JP2007035576A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電要素をシート状の外装体に収容し、外装体を封止した非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery in which a power generation element is accommodated in a sheet-like exterior body and the exterior body is sealed.
非水電解質二次電池としてリチウムイオン電池が広く用いられている。近年では、電池の小型・軽量化が強く望まれており、正極及び負極を含む発電要素をシート状の外装体に収容したリチウムイオン電池も用いられている(例えば特許文献1参照)。 Lithium ion batteries are widely used as nonaqueous electrolyte secondary batteries. In recent years, reduction in size and weight of a battery has been strongly demanded, and a lithium ion battery in which a power generation element including a positive electrode and a negative electrode is housed in a sheet-shaped outer package is also used (see, for example, Patent Document 1).
図4及び図5はシート状の外装体を用いたリチウムイオン電池の例を示す図である。例えば特許文献1は、シート状の外装体10aの半分側に形成されている角型状の凹みに角型状の発電要素1を収容して、ラミネートフィルム10aを半分に折り曲げて蓋をし、図4(a)に示すように外周部分(ハッチング部分)同士を熱溶着している。そして、溶着後、図5に示すように、左右の溶着部を折り曲げている。
しかし、リチウムイオン電池は、過充電時に電解液が分解し、電池温度が上昇すると共に、電池内部にガスが発生するという問題がある。特にシート状の外装体を用いた電池においては、発生したガスによる電池内圧の上昇に伴う発電要素の変形が生じ易いという問題がある。発電要素の変形が生じた際は内部短絡が生じることがあり、場合によっては発煙が生じることもある。 However, the lithium ion battery has a problem that the electrolyte is decomposed during overcharging, the battery temperature rises, and gas is generated inside the battery. In particular, in a battery using a sheet-shaped exterior body, there is a problem that the power generation element is easily deformed due to an increase in battery internal pressure due to the generated gas. When the power generation element is deformed, an internal short circuit may occur, and in some cases, smoke may be generated.
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、外装体の封止部分が溶着部と該溶着部に囲まれた非溶着部とを含み、該非溶着部と前記発電要素との間に溶着部が設けられ、前記非溶着部と前記発電要素との間の溶着部の幅が、非溶着部を含まない外装体の封止部分の幅よりも小さい構成としたことにより、電池内部で発生したガスを非溶着部へ分散し、内部圧力を低下させることができる非水電解質二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the sealing portion of the exterior body includes a welded portion and a non-welded portion surrounded by the welded portion, and between the non-welded portion and the power generating element. By providing a welded portion, the width of the welded portion between the non-welded portion and the power generation element is smaller than the width of the sealing portion of the exterior body that does not include the non-welded portion. It aims at providing the nonaqueous electrolyte secondary battery which can disperse | distribute the generated gas to a non-welding part and can reduce an internal pressure.
本発明に係る非水電解質二次電池は、発電要素をシート状の外装体内に封止した非水電解質二次電池において、前記外装体の封止部分は溶着部と該溶着部に囲まれた非溶着部とを含み、該非溶着部と前記発電要素との間に溶着部が設けられており、前記非溶着部と前記発電要素との間の溶着部の幅は、非溶着部を含まない外装体の封止部分の幅よりも小さいことを特徴とする。 A non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery in which a power generation element is sealed in a sheet-shaped outer package, wherein the sealed portion of the outer package is surrounded by the weld and the weld. A welding portion is provided between the non-welding portion and the power generation element, and the width of the welding portion between the non-welding portion and the power generation element does not include the non-welding portion. It is smaller than the width | variety of the sealing part of an exterior body, It is characterized by the above-mentioned.
本発明においては、外装体の封止部分は溶着部と該溶着部に囲まれた非溶着部とを含み、該非溶着部と前記発電要素との間に溶着部が設けられており、前記非溶着部と前記発電要素との間の溶着部の幅は、非溶着部を含まない外装体の封止部分の幅よりも小さいため、前記溶着部は前記封止部分よりも溶着強度が低下することになり、電池内部(外装体内部)でガスが生じて内部圧力が上昇した場合、前記溶着部が剥がれ、電池内部と非溶着部とをつなげることができる。電池内部と非溶着部とをつなげることにより、電池内部のガスが非溶着部へ分散し、内部圧力を低下させることができる。前記溶着部の幅が2mmより大きい場合は溶着強度が比較的高く、電池内部でガスが生じて内部圧力が上昇しても前記溶着部が剥がれ難くなるため、前記溶着部の幅は2mm以下にすることが好ましい。非溶着部を含まない外装体の封止部分の幅は、例えば外装体の外周と前記発電要素との間の非溶着部を含まない溶着部の幅であり、電池内部でガスが生じて内部圧力が上昇しても剥がれない溶着強度を有する幅に設定されている。 In the present invention, the sealing portion of the exterior body includes a welded portion and a non-welded portion surrounded by the welded portion, and a welded portion is provided between the non-welded portion and the power generation element. Since the width of the welded portion between the welded portion and the power generation element is smaller than the width of the sealed portion of the exterior body that does not include the non-welded portion, the welded portion has a lower welding strength than the sealed portion. That is, when gas is generated inside the battery (inside the exterior body) and the internal pressure is increased, the welded portion is peeled off, and the inside of the battery and the non-welded portion can be connected. By connecting the inside of the battery and the non-welded portion, the gas inside the battery is dispersed to the non-welded portion, and the internal pressure can be reduced. When the width of the welded portion is larger than 2 mm, the weld strength is relatively high, and even if gas is generated inside the battery and the internal pressure increases, the welded portion is difficult to peel off. Therefore, the width of the welded portion is 2 mm or less. It is preferable to do. The width of the sealing portion of the exterior body that does not include the non-welded portion is, for example, the width of the welded portion that does not include the non-welded portion between the outer periphery of the exterior body and the power generation element. The width is set to have a welding strength that does not peel even when the pressure increases.
本発明によれば、電池内部(外装体内部)でガスが生じて内部圧力が上昇した場合、電池内部と非溶着部とをつなげることができ、電池内部で発生したガスを非溶着部へ分散し、電池内圧を低下させることができる。電池内圧の上昇による発電要素の変形を抑制することができる。 According to the present invention, when gas is generated inside the battery (inside the exterior body) and the internal pressure increases, the inside of the battery and the non-welded part can be connected, and the gas generated inside the battery is dispersed to the non-welded part. In addition, the battery internal pressure can be reduced. The deformation of the power generation element due to the increase in the battery internal pressure can be suppressed.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
(実施例1)
図1及び図2は本発明に係るリチウムイオン電池(非水電解質二次電池)の例を示す図である。リチウムイオン電池は、図1に示すように、角型の発電要素1を、その半分側に角型状の凹みが形成されたシート状の外装体10に収容し、外装体10の残りの半分を折り曲げて蓋をし、外装体10の外周部同士を熱溶着によって封止(図1(a)のハッチング部分)している。また、図2に示すように、外装体10の左右を折り曲げている。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
Example 1
FIG.1 and FIG.2 is a figure which shows the example of the lithium ion battery (nonaqueous electrolyte secondary battery) based on this invention. As shown in FIG. 1, the lithium ion battery accommodates a square
発電要素1は、例えば銅集電体に負極合剤が塗布されている負極板3及びアルミ集電体に正極合剤が塗布されている正極板4をセパレータを介して扁平巻状に巻回したものであり、非水電解液(電解質)と共にシート状の外装体10に収容している。
For example, the
正極板4については、例えば、正極活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO2 )97質量%と、導電剤としてアセチレンブラック1質量%と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン2質量%とを混合した正極合剤に、溶媒であるN−メチル−2−ピロリドンを適量加えて攪拌して正極ペーストを調製し、この正極ペーストをアルミ箔集電体の両面に塗布し、乾燥させたものを用いた。
For the
負極板3については、例えば負極活物質としてグラファイト90質量%とバインダーとしてポリフッ化ビニリデン10質量%とを混合した負極合材に、N−メチル−2−ピロリドンを適量加えて負極ペーストを調製し、この負極ペーストを銅箔集電体の両面に塗布し、乾燥させたものを用いた。
For the
セパレータについては、例えばポリエチレン製微多孔膜を用いた。また、電解液については、例えばエチレンカーボネート:ジエチルカーボネート=3:7(体積比)の混合溶媒にLiPF6 を1mol/l溶解させたものを用いた。発電要素1のサイズは厚さ5mm、幅40mm、高さ60mmであり、電池容量は1000mAhである。
For the separator, for example, a polyethylene microporous film was used. As the electrolytic solution, for example, a solution obtained by dissolving 1 mol / l of LiPF 6 in a mixed solvent of ethylene carbonate: diethyl carbonate = 3: 7 (volume ratio) was used. The size of the
外装体10については、例えばアルミニウムなどの金属層の上層にPET又はナイロンなどの樹脂層(ラミネート層)を設け、前記金属層の下層にポリエチレン又はポリプロピレンなどの樹脂層(溶着層)を設けたものを用いている。外装体10の裏面(溶着層)同士を接触させて、熱を加えることにより、裏面同士を熱溶着することができる。
For the
本発明においては、外装体10の熱溶着による封止部分に非熱溶着部12を設けている。非熱溶着部12は、外装体10の左右に、上下方向に沿って直線状に設けられている。非溶着部12は溶着部に囲まれており、非溶着部12と発電要素1収容部分(角型状の凹み)との間の溶着部の幅dは0.5mmである。また、非溶着部12の幅eは例えば2mmであり、長さは発電要素1の高さとほぼ同様である。また、外装体10の左右の非溶着部12の外側の溶着部(発電要素1収容部分と外装体10外周との間の非溶着部を含まない溶着部)の幅gは5mmであり、外装体10の上方の溶着部(発電要素1収容部分と外装体10外周との間の非溶着部を含まない溶着部)の幅hは2.5mm(<幅g)である。図2に示すように、外装体10の左右の折り曲げは、非溶着部12の外側で折り曲げられている。
In the present invention, the non-thermally welded
外装体10の外周部同士を熱溶着する際に非溶着部12を設ける方法としては、例えば非溶着部12に熱を加えずに他の溶着部のみに熱を加えたり、非溶着部12に加わる熱を他の溶着部よりも低下させたり、非溶着部12に熱を加える時間を他の溶着部よりも短くしたり、外装体10の非溶着部12を熱溶着が困難な構成にする方法などがある。
As a method of providing the
図3(a)は熱溶着の例を示す模式図である。図の例では、ヒータ20において外装体10と接触する平面部分に、非溶着部12に対応する幅eの溝が設けられており、前記溝部分は外装体10に熱が加わらず、他の部分は熱が加わるため、非溶着部12が形成される。また、図3(b)は外装体10の例を示す模式図である。図の例では、外装体10は、下層側から、樹脂製の溶着層10c、金属層10b、樹脂製のラミネート層10aが積層されており、溶着層10cには非溶着部12に対応する幅eの切り欠きが設けられており、前記切り欠き部分は溶着が行われず、非溶着部12が形成される。
FIG. 3A is a schematic diagram showing an example of heat welding. In the example of the figure, a groove having a width e corresponding to the
(実施例2)
外装体10の非溶着部12と発電要素1収容部(角型状の凹み)との間の溶着部の幅dは1.0mmであり、他は実施例1と同様の電池を作製した。
(Example 2)
The width d of the welded portion between the
(実施例3)
外装体10の非溶着部12と発電要素1収容部との間の溶着部の幅dは1.5mmであり、他は実施例1と同様の電池を作製した。
(Example 3)
The width d of the welded portion between the
(実施例4)
外装体10の非溶着部12と発電要素1収容部との間の溶着部の幅dは2.0mmであり、他は実施例1と同様の電池を作製した。
Example 4
The width d of the welded portion between the
(実施例5)
外装体10の非溶着部12と発電要素1収容部との間の溶着部の幅dは0.5mmであり、外装体10の上方の溶着部(発電要素1収容部分と外装体10外周との間の非溶着部を含まない溶着部)の幅hは3.0mm(<幅g)であり、他は実施例1と同様の電池を作製した。
(Example 5)
The width d of the welded portion between the
(実施例6)
外装体10の非溶着部12と発電要素1収容部との間の溶着部の幅dは1.0mmであり、外装体10の上方の溶着部の幅hは3.0mmであり、他は実施例1と同様の電池を作製した。
(Example 6)
The width d of the welded portion between the
(実施例7)
外装体10の非溶着部12と発電要素1収容部との間の溶着部の幅dは1.5mmであり、外装体10の上方の溶着部の幅hは3.0mmであり、他は実施例1と同様の電池を作製した。
(Example 7)
The width d of the welded portion between the
(実施例8)
外装体10の非溶着部12と発電要素1収容部との間の溶着部の幅dは2.0mmであり、外装体10の上方の溶着部の幅hは3.0mmであり、他は実施例1と同様の電池を作製した。
(Example 8)
The width d of the welded portion between the
(実施例9)
外装体10の非溶着部12と発電要素1収容部との間の溶着部の幅dは2.5mmであり、外装体10の上方の溶着部の幅hは3.0mmであり、他は実施例1と同様の電池を作製した。
Example 9
The width d of the welded portion between the
(比較例1)
外装体10の非溶着部12と発電要素1収容部との間の溶着部の幅dは2.5mmであり、他は実施例1と同様の電池を作製した。
(Comparative Example 1)
The width d of the welded portion between the
(比較例2)
外装体10の非溶着部12と発電要素1収容部との間の溶着部の幅dは3.0mmであり、他は実施例1と同様の電池を作製した。
(Comparative Example 2)
The width d of the welded portion between the
(比較例3)
外装体10の封止部分に非溶着部12を設けず、従来(図4(a))と同様に溶着を行っており、他は実施例1と同様の電池を作製した。
(Comparative Example 3)
A
(比較例4)
外装体10の非溶着部12と発電要素1収容部との間の溶着部の幅dは3.0mmであり、外装体10の上方の溶着部の幅hは3.0mm(<幅g)であり、他は実施例1と同様の電池を作製した。
(Comparative Example 4)
The width d of the welded portion between the
(比較例5)
外装体10の封止部分に非溶着部12を設けず、従来(図4(a))と同様に溶着を行っており、外装体10の上方の溶着部の幅hは3.0mmであり、他は実施例1と同様の電池を作製した。
(Comparative Example 5)
The sealing part of the
上述した各実施例及び各比較例に対して過充電試験を行った。過充電試験は、放電状態の各電池に1A、12Vで3時間の過充電を行い、発煙などの異常の有無を調べた。試験結果を表1に示す。 An overcharge test was performed on each of the above-described Examples and Comparative Examples. In the overcharge test, each battery in a discharged state was overcharged at 1 A and 12 V for 3 hours to examine whether there was an abnormality such as smoke. The test results are shown in Table 1.
実施例1〜9については、発煙などの異常は生じていない。これは、過充電により電池内部(外装体10内部)で発生したガスによって外装体10内部の圧力が高まり、外装体10が膨らむように力が働いた際に、外装体10の非溶着部12と発電要素1収容部との間の幅dの溶着部が剥がれて、発電要素1収容部と非溶着部12とがつながったことにより、ガスが非溶着部12へ分散して外装体10内部の圧力が低下し、発電要素1の変形が抑制できるためである。
About Examples 1-9, abnormality, such as smoke, has not arisen. This is because the
一方、比較例3、5については、発煙などの異常が生じている。これは、過充電により電池内部で発生したガスによって外装体10内部の圧力が高まり、発電要素1の変形が生じるためである。また、比較例1、2、4についても、発煙などの異常が生じている。これは、過充電により電池内部で発生したガスによって外装体10内部の圧力が高まり、外装体10が膨らむように力が働いた場合であっても、外装体10の非溶着部12と発電要素1収容部との間の幅dの溶着部は剥がれず、発電要素1の変形が生じるためである。このように、外装体10の非溶着部12と発電要素1収容部との間の溶着部の幅dが広い場合は溶着強度が高く、非溶着部12が有効に機能しないため、溶着部の幅dは2mm以下にすることが好ましい。また、図1において幅d≧幅hの場合、幅dの溶着部が剥がれて発電要素1収容部と非溶着部12とがつながった場合は、幅hの溶着部も剥がれる可能性が高く、外装体10内の電解液が外部に漏れる可能性があるため、外装体10の非溶着部12と発電要素1収容部との間の溶着部の幅dは、外装体10上方の溶着部(発電要素1収容部分と外装体10外周との間の非溶着部を含まない溶着部)の幅hよりも小さくする必要がある。
On the other hand, in Comparative Examples 3 and 5, abnormalities such as smoke are generated. This is because the pressure inside the
上述した各実施例において、非溶着部12に、例えばガスの発生を抑制する物質を充填しておいたり、例えば温度上昇を抑制する物質を充填しておいたり、例えば発煙を防止する物質を充填しておくこと等も可能である。また、非溶着部12の大きさ(幅e又は長さ)は任意である。
In each of the above-described embodiments, the
1 発電要素
3 負極
4 正極
10 外装体
12 非溶着部
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記外装体の封止部分は、溶着部と該溶着部に囲まれた非溶着部とを含み、
該非溶着部と前記発電要素との間に溶着部が設けられており、
前記非溶着部と前記発電要素との間の溶着部の幅は、非溶着部を含まない外装体の封止部分の幅よりも小さいことを特徴とする非水電解質二次電池。 In a non-aqueous electrolyte secondary battery in which a power generation element is sealed in a sheet-shaped exterior body,
The sealing portion of the exterior body includes a welded portion and a non-welded portion surrounded by the welded portion,
A welded portion is provided between the non-welded portion and the power generation element;
A nonaqueous electrolyte secondary battery, wherein a width of a welded portion between the non-welded portion and the power generation element is smaller than a width of a sealing portion of an exterior body that does not include the non-welded portion.
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