JP2005347161A - Battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、正極と負極とを電解質を介して積層し巻回した電極巻回体をフィルム状の外装部材の内部に備えた電池に関し、特に電極の端部などに被覆材を備えた電池に関する。 The present invention relates to a battery including an electrode winding body in which a positive electrode and a negative electrode are stacked and wound via an electrolyte inside a film-shaped exterior member, and more particularly, to a battery including a covering material on an end portion of an electrode or the like. .
携帯電話、ノートパソコン、PDA(Personal Digital Assistant;個人用携帯型情報端末機器)、デジタルカメラ等の携帯機器の普及に伴い、これらの電源としての電池に対する小型軽量化、薄型化の要求が年々強まっている。このような要求に対する対策として、無機・有機の完全固体電解質や高分子ゲルからなる半固体電解質( ゲル状電解質) を用いることが提案されている。これにより電解液の液漏れの問題が無くなり、外装材にハードセルを用いることが不要となるので、一層の小型軽量化、薄型化を実現することが可能となるからである。また、設計自由度も向上する。 As mobile devices such as mobile phones, notebook computers, PDAs (Personal Digital Assistants) and digital cameras become more popular, the demand for smaller, lighter and thinner batteries for these power sources has been increasing year by year. ing. As countermeasures against such demands, it has been proposed to use inorganic / organic complete solid electrolytes or semi-solid electrolytes (gel electrolytes) made of polymer gels. This eliminates the problem of electrolyte leakage and eliminates the need to use a hard cell for the exterior material, thereby making it possible to achieve further reductions in size and weight and thickness. In addition, the degree of design freedom is improved.
ハードセルを外装材に使用しない電池における電気の集電は、ハードセルのようにそれ自体とすることができないので、集電用のリードを外部に露出するように設けることが必要である。このようなリードは、一般的に正極および負極の端部に活物質層が塗工されていない未塗工部を設け、そこに溶接されていることが多い。 Electricity collection in a battery that does not use a hard cell as an exterior material cannot be performed by itself as in the case of a hard cell. Therefore, it is necessary to provide a current collecting lead so as to be exposed to the outside. In many cases, such a lead is generally welded to an uncoated portion where an active material layer is not coated at the end portions of the positive electrode and the negative electrode.
しかしながら、このようにリードあるいは未塗工部を設けた場合、金型などにより機械的に切断した切断端部に発生するカッティングバリや反り返りなどの突起により、電池の製造中あるいは使用中に他方の電極に接触して短絡が生じてしまうという問題があった。 However, when a lead or an uncoated part is provided in this way, a protrusion such as a cutting burr or a warp generated at a cut end mechanically cut by a mold or the like causes the other during the manufacture or use of a battery. There was a problem that a short circuit would occur due to contact with the electrode.
そこで、正極あるいは負極に設けられたリードあるいは未塗工部の切断端部をポリプロピレン製の絶縁テープなどで覆うことにより、短絡を防ぐことが行われたきた(例えば、特許文献1参照)。
ところで、近年の携帯機器の携帯性向上に伴い、これらは様々な環境に持ち運ばれるようになり、例えば炎天下の車内あるいはやファンヒータの吹き出し口の前などのように高温下にさらされる場所に放置されるケースが増えてきた。 By the way, with the recent improvement in portability of portable devices, they have been carried in various environments, for example, in places exposed to high temperatures such as in a car under the sun or in front of a fan heater outlet. The number of cases left unattended has increased.
このように電池が一時的にでも非常に高温な状況下にさらされた場合、上述した絶縁テープの材質が、従来のようにポリプロピレンでは、熱による収縮が発生し、被覆していたリードや未塗工部が露出するので、切断端部のカッティングバリや反り返りなどの突起部により短絡が生じることがあった。これにより自己放電が大きくなったり、出力が全く取り出せなくなる問題があった。 In this way, when the battery is exposed to a very high temperature condition even temporarily, the material of the insulating tape described above is the shrinkage caused by heat in the polypropylene as in the conventional case, and the coated lead or uncoated Since the coated portion is exposed, a short circuit may occur due to a protruding portion such as a cutting burr or warping of the cut end. As a result, there is a problem that the self-discharge becomes large or the output cannot be taken out at all.
また、従来のようにポリプロピレン製の絶縁テープでは、その厚みを薄くすることができず、エネルギー密度をより高くすることができなかった。 In addition, in the conventional insulating tape made of polypropylene, the thickness cannot be reduced, and the energy density cannot be further increased.
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、高温状況下であっても、短絡の発生を防止することができると共に、容量をより高くすることができる電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a battery capable of preventing the occurrence of a short circuit and increasing the capacity even under high temperature conditions. is there.
本発明の電池は、正極と負極とを電解質を介して積層し巻回した電極巻回体をフィルム状の外装部材の内部に備えたものであって、正極および負極の巻回方向において対極と対向する端部と、この端部に対向する対極の領域とのうちの少なくとも一方を覆う被覆材を有し、この被覆材は、ポリエチレンテレフタラート,ポリフェニレンスルフィドおよびポリイミドからなる群のうちの少なくとも1種を含み、厚みが5μm以上のものである。 The battery of the present invention comprises an electrode winding body in which a positive electrode and a negative electrode are laminated and wound via an electrolyte, and is provided inside a film-like exterior member, and has a counter electrode in the winding direction of the positive electrode and the negative electrode. A covering material covering at least one of the opposite end and the counter electrode region facing the end, the covering being at least one of the group consisting of polyethylene terephthalate, polyphenylene sulfide and polyimide; It contains seeds and has a thickness of 5 μm or more.
本発明の電池によれば、正極および負極の巻回方向において対極と対向する端部、あるいはこの端部に対向する対極の領域をポリエチレンテレフタラート,ポリフェニレンスルフィドあるいはポリイミドを含み、厚みが5μm以上の被覆材で覆うようにしたので製造工程および高温状況下における短絡を防止することができる。また、被覆材の厚みを薄くすることができるので、エネルギー密度も高くすることができる。 According to the battery of the present invention, the end facing the counter electrode in the winding direction of the positive electrode and the negative electrode, or the region of the counter electrode facing this end includes polyethylene terephthalate, polyphenylene sulfide, or polyimide, and the thickness is 5 μm or more. Since it was made to cover with the covering material, it is possible to prevent a short circuit under the manufacturing process and high temperature conditions. Further, since the thickness of the covering material can be reduced, the energy density can also be increased.
また、正極リードの取付部分あるいは負極リードの取付部分を被覆材で被覆するようにすれば、これらの端部と、これらが取り付けられた電極の対極との電気的な接触を防止することができる。 Further, if the attachment portion of the positive electrode lead or the attachment portion of the negative electrode lead is covered with a covering material, electrical contact between these end portions and the counter electrode of the electrode to which these are attached can be prevented. .
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は本発明の第1の実施の形態に係る二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、例えば、リチウムイオン二次電池であり、正極リード11および負極リード12が取り付けられた電極巻回体20をフィルム状の外装部材31の内部に収納した構成を有している。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows the configuration of the secondary battery according to the first embodiment of the present invention. The secondary battery is, for example, a lithium ion secondary battery, and has a configuration in which the
正極リード11および負極リード12は、電極巻回体20で発生した起電力を外部に取り出すためのものであり、それぞれ例えば短冊状であり、外装部材31の内部から外部に向かい例えば同一方向にそれぞれ導出されている。正極リード11は、例えばアルミニウム(Al)などの金属材料により構成されており、負極リード12は、例えばニッケル(Ni)などの金属材料により構成されている。
The
外装部材31は、例えば、ナイロンフィルム,アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材31は、例えば、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。
The
外装部材31と正極リード11および負極リード12との間には、正極リード11および負極リード12と、外装部材31の内側との密着性を向上させ、外気の侵入を防止するための密着フィルム32が挿入されている。密着フィルム32は、正極リード11および負極リード12に対して密着性を有する材料により構成され、例えば、正極リード11および負極リード12が上述した金属材料により構成される場合には、ポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されることが好ましい。
An
図2は、図1に示した電極巻回体20のI−I線に沿った断面構造を表すものである。電極巻回体20は、正極21と負極22とを電解質およびセパレータ23を介して積層し巻回したものであり、最外周部は図示しない保護テープにより保護されている。なお、電解質は正極21とセパレータ23との間、および負極22とセパレータ23との間に設けられているが、図2においては省略してある。
FIG. 2 shows a cross-sectional structure taken along line II of the
正極21は、例えば、正極集電体21Aと、この正極集電体21Aの両面あるいは片面に設けられた正極活物質層21Bとを有している。正極集電体21Aには、例えば巻回中心側および巻回外周側に正極活物質層21Bが設けられず露出している領域が形成されており、例えば巻回中心側の露出した領域には正極リード11が取り付けられている。正極集電体21Aは、例えば、導電性がよく、軽量かつ安価で、加工性のよいアルミニウム箔などの金属箔により構成されている。
The positive electrode 21 includes, for example, a positive electrode
正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質としてリチウムを吸蔵および離脱することが可能な正極材料(以下、リチウムを吸蔵・離脱可能な正極材料という。)のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電剤およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。リチウムを吸蔵・離脱可能な正極材料としては、例えば、リチウムと遷移金属とを含むリチウム複合酸化物あるいはリチウムリン酸化合物が好ましい。これらは高電圧を発生可能であると共に、高密度であるため、高容量化を図ることができるからである。
The positive electrode
負極22は、例えば、正極21と同様に、負極集電体22Aと、この負極集電体22Aの両面あるいは片面に設けられた負極活物質層22Bとを有している。負極集電体22Aには、例えば巻回中心側および巻回外周側に負極活物質層22Bが設けられず露出している領域があり、例えば巻回中心側の露出した領域には、負極リード12が取り付けられている。負極集電体22Aは、例えば、導電性がよく、軽量かつ安価で、加工性のよい銅箔などの金属箔により構成されている。
The negative electrode 22 includes, for example, a negative electrode
負極活物質層22Bは、例えば、負極活物質としてリチウムを吸蔵および離脱することが可能な負極材料(以下、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料という。)のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じてポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。
The negative electrode
リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料としては、黒鉛,難黒鉛化性炭素あるいは易黒鉛化炭素などの炭素材料が挙げられる。また、リチウムと合金を形成可能な金属元素あるいは半金属元素の単体,合金または化合物も挙げられる。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include carbon materials such as graphite, non-graphitizable carbon, and graphitizable carbon. Moreover, the simple substance, alloy, or compound of the metal element or metalloid element which can form an alloy with lithium is also mentioned.
正極集電体21Aにおける巻回中心側の端部21C、および負極集電体22Aにおける巻回外周側の端部22Dは、例えばセパレータ23を介して対極と対向しており、一方、正極集電体21Aの巻回外周側の端部21D、および負極集電体22Aの巻回中心側の端部22Cは、例えば、セパレータ23を介して、あるいはこれを介せず同一の電極と対向している。
An end portion 21C on the winding center side of the positive electrode
これらの端部のうち端部21Cおよび端部22Dは、例えば被覆材24で覆われていることが好ましい。これらの端部21C,22Dに形成されたカッティングバリあるいは反り返りなどの突起により、セパレータ23が破損し、対極と短絡してしまうことを防止するためである。
Of these ends, the end 21C and the
一方、端部21Dおよび端部22Cは、被覆材24により覆われていてもよいが、覆われていなくてもよい。これらの端部21D,22Cには、同一の電極が対向しているので、これらが接触して短絡が生じても、電池の起電容量には、ほとんど影響がないからである。
On the other hand, the
被覆材24としては、絶縁性で、力学的強度が高いものが好ましく、例えば、ポリエチレンテレフタラート,ポリフェニレンスルフィド,ポリイミド,ナイロン,ポリテトラフルオロエチレン,セルローストリアセテート,ポリスチレン,ポリカーボネートなどの樹脂、あるいはガラスクロスにより構成することが好ましい。中でも、ポリエチレンテレフタラート,ポリフェニレンスルフィドおよびポリイミドが好ましい。高温状況下であっても、収縮しにくく、カッティングバリあるいは反り返りなどの突起の露出を抑制することができるからである。また、被覆材24の厚みを薄くすることができ、エネルギー密度を高くすることができるからである。これらの被覆材24は、いずれか1種を単層として用いてもよいし、複数種を積層して用いてもよい。
The covering
被覆材24の厚みは、好ましくは5μm以上であり、より好ましくは5μm以上50μm以下であり、更に好ましくは5μm以上20μm未満であり、特に5μm以上12μm未満であれば望ましい。薄いと製造時などにおける外部からの圧力により破損してカッティングバリあるいは反り返りなどの突起が露出しまい、また、厚いと電極間が広がり電極反応が阻害されるからである。
The thickness of the covering
また、被覆材24は、端部21Cと共に正極リード11の取り付け部分の表面を覆っていることが好ましい。正極リード11の取り付け部分は、セパレータ23を介して負極22と対向しておりかつ正極リード11にもカッティングバリあるいは反り返りなどの突起が形成されているからである。
Moreover, it is preferable that the coating | covering
なお、負極リード12の取り付け部分は、被覆材24により覆われていてもよいが、覆われていなくてもよい。この取り付け部分には、負極22が対向しているからである。
In addition, although the attachment part of the
セパレータ23は、電気的に安定であると共に、正極活物質,負極活物質あるいは溶媒に対して化学的に安定であり、かつ電気伝導性を有していなければどのようなものを用いてもよく、例えば、微多孔性のポリプロピレンが挙げられる。
Any
電解質は、正極活物質層21Bおよび負極活物質層22Bの表面に形成されており、電解質塩と、この電解質塩を溶解する溶媒と、これら電解質塩および溶媒を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。
The electrolyte is formed on the surfaces of the positive electrode
電解質塩としては、例えば、LiClO4 ,LiPF6 ,LiBF4 ,LiN(SO2 CF3 )2 ,LiN(SO2 C2 F5 )2 ,あるいはLiAsF6 などのリチウム塩が挙げられる。 Examples of the electrolyte salt include lithium salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , or LiAsF 6 .
溶媒としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネートなどの非水溶媒が挙げられる。 Examples of the solvent include non-aqueous solvents such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and propylene carbonate.
高分子化合物は、溶媒を吸収してゲル化するものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデンあるいはビニリデンフルオロライドとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ素系高分子化合物が挙げられる。 The polymer compound is not particularly limited as long as it absorbs a solvent and gels, and examples thereof include fluorine-based polymer compounds such as polyvinylidene fluoride or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene.
このような構成を有する二次電池は、例えば次のようにして製造することができる。 The secondary battery having such a configuration can be manufactured, for example, as follows.
まず、例えば、正極活物質と導電剤と結着剤とを混合して正極合剤を調製し、N−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させて正極合剤スラリーとする。次いで、正極合剤スラリーを正極集電体21Aの両面あるいは片面に塗布し乾燥させ、圧縮成型して正極活物質層21Bを形成し、正極21を作製する。続いて、例えば、正極集電体21Aに正極リード11を、例えば超音波溶接あるいはスポット溶接により接合する。そののち、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物とを溶剤を用いて混合し、この混合溶液を正極活物質層21Bの上、すなわち正極21の両面あるいは片面に塗布し、溶剤を揮発させて、電解質を形成する。
First, for example, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, which is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a positive electrode mixture slurry. Next, the positive electrode mixture slurry is applied to both surfaces or one surface of the positive electrode
また、例えば、負極活物質と結着剤とを混合して負極合剤を調製し、N−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させて負極合剤スラリーとする。次いで、負極合剤スラリーを負極集電体22Aの例えば両面あるいは片面に塗布し乾燥させ、圧縮成型して負極活物質層22Bを形成し、負極22を作製する。続いて、負極集電体22Aに負極リード12を、例えば超音波溶接あるいはスポット溶接により接合すると共に、負極活物質層22Bの上、すなわち負極22の両面あるいは片面に、正極21と同様にして電解質を形成する。
Further, for example, a negative electrode active material and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, which is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a negative electrode mixture slurry. Next, the negative electrode mixture slurry is applied to, for example, both surfaces or one surface of the negative electrode
続いて、端部21C,22Dおよび正極リード11の取り付け部分を覆うように被覆材24を接着する。そののち、例えば、電解質を形成した負極22、セパレータ23、電解質を形成した正極21、およびセパレータ23をこの順に積層し巻回して最外周部に保護テープを接着して電極巻回体20を形成する。このとき、押圧して偏平な形状に加工することが好ましい。電解質と正極21あるいは負極22との電気的な接触状態を確実にすることができるからである。その際、本実施の形態では、端部21C,22Dおよび正極リード11の取り付け部分が被覆材24により被覆されているので、セパレータ23の破損による内部短絡が防止される。
Subsequently, the covering
電極巻回体20を形成したのち、外装部材31の間に電極巻回体20を挟み込み、外装部材31の外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。その際、正極リード11,負極リード12と外装部材31との間には密着フィルム32を挿入する。これにより、図1に示した二次電池が完成する。
After the
この二次電池では、充電を行うと、正極21からリチウムイオンが離脱し、電解質を介して負極22に吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極22からリチウムイオンが離脱し、電解質を介して正極21に吸蔵される。このとき、端部21C,22Dおよび正極リード11の取り付け部分が被覆材24により被覆されているので、例えば製造時あるいは高温状況下であっても、端部21C,22Dおよび正極リード11の端部に形成されたカッティングバリあるいは反り返りなどの突起による内部短絡の発生が防止される。
In this secondary battery, when charged, lithium ions are released from the positive electrode 21 and inserted in the negative electrode 22 through the electrolyte. When discharging is performed, for example, lithium ions are released from the negative electrode 22 and are inserted in the positive electrode 21 through the electrolyte. At this time, since the attachment portions of the
このように本実施の形態の二次電池によれば、対極と対向する端部21C,22Dに、ポリエチレンテレフタラート,ポリフェニレンスルフィドあるいはポリイミドを含み、厚みが5μm以上の被覆材24を設けるようにしたので、製造工程および高温状況下における短絡の発生を防止することができる。また、被覆材24の厚みを薄くすることができるので、エネルギー密度も高くすることができる。
As described above, according to the secondary battery of the present embodiment, the covering
更に、正極リード11の取り付け部分を被覆材24で覆うようにすれば、この部分と負極22との電気的な接触も防止することができる。
Further, if the attachment portion of the
[第2の実施の形態]
図3は、本発明の第2の実施の形態に係る二次電池の電極巻回体20の断面構成を表すものである。被覆材24で覆う領域が異なることを除き、他は第1の実施の形態と同一の構成を有している。よって、本実施の形態においては図1を参照して、第1の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の部分についての説明は省略する。なお、図3では、電解質を省略して表している。
[Second Embodiment]
FIG. 3 shows a cross-sectional configuration of the
正極21は、例えば負極22の端部22Dとセパレータ23を介して対向する端部対向領域21Eと、正極21の端部21Dと対向する端部対向領域22Fとを有しており、また、負極22は、例えば正極21の端部21Cとセパレータ23を介して対向する端部対向領域22Eと、負極22の端部22Cとセパレータ23を介して対向する端部対向領域22Fとを有している。
The positive electrode 21 has, for example, an
このうち端部対向領域21E,22Eは、例えば、第1の実施の形態で説明した被覆材24で覆われている。端部22D,21Cに形成されたカッティングバリあるいは反り返りなどの突起と、端部対向領域21E,22Eとの電気的な接触を抑え、短絡を防止するためである。一方、同一の電極と対向する端部対向領域21F,22Fは、被覆材24で覆われていてもよいが、覆われていなくてもよい。
Of these, the end-facing
この二次電池は、被覆材24を、端部対向領域21E,22Eに接着することを除き、他は第1の実施の形態と同様にして製造することができる。なお、電極巻回体20を押圧すると端部21C,22Dの位置がずれることがあるので、これらのずれを考慮して被覆材24で覆う領域を広くしておくことが好ましい。
The secondary battery can be manufactured in the same manner as in the first embodiment except that the covering
このように本実施の形態の二次電池によれば、端部対向領域21E,22Eを被覆材24で覆うようにしたので、第1の実施の形態と同様に製造工程および高温状況下における短絡を防止することができる。
As described above, according to the secondary battery of the present embodiment, the
[第3の実施の形態]
図4は、本発明の第3の実施の形態に係る二次電池の電極巻回体20の断面構成を表すものである。被覆材24で覆う領域を端部21C,22D、端部対向領域21E,22Eおよび正極リード11の取り付け部分としたことを除き、他は第1の実施の形態および第2の実施の形態と同様の構成、作用および効果を有しており、同様にして製造することができる。よって、本実施の形態においては図1を参照して、第1の実施の形態および第2の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の部分についての説明は省略する。なお、図4では、電解質を省略して表している。
[Third Embodiment]
FIG. 4 illustrates a cross-sectional configuration of the
なお、図4では、端部21C,22D,端部対向領域21E,22E,および正極リード11の取り付け部分の全てを被覆材24で被覆しているが、端部21Cおよび正極リード11の取り付け部分、または端部対向領域22Eのいずれか一方、あるいは端部22Dまたは端部対向領域21Eのいずれか一方に備えていればよい。
In FIG. 4, the end portions 21 </ b> C and 22 </ b> D, the end facing regions 21 </ b> E and 22 </ b> E, and the attachment portion of the
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。 Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail.
実施の形態において説明した二次電池を作製した。その際、被覆材24で覆う位置は図4で表される位置とした。
The secondary battery described in the embodiment was manufactured. At that time, the position covered with the covering
まず、正極活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO2 )85質量部と、導電剤である人造黒鉛粉末5質量部と、カーボンブラック5質量部とを十分に混合したのち、N−メチル−2−ピロリドンに溶かした結着剤であるポリフッ化ビニリデンを固形分として5質量部になるように加えて正極合剤スラリーを作製した。この正極合剤スラリーを厚み20μmの帯状アルミニウム箔よりなる正極集電体21Aに、未塗工部分を形成しながら、両面に間欠塗布して乾燥させたのち、ローラープレス機により圧延して正極活物質層21Bを形成し、正極原反を作製した。この正極原反を未塗工部分で裁断し、正極21を作製したのち巻き取り真空中で乾燥した。
First, 85 parts by mass of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 5 parts by mass of artificial graphite powder as a conductive agent, and 5 parts by mass of carbon black are sufficiently mixed, and then N-methyl-2-pyrrolidone. A positive electrode mixture slurry was prepared by adding 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride, which is a binder, dissolved in a solid content. The positive electrode mixture slurry was intermittently applied to both surfaces of a positive electrode
巻き取った正極21を解き、巻回中心側の正極活物質層21Bが設けられず露出している領域に、幅5mm、長さ70mm、厚み0.07mmの正極リード11を超音波溶接により接合した。その際、正極リード11の一端部が、正極21の巻回方向に対して平行な端部から15mm以上突出するようにした。
The wound positive electrode 21 is unwound, and a
また、負極活物質として、粒子径が5μm以上30μm以下の天然黒鉛(層間距離0.335nm)90質量部に、N−メチル−2−ピロリドンに溶かした結着剤であるポリフッ化ビニリデンを固形分として10質量部になるように加えて負極合剤スラリーを作製した。この負極合剤スラリーを厚み15μmの帯状銅箔よりなる負極集電体22Aに未塗工部分を形成しながら、両面に間欠塗布して乾燥させたのち、ローラープレス機により圧延して負極活物質層22Bを形成し、負極原反を作製した。この負極原反を未塗工部分で裁断し、負極22を作製したのち巻き取り真空中で乾燥した。
Further, as a negative electrode active material, polyvinylidene fluoride, which is a binder dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone, is mixed in 90 parts by mass of natural graphite (interlayer distance: 0.335 nm) having a particle size of 5 μm or more and 30 μm or less. Was added to 10 parts by mass to prepare a negative electrode mixture slurry. The negative electrode mixture slurry was intermittently applied to both sides of the negative electrode
巻き取った負極22を解き、巻回中心側の負極活物質層22Bが設けられず露出している領域に、幅4mm、長さ70mm、厚み0.07mmの負極リード12を超音波溶接により接合した。その際、負極リード12の一端部が、負極22の巻回方向に対して平行な端部から15mm以上突出するようにした。
The wound negative electrode 22 is unwound, and the
次いで、溶剤であるジメチルカーボネートにポリフッ化ビニリデンを固形分が20質量部となるように加え、これにリチウム塩8質量部と、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとを混合した溶媒72質量部とを加え、保温しながら攪拌し電解質用の混合溶液を作製した。 Next, polyvinylidene fluoride is added to dimethyl carbonate, which is a solvent, so that the solid content is 20 parts by mass. To this, 8 parts by mass of a lithium salt and 72 parts by mass of a solvent obtained by mixing ethylene carbonate and propylene carbonate are added. The mixture was stirred while keeping the temperature to prepare a mixed solution for the electrolyte.
この混合溶液を、ホットメルトアプリケーターを用いて正極活物質層21Bおよび負極活物質層22Bの表面に塗布し、乾燥させることにより、混合溶液を正極活物質層21Bおよび負極活物質層22Bにおける空隙に含浸させると共に、ジメチルカーボネートを揮発させ、ゲル状の電解質を形成した。
This mixed solution is applied to the surfaces of the positive electrode
次いで、図4に示したように、端部21C,22D、および端部対向領域21E,22Eに幅が19mmの被覆材24を接着剤で接着した。その際、正極リード11も覆うように端部21Cに被覆材24を接着すると共に、正極リード11が正極21の巻回方向に対して平行な端部から外部に2mm程度覆われるようにした。また、被覆材24の材質は、ポリエチレンテレフタラート,ポリフェニレンスルフィドあるいはポリイミドとし、厚みは、表1に示したように5μm以上50μm以下の範囲内で変化させた。なお、接着剤の厚みは10μmである。
Next, as shown in FIG. 4, a covering
次いで、正極21と負極22とをセパレータ23を介して積層したのち、長手方向に巻き回し押圧して偏平な形状とし、粘着テープを用いて巻き終わり部分を固定して、電極巻回体20を作製した。この電極巻回体20を外装部材31の内部に収容し、真空封入した。以上の工程により、図1および図4に示した二次電池を得た。
Next, after laminating the positive electrode 21 and the negative electrode 22 via the
本実施例に対する比較例として、被覆材24の厚みを表1に示したように3μmまたは4μmとしたことを除き、他は実施例と同様にして二次電池を作製した。更に、被覆材24として、ポリプロピレンを用い、厚みを表2に示したように3μm以上50μm以下の範囲内で変化させたことを除き、他は実施例と同様にして二次電池を作製した。
As a comparative example to this example, a secondary battery was fabricated in the same manner as in the example except that the thickness of the covering
得られた実施例および比較例の各100個の二次電池について、内部短絡の発生率を求めた。得られた結果を表1および表2に示す。 The incidence of internal short circuit was determined for each of the 100 secondary batteries obtained in Examples and Comparative Examples. The obtained results are shown in Tables 1 and 2.
また、製造時における内部短絡の発生率が1%以下であった二次電池について、内部短絡していないものを各10個用意し、高温状況下における短絡の発生率を求めた。得られた結果を表3および表4に示す。 Moreover, about the secondary battery in which the incidence rate of the internal short circuit at the time of manufacture was 1% or less, each 10 pieces which are not internally short-circuited were prepared, and the incidence rate of the short circuit under high temperature conditions was calculated | required. The obtained results are shown in Tables 3 and 4.
なお、高温状況下における短絡の発生率は、ファンヒータの吹き出し口の前に電池が10分間放置されることを想定し、次のようにして求めた。まず、1Aの電流値で4.2Vを上限として4.5時間定電流定電圧充電し、これらの電池を恒温槽に配置し、昇温速度を5℃/分に設定して昇温し、160℃に到達したところで温度を10分間一定に保った。このとき、開回路電圧が低下したものから短絡の発生率を求めた。また、このときの開回路電圧の変化の挙動を、被覆材24の厚みが12μmのものについて図5に示した。なお、ポリフェニレンスルフィドおよびポリイミドの挙動は、ポリエチレンテレフタラートのものと同様であるため、ここでは省略して表した。
The occurrence rate of short circuit under high temperature conditions was determined as follows, assuming that the battery was left for 10 minutes before the fan heater outlet. First, a constant current constant voltage charge is performed for 4.5 hours with a current value of 1 A at an upper limit of 4.2 V, these batteries are placed in a thermostatic bath, the temperature increase rate is set to 5 ° C./min, and the temperature is increased. When the temperature reached 160 ° C., the temperature was kept constant for 10 minutes. At this time, the occurrence rate of the short circuit was determined from the one in which the open circuit voltage was lowered. Further, the behavior of the change in the open circuit voltage at this time is shown in FIG. 5 when the covering
表1および表2から分かるように、厚みが5μm以上50μm以下のポリエチレンテレフタラート,ポリフェニレンスルフィドあるいはポリイミドからなる被覆材24を用いた電池によれば、ポリプロピレンからなる被覆材24を用いた電池よりも、厚みが薄い領域、例えば5μm以上12μm未満の範囲内でも短絡の発生率が低かった。
As can be seen from Tables 1 and 2, the battery using the covering
また、表3,表4および図5から分かるように、ポリプロピレンからなる被覆材24を用いた電池は、155℃付近から開回路電圧が低下し、短絡が生じ始めたのに対し、ポリエチレンテレフタラート,ポリフェニレンスルフィドあるいはポリイミドからなる絶縁テープを用いた電池は、160℃でも開回路電圧の低下が見られず、短絡が生じなかった。
In addition, as can be seen from Tables 3 and 4 and FIG. 5, in the battery using the
すなわち、端部21Cおよび正極リード11の取り付け部分、並びに端部対向領域22Eのうちの少なくとも一方、端部22Dおよび端部対向領域21Eのうちの少なくとも一方を、厚みが5μm以上のポリエチレンテレフタラート,ポリフェニレンスルフィドあるいはポリイミドからなる被覆材24で覆うようにすれば、製造工程あるいは高温状況下においても短絡を防止することができることが分かった。
That is, at least one of the end 21C and the attachment portion of the
また、ポリエチレンテレフタラート,ポリフェニレンスルフィドあるいはポリイミドからなる被覆材24を用いれば、被覆材24の厚みを薄くすることができ、エネルギー密度を高くすることもできることも分かった。
It has also been found that if the
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、電解質として、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の電解質を用いる場合について説明したが、ゲル状の電解質に代えて、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えばイオン伝導性を有する固体電解質、固体電解質と電解液とを混合したもの、あるいは固体電解質とゲル状の電解質とを混合したものが挙げられる。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiments and examples, a case where a gel electrolyte in which an electrolytic solution is held in a polymer compound is used as the electrolyte has been described. However, instead of the gel electrolyte, another electrolyte is used. It may be. Examples of other electrolytes include solid electrolytes having ionic conductivity, a mixture of a solid electrolyte and an electrolytic solution, and a mixture of a solid electrolyte and a gel electrolyte.
なお、固体電解質には、例えば、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分散させた有機固体電解質、またはイオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などよりなる無機固体電解質を用いることができる。無機固体電解質としては、窒化リチウムあるいはヨウ化リチウムなどを用いることができる。 As the solid electrolyte, for example, an organic solid electrolyte in which an electrolyte salt is dispersed in a polymer compound having ion conductivity, or an inorganic solid electrolyte made of ion conductive glass or ionic crystal can be used. As the inorganic solid electrolyte, lithium nitride or lithium iodide can be used.
また、上記実施の形態および実施例では、巻回構造をラミネートフィルムよりなる外装部材31の内部に備えた電池について説明したが、本発明は、巻回構造を備えた電池であればいずれも適用することができる。また、二次電池に限らず、一次電池についても適用することができる。
Moreover, in the said embodiment and Example, although the battery provided with the winding structure inside the
更に、上記実施の形態および実施例では、正極21における巻回中心側の端部21Cおよび負極22における巻回外周側の端部22Dが、対極と対向する場合について説明したが、これらのうちの一方のみが対極と対向していてもよいし、正極21における巻回外周側の端部21Dあるいは負極22における巻回中心側の端部22Cが、対極と対向してもよい。この場合、端部21C,21D,22C,22D、および対極におけるこれらに対向する領域のうちの少なくとも一方を被覆材で覆うようにすればよい。
Further, in the above-described embodiment and examples, the case where the winding center side end portion 21C of the positive electrode 21 and the winding outer peripheral
更にまた、上記実施の形態および実施例では、正極21、負極22あるいは電解質などの各構成要素を構成する材料について一例を挙げて説明したが、他の材料を用いるようにしてもよい。加えて、上記実施の形態および実施例では、いわゆるリチウムイオン二次電池について説明したが、本発明は他の電極反応を利用した電池についても同様に適用することができる。他の電池としては、例えば、負極においてリチウムの析出・溶解を利用するいわゆるリチウム金属電池、あるいは負極においてリチウムの吸蔵・放出および析出・溶解を利用し、負極の容量がリチウムの吸蔵・放出による容量成分と、析出・溶解による容量成分との和で表される電池である。また、電極反応物質としてリチウム以外の他の軽金属、例えばナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの長周期型周期表における他の1族の元素、またはマグネシウムあるいはカルシウム(Ca)などの長周期型周期表における2族の元素、またはアルミニウムなどの他の軽金属を用いた電池も挙げられる。 Furthermore, in the above-described embodiments and examples, the material constituting each constituent element such as the positive electrode 21, the negative electrode 22, or the electrolyte has been described as an example, but other materials may be used. In addition, although the so-called lithium ion secondary battery has been described in the above embodiments and examples, the present invention can be similarly applied to a battery using other electrode reactions. Other batteries include, for example, so-called lithium metal batteries that use lithium precipitation / dissolution in the negative electrode, or lithium storage / release and precipitation / dissolution in the negative electrode. It is a battery represented by the sum of a component and a capacity component by precipitation / dissolution. Further, other light metals other than lithium as the electrode reactant, for example, other group 1 elements in the long-period periodic table such as sodium (Na) or potassium (K), or long-period type such as magnesium or calcium (Ca) Examples include batteries using Group 2 elements in the periodic table or other light metals such as aluminum.
11…正極リード,12…負極リード,20…電極巻回体,21…正極,21A…正極集電体,21B…正極活物質層,21C,21D…端部,21E,21F…端部対向領域,22…負極,22A…負極集電体,22B…負極活物質層,22C,22D…端部,22E,22F…端部対向領域,23…セパレータ,24…被覆材,31…外装部材,32…密着フィルム。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記正極および前記負極の巻回方向において対極と対向する端部と、この端部に対向する対極の領域とのうちの少なくとも一方を覆う被覆材を有し、
この被覆材は、ポリエチレンテレフタラート,ポリフェニレンスルフィドおよびポリイミドからなる群のうちの少なくとも1種を含み、厚みが5μm以上である
ことを特徴とする電池。 A battery comprising an electrode winding body in which a positive electrode and a negative electrode are laminated and wound via an electrolyte inside a film-shaped exterior member,
A covering material covering at least one of an end portion facing the counter electrode in the winding direction of the positive electrode and the negative electrode and a region of the counter electrode facing the end portion;
The coating material includes at least one member selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyphenylene sulfide, and polyimide, and has a thickness of 5 μm or more.
前記正極リードの取付部分または前記負極リードの取付部分のうちの少なくとも一方は、前記被覆材で覆われている
ことを特徴とする請求項1記載の電池。
A positive electrode lead is attached to the positive electrode, and a negative electrode lead is attached to the negative electrode.
The battery according to claim 1, wherein at least one of an attachment portion of the positive electrode lead or an attachment portion of the negative electrode lead is covered with the covering material.
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