要素
1a 正極
1b 負極
1c、1d セパレータ
10、20 集電体
11、21 合材層
A 始端
B 終端
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1の集電体の両面の2つの前記第1の合材層または前記第2の集電体の両面の2つの前記第2の合材層は、その一方の端部から他方の端部に至るまで前記セパレータで覆われており、さらに、いずれも、前記一方の端部から前記他方の端部に至るまで前記セパレータと接着している、リチウムイオン二次電池。 A strip-shaped negative electrode in which a first composite material layer is formed on both surfaces of a first current collector, a strip-shaped positive electrode in which a second composite material layer is formed on both surfaces of a second current collector, and the negative electrode A power generation element is formed by a strip-shaped separator disposed so that the positive electrode and the negative electrode do not contact each other on both surfaces of the positive electrode or the positive electrode, and a configuration in which one power generation element is wound, or a plurality of In a lithium ion secondary battery having a configuration in which the power generation elements are stacked,
The two first composite layers on both sides of the first current collector or the two second composite layers on both sides of the second current collector are arranged from one end to the other end. The lithium ion secondary battery is covered with the separator until it reaches the portion, and is further bonded to the separator from the one end to the other end.
The first current collector is not curved in cross-sectional shape with respect to both sides of the strip-shaped negative electrode, and the second current collector is not curved in cross-sectional shape with respect to both sides of the strip-shaped positive electrode. The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5.
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