JP2005340144A - Secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電要素をラミネートフィルム等の外装部材で被包した二次電池に関し、特に、リチウム二次電池等の非水解系の二次電池及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a secondary battery in which a power generation element is encapsulated with an exterior member such as a laminate film, and more particularly to a non-hydrolytic secondary battery such as a lithium secondary battery and a method for manufacturing the same.
ラミネートフィルム等の外装部材の内部に発電要素を収容して封止した例えばリチウムイオン電池等の非水解系の二次電池が広く知られている。このような二次電池は、携帯電話、ノート型パソコンあるいは電気自動車等に広く用いられ始めており、軽量かつ高出力であること、すなわち重量あたりの出力が高いこと、及び、寿命の長いこと等が要求されている。 2. Description of the Related Art Non-hydrolytic secondary batteries such as lithium ion batteries, in which a power generation element is accommodated and sealed inside an exterior member such as a laminate film, are widely known. Such secondary batteries have begun to be widely used in mobile phones, notebook computers, electric vehicles, etc., and are lightweight and have high output, that is, high output per weight and long life. It is requested.
しかし、このような非水解二次電池おいては、外装部材の封止部(接合部)から電池内部へ水分が浸入することにより、水分分解ガスが発生し、電池が膨張したり容量が劣化したりし、電池寿命を十分長く維持できない場合がある。そこで、例えばシール部(接合部)を折曲する等、外装部材の接合部からの水分の浸入を防止するための種々の方策が従来よりなされている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来のそのような二次電池においては、電池内部への水分の浸入を厳密に防止したとしても、電池の寿命を十分に長く維持できるものではないという課題が生じていた。 However, in such a conventional secondary battery, there has been a problem that even if moisture intrusion into the battery is strictly prevented, the battery life cannot be maintained sufficiently long.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、十分に長い寿命を維持することのできる非水解系の二次電池とその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a non-hydrolytic secondary battery capable of maintaining a sufficiently long life and a method for manufacturing the same.
本願発明者は、電池内部への水分の浸入量が極端に少なくなると、電極表面上に良質な皮膜が形成されなくなり、長期間の保存により電池の内部抵抗が増大したり、容量が減少したり、あるいは電解液分解が促進されてガス発生量が増加することを見出した、そして、電池内部への水分の浸入量を適切な範囲に制御、調整することにより、電池の長寿命化を図れることを見出した。 The inventor of the present application, when the amount of moisture entering the battery becomes extremely small, a good quality film is not formed on the electrode surface, and the internal resistance of the battery increases or the capacity decreases due to long-term storage. Or, it has been found that the amount of gas generated increases due to the accelerated decomposition of the electrolyte, and the battery life can be extended by controlling and adjusting the amount of moisture entering the battery within an appropriate range. I found.
従って、本発明に係る二次電池は、非水解性の発電要素と、前記非水解性の発電要素を内部に密封収容する収容部材とを有し、所定の環境下において、前記収容部材内部への水分の浸入量が、80〜800μg/(年・Wh)であることを特徴とする。 Therefore, the secondary battery according to the present invention has a non-water-decomposable power generation element and a housing member that hermetically accommodates the non-water-decomposable power generation element in the interior thereof. The moisture intrusion amount is 80 to 800 μg / (year · Wh).
また、本発明に係る他の二次電池は、非水解性の発電要素と、前記非水解性の発電要素を被包する収容部材と、前記発電要素が前記収容部材に密封収容されるように前記収容部材を接合する樹脂接合部であって、当該樹脂接合部の態様が変更されることにより、前記収容部材内部への水分浸入量が所望の浸入量に制御される樹脂接合部とを有する。 In another secondary battery according to the present invention, a non-water-decomposable power generation element, a housing member that encapsulates the non-water-decomposable power generation element, and the power generation element are hermetically housed in the housing member. A resin joint that joins the housing member, and the resin joint has a moisture penetration amount controlled to a desired penetration amount by changing the aspect of the resin joint. .
好適には、前記収容部材は、金属層を有するラミネートフィルムであり、前記樹脂接合部は、前記ラミネートフィルムを所定の幅で接合した接合部であり、当該樹脂接合部は、前記ラミネートフィルムの接合部を切除することにより、前記収容部材内部への水分浸入量を増加させ当該浸入量を所望の量に調整するように形成されている。 Preferably, the housing member is a laminate film having a metal layer, the resin joint portion is a joint portion obtained by joining the laminate film with a predetermined width, and the resin joint portion is a joint of the laminate film. By cutting away the portion, the amount of moisture intrusion into the housing member is increased, and the amount of infiltration is adjusted to a desired amount.
また本発明に係る二次電池の製造方法は、発電要素を外装部材で被覆し、前記発電要素が前記外装部材により密封収容されるように前記収容部材を樹脂材料を介在させて接合し、前記樹脂接合部を切除することにより前記収容部材内部への水分浸入量を調整することを特徴とする。 Further, in the method for manufacturing a secondary battery according to the present invention, the power generation element is covered with an exterior member, and the housing member is joined with a resin material interposed so that the power generation element is hermetically accommodated by the exterior member, The amount of moisture permeation into the housing member is adjusted by cutting out the resin joint.
好適には、前記水分浸入量は、前記収容部材内部への水分の浸入量が、80〜800μg/(年・Wh)となるように調整する。 Preferably, the water intrusion amount is adjusted so that the water intrusion amount into the housing member is 80 to 800 μg / (year · Wh).
本発明によれば、非水解系の二次電池における長期間の保存による内部抵抗の増大、出力容量の減少及びガス発生量の増加等を抑制することができ、寿命の長い二次電池及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress an increase in internal resistance, a decrease in output capacity, an increase in gas generation, and the like due to long-term storage in a non-hydrolytic secondary battery, and a long-life secondary battery and its A manufacturing method can be provided.
本発明に係る二次電池について、図1〜図11を参照して説明する。 The secondary battery according to the present invention will be described with reference to FIGS.
二次電池の構成
まず、その二次電池の基本的な構成について、図1及び図2を参照して説明する。
図1は、その二次電池100の全体構成を示す平面図であり、図2は図1のII−II線に沿った断面図である。
Configuration of Secondary Battery First, the basic configuration of the secondary battery will be described with reference to FIG. 1 and FIG.
FIG. 1 is a plan view showing the overall configuration of the
二次電池100は、全体として平板状で薄型の形状を有する積層タイプの電池である。二次電池100は、図1及び図2に示すように、n枚の正極板101(nは整数)、2n枚のセパレータ102、n+1枚の負極板103、正極タブ104、負極タブ105、上部ラミネートフィルム(上部外装部材)106、下部ラミネートフィルム(下部外装部材)107、及び、図示しない電解液(液体電解質)を有する。
The
二次電池100は、図2に示すように、負極板103が上下両端において最外部となり、負極板103と正極板101との間にセパレータ102を挟みながら、負極板103と正極板101とを交互に積層した構成を有する。
なお、正極板101、セパレータ102、負極板103及び電解液を、特に発電要素108と称する。
また、正極積層数nは、所定の電池容量が得られるように設定する。
As shown in FIG. 2, the
The
The number n of positive electrode stacks is set so that a predetermined battery capacity is obtained.
正極板101は、図2に示すように、正極タブ104まで伸びている正極側集電体101aと、正極側集電体101aの両主面にそれぞれ形成された正極層101b、101cとを有する。正極板101は、スピネル型リチウムマンガン酸化物に導電剤として黒鉛、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を混合した粉末(電極合剤)をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させてスラリーを作成し、このスラリーをアルミ箔で形成される正極側集電体101aの両面に、正極層101b及び101cとして均一に塗布し、ロールプレスにより所定の密度となるように圧縮し、所定の大きさに切り出して形成したものである。
As shown in FIG. 2, the
負極板103は、負極タブ105まで伸びている負極側集電体103aと、負極側集電体103aの両主面にそれぞれ形成された負極層103b、103cとを有する。負極板103は、難黒鉛化炭素に導電剤として黒鉛、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を混合した粉末(電極合剤)をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させてスラリーを作成し、このスラリーを銅箔で形成される負極側集電体103aの両面に、負極層103b及び103cとして均一に塗布し、ロールプレスにより所定の密度となるように圧縮し、所定の大きさに切り出して形成したものである。
The
セパレータ102は、上述した正極板101と負極板103との短絡を防止するもので、電解液を保持する機能を備えていてもよい。このセパレータ102は、例えば、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能も有する。
The
正極板101は、正極リードとなる正極タブ(正極端子)104と溶接される。負極も同様に、負極板103は、負極リードとなる負極タブ(負極端子)105と溶接される。正極タブ104には、例えばアルミニウムAlが好適であり、負極タブ105には、例えばニッケルNiあるいは銅Cuが好適である。なお、各電極板の集電体には、電極タブとの接続信頼性を高めるために、電極合剤を予め塗布しない溶接用の領域を設けておく。
The
正極タブ104及び負極タブ105が接続された発電要素108は、2枚のラミネートフィルム106及び107に被包され、図示しない電解液とともにその内部に封入されている。
ラミネートフィルム106及び107としては、アルミニウムラミネートフィルムを使用する。フィルムは三層構造となっており、電池のケースに形成された状態で外側から、ナイロン層、アルミニウム層、ポリプロピレン層となっている。なお、ナイロン層の外側にPET層があってもよい。また、ポリプロピレン層の代わりに、ポリエチレン層が形成されていてもよい。
The
As the
また、正極タブ104及び負極タブ105には、ラミネートフィルム106及び107の金属層(アルミニウム層)との電気的接触(短絡)を避けるために、厚さ50から100μm程度のポリプロピレンシートが熱融着されている。
Also, a polypropylene sheet having a thickness of about 50 to 100 μm is thermally fused to the
発電要素108をラミネートフィルム106及び107内に収容する際には、まず、ラミネートフィルム106及び107の少なくとも一方に、発電要素108を収容するための凸部(カップ部)を形成し、このカップ部分に発電要素108を収容する。次に、上部ラミネートフィルム106と下部ラミネートフィルム107とを合わせて発電要素108を被包し、この状態で短辺側2辺と長辺側1辺の計3辺を熱融着する。そして、開口部より電解液を所定量注入した後、減圧した状態で残る一辺を熱融着する。
When the
なお、電解液には、ブロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネートの混合溶媒に支持電解液としてLiPF6 を溶解したものを使用する。 Note that the electrolytic solution, used Bro propylene carbonate, ethylene carbonate, a solution obtained by dissolving LiPF 6 as a supporting electrolyte in a mixed solvent of diethyl carbonate.
実施例1及び実施例2、及び、水分浸入量に対する性能評価
前述したような基本構成を有する二次電池における水分浸入量と性能との関係について、図3〜図9を参照して説明する。
ここでは、ラミネートフィルム106及び107のサイズ、シール部の幅、樹脂層の種類及び厚さ等を変えた5種類(実施例1、2及び比較例1〜3)の二次電池に対して、各々保存環境を設定し、保存期間中の水分の浸入量及び保存後の性能評価を行った。
Example 1 and Example 2 and Performance Evaluation for Moisture Infiltration A relationship between the amount of moisture infiltration and performance in the secondary battery having the basic configuration as described above will be described with reference to FIGS.
Here, for the secondary batteries of five types (Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3) in which the sizes of the
まず、実施例1、2及び比較例1〜3の5種類の二次電池の仕様及び保存条件について図3及び図4を参照して説明する。
図3は、各二次電池の仕様を説明するための図であり、図4は、各二次電池の仕様及び保存条件を示した図表である。
なお、実施例1、2及び比較例1〜3のいずれの電池も、出力容量が11Whとなるように製造した二次電池である。
First, specifications and storage conditions of five types of secondary batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
FIG. 3 is a diagram for explaining the specifications of each secondary battery, and FIG. 4 is a chart showing the specifications and storage conditions of each secondary battery.
In addition, all the batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 are secondary batteries manufactured to have an output capacity of 11 Wh.
実施例1は、ラミネートフィルムの外形寸法(包材外寸、図3(A)参照)が長さ(長辺部の長さL)250mm×幅(短辺部の長さW)155mmで、その短辺側及び長辺側のシール幅(図3(B)参照)がともに10mmで、熱融着樹脂層の厚さ(2枚のラミネートフィルム106及び107におけるアルミニウム層間の距離、図3(B)参照)が40μmの二次電池である。このような仕様の二次電池を、温度30℃、湿度55%R.H.の環境に1年間保存した。
In Example 1, the outer dimension of the laminate film (the outer dimension of the packaging material, see FIG. 3A) is length (long side length L) 250 mm × width (short side length W) 155 mm. Both the short side and long side seal widths (see FIG. 3B) are 10 mm, the thickness of the heat-sealing resin layer (the distance between the aluminum layers in the two
実施例2は、ラミネートフィルムの外形寸法が長さ236mm×幅138mmで、その短辺側及び長辺側のシール幅がともに3mmで、熱融着樹脂層の厚さが200μmの二次電池である。このような仕様の二次電池を、温度30℃、湿度95%R.H.の環境に1年間保存した。 Example 2 is a secondary battery in which the outer dimensions of the laminate film are 236 mm long × 138 mm wide, both the short side and the long side have a seal width of 3 mm, and the thickness of the heat-sealing resin layer is 200 μm. is there. A secondary battery having such a specification was manufactured at a temperature of 30 ° C. and a humidity of 95% R.D. H. Stored for 1 year.
比較例1は、実施例1と同様にラミネートフィルムの外形寸法が長さ250mm×幅155mmで、その短辺側及び長辺側のシール幅がともに10mmであるが、熱融着樹脂層の厚さは実施例1の半分の40μmとした二次電池である。このような仕様の二次電池を、温度30℃、露点−40℃の乾いた環境に1年間保存した。 In Comparative Example 1, the outer dimensions of the laminate film are 250 mm long × 155 mm wide as in Example 1, and both the short side and the long side have a seal width of 10 mm. This is a secondary battery of 40 μm, which is half that of the first embodiment. The secondary battery having such a specification was stored in a dry environment at a temperature of 30 ° C. and a dew point of −40 ° C. for one year.
比較例2は、実施例2と同様にラミネートフィルムの外形寸法が長さ236mm×幅138mmで、その短辺側及び長辺側のシール幅がともに3mmで、熱融着樹脂層の厚さが200μmとなるようにシールをした二次電池である。但し、比較例2においては、熱融着樹脂層の材料として、実施例2の材料(材料A)よりも水分透過性の高い材料B(実施例2に用いた材料Aと単体での比較で水分透過性が2〜3倍の材料)を用いた二次電池である。この二次電池を、温度30℃、湿度95%R.H.の環境に1年間保存した。 In Comparative Example 2, the outer dimensions of the laminate film are 236 mm long × 138 mm wide as in Example 2, the short side and long side seal widths are both 3 mm, and the thickness of the heat-sealing resin layer is The secondary battery is sealed to 200 μm. However, in Comparative Example 2, as a material of the heat-sealing resin layer, a material B having a higher water permeability than the material of Example 2 (Material A) (compared with the material A used in Example 2 alone) A secondary battery using a material having a water permeability of 2 to 3 times. This secondary battery was manufactured at a temperature of 30 ° C. and a humidity of 95% R.D. H. Stored for 1 year.
比較例3は、実施例2と同様にラミネートフィルムの外形寸法が長さ236mm×幅138mmで、その短辺側及び長辺側のシール幅がともに3mmで、熱融着樹脂層の厚さが200μmとなるようにシールをした二次電池である。但し、比較例3においては、ラミネートフィルム106及び107として、熱融着樹脂層とアルミニウム層の接着に親水性の樹脂の接着剤を使用した水分透過性のきわめて高いラミネートフィルムを用いた二次電池である。すなわち、2枚のラミネートフィルム106及び107におけるアルミニウム層間に配置される熱融着樹脂層の材料として、比較例2の材料(材料B)よりもさらに水分透過性の高い材料Cを用いた二次電池である。この二次電池を、温度30℃、湿度95%R.H.の環境に1年間保存した。
In Comparative Example 3, the outer dimensions of the laminate film are 236 mm long × 138 mm wide as in Example 2, the short side and long side seal widths are both 3 mm, and the thickness of the heat-sealing resin layer is The secondary battery is sealed to 200 μm. However, in Comparative Example 3, as the
これら実施例1、実施例2及び比較例1〜3に係る二次電池を、各々前述したような条件により保存した場合の性能評価の結果を図5〜図8に示す。評価は、保存後の電池内部へ水分浸入量、内部抵抗増加率、容量維持率及び膨れ量について行った。
なお、水分浸入量は、電解液中の支持塩のLiPF6 を溶解しない溶媒のみを注液したダミー電池を製造し、このダミー電池を使用して測定した。これは、電解液中にLiPF6が存在すると、水分がLiPF6 と反応して消費されることにより、浸入した水分量が正確に測定できなくなるためである。
The results of performance evaluation when the secondary batteries according to Example 1, Example 2, and Comparative Examples 1 to 3 are stored under the above-described conditions are shown in FIGS. The evaluation was performed with respect to the amount of moisture permeating into the battery after storage, the rate of increase in internal resistance, the capacity retention rate, and the amount of swelling.
The amount of moisture permeation was measured using a dummy battery manufactured by injecting only a solvent that does not dissolve LiPF 6 as a supporting salt in the electrolyte. This is because if LiPF 6 is present in the electrolyte solution, the moisture reacts with the LiPF 6 and is consumed, so that the amount of moisture that has entered cannot be measured accurately.
図5に示すように、出力容量(Wh)あたりの水分浸入量(μg/年)は、比較例1<実施例1<実施例2<比較例2<比較例3の順に多くなっている。 As shown in FIG. 5, the amount of moisture permeation (μg / year) per output capacity (Wh) increases in the order of Comparative Example 1 <Example 1 <Example 2 <Comparative Example 2 <Comparative Example 3.
これに対して、保存後の内部抵抗増加率は、図5及び図6に示すように、水分浸入量が80μg/年・Wh程度までの比較例1と実施例1とではほぼ同じであるが、水分浸入量が80μg/年・Whより多くなるにつれて、すなわち実施例2、比較例2、比較例3の順に、徐々に小さくなっていく傾向が見られる。 On the other hand, as shown in FIGS. 5 and 6, the increase rate of the internal resistance after storage is substantially the same in Comparative Example 1 and Example 1 in which the water intrusion amount is about 80 μg / year · Wh. As the moisture intrusion amount exceeds 80 μg / year · Wh, that is, in the order of Example 2, Comparative Example 2, and Comparative Example 3, there is a tendency to gradually decrease.
保存後の電池容量の維持率は、図5及び図7に示すように、水分浸入量が80μg/年・Wh程度までの比較例1と実施例1とではほぼ同じであるが、水分浸入量が80μg/年・Whより多くなるにつれて、すなわち実施例2、比較例2、比較例3の順に、徐々に高くなっていく傾向が見られる。 As shown in FIG. 5 and FIG. 7, the retention rate of the battery capacity after storage is almost the same in Comparative Example 1 and Example 1 up to about 80 μg / year · Wh. Is higher than 80 μg / year · Wh, that is, in the order of Example 2, Comparative Example 2, and Comparative Example 3, there is a tendency to gradually increase.
また、保存後の体積増加率(電池内部でのガス発生による電池の膨れ量)は、図5及び図8に示すように、水分浸入量が800μg/年・Whより多くなる比較例2及び比較例3において急激に高くなっている。一方で、水分浸入量が80μg/年・Wh以下の範囲では、水分浸入量が減少する実施例1、実施例2の順に、徐々に体積が増加する(体積増加率が高くなる)傾向が認められる。 Further, the volume increase rate after storage (battery amount of the battery due to gas generation inside the battery) is as shown in FIG. 5 and FIG. In Example 3, it is rapidly increased. On the other hand, when the water intrusion amount is 80 μg / year · Wh or less, the volume gradually increases (the volume increase rate increases) in the order of Example 1 and Example 2 in which the water intrusion amount decreases. It is done.
以上の評価結果をまとめると、図6及び図7に示すように、水分浸入量が約80μg/年・Whから増加するにつれて、内部抵抗増加率は減少し、出力容量の維持率も高くなっており、電池劣化が抑えられていると言える。しかしながら、図8に示すように、水分浸入量が約800μg/年・Whを越えて過剰な量となると、電池体積の急激な増加をもたらし好ましくない。 Summarizing the above evaluation results, as shown in FIG. 6 and FIG. 7, as the water intrusion amount increases from about 80 μg / year · Wh, the internal resistance increase rate decreases and the output capacity maintenance rate also increases. Therefore, it can be said that battery deterioration is suppressed. However, as shown in FIG. 8, when the water intrusion amount exceeds about 800 μg / year · Wh, the battery volume increases rapidly, which is not preferable.
水分浸入量が多いほど容量劣化及び内部抵抗増加率が抑制される理由として、図9(B)及び図9(C)に示すように、浸入した水分の分解により電池の自己放電量が増加するため、保存時の電池の充電状態及び電圧が低い状態になる効果が考えられる。 The reason why the capacity deterioration and the internal resistance increase rate are suppressed as the amount of moisture intrusion increases, as shown in FIGS. 9B and 9C, the self-discharge amount of the battery increases due to the decomposition of the intruded moisture. For this reason, an effect of lowering the charged state and voltage of the battery during storage can be considered.
また、電極表面には、図9(B)及び図9(C)に示すように、電解液の分解を抑制する皮膜が形成されており、この皮膜が保存時に局所的に破壊された場合には、電解液の溶媒等の反応により再形成される。この皮膜の再形成の際に水分が十分に存在しないと、図9(A)に示す場合のように、厚い皮膜が形成され内部抵抗が増加したり、不均一な皮膜が形成され電解液の分解されたりすると考えられる。
しかし、水分の浸入量が十分で皮膜の再形成の際に水分が十分に存在することにより、均一な薄い皮膜が形成され、そのような厚い皮膜や不均一な皮膜の形成を防ぎ、内部抵抗の増加や電解液の分解を抑制することができる。このことも、水分浸入量が多いほど容量劣化及び内部抵抗増加率が抑制される理由の1つと考えることができる。
Further, as shown in FIGS. 9B and 9C, a film that suppresses the decomposition of the electrolytic solution is formed on the electrode surface, and this film is locally destroyed during storage. Is re-formed by the reaction of the solvent of the electrolytic solution. If there is not enough moisture during the re-formation of the film, as shown in FIG. 9A, a thick film is formed and the internal resistance is increased, or a non-uniform film is formed and the electrolyte solution It is thought that it will be decomposed.
However, since the amount of moisture infiltrated is sufficient and sufficient moisture exists during film re-formation, a uniform thin film is formed, preventing the formation of such thick or non-uniform films, and internal resistance. And the decomposition of the electrolyte can be suppressed. This can also be considered as one of the reasons that the capacity deterioration and the internal resistance increase rate are suppressed as the amount of moisture intrusion increases.
水分浸入量が少ない領域で電池体積が増加している理由としては、水分が少なすぎるために、図9(A)に示すように電極表面の皮膜が不均一となり、皮膜形成が不十分な箇所において電解液の分解ガスが発生することが考えられる。
また、水分浸入量が多い領域で電池体積が増加する理由としては、図9(C)に示すように、皮膜形成で消費されない過剰な水分の分解ガスが発生することが考えられる。
The reason why the battery volume is increasing in a region where the amount of moisture permeation is small is that the film on the electrode surface becomes non-uniform as shown in FIG. It is considered that a decomposition gas of the electrolyte is generated in
In addition, as a reason why the battery volume increases in a region where the amount of moisture permeation is large, as shown in FIG. 9C, it is considered that excessive moisture decomposition gas that is not consumed in film formation is generated.
以上の評価結果より、電池内部への水分浸入量を適切な範囲に調整することにより、具体的には図9(B)に示すように電極表面に電解液の分解を抑制する薄い均一な皮膜が形成される程度の適度の量の水分を浸入させることにより、二次電池の容量劣化、内部抵抗の増加及び体積の膨張を抑制し、電池の高寿命化が達成できる。その水分浸入量は、図5〜図8に示した結果より、電池出力容量(Wh)あたり、80〜800μg/年の範囲に調整するのが好適である。 From the above evaluation results, by adjusting the amount of moisture intrusion into the battery within an appropriate range, specifically, a thin uniform film that suppresses the decomposition of the electrolyte on the electrode surface as shown in FIG. By allowing an appropriate amount of moisture to enter the battery, it is possible to suppress the deterioration of the capacity of the secondary battery, the increase in internal resistance, and the expansion of the volume, thereby achieving a long battery life. From the results shown in FIGS. 5 to 8, it is preferable to adjust the moisture intrusion amount to a range of 80 to 800 μg / year per battery output capacity (Wh).
水分浸入量の調整方法
次に、前述したような適切な水分浸入量の二次電池を製造する方法、換言すれば、二次電池の水分浸入量を所望の量に調整する方法について、図10及び図11を参照して説明する。
Method of adjusting the moisture penetration weight Next, a method of manufacturing a suitable moisture penetration amount of the secondary battery as described above, in other words, how to control the water penetration amount of the secondary battery to a desired amount, FIG. 10 A description will be given with reference to FIG.
外装部材として用いるラミネートフィルム106及び107は、前述したようにアルミニウム等の金属層を有しており、ラミネートフィルムをカップ状に整形した後においてアルミニウム層の厚さが20μm以上あれば、このアルミニウム層を透過しての水分浸入は無いと言える。従って、水分が浸入するのは、2枚のラミネートフィルム106及び107を接着しているシール部の熱融着樹脂層からである。
このシール部からの水分浸入量は、主に、次の第1〜第4の要因により変化する。
第1の要因は、ラミネートフィルムの熱融着樹脂層の透湿度等の物性である。図4に示した実施例2、比較例2及び比較例3は、この樹脂層の材料を変えたもので、図5に示したように、水分透過性の高い材料ほど水分浸入量も増大している。
第2の要因は、熱融着樹脂層の厚さ(シール後のアルミニウム金属層間の距離)とシール部の長さにより規定される水分透過面の断面積(図3(B)参照)である。樹脂層の厚さを薄くし、シール部の長さを短くすると、水分浸入量は減少する。
The amount of moisture intrusion from the seal portion varies mainly due to the following first to fourth factors.
The first factor is physical properties such as moisture permeability of the heat-sealing resin layer of the laminate film. In Example 2, Comparative Example 2 and Comparative Example 3 shown in FIG. 4, the material of the resin layer is changed. As shown in FIG. 5, the higher the moisture permeability, the greater the amount of moisture penetration. ing.
The second factor is the cross-sectional area of the moisture permeable surface defined by the thickness of the heat-sealing resin layer (distance between the aluminum metal layers after sealing) and the length of the seal portion (see FIG. 3B). . When the thickness of the resin layer is reduced and the length of the seal portion is shortened, the amount of moisture intrusion decreases.
第3の要因は、シール部のシール幅(水分透過の距離)(図3(B)参照)である。シール幅を狭くすると水分浸入量は増大し、シール幅を広くすると水分浸入量が減少する。
そして第4の要因は、電池の使用環境である。温度が低く、水蒸気圧が低いほど水分浸入量が減少する。
The third factor is the seal width (moisture permeation distance) of the seal portion (see FIG. 3B). When the seal width is narrowed, the moisture penetration amount increases, and when the seal width is widened, the moisture penetration amount decreases.
The fourth factor is the usage environment of the battery. The lower the temperature and the lower the water vapor pressure, the lower the water intrusion amount.
二次電池への水分浸入量は、主にこのような要因により変化する。従って、ある特定の仕様の二次電池では、温度及び湿度の異なるあらゆる使用環境において水分浸入量を一定の範囲に調整することは現実的には困難である。そこで、現実的に二次電池の水分浸入量を調整する方法としては、使用する地域の気候、環境等に応じて、二次電池の仕様を容易に変更できるような二次電池を製造しておくことが有効である。 The amount of water intrusion into the secondary battery varies mainly due to such factors. Therefore, it is practically difficult to adjust the water intrusion amount to a certain range in any use environment having different temperatures and humidity in a secondary battery having a specific specification. Therefore, as a method of realistically adjusting the amount of water penetration of the secondary battery, a secondary battery that can easily change the specifications of the secondary battery according to the climate, environment, etc. of the region to be used is manufactured. It is effective to leave
その方法として、ラミネートフィルム周囲のシール部の長さを調整したり、樹脂層の厚さを調整したりすることも可能である。しかしそのためには、電池の使用環境に応じて樹脂層の厚さの異なるラミネートフィルムを用いたり、電池製造時のシール条件を変更したりすることになるため、電池の製造工程を変更する必要があったり、樹脂層厚さを測定しないと使用できない等の困難さを伴う。 As the method, it is also possible to adjust the length of the seal portion around the laminate film or to adjust the thickness of the resin layer. However, in order to do so, it is necessary to use a laminate film with a different resin layer thickness depending on the battery usage environment, or to change the sealing conditions during battery manufacturing, and therefore, it is necessary to change the battery manufacturing process. It is difficult to use unless the resin layer thickness is measured.
そこで本発明に係る二次電池においては、電池の設置箇所、使用形態等によって規定される外形寸法(シール部の長さ)に応じて、適切な熱融着樹脂層の厚さを選択し、想定される最も水分浸入量の多い環境(高温、高湿度等)において、水分浸入量が800μg/年・Wh以下となるようなシール幅にて、二次電池を予め製造する。
そして、そのように製造した電池に対して、電池の使用環境に応じ、水分浸入量が80μg/年・Wh以上となるようにシール部を切断してその幅を調整する。
Therefore, in the secondary battery according to the present invention, an appropriate thickness of the heat-sealing resin layer is selected according to the outer dimensions (the length of the seal portion) defined by the battery installation location, usage pattern, and the like. A secondary battery is manufactured in advance with a seal width such that the moisture intrusion amount is 800 μg / year · Wh or less in an assumed environment (high temperature, high humidity, etc.) with the largest amount of moisture intrusion.
For the battery thus manufactured, the seal portion is cut and the width thereof is adjusted so that the moisture intrusion amount is 80 μg / year · Wh or more according to the use environment of the battery.
具体的に図10(A)及び図10(B)を参照して説明する。
例えば、比較的低温で水蒸気圧の低い環境で使用する場合であって、製造時の状態では水分浸入量が80μg/年・Wh以上とならない場合には、図10(A)に示すように、シール部を切除し、シール幅を狭くする。こうすることにより、水分浸入量を増大させ、適正な範囲、すなわち80μg/年・Wh以上とすることが容易にできる。
This will be specifically described with reference to FIGS. 10 (A) and 10 (B).
For example, when used in an environment where the water vapor pressure is low at a relatively low temperature, and the moisture intrusion amount is not 80 μg / year · Wh or more in the production state, as shown in FIG. Cut off the seal and narrow the seal width. By doing so, the amount of moisture intrusion can be increased, and the appropriate range, that is, 80 μg / year · Wh or more can be easily achieved.
一方、比較的高温で水蒸気圧の高い環境で使用する場合には、製造時の状態で水分浸入量は80μg/年・Wh以上となっていると考えられる。また、製造時の条件から、最大の水分浸入量は800μg/年・Wh以下に抑えられているはずである。従って、図10(B)に示すように、シール部はそのままの状態で使用すればよい。
このような方法で水分浸入量を調整することにより、電池の製造工程の大幅な変更をしたり、生産性を犠牲にすること無く、容易に所望の水分浸入量の二次電池を製造することができる。
On the other hand, when used in an environment where the water vapor pressure is high at a relatively high temperature, the water intrusion amount is considered to be 80 μg / year · Wh or more in the state at the time of manufacture. In addition, the maximum amount of moisture intrusion should be suppressed to 800 μg / year · Wh or less due to manufacturing conditions. Therefore, as shown in FIG. 10B, the seal portion may be used as it is.
By adjusting the amount of water intrusion in this way, it is possible to easily manufacture a secondary battery with a desired amount of water intrusion without significantly changing the battery manufacturing process or sacrificing productivity. Can do.
このような方法により二次電池の水分浸入量を調整した具体例、及び、その各例における水分浸入量の評価結果について図11を参照して説明する。
まず、各実施例の仕様及び保存条件(使用環境)について説明する。
A specific example in which the water intrusion amount of the secondary battery is adjusted by such a method, and an evaluation result of the water intrusion amount in each example will be described with reference to FIG.
First, specifications and storage conditions (use environment) of each embodiment will be described.
実施例3は、ラミネートフィルムの外形寸法が長さ236mm×幅145mm、短辺側のシール幅が5mm、長辺側のシール幅が3mm、及び、熱融着樹脂層の厚さが120μmとなるように製造した二次電池である。このような仕様の二次電池を、温度15℃、湿度70%R.H.の環境に1年間保存した。 In Example 3, the outer dimensions of the laminate film are 236 mm long × 145 mm wide, the seal width on the short side is 5 mm, the seal width on the long side is 3 mm, and the thickness of the heat-sealing resin layer is 120 μm. A secondary battery manufactured as described above. A secondary battery having such a specification was manufactured at a temperature of 15 ° C. and a humidity of 70% R.D. H. Stored for 1 year.
実施例4は、実施例3と同じ仕様の二次電池を、温度25℃、湿度90%R.H.の環境に1年間保存した。 In Example 4, a secondary battery having the same specifications as in Example 3 was obtained by using a temperature of 25 ° C. and a humidity of 90% R.D. H. Stored for 1 year.
実施例5は、実施例3の二次電池100に対してラミネートフィルムの外形寸法を長さ250mm×幅145mmとし、長辺側のシール幅を10mmとした二次電池である。短辺側のシール幅5mm、及び、熱融着樹脂層の厚さ120μmは実施例3と同じである。そして、この製造した二次電池を、温度20℃、湿度70%R.H.の環境に1年間保存した。
Example 5 is a secondary battery in which the outer dimension of the laminate film is 250 mm long × 145 mm wide and the seal width on the long side is 10 mm with respect to the
実施例6は、実施例5と同じ仕様の二次電池を、温度30℃、湿度90%R.H.の環境に1年間保存した。 In Example 6, a secondary battery having the same specifications as in Example 5 was obtained by using a temperature of 30 ° C. and a humidity of 90% R.D. H. Stored for 1 year.
実施例7は、実施例1の二次電池100に対して、正極タブ104の大きさを長さ522mm×幅310mm、負極タブ105の大きさを長さ524mm×幅312mm、ラミネートフィルムの外形寸法を長さ540mm×幅330mm、短辺側のシール幅が5mm、長辺側のシール幅が5mm、及び、熱融着樹脂層の厚さが80μmとなるように製造した二次電池である。このような仕様の二次電池を、温度15℃、湿度70%R.H.の環境に1年間保存した。
Example 7 is different from the
実施例8は、実施例7の二次電池100に対して、ラミネートフィルムの外形寸法を長さ550mm×幅330mm、長辺側のシール幅を10mmとして製造した二次電池100である。短辺側のシール幅5mm、及び、熱融着樹脂層の厚さ80μmは実施例7と同じである。このような仕様の二次電池を、温度15℃、湿度70%R.H.の環境に1年間保存した。
Example 8 is a
これらの実施例3〜実施例8の保存後の水分浸入量は、図11に示す通りである。
実施例3及び実施例4の二次電池は、実施例5及び実施例6の二次電池の長辺側のシール幅を10mmから3mmに切断したものである。
実施例5及び実施例6に使用した電池は、温度20度、湿度70%R.H.と、温度30℃、湿度90%R.H.の環境において、水分浸入量が80〜800μg/年・Whの範囲に収まっている。この電池の長辺側のシール部を、7mm切断して3mmとすることにより、実施例3及び実施例4に示すように、温度15℃、湿度70%R.H.、及び、温度25℃、湿度90%R.H.の環境にて水分浸入量が80〜800μg/年・Whの範囲に収まっている。
The water intrusion amounts after storage in Examples 3 to 8 are as shown in FIG.
In the secondary batteries of Examples 3 and 4, the seal width on the long side of the secondary batteries of Examples 5 and 6 is cut from 10 mm to 3 mm.
The batteries used in Examples 5 and 6 have a temperature of 20 degrees and a humidity of 70% R.D. H. And a temperature of 30 ° C. and a humidity of 90%. H. In this environment, the moisture intrusion amount is in the range of 80 to 800 μg / year · Wh. By cutting the long side seal portion of this battery to 7 mm by cutting 7 mm, as shown in Example 3 and Example 4, the temperature is 15 ° C. and the humidity is 70% R.D. H. And a temperature of 25 ° C. and a humidity of 90% H. The water intrusion amount is within the range of 80 to 800 μg / year · Wh in the environment of
実施例7及び実施例8は、実施例3〜実施例6における電池と電池容量は同じであるが、正極タブ104及び負極タブ105のサイズを大きくし、電極積層枚数を約1/6にすることで電池外形寸法を大きくしたものである。実施例7及び実施例8では、実施例3〜実施例6よりも外装部材外週部のシール長さが長くなっているため、樹脂層の厚さを120μmから80μmに薄くしている。この場合にも、長辺部のシール幅を10mmから5mmに変更することによって、温度15℃、湿度70%R.H.及び、温度30℃、湿度90%R.H.の環境において、それぞれ適切な水分浸入量に調整できた。
Example 7 and Example 8 have the same battery capacity as the batteries in Examples 3 to 6, but the size of the
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiment described above is described for facilitating the understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment includes all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
100…二次電池
101…正極板
102…セパレータ
103…負極板
104…正極タブ
105…負極タブ
106…上部ラミネートフィルム
107…下部ラミネートフィルム
108…発電要素
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記非水解性の発電要素を内部に密封収容する収容部材とを有し、
所定の環境下において、前記収容部材内部への水分の浸入量が、80〜800μg/(年・Wh)であることを特徴とする二次電池。 Non-hydrolytic power generation elements,
A housing member for hermetically housing the non-water-decomposable power generation element inside,
A secondary battery characterized in that, under a predetermined environment, the amount of moisture permeating into the housing member is 80 to 800 μg / (year · Wh).
前記非水解性の発電要素を被包する収容部材と、
前記発電要素が前記収容部材に密封収容されるように前記収容部材を接合する樹脂接合部であって、当該樹脂接合部の態様が変更されることにより、前記収容部材内部への水分浸入量が所望の浸入量に制御される樹脂接合部と
を有する二次電池。 Non-hydrolytic power generation elements,
A housing member encapsulating the non-hydrolyzable power generation element;
A resin joint that joins the housing member so that the power generating element is hermetically housed in the housing member, and the amount of moisture intrusion into the housing member is reduced by changing the aspect of the resin joint. A secondary battery having a resin bonding portion controlled to have a desired penetration amount.
前記樹脂接合部は、前記ラミネートフィルムを所定の幅で接合した接合部であり、
当該樹脂接合部は、前記ラミネートフィルムの接合部を切除することにより、前記収容部材内部への水分浸入量を増加させ当該浸入量を所望の量に調整するように形成されていることを特徴とする請求項2に記載の二次電池。 The housing member is a laminate film having a metal layer,
The resin joint is a joint obtained by joining the laminate film with a predetermined width,
The resin joint portion is formed so as to increase the moisture intrusion amount into the housing member by adjusting the laminate film film by cutting away the joint portion of the laminate film. The secondary battery according to claim 2.
前記発電要素が前記外装部材により密封収容されるように前記収容部材を樹脂材料を介在させて接合し、
前記樹脂接合部を切除することにより前記収容部材内部への水分浸入量を増加させ、当該水分浸入量を調整する
ことを特徴とする二次電池の製造方法。 The power generation element is covered with an exterior member,
Joining the housing member with a resin material interposed so that the power generation element is hermetically housed by the exterior member,
A method for manufacturing a secondary battery, comprising: cutting out the resin joint portion to increase a water intrusion amount into the housing member and adjusting the water intrusion amount.
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